材料効率

製造業や建設業において、材料効率とは、特定の製品を生産するために必要な特定の材料の量を減らす手法を指します。^{[ 1 ]}また、材料効率は、実際に最小限に抑えるべき、使用材料と供給材料の比率である指標M _{pも指します。材料効率の形態には、既存製品の寿命を延ばす、製品をより完全に使用する、廃棄物を避けるために部品を再利用する、軽量製品設計によって材料の量を減らすなどがあります。} ^{[ 2 ]}材料効率は、グリーンビルディングや省エネルギー、および建設プロセスに最初から最後まで再生可能資源を組み込むその他の方法と関連しています。

材料効率を高めることで、材料消費の影響を軽減できます。^{[ 3 ]}その影響には、エネルギー需要の削減、温室効果ガス排出量の削減、および土地利用、水不足、大気汚染、水質汚染、廃棄物管理などのその他の環境影響が含まれます。^{[ 4 ]}

製造における材料効率とは、原材料から製造製品への効率を高め、製品あたりの廃棄物を減らし、廃棄物管理を改善することを指します。^{[ 5 ]}鉄鋼、鉄筋コンクリート、アルミニウムなどの建築材料を使用すると、製造中にCO2_{が放出されます。} ^{[ 6 ]} 2015 年、建築用材料の製造は、世界のエネルギー関連のCO2排出量の 11% を占めていました。^{[ 7 ]}_{アルミニウムの最大の市場は輸送部門であり、アルミニウムの小規模な用途には、}建築、建設、包装などがあります。^{[ 8 ]}

製造業における可能性は、廃棄物の分別（例えば、プラスチックと可燃物を分離する）の改善にも関係する。部品のリサイクルと再利用により、製品製造工程の改善、材料の耐久性の向上、技術開発、適切な部品/材料の購入などにおいて再製造が可能になる。^{[ 9 ]}

材料効率は、循環型経済と産業における価値の獲得に貢献する可能性がある。^{[ 10 ]}一部の企業は、循環型経済理論を応用して、材料の循環を閉じるための戦略やビジネスモデルを設計している。^{[ 11 ]}

1971年以降、世界の鉄鋼需要は3倍、セメントは7倍弱、一次アルミニウムは6倍近く、プラスチックは10倍以上に増加しました。^{[ 12 ]}鉄鋼、アルミニウム、セメント、化学製品、パルプ・紙などの重要な材料は、建築プロセスに影響を与えます。しかし、これらの材料をより効率的に生産する戦略を採用することで、炭素排出量の削減を無視することなく、エネルギーとコストを削減できます。^{[ 13 ]}

リサイクル鋼材を使用するプロセスの一つは、鋼材が埋め立て地に占めるはずだったスペースを節約し、製造プロセスで鋼材の製造に必要なエネルギーの75%を節約し、構造物を建てるために木を伐採する必要をなくすことです。リサイクル鋼材は、建物に必要な正確な寸法に加工でき、「それぞれの特定の設計に合わせてカスタマイズされた鋼梁やパネル」にすることができます。^{[ 14 ]}

製造工程では、設計や製造から使用、そして最終的な廃棄に至るまで、各段階で材料効率を高めることができます。^{[ 12 ]}

いくつかの戦略は以下のとおりです。

• 削減：同じ効果を得ながら材料の使用量を削減できる戦略。耐久性を考慮して設計することで、弾力性のある材料が得られる場合もある。^{[ 1 ]}モジュール設計は、部品を再利用し、製造工程で必要な部品を最小限に抑えることで、材料効率を高めることができる。^{[ 15 ]}
• 耐久性：再設計や修理によって製品寿命を延ばす。より集中的に使用し、修理や改修によって製品や建物の寿命を延ばすことで、新製品の製造に必要な材料を減らすことができる。^{[ 1 ]}
• 軽量製品：サービスに使用される材料の削減。例としては、ユニバーサルビーム、食品缶、鉄筋、商業用鉄骨造建築物などがある。^{[ 1 ]}
• 再利用: 主な目的は、部品を再製造/再生するために再利用することです。^{[ 1 ]}現在の材料を再利用することは、リサイクルよりもさらにエネルギー消費が少なくなります。

リサイクルによって、鉄鋼、アルミニウム、その他の金属などの新しい材料を、排出量の少ない二次利用に活用することが可能になります。^{[ 12 ]}リサイクル材料を新製品の製造工程に組み込むことは、必要な変化です。リサイクルはほとんどの材料で標準となっており、あらゆる国や経済圏で行われています。^{[ 1 ]}リサイクル可能な材料には以下のようなものがあります。

• アルミニウム

リサイクル材から作られたアルミ缶は、ボーキサイト鉱石から同じ缶を作るのに必要なエネルギーのわずか4%しか必要としません。金属は、プラスチックや紙のようにリサイクルされるにつれて劣化せず、繊維はサイクルごとに短くなるわけではないため、多くの金属は、特に他のリサイクル可能なものと比較してトン当たりの価値を考慮すると、リサイクルの有力候補となります。^{[ 16 ]}アルミニウムは、何度リサイクルされても同じ特性と品質を維持するため、リサイクルに非常に望ましい金属です。結局のところ、アルミニウムは一度溶かされると、構造は変化しません。^{[ 8 ]}

• プラスチック

生産されるプラスチックの約 36% は包装材の製造に使用され、その 85% は最終的に埋立地に送られます。^{[ 17 ]}プラスチック廃棄物は、さまざまな種類のプラスチックの混合物です。^{[ 18 ]}プラスチックのリサイクルにはいくつかの課題があります。プラスチックは品質が急速に劣化することなく、何度もリサイクルすることはできません。2020 年のボトル全体のリサイクル率は 27.2% で、2019 年の 28.7% から低下しました。米国では、1 時間ごとに 250 万本のペットボトルが捨てられています。現在、マイクロプラスチックを除いて、約 7500 万トンから 1億9900 万トンのプラスチックが海に存在します。^{[ 17 ]}

• 紙

紙（特に新聞紙）は他の材料に比べてエネルギー節約効果が低く、再生紙はそれぞれ45%と21%のエネルギーコスト削減を実現しています。再生紙は中国で大きな市場を持っています。しかし、新聞紙ではなく混合紙のリサイクルを促進するための取り組みはまだ必要です。^{[ 16 ]}これらのリサイクル方法を利用することで、製造に使用する新しい資源の抽出に費やすエネルギーと資源を削減できます。過去数十年間でリサイクルは大きく進歩しましたが、製紙部門は世界の温室効果ガス排出量に大きく寄与しています。^{[ 19 ]}パルプ・製紙業界はエネルギーの50%をバイオマスから生産していますが、それでも膨大なエネルギーが必要です。^{[ 8 ]}

公共政策は、材料のより効率的な利用について議論し、市場インセンティブを提供するのに役立ちます。材料効率の改善を妨げる要因には、投資への躊躇、入手可能でアクセスしやすい情報の不足、経済的な阻害要因などがあります。^{[ 20 ]}しかし、前述の目標を達成するために、いくつかの国では幅広い政策戦略とイノベーションが生み出されています。^{[ 20 ]}これらには、規制とガイドライン、経済的インセンティブ、自主的な協定と行動、情報、教育、訓練、研究、開発、実証のための資金提供などが含まれます。^{[ 21 ]}

2022年、米国は「重要材料の革新、効率、代替」プログラムを発表しました。これは、重要材料の新たな代替品を創出し、効率的な製造と使用を促進することを主な目的として、研究、開発、実証、取引を行うものです。^{[ 22 ]}さらに、米国エネルギー省は、非営利団体にエネルギー効率の向上、光熱費の削減、炭素排出量の削減のために建材をアップグレードするための資金を提供する新しい「非営利団体向けエネルギー効率材料パイロットプログラム」プログラムを発表しました。

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