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廃棄物の有効活用、有益な再利用、価値の回収、または廃棄物の再生[ 1 ]とは、経済的に有用な材料を作成するために、再利用またはリサイクルによって、経済プロセスからの廃棄物または残渣が有効活用（経済的価値を付与）されるプロセスです。 [ 2 ] [ 1 ] [ 3 ]この用語は、持続可能な製造と経済、産業エコロジー、および廃棄物管理の実践から来ています。この用語は通常、ある製品の製造または加工からの残渣が別の産業プロセスの原材料またはエネルギー原料として使用される産業プロセスに適用されます。[ 1 ] [ 3 ]特に産業廃棄物は、家庭廃棄物などの他の廃棄物よりも一貫性があり予測可能である傾向があるため、有効活用に適した候補です。[ 1 ] [ 4 ]
残留物に対する規制の強化や、1990年代から2000年代にかけての持続可能な開発や循環型経済に関する考え方の導入といった社会経済的変化により、資源を付加価値のある材料として回収する ための産業慣行への注目が高まった。[ 5 ]
トウモロコシの穂軸などの作物残渣や、バイオ精製所からの残渣などの食品加工産業からのその他の残渣は、バイオ燃料、バイオプラスチック、その他の工業プロセス用のバイオ材料の製造などのさらなるプロセスでの使用に高い可能性を秘めている。[ 5 ] [ 6 ]
最も実りある研究分野の1つは食品廃棄物です。食品廃棄物が埋立地に投棄されると、温室効果ガスであるメタンやその他の有毒化合物が発生し、人間や地域の生態系に危険を及ぼす可能性があります。[ 5 ]埋立地ガスの利用や都市型堆肥化によって、有機栄養素を回収して利用することができます。[ 5 ]非産業由来の食品廃棄物は、他の廃棄物源よりもはるかに多様性に富んでいることが多いため、利用が困難です。場所や時期によって物質の組成が大きく異なるため、工業プロセスでの利用が困難になります。[ 5 ] [ 6 ]
食品廃棄物を食品、飼料製品に変換したり、食品や飼料の原料に変換または抽出したりすることを食品廃棄物の有効活用と呼びます。食品廃棄物の有効活用は、従来の廃棄処理の問題を軽減できる経済的かつ環境的な機会を提供します。食品廃棄物は、バイオ肥料、バイオプラスチック、バイオ燃料、化学物質、栄養補助食品など、多くの有用な製品を得るために利用できる貴重なバイオリソースであることが実証されています。食品廃棄物を昆虫タンパク質に変換することでリサイクルする大きな可能性があります。[ 7 ] [ 8 ]
人間の排泄物の再利用は、安全な場合も危険な場合もあります。処理された排泄物の有益な利用法としては、処理された排泄物に含まれる植物が利用できる栄養素（主に窒素、リン、カリウム）の利用に重点を置くことが挙げられます。また、排泄物に含まれる有機物やエネルギーを利用することもあります。程度は低いものの、排泄物の水分を再利用することも考えられますが、これは一般的に都市下水からの水の再生利用として知られています。栄養素の再利用用途としては、農業や園芸における土壌改良剤や肥料などが挙げられます。排泄物の有機物含有量に重点を置いたその他の再利用用途としては、燃料源としての利用や、バイオガスという形でのエネルギー源としての利用などがあります。
排泄物を安全かつ管理しやすい状態にして再利用できるようにする処理オプションは数多くあり、その数は増え続けている。[ 9 ]オプションには、尿の分離と糞便の脱水（尿分離式乾燥トイレ）、堆肥化（堆肥化トイレまたは外部堆肥化プロセス）、下水汚泥処理技術、およびさまざまな糞便汚泥処理プロセスが含まれる。これらはすべて、さまざまな程度の病原体除去と水分含有量の減少を実現し、取り扱いを容易にする。懸念される病原体は、糞便中の腸内細菌、ウイルス、原虫、および蠕虫卵である。 [ 10 ]蠕虫卵は処理プロセスで破壊するのが最も難しい病原体であるため、再利用計画では指標生物としてよく使用される。考慮すべきその他の健康リスクと環境汚染の側面には、地下水汚染を引き起こし、飲料水の水質に影響を与える可能性のある微量汚染物質、医薬品残留物、および硝酸塩の環境への拡散が含まれる。
鉱山残渣やその他の鉱山残渣は、適切に保管されていても、非常に大量の量となり、重大な環境問題を引き起こす可能性があります（例えば、鉱滓ダムの決壊や酸性鉱山排水など）。[ 11 ]さらに、鉱滓に含まれる希少鉱物の需要も増加しています。[ 11 ]
鉱山排水の酸性化を抑制するためにアルカリ岩を使用するなど、鉱山採掘による他の問題に対処するために、現場で再利用が行われる場合もある。[ 12 ] [ 13 ]
赤泥は、ボーキサイトからアルミナを生成するために用いられる主要なプロセスであるバイヤー法の副産物である。この高アルカリ性物質には、酸性鉱山排水の緩和など、数多くの用途が提案されている。[ 14 ]
特に露天掘り鉱山では、体積で最大の廃棄物は通常、表土であり、採掘が停止したときに鉱山を埋め戻すために使用されるか、さまざまな建設目的、骨材、または埋め戻し材として使用できます。[ 15 ]ただし、材料の組成によっては、重金属などの汚染物質が材料を汚染すると、リスクや危険が伴う可能性があります。[ 16 ]表土を埋め戻した後でも大量の材料を除去する採掘作業では、結果として生じる土地はしばしば自然の地下水位より下になります。[ 17 ]ドイツでは、かつての褐炭鉱山は、このようにしてラウジッツ湖水地方、中央ドイツ湖水地方、およびその他の同様の地域に変わりました。[ 18 ]
低レベルおよび中レベルの廃棄物は通常、あまり世間の注目を集めませんが、これらは（体積と質量で）核廃棄物の大部分を占めています。しかし、原子力発電所から発生する放射能の大部分は使用済み燃料によるものです。 [ 19 ]
使用済み核燃料を用いた廃棄物有効利用の産業規模での活発な応用があり、主にPUREXプロセスを用いた核燃料再処理によって、 MOX燃料に使用される原子炉級プルトニウムと再処理ウランが生産されている。[ 20 ]このプロセスに加えて、さまざまな物質を回収して利用するための提案や小規模な応用が数多くある。使用済み燃料の90%以上はウランだが、残りの部分（すなわち核分裂生成物、マイナーアクチニド、プルトニウム）もかなりの注目を集めている。使用済み燃料に含まれる高価値製品には、煙探知機に使用されるアメリシウム241、プルトニウム238の前駆体として使用されるトリチウム、ネプツニウム237、クリプトン85、セシウム137、ストロンチウム90などのさまざまな工業用放射性核種といった放射性用途と、一部の核分裂生成物が安定またはほぼ安定な核種に急速に崩壊する非放射性用途の両方がある。後者のカテゴリーの元素には、キセノン[21]、ルテニウムまたはロジウム[22]が含まれる。現在使用済み燃料プールで「無駄になっている」使用済み燃料の崩壊熱を利用して、発電や地域暖房を行うという提案もある[ 23 ]。ストロンチウム90は放射性同位体熱電発電機の燃料として適しており、過去にはこの目的で使用済み核燃料から抽出されたことがある[ 24 ] 。しかし、反応性の高い金属を不活性なペロブスカイト型のチタン酸ストロンチウムに加工する必要があるため、電力密度は「わずか」約0.46ワット/グラムに低下する[ 25 ] 。セシウム137は食品照射にも使用できる[ 26 ]。