廃棄物の価値化

廃棄物の価値化、有益な再利用、有益な使用、価値回復、または廃棄物の再生^[1]は、経済的プロセスから生じる廃棄物または残留物を再利用またはリサイクルして経済的に有用な材料を作り出すことによって（経済的価値を付与して）価値化するプロセスである。 ^{[2] [1] [3]この用語は、}持続可能な製造と経済、産業生態学、および廃棄物管理の実践に由来する。この用語は通常、ある製品の製造または処理からの残留物が別の産業プロセスの原材料またはエネルギー供給源として使用される産業プロセスで適用される。^{[1] [3]特に}産業廃棄物は、家庭ごみなどの他の廃棄物よりも一貫性があり予測しやすい傾向があるため、価値化の良い候補である。^{[1] [4]}

歴史的に、ほとんどの産業プロセスでは廃棄物を処分すべきものとして扱っており、適切に処理しないと産業汚染を引き起こしていました。 ^[5]しかし、 1990年代と2000年代に持続可能な開発や循環型経済に関する考え方が導入されるなど、残留物質の規制が強化され、社会経済的変化により、これらの資源を付加価値のある材料として回収する産業慣行に重点が置かれるようになりました。 ^{[5] [6]学者は、保全を促進するための}非木材林産物の開発など、他の産業の環境影響を軽減するための経済的価値の発見にも焦点を当てています。

トウモロコシの芯などの作物残渣や、バイオ精製所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、その他の産業プロセス用のバイオマテリアルの製造など、さらなるプロセスでの使用に大きな可能性を秘めています。^{[6] [7]}

最も実りの多い研究分野の一つは食品廃棄物です。食品廃棄物は埋め立て地に捨てられると、温室効果ガスのメタンやその他の有毒化合物を生成し、人間や地域の生態系に危険を及ぼす可能性があります。^[6] 埋め立​​て地ガスの利用と自治体の堆肥化により、有機栄養素を捕捉して使用することができます。^[6]非産業源から収集された食品廃棄物は、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、使用がより困難です。場所や時間によって物質の組成が大きく異なるため、産業プロセスに使用することが困難です。^{[6] [7]}

食品廃棄物を食品や飼料製品に変換すること、または食品や飼料の成分に変換すること、または抽出することを食品廃棄物の価値化と呼びます。食品廃棄物の価値化は、従来の廃棄に伴う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、化学薬品、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生物資源であることが実証されています。昆虫タンパク質への変換によって食品廃棄物をリサイクルできる可能性は大きいです。^[8]

排泄物の再利用とは、適切な処理手順と、意図された再利用用途に合わせてカスタマイズされたリスク管理アプローチを適用した後、処理済みの排泄物を安全かつ有益に使用することである。処理済み排泄物の有益な使用は、処理済み排泄物に含まれる植物が利用可能な栄養素（主に窒素、リン、カリウム）の使用に重点を置くことができる。排泄物に含まれる有機物やエネルギーも利用される可能性がある。排泄物の水分含有量の再利用も、程度は低いが、行われる可能性があるが、これは都市下水からの水の再生としてよく知られている。栄養素含有量の意図された再利用用途には、農業または園芸活動における土壌改良剤または肥料が含まれる。排泄物の有機物含有量に重点を置くその他の再利用用途には、燃料源としての使用、またはバイオガスの形でのエネルギー源としての使用が含まれる。

排泄物を安全かつ管理しやすいものにして再利用できるようにする処理方法は数多くあり、その数は増え続けています。^[9]処理方法には、尿の転換と糞便の脱水（尿転換乾式トイレ）、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、さまざまな糞便汚泥処理プロセスなどがあります。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削減を実現し、取り扱いを容易にします。懸念される病原体は、糞便中の腸内細菌、ウイルス、原生動物、および蠕虫卵です。 ^[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、再利用スキームでは指標生物としてよく使用されます。考慮すべきその他の健康リスクと環境汚染の側面には、環境中に拡散する微量汚染物質、医薬品残留物、硝酸塩があり、これらは地下水汚染を引き起こし、飲料水の質に影響を与える可能性があります。

鉱山の尾鉱やその他の鉱山残渣は量が非常に多いため、適切に保管されていても重大な環境問題を引き起こす可能性があります（尾鉱ダムの崩壊や酸性鉱山排水など）。^[11]さらに、尾鉱に含まれる希少鉱物の需要も高まっています。^[11]

鉱山からの酸性排水を抑えるためにアルカリ岩を使用するなど、採掘に伴う他の問題に対処するために現場で再利用が行われることもあります。^{[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なプロセスであるバイエル法の副産物です。この高アルカリ性物質の用途は数多く提案されており、その中には酸性鉱山排水の緩和も含まれます。^[14]

量的に最も大きな廃棄物は、特に露天掘りの場合、通常は表土です。これは、採掘が終了したときに鉱山を埋め戻すために使用されるか、骨材として、または充填材を作成するためにさまざまな建設目的に使用できます。^[15]しかし、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した場合、リスクと危険を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自然の地下水位よりも低いことがよくあります。^[17]ドイツでは、以前の亜炭採掘場は、このようにしてルサチア湖水地方、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廃棄物は通常、あまり注目されませんが、核廃棄物の大部分（体積および質量）を占めています。しかし、原子力発電所で生成される放射能の大部分は使用済み燃料によるものです。^[19]

使用済み核燃料を使用した廃棄物の価値化の産業規模での応用が活発に行われている。主にPUREXプロセスを使用した核再処理で、 MOX燃料に使用する原子炉級プルトニウムと再処理ウランを生成する。^[20]このプロセスに加えて、さまざまな物質を回収して使用する提案や小規模な応用が数多くある。使用済み燃料の90％以上はウランであるが、残り（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生成物には、煙探知器に使用するアメリシウム241 、プルトニウム238の前駆体として使用するトリチウム、ネプツニウム237 、またはクリプトン85、セシウム137、ストロンチウム90などのさまざまな産業用放射性核種などの放射性用途と、一部の核分裂生成物が急速に安定または本質的に安定な核種に崩壊するため非放射性用途の両方がある。後者のカテゴリーに属する元素には、キセノン^[21]、ルテニウム、ロジウムなどがある。^[22]また、現在「廃棄」されている使用済み燃料プールで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}放射性同位元素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}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」1グラムあたり約0.46ワットに低下する。 ^{[25]セシウム137は}食品の照射にも使用できる。^[26]

学術誌「Waste & Biomass Valorization」は、このテーマに関する研究論文を掲載しており、2010年に初めて発行されました。^{[5] [27] 2010年には、} Journal of Industrial Ecologyの特別版が資源価値向上に焦点を当てました。^[4]

ラウトレッジ社は2016年にこのテーマに関する教科書を出版した。^[28] 2019年には環境管理ジャーナルの特別号でバイオマスとバイオ廃棄物の価値化に焦点を当てた号が発行された。 ^[29]