研究 |プラスチックを燃やせば問題は解決するのでしょうか?マイクロプラスチックは笑った。「あなたはあまりにも世間知らずだ！」

マイクロプラスチック（最大直径 ≤5mm）はどこにでも存在し、その潜在的な毒性は世界中でますます注目を集めています。現在、マイクロプラスチック汚染を削減するための主なアイデアは2つあります。 1つは、発生源でのプラスチックの消費とプラスチック廃棄物の発生を減らすことであり、もう1つは、プラスチック廃棄物のリサイクルと処理を強化することです。しかし、どちらの道も困難を伴います。処分方法として、廃棄物の焼却とエネルギー回収は現在、先進国と発展途上国の両方で固形廃棄物処理システムの大部分を占めています。

焼却によりプラスチック廃棄物は永久に除去され、最終的にはポリマーが二酸化炭素と無機物断片に変換されると広く信じられています。しかし、最新の研究によると、焼却後に生成されるスラグにはまだ燃え残った物質が残っており、再利用（レンガ作り、道路舗装など）や投棄によって環境に逆流する可能性があるという。

ゴミ焼却マップ | Pixabay

焼却によりマイクロプラスチックが完全に除去できるかどうかを検証し、スラグによって環境に運ばれるマイクロプラスチックの量を評価するために、「焼却はプラスチックとマイクロプラスチックの終焉をもたらすか？」という記事が執筆されました。 2021年にジャーナル・オブ・ハザード・マテリアルズ誌に論文が掲載されました。「焼却はプラスチックとマイクロプラスチックの終焉をもたらすか？」という研究で、中国の学者グループが初めて廃棄物焼却スラグからマイクロプラスチックを抽出し、特定しました。

危険物ジャーナル ジャーナル画像 |サイエンスダイレクト

この研究では、中国の8つの都市にある16の廃棄物焼却施設と1つのスラグ処理セン​​ターからスラグを収集した。 16 か所の廃棄物焼却施設のうち、12 か所は火格子炉を使用し、4 か所は流動床を使用しています。 17 か所のサンプリング地点のうち 7 か所は発生源廃棄物の分別が実施されている地域ですが、残りの 10 か所はまだ実施されていません。焼却場に入ってくるゴミは主に家庭ゴミで、一部産業ゴミ、商業ゴミ、建築解体ゴミ、包装材、プラスチックパイプ、防水材、壁紙などが家庭ゴミに混ざっています。火格子炉の処理能力は1日330～867トン、流動床炉の処理能力は1日350～400トンです。火格子炉のスラグ生成率は15〜25％で、流動床炉（8〜10％）よりも高くなります。調査対象となった焼却施設は、過去10年間に新設または改修されたものである。これらは技術的に進歩しており、中国の典型的な焼却施設の代表として機能します。

焼却炉の安定運転中に合計31山のスラグをサンプリングしましたが、各サンプルの品質は同等でした。一連のプロセス（乾燥、ふるい分け、NaCl溶液処理、超音波、脱イオン水洗浄など）を通じて、スラグサンプル内のマイクロプラスチックと疑われる粒子が抽出されました。マイクロプラスチックと疑われるすべての粒子は、μ-FTIR技術を使用して撮影、記録、識別され、その中で均一な質感、細胞構造がなく、ピンセットで圧力を加えても破損せず、明らかに人工的な着色の特徴を持つ粒子がマイクロプラスチックとしてさらに識別されました。この研究では、スラグサンプルの燃焼損失試験も実施しました。サンプルから金属を取り除いて粉砕した後、加熱して燃焼減量し、冷却された残留物の最終的な重量減少が未燃焼物質の含有量を反映します。外部のプラスチックからの汚染を避けるために、実験全体を通して条件は厳密に管理されました。

焼却スラグ画像 |広告レム

研究ではスラグサンプル中にマイクロプラスチックと疑われる粒子が合計892個見つかり、そのうち276個がマイクロプラスチックであると特定された。スラグ中のマイクロプラスチックの平均存在量は116±172個/kgでした。 13か所の火格子炉地点におけるマイクロプラスチックの量は125±180 n/kgでした。流動床炉の4か所のうち2か所でマイクロプラスチックが確認され、その量は84 ± 167 n/kgでした。廃棄物源の分別が実施されている地域の焼却炉内のマイクロプラスチックの量（33±79個/kg）は、実施されていない地域（228±264個/kg）よりも低く、その差は統計的に有意であった（p

スラグには、ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリエステル繊維（PES）、ポリアミド（PA）、ポリスチレン（PS）、ポリ塩化ビニル（PVC）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ABS）、ポリウレタン（PU）、エポキシ樹脂の合計9種類のプラスチックが含まれていた。格子炉から採取した 12 個のサンプルすべてに PE または PP が含まれていたことから、PE と PP が最も広く生産され使用されている 2 つのポリマーであることが証明されました。包装はプラスチック廃棄物の主な発生源です。建設廃棄物の投入量が多い焼却場では、PS は主に包装材や建築資材として使用されるので、その割合が高くなります。廃棄物が発生源で分別されていない火格子炉のサンプルでは、​​マイクロプラスチックの主なカテゴリーは PP と PS でした。発生源別に分類された火格子炉の灰サンプルでは、​​PE のマイクロプラスチックの割合が最も高く、次いで PET と PES でした。 PETおよびPESマイクロプラスチックの主な発生源は廃棄された繊維製品でした。

マイクロプラスチックは、その形状によって、顆粒（43%）、破片（34%）、膜（18%）、繊維の4つのカテゴリーに分類されます。顆粒とは、長さ、幅、厚さが比較的均一な不規則で厚いプラスチックを指します。破片の厚さは他の 2 つの寸法よりも大幅に薄くなります。フィルムは、破片よりも半透明で柔軟性のある平らな物体です。粒状マイクロプラスチックは主に PP で構成されていましたが、破片化したマイクロプラスチックは主に PE と PS で構成されており、これは包装の広範な使用によって発生した可能性があります。 PET と PES は世界の繊維プラスチックの 70% を占めており、スラグ中の主なマイクロプラスチック繊維となっています。スラグ内の粒状および断片化されたマイクロプラスチックは形状が不規則で、角が粗いため、スラグ内に残ったプラスチックの破片も徐々にマイクロプラスチックに分解されます。

マイクロプラスチックの画像はロクマン研究所のコール・ブルックソン氏提供

流動床内のガス分布により、廃棄物と床材料（シリカ砂、石灰石、アルミナ、セラミック材料など）の混合が改善され、熱伝達効率と接触確率が向上します。したがって、流動床炉スラグの熱損失は火格子炉スラグよりも低く、流動床炉は廃棄物の燃焼効率が高いことを示しています。また、流動床材の密度は市販のプラスチックのほとんどよりも高く、流動床材よりも密度の小さいプラスチック廃棄物が炉内で循環燃焼されるため、流動床炉スラグ中のマイクロプラスチック含有量が少なくなります。したがって、流動床スラグ中のマイクロプラスチックの存在量は、火格子炉中のそれよりも低くなります。

スラグでは、粒状のマイクロプラスチックが大部分を占めています。これまでの研究では、浸出液と堆肥に含まれるマイクロプラスチックの主な形状はそれぞれ薄片と破片であると報告されており、スラグに含まれるマイクロプラスチックは埋立地や堆肥に含まれるものとは大きく異なる可能性があることを示唆しています。これは、焼却時に平らな薄片や破片の方が粒子よりも燃焼によって破壊されやすいためと考えられます。さらに、薄片やチップ以外の形状のプラスチック製品は部分的に溶けて塊になり、内部の熱伝導を妨げて灰の中に残る可能性があります。小さな粒子は表面積が大きく、空気との接触が良く、大きな粒子よりも効率的に熱を伝達します。したがって、スラグ中のマイクロプラスチックの量は粒子サイズの減少とともに増加し、これは埋立地、堆肥、天然固体マトリックスに関する過去の研究と一致しています。

本研究では、都市の家庭ごみ焼却場のスラグから抽出されたマイクロプラスチックの量を初めて報告し、中国の12の火格子炉、1つのスラグ処理セン​​ター、および4つの流動床焼却炉のスラグから抽出されたマイクロプラスチックを特定しました。この結果は、焼却ではプラスチック廃棄物をなくすことはできず、スラグは依然としてマイクロプラスチックの潜在的な発生源であり続けるという実験的証拠を示しています。スラグ中のマイクロプラスチックの主な形態は粒子であり、主な種類は PP です。粒子サイズが小さくなるにつれてマイクロプラスチックの量が増加し、焼却プロセス全体を通じてプラスチックの破片がマイクロプラスチックに粉砕される可能性があることを示しました。廃棄物源の分別を実施した現場でのマイクロプラスチックの量は、分別を実施しなかった現場よりも大幅に少なく、廃棄物源の分別がマイクロプラスチック管理にプラスの影響を与えていることを示しています。マイクロプラスチックの量は一人当たりのGDPと負の相関関係にあり、マイクロプラスチックの量は廃棄物の組成と密接に関係していることを示しています。焼却炉に投入されるゴミ1トンあたり3.6～102,000個のマイクロプラスチック粒子が発生すると推定されており、廃棄物管理からのマイクロプラスチックの排出を見直す必要がある。私たちの研究結果は、焼却がプラスチック廃棄物の終わりではなく、スラグが環境に放出されるマイクロプラスチックの潜在的な発生源であることを示す実験的証拠を提供します。

参考文献

1.ヤン、Z.、他「焼却はプラスチックとマイクロプラスチックの終焉をもたらすか？」危険物ジャーナル（2020）：123429。

-終わり-

編集：卵白、プラスチックをなくす