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公開日: 2024年6月19日
投稿者: Alice Gomstyn、Alexandra Jonker

廃棄物発電とは

廃棄物発電(WtE)とは、熱(最も一般的なものは焼却)を利用して廃棄物を電力に変換する廃棄物処理技術を指します。WtEは、埋め立てやリサイクルと並んで、制御された廃棄物管理方法とみなされています。

都市廃棄物(MSW)を焼却して発電するのは、廃棄物発電の最も一般的な手法です。世界的には、都市ごみの約13%が廃棄物発電施設の原料として使用されています。1MSW には、住宅、商業、公共施設から供給される食品廃棄物、製品包装、衣類、家具、刈り取った芝などの固形廃棄物が含まれます。

廃棄物発電は埋立地に送られ廃棄物の量を削減できるため、世界的に拡大する廃棄物問題への多くの解決策の1つになります。また、他の廃棄物管理方法よりも温室効果ガス(GHG)排出量が少なくなります。

WtEは化石燃料ベースのエネルギー生成の代替手段ですが、太陽などの自然または無限の資源ではないため、再生可能エネルギー源ではありません。また、廃棄物の焼却や輸送プロセスでは、炭素排出物やその他の空気中の粒子状物質が生成されるため、WtEは完全にクリーンなエネルギー源ではありません。

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廃棄物発電の仕組み

ほとんどの大規模なWtE施設は、制御された焼却方式で廃棄物からエネルギーを生成します。通常、プロセスは次の手順に従います。

  1. 廃棄物はWtEプラントに輸送され、リサイクル可能な材料が取り除かれます。
  2. クレーンで廃棄物を混ぜ、燃焼室に移します。
  3. 廃棄物は、850 °C(1,562 °F)から1,450 °C(2,642 °F)の高温で燃焼されます。2
  4. 結果として生じた熱は、(通常は室内の垂直パイプ内にある)水を蒸気に変えます。
  5. 蒸気の圧力で発電機のブレードが回転し、電気が生成されます。

廃棄物の種類によっては、燃やしたときの熱量、つまりエネルギー含有量が異なります。プラスチックなどの発熱量の多い廃棄物は、より多くの熱を発生し、最も多くのエネルギーを生成します。土壌などの有機廃棄物は発熱量が低くなります。

廃棄物発電の技術

高温での廃棄物の直接燃焼である焼却は、最も一般的なWtE技術であり、最も商業的に実現可能なものです。ただし、廃棄物を使用する他のエネルギー回収方法には次のものがあります。

嫌気性消化(AD)

堆肥化に加えて、嫌気性消化は、微生物を利用して有機固形廃棄物の分解を促進する、酸素を使わない制御されたプロセスです。ADは自然に発生することもありますが、住宅環境や工業環境でも、バイオガスと呼ばれる燃料を生成するためにADが使用されています。メタンと二酸化炭素を主成分とするバイオガスは、再生可能エネルギー源とみなされます。

熱分解

熱化学処理である熱分解は、有機廃棄物を酸素が存在しない高温にさらします。このプロセスにより、材料の分解と崩壊が始まります。副産物は、一般的には炭素を豊富に含むチャー(バイオチャー)と可燃性ガスです。これらのガスの一部は、バイオオイルまたはバイオクルードと呼ばれる可燃性の液体に凝縮できます。

ランドフィルガス(LFG)回収

埋め立て地で有機物が分解されると、ランドフィルガスと呼ばれる自然の副産物が作られます。LFGは、メタン、二酸化炭素、および少数の非メタン化合物で構成されています。収集、処理をして、産業用途や車両などの燃料として使用できます。LFG回収は、埋立地のメタン排出を削減する方法の 1 つです。

ガス化

ガス化も熱化学処理であり、高温と制御された量の酸素、蒸気、またはその両方を使用して、有機廃棄物(バイオマス)を可燃性ガスに変換します。その結果、アンモニアやメチルアルコール(メタノール)を製造するために使用される、合成ガスまたは発生炉ガスと呼ばれる可燃性天然ガスが生成されます。また、バイオ燃料の代替としてガソリンを置き換えることもできます。

廃棄物発電での焼却灰の扱い

MSWを焼却する廃棄物発電プラントでは、フライアッシュとボトムアッシュという2種類の灰が生産されます。

フライアッシュ

フライアッシュ、または大気汚染制御残渣物(APC)は、WtEプラントの煙道ガス、つまり焼却によって発生する煙から除去された有害で微小な粒子から構成されています。一般にフライアッシュは、主に近隣の生態系の大気汚染や水質汚染という形の環境への悪影響を軽減するための処理を受けています。フライアッシュをリサイクルして再利用する取り組みも行われていますが、一般的には有害廃棄物の埋め立て地に送られます。

ボトムアッシュ

ボトムアッシュ、または焼却炉ボトムアッシュ(IBA)は、フライアッシュ以外のすべての残りの灰です。主にシリカ、カルシウム、酸化鉄、酸化アルミニウムで構成されています。大型磁石を使用すれば、リサイクルや再利用のためにこれらの素材の一部を除去できます。たとえば建設会社は、コンクリートや増量剤を作るためにボトムアッシュを使う場合があります。残りは埋め立て地に送られます。

WtEプラントから発生する灰の排出は、そこに投入される廃棄物に比べて格段に小さいものです。これは、廃棄物の予燃の重量で15〜25%、体積で5〜15%の範囲です。3

廃棄物発電の利点

廃棄物発電には、従来の廃棄物管理システムと比較して多くの利点があります。

廃棄物量の削減

世界では毎年20億トン以上の都市廃棄物が発生しており、2025年までに56 %増加すると予測されています。1廃棄物量の増加とそれに伴う汚染は、本質的に気候変動と関連しています。廃棄物を削減する最善の方法は廃棄物の生産量を減らすことですが、WtEプラントは暫定的な解決策を提供します。WtEプラントは廃棄物量を約87%削減します。4

埋め立て地よりもクリーン

WtEプラントは、WtEプロセスがはるかに厳密に管理および監視されているため、埋立地や廃棄物の野焼きよりも温室効果ガスや汚染物質の排出が少なくなります。最新のWtEプラントは、重金属やダイオキシンなどの汚染物質に対して厳しい排出基準が課せられています。

資源回収

WtEプロセスは、特に焼却後に残った金属に対して、埋め立てよりも資源を回収するための優れた機会を提供します。これは、材料を閉ループシステム内に維持し、廃棄物を削減することに重点を置いた循環型経済の原則と一致しています。

廃棄物発電の課題

廃棄物発電システムは、廃棄物の生産を中止したり、循環性を促進したりするものではないため、環境活動家から厳しい目で見られています。WtEは、資源利用の循環性と線形のスタートラインにあることがよくあります。金属は抽出してリサイクルまたは再利用できますが、焼却後に抽出できない材料、特にプラスチックや紙を完全にリサイクルする方が環境に優しく、エネルギー効率も高くなります。

WtEはまた、商業規模で機能するために、大規模な廃棄物処理と固形廃棄物管理システムも必要としています。このような要件のため、このソリューションは、まだ廃棄物収集を受けていない世界中の約27億人の人々にとって、手の届かないものとなっています。1

廃棄物発電が使われている場所

廃棄物発電プラントは、日本やデンマーク、スウェーデン、ドイツ、フランスなどのヨーロッパ諸国など、土地が限られている人口密集地域で一般的です。西ヨーロッパでは、WtEはMSW管理の主要な方法であり、約4,000万トンを処理しています。EUと英国が2023年に排出量取引制度に廃棄物発電を含めることに合意したため、この地域での廃棄物発電はさらに拡大します。1 WtEは、十分な土地と低コストにより埋め立てがより魅力的な選択肢となった米国では、成長が鈍化しています。

中東では、ドバイに世界最大の廃棄物発電施設があります。Warsan Waste Management Companyが運営するこの発電所は、ドバイの廃棄物全体の約45%に相当する毎年190万トンのゴミを使用します。このプロジェクトは、135,000世帯に電力を供給するのに十分な電力である200メガワットを毎日発電します。5

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脚注

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1世界廃棄物管理概況 2024 」、国連環境計画(UNEP)、2024年2月28日。

2 "Waste Incineration and Informal Livelihoods: A Technical Guide on Waste-to-Energy Initiatives"、Jeroen IJgosse、Women in Informal Employment: Globalizing and Organizing(WIEGO)、2019年8月。

3 "Energy Recovery from the Combustion of Municipal Solid Waste (MSW)"、米国環境保護庁(EPA)、2024年1月30日。

4 "Biomass explained"、米国エネルギー情報局(EIA)、2023年12月21日。

5 "DWMC Company Profile"、Warsan Waste Management Company、2023年5月。