プラスチック廃棄物とリサイクルの必要性についての紹介
プラスチック廃棄物とその環境への影響という避けられない世界的問題により、リサイクル ソリューションの需要が高まっています。その結果、リサイクルおよびゴミ管理システムにおけるビッグ データや機械学習などの革新的技術の統合に支えられ、世界のプラスチック廃棄物管理市場は大幅な成長を遂げています。不適切なプラスチック廃棄による環境への影響、特に海洋生態系への影響に対する意識の高まりは、予測期間中の市場の拡大をさらに後押しします。持続可能な未来を築き、プラスチック廃棄物危機に対処するには、効果的なリサイクルの実践が不可欠です。
世界のプラスチック廃棄物管理市場は、2021年に348億5,000万米ドルと評価され、2029年までに455億4,000万米ドルに達すると予想されており、2022年から2029年の予測期間中に3.40%のCAGRを記録します。
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貴重な原料から製造できる可能性のある製品には次のようなものがあります。
- 新しいプラスチック: 解重合されたモノマーを使用して、バージン材料と同様の特性を備えた新しい高品質プラスチックを製造できます。これらの新しいプラスチックは、包装、自動車部品、建設資材などのさまざまな業界で使用できます。
- 燃料: 熱分解とガス化によって生成される石油とガスは、ディーゼル、ガソリン、航空燃料などの燃料を生産するための貴重な原料として機能します。これらの燃料は輸送やエネルギー生成に利用でき、より持続可能なエネルギーミックスに貢献します。
- 化学薬品および石油化学製品: 解重合されたモノマーと合成ガスは、さまざまな化学薬品や石油化学製品の生産における原料として使用できます。これらの化学物質は、医薬品、繊維、プラスチック製造など、幅広い業界で使用されています。
- エネルギー生成: ガス化によって生成された合成ガスは、発電または加熱目的のクリーン エネルギー源として使用できます。
- カーボンブラック： 熱分解後に残った固体残留物である炭は、さらに処理して、ゴム、インク、およびその他の産業用途に使用される貴重な材料であるカーボン ブラックを生成できます。
- 水素： ガス化により水素ガスも生成されます。水素ガスは、燃料電池やさまざまな産業プロセスで使用される多用途のエネルギー媒体です。
プラスチック危機との闘い: リサイクルと持続可能性への行動喚起
- 世界のプラスチック廃棄物問題: プラスチック廃棄物の過剰発生により、世界は深刻化する危機に直面しています。毎年何十億トンものプラスチックが生産され、そのかなりの部分が埋め立て地、海洋、自然環境に捨てられています。環境中にプラスチックが残留すると、生態系、野生動物、人間の健康に長期にわたる脅威が生じます。この問題に早急に対処する必要があるため、政府、組織、個人はプラスチック廃棄物を管理するための効果的な解決策を模索しています。
- プラスチック汚染による環境への影響: プラスチック汚染は環境に壊滅的な影響を及ぼします。プラスチックは分解するのに何百年もかかり、土壌や水域を汚染するマイクロプラスチックの蓄積につながります。動物がプラスチックの破片を摂取したり絡まったりすると、海洋生物は深刻な影響を受けます。プラスチック粒子から放出される有毒化学物質は、水生生態系をさらに脅かします。さらに、プラスチック汚染はライフサイクル中に温室効果ガスを放出するため、気候変動の一因となります。プラスチック汚染に対処することは、生物多様性を保護し、地球の生態系の繊細なバランスを保つために不可欠です。
- プラスチック廃棄物のリサイクルと削減の重要性: プラスチック廃棄物のリサイクルと削減は、世界的なプラスチック危機を緩和するための重要なステップです。プラスチックをリサイクルすることで、未使用プラスチックの生産の需要を減らし、貴重な資源を節約できます。また、プラスチックが埋め立て地や海洋に流入するのを防ぎ、環境汚染を軽減します。使い捨てプラスチックの消費量を削減し、循環経済モデルを推進するなど、持続可能な慣行を採用することで、プラスチック廃棄物の発生を大幅に減らすことができます。プラスチックの使用を最小限に抑えてリサイクルするための一人ひとりの努力は、将来の世代のためにより清潔で健康的な地球の構築に貢献します。
プラスチックのリサイクル方法の概要
プラスチックのリサイクル方法は、埋め立て地や海洋からプラスチック廃棄物を転用し、環境への影響を軽減し、貴重な資源を保護することを目的としています。これらの方法は、メカニカル リサイクルとケミカル リサイクルの 2 つの主要なアプローチに大別できます。
メカニカルリサイクル: これは最も一般的なプラスチックリサイクルの形態です。これにはいくつかのステップが含まれます。
- 収集と分類: プラスチック廃棄物はさまざまな場所から収集され、樹脂の種類、色、その他の特性に基づいて分類されます。
- クリーニング： 分別されたプラスチックは徹底的に洗浄され、ラベル、接着剤、その他の不純物などの汚染物質が除去されます。
- 細断と溶解: 洗浄されたプラスチックは細かく砕かれ、その後溶かされてペレットまたはフレーク状に加工されます。
- 新製品の製造: 溶けたプラスチックは、容器、ボトル、その他のプラスチック製品などの新しい製品を製造するための原料として使用できます。
ケミカルリサイクル: このアプローチには、化学プロセスを通じてプラスチックポリマーを構成モノマーまたはその他の貴重な原料に分解することが含まれます。一般的なケミカルリサイクル方法には次のようなものがあります。
- 熱分解: プラスチック廃棄物は酸素の不在下で加熱され、その結果、石油、ガス、炭が生成されます。石油とガスは燃料または化学原料として使用できます
- 解重合: プラスチックは元のモノマーに分解され、それを使用して品質劣化を最小限に抑えて新しいプラスチックを製造できます。
- ガス化: プラスチック廃棄物は、一酸化炭素と水素の混合物である合成ガスに変換され、クリーンな燃料または化学プロセスの原料として使用できます。
ケミカルリサイクル：革新的なアプローチ
ケミカルリサイクルの定義と原則: ケミカルリサイクルには、さまざまな化学プロセスを通じてプラスチックポリマーを価値のある原料に分解することが含まれます。この原理には、プラスチックを元のモノマーに変換したり、合成ガスや油を生成したりすることが含まれます。目標は、新しいプラスチックの製造に使用できる高品質の原料を作成し、化石資源への依存を減らし、プラスチック廃棄物を最小限に抑えることです。
Data Bridge Market Research の分析によると、市場は 2023 年から 2030 年の予測期間に 4.6% の CAGR で成長し、2030 年までに 39,458,951.91 千米ドルに達すると予想されています。さまざまな業界で再生プラスチックの使用が増えていることが、世界の再生プラスチック市場の主な推進力となっています。
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ケミカルリサイクルプロセスの種類: ケミカルリサイクルの方法には、プラスチックを熱分解して石油とガスを生成する熱分解が含まれます。解重合。ポリマーをモノマーに分解します。プラスチックを合成ガスに変換するガス化。各プロセスには、さまざまな種類のプラスチック廃棄物のリサイクルに特有の利点があります。
プロセス
熱分解:
プロセス: 熱分解では、酸素の不在下でプラスチックを熱分解し、石油、ガス、炭に変換します。
利点:
- 高い汎用性: 混合プラスチックや汚染プラスチックを含む幅広い種類のプラスチックを処理できます。
- 価値ある製品の生産: 生成された石油とガスは、さらに燃料に加工したり、石油化学産業の原料として使用したりできます。
解重合:
プロセス: 解重合では、ポリマーがその構成モノマーまたはより小さな分子に分解され、新しいプラスチックの製造に使用できます。
利点:
- 高品質なリサイクル：バージン材料に近い特性を持つモノマーが得られ、高品質なリサイクルプラスチックが可能になります。
- 特定のリサイクル：PETやポリアミドなどの特定のポリマーをターゲットにしたリサイクルが可能になり、効率が向上します。
ガス化:
プロセス: ガス化により、プラスチックは、さまざまな用途に使用できる一酸化炭素、水素、およびその他のガスの混合物である合成ガスに変換されます。
利点:
- エネルギー回収：合成ガスは電気や熱を生成するために使用でき、プラスチック廃棄物のエネルギー回収オプションを提供します。
- 廃棄物発電アプローチ: ガス化を廃棄物発電システムに統合し、埋め立てを削減し、循環性を促進することができます。
従来の機械リサイクルとの違い: ケミカルリサイクルは、プラスチックを化学成分に分解するため、混合プラスチックや汚染プラスチックを含む幅広いプラスチックをリサイクルできるという点で機械リサイクルとは異なります。対照的に、従来の機械的リサイクルには、プラスチック廃棄物から新しい製品を製造するための選別、洗浄、溶解プロセスが含まれますが、複雑なプラスチックの流れをリサイクルするには限界があります。
ケミカルリサイクルと従来のメカニカルリサイクル：持続可能なプラスチック廃棄物管理への対照的な道
ケミカルリサイクル:
- プラスチックを新製品用のモノマー/合成ガスに分解します
- 混合/汚染されたプラスチック、複雑な廃棄物の流れを処理
- 新製品のための高品質の原料を生産します
- ガス化: プラスチック廃棄物を合成ガス/エネルギーに変換します
- 循環経済をサポートし、プラスチックのループを閉じる
従来の機械的リサイクル:
- プラスチック廃棄物を再処理して新しい製品を作ります
- 特定の種類のプラスチックに限定されており、課題に直面している
- 品質が低い、不純物が残っている可能性がある、劣化する
- 消費電力が少なく、操作が簡単
- ダウンサイクルにつながり、再利用が制限される可能性がある
- 確立されたインフラストラクチャ、広く実践されている
熱分解: プラスチックを石油とガスに変換する
熱分解プロセスとその手順: 熱分解は、プラスチック廃棄物を酸素のない状態で加熱して有用な製品に分解する化学リサイクル方法です。このプロセスは、プラスチック廃棄物を高温に加熱し、プラスチックを気化させてガスにし、冷却してガスを凝縮して液体および固体の製品にする、という 3 つの主な手順で構成されます。これにより、熱分解油、合成ガス、炭などの貴重な製品が生成され、さらに処理したり、原料として使用したりできます。
熱分解に適したプラスチックの種類: 熱分解では、ポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP)、ポリスチレン (PS)、ポリエチレン テレフタレート (PET) など、幅広いプラスチックを処理できます。混合プラスチック廃棄物、汚染されたプラスチック、さらには従来の機械的方法では効率的にリサイクルできないリサイクル不可能なプラスチックにも適しています。
熱分解から得られる製品の収量と品質: 熱分解製品の収量と品質は、プラスチックの種類、熱分解温度、滞留時間などのさまざまな要因に依存します。熱分解では通常、約 50 ～ 75% の熱分解油、10 ～ 30% の合成ガス、および 5 ～ 15% の炭が得られます。製品の品質は特定のプロセスパラメータに基づいて変化する可能性があり、熱分解油は燃料や化学薬品の貴重な原料であり、合成ガスはエネルギー生産やその他の産業に応用されています。
熱分解による 3 つの成果: 3 つの主要製品 - 石油、合成ガス、チャーの紹介
熱分解油: 熱分解による一次生成物で、プラスチックの種類によって異なります。複雑な炭化水素混合物は、燃料および化学品製造の原料として機能します。
合成ガス: 熱分解からのガス (CO、H2、CH4) の混合物。電気、暖房、または化学プロセスの原料用のクリーン エネルギー源として使用されます。
チャー: 熱分解後の固体残留物。量と特性はプラスチックとプロセスによって異なります。炭素源として使用されるか、さらに加工されます。
解重合: ポリマーをモノマーに分解する
解重合技術と触媒: 解重合は、ポリマーを構成モノマーに分解するケミカルリサイクル方法です。さまざまな解重合技術には、加水分解、メタノリシス、解糖などがあります。酸、塩基、酵素などの触媒は解重合反応を加速し、効率と選択性を高めます。
解重合の利点と課題: 解重合により、混合材料や汚染材料を含む幅広いプラスチックをリサイクルできます。これにより、環境への影響を抑えた新しいプラスチックの製造に使用できる高品質のモノマーの生産が可能になります。ただし、適切な触媒の必要性、エネルギー集約的なプロセス、費用対効果などの課題があります。
解重合モノマーの用途: 解重合されたモノマーは、バージン材料と同様の特性を持つ新しい高品質プラスチックを製造するための貴重な原料として機能します。これらのモノマーは、包装、繊維、自動車部品などのさまざまな用途に使用でき、プラスチック生産に持続可能で循環的なアプローチを提供し、化石資源への依存を削減します。
ガス化: プラスチック廃棄物から合成ガスを生成
ガス化プロセスと反応メカニズム: ガス化は、プラスチック廃棄物などの炭素質材料を、制御された量の酸素の存在下で合成ガスに変換する熱化学変換プロセスです。反応メカニズムには部分燃焼が含まれ、一酸化炭素 (CO)、水素 (H2)、およびその他のガスからなる合成ガスが生成されます。
エネルギーおよび化学産業における合成ガスの用途: Syngas は、さまざまな用途に使用できる多用途の製品です。エネルギー産業では、クリーンで効率的な発電用燃料として使用できます。化学産業では、合成ガスは燃料、化学薬品、その他の価値のある製品を製造するための原料として機能し、プラスチックの循環経済に貢献します。
ガス化の環境への配慮: ガス化には、廃棄物の転用とエネルギー回収の点で利点があります。ただし、環境への配慮には、ガス化時の二酸化炭素 (CO2) やその他の汚染物質の排出が含まれます。環境への影響を最小限に抑え、合成ガスの持続可能な使用を確保するには、ガス化条件の適切な制御と効率的なガス洗浄技術が不可欠です。
ケミカルリサイクルの課題と限界
プラスチック廃棄物の汚染と不純物: プラスチック廃棄物には、汚れ、食品残留物、ラベル、その他の非プラスチック材料などの不純物が含まれることが多く、リサイクルが困難になります。汚染はリサイクルプラスチックの品質に影響を与え、さまざまな用途での使用性を制限し、新製品の原料としての価値を低下させます。不純物を除去し、リサイクルプラスチックの品質を確保するには、効果的な選別と洗浄プロセスが必要です。
高いエネルギー消費とコスト: 熱分解や解重合などのケミカルリサイクル方法はエネルギーを大量に消費するため、運用コストが高くなる可能性があります。高温と高度な機器の必要性によりエネルギー消費が増加し、リサイクルプロセス全体の経済的実行可能性に影響を与えます。エネルギー効率を最適化し、ケミカルリサイクルの費用対効果を高めるには、研究と技術の進歩が不可欠です。
スケーラビリティと商業的実現可能性: ケミカルリサイクルは、より広範囲のプラスチックの処理において有望である一方、その商業的実行可能性と拡張性は依然として進化の途上にあります。課題には、大規模施設の開発や化学リサイクルを既存の廃棄物管理システムに統合することが含まれます。世界的なプラスチック廃棄物問題に取り組むための実行可能かつ持続可能な解決策としてケミカルリサイクルを確立するには、これらの課題に対処することが重要です。
ケミカルリサイクルの利点とメリット
埋め立て地と海洋のプラスチック廃棄物の削減:
- リサイクル: 効果的なリサイクル プログラムを実施することで、プラスチック廃棄物の適切な処分と処理が促進され、プラスチック廃棄物が埋め立て地から転用され、海洋汚染が防止されます。
- 廃棄物管理インフラストラクチャ：廃棄物管理システムと施設の改善により、廃棄物の収集、分別、リサイクルが改善され、埋め立て地や海洋に到達するプラスチック廃棄物の量が削減されます。
- 教育と啓発: プラスチック汚染とその影響に関する国民の意識向上キャンペーンは、責任ある廃棄物処理の実践を促進し、個人がプラスチックの消費を削減することを奨励します。
温室効果ガス排出量の削減:
- エネルギー回収: ガス化や熱分解などによりプラスチック廃棄物をエネルギーにリサイクルすると、化石燃料の必要性が減り、結果として温室効果ガスの排出量が削減されます。
- バージンプラスチックの生産量の削減: プラスチックをリサイクルすると、原材料の需要が減り、バージンプラスチックの生産に伴うエネルギー集約的なプロセスと、それに伴う温室効果ガスの排出量が削減されます。
- 炭素隔離：ライフサイクル中に炭素を隔離するバイオベースまたは生分解性プラスチックを利用すると、従来のプラスチックに関連する温室効果ガスの排出を相殺するのに役立ちます。
プラスチックの循環経済の構築:
- 拡大生産者責任 (EPR): EPR ポリシーは、適切な廃棄物管理とリサイクルを確保することで循環性を促進し、リサイクル向けの製品を設計するよう生産者を奨励します。
- エコデザインとイノベーション：耐久性、再利用性、リサイクル性を考慮したプラスチック製品の設計は、製品の寿命を延ばし、廃棄物の発生を減らすことで循環型経済を促進します。
- クローズドループリサイクル: 製造時に再生プラスチックの使用を奨励すると循環ループが形成され、プラスチック廃棄物が新しい製品を生産するための貴重な資源となり、バージンプラスチックの必要性が減ります。
ケーススタディと成功事例
ネスレとプラスチック・エネルギーのパートナーシップ
- 2020年10月、著名な世界的食品・飲料会社であるネスレは、プラスチック廃棄物危機に対処するために、英国に本拠を置くケミカルリサイクル技術を専門とする企業プラスチック・エナジーと提携した。
- このパートナーシップは、英国初の商業用大規模ケミカルリサイクル施設の探索と確立を目的としていました。ケミカルリサイクルは、解重合や熱分解などのプロセスを通じてプラスチック廃棄物を貴重な原料に分解する最先端のアプローチです。
- プラスチックエナジーの革新的なプロセスでは、プラスチックポリマーを元のモノマーまたはオイルに分解し、高品質の原料を作成します。これらの原料は、バージン材料と同様の特性を持つ新しいプラスチックの製造に使用できます。
- ネスレは、高品質のリサイクル素材を製品に取り入れることで、持続可能性を促進し、化石資源への依存を減らしています。この動きは、ネスレの環境責任とプラスチックの循環型経済への取り組みと一致しています。
- ネスレとプラスチック・エナジーの協力は、プラスチック廃棄物をより効果的に管理する上でのケミカル・リサイクルの可能性を示しています。これは、プラスチック廃棄物危機に対する革新的な解決策を見つけるという民間部門の取り組みを示しています。
- 英国における大規模なケミカルリサイクル施設の設立は、プラスチック廃棄物管理の変革、資源保護の促進、環境への影響の最小限化における重要な前進を意味する
- 全体として、ネスレとプラスチック・エナジーの提携は、他の企業や業界が化学リサイクル技術を採用し、プラスチック廃棄物の化石資源への依存を減らしてより持続可能な未来を築くことに貢献する例を示しています。
スチレンサーキュラーソリューションズ（SCS）
- Styrenics Circular Solutions (SCS) は、INEOS Styrolution が主要参加者として参加する、プラスチック廃棄物に対処する共同イニシアチブです。
- 解重合はスチレン系プラスチックを元のモノマーに分解するケミカルリサイクル手法です。
- 解重合により、品質劣化を最小限に抑えた新しいプラスチックの高品質原料が可能になります
- スチレン系プラスチックなどの特定の種類のプラスチックを対象とし、プラスチック廃棄物のかなりの部分に対処します。
- 解重合などのケミカルリサイクルは、従来の方法では効率的に処理できない複雑なプラスチックを処理します。
- SCS はケミカルリサイクルの可能性とプラスチックの循環経済における共同の取り組みを実証
- 解重合によりスチレン系プラスチックが埋め立て地から転用され、汚染が軽減され、資源が節約されます
- SCSは、プラスチック廃棄物の管理における化学リサイクルの有効性と持続可能性を示す成功事例です。
今後の展望と展開の可能性
ケミカルリサイクル技術の進歩:
- 熱分解と解重合の改善：反応器設計と触媒の進歩により、熱分解と解重合プロセスの効率と選択性が向上しました。
- 酵素による解重合: 解重合を促進し、より正確な制御を可能にし、エネルギー要件を削減する酵素が研究されています。
- 水熱液化：加圧熱水を使用してプラスチック廃棄物をバイオオイルやその他の価値ある製品に変換する新興技術
- 溶剤ベースの方法: 溶剤ベースのプロセスの革新により、プラスチックを溶解および解重合する代替方法が提供され、リサイクル可能なプラスチックの範囲が拡大します。
リサイクルを促進する政府の政策と取り組み:
- 拡大生産者責任（EPR）：政府はEPR制度を実施し、生産者にプラスチック廃棄物の管理責任を負わせ、リサイクルと持続可能な製品設計を奨励している。
- プラスチックの禁止と制限: 多くの国は、プラスチック廃棄物の発生を減らし、リサイクル代替品を奨励するために、使い捨てプラスチックに禁止または制限を課しています。
- インセンティブと助成金: 政府は、研究、インフラ開発、リサイクル技術への投資を支援するために金銭的インセンティブと助成金を提供しています。
- リサイクル目標: 野心的なリサイクル目標を設定することで、業界関係者がこれらの目標を達成するためのリサイクル技術やインフラへの投資を奨励します。
プラスチック廃棄物危機に取り組むための協力的な取り組み:
- 官民パートナーシップ: 政府、企業、非政府組織間の協力により、プラスチック廃棄物管理への総合的なアプローチが促進されます。
- プラスチック廃棄物連合: 世界的な連合は、さまざまな分野の関係者を集め、プラスチック廃棄物危機に対処するための知識、リソース、ベストプラクティスを共有します。
- イノベーションへの挑戦: 競争とイノベーションへの挑戦は、起業家や新興企業が新しいリサイクル技術やソリューションを開発することを奨励します。
- 国際協力: 国境を越えたプラスチック汚染と闘い、持続可能な廃棄物管理を促進するために、各国が研究、データ共有、政策調整で協力します。
結論：
プラスチック廃棄物は深刻な世界的問題であり、広範囲にわたる汚染を引き起こしています。プラスチックのリサイクルは、埋め立て地や海洋汚染を減らし、資源を節約し、被害を最小限に抑えるためのソリューションを提供します。メカニカルリサイクルはプラスチック廃棄物を新たな製品に再処理するが、ダウンサイクルなどの制限がある。この危機と闘うには、持続可能性のために効果的なリサイクル ソリューションが不可欠です。ケミカルリサイクルは、熱分解、解重合、ガス化などのプロセスを通じてプラスチックをモノマーまたは合成ガスに分解する革新的なアプローチを提供します。混合プラスチックを処理し、高品質の原料とクリーン エネルギーを生産します。 EPR とエコデザインによる循環経済は非常に重要です。政策、禁止、奨励金を実施する上で政府の役割は極めて重要です。酵素による解重合などの進歩は有望です。共同の取り組みと国際協力により、総合的な廃棄物管理が促進されます。効果的なリサイクル、教育、意識向上は、プラスチックの環境への影響を軽減し、持続可能な未来への鍵となります。
