焼却

フリーデンスライヒ・フンデルトヴァッサーによって設計されたオーストリア、ウィーンの焼却工場
スウェーデン、マルメにあるSYSAV焼却施設は、家庭ごみを毎時25トン（28ショートトン）処理できる。主煙突の左側では、全く同じ新しい炉ラインが建設中（2007年3月）。

焼却は、廃棄物に含まれる物質を燃焼させる廃棄物処理プロセスです。 [ 1 ]廃棄物焼却のための産業プラントは、一般に廃棄物エネルギー施設と呼ばれています。焼却およびその他の高温廃棄物処理システムは、「熱処理」と呼ばれます。廃棄物の焼却により、廃棄物は灰、排気ガス、熱に変換されます。灰は主に廃棄物の無機成分によって形成され、排気ガスによって運ばれる固体の塊または粒子の形をとることがあります。排気ガスは、大気中に拡散する前に、ガス状および粒子状の汚染物質を除去する必要があります。場合によっては、焼却によって発生した熱を利用して発電することができます。

エネルギー回収を伴う焼却は、ガス化、熱分解、嫌気性消化といった廃棄物エネルギー利用技術の一つです。焼却とガス化は原理的には似ていますが、焼却では高温の熱エネルギーが生成されるのに対し、ガス化では可燃性ガスが主なエネルギー源となることが多いです。焼却とガス化は、エネルギー回収や物質回収を行わずに実施することも可能です。

いくつかの国では、焼却炉の環境への影響について専門家や地域社会から依然として懸念の声が上がっています（焼却炉反対の議論を参照）。

一部の国では、数十年前に建設された焼却炉に、燃焼前に有害物質、かさばる物質、またはリサイクル可能な物質を除去する物質分離設備が備えられていないことが多かった。これらの施設は、ガス浄化と燃焼プロセス制御が不十分であったため、作業員の健康や地域環境へのリスクを招きがちだった。これらの施設のほとんどは発電を行っていなかった。

焼却炉は、灰の組成とリサイクル用金属などの材料の回収度合いに応じて、元の廃棄物の固形物を80～85％、体積（ゴミ収集車で既にある程度圧縮されている）を95～96％削減します。 [ 2 ]これは、焼却が埋め立てを完全に置き換えるわけではないものの、処分に必要な体積を大幅に削減することを意味します。ゴミ収集車は、多くの場合、内蔵のコンプレッサーで廃棄物の体積を圧縮してから焼却炉に運びます。また、埋立地では、固定式のスチール製コンプレッサーを使用することで、圧縮されていないゴミの体積を約70％削減できますが、かなりのエネルギーコストがかかります。多くの国では、埋立地での圧縮には、より単純な廃棄物の圧縮が一般的に行われています。[ 3 ]

焼却は、医療廃棄物や、病原体や毒素を高温で破壊できる特定の有害廃棄物など、ニッチな分野における特定の廃棄物処理において特に大きな効果を発揮します。例えば、従来の廃水処理施設では処理できない、多様な毒性または極めて毒性の高い廃水を処理する化学多品種生産工場などが挙げられます。

廃棄物の焼却は、土地資源が乏しい日本、シンガポール、オランダなどの国で特に普及しています。デンマークとスウェーデンは、1世紀以上にわたり、地域暖房計画を支える地域熱電併給施設において、焼却によるエネルギー利用を先導してきました。[ 4 ] 2005年には、デンマークにおける廃棄物焼却による電力消費量は全体の4.8%、国内総熱消費量の13.7%を占めました。[ 5 ]ルクセンブルク、オランダ、ドイツ、フランスなど、他のヨーロッパ諸国でも、都市廃棄物の処理に焼却が大きく依存しています。[ 2 ]

歴史

ケンブリッジ技術博物館にあるマンラブ・アリオット社製の1894年製破壊炉

英国で最初の廃棄物処理用焼却炉は、 1874年にノッティンガムでマンラブ・アリオット社によって建設されました。設計はアルフレッド・フライヤーが特許を取得しており、当初はデストラクタと呼ばれていました。[ 6 ]

アメリカ初の焼却炉は1885年にニューヨーク州ガバナーズ島に建設された。 [ 7 ]オーストリア＝ハンガリー帝国初の施設は1905年にブルンに建設された。[ 8 ]

テクノロジー

焼却炉の設計には、移動火格子、固定火格子、多重炉、ロータリーキルン、流動床など様々な種類があります。[ 9 ]現代の焼却炉には、排ガス浄化などの汚染緩和装置が組み込まれています。

燃やす山

庭にある典型的な小さな焼却場。

焼却場または焼却ピットは、廃棄物処理の最も単純かつ最も古い形態の 1 つであり、可燃性の物質を野外に積み上げて火をつけるというものである。

焼却場は制御不能な火災の拡大を引き起こします。風に飛ばされた燃焼物や、対流によって山から舞い上がった小さな軽量の燃えさしが、周囲の芝生や建物に燃え移る可能性があります。山の内部構造が焼失すると、山が移動して崩壊し、燃焼範囲が拡大する可能性があります。焼却場では廃棄物が完全に燃焼しないことが多く、粒子状汚染物質が発生します。

バーンバレル

燃焼バレルは、民間廃棄物焼却のやや制御された形式で、燃える物質を金属製のバレルの中に入れ、排気口に金属製の格子を取り付けます。このバレルは、風の強い状況でも燃える物質の拡散を防ぎ、可燃物が減少するとバレル内にしか落ち着かなくなります。排気口の格子は燃えさしの拡散を防ぐのに役立ちます。通常、燃焼バレルには55米ガロン（210リットル）入りの鋼鉄製ドラム缶が使用され、空気取り入れのために底部に通気孔が切られたりドリルで穴が開けられています。[ 10 ]時間の経過とともに、焼却時の非常に高い熱によって金属が酸化して錆び、最終的にはバレル自体が熱によって消耗して交換が必要になります。

乾燥したセルロース製品や紙製品の個人焼却は、一般的にクリーンな燃焼で、目に見える煙は出ません。しかし、家庭ごみに含まれるプラスチックは、個人焼却によって刺激臭や煙が発生し、目が痛くなったり涙目になったりするなど、公共の迷惑となる可能性があります。二重構造にすることで二次燃焼が促進され、煙の量が軽減されます。[ 11 ]ほとんどの都市部では焼却樽の使用が禁止されており、一部の農村部では、特にこの一般的な農村部の慣習に慣れていない住民が多い地域では、野外焼却が禁止されている場合があります。

2006年現在、アメリカ合衆国では、他人に迷惑をかけず、乾燥した条件などで火災の危険がなく、濃い有毒な煙を出さない限り、農村部の家庭廃棄物や農場廃棄物の少量焼却は一般的に許可されていました。ニューヨーク州、ミネソタ州、ウィスコンシン州など、一部の州では、健康被害や迷惑行為を理由に野焼きを禁止または厳しく規制する法律や規制があります。[ 12 ]廃棄物を焼却する予定の人は、事前に州機関に連絡して現在の火災の危険性と状況を確認し、発生する制御された火災について当局に警告することが義務付けられる場合があります。[ 13 ]

動く格子

2つのボイラーラインを監視する典型的な移動格子焼却炉の制御室
毎時15トン（17米トン）の廃棄物を処理できる移動格子式焼却炉の炉内に都市固形廃棄物が投入されている。一次燃焼空気を供給する格子の穴が見える。

都市固形廃棄物の典型的な焼却施設は、移動格子式焼却炉です。移動格子式焼却炉は、燃焼室内の廃棄物の流れを最適化し、より効率的で完全な燃焼を実現します。1基の移動格子式ボイラーは、1時間あたり最大35トン（39ショートトン）の廃棄物を処理でき、年間8,000時間稼働できます。ただし、点検・保守のための停止は約1ヶ月間のみです。移動格子式焼却炉は、都市固形廃棄物焼却炉（MSWI）と呼ばれることもあります。

廃棄物は廃棄物クレーンによって火格子の一端にある「スロート」から投入され、そこから下降式火格子の上を移動して反対側の灰受けへと送られます。灰はここで水門から排出されます。

燃焼空気（一次燃焼空気）の一部は、火格子の下から供給されます。この空気の流れは、火格子自体を冷却する役割も担っています。冷却は火格子の機械的強度にとって重要であり、多くの可動火格子は内部に水冷機構も備えています。

二次燃焼用空気は、火格子上のノズルからボイラー内に高速で供給されます。これにより、乱流が発生し、混合が促進され、酸素の過剰供給が確保されるため、排ガスの完全燃焼が促進されます。多段式／階段式炉床式焼却炉では、二次燃焼用空気は一次燃焼室の下流にある別の燃焼室に導入されます。

欧州廃棄物焼却指令によれば、焼却施設は、有毒有機物質を適切に分解するために、排ガスが2秒間少なくとも850℃（1,560℉）に達するように設計されなければなりません。この基準を常に遵守するために、廃棄物の発熱量が低すぎて単独ではこの温度に達しない場合に備えて、ボイラーに点火する予備の補助バーナー（通常は重油を燃料とする）を設置する必要があります。

排気ガスは過熱器で冷却され、そこで熱が蒸気に伝達されます。蒸気は通常40バール（580  psi ）の圧力で400 °C（752 °F）まで加熱され、タービンで発電されます。この時点で排気ガスの温度は約200 °C（392 °F）となり、排気ガス浄化システムに送られます。

多くの場合、焼却施設は複数の独立した「ボイラーライン」（ボイラーと排ガス処理プラント）で構成されており、他のボイラーラインがメンテナンス、修理、またはアップグレードされている間も、1つのボイラーラインで廃棄物を受け入れ続けることができます。スカンジナビアでは、地域暖房の需要が低い 夏季に定期メンテナンスが行われます。

固定格子

より古く簡素なタイプの焼却炉は、レンガで覆われた炉室で、下部の灰受けの上に固定式の金属格子が取り付けられていました[ 9 ] 。上部または側面に投入用の開口部が1つ、側面にクリンカーと呼ばれる不燃性固形物を排出するための開口部がもう1つありました。かつて集合住宅で見られた多くの小型焼却炉は、現在では廃棄物圧縮機に置き換えられています[ 14 ]。

ロータリーキルン

ロータリーキルン焼却炉[ 15 ]は、自治体や大規模工場で使用されています。この設計の焼却炉には、一次室と二次室の2つの室があります。ロータリーキルン焼却炉の一次室は、傾斜した耐火物で裏打ちされた円筒形の管で構成されています。内側の耐火物は、窯の構造を保護するための犠牲層として機能します。この耐火層は定期的に交換する必要があります。[ 16 ]シリンダーの軸を中心とした動きにより、廃棄物の移動が容易になります。一次室では、揮発、破壊蒸留、部分燃焼反応により、固体部分がガスに変換されます。二次室は、気相燃焼反応を完了するために必要です。

クリンカーはシリンダーの端からこぼれ落ちる。背の高い煙突、ファン、または蒸気ジェットが必要な通風を供給する。灰は火格子を通って落下するが、多くの粒子が高温ガスとともに運ばれる。これらの粒子と可燃性ガスは「アフターバーナー」で燃焼される。[ 17 ]

流動床

これらは耐火材でライニングされた垂直の鋼製容器で、容器の底部には空気ノズルが設置されています。容器の下部に燃料、廃棄物、砂、その他の材料（例えば、二酸化硫黄を抑制するための石灰石）の混合物を投入し、気流を噴射して粒子を攪拌・混合し、懸濁液のような流体にします。こうして流動層が形成され、そこに燃料と廃棄物を投入できるようになります。混合されたガスと固体は、熱伝達と化学反応を促進します。これらは特に下水汚泥処理に適しています。[ 9 ]

特殊焼却炉

家具工場のおがくず焼却炉は、樹脂粉末や多くの可燃性物質を扱うため、細心の注意が必要です。空気中に浮遊する粉塵は、あらゆる液化石油ガスの引火現象に類似するため、制御された燃焼と逆火防止システムが不可欠です。

熱の利用

焼却炉で発生した熱は蒸気を発生させるのに利用でき、その蒸気はタービンを駆動して発電に利用されます。都市ごみ1トンあたりに生産できる正味エネルギーの典型的な量は、電力で約2/3MWh、地域暖房で約2MWhです。[ 2 ]したがって、1日あたり約600メートルトン（660ショートトン）の廃棄物を焼却すると、1日あたり約400MWh（  24時間連続で17MWの電力）の電力と、1日あたり1200MWhの地域暖房エネルギーが生成されます。

汚染

焼却には、灰や大気中への排気ガス放出など、様々な排出物があります。排気ガス浄化システムが設置される前は、排気ガスには粒子状物質、重金属、ダイオキシン、フラン、二酸化硫黄、塩酸などが含まれている可能性があります。工場の排気ガス浄化が不十分な場合、これらの排出物が煙突からの排出物に重大な汚染物質を付加する可能性があります。

1997年の調査で、デラウェア州固形廃棄物局は、同じ量のエネルギーを生産した場合、焼却炉は石炭火力発電所よりも粒子、炭化水素、SO2、HCl、CO、NOxの排出量が少ないが、天然ガス火力発電所よりは排出量が多いことを発見しました。[ 18 ]ドイツ環境省によると、廃棄物焼却炉は、石炭火力発電所の電力を廃棄物火力発電所の電力で置き換えることで、大気汚染物質の量を削減します。[ 19 ]

ガス状排出物

ダイオキシンとフラン

都市固形廃棄物（MSW）の焼却に関する最も広く報道されている懸念は、大量のダイオキシンとフランが排出されるのではないかという懸念である。[ 20 ]ダイオキシンとフランは深刻な健康被害をもたらす。EPA（環境保護庁）は2012年、ヒトの経口摂取における安全基準を体重1キログラムあたり1日0.7ピコグラム毒性当量（TEQ）と発表し、[ 21 ]これは、体重150ポンド（約65kg）の人の場合、年間170億分の1グラムに相当する。

2005年、当時66基の焼却炉があったドイツ環境省は、「1990年にはドイツにおけるダイオキシン排出量の3分の1が焼却炉から発生していたが、2000年にはその数値は1%未満になった。一般家庭の煙突やタイルストーブだけでも、焼却炉の約20倍のダイオキシンを環境に排出している」と推定した。[ 19 ]

米国環境保護庁[ 12 ]によると、米国における既知および推定発生源（焼却炉以外）からのダイオキシンおよびフランの総排出量のうち、各焼却方法における燃焼割合は以下のとおりです。家庭ごみの樽35.1%、医療廃棄物26.6%、都市下水処理汚泥6.3% 、都市廃棄物の燃焼5.9%、産業用木材の燃焼2.9%。したがって、廃棄物の管理された燃焼は、ダイオキシン総排出量の41.7%を占めています。

1987年、政府の規制により排出規制が義務付けられる前、米国の都市ごみ焼却炉から排出されるダイオキシンの総量は、毒性当量（TEQ）で8,905.1グラム（314.12オンス）でした。現在、これらの施設からの年間総排出量は83.8グラム（2.96オンス）TEQとなり、99%削減されています。

一部の農村地域では依然として家庭ごみや庭ごみを裏庭で焼却することが認められていますが、この方法では年間580グラム（20オンス）のダイオキシンが発生します。米国環境保護庁（EPA）による調査[ 22 ]によると、1997年までに焼却バレルを使用する1世帯あたりの排出量は、1日200トン（220ショートトン）の廃棄物を処理する焼却施設の排出量を上回り、2007年にはその5倍にまで増加しました。これは、家庭ごみに含まれる化学物質の増加と、より優れた技術を導入した市営焼却炉による排出量の減少によるものです[ 23 ] 。

米国のダイオキシン排出量の改善は、主に大規模な都市廃棄物焼却炉によるものである。2000年時点では、小規模焼却炉（1日の処理能力が250トン未満のもの）が処理する廃棄物量は全体のわずか9%であったが、都市廃棄物の燃焼によって排出されるダイオキシンとフランの83%を排出していた。[ 12 ]

ダイオキシン分解方法と限界

ダイオキシンを分解するには、分子環を十分な高温にさらし、それを結合している強固な分子結合を熱分解させる必要があります。フライアッシュの小片は厚みがあるため、高温への曝露時間が短すぎると、灰の表面のダイオキシンのみが分解される可能性があります。また、大容量のエアチャンバーの場合、曝露時間が短すぎると、排気ガスの一部しか完全な分解温度に達しない可能性があります。そのため、フライアッシュの厚さと排ガス量全体にわたって完全に加熱するために、温度曝露には時間的な要素も考慮する必要があります。

温度を上げるか、加熱時間を長くするかはトレードオフの関係にあります。一般的に、分子分解温度が高いほど加熱時間は短くなりますが、温度が高すぎると焼却装置の他の部品の摩耗や損傷を引き起こす可能性があります。同様に、分解温度をある程度下げることもできますが、その場合、排ガスの滞留時間が数分間ほど長くなり、処理施設の大きなスペースを占める大型で長い処理室が必要になります。

ダイオキシンの強固な分子結合を切断することによる副作用として、給気中の窒素ガス（ N 2）と酸素ガス（O 2 ）の結合が切断される可能性があります。排気流が冷却されると、これらの反応性の高い分離原子は自発的に結合を再構築し、排ガス中のNO xなどの反応性酸化物を生成します。これが地域環境に直接放出されると、スモッグの形成や酸性雨の原因となる可能性があります。これらの反応性酸化物は、選択触媒還元（SCR）または選択非触媒還元（下記参照） によってさらに中和する必要があります。

ダイオキシン分解の実際

プラスチックを屋外の焼却炉やゴミ置き場で焼却する場合、ダイオキシンを分解するのに必要な温度に達しないことが多く、ダイオキシン排出量が多くなります。プラスチックは通常、屋外で燃焼しますが、ダイオキシンは燃焼後も残り、大気中に浮遊するか、灰の中に残り、灰の山に雨が降ると地下水に浸出する可能性があります。幸いなことに、ダイオキシンとフラン化合物は固体表面に非常に強く結合し、水には溶解しないため、浸出は灰の山の下数ミリメートルに限定されます。ダイオキシンは800℃（1,470°F）で完全に分解されます。[ 24 ]

現代の都市焼却炉の設計には高温ゾーンが設けられており、そこでは排ガスが850℃（1,560℉）以上の温度に少なくとも2秒間維持され、その後冷却されます。この高温状態を常に維持するために、補助ヒーターが装備されています。補助ヒーターは石油や天然ガスを燃料とすることが多く、通常はごくわずかな時間しか作動しません。さらに、ほとんどの現代の焼却炉は、固体粒子内または表面に存在するダイオキシンを捕捉できる布製フィルター（サブミクロン粒子の捕集効率を高めるためにテフロン膜が使用されていることが多い）を使用しています。ガス状のダイオキシンは触媒を用いて大幅に分解することができ、触媒の一部は布製フィルターバッグ構造の一部として組み込まれている場合もあります。

非常に小型の都市焼却炉の場合、高温電気加熱素子と選択的触媒還元段階を使用することで、ダイオキシンの熱分解に必要な温度に達することができます。

ダイオキシンとフランは燃焼によって分解される可能性があるが、長い滞留時間で高温に保たれた燃焼施設の排出煙突試験で測定されたダイオキシンの発生源は、排出ガスが冷却される際に「デノボ合成」と呼ばれるプロセスによって再形成される可能性が高い。[ 12 ]

CO2​

他の完全燃焼プロセスと同様に、廃棄物中の炭素含有量のほぼすべてがCO 2として大気中に排出されます。都市ごみ（MSW）には、CO 2自体とほぼ同じ質量分率（27%）の炭素が含まれているため、1トンのMSWを焼却すると約1トンのCO 2が発生します。

廃棄物が事前の安定化（通常は嫌気性消化）を行わずに埋め立てられた場合、1 トンの MSW から、廃棄物の生分解性部分の嫌気性分解により約 62 立方メートル（2,200 立方フィート）のメタンが発生します。メタンの地球温暖化係数は 34 で、25 ℃における 62 立方メートルのメタンの重量は 40.7 kg なので、これは 1.38 トンの CO2 に相当し、焼却した場合に発生する1 トンの CO2 を上回ります。国によっては、大量の埋立地ガスが収集されています。それでも、大気中に放出される埋立地ガスの地球温暖化係数は大きいです。米国では、1999 年に放出された埋立地ガスの地球温暖化係数は、焼却によって放出されたであろうCO2の量より約 32% 高かったと推定されています。[ 25 ]この研究以来、メタンの地球温暖化係数の推定値は21から35に増加しており、これだけでも、同じ廃棄物の焼却と比較して、地球温暖化係数の影響はほぼ3倍に増加することになる。

さらに、生分解性廃棄物のほぼすべては生物由来です。この物質は、通常、前期生育期に大気中のCO2を利用して植物によって生成されます。これらの植物が再び成長すれば、燃焼によって排出されたCO2は再び大気中から除去されます。

このような考慮は、いくつかの国が生分解性廃棄物の焼却を再生可能エネルギーとして管理している主な理由です。[ 26 ]残り（主にプラスチックやその他の石油・ガス由来製品）は、一般的に非再生可能資源として扱われます。

焼却のCO2フットプリントは、異なる仮定によって異なる結果に至る可能性がある。地域条件（地域暖房需要が限られている、代替となる化石燃料発電が存在しない、廃棄物中のアルミニウム含有量が高いなど）は、焼却によるCO2削減効果を減少させる可能性がある。方法論やその他の仮定も結果に大きく影響する可能性がある。例えば、後日発生する埋立地からのメタン排出は無視されるか、軽視される可能性がある。また、生分解性廃棄物はCO2ニュートラルとは見なされない可能性がある。2008年にユーノミア・リサーチ・アンド・コンサルティングがロンドンの潜在的な廃棄​​物処理技術について行った調査では、これらの（著者によると）いくつかの特殊な仮定を適用した結果、既存の焼却施設の平均CO2排出量は、他の新興廃棄物処理技術の理論的な潜在能力と比較して低いことが実証された。[ 27 ]

その他の排出物

焼却炉から排出される排気ガスには、窒素酸化物、二酸化硫黄、塩酸、重金属、微粒子などが含まれます。重金属の中でも水銀は、その毒性と高い揮発性のために大きな懸念事項となっています。排出規制によって除去されなければ、都市廃棄物に含まれるほぼすべての水銀が排出物として排出される可能性があるからです。[ 28 ]

煙道内の蒸気は、煙突から目に見える煙を発生させる可能性があり、これは視覚的な汚染として認識される可能性があります。これは、煙道ガスの凝縮と再加熱によって蒸気含有量を減らすか、煙道ガス出口温度を露点よりはるかに高くすることで回避できます。煙道ガスの凝縮により、水の蒸発潜熱を回収することができ、結果としてプラントの 熱効率が向上します。

排ガス浄化

電気集塵機内部の電極

焼却場から排出される排気ガス中の汚染物質の量は、焼却場によっていくつかのプロセスで削減される場合とされない場合があります。

粒子は粒子濾過によって集められ、最も一般的には電気集塵機(ESP) および/またはバグハウスフィルタが使用される。後者は一般に微粒子の収集に非常に効率的である。2006年にデンマーク環境省が行った調査では、16基のデンマークの焼却炉から排出される焼却廃棄物のエネルギー含有量あたりの粒子状物質の平均排出量は、2.02 g/GJ (焼却廃棄物のエネルギー含有量あたりのグラム数) 未満であった。2.5マイクロ メートル未満の微粒子( PM 2.5 ) の詳細な測定が3基の焼却炉で実施された。粒子濾過用のESPを備えた1基の焼却炉は5.3 g/GJの微粒子を排出し、バグハウスフィルタを備えた2基の焼却炉はそれぞれ0.002 g/GJと0.013 g/GJのPM 2.5を排出した。超微粒子（PM1.0）については、 ESPプラントからの排出量は4.889 g/GJ PM1.0であったのに対し、バグハウスフィルターを備えたプラントからは0.000および0.008 g/GJ PM1.0の排出量が測定された。[ 29 ] [ 30 ]

酸性ガススクラバーは、塩酸、硝酸、フッ化水素酸、水銀、鉛、その他の重金属を除去するために使用されます。除去効率は、特定の機器、廃棄物の化学組成、プラントの設計、試薬の化学的性質、そしてこれらの条件を最適化する技術者の能力に依存しますが、これらの条件は汚染物質の種類によって相反する可能性があります。例えば、湿式スクラバーによる水銀の除去率は偶然と考えられており、50%未満になる場合があります。[ 28 ]塩基性スクラバーは二酸化硫黄を除去し、石灰との反応で石膏を生成します。[ 31 ]

スクラバーからの廃水はその後、廃水処理プラントを通過する必要があります。

二酸化硫黄は、粒子ろ過の前に排ガスに石灰石スラリーを注入する乾式脱硫によっても除去できる。 [ 32 ]

NOxは、触媒コンバータ内でアンモニアを用いた触媒還元（選択触媒還元、SCR）または炉内でアンモニアとの高温反応（選択非触媒還元、SNCR）によって還元されます。[ 33 ]還元剤としてアンモニアの代わりに尿素を使用することもできますが、尿素がアンモニアに加水分解されるように、プロセスのより早い段階で供給する必要があります。尿素の代替により、無水アンモニアの保管に伴うコストと潜在的な危険性を削減できます。

重金属は、注入された活性炭粉末に吸着されることが多く、粒子ろ過によって回収されます。[ 34 ]

堅実な出力

航空母艦の焼却炉の運用

焼却では、石炭を燃焼させたときと同様に、フライアッシュとボトムアッシュが発生します。都市固形廃棄物の焼却で発生する灰の総量は、元の廃棄物の量の4～10%（容積比）、15～20%（重量比）です。 [ 2 ] [ 35 ]フライアッシュは、総灰の約10～20%を占めます。[ 2 ] [ 35 ]フライアッシュには、鉛、カドミウム、銅、亜鉛などの重金属が高濃度に含まれていることが多く、ダイオキシンやフランも少量含まれているため、ボトムアッシュよりもフライアッシュのほうが健康被害の危険性がはるかに高くなります。[ 36 ]ボトムアッシュに重金属が有意なレベルで含まれることはめったにありません。現時点では、焼却炉運営者グループが検査した過去のサンプルの一部は生態毒性基準を満たしているものの、EAは検査プログラムが完了するまで焼却炉底灰を「無害」とみなすことに「合意した」と述べている。

その他の汚染問題

旧式の焼却炉では臭気による汚染が問題となる場合がありますが、新しい焼却施設では臭気と粉塵が非常に良好に制御されています。廃棄物は負圧の密閉空間で受け入れ・保管され、空気はボイラーを通過するため、不快な臭気が大気中に放出されるのを防ぎます。ある調査によると、中国東部の焼却施設で最も強い臭気は廃棄物投棄口で発生していました。[ 37 ]

地域社会との関係に影響を与える問題の一つは、都市廃棄物を焼却炉へ輸送するための廃棄物収集車両の道路交通量の増加です。このため、ほとんどの焼却炉は工業地帯に位置しています。この問題は、中継基地から鉄道で廃棄物を輸送することで、ある程度回避できます。

健康への影響

科学研究者らは、廃棄物の焼却によって生成される汚染物質の人体への健康影響を調査してきた。多くの研究が、米国環境保護庁のモデリングガイドラインを利用して、汚染物質への曝露による健康影響を調べた。[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]これらのモデルには、吸入、経口摂取、土壌、皮膚接触による曝露が組み込まれている。また、廃棄物焼却炉付近の住民や労働者の血液や尿サンプルを介した汚染物質への曝露も調査研究で評価されている。[ 39 ] [ 41 ]これまでの研究の系統的レビュー の結果、焼却炉の汚染曝露に関連する多くの症状や疾患が特定された。これらには、腫瘍形成、[ 39 ]呼吸器系の問題、[ 42 ]先天異常、[ 39 ] [ 42 ] [ 43 ]乳児死亡または流産などがある。[ 39 ] [ 43 ]古くて適切にメンテナンスされていない焼却炉の近くの住民は、より高いレベルの健康問題を経験しています。[ 39 ] [ 42 ] [ 43 ]いくつかの研究では、癌のリスクの可能性も特定されています。[ 43 ]しかし、焼却炉の汚染への曝露を、産業、自動車、農業による複合的な汚染から切り離すことは困難であるため、健康リスクに関するこれらの結論は限定的です。[ 39 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]

多くの地域社会が、廃棄物焼却炉技術の改善または撤去を主張してきました。呼吸器系の問題で救急外来を受診する人が増えているという地域社会からの苦情の中で、高濃度二酸化窒素などの特定の汚染物質への曝露が挙げられています。[ 44 ] [ 45 ]廃棄物焼却技術の潜在的な健康影響は、特にすでに不均衡な健康負担に直面している地域社会に設置されている場合に公表されています。[ 46 ]例えば、メリーランド州のWheelabrator Baltimoreは、主に低所得の有色人種が住む近隣のコミュニティで喘息の発生率が上昇したため調査を受けました。[ 46 ]地域社会主導の取り組みにより、リアルタイムの汚染データの不足に対処するための将来の研究の必要性が示唆されています。[ 45 ] [ 46 ]これらの情報源はまた、焼却による健康影響をより適切に判断するために、学術機関、政府、非営利団体のパートナーシップの必要性についても言及しています。[ 45 ] [ 46 ]

議論

廃棄物管理における焼却炉の利用は議論の的となっています。焼却炉をめぐる議論には、通常、産業界（廃棄物発生者と焼却炉事業者の両方）、政府規制当局、環境活動家、そして地域住民が関与します。地域住民は、地域産業活動の経済的魅力と、健康および環境リスクへの懸念を天秤にかけなければなりません。

この問題に専門的に関与している人々や組織には、米国環境保護庁や世界中の多くの地方および国の大気質規制機関が含まれます。

焼却を支持する議論

スイス、ヒンヴィルのKehrichtverbrennungsanlage Zürcher Oberland (KEZO)
  • ダイオキシンとフランの排出による健康への影響に対する懸念は、排出制御設計の進歩と非常に厳しい新しい政府規制によって大幅に軽減され、その結果、ダイオキシンとフランの排出量は大幅に削減されました。[ 19 ]
  • 英国健康保護庁は2009年に、「近代的で適切に管理された焼却炉は、地域の大気汚染物質濃度にわずかな影響しか与えない。このようなわずかな増加が健康に影響を与える可能性はあるが、もし影響があったとしても、非常に小さく、検出できない可能性が高い」と結論付けた。[ 47 ]
  • 焼却施設は、地域の電力網や地域暖房網にある他の燃料を動力源とする発電所の代替となる電力と熱を生成し、産業顧客への蒸気供給も行うことができる。焼却炉やその他の廃棄物発電施設は、少なくとも部分的にバイオマス由来の再生可能エネルギーを生成し、石炭火力発電所、石油火力発電所、ガス火力発電所からの温室効果ガス汚染を相殺する。[ 48 ] EUは、焼却炉で生物起源廃棄物（生物由来の廃棄物）から生成されるエネルギーを、排出量上限における非化石再生可能エネルギーとみなしている。これらの温室効果ガス削減は、EUで事実上禁止されている未処理廃棄物（ガス回収なし）の埋め立てと比較した場合のメタン発生回避によって発生する温室効果ガス削減に加えて発生するものである[ 49 ]。
  • 燃焼後に残るボトムアッシュ残渣は、無害な固形廃棄物であることが示されており、安全に埋め立て処分したり、建設用骨材としてリサイクルしたりすることができます。サンプルは環境毒性金属の検査を受けています。[ 50 ]
  • 人口密集地域では、追加の埋め立て地のためのスペースを見つけることがますます困難になっています。
  • フリーデンスライヒ・フンデルトヴァッサーが設計した大阪の舞洲廃棄物処理センターは、熱を発電に利用しています。
    バグハウスフィルターを用いることで、微粒子は排ガスから効率的に除去できます。デンマークでは、焼却廃棄物の約40%がバグハウスフィルターのない工場で焼却されているにもかかわらず、デンマーク環境研究所の測定に基づく推定によると、2006年に大気中に排出された2.5 マイクロメートル未満の粒子状物質（PM 2.5）の総排出量のうち、焼却炉による排出量は約0.3%に過ぎませんでした。 [ 29 ] [ 30 ]
  • 都市ごみの焼却はメタンの放出を防ぎます。焼却された都市ごみ1トンにつき、約1トンの二酸化炭素相当量が大気中に放出されるのを防ぎます。[ 25 ]
  • 焼却施設を運営している多くの自治体は、廃棄物を焼却炉に送っていない近隣の都市や国よりもリサイクル率が高い。[ 51 ]。ヨーロッパでは、焼却率が最も高い国は、一般的にリサイクル実績もトップクラスである。[ 52 ] 2022年のデータによると、スロベニアやラトビアなどの例外では、焼却率は低いものの非常に高いリサイクル率に達していた。[ 53 ]焼却場に送られた廃棄物（金属や建設用骨材など）からの材料回収は、定義上、欧州の目標ではリサイクルとしてカウントされない。建設で再利用されたガラス、石、セラミック材料、および燃焼残渣から回収された鉄金属および場合によっては非鉄金属の回収は、実際のリサイクル量にさらに加算される。[ 54 ]灰から回収された金属は、従来の方法ではリサイクルが困難または不可能であるのが一般的である。これは、焼却によって付着した可燃物を除去することが、労働集約型またはエネルギー集約型の機械的分離方法の代替手段となるためである。
  • 燃焼廃棄物の容積は約90%削減され、埋立地の寿命が延びます。最新の焼却炉から排出される灰は1,000℃（1,830℉）から1,100℃（2,010℉）の温度でガラス化されるため、残渣の浸出性と毒性が低下します。その結果、都市ごみから排出される焼却灰については、特別な埋立地は一般的に不要となり、既存の埋立地は廃棄物を燃焼させることでその寿命を大幅に延ばすことができ、自治体による新たな埋立地の設置・建設の必要性が軽減されます。[ 55 ] [ 56 ]

焼却に反対する議論

1978年に廃止された葵涌焼却工場。 2009年2月までに解体されました。
  • スコットランド保護庁（SEPA）による包括的な健康影響調査は、2009年10月に健康影響について「結論が出ていない」と結論付けました。著者らは、既存の文献において焼却炉による非職業性健康影響に関する決定的な証拠は見つかっていないものの、「小さいながらも重要な影響は事実上検出不可能である可能性がある」と強調しています。この報告書は、英国の過去の健康調査における疫学的欠陥を浮き彫りにし、今後の研究分野を示唆しています。[ 57 ]英国健康保護庁は2009年9月に、より簡潔な要約を発表しました。[ 47 ]多くの毒物学者は、この報告書が疫学的に包括的ではなく、査読が不十分で、微粒子の影響が健康に及ぼす影響について言及していないとして批判し、異議を唱えています。
  • 燃焼により灰が生成され、廃棄物に含まれる環境毒性のある重金属が灰に濃縮されます。そのほとんどはフライアッシュ成分です。この灰は専用の埋立地に保管する必要があります。[ 58 ]毒性の低いボトムアッシュ（焼却炉ボトムアッシュ、IBA）は、建築材料としてコンクリートに封入することができますが、アルミニウム含有量が多いため水素ガス爆発の危険性があります。 [ 59 ]英国道路局は、2009年に発生した一連の爆発事故を調査するため、 IBAの発泡コンクリートへの使用を一時停止しました。 [ 60 ]灰からの有用金属の回収は新しいアプローチですが、まだ成熟していません。[ 61 ] [ 62 ]
  • 古い焼却炉から排出されるダイオキシンやフランの健康への影響は、特に起動時や停止時、あるいはフィルターのバイパスが必要な場合に依然として問題となっています。
  • 焼却炉からは、バナジウム、マンガン、クロム、ニッケル、ヒ素、水銀、鉛、カドミウムなど、微量でも有毒となる可能性のある重金属がさまざまなレベルで排出されます。
  • 代替技術としては、機械的生物学的処理、嫌気性消化（MBT/AD）、オートクレーブ処理、蒸気または電気的に生成された超高温を使用して焼却するプラズマアークガス化（PGP）を使用した機械的熱処理（MHT ）、またはこれらの処理の組み合わせなど、利用可能または開発中の技術があります。
  • 焼却炉の建設は、他の新興技術の開発・導入と競合する。英国政府の2008年8月のWRAP報告書によると、英国では焼却炉の1トン当たりのコストの中央値は、MBT処理のコストよりも一般的に18ポンド高く、 2000年以降に建設されたほとんどの近代的な焼却炉では27ポンド高いことがわかった。[ 63 ] [ 64 ]
  • 焼却炉などの廃棄物処理施設の建設と運営には、初期投資費用を回収するために長期の契約期間が必要となり、長期的な固定化（ロックイン）につながる。焼却炉の寿命は通常25年から30年である。この点は、2009年4月にロンドン市長の廃棄物担当代表であるピーター・ジョーンズOBEによって強調された。 [ 65 ]
  • 焼却炉は炉内で微粒子を生成します。最新の粒子フィルターを用いても、その一部は大気中に放出されます。PM 2.5は、英国において乳児死亡率と空間的に繰り返し相関関係にあることが報告されているにもかかわらず（M. RyanによるONSデータベースに基づく、エドモントン、コベントリー、チネハム、カークリーズ、シェフィールドのEfW/CHP廃棄物焼却炉周辺の地図）、欧州廃棄物焼却指令では別途規制されていません。 [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] WIDでは、煙突上部または風下側の焼却炉のPM 2.5濃度を監視する義務はありません。[ 69 ] 2008年6月、33,000人以上の医師を代表する複数のヨーロッパの医師会（医師、環境化学者、毒物学者などの分野横断的な専門家を含む）が、焼却炉からの粒子排出に対する広範な懸念と、これらの微小で目に見えない焼却炉粒子排出に関する特定の微粒子および超微粒子サイズのモニタリングや詳細な産業界および政府による疫学研究の欠如を指摘し、欧州議会に直接基調声明を提出した。[ 70 ]
  • 地域社会は、焼却炉などの廃棄物処理施設を近隣に設置することにしばしば反対する（「Not in My Back Yard（私の裏庭には置かない）」現象）。マサチューセッツ州アンドーバーで行われた研究では、焼却炉の近接性と不動産価値の10%下落との相関関係が示された。[ 71 ]
  • 廃棄物の階層構造に従えば、廃棄物の予防、最小化、再利用、リサイクルはすべて焼却よりも優先されるべきである。ゼロ・ウェイストの支持者は、焼却炉やその他の廃棄物処理技術が、特定のレベルを超えたリサイクルや分別の妨げとなり、廃棄物資源がエネルギー生産のために犠牲になっていると考えている。[ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]
  • 2008年のEunomiaの報告書によると、状況や想定によっては、残留混合廃棄物の処理において、焼却によるCO2削減効果は、他の新興のEfWとCHP技術の組み合わせよりも少ないことがわかった。[ 27 ]著者らは、廃棄物リサイクルなしのCHP焼却炉技術は、24の組み合わせ（焼却以外のすべての代替技術を高度な廃棄物リサイクルプラントと組み合わせたもの）のうち19位にランクされ、1位の高度なMBT熟成技術よりも228％効率が低く、2位のプラズマガス化/オートクレーブの組み合わせよりも211％効率が低いことを発見した。
  • 焼却炉の中には、見た目が望ましくないものもあります。多くの国では、見た目を邪魔する煙突が必要になります。
  • 発展途上国において、再利用可能な廃棄物が焼却炉などの廃棄物処理施設で処理されると、地域経済にとって有効な仕事が失われることになります。廃棄物収集で生計を立てている人は100万人いると推定されています。[ 75 ]
  • 都市ごみ焼却炉および廃棄物発電プラントからの排出量が過去のピークから減少したのは、主に排出制御技術の適切な活用によるものです。排出制御は初期費用と運用費用を増加させます。法律で義務付けられていない限り、すべての新規プラントが利用可能な最良の制御技術を採用するとは想定すべきではありません。
  • 埋め立て地に捨てられた廃棄物は、数十年、数世紀経っても採掘され、将来の技術でリサイクルされる可能性があります。これは焼却では不可能です。

都市固形廃棄物（MSW）の焼却の歴史は、埋立地やその他の廃棄物処理技術の歴史と密接に結びついています。焼却の利点は、利用可能な代替手段と比較して判断されることは避けられません。1970年代以降、リサイクルなどの予防策の導入により、こうした判断の文脈は変化しました。1990年代以降、代替廃棄物処理技術は成熟し、実用化が進んでいます。

焼却は、有害廃棄物および医療廃棄物の処理において重要なプロセスです。医療廃棄物は、含まれる 病原体や有毒物質を破壊するために、高温で焼却することが不可欠となることがよくあります。

北米では

アメリカで最初の焼却炉は1885年にニューヨーク州ガバナーズ島に建設されました。 [ 76 ] 1949年、ロバート・C・ロスはアメリカで最初の有害廃棄物管理会社の一つを設立しました。彼はオハイオ州北部の企業の有害廃棄物管理ニーズを満たす機会を見出し、ロバート・ロス・インダストリアル・ディスポーザル社を設立しました。1958年、同社はアメリカで最初の有害廃棄物焼却炉の一つを建設しました。[ 77 ]

米国で最初の本格的な自治体運営の焼却施設は、1975年にアイオワ州エイムズに建設されたアーノルド・O・チャントランド資源回収プラントである。このプラントは現在も稼働しており、廃棄物由来の燃料（RDF）を生産し、地元の発電所に燃料として供給している。[ 78 ]米国で初めて商業的に成功した焼却施設は、1975年10月にマサチューセッツ州ソーガスにWheelabrator Technologies社によって建設され、現在も稼働している。[ 35 ]

最終的に焼却炉またはセメントキルン処理センターへ輸送する環境関連企業や廃棄物管理企業は複数あります。現在（2009年）、廃棄物を焼却する主な企業は、クリーン・ハーバーズ、WTI-ヘリテージ、ロス・インシネレーション・サービスの3社です。クリーン・ハーバーズは、小規模で独立運営されている施設を多数買収し、その過程で全米に5～7基の焼却炉を保有しています。WTI-ヘリテージは、オハイオ州南東部、オハイオ川を挟んだウェストバージニア州に1基の焼却炉を保有しています。

旧式の焼却炉の多くは閉鎖され、1990年には186基あった一般廃棄物焼却炉は2007年には89基しか残っておらず、1988年には6200基あった医療廃棄物焼却炉は2003年には115基しか残っていない。[ 79 ] 1996年から2007年の間には新しい焼却炉は建設されていない。焼却炉の稼働が停止している主な理由は以下の通りである。

  • 経済性。大規模で安価な地域埋立地の増加と、最近まで比較的低かった電力価格により、米国では焼却炉は「燃料」、つまり廃棄物の供給をめぐって競争することができなくなっていた。
  • 税制。米国では、1990年から2004年にかけて、廃棄物発電プラントに対する税額控除が廃止された。

米国とカナダでは、焼却をはじめとする廃棄物発電技術への関心が再び高まっています。米国では、2004年に焼却が再生可能エネルギー生産税額控除の対象となりました。 [ 80 ]既存の処理施設の能力増強プロジェクトが進行中であり、自治体は都市廃棄物の埋め立てを続けるのではなく、焼却施設を建設するという選択肢を改めて検討しています。しかし、焼却による温室効果ガス削減効果、大気汚染防止の改善、灰のリサイクルといった新たな議論があるにもかかわらず、これらのプロジェクトの多くは依然として政治的な反対に直面しています。

ヨーロッパでは

フィンランド、タンペレ、タラステにあるタラステヤルヴィ焼却工場

ヨーロッパでは、未処理廃棄物の埋め立て禁止の結果、[ 49 ]過去10年間に多くの焼却炉が建設され、さらに多くの焼却炉が建設中です。最近では、多くの地方自治体が焼却炉の建設と運営の委託手続きを開始しています。ヨーロッパでは、廃棄物から発電された電力の一部は「再生可能エネルギー源」（RES）とみなされ、民営の場合は税額控除の対象となります。また、ヨーロッパの一部の焼却炉には廃棄物回収装置が備えられており、焼却された廃棄物に含まれる鉄および非鉄金属の再利用が可能です。その顕著な例として、アムステルダムのAEB廃棄物発電所が挙げられます。[ 81 ] [ 82 ]

スウェーデンでは、発生する廃棄物の約50％が廃棄物発電施設で焼却され、発電され、地方都市の地域暖房システムに供給されています。[ 83 ]スウェーデンの発電計画における廃棄物の重要性は、廃棄物発電施設に供給するために年間270万トン（2014年）の廃棄物が輸入されていることからも明らかです。[ 84 ]

EUでは都市固形廃棄物のリサイクル目標が2025年までに少なくとも55％、2035年までに最大65％に引き上げられているため、[ 85 ]従来の焼却国では最大35％しか熱処理・処分に利用できないため、目標を達成できない恐れがある。[ 86 ] [ 87 ]デンマークはその後、2030年までに焼却能力を30％削減することを決定した。 [ 88 ]

非有害廃棄物の焼却は、循環性アジェンダに悪影響を与えるとの懸念から、持続可能な活動のためのEUタクソノミーにおけるグリーン投資の一形態として含まれておらず[ 89 ]、事実上、将来の都市固形廃棄物焼却部門へのEUの資金提供を停止することとなった。

イギリスでは

英国の廃棄物管理産業における技術は、埋立地の広範さゆえに、欧州諸国に比べて大きく遅れをとっています。欧州連合（EU）が制定した埋立地指令に基づき、英国政府は埋立地税や埋立地排出枠取引制度を含む廃棄物関連法を制定しました。この法律は、代替的な廃棄物処理方法の導入を通じて、埋立地から排出される温室効果ガスの排出を削減することを目的としています。英国政府は、英国における都市廃棄物処理とエネルギー供給において、焼却処理がますます重要な役割を果たすようになると考えています。

2008年時点で、約100カ所の焼却炉建設予定地が計画されており、英国のNGOによってインタラクティブマップが作成されている。[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]

2012年6月の新しい計画では、DEFRAが支援する助成金制度（農業および林業改善制度）が設立され、農業現場でのバイオセキュリティを向上させるために低容量焼却炉の使用を奨励しました。[ 94 ]

最近、ベッドフォードシャー州ケンブリッジ・ミルトン・キーンズ・オックスフォード回廊の中心に、英国最大規模の廃棄物焼却炉を建設する許可が下りた[ 95 ] 。バッキンガムシャー州グレートムーアに大型焼却炉が建設され、さらにベッドフォード近郊にも建設が計画されていることから[ 96 ]、ケンブリッジ・ミルトン・キーンズ・オックスフォード回廊は英国における主要な焼却拠点となるだろう。

アジアでは

焼却炉はアジア諸国、特に土地不足に悩む国々で利用されてきました。アジア諸国は人口密度が高く、埋立地のスペースが不足しています。焼却炉は中国、日本、韓国、ベトナム、タイ、インドネシア、フィリピン、マレーシア、インドで利用されています。

日本では、廃棄物処理のために国からの補助金を受けて焼却炉が建設されている。2001年に建設された大阪の舞洲清掃工場は、1日900トンのゴミを処理し、32,000kWの電力を生産している[ 97 ] 。

移動式焼却炉

緊急用焼却ユニット

緊急用移動式焼却ユニット

緊急焼却システムは、大量死や疾病の発生に伴う動物およびその副産物の緊急かつ生物学的に安全な処分のために存在します。世界中の政府や機関による規制と執行の強化は、国民の圧力と深刻な経済的打撃を受けて余儀なくされています。

動物伝染病は、2012年までの20年間で政府と産業界に2,000億ドルの損害をもたらし、過去60年間の世界における感染症発生の65%以上を占めています。世界の食肉輸出量の3分の1（約600万トン）は常に貿易制限の影響を受けており、そのため政府、公的機関、そして商業事業者は、病気の封じ込めと制御のために、より清潔で安全かつ堅牢な動物の死体処理方法の開発に重点を置いています。

大規模な焼却システムはニッチなサプライヤーから入手可能で、感染症の発生に備えたセーフティネットとして政府が購入するケースが多い。多くのシステムは移動式で、バイオセーフティな廃棄が必要な場所に迅速に配備できる。

小型焼却炉

低容量の移動式焼却炉の例

小規模焼却炉は特殊な用途のために存在します。例えば、移動式の小規模焼却炉は、発展途上国における医療廃棄物の衛生的な処理を目的としています。[ 98 ]英国に拠点を置くInciner8社は、I8-M50およびI8-M70モデルを製造している移動式焼却炉メーカーの好例です。小型焼却炉は、感染が発生した遠隔地に迅速に配備され、交差汚染のリスクなく感染動物を迅速に処分することができます。

コンテナ型焼却炉ユニット

コンテナ型廃棄物焼却炉の例 - インシンコ

コンテナ型焼却炉は、従来のインフラが整備されていない遠隔地での使用を想定して特別に設計された、ユニークなタイプの焼却炉です。これらの焼却炉は通常、輸送と設置を容易にするため、輸送コンテナ内に設置されています。

参照

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焼却反対団体

EU情報

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