都市固形廃棄物（都市固形廃棄物）の発生量は世界規模で増加し続けています。 都市固形廃棄物の発生量の増加は、経済成長、人口増加、産業発展、都市化、地方から都市部への移住などのさまざまな要因の影響によるものであると考えられています。 廃棄物量の増加に伴い、現代の消費者中心の経済の発展により、都市固形廃棄物の構成もますます不均一かつ複雑になってきています。

都市固形廃棄物の発生とその持続可能な管理の必要性とともに、世界的なエネルギー需要も増加しています。 熱、電気、およびさまざまな形態のバイオ燃料生産のための再生可能エネルギー源の利用は、国家および世界のエネルギー政策において最優先事項となっています。 都市固形廃棄物は再生可能エネルギー源として高く評価されています。

WtE（廃棄物エネルギー変換技術）という用語は、熱、電気、または気体、液体、固体状態の他の代替燃料の形でエネルギーを回収するための廃棄物の処理を指します。

WtE 変換経路には、熱化学、生化学、物理化学の 3 つの主な経路があります。 ただし、WtE プロセス技術にはさまざまな種類があり、各技術またはプロセスは、図 1 で前述した 3 つの変換経路のいずれかをたどります。

図 1. 変換パスに関連する WtE テクノロジーの分類。

熱化学変換経路のメカニズムは、MSW 成分の分子構造を破壊し、より大きな分子をより小さな分子に変換するには熱が必要であるということです。 供給された追加の酸素は、分解された大きな廃棄物分子から放出された水素原子と炭素原子と結合し、都市固形廃棄物の複雑な分子構造を破壊するために供給されたエネルギーよりも多くのエネルギーを生成します。 熱化学変換経路に従う技術の特徴は、非常に高い温度を使用して固形廃棄物のさまざまな部分を熱、電気、その他の付加価値のある製品に変換することです。 これらの技術には、燃焼、熱分解、ガス化が含まれます。 その中でも、焼却は世界中で最も一般的に使用されている WtE 技術です。

MSW のエネルギーへの生化学的変換には、生物剤または酵母などの微生物が関与し、廃棄物の有機部分を気体または液体の形のバイオ燃料に変換します。 嫌気性消化と発酵は、生化学変換経路に従う WtE テクノロジーです。 そこで：

嫌気性分解: 遊離酸素の非存在下で微生物の支援を受けて、MSW の有機物の分解が起こります。 嫌気性消化中に生成されるバイオガスは、天然ガスの代わりに熱とエネルギーを生成するために使用できます。 ただし、バイオガスからの熱と電気の生産効率は約 5.5 ～ 7.5kW/p であり、天然ガスの効率よりも低くなります。 これは、バイオガスの発熱量が天然ガスの約2/3であるためです。 嫌気性消化により生成する液体分解剤や繊維は肥料工業などの副原料として利用可能です。
発酵では、酸素のない環境で微生物を使用して有機材料を分解します。 これは、酵母または細菌を使用して殺菌されていない条件下で行われ、糖をアルコールに変換する代謝プロセスです。 エタノールはガソリンの代わりに輸送用燃料として使用でき、CO2を液化してドライアイスとして製菓・加工食品業界に販売し、追加収益を得ることが可能などです。

これは、MSW の流れに含まれる食品廃棄物の脂肪分をバイオディーゼルに変換するプロセスです。 エステル変換プロセスは、物理化学的変換経路に従い、食品廃棄物、特に使用済み食用油 (UCO) や動物性脂肪を液体燃料 (バイオディーゼルなど) に変換する最もよく知られた WtE 技術です。 バイオディーゼルは石油化学ディーゼルに代わるものであり、車両燃料としても使用できます。

業界の持続可能性を目的として、さまざまな製品や生産システムの環境への影響を考慮することへの関心が高まっているため、環境評価ツールの重要性がますます高まっています。 LCA は、最も広範な環境評価ツールとみなされる多くのツールのうちの 1 つです。

図 2. LCA 技術モデル

これは、持続可能性に向けた意思決定プロセスの一部として必要な、製品、サービス、商品、またはプロジェクトのライフサイクル全体にわたる環境への配慮を文書化するための貴重なツールです。 LCAは、重要な環境側面と、生産、使用、使用終了段階におけるその影響と抽出プロセスを評価し、幼少期（原材料の調達から生産、使用、廃棄まで）のライフサイクル全体を検討します。

LCA は、上流プロセスと下流プロセスを考慮し、物理的な境界を超えて焦点を広げることにより、製品システムのさまざまな段階を通過する際の問題を回避するのに役立ちます。 また、関連するすべての排出量、消費および枯渇した資源を定量化し、製品の寿命のあらゆる段階に関連する広範な影響をカバーします。 過去 10 年間にわたり、LCA は、スタンドアロン技術として、または統合された都市固形廃棄物管理システムの一部として、WtE 技術の環境評価に広く使用されてきました。 建物内の都市固形廃棄物からの集中バイオガス生産システムの環境影響評価に製品ライフサイクル評価 (LCA) を使用した例。

参考文献: A Framework for the Selection of Suitable Waste to Energy Technologies for a Sustainable Municipal Solid Waste Management System – Nhóm tác giả: Ahsan Farooq, Piyanon Haputta, Thapat Silalertruksa and Shabbir H.Gheewata.

記事担当: Đỗ Thị Huệ