廃プラスチックのリサイクル状況

プラスチックはあらゆる場所に存在し、多くの方法で分類され、多種多様な種類があります。用途による分類では、汎用プラスチック、エンジニアリングプラスチック、特殊プラスチックに分けられます。分子間力による分類では、熱可塑性プラスチックと熱硬化性プラスチックに分けられます。プラスチックのポリマー成分による分類では、理論上数千種類が存在する可能性があります。さらに、科学者や化学企業は毎年一定のペースで研究開発を続けており、プラスチックの種類は増加しています。現在、主なプラスチックの種類には、PP、PE（LDPE、HDPE）、PVC、PET、PSなどがあります。.

世界的なプラスチックの使用量は膨大で年々増加していますが、全体的なリサイクル率は低いままです。Statistaによると、2020年の世界の熱可塑性プラスチックの年間生産量は約4億トンという驚異的な数字に達しており、5年ごとに10%以上の急速なペースで成長すると予測されています。2050年までに、世界の熱可塑性プラスチックの生産量は5億8,900万トンに達すると見込まれています。.

プラスチックは人間の生活において極めて重要な役割を果たしているため、代替することは困難です。そのため、ますます深刻化する環境保護の状況に直面し、廃プラスチックのリサイクルは政府や社会にとって広く関心を集めるトピックとなっています。このような背景から、環境保護分野の専門アナリストが、廃プラスチックのリサイクルを科学技術の観点からレビューし、現在の市場における主流のリサイクル技術と、この分野の主要な技術ポイントについて解説します。.

廃プラスチックのリサイクル状況：

2020年から2050年までの世界の熱可塑性プラスチック生産予測

上の図に示すように、現在の主要な熱可塑性プラスチックの中で、PPの生産量が最も多く、次いでLDPE、HDPEとなっています。これら3種類のプラスチックだけで、全熱可塑性プラスチック生産量の約50%を占めています。.

廃プラスチックのリサイクル率は低く、地域やカテゴリーによって大きな差があります。世界的に上昇するプラスチック生産量と比較して、リサイクル率は停滞しています。経済協力開発機構（OECD）によると、世界でリサイクルされるプラスチック廃棄物はわずか約14〜18%であり、約24%が焼却処分され、約58〜62%が埋め立てられるか、自然環境に廃棄されています。廃プラスチックのリサイクル率は地域によって大きく異なります。EUにおけるプラスチック廃棄物の全体的なリサイクル率は世界的に見て比較的高く、2014年以降は30%以上で安定しています。中国のプラスチック廃棄物リサイクル率は欧州連合と類似しており、2020年には26.7%に達しました。米国のリサイクル率は他の地域に比べて大きく遅れており、2018年の全体的なリサイクル率はわずか8.7%でした。.

細分化されたプラスチックの回収率は大きく異なります。下のグラフは、OECDによって分類された米国におけるプラスチック廃棄物の種類別のリサイクル率を示しています。PETとPEの全体的な回収率は高く、どちらも10%を超えており、米国の廃プラスチック全体のリサイクル水準を上回っていることがわかります。しかし、年間生産量が最大のPPの回収率は1%未満であり、廃プラスチックリサイクル全体の水準を大きく下回っています。.

生分解性プラスチックは台頭していますが、高価であり、技術的な成熟度は低いです。以下のグラフは、現在の市場におけるプラスチックの生産量、技術成熟度、価格をまとめたものです。図からわかるように、PE、PP、PETなどの成熟したプラスチック製品と比較して、PBSなどの新しい再生プラスチックは、技術的成熟度や価格の面で優位性がありません。.

したがって、プラスチック廃棄物問題を緩和するためには、生分解性プラスチックに頼るよりもリサイクルの方が信頼できる解決策です。さらに、元のプラスチックと比較して、現在の市場における再生プラスチックのシェアは低く、成長の余地はまだ十分にあります。このような背景から、プラスチックリサイクルプロセスにおける主要な技術ポイントを理解することは、関連分野の投資家にとって非常に重要です。.

廃プラスチックのリサイクル技術分析

プラスチック内のポリマー炭素鎖が切断されるかどうかに基づき、廃プラスチックのリサイクル技術は物理的リサイクルと化学的リサイクルに分けられます。.

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物理的リサイクル（リサイクルマシン）

物理的リサイクルとは、プラスチックのポリマー構造を破壊せず、廃プラスチックを洗浄・破砕した後に直接プラスチックペレット化プロセスを行う方法を指します。プロセスの一部には可塑化が含まれる場合もあります。一般的なプロセスフローは以下の通りです：

プラスチックの選別：

分離は一般的に供給物の物理的特性を通じて行われます。例えば、磁力を使用して供給物中の金属の一部を除去したり、分離が困難な物質については手作業での選別が必要になる場合もあります。一般的な分離方法には、手作業による分離、比重分離、磁気分離、X線蛍光分離、静電分離などがあります。.

プラスチックの洗浄と乾燥：

不純物にはそれぞれ対応する処理方法があります。例えば、プラスチック表面の土や埃をきれいにするには、水洗浄で簡単に除去できます。油汚れの場合はアルカリ液が必要になることがありますが、この方法には汚染を引き起こしやすいという明らかな欠点もあります。洗浄後の乾燥は比較的単純で、一般的には工業用乾燥機を使用してプラスチック本体の水分を乾燥させます。.

簡単な選別と洗浄を行った後、後続の処理を容易にするために、一般的に工業用シュレッダーを使用してプラスチックの破砕処理を行います。工業用シュレッダーは通常、内部の刃を使用してプラスチックを破砕し、供給物の硬さや形状に応じて異なる工業用シュレッダーが使用されます。破砕後の粒径が小さいほど、破砕コストは高くなります。.

供給と可塑化：

生産ラインでの最終製品の品質を確保するために、プロセスの一部に可塑化ステップが含まれる場合があります。一般的に、熱可塑性プラスチックの場合、投入の目的はコスト削減です。熱硬化性プラスチックの場合、投入の目的はコスト削減と改質です。可塑化とは、約100〜200℃の温度で混練機を使用して充填剤と廃プラスチックを混合し、塊を生成して後続の押出成形を容易にするプロセスです。.

プラスチックの押出造粒：

一般的に、押出機を使用してペレットから再生プラスチック粒子を製造し、反応温度は約150〜250℃です。.

物理的回収プロセスは比較的単純で、一般的に市場に出回っているほとんどの一般的なプラスチックを受け入れることができます。しかし、欠点も明らかです。物理的リサイクル後に生成されるプラスチックは通常、低価値のプラスチックであり、物理的リサイクルを繰り返すとプラスチックの性能が低下するため、無限に物理的リサイクルを行うことは困難です。その結果、製品が高価値なプラスチックであることを保証するためにリサイクル生産ラインに投入するプラスチックの種類を制限するメーカーもあれば、PETボトルのみをリサイクルするメーカーもあります。要約すると、物理的回収の適用シナリオには多くの制限があります。.

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化学的リサイクル：

化学的リサイクルとは、プラスチック内のポリマー炭素鎖を小さな分子に変換し、燃料、化学薬品、電気、その他の製品を製造することです。一般的な化学的リサイクル方法には以下が含まれます：

焼却発電

過酸化物プロセスとも呼ばれ、あらゆる種類の廃プラスチックを処理できます。このプロセスは、廃プラスチック中の炭素と水素を二酸化炭素と水に変換し、熱を発生させ、最終的に電気に変換して送電システムに供給します。.

焼却発電は一般的に、発酵、焼却、廃棄物処理の3つの部分で構成されます。廃プラスチックは他の廃棄物と混合され、簡単に発酵させた後に焼却炉で燃焼されます。焼却中に発生した熱はボイラー内の水を加熱して蒸気を生成し、タービンを駆動して発電するために使用されます。プロセスで生成されたスラグと煙道ガスから回収された飛灰は処理され、埋め立て地に送られるか再利用され、煙道ガスは処理後に大気中に放出されます。.

化学的リサイクルとは、プラスチック内のポリマー炭素鎖を小さな分子に変換し、燃料、化学薬品、電気、その他の製品を製造することです。一般的な化学的リサイクル方法には以下が含まれます：

焼却発電

過酸化物プロセスとも呼ばれ、あらゆる種類の廃プラスチックを処理できます。このプロセスは、廃プラスチック中の炭素と水素を二酸化炭素と水に変換し、熱を発生させ、最終的に電気に変換して送電システムに供給します。.

焼却発電の利点と欠点も明らかです。利点は、供給要件が高くなく、あらゆる種類のプラスチックを処理できることです。欠点は、燃焼によって生成される排ガスに一般的に汚染物質が含まれていることです。供給物中に塩素を含む廃プラスチックがある場合、ダイオキシンなどの有毒で有害なガスが発生する可能性があります。.

部分酸化プロセス

ポリオレフィン廃プラスチックに適しています。焼却とは異なり、反応に過剰な酸素は関与しません。少量の酸素が供給物と反応して合成ガス（一酸化炭素と水素の混合物）を生成し、最終製品は石炭化学工業でメタノールやアンモニアを製造するために使用できます。.

部分酸化プロセスには一般的に、分離、洗浄と乾燥、破砕、溶融、ガス化が含まれます。選別、洗浄、乾燥、破砕のプロセスは物理的回収と同じです。その他のプロセスについては以下に説明します：

溶融：温度は一般的に100〜500℃です。プロセスによっては溶融が1回のみの場合もあれば、溶融効果を高めるために複数回溶融する場合もあります。溶融プロセスでは、軽成分ガスが発生し、これは溶融中の熱源として使用できます。さらに、供給物にハロゲン含有プラスチックが含まれている場合、ハロゲン含有酸性ガスやハロゲン含有化合物も生成される可能性があります。ハロゲン含有化合物の生成は収率を低下させますが、適切な量の蒸気を通すことでハロゲン含有化合物の生成を回避できます。.

ガス化：反応温度は約1000〜1600℃です。このプロセスでは、部分酸化を達成するために十分な空気または酸素が注入され、プラスチック中の炭素原子と水素原子がそれぞれ一酸化炭素と水素に変換されます。最終的なガス化生成物には、一酸化炭素と水素のほか、少量の二酸化炭素、水蒸気、ハロゲンガスなどが含まれる可能性があり、製品の最終用途に応じて一定量の不純物除去が行われます。さらに、ガス製品に加えて、通常はスラグが生成されます。適切な処理後、スラグは埋め立て地に送られるか、二次利用されます。.

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まとめ

カーボンニュートラル時代の命題の重要な一部としての廃プラスチックリサイクルは、近い将来、技術によって低価値のプラスチック廃棄物を宝に変えることが、プラスチック問題を解決するための次なる環境保護産業になると私たちは信じています。.