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2024年 5月 21日 火曜日

埋立地の不思議な化学

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私たちは、ゴミを近くのゴミ箱に入れた後、そのゴミがどうなるかを考えることはほとんどありません。紙切れであれ、履き古したビーチサンダルであれ、冷蔵庫の奥の残飯であれ、ゴミはたいてい同じ最終目的地、埋立地に辿り着きます。埋立地では、さまざまな汚染につながる化学反応が起きています。そのため、ゴミ処理場では、さまざまな汚染が発生する可能性があるのですが、その汚染を軽減するために、巧妙なエンジニアリングが行われています。

埋立地の本質はゴミでいっぱいの穴ですが、実は埋立地は段階的に埋められ、意図的な建築で管理される高度なエンジニアリング・プロジェクトだとHinsby Cadillo-Quiroz氏は米Gizmodoに語っています。Cadillo-Quirozは、アリゾナ州立大学の生命科学教授で、これまで 既述 埋立地でゴミが分解されるまでの微生物プロセス。廃棄物が堆積する前から、埋立地周辺の環境を保全するための大きな取り組みが行われていることに、皆さんは驚かれるかもしれません。

“埋立地は、大きな大きなピットから始まります。”とCadillo-Quirozは説明する。”周囲の流域を保護する必要があり、水が通れないような膜を敷き詰めるのです。”

によると、埋め立て地のライナーは通常、粘土でできており、その粘土は何らかの繊維に接着されているか、その間に重ねられているそうです。 ファクトシート は、米国環境保護庁(Environmental Protection Agency)から発表されたものです。なぜなら、廃棄物や気候がどんなに乾燥していても、雨水の浸透、地表からの流出、水蒸気がゴミに付着して結露する「発汗」など、埋立地から水が浸透することは避けられないからです(Cadillo-Quiroz氏は「発汗」と呼んでいます)。

埋立地の底に水が溜まることを想定して、エンジニアは埋立地の床を少し傾斜させるように設計しています。この傾斜により、流入した水は吸引ポンプを備えた一連の井戸に向かい、流出水を除去することができるのです。ライナーと集水システムが完成したら、いよいよ埋立地にゴミを投入します:ゴミは意図的な計画によって埋立地に投入されるのです。

“オペレーターは、さまざまな方法で埋め立てを開始します。”とCadillo-Quirozは言います。”東から西へ、あるいは北から南へ行く者もいるが、充填を続けるには一定の方向が必要なので、車でオーバー [the garbage] を充填し続ける。”

Cadillo-Quiroz氏は、埋立地は段階的に埋められていく「セル」と呼ばれるもので、そのうちのいくつかが1つのゴミの層を構成すると説明しました。各ゴミの層の厚さは約5フィート(1.5メートル)で、その後、土の層で覆われ、さらにゴミの層が続き、また土の層が続き、といった具合です。土の層では、廃棄物の分解によって発生するガスの量をコントロールするために、オペレーターがセルの長さに沿って溝を掘り、直径1フィートのパイプを敷設する。このような複雑な埋め立て工事は比較的新しいプロセスであり、キャディロ・キロスが調査した埋め立て地によれば、このガス収集パイプが一般的になったのは1990年代半ばと推定される。

埋立地は、Cadillo-Quirozが言うように、ゴミと土の層が地表面を超える「オーバーグレード」まで埋め続けられ、その結果、埋立地は山になってしまう。このプロセスは、埋立地の深さにもよりますが、土とゴミが安定してからさらにゴミを積み重ねる必要があるため、何年もかかることがあります。米国農務省のインターンであり、ミズーリ大学の博士課程に在籍するリズ・ロジャーズによれば、埋立地は通常、草の層で覆われる。彼女は、農業・食品・天然資源学部のChung-Ho Lin教授と共同研究を行っています。

埋立地の組成は、その周辺地域に大きく依存します。Cadillo-Quirozは、埋立地は、異なる地域や人口行動から異なる時期に埋立地に入る異なる種類のごみのおかげで、信じられないほど異質であると述べています。

“この時期にみんなが建築しているとします。そうすると、たくさんの廃棄物が発生します。大きなトラックで運ばれてくる建設資材が1週間分あるわけですから」とCadillo-Quirozは言います。”もうひとつの例は、季節です。今は冬なので、使用する材料が多くなっています。 [then] ゴミ箱行きになるもの”

ロジャースとリンは、様々なコミュニティや地域が乱暴な消費習慣を持つことがあるため、ある埋立地から排出される汚染と別の埋立地から発生する汚染が異なるという、同様の現象について述べた。

「もし、ある地域がより工業的であれば、異なる種類の汚染物質が存在する可能性があります」とリン氏は言います。ロジャースは、「農村部のコミュニティは、プラスチックのような共通項があっても、産業部のコミュニティ、都市部のコミュニティ、郊外のコミュニティとは異なる廃棄物構成になるでしょう」と付け加えました。

埋立地から発生する汚染には、主に大気汚染と水質汚染の2種類があり、その具体的な化学的性質は、埋立地に何が入るかに大きく依存します。特に浸出液は、埋立地に浸透した水が、腐敗したゴミから化学物質や汚染物質を溶出させるものです。浸出液に含まれる化学物質には、電子機器廃棄物から出る重金属、分解中のプラスチック片、腐敗した有機物などがあります。問題は、埋立地ができるだけ多くの浸出液を集めるように設計されていても、一部は必ず流出し、土壌や帯水層を通って飲料水や自然の貯水池に浸透してしまうことです。

「これらのシステムのほとんどは、廃棄物を透過してくる雨水や、地表から流れてくる流出水を懸念しています」とロジャーズは言います。「埋立地には覆いがありますが、100%完璧ということはありません。埋立地には覆いがありますが、100%完璧なものはありませんし、覆いを通過するものもあります。どんなに優れたライナーでも、埋立地から汚染物質が漏れるのを完全に防ぐことはできないのです。

一方、大気汚染は、埋立地内で廃棄物が分解されることで発生するガスで、亜酸化窒素、二酸化炭素、硫化水素などがあります。しかし、埋立地から発生する大気汚染のほとんどはメタンである。

埋立地に蓋をすると、紙くずや野菜くず、調理油などの有機物が、酸素の多い環境で分解されます。生ゴミに含まれる微生物が有機物を食べると、埋立地に残された酸素が消費されます。微生物が酸素を使い切ると、嫌気的環境下でゴミの分解が進み、メタンが発生する。埋立地の運営者はこの化学反応を知っており、埋立地の土の層を通るパイプを使って、大気中に放出される前にメタンの一部を吸い出すことができます。

「高真空をかけると、拡散の物理法則によって外から空気が入ってきて、その空気が酸素を運んでくる。「そして、その空気が酸素を運んでくる。 [operators] 抽出中のガスに酸素が現れ始めたら、圧力を下げます」。

埋立地の運営者がメタン排出の一部を管理できているとはいえ、メタンは強力な温室効果ガスであり、埋立地は特に注目すべき汚染源である。EPAの試算によると 14.2020年にメタン排出量の5%を占める は埋立地からのものであり、埋立地はこのガスの第3の排出源となっています。

現在の埋立地は、ゴミの作り方や捨て方を完全に変えることができず、汚染を引き起こすゴミの巣から抜け出せないでいるように感じられるかもしれません。しかし、LinとRodgersは、埋立地の流出水に含まれる汚染物質とその人体への影響に関する古い規制リストを更新するために、流出水に含まれ得る多数の化学物質を調査しています。さらに2人は、ファイトレメディエーションと呼ばれるプロセスを通じて、埋立地の浸出液が流域や帯水層に与える影響を最小限に抑える方法を研究しています。埋立地に蓋をした後、その周囲に樹木のバリアーを植えることで、水源に到達する前に樹木の根が土壌から浸出液を引き抜くことができます。

ロジャースはこう説明する:「ポプラやヤナギという特殊で成長の早い樹木を使って、汚染物質を取り込み、これらの場所を修復するために、樹木の緩衝材、つまりファイトレメディエーションシステムを確立しました。ミシガン州とウィスコンシン州の埋立地に設置されています。これらの埋立地は五大湖の流域にあることが確認されており、これらの埋立地を流れる地下水が五大湖に到達する可能性があるためです。

一方、Cadillo-Quiroz氏は、埋立地は強力なメタンガスの発生源であるが、このガスはエネルギーとして大きなチャンスになり得ると主張する。埋立地から排出されるメタンを利用できれば、発電機に利用することができます。つまり、この廃棄物ガスを再利用して、次のようなことが可能になります。 エネルギー源-しかし、より意図的に、より良い管理システムで埋立地を設計する場合に限ります。

“私は、それが展望だと思います。埋立地を計測し、微生物を操作することで、単に物を捨てる穴という枠を超えて、この場所を利用する経済的・生態的な機会が実際に得られるかもしれません」とCadillo-Quirozは語った。

埋立地は、その多様性と活発な化学反応から、単なるゴミの巣窟ではありません。埋め立て地は、常に変化し続ける汚染源であり、生きているのです。今のところ、埋立地は気候変動の危機を助長していますが、もっと研究やエンジニアリングを進めれば、私たちの味方になるかもしれません。

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