ゴミは再生可能エネルギーの一種でしょうか？

私たちの社会全体は、少なくともある意味ではゴミで動いている。何億年も前のガラクタ、つまり古代の植物や恐竜の化石からできた石炭や石油、その他のゴミが、産業革命の始まり以来、私たちの電力網を動かしているのは周知の事実だ。2020年に米国が使用した3兆8000億キロワット時の電力のうち、大半は化石燃料から生まれたものだ。問題は、このゴミは照明を点けたりEVを充電したりするためのものではないということだ。地表深くに留まり、現在大気中にあふれて壊滅的な温暖化を引き起こしているガスを閉じ込めておくはずなのだ。

良いニュース、そして悪いニュースは、私たちが常に炭素を多く含むゴミを大量に生み出しているということだ。2018年、平均的なアメリカ人は1日あたり4.9ポンドという不快なゴミを排出した。これらの新鮮なゴミの山は、死んだ恐竜への依存を置き換えるのに役立つだろうか？

もちろん、炭素ベースの製品を燃やしてエネルギーを生み出せることはすでにわかっている。しかし、ゴミを燃やすだけでは、厄介な副作用がある。米国では1885年から稼働している焼却施設から、窒素酸化物、二酸化硫黄、粒子状物質、鉛、水銀、ダイオキシンなどの有毒物質が排出される。また、温室効果ガスも大量に排出される。その量は石炭の半分以上だ。このプロセスはそれほど効率的でもなく、ゴミの潜在的エネルギーのほんの一部しか取り出せない。「このプロセスで大量のエネルギーが逃げてしまう」とクレムソン大学エネルギーシステムプログラムのエグゼクティブディレクター、ヨハン・エンスリン氏は言う。

幸いなことに、ゴミを燃やすことは、それが新しいものであろうと何百万年も前のものであろうと、それを燃料に変える唯一の方法ではありません。天然ガスを例に挙げましょう。地中深くで、有機物は分解され、圧縮されてメタン（化学的にはCH ₄ ）を形成します。私たちはその副産物を天然ガスと呼んでいます。天然ガスは1960年代から電力網の大部分を動かしており、今日では石炭と石油を合わせたよりも多くの電力を供給しています。

廃棄物の山は、地上にも同じガスがあることを意味します。埋立地や肥料池で酸素が不足している現代の廃棄物は、古代の地下のものとほぼ同じようにメタンに分解されます。そのガスを閉じ込める動機は十分にあります。メタンは大気中の熱を閉じ込めるという点で二酸化炭素の 25 倍以上の力があり、都市固形廃棄物埋立地は米国で人為的_CH4排出の第 3 位の発生源です。

そこで登場するのがバイオガスです。これは、腐敗したゴミから自然に発生する二酸化炭素とメタンの組み合わせです。人類は 1800 年代後半から、さまざまな形でこれらの埋立地からのガスを利用してきました。現在、EU のバイオガス生産の半分以上が発電に使用されています。

廃棄物を電圧に変える方法はいくつかあります。最も古い方法は、嫌気性消化槽と呼ばれる容器を使う方法です。有機物は酸素のないタンクに入れられ、数日から数か月かけて分解されます。その結果生じるガスは、電気と熱を生成する内燃機関やタービンの動力源としてよく使用されます。バイオガスは燃料電池を通じて電圧を生成することもできます。燃料電池は化学反応を利用して水素原子を電子と陽子に分離します。その後、負に帯電した粒子が回路を流れ、燃焼よりも少ない排出量でエネルギーを生成します。

現在、バイオガス生産者は、バイオ消化装置、埋立地ガス回収システム、廃水処理施設の 3 つのカテゴリに分類されます。現在、ゴミ山をベースとしたプロジェクトが全国でバイオガス生産の主な供給源となっており、年間使用量の 0.5% 未満にあたる約 170 億キロワット時を生産しています。

農場と廃水処理施設が、米国での使用拡大の鍵を握っている可能性がある。現在、国内で家畜の糞尿を電力に変換している酪農場と畜産農場はわずか20カ所で、得られる電力はわずか1億7,300万キロワット時で、国を30分間照らすのにほとんど足りない。しかし、EPAは米国全土でバイオガスを回収できる可能性のある農場は8,000カ所以上あると推定している。そうなれば、毎年さらに160億キロワット時のエネルギーを生み出すことになる。そして2017年時点で、米国の廃水処理施設のうち、ゴミという金鉱をバイオガスエネルギーに利用しているのはわずか860カ所で、他の15,000カ所以上の施設が、同様の汚泥をゴミ捨て場や焼却炉に送っている。

もちろん、その差を埋めたとしても、必要な電力のほとんどを得ることはできない。しかし、焼いたゴミは再生可能エネルギーのパズルの欠けているピースを埋めることができるかもしれない。太陽がほとんど照らず、風も吹かない日でも、動物たち、そして人間たちは排泄を続けるだろう。

その潜在能力を解き放つには、政策の変更が大部分を占めるだろう。世界の他の国々は、すでにその方法を示している。2009年、EUは、域内のエネルギーの20％を再生可能エネルギーから得ることを義務付け、ドイツなどの国々は、1990年代初頭から、より環境に優しい電力を送電網に導入するためのインセンティブを利用していた。そのため、2015年にEUが世界のバイオガス総生産量の約半分を生産したのも驚くには当たらない。バイデン政権は、2035年までに国内の電力部門を「炭素汚染ゼロ」にするという新たな目標を掲げており、米国は追いつくチャンスがあるかもしれない。

ホワイトハウスの命令以前から、再生可能天然ガスをパイプラインに送るプロジェクトの数は、2019年初めから2020年後半にかけて219件から312件に急増した。環境エネルギー研究所によると、再生可能なメタンとバイオガス源は、将来、米国で使用される天然ガスの10％を置き換える可能性があるという。

では、ゴミだけを使って電力網全体を稼働させることはできるのでしょうか? おそらく無理でしょう。そして、風力、太陽光、水力は、おそらく単独で電力網全体に電力を供給する可能性があります。しかし、地球上のゴミを活用すれば、大気中に充満し続けるメタンを最大限に活用できる可能性があります。恐竜の力で車や工場の電力を賄ったという過ちから学ぶ必要があります。

この記事はもともと、PopSci 2022年春のMessy号に掲載されたものです。PopSci+のその他の記事を読む。