2021-09-20 ｱﾒﾘｶ合衆国・コーネル大学
・ コーネル大学が、廃棄プラスチックのケミカル・リサイクルに関する帰結的ライフサイクル最適化(CLCO)のフレームワークを発表。CLCO は、ケミカルリサイクリングの新技術や市場の変化を誘導するパワフルなツールとして期待できる。
・ ケミカルリサイクル機器、プロセス、エネルギー源から環境への影響や最終製品市場までを勘案した複数の数理モデルと方法論を取り入れ、気候変動や健康への影響等の LC 環境影響を定量化する
包括的な分析結果を初めて提供する。
・ 1950 年代より数十億トンものプラスチックが生産されているが、その 91%がリサイクルされていない。埋め立て地や汚染地域の増加が懸念される一方で、プラスチックの低減・再利用への未対応は経済的好機の損失とされ、新興するケミカルリサイクル産業には産廃業や研究者らからの関心が寄せられている。
・ ケミカルリサイクルは、循環型経済の構築に貢献するだけでなく、硬いボトルや玩具等の製品に利用される高密度ポリエチレン等のリサイクルを一般化する可能性をも開く。
・ 標準的な LC 持続可能性評価では見落とされてしまう市場ダイナミクスの環境的な影響を定量化する本フレームワークでは、コストの最小化に向けた技術的経路の組合せを探る演算手法と LC 分析、市場情報および経済的均衡を初めて統合し、従来的な分析ツールと比較した CLCO による利点を強調する。
・ 環境的な影響の最小化と経済的成果の最大化を両立するためのあるシナリオでは、環境評価研究で一般的に利用される帰属的 LCA アプローチに対し、CLCO では 14%超の温暖ガス排出量削減と 60%超の光化学大気汚染の低減を提示。
・ 分析結果は産業専門家や政策立案者にプラスチックのケミカルリサイクルと循環型経済の進展に関する全般的な道筋を提供するが、技術的経路と共に多数の選択肢と不確定要素への考慮が必要。
例えば、エチレンやポリエチレン等の特定の基礎化学物質の市場需要が高い場合は、本フレームワークは特殊なタイプの化学分離技術を、ブタンやイソブテンが望まれれば別技術を提案する。
・ ケミカルリサイクリングによる環境への影響は、サプライヤーによる化学工業原料や製品のプロセス方法等の不確定要素に左右される。例えば、サプライヤーの供給に対するオンサイトでのブテン生産では、リサイクル工場による光化学大気汚染を 20%近く低減する一方で、オンサイトの天然ガス利用で電離放射線を 37%超増加させる結果となる。
・ 本研究は、米国立科学財団(NSF)が一部支援した。
URL: https://news.cornell.edu/stories/2021/09/research-guides-future-plastic-waste-chemical-recycling
＜NEDO海外技術情報より＞
（関連情報)
ACS Sustainable Chemistry & Engineering 掲載論文(アブストラクトのみ：全文は有料）
Consequential Life Cycle Assessment and Optimization of High-Density Polyethylene Plastic Waste
Chemical Recycling
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c03587
Abstract
This work develops a consequential life cycle optimization (CLCO) framework that integrates the superstructure optimization, consequential life cycle assessment (CLCA) approach, market equilibrium models, and techno-economic assessment methodology to determine the economically and environmentally optimal waste high-density polyethylene (HDPE) chemical recycling technology pathway, which manufactures chemical and energy products that cause market dynamics. System expansion in CLCA can quantify the environmental consequences of an increment of feedstock suppliers’ and downstream product consumers’ processes as well as a decrement of feedstock consumers’ and downstream product suppliers’ processes. These market dynamics are ignored when performing attributional life cycle assessment (ALCA). The CLCO problem is formulated as a multi-objective mixed-integer nonlinear fractional programming problem and solved by an optimization algorithm that integrates the inexact parametric algorithm and branch-and-refine algorithm. The environmental and economic objectives are minimizing the unit consequential life cycle environmental impacts and maximizing the unit net present value, respectively. Market dynamics results show that consuming natural gas in the waste HDPE chemical recycling process increases the natural gas’ market price and supply by 0.1%, while onsite manufacturing propylene decreases propylene market price by 5.46%, decreases propylene supply by 8.8%, and increases the propylene demand by 10.2%. Disparities and comprehensiveness are two effects of system expansion. Disparities are illustrated by a 14.22% decrease in greenhouse gas (GHG) emissions and a 60.37% reduction of photochemical oxidant formation compared to ALCA results. Comprehensiveness of system expansion is reflected by the diverse results of the environmental consequences of each consumer or marginal supplier’s process of feedstocks and products. Specifically, the substitution of 1-butene supplier’s process by onsite production from chemical recycling reduces 19.68% of total photochemical oxidant formation. Onsite use of natural gas from chemical recycling increases 37.14% of total ionizing radiation.
