リサイクルの化学的限界は、非常に難しい問題です。紙とプラスチックは限られた回数しかリサイクルできませんが、金属とガラスは無期限にリサイクルできます。
画面から上を向いて、周りを見渡してください。何が見えますか？ 何かでできていないものを 5 つ挙げてください 金属、プラスチック、紙、またはガラス。難しいですよね？
これらの 4 つの素材は、私たちの日常生活に深く溶け込んでいるため、あまり考え直すことはありません。しかし、それらをゴミ箱に捨てるとどうなりますか?私たちにとって、ライフサイクルは通常、ごみ箱で終わり、ほとんどの場合、私たちが住んでいる都市の埋め立て地で終わります.幸いなことに、これらの素材の一部は別のルートを通り、最終的にリサイクルされます。
「Reduce Reuse Recycle」というスローガンは何十年も前からありますが、なぜ削減と再利用が必要なのでしょうか?すべてをリサイクルしてみませんか?
簡単に言えば…すべてをリサイクルすることはできないからです!
リサイクルにはいくつかの制限があります。一部のリサイクル プロセスは、製造プロセスよりもエネルギー集約型です。重金属を含む材料のリサイクルは危険な場合があります。その他の制限には、政府機関によるコストと慣行が含まれます。ただし、高度なテクノロジー、より良い政策計画、またはその両方の組み合わせにより、これらすべての制限を克服できます。残念ながら、化学的制限 リサイクルへの取り組みは深刻な問題です。
化学的制限とは?
私たちの世界に存在するものは、人工であれ自然であれ、すべてが異なる物質で構成されています。これらの物質はすべて、異なる分子特性を持っています。それらを構成する単純な要素に分解すると、元の品質が保持されない可能性があり、品質が低下すると、素材はダウンサイクルされます。
技術的には、ダウンサイクルとは、素材を元の素材よりも品質と機能の低い製品にリサイクルすることです。たとえば、ペットボトルは公園のベンチを作るために使用されます。ダウンサイクルはあまり好ましくないオプションのように思えるかもしれませんが、材料をより長く使用し続けるのに役立ちます.
さらに、原材料の消費を削減し、使用される総エネルギー、排出される温室効果ガス、および一次生産中に汚染される水と空気を削減します。プラスチックや紙などの一部の素材は限られた回数だけリサイクルできますが、金属やガラスなどは無期限にリサイクルできます!
何回もリサイクルできるかどうかを決めるのは、その物質の分子構造です。 紙やプラスチックは、単一物質の繰り返し単位を持ち、ポリマーと呼ばれます。一方、金属は、結晶と呼ばれる特定の形状に配置された原子または分子で構成されています。
紙のリサイクル可能性が非常に低いのはなぜですか?
紙は、単純な糖グルコースの繰り返し単位を持つセルロースから作られています。紙がリサイクルされるとき、多くの物理的および化学的プロセスを経ます。最初に細かく刻み、次にパルプにします。パルプ化では、紙を加熱して紙の繊維に分解します。接着剤やステープルなどの他の汚染物質が除去されると、パルプは脱墨されます。
大きなインク粒子は浮選によって除去され、小さなものは化学物質の添加によって除去されます。紙がインクを取り除いたら、パルプを叩いて繊維を毛羽立たせます。この毛羽立ちにより、繊維が分離され、新しい紙の生産が容易になります。その後、紙は酸素、二酸化塩素、または過酸化水素を使用して漂白されます。
グルコース分子とセルロース ポリマー。 (写真提供:Bacsica/Shutterstock)
新しい紙を顕微鏡で見ると、全体が架橋セルロース繊維であることがわかります。しかし、引き裂かれた紙を電子顕微鏡で見ると、ほつれた繊維を見つけることができます。紙が処理されるたびに、セルロース繊維はさらに引き裂かれ、再編成されます。この繊維が何度も処理されると、その構造も何度も失われます。熱、叩き、化学薬品の作用により、グルコース分子の結合が弱まり、本質的に繊維が短くなります.
したがって、すべてのリサイクルプロセスの後、紙は元の紙よりもわずかに有用性が低くなります。合計で、紙は通常 4 ～ 6 回リサイクルできます。再生紙は、キッチン ロール、トイレット ペーパー、および包装材料の製造に使用されます。
左：セルロースの架橋繊維。右:機械的ストレスを受けた後のセルロース繊維のほつれ。 (写真提供:Aleksandr Makarenko/Shutterstock)
プラスチックとの取引は?
プラスチックは、紙と同じようにポリマーです。プラスチックには主に、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の 2 種類があります。熱可塑性プラスチックは、溶かして再成形できるプラスチックです。加熱すると、熱可塑性樹脂の分子は永久に結合しません。代わりに、それらはファン デル ワールス力と呼ばれる弱い力によってまとめられています。そのため、熱にさらされるとすぐに壊れ、リサイクルが可能になります。 PVC とナイロンがこのカテゴリに分類されます。
熱硬化性プラスチックを加熱すると、互いに強力な架橋を形成します。長時間の加熱にもかかわらず、ほとんどの熱硬化性樹脂はその構造を保持することが知られており、リサイクルが困難です。プラスチックのリサイクルは、プラスチックが含まれている物質を少し吸収する傾向があるため、相互汚染の問題にも直面しています。 1 回限りのリサイクル プラスチックのほとんどは、繊維に変換されます。再成形されたプラスチックは、ボトルのキャップを作るために使用できます。ただし、このプラスチックは最終的には繊維になり、後で埋め立て地に捨てられます。
熱硬化性プラスチックと熱可塑性プラスチックの違い。 (写真提供:Sansanorth/Shutterstock)
金属を無期限にリサイクルできるのはなぜですか?
金属は地球の質量の 24% を占めています。それらには独特の特性があり、叩いてシートにしたり、ワイヤーに伸ばしたりすることができます。それらは強く、電気と熱を伝導することができます。それらのユニークな特性は、その分子構造に起因します。
強い物質は、外力が加わっても壊れない原子間のより強い結合を必要とします。同時に、金属はしばしば叩かれたり、さまざまな形に引き抜かれたりします。これは、原子が構造内を自由に移動できることを意味します.
金属には非局在結合というものがあります。すべての金属原子の価電子は、他のすべての金属原子によって共有されます。本質的に、すべての金属原子と均一に相互作用する電子の海があります。金属中の原子は、それらの間の最小のスペースで密集しています。いくつかの梱包の「配置」があり、その一部を下の図に示します。
結晶内の原子の配置 (写真提供:Nasky/Shutterstock)
この配置の最小の繰り返し単位は結晶です。結晶には、原子が欠落している空のスペースが含まれている場合があります。これらの空孔は結合の欠陥線を作成し、転位と呼ばれます。金属に高い応力がかかると、これらの転位が最も影響を受けます。金属は結合が非局在化しているため、転位は容易に移動します。金属が溶けると、熱応力によってこれらの配置が乱れますが、冷却すると結晶が再形成されます。このため、構造は元の形に復元され、金属は無期限にリサイクルできます。
脱臼
結晶内の転位の動き。
ガラスは、金属と同様に結晶構造を持ち、無期限にリサイクルできます。ただし、ガラスによって融点が異なるため、別々にリサイクルする必要があります。
安全かつ効率的な方法で物をリサイクルすることは並大抵のことではありませんが、すでに発生しているゴミの量を考えると、単に消費を減らすだけでは問題は解決しません。エネルギー消費が少なく、環境にやさしい、より効果的なリサイクル プロセスが必要です。リデュース、リユース、リサイクルは確かに今のところ最良の選択肢ですが、今後も廃棄物を管理するためのより革新的な方法を探し続ける必要があります!
