抑制策の廃止による隠れた経済的および環境的コスト

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地方自治体は、定期的なスケジュールに従って家庭でのゴミやリサイクル可能な物の収集を提供しており、これらのリサイクルプログラムは、一般の人々が持続可能な実践に参加する最も目に見える機会となっています。前例のない課題に直面し、費用が主な要因であるとして、米国の多くのコミュニティは縁石側のリサイクルを縮小または廃止しています。ここでは、リサイクル商品市場が最も儲かった2011年には、米国の正味リサイクル費用は世帯当たり年間わずか3ドルで、市場が最低値に達したとき（2018年から2020年）、年間のリサイクルプログラム費用は2000万円に達したことを示しています。 1世帯あたり34ドルから42ドル。この投資は、埋め立て地に埋められたリサイクルされていない家庭廃棄物からの温室効果ガスの排出を相殺します。地方自治体がリサイクルプログラムを再構築して、より高価値の炭素集約型材料をターゲットにすれば、リサイクル自体が元を取り、温室効果ガスの排出量を削減できます。私たちの分析は、縁石側のリサイクルが地域社会に自主的なグリーン電力購入や電気自動車への移行などの気候変動緩和戦略と同等かそれ以上の投資収益率をもたらしていることを浮き彫りにしています。リサイクルをなくすことは、地域社会や国民にとって気候変動を緩和し、天然資源の需要を削減する最も簡単な機会の 1 つを無駄にすることになります。

おそらく、地方自治体が環境に配慮した持続可能な行動に参加するために住民に提供する最も目に見える機会は、リサイクルプログラムへの参加です1、2、3、4。住民は、リサイクル可能な製品と梱包材を他の廃棄物から分離し、収集して材料回収施設 (MRF) に輸送するために別の容器に入れます。 MRF では、機械設備と手作業による選別により、新製品の二次原料として販売するための対象物質が抽出されます。近年、米国で住宅リサイクルを提供する地方自治体は、1980 年代と 1990 年代の発足以来かつてない課題に直面しており 5,6 、多くの自治体がリサイクルサービスを提供する利点を再評価しています。ガラスや混合プラスチックなど、歴史的に縁石側のリサイクル箱やカートに置かれていた材料は、ますます受け入れられなくなり、一部の地域社会では住宅リサイクル回収を完全に廃止しました7。これらの措置は、国際リサイクル市場の制限8、9、10、リサイクルの流れにおける汚染11、12、新型コロナウイルス感染症のパンデミックによる課題13、14など、複数の要因に対応していますが、最も重要な要因はコストです。政府関係者がよく口にするのは、リサイクルはゴミだけを集めて処分するのと比べてコストがかかりすぎるということだ。リサイクルが実際にどれほど高価であるか、そして歴史的にいつでも、リサイクル可能な再販価値がリサイクルプログラム自体で十分に採算が取れるほどの利益をもたらしたかどうかを評価することが重要です。

リサイクル業界が経験した困難な時期は、廃棄物と地球環境の関係に対する主流の認識が高まったのと一致しています。気候変動の影響は年々顕在化しており、廃棄物部門は政府の措置によってより影響を受けやすく、リサイクルにより回避された廃棄物からの上流の二酸化炭素排出量が削減されるため、廃棄物管理の改善を目指すことが好ましい緩和戦略となっている15、16、17、18。材料の抽出と消費19、20、21。しかし、プラスチックが散乱する海岸線、海洋プラスチックの島々、プラスチックに絡まった野生生物の画像 22,23 は、何よりも廃棄物処理に関する一般の意識を高めるのに役立ちました。課題に直面しているリサイクル事業、および廃棄物と環境の重要な関係を考えると、現在の廃棄物収集と処分の実際のコストと利点、特にリサイクルによる潜在的な環境上の利点を慎重に検討する必要があります。気候変動の緩和において住宅リサイクルが果たす役割はしばしば見落とされており、多くの気候政策や消費に関する研究（参考文献24、25、26、27）には含まれていないが、廃棄物管理ライフサイクル評価（LCA）の証拠はリサイクルを実証している。大量の温室効果ガス (GHG) 排出を回避し、未使用の天然資源の必要性を減らすことができます19,28,29。世界的な政策が持続可能な消費と生産を目標にし続けるにつれて（たとえば、持続可能な開発目標12、拡大生産者責任、循環経済）、家庭レベルでのリサイクルを優先することが重要な戦略になります。

ここでは、米国の典型的な家庭の廃棄物管理に関連する質量流量、コスト、GHG 排出量をシミュレートするモデルを開発します。家庭レベルは地方自治体が責任を負う廃棄物の流れの部分であるため、私たちは家庭レベルに焦点を当てます。このモデルは、米国の家庭の廃棄物管理システムの経済の流れに焦点を当て、関連する LCA ベースの GHG を組み合わせた単一の既存モデルが存在しないため、利用可能な環境的に拡張された入出力/複数地域入出力モデルの代わりに開発されました。排出量。相互接続された製品の流れ、環境フットプリント、廃棄物管理部門の経済指標をマッピングするために必要な堅牢なデータは、米国の多くの地域および世界中で限られています。したがって、モデリングフレームワークを使用して、以下を推定します。 (1) ゴミと資源物の分別収集、分別施設での資源物の処理、再生のための回収された資源物の販売、分別施設からの残留物の処分と処分にかかるマスフローゴミの。 (2) 2005 年 4 月から 2021 年 6 月までの時系列における米国 7 地域の廃棄物管理にかかる毎月の家庭コスト。 (3) 家庭廃棄物管理に関連する対応する年間 GHG 排出量、および (4) モデルがリサイクルプログラムに仮説上の変更を課した場合の質量、コスト、および GHG 排出量への影響。背景として、他の持続可能な実践、つまりグリーン電力のより高い料金での購入やガソリン車からハイブリッド車や電気自動車への移行などによる温室効果ガス排出削減の投資収益率と結果を対比させます。最後に、望ましい保全成果を維持しながら、地域社会のリサイクルシステムをよりコスト効率の高いものにするためにどのように適応できるかを検討します。

リサイクルプログラムが経済的にどの程度の利益をもたらすか、それとも経済的に損失をもたらすかは、回収された商品の一般的な市場価格によって決まります。他の取引商品と同様に、回収されたリサイクル可能なものの市場価値は、経済の健全性、製品の需要、価格、競合する資源の入手可能性に応じて変動します30,31。米国および先進国の多くは歴史的にリサイクル商品の消費者として他国に依存しており、受け入れ国の最近の政策変更により市場が劇的に混乱し、商品価値が低下した32,33。個別の収集コンテナ、専門の収集車両、MRF での処理への投資も必要となるため、回収された商品の販売による収益は、リサイクルプログラムのコスト要素の 1 つにすぎません。我々は、15 年間 (2005 年 4 月から 2021 年 6 月まで) の廃棄物価格の変化を評価するモデリングフレームワークを使用して、一般的な家庭用ゴミとリサイクルシステムのコストと GHG 排出量 (米国の家庭の場合、HH) を定量化します (方法)。

私たちは、2 つの廃棄物収集シナリオの正味システムコストをモデル化しました。1 つは、(家庭の) 縁石に置かれたすべてのものをゴミとして管理するシナリオで、もう 1 つは、この廃棄物の 20% をリサイクルのために個別に収集するシナリオです。一戸建て家庭の平均リサイクル率は通常 15 ～ 30% の範囲です (参考文献 34、35)。すべての縁石側の材料がゴミとして管理される場合の米国の正味家庭廃棄物管理コストは、1 年あたり 178 米ドルになります (2020 年のリサイクル商品市場価格)。材料（質量）の 20% がリサイクルのために個別に収集される場合、純コストは 218 HH−1 年−1 米ドルに増加します（図 1）。図 1 に示すように、システムコストが最も大きくなるのは、資材収集 (ゴミ収集に 89 HH-1 年米ドル、リサイクル可能な収集に 45 HH-1 年米ドル) と埋め立て処分 (52 HH-1 年米ドル) から発生します。 −1)。 2020 年のコストは、商品価値が比較的低かった時期を反映しており、MRF でリサイクル可能品を処理するコスト (115 トン-1 米ドル) は、リサイクル可能品の市場価格の約 2 倍です。 2020 年の推定では、厳しい市況下でリサイクルプログラムを提供する米国の地方自治体の負担が 1 年あたり 40 HH-1 ドル程度になることが示唆されており、この値は既存のリサイクルプログラムの財務データによって裏付けられています (方法)。

リサイクルを行わないシステムでは、すべてのリサイクル可能物はゴミとして収集され、埋め立てまたは燃焼施設で処分されました。加工も販売もされていませんでした。リサイクルを伴うシステムでは、リサイクル可能物は個別に収集され、MRF で処理され、2020 年の米国全国平均商品価格を月次で使用して販売されました。太字の値の合計は、四捨五入のため、棒の上の合計値と等しくなりません。

縁石側のリサイクルサービスにかかる家庭の年間費用は、2008 年の大不況後、および 2010 年代の国際市場規制を受けて商品価格が最低となったときにピークに達しました (図 2)。私たちのモデリングでは、リサイクル市場のピーク時（2011 年など）だけでなく、過去 15 年間に遭遇した最悪の商品市場状況（2019 年や 2020 年など）も利用しています。 2008 年のリサイクルコストは平均 14 HH-1 年未満でしたが、不況の本格化により 1 年あたり 26 HH-1 以上に急増しました。この時期の報告書には、米国のリサイクル商品を積んだコンテナ船が原材料需要の暴落を受けてアジアの港に引き返されたことが引用されている30,36。不況後の商品価値は 2011 年までに回復し、米国の大部分のリサイクルプログラムで十分な元が取れるほどになりました。最もクリーンなリサイクル商品のみの輸入を促進するために中国政府が制定した政策、2013 年のグリーンフェンス政策と 2017 年の国家剣政策は、過去 10 年間の一次産品価格の低下に貢献しました37。リサイクルプログラムのコストは、2019 年から 2020 年にかけて最高で約 42 HH-1 年にピークに達しましたが、原材料が枯渇した新型コロナウイルス感染症のパンデミック期間中に発生した混合紙、ボール紙、プラスチックの市場需要の増加により、リサイクルプログラムは減少しました。さらに最近の報告書 (2022 年 9 月) では、リサイクル市場が再び低価格市場に変動していることが示されており、市場の不安定性がさらに浮き彫りになっています。

コストは、地域データの違いにより、2005 年 4 月から 2021 年 6 月まで変動します (たとえば、処理料金、埋め立てまたは燃焼処理によって処分された廃棄物の割合、リサイクル可能な商品価格)。地域は、南東部 (地域 1)、中西部 (地域 2)、北東部 (地域 3)、およびカリフォルニア/ネバダ州 (地域 4) で網掛けされています。総コストには、リサイクル可能品とゴミ収集、埋め立てと燃焼処分、リサイクル可能品の処理と収益という 6 つの廃棄物管理の経済パラメータが含まれます。地域データは収集コストに影響を与えませんでした。リサイクル可能品の処理コストは、回収施設で分別されるリサイクル可能品 1 トンあたり、年間を通じて一定の 115 米ドルであると仮定されました。リサイクル可能な商品の価格は各地域および全国平均で月ごとに異なりますが、各地域の埋め立ておよび燃焼処分のコストはすべての年で一定であると仮定されました。ここに含まれていない 2 つの地域の結果は補足情報に示されています。ここで強調されているのは 4 つの重大な歴史的出来事であり、そのうちの 2 つは中国のリサイクル政策に関連しています。

私たちの分析によると、ほとんどすべてのケースにおいて、地方自治体が家庭から出る廃棄物をすべてゴミとして収集し管理するよりも、縁石側のリサイクルを提供する方が常に費用がかかることが判明しました。ビン、缶、紙製品の収集と分別にかかる費用は、回収された材料の再販価値を超えます。商品価格は、他の貿易商品やサービスと同じ刺激に応じて変動する可能性があり、システムの純コストに大きな影響を与えます。地方自治体にとってリサイクルがコストとなるようになったのは近年のことであるというのは誤りです。このコストは、廃棄物管理システム全体のコストと比較すると、間違いなく高額ではありません。過去 15 年間の最悪の市況下では、リサイクルを伴う廃棄物管理システムは、廃棄のみの収集よりも 24% 高価でしたが、最良の条件下では、システムはほぼ元が取れました。

リサイクルには常に廃棄だけよりもコストがかかるのであれば、なぜ多くの地方自治体が最近になってこれらのサービスの廃止を検討し始めたのでしょうか? これは、リサイクルプログラムが開始以来最長期間にわたる商品市場の低迷、つまり典型的な契約サイクルを超えた期間に苦しんできたことに起因しています。 MRF事業者は、加工料金と商品販売価格のシェアとのバランスをとる必要があり、より安定した価格設定を提供するために契約を再交渉しており、地方自治体の意思決定者はこれまで以上にリサイクルプログラムのコストに注目している。 MRF 事業者は、いくつかの要因の結果として、リサイクルの流れにおける汚染の度合いが増大していると報告しています。これは、リサイクル箱内の市場に出ていない物質であり、分別と廃棄が必要です 12。米国では、縁石側のリサイクルプログラムのほとんどが単一ストリーム収集に移行し、すべてのリサイクル可能なものを入れるための大型カートを提供し、善意の住民がリサイクル可能と判断したものはすべてゴミ箱に入れ、時には広々としたコンテナを 2 番目のコンテナとして使用することを奨励しています。ゴミ箱。地域のプログラム間でリサイクル対象として受け入れられる材料が均一ではないことや、複合材や軽量の包装材料がますます多様化していることにより、何がリサイクル箱に入れられるかについて住民の混乱が生じています。したがって、国際最終市場が純度要件を厳格化すると、MRF 事業者はさらに多くの汚染物質を除去し、再利用される材料の質量を減らし、廃棄量を増やす必要があることに気づきました。

縁石側のリサイクルは、エネルギーと水の供給、ゴミと廃水の管理、道路と公共スペースの維持に似た、住民に提供される行政サービスであるということを理解する必要があります。リサイクルにはコストがかかりますが、他のコミュニティサービスと比べてリサイクルの方が難しいのは、そのメリットを定義することです。埋め立て依存の削減や資源保護など、リサイクルの利点として認識されているものを有意義に定量化することは難しい場合がありますが、温室効果ガス排出削減などのリサイクルの利点を追跡する方法は、今日の炭素計測環境においてより広く受け入れられています38。リサイクルプログラムを通じて回収された材料が未使用資源の代わりになる場合、非生物および生物資源の保全、水の使用量と栄養負荷の削減、有毒排出の相殺など、他の環境上の利点が実現されますが、より堅牢なライフサイクルインベントリデータなどを考慮して、GHG 排出のみを調査しました。材料の持続可能性評価で一般的に使用されます。

モデル化された廃棄物管理シナリオと廃棄物管理に焦点を当てた LCA ツールを使用して、過去 15 年間、米国の家庭の廃棄物管理に関連する平均年間 GHG 排出量は、CO2 換算で 0.046 トン (t CO2eq) であると推定しています。 HH−1 年−1）（図 3）。埋め立て地での分解ゴミからのメタン排出量が最も寄与している（地球温暖化係数の 100 年の期間に基づくと 0.27 t CO2eq HH－1 yr－1、20 年の期間を使用するとこの値は増加する）が、これらリサイクルによって大部分が相殺されます（約 0.24 t CO2eq HH−1 yr−1、ほぼすべての排出源を相殺します）39,40。私たちの結果に基づくと、リサイクルは家庭廃棄物の GHG 排出量をほぼ中立（0.046 t CO2eq HH−1 年−1）に押し上げ、リサイクル可能なものの分別と処理のためのより優れた回収技術への投資がさらに大きな利益をもたらす可能性があることを示唆しています。

フットプリントは 9 つの廃棄物管理プロセスに分割されており、リサイクル率 20% の家庭に相当します。メインの棒グラフの点線で強調表示されている領域の詳細が、挿入図に示されています。

これらのライフサイクル結果に組み込まれるパラメーターには、人口密度、エネルギーグリッド混合、埋め立てガス管理、再製造メカニズム (たとえば、バージンソースの代わりに使用されるリサイクル材料の量)、および材料輸送距離が含まれます。これらの各パラメータは正味のフットプリントに影響を及ぼし、モンテカルロ感度分析を通じて各材料タイプとその管理に対する潜在的な影響を評価しました。当社の廃棄物管理 LCA の一部として使用されるパラメータの仮定は、米国のリサイクル産業、埋め立て地および都市固形廃棄物焼却施設に関する堅牢なライフサイクルインベントリに基づいています (方法)。再製造メカニズムなどの一部のパラメータについては、データセットは最近更新されておらず41、高い代替率（多くは1対1の比率に近い、参考文献42）を想定しているため、気候変動緩和の可能性を過大評価している可能性があります。対照的に、最近の製造業者や国家政策が製品（プラスチックなど）のリサイクル含有量を増やすことに関心を持っていることを考慮すると、我々の結果は特定の材料については過小評価されている可能性があります43。現在の代替率を反映するために再製造ライフサイクルインベントリを更新し、新製品の製造中にリサイクルコンテンツの使用が増加した場合の温室効果ガス排出オフセットへの潜在的な影響を理解するには、追加の研究が必要です。我々は、リサイクル感度分析の一部としてこれらの影響を考慮することを試みました（補足情報セクション 2.7 に方法論と結果が記載されています）。

地方自治体のリサイクルへの投資は GHG 排出量の削減につながりますが、ほとんどの政府関係者は日常的にリソースの予算を設定したり、二酸化炭素換算トン数に基づいて意思決定を行ったりするわけではないため、追加の背景を提供します。上記の結果を使用して、家庭でのリサイクルに伴う GHG 排出量の削減を対応するコストに正規化することにより、環境投資収益率 (ROI) を計算しました。 2020 年に見られたような劣悪な市況では、リサイクルに費やした米ドルごとに 0.0058 t CO2eq が相殺され、最良の市況（たとえば 2011 年）では、ROI は 1 米ドルあたり 0.081 t CO2eq に増加します。リサイクルによって達成される ROI と比較するために、(1) 内燃エンジン車をハイブリッド電気自動車または電気自動車に置き換える、および (2) 従来の電力網事業体から切り替える家庭の ROI も推定しました。グリーンユーティリティサービスへ。

最初の ROI アクティビティでは、世帯を対象として、車両の購入と運用にかかる平均コストと、車両の製造と運用に関連する平均 GHG 排出量を計算しました。経済的コスト (単位: US$ km-1) と GHG 排出量の影響 (単位: g CO2eq km-1) に関するデータは、推定のために文献 44、45、46、47、48、49、50、51 から編集されました。平均経済コストと GHG 排出係数 (補足表 20 と方法)。次に、米国運輸省のデータ (1 世帯当たり 1.88 台の車両を報告している 52) と、年次車両機能システム移動報告書 (1 人当たり 16,741 km と推定) のデータを使用して、世帯当たりの自動車の年間平均走行距離を推定しました (参考文献 53) (方法）。これら 2 つの情報源を使用すると、米国の世帯が年間移動する平均総キロメートルは 31,000 km HH−1 yr−1 と推定されました。 ROI を推定するために、経済コストと GHG 排出係数がこの値に適用されました。平均 ROI は、内燃機関車から電気自動車への切り替えに費やされる 0.007 ～ 0.016 t CO2eq US$-1 のオフセット、および内燃機関車からの切り替えに費やされる 0.0038 ～ 0.023 t CO2eq US$-1 のオフセットの範囲として計算されました。自動車からハイブリッド電気自動車への移行 (方法)。

2 番目の ROI では、一部の米国の電力会社が、従来の化石と非化石の混合電源ではなく、主に再生可能電源から電力を受け取るために追加料金を支払うオプションを顧客に提供するという慣行に関連する利点を評価しました。 2020 年の米国全 50 州の平均月間消費量 (kWh 単位) と平均価格 (セント kWh−1) に関する米国エネルギー情報局のデータを使用して 54、平均世帯年間コスト (963 ～ 1,952 米ドル HH−1 年−1) を計算しました。）、米国環境保護庁の eGRID データベース（補足表 23 および方法）の地域の GHG 排出原単位係数を発電に使用して、平均年間家庭 GHG 排出量（2,885 ～ 14,095 kg CO2eq HH-1 yr-1）を推定しました。再生可能エネルギーには関連する排出がないと仮定し（つまり、GHG 排出原単位がゼロ）、エネルギー情報局のデータを使用すると、環境 ROI は、場所とプロバイダーのコストに応じて、0.011 ～ 0.045 t CO2eq US$-1 の支出の範囲でした。 (グリーンエネルギーの追加コストは 2.4 ～ 3.8 セント kWh-1)。

リサイクル環境の ROI は、電気自動車およびハイブリッド車への切り替えの ROI と自主的なグリーン電力購入プログラムの ROI の両方と同等以上です。最悪の市場であっても、リサイクルによる気候変動緩和のメリットは、他の一般的な気候変動緩和の取り組みと同等であり、最良の市場では、リサイクルへの投資がより多くの利益をもたらします。これらの結果は、縁石側のリサイクルへの投資（ほとんどの場合、そのようなサービスを提供しない場合と比較して追加コストがかかる）が、望ましい持続可能性の成果を達成するための財務的に健全な戦略であることを強調しています。

私たちの結果は、縁石側のリサイクルサービスを家庭に提供する場合（過去15年間の平均的な米国の状況とリサイクル率20％を仮定した場合）、リサイクルなしのシステムよりも費用が約13％高くなります（図4a、b）が、GHGは減少することを裏付けています。排出量は6倍。仮にコミュニティがリサイクル率を 2 倍の 40% にすると仮定すると (図 4c)、システム全体のコストが減少し、リサイクルが実施されない場合の正味排出量は GHG 排出源から反転します (0.29 t CO2eq HH−1 yr−1)。 GHG 排出量オフセット (-0.21 t CO2eq HH-1 yr-1)。この仮説的なアプローチでは、既存のリサイクルインフラ（たとえば、現在の縁石側プログラムやリサイクル処理施設）から追加の二次材料源が導入された場合の市場または商品価格への影響は、私たちのモデリングでは予測されていません。しかし、米国で縁石側のリサイクル率を、特に40%という高いレベルまで高めることは、必要なレベルの参加と、これを達成するにはあまり儲からない商品をゴミ箱に追加する必要があるため、非現実的であることが判明しています。回復のレベル。代わりに地方自治体は、商品価値の低い材料の除去に重点を置いており、最も一般的なのはガラス55です。元のリサイクルシナリオからガラスが除去されると、わずかなコスト削減（4米ドル HH−1 年−1）が達成されますが、GHG 排出量は増加します（0.05 から 0.06 t CO2eq HH−1 年−1;図 4b、d）。。

a. リサイクル可能なものはすべてゴミとして収集して処分しました。リサイクル可能なものは加工されず、販売用に販売されませんでした。 b. リサイクル可能なものの分別収集、処理、販売を含む典型的な廃棄物管理プロセスは、リサイクル率 20% でモデル化されました。 c. シナリオ a と同じシステムですが、40% のリサイクル率を使用します。 d. すべてシナリオ a と同じシステムでモデル化されましたが、ガラスは廃棄用のゴミとして収集され、販売用に加工されませんでした。 e. 最適化されたアプローチとは、リサイクル可能な分別収集、処理、販売を含む典型的な廃棄物管理プロセスを指し、高商品価値（新聞紙、ボール紙、アルミ缶、スチール缶）のみを 100% リサイクルすることに基づいて 18% のリサイクル率でモデル化されました。、HDPE および PET ボトル）。棒は、2005 年から 2020 年の平均年間世帯費用または GHG 排出量を表します。赤と茶色の線は、年間の最小値と最大値に対応します。

最高の ROI を提供するアプローチでは、最大限の量の材料をリサイクル箱に入れることに重点を置くのではなく、再製造時に最大の市場価値と最も高い GHG 排出量相殺の可能性を持つ商品を回収することに重点を置いています。新聞紙、ボール紙、アルミ缶、スチール缶、高密度ポリエチレン (HDPE) やポリエチレンテレフタレート (PET) のプラスチックボトルなどの素材を検討してください。これらを除くすべての材料をリサイクル率 20% の基準から排除し、これらのより価値の高い商品のリサイクル率を 75% に引き上げると、全体のリサイクル率は 14% に低下します。ただし、正味システムコストは減少し（1年あたり201米ドルから184米ドルへ）、GHG排出量は減少します（0.05 t CO2eq HH-1 yr-1から0.003 t CO2eq HH-1 yr-1へ。補足図）。 5)。高価な材料が 100% 回収されると (図 4e)、リサイクルプログラムを導入することでほぼすべての市場状況でコストが節約できる点までコストが下がり、それでもかなりの GHG 排出削減メリットが得られます (補足図 5)。

私たちの調査結果は、コミュニティサービスとして縁石サイドのリサイクルプログラムの再構築または廃止に直面している意思決定者に必要な洞察を提供すると信じています。はい、縁石側のリサイクルプログラムは、廃棄のためのゴミ収集だけと比べて費用がかかります。しかし、これは常にそうであり、新しいことではありません。リサイクル商品の市況が悪いときには、1 世帯あたり年間 37 ～ 42 米ドルの費用がかかることが予想されます。一方で、リサイクル市場が好調であれば、コストは世帯当たり年間 3 米ドル程度に抑えられるはずですが、堅調な市場を維持するという課題を無視すべきではありません。私たちの分析は、市場が困難な時期であっても、リサイクルから得られる温室効果ガス排出削減の利点は、持続可能性に基づく他の市民の行動と同等かそれ以上であることを強調しています。

回収材料市場の避けられない変動から地域のリサイクルプログラムを強化するために必要な措置のうち、2 つが私たちの分析から明らかになりました。まず、廃棄物から抽出される資源のより回復力のある市場を支援する政策が必要です。このような政策には、拡大生産者責任の推進が含まれており、これによりメーカーは自社製品のリサイクルと廃棄に対して財務的および/または運営上の責任を負うことになります。 2021年以降、メイン州、オレゴン州、コロラド州、カリフォルニア州は、製造業者に各州のリサイクルインフラへの財政的支援を義務付ける包装製造者責任法を公布した。リサイクルコンテンツの義務付けなどの他の政策では、メーカーに対し、新製品の製造に一定割合の使用済み材料を使用することが義務付けられています。カリフォルニア州やワシントン州などの米国の州は、2020年から2021年にかけてプラスチック包装にリサイクル内容物を使用する義務を制定しました。目標は、消費者向けコンテンツの 15% から始まり、2030 ～ 2031 年までに 50% に増加します。一部の米国の製品メーカーは、包装や製品に二次材料を組み込む目標を設定しています（たとえば、2030 年までに 50% のリサイクル内容を使用してボトルを製造するというコカ・コーラ社の廃棄物のない世界目標）。場合によっては、たとえ相当量のリサイクル含有物を含む製品を製造する製造慣行が存在する場合でも、回収率が不十分なため、二次材料の広範な統合が妨げられます。 2021 年に関して、カリフォルニア州資源リサイクル回収局は、PET ボトル飲料メーカー 81 社中 8 社が製品に 15% 以上の使用済み PET 樹脂を使用していると報告しました56。

第二に、縁石側のリサイクルプログラムは、少数の高価値商品を対象にすることで利益を得ることができます。縁石側のリサイクル箱に入れることができる材料の種類の削減が熱心なリサイクル業者には好まれない可能性があることは理解していますが、リサイクル箱に不適切な材料が多すぎると、リサイクルシステムの最適化が妨げられます。より価値の高い物質を（経済的および持続可能性の観点の両方の観点から）優先することは、特に政治的境界を超えてより均一な方法で受け入れられる場合、廃棄物の流れ全体の約 18% を占めるため、おそらく収集される物質の減少につながるでしょう。このような優先順位付けは、埋め立て地や燃焼施設に到達する残りの物質の量が増加することになり、これにより、あまり人気のない二次物質の市場革新が抑制される可能性がありますが、これはリサイクルプログラムを完全に中止するリスクとのバランスをとらなければなりません。

私たちは、米国の典型的な一戸建て住宅の都市固形廃棄物 (MSW) 管理に関連するコストと温室効果ガス (GHG) 排出量を計算するモデルを作成しました。このモデルを使用して、19 の製品 (紙製品 4 つ、プラスチック製品 3 つ、金属製品 2 つ、ガラス、食品廃棄物、庭のゴミ、およびその他の 7 つの製品、補足表 1) の収集、リサイクル、埋め立ておよび燃焼された質量流量を推定しました。さらに、米国の 7 つの地域および米国全国平均を 2005 年 4 月から 2021 年 6 月までの月次時系列で、家庭ごとに各廃棄物管理プロセスのコストと GHG 排出量を推定しました。 6つの廃棄物管理プロセス: ゴミと資源物の分別収集、分別施設での資源物の処理、回収された資源物の再製造のための販売、分別施設からの残留物の処分、およびゴミの処分。モデルの推定コストは、米国のいくつかのコミュニティで実際に報告された家計コストと比較することによって検証されました (補足情報セクション 5)。使用される一般的なデータとモデルの出力の図を補足図 11 に示します。

次に、リサイクルプログラムに仮説上の変更を加えてモデルを適用した場合の、質量、コスト、GHG 排出への影響を評価しました。これらの変更には、リサイクルプログラムの廃止、リサイクル回収量の 2 倍化、リサイクルプログラムからのガラスの排除、リサイクルプログラムの最適化などが含まれます。これらの評価において、私たちのモデルは、新しいリサイクルインフラストラクチャ (縁石側の新しいリサイクルプログラムやリサイクルプロセス施設など) の追加に本質的に依存するように設計されていませんでした。代わりに、既存のコミュニティへの影響を理解することが目的でした。さらに、15 年間のさまざまな商品価格データを使用して、同じ月次時系列でリサイクルプログラムの代替案を評価しました。変動する商品価格データが使用されたため、商品価格への影響や市場能力の回復（たとえば、供給増加による価格低下）は評価されませんでした。ここの「方法」セクションでは、モデルの開発に使用される主要な手順の概要を説明します。まず、使用される廃棄物の質量発生、組成、処分データのレビューから始まり、次に GHG 排出モデリングアプローチ、コストモデリングアプローチ、および代替手段の方法が続きます。廃棄物管理シナリオがモデルに実装されました。

米国の典型的な一戸建て住宅で発生する年間総廃棄物（ゴミとリサイクル可能品）は、毎日の家庭廃棄物発生率、人口統計、世帯密度を使用して推定されました。家庭ごとに発生する廃棄物の総量は、2005 年の家庭廃棄物発生率を 1 人あたり 1 日あたり 1.13 kg と仮定し、2005 年から 2021 年までモデル化されました。これは、米国環境保護庁の MSW 発生量を使用して推定された各年の増加率に基づいて毎年増加しました。 2005 年から 2017 年の統計57。初期の廃棄物発生率は、米国で 1 人あたり発生する平均廃棄物総量 (1 人あたり 1 日あたり 2 kg (参考文献 57)) の約 60% (参考文献 58) が単身世帯の居住者によるものであると仮定して決定されました。 2005 年と比較した各年については、2005 年から 2021 年の米国の人口統計を使用して推定された各年の増加率に基づいて人口が増加すると仮定されました159。世帯密度（1 軒あたりの人数）は、2005 年から 2019 年まで米国国勢調査局によって毎年提供されました60。近年のデータソースが利用できない場合は、利用可能な最新のデータを使用しました (たとえば、2020 年の世帯密度は 2021 年にも使用されました)。各年ごとに、年間に発生する廃棄物の総量を 52 で割って、世帯ごとに毎週発生する廃棄物の総量を推定しました。

リサイクル転用率が 23% またはリサイクル率が 20% であると仮定して、世帯ごとに毎週発生する廃棄物の総量を、各年ごとに世帯ごとに発生するゴミとリサイクル可能物に分けました。販売用に販売できない材料 (残留物と呼ばれる) はこの指標に含まれていないため、リサイクル率はリサイクル転用率よりも低くなります。 2005 年から 2021 年にも同じ値が使用されました。私たちは保守的なリサイクル転用率を選択しました。たとえば、カナダのオンタリオ州の住宅リサイクル率は 62.8% (参考文献 61)、ニューヨーク市 5 つの自治区の平均リサイクル率は 14.6 ～ 20.7% でした (参考文献 62)。、シアトルの割合は 62.7% (参考文献 63)、ワシントン DC の割合は 20.8% (参考文献 64) でした。ゴミと資源物の構成、および使用された廃棄ゴミの処分に関するデータは、補足表 1 および補足表 2 にあります。

19 の製品のそれぞれについて、廃棄物としての収集、選別施設でのリサイクル可能な処理、埋め立てと燃焼による再製造と廃棄に関連する GHG 排出量を測定しました。廃棄物管理のための GHG 排出量を推定するために使用されるアプローチは、GHG 排出影響係数 (管理される物質の 1 グラムあたりの二酸化炭素排出量のメートルトン単位) が各物質とその管理 (例えば、収集、選別施設での処理、再製造、燃焼、埋め立て）42．

代表的なインパクトファクターを推定するプロセスは反復的であり、最初に 3 つの廃棄物固有のライフサイクル評価 (LCA) モデル (またはツール) (つまり、廃棄物削減モデル (WARM) v15 (2020 年 6 月にアクセス) を使用してインパクトファクターを開発することから始まりました。 65、MSW 意思決定支援ツール (MSW-DST) v1 (2020 年 6 月にアクセス)66、および固形廃棄物最適化ライフサイクルフレームワーク (SWOLF) v0.9.5 (2020 年 6 月にアクセス)40)。これらのモデルで使用される入力の仮定は、補足情報セクション 2 で詳細に提供されます。デフォルトの仮定から逸脱した変更は、米国のリサイクル業者、選別業者、埋め立て業者との専門家の議論、米国環境保護庁によって報告された埋め立てガスのデータ、 MSW 焼却炉 (MSWI) のオペレーターと以前の研究結果。最初の反復の主な目的は、米国の典型的な一戸建て住宅世帯の GHG 排出量を推定するために使用されるモデルの一部としてどの LCA ツールを利用するかを決定することでした。最終的に、ユーザーの柔軟性が最も高い SWOLF モデルが選択されました (たとえば、ユーザーはすべての入力仮定を変更できます)。 WARM および MSW-DST v1 は、ユーザーの入力変更を制限します。更新された MSW-DST v2 (2021) では、SWOLF と同じ入力仮定がほとんど採用されていますが、ユーザー入力の変更は依然として制限されていることに注意してください。

2 回目の反復の一部として、SWOLF のデフォルトの入力仮定を使用して、2 番目のインパクトファクターセットが開発されました。この反復には 2 つの目標が関連付けられました。(1) ベースライン 20% リサイクル率シナリオと、(2 回目の反復からの) デフォルトのインパクトファクターを使用した場合の 4 つの仮想代替シナリオの正味 GHG 排出量の影響の結果を比較すること。最初の反復 SWOLF 影響係数を使用し、(2) デフォルトの影響係数をベースラインとして使用し、それをリサイクル、埋め立て、燃焼システムへの主要な投入仮定のモンテカルロ感度分析の結果と比較します。原稿の結果を生成するために使用された最終的なインパクトファクターは、SWOLF の最初の反復中に作成されたもの (デフォルトの変更時に作成されたもの) でした。補足情報セクション 2.5 では、ベースライン SWOLF 影響係数、感度分析のために変更された入力パラメーター、ベースライン SWOLF 影響係数を使用した場合の正味 GHG 排出量と最初の反復係数との比較の結果、および 1,000 回の反復の結果を提供します。モンテカルロ感度分析 (材料、管理、入力の仮定ごと)。

補足情報セクション 2 では、リサイクル、埋め立て、および燃焼廃棄物管理システムの境界に含まれる特定の LCA パラメーター、材料成分とその特性、ライフサイクルインベントリ、およびライフサイクル影響評価方法についても詳細に説明します。一般に、機能単位は、米国の典型的な一戸建て住宅で廃棄される製品 1 Mg (たとえば、新聞紙 1 Mg) でした。 WARM を除くすべてのモデルは、廃棄物処理施設の個別の建設と運営に伴う排出量をモデル化するために、合理的な量の廃棄物に依存しています。したがって、機能単位は 1 ショートトンのままとなります。ただし、1 トンに関連する排出量を推定するために、モデル化された質量 (または参照流量) は 100,000 Mg でした。この値は、1 人あたり 1 日あたり 2.04 kg の廃棄物を生成する 50,000 人の仮想コミュニティを表すために選択されました (米国居住者によって生成される報告された廃棄物の質量に相当します57)。簡単に言うと、3 つの廃棄物管理システムには、(1) 紙、プラスチック、金属、ガラスがそれぞれの再生業者に送られる単一ストリームの材料回収施設 (MRF)、(2) 従来の非バイオリアクター混合廃棄物が含まれます。埋め立て地と (3) 混合廃棄物の大量燃焼都市固形廃棄物焼却炉。負荷ゼロの仮定の下では、これらのプロセスのいずれかに入る廃棄物は、抽出、加工、製造、使用に関連する排出物を一切含まないとみなされます（一部の例外を除き）。これらのライフステージは上流と呼ばれます67、68、69。この仮定が一般的に採用されるのは、上流段階に関連する排出量が固形廃棄物の意思決定に関して通常考慮されていないためです。ただし、リサイクルなどの特定のプロセスでは、リサイクルされた材料がバージン材料の使用に伴う排出量を相殺すると仮定して、上流の排出量を考慮します42。同様に、埋め立てガスまたは燃焼から電気が生成される場合、その電気は、電気を生成するために使用される化石燃料の使用を相殺します70。補足情報セクション 2 では、考えられる GHG 排出オフセット源について詳しく説明します。

いくつかの廃棄物 LCA モデルでは、一戸建て住宅からのゴミやリサイクル可能な物を収集するコストが計算されています40,66。 SWOLF モデルと MSW-DST モデルは、相互依存する多数のユーザー定義パラメータを使用して収集車両の台数、車両の燃料消費量、車両の移動距離を推定する機構モデリングアプローチに基づいて収集コストを見積もります。この研究では、SWOLF および MSW-DST の収集コストモデリングの技術的仮定と基礎となる方程式を確認し、民間および公共の廃棄物運搬業者と直接通信して現在の収集コストの慣行を調査することに基づいて、収集コストを見積もるための簡略化された機構モデルを作成しました。

世帯当たりの収集コストは、年間の車両燃料費、収集車両の年間運営および保守コスト、および収集車両と保管箱の年間資本コストの合計として計算されました。収集コストは、収集スケジュール、収集作業時間、労働要件、車両動作パラメータ、移動速度、移動距離、燃料使用率、家庭廃棄物保管システムの決定に基づいて見積もられました。モデルで使用される特定のパラメーターデータは補足表 9 に示されており、収集コストの計算に使用される式の詳細は補足情報セクション 3 に記載されています。

州固有の処分料金データをそれぞれの地域に集計することにより、7 つの地域ごとに平均埋立地および MSWI 処分料金を決定しました (補足表 10 および 11)。たとえば、地域 1 の埋め立ておよび MSWI 処分料金は、その地域に含まれる州に関連する料金の平均として推定されました。処理料金は、処理のために収集されたごみの質量とリサイクル分別施設から出る残余の質量に適用されます。私たちは、州固有の廃棄処分データ（埋め立てまたは燃焼された廃棄物総量に占める割合）71をそれぞれの地域に集約して、埋め立ておよび燃焼された（MSWI に送られた）ゴミ/残留物の質量を特定しました。

戸建住宅のリサイクルに係る年間収入を、分別された資源物の構成と各素材の商品価格を用いて試算しました。一次産品価格は直接報告または予測され、過去の価格は国内総生産と 2012 年のデフレーターに基づいて 2020 年の米ドル価格に引き上げられました (一次産品価格データは補足データに提供されています)。年間収入は、地域固有のデータに基づいて 7 つの地域について推定されました。補足表 12 の補足情報は、世帯の年間収入を示しています。予測商品価格のデータは、補足情報セクション 3 の方法でも入手できます。

また、全 7 地域の住宅一戸建てリサイクルにかかる追加コストを、1 世帯あたり月当たりの米ドルで見積もりました。費用は、2005 年 4 月から 2021 年 6 月までの地域固有の処分料金、処分処分およびリサイクル商品の価格を使用して見積もられました。時間や地域に関係なく、ゴミとリサイクル可能物の発生率、物質の流れの構成について以前に説明したのと同じ仮定を適用しました。リサイクル率（%）、ゴミ・資源物の収集費用、資源物処理費用。この研究のために開発されたモデルは、各州の堅牢な米国全国データセットに依存しています。そのため、私たちは地域 (フロリダ) 全体から固形廃棄物管理コストのデータを収集し、住民が実際に負担したコストとモデルによって推定されたコストを比較することで、モデルの結果を検証しました。

私たちは、リサイクル率を 20% から 40% に高め、リサイクルを排除し、混合プラスチックのリサイクルを排除し、ガラスのリサイクル、混合紙のリサイクルの排除、および特定の材料を排除しながら他の材料のリサイクル率を高めます（ハイブリッドアプローチと呼ばれます）。この評価は、コストに関する米国の全国平均データと、2005 年から 2021 年までに開発された GHG 排出影響係数を使用して実施されました。

リサイクル率 40% を満たすために必要な追加リサイクル質量の合計を特定し、その質量を毎年 10 種類のリサイクル可能な製品に配分することにより、リサイクル率は 20% から 40% に増加しました。追加のリサイクルマスは、元の収集されたゴミマスから収集されたリサイクル可能マスに移されると仮定されました。追加のリサイクルマスは、収集されたゴミの流れの材料組成に従って分配され、追加のマスが利用可能な移動可能なマスを超えないようにしました。追加のリサイクル質量は、2005 年から 2019 年にかけて 1 世帯あたり 1 週間あたり 4.5 ～ 4.9 kg の範囲であり、その質量を PET、HDPE、混合プラスチック、アルミニウム、スチール、ガラス、混合紙、新聞紙に分配するために使用された組成（時間とは無関係）、段ボール容器と無菌カートンは、それぞれ4%、2%、26%、2%、3%、9%、40%、5%、10%、1%でした。正味費用には、資源物収集車の増加、ごみ収集車の減少、資源物収入と処理費用の増加、処分費用の減少が含まれます。温室効果ガス排出量は、リサイクルの増加と埋め立て/燃焼の減少による排出量の減少により、回避がより大きくなりました。

リサイクルを排除する、混合プラスチックを排除する、ガラスを排除する、および混合紙を排除するというシナリオでは、以前に使用されたゴミやリサイクル可能なものの生成率を含む、リサイクル率 20% のシステムと同じ仮定を使用して正味コストと GHG 排出量がモデル化されました。、材料の流れの構成、ゴミとリサイクル可能なものの収集コスト、およびリサイクル可能なものの処理コスト。ただし、シナリオごとに、ゴミ/リサイクル可能な生成率とマテリアルストリームの構成の仮定が変更されました。リサイクルを排除するシナリオでは、最初にリサイクルされたすべての質量がゴミとして収集され、リサイクル可能な収益、処理コスト、または GHG 排出回避は含まれていないと仮定しました。材料がリサイクルから除外されるシナリオでは、その材料の元々リサイクルされた質量はゴミとして収集され、それがリサイクル可能な収益、処理コスト、または GHG 排出の回避に寄与しないと仮定しました。混合紙のリサイクルシナリオを排除するシナリオでは、混合紙と無菌カートンの両方も同様に排除されると想定されていることに注意してください。

最適化されたアプローチシナリオでは、リサイクル率 20% のシステムと同じ廃棄物発生率を使用しました。しかし、ここでは、新聞紙、ガラス、スチール、アルミニウム、段ボール容器、PET、HDPEのみがリサイクルされると仮定して、純コストとGHG排出量をモデル化しました。リサイクルすると、個々の材料は100％のリサイクル率に達し、合計リサイクル率は18％になります。。他のシナリオと同じ収集、廃棄、およびリサイクル可能な処理コストが適用されました。リサイクル可能な収益と GHG 排出量のリサイクル回避は、7 つの製品のみについて推定されました。

研究デザインの詳細については、この記事にリンクされている Nature Portfolio Reporting Summary を参照してください。

分析結果を生成するために使用されたすべてのデータは、補足情報で入手できます。

この研究で不足しているリサイクル市場価格を生成するために使用されたカスタムコンピューターコードは、要求に応じて研究者が利用できるようにすることができます。

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この研究は、フロリダ州ゲインズビルにある固形有害廃棄物管理ヒンクリーセンターによって財政的に支援されました。メソッドと原稿をレビューしてくれた N. Robey に感謝します。私たちは、この論文の計画と分析に関してコメントと議論をしていただいたフロリダリサイクルパートナーシップ財団に感謝します。私たちは、Recycling Markets Limited が提供するリサイクル商品市場のデータと、ノースカロライナ州が提供するライフサイクル評価モデル、固形廃棄物最適化フレームワーク (SWOLF) および都市固形廃棄物意思決定支援ツール (MSW-DST) へのアクセスに感謝します。それぞれ大学とRTIインターナショナル。固形廃棄物管理に関するデータ収集活動を通じて私たちの分析を支援してくれたフロリダ州の複数の郡（アラチュア郡、インディアンリバー郡、パームビーチ郡、ヒルズボロ郡、サラソータ郡、オレンジ郡、リー郡など）の同僚に感謝します。分析に使用されるコスト。論文の内容については著者が責任を負い、調査結果は資金提供機関の見解を表すものではありません。

フロリダ工科大学環境工学部、米国フロリダ州レイクランド

マラク・アンシャシ

フロリダ大学環境工学科学部、ゲインズビル、フロリダ州、米国

ティモシー・G・タウンゼント

PubMed Google Scholar でこの著者を検索することもできます

MA は調査を実施し、データを分析しました。 TGT はこのアイデアを考案し、研究を設計しました。両方の著者が原稿を書きました。

ティモシー・G・タウンゼントへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Sustainability は、この研究の査読に貢献してくれた Costas Velis、Eleni Iacobidou、Matthew Franchetti、George F. Banias に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

補足的な方法、図。 1 ～ 11 および表 1 ～ 23。

商品価格データ、埋め立ておよび焼却コストのデータ、代替リサイクルプログラムの詳細なコストと温室効果ガス排出量フットプリント、およびリサイクルと廃棄物管理に関する家庭の過去の追加コストを含む補足データスプレッドシート。

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転載と許可

Anshassi, M.、Townsend, TG 縁石側のリサイクルを排除することによる隠れた経済的および環境的コスト。ナット・サステイン（2023）。 https://doi.org/10.1038/s41893-023-01122-8

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受信日: 2022 年 10 月 20 日

受理日: 2023 年 4 月 18 日

公開日: 2023 年 5 月 22 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41893-023-01122-8

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