家電リサイクル技術

 家電リサイクル技術とは、回収された使用済み家電(テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコン等)から金属やプラスチックなどを回収して、再資源化する技術である。
 一般家庭から排出される廃家電は、粗大ごみなどとして回収しても、破砕処理が容易ではないため、有用な資源が多くあるにもかかわらず、破砕して一部の金属を回収するのみで、約半分はそのまま埋め立てられていた。こうした背景から、特定家庭用機器再商品化法(家電リサイクル法)が平成10年に成立し、平成13年4月から完全施行された。これにともない家電リサイクルの仕組みが構築され、家電リサイクル技術が大きく進展した。排出者(一般家庭等)から出された廃家電は、小売業者経由で再商品化施設に搬入され、手作業で解体されたのち、破砕されて、鉄、金属(アルミ、銅等)、プラスチック類等が回収され、再資源化される。下図は、ブラウン管テレビの解体工程の様子である。なお、冷蔵庫・冷凍庫については、冷媒や断熱材に含まれるフロンも、回収・破壊されている。
 平成21年4月からは、液晶テレビ、プラズマテレビ、衣類乾燥機も対象に追加された。最近では、携帯電話等の小型の電子電機機器やそれに含まれるレアメタルのリサイクルにも関心が高まっており、家電リサイクル技術も常に新たな研究開発と高度化が求められている。

家電リサイクルプラントのテレビ解体工程

家電リサイクルプラントのテレビ解体工程
出典:国立環境研究所ニュース 20巻6号(2002年2月発行)「家電リサイクル法と循環社会」(田崎智宏)
http://www.nies.go.jp/kanko/news/20/20-6/20-6-05.html

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1.背景

1)家電リサイクル法の制定

 一般家庭から排出される廃家電(テレビ、冷蔵庫、洗濯機、エアコン等)は、大型で重いものが多く、非常に固い部品も含まれているために、粗大ごみ処理施設での破砕処理が容易ではなく、有用な資源が多くあるにもかかわらず、破砕して一部の金属を回収するのみで、約半分はそのまま埋め立てられていた。
 こうした背景から、廃家電の効率的なリサイクルと廃棄物の減量化を図ることを目的として、特定家庭用機器再商品化法(家電リサイクル法)が平成10年に成立し、平成13年4月から完全施行された。
 家電リサイクル法の枠組みは図1の通りである。対象となる品目は、家庭用エアコン、テレビ、電気冷蔵庫・電機冷凍庫、電気洗濯機の4品目(平成21年4月からの追加については3)節参照)で、消費者(排出者)はこれらの4品目を廃棄する際には、収集運搬料金とリサイクル料金を支払って、小売業者に引き取ってもらう。小売業者は、指定引取場所を通じて、引き取った家電を製造業者に引き渡し、製造業者は再商品化(リサイクル)を行う。製造業者は、再商品化に当たって、品目毎に定められたリサイクル率(50~70%)を達成することが必要で、エアコン、冷蔵庫等の冷媒として使用されているフロン類についても回収が義務づけられている。これらの一連の廃棄物の流れは管理票(家電マニフェスト)によって管理されている。

図1 家電リサイクル法の仕組み

図1 家電リサイクル法の仕組み
出典:環境省「家電リサイクル法の概要」
http://www.env.go.jp/recycle/kaden/gaiyo.html

2)家電リサイクルの状況と製造業者の取り組み

 家電リサイクル法の成立を踏まえて、関係業者によるリサイクル技術の開発とリサイクルルートの構築が進められた。その結果、鉄、銅、アルミニウム、ガラスなどの有価物が再資源化されるようになった。再資源化された家電4品目の総重量は、平成20年度には、エアコン73,698トン、テレビ139,476トン、冷蔵庫・冷凍庫121,331トン、洗濯機79,894トンとなっている(図2)。
 家電製造業者は、リサイクルを促進するために、設計段階からリサイクルし易い設計(環境配慮設計)を進め、解体・分別作業の効率化のために、部品の材質・材料表示などの取り組みを進めている。これらの環境配慮設計の詳細については、「環境配慮設計」の解説を参照されたい。

図2 家電リサイクル法の施行状況(平成20年度)

図2 家電リサイクル法の施行状況(平成20年度)
出典:環境省 報道発表資料「平成20年度における家電リサイクル実績について」(平成21年6月2日)
http://www.env.go.jp/press/press.php?serial=11198

3)家電リサイクル法の対象品目の追加

 家電業界においては、消費者のニーズに応じて新製品が順次開発され、それと共に廃棄される家電の種類や性状も変わってくる。こうした状況を踏まえて、平成21年4月から家電リサイクル法のリサイクル対象品目に液晶テレビ、プラズマテレビ、衣類乾燥機が追加された。こうした変化に対応して、家電リサイクル技術も常に新たな研究開発と高度化が求められている。最近では、携帯電話など小型の電子機器に含まれるレアメタルの回収技術についての関心が高まっている(同技術については、「レアメタルリサイクル技術」の解説を参照)。

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2. 技術の概要

1)再資源化処理工程において必要な技術

 家電リサイクル法の対象品目は、指定取引所を通じた回収⇒再商品化施設への搬入⇒手解体工程(モーター、コンプレッサー、その他金属部品類、プラスチック部品類、フロン等の回収)⇒本体の破砕・選別工程⇒再資源化物(金属類、プラスチック類等)の回収と再資源化、といった流れで再商品化される。各工程の概要は以下の通りである。

○手解体工程

  • 手作業による解体と部品の材質表示等にもとづく部品の分別
  • モーター、コンプレッサー等の大型部品の回収
  • 冷媒用フロンガスの回収(冷蔵庫、冷凍庫、エアコン)

○破砕・選別工程

  • 材料の分別(磁力選別、風力選別等)
  • 断熱材からのフロンガスの回収・破壊(冷蔵庫、冷凍庫)

○再資源化工程

  • 金属類、ガラスのリサイクル
  • プラスチックのリサイクル(マテリアルリサイクル、ケミカルリサイクル、サーマルリサイクル)

 以上の工程で、回収・分離された素材・材料は、処理業者に引き渡されて、様々な方法で再資源化又は処理されている。図3にその主なルートを示す。金属類は、金属精錬業者によって回収され、冷媒用フロンはフロン破壊業者によって高温破壊される。

図3 主要回収物の主な回収ルートと再資源化・処理方法

図3 主要回収物の主な回収ルートと再資源化・処理方法
出典:(財)家電製品協会「家電リサイクル 年次報告書 平成17年度版」
http://www.aeha.or.jp/05/c.html

2)主要な技術の概要

(1)分別技術
 材料として再生する際には、異なる種類の材料や不純物が混入しないことが必要である。そのため、手解体時にはできるかぎり混入物を排除して同種の素材別に分別し(事前選別)、破砕・機械選別というプロセスを経て再資源化を行う。単一の素材でできている大型の部品はできる限り手解体で分別して先に回収する。
 破砕後の機械選別の主な方式としては、表1に示すように、ふるい分け、風力選別、水力選別、磁力選別、過電流選別、浮遊選別がある。

表1 主な選別方式の概要
方法概要
ふるい分け破砕物の大きさを利用した選別法
風力選別対象物の比重差を利用した選別法であり、媒体として空気を利用する方法。具体的には、風で軽いプラスチックを吹き飛ばし、飛ばされない重い部材と分別する。
水力選別対象物の比重差を利用した選別法であり、媒体として水を利用する。水に沈む重い部材と水に沈まない軽い部材を分別する。分離の精度は風力選別より高い。
磁選(磁力選別)永久磁石や電磁石を利用して混合物から鉄を分離する方法
渦電流選別対象物を磁場内で移動させ、電導性物質内に生じた渦流による偏向力を利用して、プラスチックやガラス等の電気伝導率がゼロである物質と非鉄金属の分離、あるいは非鉄金属間の相互分離を行なう方法である。現状では、主にアルミニウムと非金属類との選別に利用されている。
浮選(浮遊選別)固体粒子表面の水に対するぬれ性の差を利用して選別する方法。

出典:『環境汚染防止のための環境技術・装置大事典』産業調査会(2003)をもとに作成

 実際の工程では、これらの分別技術を用いて、次のようなプロセスが実用化されている。

○混合プラスチック比重差選別
 混合プラスチックから、各プラスチックの比重差を利用して、水比重選別機と遠心分離機で高純度のポリプロピレン(PP)樹脂を分離回収し、再利用する技術である。回収された高純度のPP樹脂は家電製品のプラスチック部品に利用される。高純度のPP樹脂を選別する方法としては、この他に水中での比重差と圧力の組合せで回収する方法が開発されている。

○破砕ダスト選別
 トロンメル(回転ふるい)、風力選別、磁力選別、非鉄選別などの組合せによる多段階選別システムとして「破砕ダスト乾式選別」が開発されており、破砕ダストから利用可能な混合プラスチックを回収することができる。このほかの多段階システムとして、トロンメル、湿式比重差選別、風力選別、渦電流選別等の組合せによる「多段比重差選別」などがあり、これも破砕ダストから非鉄金属、PP樹脂を回収するものである。

○風力選別
 廃プラスチックを細かく破砕し、2段階の風力選別工程を経て、比重の軽いウレタンを選別する方法として「二段風力選別」が開発されている。廃プラスチックからウレタンを除去することで、高純度の混合プラスチック(PP、ポリスチレン(PS)、ABS樹脂)が回収可能になっている。

(2)分別された材料の再資源化技術
 金属類は溶融したり、精錬工程に戻したりすることで再生される。ブラウン管に用いられるガラスは、蛍光体等の表面付着物を除去して精製CRTガラスとし、基本的にはブラウン管の材料として利用される。国内ではブラウン管メーカーがいないため、需要のある海外へ輸出されているが、液晶テレビ等の増加にともない、近年その需要の低下が課題となっている。プラスチックのマテリアルリサイクルを行う場合には、プラスチック材料の種類ごとの分別、洗浄、不純物の除去、難燃剤の除去、ペレット化などの処理を経て、組成を調整して材料として再生される。

(3)冷媒や断熱材からのフロン回収技術
 エアコン、冷蔵庫の冷媒として使用されるフロン、及び断熱材中のフロンの回収に当たっては、ガス状のフロンを吸引して圧縮機で圧縮し、圧縮ガスを冷却液化してボンベ(回収容器)に入れる「ガス圧縮方式」と、圧縮機で吸引・加圧したガスで液状のフロンを追い出して回収した後、残ったガスを圧縮回収する「複合方式」とがある。
 回収されたフロンを破壊する技術には、ロータリーキルン法、セメントキルン法、プラズマ分解法等がある。フロンの回収と処理の詳細は「フロン回収・処理技術」の解説を参照のこと。

(4)プラスチックのケミカルリサイクルやサーマルリサイクルの技術
 プラスチックについては、破砕後の残さを材料として再生(マテリアルリサイクル)することが困難な場合には、ケミカルリサイクルやサーマルリサイクルの手法により再資源化を図る。ケミカルリサイクルは、熱や圧力を加えて化学材料に戻すリサイクル技術であり、高炉の還元剤等として利用されるほか、コークス炉で化学原料化するなどの技術がある。サーマルリサイクルは、熱エネルギーを回収する技術であり、廃プラスチックを固形化して燃料として利用される。(これらの個別技術の詳細については、「容器包装リサイクル技術」の解説を参照。)
 一方、断熱材等から回収したウレタンの再利用は、技術的にも大きな課題として認識されており、効果的な再資源化技術の研究が進められている。例えば、ウレタンに廃食用油を加えて加水分解するとオリゴマーというウレタンの構成単位がいくつかつながった物質が生成されることを利用して、このオリゴマーに砂利と添加剤を加えて粘着性のあるアスファルト改質材が試作されている。このほか、回収したウレタンを断熱ボードやモルタル材等の建材に再利用する技術が開発されている。

3)対象品目の標準的な処理工程

 以下、代表的な品目について、再商品化施設内での実際の処理工程を示す。

(1)テレビ
 図4、図5はテレビの一般的な処理工程である。回収されたテレビは、手解体により、本体のプラスチックカバー、ブラウン管または液晶パネル、基板、コード類が外される。プラスチックカバーは再生プラスチックの原料となり、基板やコード中の銅などは非鉄金属原料として再利用される。
 ブラウン管は、さらにパネル部(画面部)とファンネル部(後部)に分けられる。これは、ブラウン管のパネル部とファンネル部では、ファンネル部のガラスの方が鉛の含有量が多く、組成に違いがあるため、リサイクルのためには別々に処理する必要があるためである。分離されたパネル部とファンネル部のガラスはそれぞれ破砕されて、ガラス原料(カレット)として需要のある海外へ輸出されている。ただし、前述の通り、液晶テレビ等の増加のため、その需要は減少している。国内では、一部のブラウン管ガラスを建築用の吸音・断熱材であるグラスウールの素材として利用している。
 液晶パネルは、大きく液晶ガラス、プラスチック板、バックライトユニットに分けられる。液晶ガラスとプラスチック板は、それぞれ破砕されてガラスとプラスチックとして回収される。バックライトユニットは、さらにバックライトとフレームに分けられる。バックライトは破砕してガラスとして回収するが、水銀が含まれているので、水銀が飛散しないように吸い込みながら作業する等の工夫がなされている。(なお、バックライトにLEDを採用した液晶テレビも増加傾向にある。)
 手解体が終了した後のテレビ本体は、機械で破砕し、磁選機で鉄が回収された後、ミックスメタル(アルミ、銅等)、プラスチック類が選別・回収され、最後に残った残渣(ダスト)は埋立されるほか、溶融処理などが行われることもある。

図4 テレビの一般的な処理工程

図4 テレビの一般的な処理工程
出典:(財)家電製品協会「家電リサイクルの取り組み テレビの一般的な処理工程」を一部改変
http://www.aeha.or.jp/assessment/aeha/aeha_recycle.html#A1

図5 家電リサイクルプラントのブラウン管テレビ解体工程

図5 家電リサイクルプラントのブラウン管テレビ解体工程
出典:国立環境研究所ニュース 20巻6号(2002年2月発行)「家電リサイクル法と循環社会」(田崎智宏)
http://www.nies.go.jp/kanko/news/20/20-6/20-6-05.html

(2)冷蔵庫・冷凍庫
 図6は冷蔵庫および冷凍庫の一般的な処理工程である。回収された冷蔵庫・冷凍庫は、最初に冷媒フロンが回収され、手解体の工程に入る。手解体では、コンプレッサーやコンデンサ、モーター、コード類、仕切板(トレー)、収納ケースが取り外される。コンプレッサーやコンデンサ、モーター、コード類は、鉄又は非鉄金属材料として再生事業者において再資源化が行なわれる。仕切板(トレー)、収納ケースなどのプラスチック類は、再生プラスチックの原料となる。
 手解体後の冷蔵庫・冷凍庫本体は、断熱材フロン回収装置が設置された破砕機の中で破砕され、断熱材フロンが回収された後、磁選機で鉄を回収し、さらに、アルミ、ステンレス、銅などの金属類、プラスチック類を回収する。最後に残った残渣(ダスト)は埋立処分されるほか、溶融処理などが行われることもある。

図6 冷蔵庫・冷凍庫の一般的な処理工程

図6 冷蔵庫・冷凍庫の一般的な処理工程
出典:(財)家電製品協会「家電リサイクルの取り組み 冷蔵庫・冷凍庫の一般的な処理工程」を一部改変
http://www.aeha.or.jp/assessment/aeha/aeha_recycle.html#A2

(3)洗濯機
 図7は一般的な洗濯機の解体フローである。回収された洗濯機は、手解体により、モーター、基板、電気・配線コード、本体上部のカバープラスチックが取り外される。モーター、基板、コード類は、鉄又は非鉄金属材料として再生事業者において再生される。カバープラスチックは再生プラスチックの原料となる。
 手解体後の洗濯機本体は、破砕機で破砕され、磁選機で鉄が回収される。ステンレス槽、アルミ、銅が回収され、非鉄金属原料として再利用される。最終的に残った残渣(ダスト)は埋立処分されるほか、溶融処理などが行われることもある。

図7 洗濯機の一般的な処理工程

図7 洗濯機の一般的な処理工程
出典:中田屋(株)「廃棄物リサイクル 取扱品目・リサイクルフロー」(家電―洗濯機)
http://www.ndy.co.jp/waste_recycling/handling.html

(4)エアコン
 図8は一般的なエアコンの解体フローである。エアコンには室内機と室外機とがあるが、回収されたエアコンは、最初に室外機から冷媒フロンと冷媒機油が回収され、手解体に回される。手解体では、本体のカバープラスチックが外され、コンプレッサー、モーター、熱交換機(ラジエター)、基板、コード類、冷媒管等の配管が取り外される。カバープラスチックは、再生プラスチックの原料となり、その他の金属製部品は、鉄や銅、アルミなどの金属原料として再生される。
 手解体後の室外機及び室内機本体は破砕機で破砕され、磁選機で鉄が回収された後、アルミ、ステンレス、銅などの金属類が回収される。最終的な残渣(ダスト)は、埋立処分されるほか、溶融処理などが行われることもある。

図8 エアコンの一般的な処理工程

図8 エアコンの一般的な処理工程
出典:中田屋(株)「廃棄物リサイクル 取扱品目・リサイクルフロー」(家電―エアコン)
http://www.ndy.co.jp/waste_recycling/handling.html

3. 技術を取り巻く動向

1) 技術を普及させるための実証事業・支援策等

 環境省では、家電リサイクル技術の高度化への取り組みの一環として、平成15年度に廃棄物処理等科学研究費補助金(次世代廃棄物処理技術基盤整備事業)の枠内で、プラズマディスプレイパネルのリサイクル技術開発への助成を行った。この研究では、廃棄されたディスプレイの基板の解体・剥離技術、基板中のIn(インジウム)等のレアメタル回収技術など、要素技術の開発とともに、プラズマディスプレイのリサイクルシステム全体の構築が試みられた(図9)。こうした研究は、実際のプラズマディスプレイのリサイクルにも活かされている。

図9 プラズマディスプレイのリサイクル技術の開発

図9 プラズマディスプレイのリサイクル技術の開発
出典:環境省「平成15年度次世代廃棄物処理技術基盤整備事業に係る終了事業の事後評価結果について(実施:旭平硝子加工(株))」
http://www.env.go.jp/recycle/waste_tech/kagaku/h15/jisedai/

2) 家電リサイクル法の対象品目以外の小型家電への取り組み

 家電リサイクル法の対象品目外の小型家電は、レアメタルが多く使用されており、そのリサイクルの重要性が高まっている。しかしながら、使用済み小型家電の回収量は思うように伸びていないのが現状である。このような中、環境省と経済産業省では「使用済小型家電からのレアメタルの回収及び適正処理に関する研究会」を設置し、平成20年度から秋田・茨城・福岡県において使用済小型家電の回収モデル事業を始めている。この事業では、小型家電回収ボックスを設置するなど、住民参加型のリサイクル方法が検討されている。

3) 家電リサイクル法の実態効力の評価

 国立環境研究所では「家電リサイクル法の実態効力の評価」と題して、家電リサイクル法の効果に関する研究を実施した。家電リサイクル法により、メーカーには再資源化義務が課せられ、メーカーの環境配慮設計が促進されている。この調査では、家電リサイクル法の完全施行前から完全施行後にかけて、家電メーカーの環境配慮設計の状況を調査した。その結果、図10から分かるように、家電メーカーの環境配慮設計における配慮事項としては、省エネ、安全性に係る事例数が多いものの、減量化、再資源・再生部品の利用、分離・分別の容易化といったリサイクルに関係する項目についても一定の取組が進んでいることが示された。

図10 家電4品目の環境配慮設計事例数の推移

図10 家電4品目の環境配慮設計事例数の推移
出典:国立環境研究所研究報告(R-191-2006)「家電リサイクル法の実態効力の評価」(田崎智宏 編)(PDF)
http://www.nies.go.jp/kanko/kenkyu/pdf/r-191-2006.pdf

引用・参考資料など

(2010年2月現在)