Recycled construction and demolition waste as remineralizers: a sustainable use in the regeneration of degraded soils

毎年、世界では建物の建設や解体によって100億トンを超える廃棄物が生成されています。ブラジルだけでも、この瓦礫の量は年間でおよそ1億トンに達し、砕かれたレンガ、コンクリート、モルタルの巨大な山となって、しばらとランドフィル（埋立地）に送られることがよくあります。この材料の多くは粉砕され、道路の路盤や新しい建設資材として再利用されますが、別の可能性が浮上しています。この瓦礫を、地球そのものを癒やすために利用できるのではないか、という idea です。その考えは、単純な観察に基づいています。多くの土壌、特に熱帯地域においては、雨や農業によって摩耗し、植物の成長に必要な必須ミネラルを失っています。これを修復するために、農家は時として「リモミネラライザー（再鉱物化剤）」、つまりカルシウム、カリウム、鉄などの栄養素をゆっくりと放出する粉末状の岩石を土壌に添加することがあります。これらの材料は、作物にとっての緩効性の栄養源として機能し、合成肥料による多大なコストや環境負荷をかけることなく、土壌本来の肥沃さを回復させる助けとなります。研究者たちが問いかけたのは、都市の残骸を砕いたものが、これと同じ目的を果たし、廃棄物の問題を農業への解決策へと変えることができるのかどうかでした。

これを知るために、サンパウロ大学とカタラン連邦大学の科学者チームは、ブラジルの4つの都市、アラカルア、ピラシカバ、リベイラン・プレト、そしてカタランから、建設・解体廃棄物のサンプルを収集しました。彼らは単に瓦礫の山の中に何が入っているかを推測したのではなく、「中性子放射化分析」と呼ばれる手法を用いて、材料に対して精密な化学的検査を行いました。このプロセスでは、サンプルを中性子で爆撃し、材料内の原子を一時的に放射性にするのです。これらの原子が落ち着く際に放出される特定のエネルギーを測定することで、科学者たちはどの元素がどの程度含まれているかを正確に特定することができました。この手法により、一般的な栄養素から希土類元素に至るまで、22種類の異なる化学元素を検出し、各場所の廃棄物の完全な化学的指紋を特定することが可能となりました。

結果は、廃棄物の組成が決して均一ではないことを明らかにしました。すべてのサンプルには、鉄、カルシウム、カリウムといった植物の生命に不可なる元素が含まれていましたが、具体的な混合比は、その材料がどこから来たかによって大きく異なっていました。例えば、カタラン市のサンプルは、他の3つの都市のサンプルと比較して、カルシウムとカリウム、およびいくつかの希土類元素のレベルが著しく高いことが分かりました。単一の都市内であっても、異なる瓦礫の山から採取された廃棄物は、明確な違いを示しました。この多様性は、リサイクルされた建設廃棄物の化学的構成が、現地の地質や、その地域で使用されている特定の建物や材料と深く結びついていることを示唆しています。研究者たちは、カルシウムと鉄がサンプル中で最も豊富な元素であることを発見しました。カルシウムは一部の場所で重量の5％近くに達し、鉄は6％近くに達しましたが、カリウムのレベルは異なる地点間で大きく変動していました。

安全性は主要な懸念事項でした。なぜなら、廃棄物を農地に適用するには、有害物質が食料供給を汚染しないことを確認する必要があるからです。研究では、ヒ素やカドミウムなど、ブラジルの法律で規制されている重金属やその他の有害元素のチェックが行われました。分析の結果、これらの毒性元素のレベルは法的制限を十分に下回っており、材料が毒性の観点から安全であることを示しました。しかし、研究は同時に、広範な利用に向けた大きな障壁も浮き彫りにしました。公式に「土壌リモミネラライザー」として分類されるためには、材料が提供する全植物栄養素の総量が、特定の最低閾値を満たさなければなりません。カタランからの廃棄物はこれらの要件を満たしていましたが、他の3都市からのサンプルは、特にカルシウムとカリウムの酸化物の合計含有量において、基準に達していませんでした。これは、材料が安全であっても、自動的に肥料になるわけではないことを意味します。その有効性は、その特定の化学的なレシピに完全に依存しているのです。

研究者たちは、リサイクルされた建設廃棄物が、劣化した土壌を再生するためのツールとして真の有望性を秘めていると結論付けましたが、それを単一の均一な製品として扱うことはできないとしています。4つの都市で見られた化学的な多様性は、ある場所の瓦礫のバッチは優れた土壌改良材になり得る一方で、わずか数マイル離れた場所のバッチは、有用なレベルの栄養素を含んでいない可能性があることを証明しています。この発見は、こうした材料を農地に適用する前に、慎重なテストと選別が必要であることを強調しています。画一的な解決策ではなく、本研究は、建設廃棄物を農業に利用する未来は、それぞれの地域の供給源が持つ独自の化学的特徴を理解することにあると示唆しています。適切な種類のリサイクル材料を適切な土壌に合わせることで、都市の廃棄物のループを閉じると同時に、私たちを育む大地を癒やすことが可能になるかもしれません。