１．委 託 事 業 名 ：廃石膏ボードを利用した新たなリン酸肥料の開発

２．委託事業者名：

委託団体：

三和建商株式会社

連携大学：

静岡大学農学部 応用生命科学科
准教授 一家崇志

連携団体：

静岡県工業技術研究所

３．研究成果概要：【背景と目的】
石膏ボードは、主成分の硫酸カルシウム（CaSO4）を心材に紙で挟み込んだ建築資材で、天井や壁等の下地材に多用される。その排出量は、建物等の解体工事で年間 140 万トン廃棄され、2032 年には 200 万トンにまで増加する傾向にある。また、新築系廃材の 86% は再利用されるが、解体系廃材は 4% 程度と遅々として利用が進んでおらず、解体現場で排出する 82万 t の石膏ボードの処理ルート調査では、再利用と埋め立て処分の判別不明な廃材が 32 万 t排出されるなど、不法投棄の原因となっている。
（石膏ボード工業会資料）現状は、管理型最終処分場での処理が義務付けられ、高額な処分費が大きな課題になっている。一方、化学肥料を製造する際に必要なリン鉱石は、我国ではほとんど産出されないことから、調達をほぼ輸入に頼っている。
そこで、下水処理場の汚泥焼却灰に多く含まれるリンに着目し、廃石膏ボードと抱合せてリン資源として回収する方法について、静岡県工業技術研究所との共同研究を進めてきた。
その結果、下水汚泥焼却灰から抽出したリンと廃石膏ボードの石膏を乾燥させた半水石膏とを化学反応させ、リン酸肥料を回収するプロセスを考案した。
本研究では、実用化のための最適反応条件の抽出と、リン酸肥料の品質・安全性・性能保証、並びにスケールアップに向けた事業採算性の評価を行うことを目的とした。
【基礎研究の実績】
基礎研究では、図―1 に示す灰アルカリ抽出法を用い、下水汚泥焼却灰からリンを抽出した。その後、廃石膏ボード粉末と化学反応させることで、リン酸カルシウムとして回収できることを確認した。
図―2 に見られるように、石膏成分の硫黄（S）が焼却灰由来のリン（P）に置き換わり、硫黄は分離液に取り込まれることがわかった。分離液は排水処理設備で浄化後に放流する。

図―1 リン回収プロセス

これを主な化学反応式で表現すると、以下のとおりである。
10CaSO4・1/2H2O＋6PO43-

Ca10（PO4）6（OH）2＋3H2O＋10SO42-＋2H+‐1‐

【本研究の成果】
本研究では、さらにデータを集積し、リン抽出、回収反応の撹拌温度、時間及び懸濁液濃度などについて最適条件を確定した。その一部を示す。
１）プロセスの特徴①

半水石膏はある条件下でリン酸含有率が増加し、現在稼働中施設のプロセス

図―2 廃石膏ボード（黄色）及びリン酸カルシウム（緑色）の分析結果１）と比較し優位性を示す。図―3 のとおり、半水石膏

40で、リン酸含有率の増加を確認した。
① 二水石膏のリン酸含有率の 11.8wt%-P2O5 に対し、半水石膏は 35.0wt%-P2O5 となり反応効率が向上した。これは、現行法である消石灰の 27.3wt%-P2O5と比較しても高い。
２）廃棄物原料、リン酸カルシウムの安全性
6 月～11 月までの廃棄物由来原料から回収したリく 溶 性 リ ン 酸(ｗｔ ％-P2O5)と二水石膏、消石灰(現行法)とリン抽出液との反応

3535.027.330252011.8151050
半 水石膏

二 水石膏

消 石灰

図―3 事前撹拌の影響

ン酸カルシウムの成分分析結果を表―1 に示す。
①

リン酸含有量が規格値の 2 倍以上含まれていることを確認し、肥料として有効に働くリンが多く含まれていることが判明、リン酸肥料として施肥に問題はない。
② 廃棄物由来原料の分析から、6 月～11 月の半水石膏や下水汚泥焼却灰の分析データを副産リン酸肥料の公定規格と照らし合わせ安全性を確認した結果、重金属全ての項目で副産リン酸肥料の規格値を満足しており、リン酸肥料の安全性に問題はないと評価できる。
３）植害試験（生育状態の確認）の実施
肥料取締法の中で普通肥料の生産では登録の必要がある。肥料取締法施行規則では、有害成分含有が懸念される普通肥料は、生育状態の確認のため植害試験の評価が義務付けられる。
そこで、廃石膏由来リン酸カルシウムを供試肥料に、類似した通常肥料を対照肥料に施肥してコマツナによる植害試験を実施し、作物の生育状態を確認することで安全性を評価する。
試験方法（手順について）
・リン酸含有量の異なる A～D の供試肥料を予め乳鉢で粉砕し、標準量施用区、2 倍量、3 倍量、4 倍量施用区別に 100mg を施肥し、対照肥料と生育状態を比較観察する。
・各ポットにコマツナの種を 25 粒ずつ蒔き、ガラス室内で規定水分、温度を管理し生育状態を観察する。
・播種後 3 週間を栽培期間とし、その間の生育状況を写真－1 と写真―2 に示した。
・また、21 日間栽培後のコマツナについて、葉長、生体重量別に測定し、比較した結果一覧‐2‐

を表―2 に示した。

表―1 リン酸カルシウムの分析結果① 葉長データの対照項目

肥料・標準量 4.57±0.21 と比較して、採取月

く溶性リン酸CdAsCrPbNi

Hgwt%-P2O5mg/kg

mg/kg

mg/kg

mg/kg

mg/kg

mg/kg

33.8

<5<5<9<6<514.2<6<514.6<6<535.8<65.017.5<6<514.3<6596-

500 以下100 以下300 以下2 以下

肥料 A・4.90±0.30、
肥料 B・5.17±0.58、

6

肥料 C・4.97±0.21、

732.3

<5

肥料 D・4.83±0.21831.9<5と変化は見られず、

930.5<52 倍・3 倍・4 倍量

1032.2<5でも大きな変化は1132.5<5確認できない。21定量下限値

-5規格値

15 以上

45 以下

-9.00.03

8.0

日後のデータも同-

0.03

1200

様な結果を示した。
②-

下水汚泥処理で

以下
規格

副産リン酸

供試肥料Ａ

焼成汚泥

供試肥料Ａ

供試肥料Ｂ

供試肥料Ｂ

供試肥料Ｃ

供試肥料Ｃ

供試肥料Ｄ

供試肥料Ｄ

対照肥料

対照肥料
標準使用

２倍使用区

３倍使用

４倍使用区

標準使用

写真―1 播種後 7 日

２倍使用

３倍使用

４倍使用

写真―2 播種後 21 日使用される凝集剤の成分のアルミニウム障害を想定し、肥料 C、肥料 D にアルミニウムを添加し比較したが、生育障害は見られず品質、安全性は保障された。
４）事業採算性の検証
設備建設費の算定と製造ランニングコストを試算し、１ヶ月当たりの売上総額から支払総額を差し引き、利益額・利益率を確認、事業の採算性を検証した結果を表―3 に示す。条件として、・設備能力は下水汚泥焼却灰 3.0t/24h とし、所有地の既存建物利用など建設費を抑える。
・廃アルカリ、廃石膏ボードの処分費を計上し、下水汚泥焼却灰、半水石膏は購入する。
・リン抽出後の下水汚泥焼却灰は全量（2.4t/日）埋め立て処分とし処理費を計上する。

‐3‐

表―2 肥料・施用量別コマツナ生育影響一覧表②

利益率は 10.5%と低いが、6 年後には償却費負担が軽減し 23.5%に向上する③

汚泥焼却灰残渣を全量埋め立て処分とするが、再生利用の実現で利益は大幅に増加する。

③ 低利益だが事業化の可能性は確認できる。
【期待される効果と今後の取組み】
１）期待される効果
・採算性の検証で利益確保が確認され、民間企業での事業参表―3 設備ランニングコスト試算と利益率（１ヶ月当たり）

項

目

金額・円

備考入取組みが促進する。 ① 固定経費

1,388,238

融資返済額・償却費含む

・廃石膏ボード由来② 変動経費1,864,500

電気、資材購入、各処理費

原料の利用で、産業③ 支払合計額

3,252,738

廃棄物処理業者の参④ 廃棄物処理費売上額

2,175,000

廃石膏ボード、汚泥灰他入が期待され波及効⑤ リン酸肥料他売上額

1,457,500

価格 53000 円/t

果は大きい。

⑤ 売上合計額

3,632,500

設備 100%稼働

・枯渇するリン資源差額・利益額 ⑤－③379,762

利益率は 10.5%の安定確保に繋がるなど、リン酸肥料としての需要に期待が持てる。
２）今後の取組み
・実証設備の基本設計、設備仕様などを完了しており、実証設備の建設、運転でプロセスを検証し、リン酸肥料の製造に向けた準備を継続する。
・半水石膏を利用するプロセスについて、知的財産を確保すべく特許申請を進める。
・リン酸肥料の安全性確保の確認により、副産リン酸肥料として登録手続きを進める。
【参考文献】
１）平成 29 年度 静岡県工業技術研究所研究成果発表会資料‐4‐