新型コロナウイルスと闘いながら人間の健康と環境を調和させる

Scientific Reports volume 12、記事番号: 2445 (2022) この記事を引用

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11 オルトメトリック

メトリクスの詳細

サージカルマスクは、環境への負荷について議論が続いているにもかかわらず、新型コロナウイルス感染症のパンデミックから人間の健康を守るために非常に重要になっています。この研究は、ゆりかごから墓場までのシステム境界での比較ライフサイクル評価を通じて、使い捨てフェイスマスク（つまり、MD-タイプI）と再利用可能（つまり、MD-タイプIIR）のフェイスマスクの環境への影響を明らかにすることを目的としています。中間点と終点の両方のカテゴリーを考慮して、ReCiPe (H) メソッドを使用した 2 レベル分析を採用しました。その結果、ほとんどの中間カテゴリーでは、再利用可能なフェイスマスクの方が影響が少ないことがわかりました。エンドポイントレベルでは、再利用可能なフェイスマスクが使い捨てマスクよりも優れており、それぞれ16.16MPtと84.20MPtのスコアをもたらしました。使い捨てマスクの主な環境への影響は、原材料消費量、エネルギー必要量、廃棄物処理に関連しており、再利用可能なタイプでは使用段階と原材料消費量が最も大きく寄与しました。ただし、手洗いシナリオをテストした場合、再利用可能なフェイスマスクはその優れた性能を失うため、再利用可能なフェイスマスクの環境への影響が低いかどうかは使用段階に大きく依存することが、私たちの結果によって示されました。マスクのエコデザインの改善は、より持続可能な原材料の使用やより良い廃棄物処理シナリオの設計など、環境への影響を大幅に低減できるもう一つの重要な要素として浮上しました。

2020 年 3 月に世界保健機関 (WHO) が新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) をパンデミックと宣言した直後 1、フェイスマスク、および一般にあらゆる種類の個人用保護具 (PPE) および医療機器 (MD) (ガウン、手袋など) の生産が停止されました。、生理用ストッキング）が世界的な優先事項になりました。当初、PPE と MD の使用に関心を持っていたのは医療専門家だけでした。しかし、すぐに一般市民による使い捨てマスクと手袋の需要が劇的に増加しました2。特に、ほとんどの国で政府による公共のマスク着用の義務化を受けて、マスクの使用が大幅に増加しました。その結果、マスクにポリマー材料が使用されているため3、化石ベースの原材料の消費が増加し、医療機器と家庭機器の両方から、特に設計上の理由により、大量の廃棄物（プラスチック製の包装材料を含む）が発生しました。ほとんどのフェイスマスクは使い捨て4.

最近、Benson et al.5 は、世界中で毎日約 34 億枚の使い捨てフェイスマスクとフェイスシールドが廃棄されていると推定しています。この数字は、パンデミックにより世界では毎月 1,290 億枚のフェイスマスクと 650 億枚の手袋が消費および廃棄される可能性があるという仮説を立てた Prata らの解釈とも一致しています 6。さらに、新型コロナウイルス感染症ワクチンの導入にもかかわらず、新たな変異種の出現と蔓延を考慮すると、フェイスマスクの需要は少なくとも短期的には減少しないと予想されることは注目に値する8。したがって、フェイスマスクの環境持続可能性には、人間の健康と環境を調和させるための慎重な検討9が必要であり、この目標にはこれまで官民双方の関係者が関与してきた10。具体的には、フェイスマスクの製造に伴う環境への影響を軽減するために、フェイスマスクのエコデザインを改善する必要があります。同時に、その適切な使用と廃棄に対する消費者の意識を強化する必要があります。

欧州連合 (EU) 内では、ウイルス感染を防ぐ 2 つの主要なクラスのマスクが認められています。1 つは EU 規則 2016/425 の対象となる PPE、もう 1 つは MD に関する EU の法的枠組み (すなわち、指令 93/42/) の範囲内にある MD です。 EEC [MDD]、2021 年 5 月 26 日より規制 [EU] 2017/745 [MDR] に置き換えられます1)。表1に示すように、MDは細菌濾過能力に応じてタイプIとタイプIIに区別されます。タイプ II は、マスクが飛沫防止機能を備えているかどうかに応じて、タイプ II とタイプ IIR にさらに区別されます12。

本研究は、MD に焦点を当てました。これは、前述したように、ウイルス感染を防ぐために一般大衆によって MD が一般的に使用されていることを考慮すると、調査の価値のある事例となります 13。具体的には、この研究では使い捨てサージカルマスクと再利用可能なサージカルマスクの環境への影響を定量化し、各タイプの持続可能な加工と設計を含むライフサイクル全体に沿った機会と限界を明らかにしました。実際、すべてのライフサイクル段階、つまり原料の生産、製造、使用、廃棄を完全に評価する必要があるため、定義上、再利用可能なマスクは使い捨てマスクよりも環境的に持続可能ではありません。このため、ライフサイクル評価 (LCA)14、15 は、特定の材料/製品またはサービスの環境持続可能性パフォーマンスを評価するために一般的に適用される重要なフレームワークを提供します 16、17。特に、比較 LCA は、同様の特性と機能を持ちながら環境への影響が少ない製品を設計するためのさまざまなオプションを比較する方法です 18,19。さらに、最近の文献への寄稿では、フェイスマスクの環境への影響を評価するための LCA の重要性について概説しています 20,21。

この研究はイタリアで実施された。イタリアでは、放棄されたマスクと手袋の大幅な散布が報告されており、州全体のロックダウン措置中の外科用フェイスマスクの毎日の使用は、4,000万組のマスクと並んで、1日あたり4,000万枚に達すると推定されている。ニトリルまたはラテックスの使い捨て手袋22. 具体的には、2020 年のこれら MD の年間消費量を考慮して、タイプ I の使い捨てマスクとタイプ IIR の再利用可能マスクについて比較 LCA を実行しました。これは、これら 2 つのタイプのマスクがインタビューを受けた専門家によって、2020 年にイタリアで最も広く使用されていたと述べられたためです。考慮された時間枠。考慮されているマスク (タイプ I およびタイプ IIR マスク) はどちらも EN 14,683:2019 規格に準拠しているため、MD として正式に認められています。使い捨て (タイプ I) マスクは従来のプロセスを使用して製造されますが、再利用可能 (タイプ IIR) マスクは、経済的目標と生産的目標を統合する「イタリア社会地区」と呼ばれる革新的なパイロットプロジェクトの文脈内で製造されます。社会的包摂、法的義務をはるかに超えて、いくつかの不利な立場にあるカテゴリーに仕事への再統合を提供します。具体的には、ウイルス感染を防ぐのに効果的で、経済的に実行可能で環境に優しく、社会的に責任のあるサージカルマスクを製造することを目指しています。イタリア社交地区は 36 社の協力によって誕生し、実験とテストの第 1 段階では最大 550 人の従業員が参加しました。現在、このプロジェクトではイタリア南部でマスクの製造と梱包に100人の製造労働者が雇用されており、そのうち46人は脆弱な状態にあり、職場復帰プログラムに参加している。 2020 年のイタリア社会地区の施行以来、このプログラムにより 780 万枚のマスクが生産され、その後イタリア国立衛生研究所によって承認され、国民保護に使用されました。

現在の LCA アプリケーションは主に一次データに基づいており (データ収集の詳細については「補足情報」および「結果」セクションを参照)、ゆりかごから墓場までのシステム境界を採用しています。中間点 (問題指向) と終点 (損傷指向) の両方の影響カテゴリースコアが評価されました。主な調査結果は、再利用可能なフェイスマスクが、使い捨てマスクと（それ以上ではないにしても）同レベルの保護を提供しながら、環境的に優れた性能を実証したことを示しました。しかし、実行された感度分析によって明らかに示されているように、再利用可能なフェイスマスクの環境への影響が低いかどうかは、特定の消費者の行動に大きく依存していることに注意する必要があります。

環境への影響を計算する前に、インベントリデータを分析し、シミュレーション用のソフトウェアプログラムに入力しました。再利用可能なマスクに関しては、原材料の現地測定、加工に必要なエネルギー（例、敷設、切断、縫製など）、包装材料の構成、再利用のオプション、清掃活動、輸送距離はイタリア社会地区によって提供されました。。特に、再利用可能なフェイスマスクの洗浄要件は、生産者から提供された情報に従って Schmutz ら 9 から採用されました。さらに、両方のタイプの廃棄物処理シナリオのデータは、Allison らによるプレプリントから収集されました 23。最後に、使い捨てマスクの在庫データは、認定された研究所を介して独立した生産者から収集されました。背景データと前景データの最終セットは、「補足表 S1」に提供されます。

使い捨てフェイスマスクは3層のポリプロピレン不織布で構成されています。内側と外側の生地層はスパンボンドで、中間層は 99% フィルターのメルトブローン 24 です。再利用可能なフェイスマスク (タイプ IIR) も 3 層で構成されています。抗菌品質の綿の内層、メルトブローンの中間層、スパンボンドの外層です。マスクの品質はコンポーネント部品の品質によって決まるため、コンポーネントのサプライヤーまで追跡可能です。サプライヤーおよび製品コンポーネントの種類 (認証および機能を含む) に関する情報は、「補足表 S2」に記載されています。メルトブローン (Ramina が提供) は、再利用可能なマスクの中心部分を構成します。このコンポーネントは 99% 以上の濾過性能を保証し、内層の高品質撥水防滴 C6 抗菌綿 (オルメテックス社提供) と組み合わせることで、浸漬 1 回あたり最大 10 回の洗濯に耐えます。特殊な機械を使用して一緒に鍛造されたこれらの素材は、フィルター品質、再利用性、環境持続可能性の間の全体的なトレードオフにおける優れた性能の点で、タイプ IIR サージカルマスクを他の何よりも強化します。さらに、これらのマスクの内側の綿生地は、呼吸器系ウイルスの感染を減らすという点で使い捨てマスクと同じ効果があります25。

ゴムバンド、ノーズクリップ素材 (使い捨てマスク用)、および布地レイヤーに関しては、ecoinvent データベースで直接データセットを利用できません。したがって、本研究では、「ポリウレタン、柔軟なフォーム」プロセスを使用して製造された、非アレルギー性のラテックスフリーの弾性バンドが想定されました。使い捨てマスクのみに使用されるノーズクリップの素材を「ポリ塩化ビニル樹脂（B-PVC）」プロセスで造形することを想定しました。最後に、TnT スパンボンド層とメルトブローン層に「ポリプロピレン、顆粒」プロセスが使用されたと仮定しました。包装材については、繰り返し使用可能なマスクは生分解性のビニール袋に包まれ、使い捨てマスクはビニール袋に包まれています。どちらのタイプのマスクも 10 枚セットで梱包され、リサイクルされた段ボール箱で配送されます。今回の研究では、包装材料として「ポリエステル複合澱粉バイオポリマー」、「包装フィルム、低密度ポリエチレン」、「段ボール箱：一次繊維16.6％、再生繊維83.4％」としてソフトウェアに導入した。輸送については、製造施設からユーロ 6D バンを使用した道路による全国配送まで、「輸送、貨物、トラック 16 ～ 32 トン、ユーロ 6」プロセスが想定されました。

2020 年にイタリアで使用されたマスクの数を計算するために、経済協力開発機構 (OECD) の統計に基づいてイタリアの人口を 6,060 万人と推定しました26。 WHO の推奨に従って、両方のタイプのマスクについて、1 人あたり 1 日あたり 1 枚のマスクを想定しました27。再利用可能なフェイスマスクは、ウイルス濾過性能を失うことなく最大10回洗濯できるため（メーカー独自の仕様による）、使用段階の最大洗濯回数を想定しました。したがって、イタリアで使用されるフェイスマスクの総数は、再利用可能なフェイスマスクと使い捨てのフェイスマスクでそれぞれ21億8,000万枚と221億枚と計算されました。廃棄物の総量は、使用済みマスクの数とその梱包材 (ラップや段ボール箱) から計算されました (表 2)。使い捨てマスクは、再利用可能なマスクと比較して、各廃棄物カテゴリでほぼ 10 倍の廃棄物を排出することが判明しました。

マスクの使用に関して、私たちの基本的なケースシナリオは WHO の勧告 27 に基づいており、再利用可能なフェイスマスクは石鹸/洗剤と温水 (60 °C) で毎日洗う必要があると規定されています。私たちは、世帯全体（イタリアの場合は 2.3 人分）のマスクが、文献 9 と製造者の指示に従って、標準的な 7 kg の洗濯機で他の衣類と一緒に洗濯されると仮定しました。 Schmutz et al.9 は、半分洗濯機に必要な条件 (ヨーロッパの典型的な状況) は、洗剤 84 g、水道水 52.3 L、負荷あたり 1.1 kWh の電力であると報告しました。したがって、各マスクに必要な平均洗浄消耗品は、1 つのマスクに関して指定された要件を正規化することによって (つまり、半分の負荷要件に 0.2% を乗じることによって) 計算されます。

ただし、ユーザーの行動を予測するのは簡単ではなく、洗濯機が必ずしも好ましい選択肢であるとは限らないことに注意してください。そこで、さらなるステップとして、さまざまなユーザーの行動を機密性のケースとして調査しました。まず第一に、手洗いが主な感受性シナリオとして導入されました9,23,28。この場合、使用後に家庭用マスクを毎日まとめて洗うことを想定しました。5 L のボウルに 60 °C の水を 3 L まで入れ、石鹸や洗剤を使わずに水ですすいでください。手動洗浄セッションごとに、約 6.24 g の液体洗剤と 6 L の水が必要です23。洗濯機の場合と同様に、各マスクに必要な平均洗濯消耗品は、マスク 1 枚に関して指定された要件を正規化することによって計算されます (つまり、マスクごとの洗濯ごとの要件は、2.609 L の水道水、2.713 g の洗剤、447.7 kJ の供給エネルギーです)ガスボイラーによる）。

さらに、再利用可能なフェイスマスクが推奨寿命 (つまり、10 回の洗濯) を超えて洗濯される可能性があると仮定して、他の考えられるユーザー行動シナリオも検討しました。したがって、2 番目の敏感性ケースは、廃棄前に 15 回洗浄された再利用可能なマスクをモデル化しました。最後に、使い捨てマスクを参考に、より長時間の着用を考慮しました。推奨されるフェイスマスクの使用は 1 日あたり 1 枚 (または 4 ～ 8 時間) ですが、多くのユーザーはこの推奨期間を超えて使い捨てのサージカルマスクを着用しています。したがって、この感度のケースでは、ユーザーがその後 2 日間同じマスクを着用すると仮定しました。ただし、後者の 2 つの過敏症の場合、つまり両方のタイプの着用期間が長くなる場合、マスクの保護レベルが損なわれ、それによって人間の健康が損なわれる可能性があることに注意する必要があります。

包装および廃棄物処理活動に関して、イタリア社会地区は、再利用可能な (タイプ IIR) フェイスマスクの包装材料の生分解性に関する進行中の研究からのデータを提供しました。しかし、承認された評価がなかったため、本研究では実際の廃棄物処理活動（つまり、リサイクル、再利用）を考慮することができませんでした。したがって、廃棄物処理は主に、実行可能な選択肢として焼却と埋め立てを示した以前の研究に基づいていました23,29。私たちは、汚染されたマスクと廃棄された包装材が廃棄物処分場に直接送られ、混合廃棄物の 43% が埋め立てられ、混合廃棄物の 57% が焼却されると想定しました23。代替処分活動に関して、私たちは 2 つの敏感なケースを検討しました。1 つは各タイプのすべてのマスクが完全に焼却されると仮定する 9,30 もので、もう 1 つは各タイプのすべてのマスクが完全に埋め立てられると仮定する 31 です。

再利用可能なフェイスマスクと使い捨てフェイスマスクの環境への影響は、ReCiPe (H) 方法論を使用して 2 つのレベルで計算されました。次のサブセクションでは、中間点 (問題指向) および終点 (損傷指向) の影響カテゴリースコアについて包括的に説明します。

本研究では、18の中点カテゴリー指標を検討した：気候変動、オゾン層破壊、陸域酸性化、淡水富栄養化、海洋富栄養化、人体毒性、光化学オキシダント生成、粒子状物質生成、陸域生態毒性、淡水生態毒性、海洋生態毒性、電離放射線、農地占有、都市の土地占有、自然の土地の変化、水の枯渇、金属の枯渇、化石の枯渇。

表 3 は、機能単位ごとの全体的な環境影響 (つまり、2020 年に使用されたフェイスマスクの総数) を示しています。総合的な影響を考慮すると、使い捨てフェイスマスクは、わずか 4 つの影響カテゴリ (陸生生態毒性、農地占有、自然土地の変化、水の枯渇) に関してのみ、再利用可能なフェイスマスクよりも優れたパフォーマンスを発揮しましたが、再利用可能なフェイスマスクは、環境への影響が少なくなりました。残りの14カテゴリー。使い捨てフェイスマスクがより良いパフォーマンスを生み出す影響カテゴリーは、使用段階の要件と綿花の栽培と再利用可能なフェイスマスクの加工に厳密に関連付けられていました。

各中間カテゴリスコアに対する各ライフサイクル段階の影響を強調するために、再利用可能なフェイスマスクと使い捨てフェイスマスクの寄与分析を実施しました。結果を図1に示します（プロセス寄与分析の詳細については、「補足図S1および図S2」に示されている図を参照してください）。

中間点の影響カテゴリスコアに対する各ライフサイクルステージの寄与度。 (a)、再利用可能なフェイスマスク。 (b)、使い捨てフェイスマスク。（略語：CC：気候変動、ODP：オゾン層破壊、TAC：陸域酸性化、FEU：淡水富栄養化、MEU：海洋富栄養化、HT：人毒性、PCOF：光化学オキシダント生成、PMF：粒子状物質生成、TECO：陸域生態毒性、 FECO：淡水の生態毒性、MECO：海洋の生態毒性、IR：電離放射線、ALO：農地の占有、ULO：都市の土地の占有、NLT：自然の土地の変化、WD：水の枯渇、MD：金属の枯渇、FD：化石の枯渇）。

再利用可能なフェイスマスクに関しては、原材料の段階がほとんどの影響カテゴリースコアにおいて 2 番目に重要な要因としてランク付けされています。特に綿花の生産と加工活動は、水の枯渇、陸上の生態毒性、農地占有スコア全体の半分以上の原因となっています。使い捨てマスクに関しては、生産活動の原材料および/またはエネルギーがすべての影響カテゴリースコアに最も大きく寄与しており、ポリプロピレンおよび/またはポリウレタンが最も負担を生じさせる原材料でした。

製造段階に関しては、再利用可能なフェイスマスクの他のライフサイクル段階と比較して、エネルギー要件が比較的低い負担を生み出しますが、使い捨てマスクはより多くのエネルギーを消費し、さまざまな中間カテゴリーでより大きな環境影響を生み出しました。

再利用可能なフェイスマスクに関しては、他のライフサイクルアクティビティと比較して、パッケージの中間点スコアへの寄与度は比較的低かった。影響カテゴリーに対する包装材の寄与は、主にでんぷんからの生分解性プラスチック袋の製造に関するものでした。同様に、使い捨てマスクの包装も、農地占有を除き、影響カテゴリーへの寄与度は比較的低かった。使い捨てマスクの包装関連の負担はほとんどすべて低密度ポリエチレンによって生じていました。

使用段階は、洗浄活動に関して、再利用可能なフェイスマスクについてのみ考慮されました。すべてのカテゴリーのスコアについて、使用フェーズだけで全体の影響の 4 分の 1 よりも多くの貢献をしているという結果になりました。洗濯に必要なエネルギーと洗浄剤は、それぞれ「気候変動」と「自然の土地変化」のカテゴリーで最も重大な汚染物質として浮上しました。したがって、このフェーズは使い捨てフェイスマスクから再利用可能なフェイスマスクへの移行の決定において極めて重要な役割を果たすため、他の考えられるユーザー行動を含めるために、特定のセクションが感度シナリオに当てられました。

どちらのタイプのマスクでも、ほぼすべてのカテゴリーにおいて輸送は比較的寄与度が低いことが判明しました。再利用可能なマスクの場合、輸送活動は都市の土地占有に寄与し、使い捨てマスクの場合、陸生生態毒性と都市の土地占有に寄与しました。

同様に、廃棄物処理活動は、気候変動と淡水の富栄養化のカテゴリを除き、両方のマスクタイプの中間点カテゴリの合計に比較的低い寄与を示しました。前者のカテゴリーは主に焼却活動による影響を受け、後者のカテゴリーは埋め立てによるものでした。

中間カテゴリは、ライフサイクルのすべての段階に関連する環境への影響の全体像を、高い信頼性と確実性をもって提供しました。ただし、影響カテゴリーが多数 (つまり 18 個) あるため、直接結論を導き出す際の複雑さの度合いが増大した可能性があります。したがって、エンドポイントカテゴリは、エコデザインの意思決定を容易にすることを目的として、さまざまな選択肢にわたる代表的なスコアを生成するために使用される可能性があります32。エンドポイントのカテゴリーは、人間の健康、生態系の質、資源の不足という 3 つの保護分野 (つまり、被害カテゴリー) について評価されました。各分野のスコアは障害調整生存年（DALY）で表されました。時間の経過とともに統合された地元の種の損失（species.yr）。将来の鉱物資源と化石資源の採掘にかかる追加コスト（ドル）は、それぞれ人間の健康、生態系の質、資源不足に影響します。最終的な重み付けが適用されて、全体の環境負荷を定義する代表的な単一スコアが生成され、百万ポイント (MPt) で表されます。

人間の健康スコアは、栄養失調と病気（呼吸器疾患や発がん性疾患を含む）の増加に関する中間点指標の加重合計として計算されました。再利用可能なマスクと使い捨てマスクの指標スコアは、それぞれ 268 と 1,559 DALY でした。生態系の品質スコアは、淡水種、陸生種、海洋種への被害に関する中間点指標の加重合計として計算されました。再利用可能なフェイスマスクと使い捨てフェイスマスクの指標スコアは、それぞれ2.88種と7.54種/年でした。最後に、資源不足スコアは、原材料採取とエネルギーコストに関する中間点指標の加重合計として計算されました。再利用可能なマスクと使い捨てマスクの指標スコアは、それぞれ 691 万ドルと 5,656 万ドルでした。

エンドポイントレベルでは、3 つの損傷カテゴリすべてにおいて、再利用可能なフェイスマスクが使い捨てマスクよりも優れていることが判明しました。使い捨てタイプの主な影響は、原材料の大量消費、エネルギー必要量、廃棄物の発生量の増加により人間の健康を脅かす廃棄物処理活動に関連していました。一方で、再利用可能なマスクには使用段階の寄与が大きな影響を与えました。環境負荷の代表的な単一スコアは、再利用可能なマスクと使い捨てマスクでそれぞれ 16.16 MPt と 84.20 MPt でした。最終的に、単一スコアベースでは、再利用可能なフェイスマスクの方が環境パフォーマンスの点で優れていました (図 2)。

エンドポイントレベルの影響評価の結果。単一のスコアで表されます。総環境負荷は、人間の健康、生態系、資源という 3 つの損害カテゴリスコアの加重スコアです。

結果をさらに詳しく説明するために、実際の慣行と代替の廃棄物処理シナリオを反映するさまざまなユーザー行動に関する感度分析を実行しました。ここではエンドポイントカテゴリスコア（図3）のみを詳細に説明しますが、すべての感度ケースの結果は「補足表S3、S4、S5、およびS6」に示されています。

感度分析スコア。 (a)、ユーザーの行動。 (b)、廃棄物処理の代替手段。

再利用可能なフェイスマスクに対するユーザーの行動に関して、手洗いのシナリオを考慮した場合、環境への影響は大幅に増加しました。実際、再利用可能なタイプの全体的な環境影響スコアは使い捨てのものと比較して高く、そのためこの場合、再利用可能なフェイスマスクは使い捨てタイプに対する優れた性能を失っています。水、石けん、エネルギーの大量使用による基本シナリオと比較した場合、各損害カテゴリのスコアと総環境負荷の平均で 9 倍の増加が計算されました (表 S5)。使い捨てマスクと比較して、資源不足スコアはわずかに低く、手洗いで再利用可能なマスクの方が人間の健康スコアはわずかに高かった。生態系品質スコアで極端な増加が検出され、これは使い捨てスコアの 3 倍でした (表 S6)。

さらに、再利用可能なマスクを廃棄する前の洗濯回数を 10 回から 15 回に変更して、環境への総影響をテストしました。その結果、各損傷カテゴリーに対する総影響が減少し、全体的な環境負荷が減少しました。単一スコアベースで、16.16 MPt から 12.92 MPt に変化しました。

使い捨てフェイスマスクの場合、着用期間は全体的な環境への影響に直接影響し、予想通り、マスクを 2 日間着用すると、すべてのエンドポイントカテゴリのスコアが半分に低下しました。ただし、これらの代替行動はマスクの保護性能を損ない、ひいては人間の健康を損なう可能性があることに注意する必要があります。

代替廃棄活動に関しては、マスクの種類ごとに 2 つの感度ケース、つまり完全に焼却 9,30 と完全に埋め立て 31 を想定しました。この分析は、埋め立てと焼却の混合が環境への影響に重大な変化をもたらしたかどうかを確認するために実行されました。焼却シナリオでは、人間の健康と生態系への被害カテゴリのスコアは、両方のマスクタイプの基本シナリオスコアよりも高かったが、資源カテゴリのスコアは大きな影響を受けませんでした。対照的に、埋め立てシナリオでは、どちらのタイプのマスクでも人間の健康と生態系へのダメージのカテゴリへの影響は小さくなりましたが、資源のカテゴリはほとんど影響を受けませんでした。したがって、単一スコアベースでは、焼却は埋め立てと比較して常に大きな環境負荷を生み出し、その変化範囲は人間の健康と生態系の損傷カテゴリーでそれぞれ 10.6 ～ 14.9% と 5.7 ～ 17.8% でした。同様に、焼却活動により、再利用可能マスクと使い捨てマスクの全体スコアに関して、基本シナリオと比較してそれぞれ 5.7 ％と 8.9％の増加が見られました。環境負荷が増加した主な理由は、再利用可能なマスクと使い捨てマスクの気候変動カテゴリのスコアがそれぞれ 14.1 ～ 18.7% 増加したことであると考えられます。

上記の中間点および終点の影響スコアの分析は、環境の持続可能性の観点から、使い捨てサージカルマスクと再利用可能なサージカルマスクの比較が簡単ではないことを示しています。使い捨てマスクの場合、原材料の使用量が多くなり、特定の使用頻度ごとにより多くの枚数を生産するために必要な資源の消費量が増えるだけでなく（循環性の欠点）、2 種類のマスクは異なる素材で作られており、その影響も考えられます。再利用可能なマスクの洗浄については、包括的な方法で考慮する必要があります。

これらの主な違いを考慮すると、私たちの調査結果は、使い捨てマスクは考慮された18の中間点影響基準のうち4つ（陸生生態毒性、農地占有、自然土地の変化）でのみ優れているため、全体的な環境持続可能性の観点から、再利用可能なマスクが使い捨てマスクよりも優れていることを示しています。そして水の枯渇。しかし、洗濯機の代わりに手洗いを導入した場合（つまり、基本シナリオ）、使い捨てマスクの方が総合スコアでより良いパフォーマンスを示し、結果が完全に変化したことが観察されました。この発見は、全体的な環境への影響が洗濯のオプションに大きく依存していることを指摘し、私たちの研究に注目を集めています。実際、使用段階が全体的な環境への影響に対する最も重要な要因の 1 つとして浮上して以来、清掃活動における消費者の行動は、医療用繊維製品だけでなく、通常の衣料品についても大きな関心を集めてきました33。繊維製品の LCA に関する以前の研究では、環境負荷は消費者の使用段階での好みの違いによって大きく影響されることが報告されています 34。

再利用可能なマスクの両方の洗浄オプションに関して、以前の研究 9,23 では、計算全体を通じてさまざまな仮定、たとえば、異なる洗濯機の特性や洗浄材料の要件が設定されていました。特に、手洗いが選択された場合、再利用可能なタイプのスコアは使い捨てマスクよりも常に悪いため、私たちの調査結果と一致する一般的な傾向が明らかに現れています。実際、この結果は、全体的にプラスの環境影響を確保するために、再利用可能なフェイスマスクの導入には、推奨される洗濯オプションに関する明確な表示だけでなく、情報キャンペーンも伴うべきであることを示唆している。同様に、使用段階での代替品のうち、影響の少ない活動に関する効果的な消費者ガイダンスを提供することが、通常の衣類が環境に与える全体的な影響を削減するための重要な手段であると考えられていることが強調されています35。

もう 1 つの興味深い点は、再利用可能なマスクの環境性能を高めるために改善できるエコ設計に関連したものです 31。例えば、Tabashibaei et al.30 は、化石ベースのプラスチックをバイオベースのプラスチックに置き換えることで、環境への影響全体が大幅に減少する可能性があると提案しました。したがって、ポリプロピレンは持続可能な綿繊維に置き換えられる可能性があります36。さらに、廃棄物処理活動に関するエコデザインの改善は、材料リサイクルのためのカスタマイズされたシナリオを作成したり、部品の分解や材料の分離を容易にする方法でフェイスマスクを製造したりするのにも役立つ可能性があります31。これらの調査結果は、原材料や廃棄物の処理段階に関連する活動だけでなく、使用段階も考慮したエコデザインの重要性を明らかに示しています。なぜなら、マスクは常に、マスクを失うことなく機械で洗えるように設計されている必要があるからです。 (私たちのケーススタディのように) 保護パフォーマンス。

とりわけ、気候変動の緩和は、私たちの焦点を必要とする重要な持続可能性の領域であり、使い捨てマスクと再利用可能なマスクの影響（温室効果ガス排出の観点から）を理解するための重要な文脈を表しています。よく知られているように、大気中の CO2 濃度を抑制し、地球の気温上昇を抑制するという野心的な目標により、国際社会は 2050 年 (ほとんどの国では 2060 年) までに実質排出量ゼロの目標を設定しました。これは、世界レベルで CO2 排出量を年間約 540 億トン CO2 換算に削減するための多大な努力を意味します。部分的には、限界削減費用曲線が上向きに傾いている（つまり、排出量が削減されると削減コストが大幅に増加する）ため、この目標はまだ達成できていません。したがって、使い捨てフェイスマスクと再利用可能なフェイスマスクの潜在的な利点（排出量削減の観点から）を分析し、比較することが最も重要です。基本的なシナリオを考慮すると、使い捨てマスクから再利用可能なマスクに移行すると、年間排出量が 80% 以上削減されることになります。この結果は以前の研究と一致しているようです28。さらに、この割合を増やすには、オーガニックコットン（農薬や化石肥料の排除により二酸化炭素排出量が削減されます）やリサイクルされたコットン成分の使用など、さらなるエコデザインの実践が必要です9。

今後の研究は、現在の研究の限界のいくつかに対処することを目的とすべきである。まず第一に、私たちの研究はイタリアの特定の生産および廃棄物管理シナリオに合わせて特定のマスク設計をテストしているため、他の国を代表するものではない可能性があります。しかし、私たちの結果の基本的な解釈は、サージカルマスクの環境性能の向上に向けたいくつかの示唆を提供しました。もう 1 つの制限はシステムの境界に関連しており、この場合、システムの境界には製造施設からの輸送と全国的な流通が含まれるように設定されていました。しかし、データ不足のため、廃棄物を処分場に輸送したり、石鹸や洗剤を家庭に輸送したりすることは考慮されていませんでした。さらに、マスクを洗う際の消費者の平均的な石鹸の使用量を定量化することは困難です。したがって、研究と統計の数が急速に増加していることを考慮して、追跡調査では、輸送関連のすべての活動を含むようにシステムの境界を拡張するよう努める必要があります。さらに、使用段階に関しては、公共の行動は依然としてブラックボックスであり、徹底的な調査が必要です。したがって、清掃に使用されるエネルギーと材料 (石鹸と水) を直接測定する野外実験など、一般公衆の行動調査も必要です9。さらに、綿の重量の違いなど、他の重要な変数を考慮するために、さらなる感度分析を実行することもできます。

最後に、マスクの持続可能性のより完全な最終的な全体像を提供するには、環境への影響だけでなく、フェイスマスクの社会的影響や経済的コストなどの他の側面も考慮する必要があります。持続可能性の 3 つの柱をカバーできる統合評価の必要性は、実際に文献で勢いを増しています 37,38。

全体として、私たちの分析は WHO の「ワンヘルス」概念を支持しており、人間の健康と環境の健康の間の相互依存性を強調しています。使い捨てマスクと再利用可能なマスクのさまざまなエンドポイントカテゴリーに関する調査結果は、新型コロナウイルス感染症パンデミックの最中に人間の健康を改善するために考えられた製品が、より低い環境条件で考えられた場合、実際には人間の健康に対してより大きな悪影響を与える間接的な影響を与える可能性があることを明確に示しています。規格。

LCA の方法論的基礎は、国際標準化機構 (ISO) によって発行された標準によって定義されます。 ISO 14,040 規格では、LCA を「製品システムのライフサイクル全体にわたるインプット、アウトプット、および潜在的な影響の編集と評価」と定義しています14。また、資源採掘、材料生産、使用、リサイクル、廃棄を含む「ライフサイクル」のすべての段階における製品またはサービスの環境負荷の可能性を調査するためのLCAの有用性も強調しています。基本的な要件とガイドラインは ISO 14,044 規格でも導入されています15。本研究は、上記の ISO 14,040/14,044 ガイドラインに沿って実施されました。

ISO 14,040 によれば、典型的な LCA 調査は、(i) 目標と範囲の定義、(ii) インベントリ分析、(iii) 影響評価、(iv) 解釈という 4 つの連続したステップで実施されます。

この最初のステップでは、研究の目標と範囲、および機能単位が定義されます。この研究は、イタリアにおける使い捨てフェイスマスクと再利用可能なフェイスマスクの使用に伴う環境への影響を、1年間を通して比較することを目的としていました。この比較は、原材料の抽出、輸送（製造施設から全国への流通）、製造、使用（再利用可能なマスクに関する清掃活動など）、廃棄物処理を含む、ゆりかごから墓場までのシステム境界内で行われました。。この機能単位は、2020 年にイタリア国民が使用した再利用可能なマスクと使い捨てマスクの総数で表される、研究対象のシステムの主な機能の定量化された記述を参照しました。

ライフサイクルインベントリ分析には、以下の定量化が含まれます。(i) 使用されるエネルギーキャリアと原材料。 (ii) 大気、水、土壌への排出。 (iii) 機能単位に関するさまざまな種類の土地利用。本研究では、属性モデリングアプローチを採用して、両方のタイプのフェイスマスクのライフサイクル全体を通じて生成される環境への影響を調査し、同じ機能単位内でこれらのフェイスマスクの環境への影響を比較しました。インベントリ分析中に、2 種類のデータ (つまり、フォアグラウンドデータとバックグラウンドデータ) が収集されました。生産活動に特有の前景データは、再利用可能なフェイスマスクに関するイタリア社会地区プロジェクトによる現場での測定と計算によって提供されました。使い捨てマスクの在庫データは、認定された研究所を通じて独立した生産者から収集されました。 ecoinvent データベース (v3.01)39 および以前に公開された論文から得られた背景データは、一般的な材料の生産、エネルギー、輸送、廃棄物管理に関する詳細を提供します。インベントリプロセスは、単位プロセス（つまり、プロセスステップからの排出量と資源投入量の組み合わせ）として SimaPro 8.2.0.0 PhD ソフトウェアに入力されました。

ライフサイクル影響評価 (LCIA) は、製品またはサービスの環境への影響の程度と重要性を解釈および評価します。本研究では、問題指向（中間点）と被害指向（エンドポイント）の両方を利用する最新の方法を反映しているため、環境影響を計算するために階層主義（H）の視点を備えた ReCiPe 影響評価手法 V1.12 を使用しました。影響カテゴリー40. 中間点のカテゴリースコアは、環境フローとの強い関係により不確実性が比較的低くなりますが、エンドポイントスコアは、不確実性は高くなりますが、環境フローの関連性についてより優れた洞察を提供する可能性があります32。この点において、2 つのアプローチは補完的です。本研究で選択された中間レベル指標は次のとおりである: 気候変動、オゾン層破壊、陸域酸性化、淡水の富栄養化、海洋の富栄養化、人体への毒性、光化学オキシダント生成、粒子状物質生成、陸域の生態毒性、淡水の生態毒性、海洋の生態毒性、電離放射線、農業土地の占有、都市の土地の占有、自然の土地の変化、水の枯渇、金属の枯渇、化石の枯渇。これらの中間レベルの指標は、人間の健康、生態系、資源余剰コストという 3 つのエンドポイント損害カテゴリにまとめられました。最後に、3 つのエンドポイントカテゴリが正規化され、重み付けされ、使い捨てフェイスマスクと再利用可能なフェイスマスクを比較するためのシステム全体を表す 1 つのスコアに集計されました。 SimaPro 8.2.0.0 PhD ソフトウェアパッケージを使用して、機能単位ごとに中間点およびエンドポイントレベルの環境への影響を推定しました。

LCA の最終段階では、調査目標に照らして、インベントリ分析または影響評価の結果を評価します。また、推奨事項を提案し、結果の最終報告書を準備することも目的としています。本研究の解釈段階の詳細な説明は「結果」セクションに記載されています。

この研究中に収集、生成、分析されたすべてのデータは「補足情報」に含まれています。データに関する追加の質問は、担当著者に問い合わせることができます。

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著者らは、ライフサイクルインベントリ分析中のデータ収集を通じて提供してくれた Luca Raffaele に感謝したいと思います。

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ピエルジュゼッペ・モローネ、ギュルシャ・イラン、エンリカ・インベルト

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グルサ宜蘭

経済財政学部、ローマ大学 Tor Vergata、Via Columbia 2、00133、ローマ、イタリア

レオナルド・ベケッティ

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すべての著者は、研究、データ収集、シミュレーション、結果、補足情報、および方法に関連する原稿への貢献に対して等しく責任を負います。

ピエールジュゼッペ・モローネへの通信。

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転載と許可

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受信日: 2021 年 4 月 26 日

受理日: 2022 年 1 月 27 日

公開日: 2022 年 2 月 14 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-06536-6

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