汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -8 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化
本熱分解装置 Biogreen の製造元 ETIA社の親会社 VOW社が発表した論文が、科学雑誌 Journal of Hazardous Materials（ジャーナル・オブ・ハザードゥアス・マテリアルズ）に掲載され、下記はその内容の抜粋です。-8
| ■ 3. 結果と考察 |
3.2. バイオ炭に含まれるPFAS
バイオ炭試料中のPFAStot濃度は、<LOD～3.4 ng g-1の範囲であった（図2、表S.5）。したがって、元の原料に含まれる濃度よりも1～3桁低い値であった（除去効率の詳細については、セクション3.3、表2を参照）。
熱分解温度によるPFAS濃度の統計的に有意な（p > 0.05）直線的な減少は見られませんでした。しかし、500 ℃で生成されたバイオチャーは、PFASが検出されなかったWTバイオ炭を除き、最も高いPFAStot濃度（1～3.4 ng g-1）を示しました（表S.5）。一方、800 ℃で生成されたバイオ炭からはPFASは検出されませんでした。
我々の知る限り、バイオチャーに残留するPFAS濃度を検出しようとした試みは、Thoma et al.[58]とKundu et al.[33]によるパイロットスタディでのみ行われてきた。
前者の研究では、600℃前後で運転されている2つの商業用熱分解プラントから排出される下水汚泥（バイオソリッド）と生成されたバイオチャー中のPFASが調査されました。 彼らはPFOSとPFOA（それぞれ0.5 ng g-1と0.2 ng g-1）を報告していますが、その濃度は今回の研究で検出された濃度の10分の1でした。後者の研究では、下水汚泥を500℃および600℃で半パイロットスケールの装置で熱分解したが、生成されたバイオ炭の濃度は検出限界以下であった（LODは示されていない）。
しかし、いずれの研究においても、分析方法の詳細についてはほとんど、あるいはまったく記載されていませんでした。
熱分解により、PFASの同族体の種類が減少しました。バイオ炭サンプルに含まれる同族体は、原料の60～100% 少ないものでした（表S.5）。Alinezhad et al.[7]は、FTSやFSAなどのポリフッ素化合物は、PFCAやPFSAよりも分解されやすく、PFSAsが最も難分解性であることを発見しました。
今回の研究でも同様の傾向が見られ、バイオチャー（PFPeA、PFHxA、PFOA、PFNA、PFHpS、PFOS、P37DMOA）で検出されたPFASの大部分（80%）はPFSAsとPFCAsであった。ただし、WT （600 ℃）、GW（500 および 600 ℃）、CWC（500、600、700 ℃）バイオチャーにおいて、6:2 FTS（0.04～0.14 ng g-1）が微量ながら検出され、500 ℃のDSS-2では6:2 FTUCA（0.4 ± 0.2 ng g-1）が検出された（表S.5）。しかし、PFSAsの分解により、PFASの同族体の種類が減少し、バイオ炭サンプルに含まれる同族体は原料の60～100%減少した（表S.5）。
Alinezhad et al.[7]は、FTSやFSAなどのポリフッ素化合物はPFCAやPFSAよりも分解されやすく、PFSAsが最も難分解性であることを発見した。
今回の研究でも同様の傾向が見られ、バイオチャー（PFPeA、PFHxA、PFOA、PFNA、PFHpS、PFOS、P37DMOA）で検出されたPFASの大部分（80%）はPFSAsとPFCAsであった。一部のWT （600 ℃）、GW（500 および 600 ℃）、CWC（500、600、700 ℃）バイオチャーにおいて、6:2 FTS（0.04～0.14 ng g-1）が微量ながら検出され、500 ℃のDSS-2では6:2 FTUCA（0.4 ± 0.2 ng g-1）が検出された（表S.5）。しかし、バイオ炭にPFSAsとPFCAsが存在することは、前駆化合物の熱的変化によっても説明できる[65]。
原料サンプル中のPFASの存在は、短鎖PFAS（CF2基が6個以下）が支配的であった（図1；短鎖PFASの割合の中央値は、8つの原料サンプル全体で95％であった（表S.5））が、バイオ炭では長鎖PFAS（CF2基が6個以上）へのシフトが観察された。
PFASが検出されたすべてのバイオ炭において、長鎖PFASのメディアンフラクションは99%であった（表S.5）。バイオ炭には超短鎖PFAS化合物は検出されなかった。バイオ炭のPFASフィンガープリントは、長鎖PFASの熱安定性が高いことによるものであると考えられる。このことは、熱分解による使用済み活性炭の再生を研究した際に、テール長を短くするとPFCAsの熱安定性が低下することを観察したXiao et al.[64]によって裏付けられる。バイオ炭に長鎖 PFAS が多く含まれるもう一つの理由は、短鎖 PFAS が気相に蒸発しやすいことにある可能性がある。
この主張は、煙道ガス中の短鎖種の存在量が多いこと（セクション 3.4 を参照）と、Blotevogel et al.[17] の研究によって裏付けられている。Blotevogel et al. [17] は、PFAS の焼却に関する数理モデル研究において、熱安定性に鎖長の依存性が見られないことを報告している。
| 図2 |
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| 表2 |
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| ■ PFASの同族体 |
PFAS（パーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル化合物）は、炭素鎖に結合したフッ素原子を特徴とする化学物質の大きなグループです。これらの化合物は、水や油を弾く性質、耐熱性、化学的安定性を持っており、多くの産業用途で使用されています。PFASの同族体について詳しく説明します。
PFASの分類
PFASは主に次のように分類されます：
- パーフルオロアルキル化合物（PFCs）
- 特徴：炭素鎖のすべての水素がフッ素で置き換えられている化合物。
- 例：パーフルオロオクタン酸（PFOA）、パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）
- ポリフルオロアルキル化合物
- 特徴：炭素鎖の一部の水素がフッ素で置き換えられている化合物。
- 例：フッ素化エチレンプロピレン（FEP）
PFASの代表的な同族体
パーフルオロアルキル酸（PFAA）
- パーフルオロカルボン酸（PFCA）
- 例：パーフルオロ酢酸（PFAA）、パーフルオロヘキサン酸（PFHxA）、パーフルオロデカン酸（PFDA）
- パーフルオロスルホン酸（PFSA）
- 例：パーフルオロブタンスルホン酸（PFBS）、パーフルオロヘキサンスルホン酸（PFHxS）
パーフルオロアルキルスルホン酸（PFAS）
- 例：パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）
PFASの特性
- 耐久性：化学的に非常に安定しており、自然界で分解されにくい。
- 疎水性・疎油性：水や油を弾く性質を持ち、多くの表面処理製品に利用される。
- 毒性：一部のPFASは環境中に長期間残留し、生態系や人間の健康に有害であるとされています。
使用例
- 防水・防油加工：衣類、家具、食品包装など
- 工業用途：消火泡、半導体製造、金属めっき
PFASはその優れた特性により広く利用されていますが、その環境汚染と健康リスクに対する懸念が高まっており、規制が進められています。
出典：ChatGPT
| ■ 前駆体化合物 |
前駆体化合物（ぜんくたいかごうぶつ、英: precursor compound）は、化学反応において特定の生成物を得るために用いられる出発物質です。前駆体は、化学反応によって変化し、最終的な生成物に変換されます。前駆体化合物は医薬品の合成や工業化学、環境科学などさまざまな分野で重要な役割を果たします。
例えば、アセチルコリンという神経伝達物質は、前駆体化合物であるコリンから合成されます。また、ビタミンAは前駆体化合物であるβ-カロテンから体内で変換されて生成されます。
前駆体化合物は、特定の化学反応の進行を理解し、制御するために重要です。正確な反応条件や触媒を使用することで、目的とする生成物を効率よく得ることが可能になります。
出典：ChatGPT
| ■ 短鎖PFAS |
短鎖PFAS（Short-chain PFAS）は、炭素鎖の長さが比較的短いパーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル化合物を指します。具体的には、炭素鎖の長さが6個以下のものを指すことが一般的です。これに対して、長鎖PFASは炭素鎖の長さが7個以上のものを指します。
代表的な短鎖PFAS
以下は、よく知られている短鎖PFASの例です：
- パーフルオロブタンスルホン酸（PFBS）
- 炭素数：4
- 特徴：パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）の代替品として使用されることが多い。
- パーフルオロブタン酸（PFBA）
- 炭素数：4
- 特徴：パーフルオロオクタン酸（PFOA）の代替品として使用されることが多い。
- パーフルオロヘキサン酸（PFHxA）
- 炭素数：6
- 特徴：他のPFASよりも環境中で分解されやすい。
短鎖PFASの特性
短鎖PFASは、長鎖PFASといくつかの重要な点で異なります：
- 水溶性：短鎖PFASは一般に長鎖PFASよりも水溶性が高い。
- 生物蓄積性：短鎖PFASは生物蓄積性が低いとされており、長鎖PFASほど生体内に蓄積しにくい。
- 移動性：短鎖PFASは環境中での移動性が高く、地下水や表流水に容易に溶け込む。
短鎖PFASの使用例
短鎖PFASは、従来の長鎖PFASの使用が規制される中で、以下のような用途で代替品として利用されています：
- 繊維・紙製品の防水・防油加工
- 消火泡
- 工業用洗浄剤
健康と環境への影響
短鎖PFASは長鎖PFASに比べて生物蓄積性が低いとされていますが、完全に無害というわけではありません。短鎖PFASも環境中に広範囲に分布し、人間や野生生物への潜在的な影響が懸念されています。研究が進むにつれて、これらの物質の安全性と規制の必要性についての理解が深まっています。
短鎖PFASの使用には一定の利点がありますが、その環境および健康への影響については引き続き注意が必要です。
出典：ChatGPT
| ■長鎖PFAS |
長鎖PFAS（Long-chain PFAS）は、炭素鎖の長さが比較的長いパーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル化合物を指します。一般的に、炭素鎖の長さが7個以上のものを長鎖PFASと呼びます。これに対して、炭素鎖の長さが6個以下のものは短鎖PFASと呼ばれます。
代表的な長鎖PFAS
- パーフルオロオクタン酸（PFOA）
- 炭素数：8
- 特徴：耐熱性と撥水性を持ち、テフロン製品の製造に広く使用されてきました。
- パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）
- 炭素数：8
- 特徴：防汚剤や消火泡に使用されてきました。
- パーフルオロノナン酸（PFNA）
- 炭素数：9
- 特徴：耐久性が高く、多くの工業製品に使用されてきました。
- パーフルオロデカン酸（PFDA）
- 炭素数：10
- 特徴：高い撥水性と耐薬品性を持ち、特定の特殊用途に使用されています。
長鎖PFASの特性
- 低水溶性：長鎖PFASは水に溶けにくい傾向があります。
- 高生物蓄積性：長鎖PFASは生物体内に蓄積しやすく、食物連鎖を通じて濃縮されることがあります。
- 難分解性：環境中で非常に安定しており、分解されにくい。これにより、「永遠の化学物質」とも呼ばれます。
長鎖PFASの使用例
- 耐水・耐油コーティング：衣類、カーペット、食品包装材
- 消火泡：特に油火災や化学火災に対して効果的
- 工業製品：半導体製造、金属めっき、電気・電子部品
健康と環境への影響
長鎖PFASはその安定性と生物蓄積性のため、環境中での拡散と人間の健康に対する影響が大きな懸念となっています。以下はその具体的な影響例です：
- 健康影響：長鎖PFASは、肝臓、腎臓、甲状腺などに悪影響を及ぼす可能性があり、がん、免疫系の障害、発育障害などとの関連が指摘されています。
- 環境影響：長鎖PFASは土壌や水源を汚染し、生態系に影響を与える可能性があります。
規制と代替
多くの国で長鎖PFASの使用が規制されています。例えば、欧州連合（EU）やアメリカ合衆国では、PFOAやPFOSの使用が厳しく制限されています。このため、企業は短鎖PFASや他の代替物質を使用する方向にシフトしていますが、これらの代替物質も環境や健康への影響が懸念されているため、引き続き研究と監視が必要です。
出典：ChatGPT
| ■メディアンフラクション |
メディアンフラクション（Median Fraction）は、データセットのメディアン（中央値）を分母として使用し、各データ点の値を分子とすることで、データセット内の各データ点を比率（フラクション）として表現する方法です。この手法を使用すると、データの相対的な分布や位置を理解しやすくなります。
出典：ChatGPT
| ■ 超短鎖PFAS |
超短鎖PFAS（Per- and Polyfluoroalkyl Substances, パーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル物質）は、炭素鎖が非常に短い（一般的には1〜3個の炭素原子からなる）PFAS化合物です。PFASはその耐水性、耐油性、耐熱性などの特性から、多くの産業製品や日用品に使用されていますが、その環境および健康への影響が懸念されています。
超短鎖PFASの主な特徴と問題点は以下の通りです：
- 環境中での持続性: 超短鎖PFASは、他のPFASと同様に環境中で非常に持続性が高く、分解されにくい性質を持っています。
- 水溶性: 超短鎖PFASは水溶性が高いため、水環境中で広がりやすく、地下水や飲料水の汚染源となることがあります。
- 健康への影響: 超短鎖PFASの健康への影響についてはまだ十分な研究が行われていない部分もありますが、他のPFASと同様に、肝臓、腎臓、免疫系への影響や、発がん性のリスクが懸念されています。
- 用途: 超短鎖PFASは、食品包装材、防水スプレー、消火剤、工業プロセスなど、さまざまな用途で使用されています。
超短鎖PFASの問題に対処するためには、規制の強化、代替物質の開発、汚染の監視と管理が重要です。
出典：ChatGPT
| ■ PFASフィンガープリント |
PFASフィンガープリントとは、PFASの種類や組成を特定し、その汚染源を特定するための手法です。人間の指紋が一人ひとり異なるように、PFASの種類やその比率は、製造元や用途によって異なる特徴的なパターン（指紋）を示します。このパターンを分析することで、環境中のPFAS汚染源がどこにあるのか、どのような種類のPFASが混ざっているのかなどを特定することができます。
PFASフィンガープリントの重要性
- 汚染源の特定: 複数の企業や工場からPFASが排出されている場合、それぞれの排出源を特定し、対策を講じることができます。
- 汚染拡大の防止: 汚染源を特定することで、汚染の拡大を防ぐための対策を講じることができます。
- 浄化方法の選定: 汚染物質の種類や組成によって、最適な浄化方法が異なります。PFASフィンガープリントによって、適切な浄化方法を選択することができます。
- リスク評価: 汚染物質の毒性や移動性などを評価し、健康リスクや環境リスクを評価することができます。
PFASフィンガープリントの分析方法
PFASフィンガープリントの分析には、主に以下の方法が用いられます。
- 質量分析法: 高性能液体クロマトグラフィー（HPLC）と質量分析計（MS）を組み合わせることで、非常に微量のPFASを検出し、その種類や量を正確に測定します。
- 核磁気共鳴（NMR）: PFASの分子構造を詳細に解析することができます。
- 同位体比分析: PFASの製造過程で生じる同位体比の違いを利用して、製造元を特定することができます。
PFASフィンガープリントの活用事例
- 環境汚染調査: 土壌や水中のPFAS汚染源を特定し、対策を講じる。
- 製品中のPFAS調査: 製品中に含まれるPFASの種類や量を特定し、安全性を評価する。
- 法規制対応: 法規制に対応するために、製品中のPFASの含有量を調査する。
まとめ
PFASフィンガープリントは、PFAS汚染問題の解決に不可欠な技術です。この技術を用いることで、汚染源の特定、対策の立案、リスク評価など、様々な分野で活用されています。
出典：Gemini
| ■ 数理モデル研究 |
数理モデル研究とは、現実世界の現象やシステムを数学的な式や図を用いて表現し、その性質や振る舞いを解析する研究です。
出典：Gemini
| ■ PFASテール長 |
PFAS（パーフルオロアルキルおよびポリフルオロアルキル化合物）のテール長（tail length）は、PFAS分子中のフルオロアルキル鎖の長さを指します。具体的には、炭素-フッ素結合が連続する炭素原子の数を表します。このテール長は、PFASの化学的性質や挙動に大きな影響を与えます。
テール長による分類
PFASは、テール長の違いによって以下のように分類されます：
- 短鎖PFAS（Short-chain PFAS）
- 炭素数が6以下のPFAS。
- 例：パーフルオロブタンスルホン酸（PFBS）、パーフルオロヘキサンスルホン酸（PFHxS）
- 長鎖PFAS（Long-chain PFAS）
- 炭素数が7以上のPFAS。
- 例：パーフルオロオクタン酸（PFOA）、パーフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）
テール長の影響
- 化学的特性：
- 耐水性・耐油性：長鎖PFASは炭素鎖が長いため、より強い撥水性・撥油性を持ちます。これにより、防水・防油加工において優れた性能を発揮します。
- 安定性：長鎖PFASは分解されにくく、環境中で長期間残留する傾向があります。短鎖PFASは比較的分解されやすいですが、それでも依然として難分解性化合物です。
- 環境中での挙動：
- 移動性：短鎖PFASは水に対してより高い溶解性を持ち、環境中での移動性が高いです。これにより、地下水や表流水に広がりやすくなります。
- 蓄積性：長鎖PFASは生物体内に蓄積しやすく、食物連鎖を通じて濃縮されることがあります。短鎖PFASは生物蓄積性が低いとされますが、完全に無害ではありません。
- 健康リスク：
- 毒性：長鎖PFASは、肝臓、腎臓、甲状腺などに悪影響を及ぼす可能性があり、がん、免疫系の障害、発育障害などとの関連が指摘されています。短鎖PFASも健康リスクを持つため、詳細な研究と監視が必要です。
テール長と規制
多くの国で長鎖PFASの使用が規制されています。これは、その難分解性と高い生物蓄積性による環境および健康リスクが懸念されるためです。規制例として、欧州連合（EU）やアメリカ合衆国では、PFOAやPFOSの使用が厳しく制限されています。
テール長に基づく代替戦略
PFASの規制が進む中、企業は短鎖PFASや他の化合物を代替品として使用する方向にシフトしています。例えば、PFOSの代替品としてPFBSが使用されることがあります。ただし、短鎖PFASも環境および健康への影響が完全に無視できるわけではないため、引き続き研究と監視が求められます。
まとめ
PFASのテール長は、その化学的特性、環境中での挙動、健康リスクに大きな影響を与える重要な要素です。長鎖PFASは耐水性・耐油性が高く、安定性も高いですが、環境中での蓄積と生物蓄積性が懸念されています。一方、短鎖PFASはより移動性が高く、蓄積性は低いですが、それでも一定のリスクが存在します。これらの特性を理解することで、PFASの安全な使用と適切な規制が進められます。
出典：ChatGPT
| ■ PFAS熱安定性 |
PFAS（パーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質）は、炭素とフッ素の非常に強い結合によって構成されているため、非常に高い熱安定性を持ちます。この特性が、PFASが様々な産業で利用される理由の一つとなっています。
PFASの熱安定性のメリットとデメリット
- メリット
- 耐熱性: 高温下でも分解しにくいため、高温環境での使用に適しています。
- 耐薬品性: 強酸や強アルカリなど、様々な薬品に対して安定しています。
- 耐候性: 紫外線や湿気に強く、長期にわたって性能を維持します。
- デメリット
- 環境への残留性: 熱安定性が高いため、自然界で分解されにくく、環境中に長期間残留する可能性があります。
- 焼却処理の困難さ: 高温での焼却処理でも完全分解が難しく、ダイオキシンなどの有害物質を生成する可能性があります。
PFASの熱安定性と環境問題
PFASの熱安定性は、その有用性と同時に、環境問題を引き起こす原因の一つとなっています。
- 焼却炉からの排出: 廃棄物中のPFASが焼却炉で完全に燃え尽きず、大気中に排出されることがあります。
- 焼却灰中の残留: 焼却灰中にPFASが残留し、土壌や水質を汚染する可能性があります。
PFASの熱分解
PFASの熱安定性が高いとはいえ、非常に高温下や特殊な条件下では分解することも可能です。
- プラズマ: 高温のプラズマを用いることで、PFASを分解することができます。
- 高温水蒸気: 高温の水蒸気を用いることで、PFASを分解することができます。
- 触媒: 特定の触媒を用いることで、比較的低温でPFASを分解することができます。
まとめ
PFASの熱安定性は、その有用性と同時に、環境問題を引き起こす原因となっています。PFASの環境汚染問題を解決するためには、PFASの熱安定性の特性を理解し、適切な処理方法を開発することが重要です。
出典：Gemini
| ■ PFAS鎖長 |
PFAS（パーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質）は、炭素とフッ素の結合が連なった構造を持つ物質群です。この炭素とフッ素が連なる部分を「PFAS鎖」と呼び、その長さを「PFAS鎖長」と表現します。
PFAS鎖長が重要な理由
PFAS鎖の長さは、PFASの性質を大きく左右する重要な要素です。
- 環境中での挙動: 鎖が長いほど、環境中での移動性が高くなり、地下水や生態系への拡散リスクが高まります。一方で、短いほど分解されやすくなる傾向があります。
- 生物蓄積性: 鎖が長いPFASは、生物体内に蓄積されやすく、食物連鎖を通じて濃縮される可能性が高まります。
- 毒性: 鎖の長さと毒性には明確な相関関係はありませんが、一部の研究では、特定の鎖長を持つPFASが特定の毒性を示すことが報告されています。
- 規制対象: 各国の規制では、鎖長の制限や特定のPFASの禁止が行われています。
PFAS鎖長と規制
多くの国で、PFASの製造や使用に関する規制が強化されています。特に、長鎖のPFASは、環境中での残留性が高く、生物蓄積性も高いことから、規制の対象となることが多いです。
- **PFOA（ペルフルオロオクタン酸）やPFOS（ペルフルオロオクタンスルホン酸）**など、炭素数が8のPFASは、その毒性と環境への負荷から、多くの国で製造や使用が禁止されています。
- 短鎖PFASは、長鎖PFASに比べて分解されやすく、環境への負荷が低いと考えられていましたが、近年、一部の短鎖PFASにも毒性があることが明らかになり、規制の対象となるケースも出てきています。
まとめ
PFAS鎖の長さは、PFASの環境中での挙動、生物蓄積性、毒性、そして規制の対象となるかどうかを決定する上で重要な要素です。PFASの環境汚染問題を解決するためには、PFAS鎖長の特性を理解し、適切な規制や対策を講じることが不可欠です。
出典：Gemini
| ■ Graphical Abstract |
次回に続きます。
s rmo 2023 PFAS decomp
| ■ PFASとは |
ペルフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物（ペルフルオロアルキルかごうぶつおよびポリフルオロアルキルかごうぶつ、英語： Per- and Polyfluoroalkyl Substances、略称：PFAS（ピーファス）、PFASs ）は、アルキル鎖に複数のフッ素原子が結合した有機フッ素化合物の総称である。PFASは、強力な化学結合である炭素 – フッ素結合（F – C）を持つため分解されにくく、2018年のワシントン・ポスト紙の論説を受けて「永遠の化学物質（英語：Forever Chemicals）」と呼ばれている。PFASのうち、ペルフルオロオクタン酸(PFOA) 、ペルフルオロオクタンスルホン酸(PFOS)などの物質については、人体に蓄積し、毒性があり、環境汚染物質と知られている。なおすべてのPFASが人体に有害であるわけではない。
| PFAS構造図 |
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| PFASの人体への影響 |
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出典：Wiki ペルフルオロアルキル化合物及びポリフルオロアルキル化合物
| ■ バイオ炭とは |
バイオ炭とは、生物資源を材料とした、生物の活性化および環境の改善に効果のある炭化物のことです。 日本バイオ炭普及会によると、バイオ炭は、難分解性の炭素を農地に固定し、土壌改良資材として使用することで、気候変動対策に貢献する吸収源活動です。 また、バイオ炭は、食品ロスや木材、廃棄物などの生物資源を「炭化」したもので、燃焼しない水準に管理された酸素濃度の下、350℃超えの温度でバイオマスを加熱して作られる固形物と定義されています。
バイオ炭は、生物資源を原料とし、酸素の少ない状態で加熱して作られる固形物です。木材や竹、農業廃棄物など、さまざまな生物資源から作ることができます。
バイオ炭には、以下の3つの特徴があります。
- 炭素貯留性
- 土壌改良性
- 水質浄化性
炭素貯留性
バイオ炭は、炭素を大量に含んでいます。バイオ炭を土壌に施用することで、土壌中に炭素を貯留することができます。
土壌改良性
バイオ炭は、土壌の透水性や保水性、団粒性を改善する効果があります。また、土壌の酸度を中和する効果もあります。
水質浄化性
バイオ炭は、水中の汚染物質を吸着する効果があります。また、水中の微生物の活性化を促す効果もあります。
バイオ炭の用途
- 土壌改良
- 温室効果ガス削減
- 水質浄化
- 飼料添加
- 肥料
- 燃料
バイオ炭の期待される効果
- 温室効果ガス削減
- 土壌保全
- 農業生産性向上
- 水質保全
- 災害リスク軽減
バイオ炭の課題
- 製造コストの高さ
- 製造時のエネルギー消費量
- 土壌への影響
まとめ
バイオ炭は、炭素貯留性、土壌改良性、水質浄化性などの特徴を有する、注目されている素材です。バイオ炭の普及が進むことで、温室効果ガス削減や環境保全に貢献することが期待されています。
出典：日本バイオ普及会 ChatGPT 及び Bard
| ■ バイオコークスとは |
バイオコークスは、バイオマスと呼ばれる有機物を、高温で酸素を制限して熱分解（炭化）して作られる、石炭コークスに似た性質を持つ固形燃料です。木炭の一種と捉えることもできます。
従来のバイオマス燃料とは異なり、以下の特徴を持ちます。
- 圧縮強度が高い: 従来のバイオマス燃料よりも密度が高いため、輸送や貯蔵が容易で、燃焼効率も向上します。
- 高温環境下での長時間燃焼が可能: 石炭と同等の燃焼特性を持ち、高温で長時間燃焼することができます。
- 製造時に廃棄物を出さない: 燃焼工程で発生するガスは、発電や熱水供給に利用することができます。
- CO2排出量が少ない: 石炭コークスと比べて、CO2排出量が大幅に少ないカーボンニュートラルな燃料です。
原料となるバイオマス:
- 木くず、木片
- 農作物の残渣（稲わら、麦わら、トウモロコシの茎など）
- 食品残渣
- 動物の糞尿
製造方法:
- 従来の炭化法に加え、熱水蒸気法やスクリュー式炭化法などの新しい技術も開発されています。
バイオコークスの用途
バイオコークスは、様々な用途で利用することができます。
- 鉄鋼業: 高炉の燃料として利用することで、石炭コークスの代替となります。
- セメント製造: 窯の燃料として利用することで、CO2排出量を削減することができます。
- 発電: 発電所の燃料として利用することで、化石燃料に頼らない発電が可能になります。
- 暖房: 家庭や施設の暖房燃料として利用することができます。
- 土壌改良剤: バイオ炭を土壌に混ぜ込むことで、土壌の保水性や保肥性を向上させることができます。
バイオコークスのメリット
バイオコークスには、以下のようなメリットがあります。
- 石炭コークスの代替となる: バイオコークスは、石炭コークスの代替燃料として利用することで、CO2排出量を削減することができます。
- 再生可能エネルギー: バイオマスを原料としているため、再生可能エネルギー源として利用することができます。
- 廃棄物利用: 食品残渣や農作物の残渣などの廃棄物を有効活用することができます。
- 地域活性化: バイオコークスの製造・販売を通して、地域経済の活性化に貢献することができます。
バイオコークスの課題
バイオコークスには、以下のような課題もあります。
- コスト: バイオコークスの生産コストは、石炭コークスよりも高くなっています。
- 原料調達: バイオマスの安定的な調達が課題となっています。
- 規格・基準: バイオコークスの規格や基準はまだ十分に整備されていません。
- 公衆理解: バイオコークスに対する公衆理解が十分ではありません。
出典：Gemini
| ■ バイオ炭とバイオコークスの違い |
バイオ炭とバイオコークスは、いずれもバイオマスを利用して生成される炭素リッチな物質ですが、その生成プロセスや用途にはいくつかの違いがあります。
生成プロセスの違い
- バイオ炭:
- 生成プロセス：バイオ炭は、バイオマスを低酸素環境で高温（通常350～700°C）で熱分解（ピロリシス）することによって生成されます。
- 主な目的：土壌改良や炭素固定を目的としています。
- バイオコークス:
- 生成プロセス：バイオコークスは、バイオマスを高温・高圧環境で処理して炭化（カーボナイゼーション）することによって生成されます。このプロセスでは、通常800～1200°Cの高温が使用されます。
- 主な目的：高エネルギー密度の燃料として利用されます。
用途の違い
- バイオ炭:
- 土壌改良材として使用され、土壌の保水性や通気性、肥沃度の向上に寄与します。
- 炭素固定材として、二酸化炭素の長期貯留に役立ちます。
- 環境保護材として、土壌中の有害物質の吸着や浄化にも利用されます。
- バイオコークス:
- 固体燃料として、発電所、製鉄所、セメント工場などで使用されます。
- 家庭用の暖房や調理用燃料としても利用可能です。
特性の違い
- バイオ炭:
- 多孔質で軽量
- 主に土壌に混ぜることでその効果を発揮
- 土壌改良と炭素固定に優れている
- バイオコークス:
- 高エネルギー密度で重い
- 燃焼時に高い熱エネルギーを発生
- 硫黄や灰分が少なく、クリーンな燃料として使用可能
結論
バイオ炭とバイオコークスは、バイオマスの利用による持続可能な技術ですが、用途や生成プロセス、特性が異なります。バイオ炭は主に土壌改良と環境保護に、バイオコークスは高エネルギー密度の燃料として利用されます。
出典：ChatGPT
| ■ 2024年現在日本国内で木材が足りない理由 |
2024年現在も、日本は深刻な木材不足に直面しており、建設や家具などの木材需要に対して供給が追いついていない状況です。
＜2021年から続くウッドショックの影響＞
2021年から2022年にかけて発生したウッドショックの影響は、2024年現在も依然として続いています。ウッドショックとは、北米を中心とした木材供給量の減少と需要の急増により、世界的に木材価格が高騰した現象です。
- 住宅メーカーや木材業者は、木材調達の困難や価格高騰の影響を受け続けています。
- 新築住宅の建築費用上昇や、木材を使った家具の価格改定などが相次いでいます。
＜構造的な木材不足の背景＞
ウッドショック以外にも、日本の木材不足には構造的な背景が存在します。
- 国内産木材の伐採量の減少：戦後の高度経済成長期における住宅建設ラッシュで大量の木材が伐採された後、植林活動が十分に行われず、現在伐採できる木材量が減っています。
- 山間部の過疎化と林業従事者の減少：山間部の過疎化が進み、林業に従事する人が減少しています。
- 海外からの木材輸入量の増加：日本の経済成長に伴い、木材需要が急増し、国内産木材だけでは需要を満たせなくなり、海外からの木材輸入量が増加しています。
- 木材自給率の低さ：2020年の木材自給率は37％で、過去最低の水準となっています。
＜政府の取り組みと課題＞
木材不足の解決に向けて、政府は様々な取り組みを進めています。
- 国産材の利用促進：国産材の品質向上や流通の円滑化、国産材利用に関する補助金制度の拡充、木造建築に関する技術開発など
- 森林資源の管理・整備：植林活動の推進、山間部の森林管理の強化、森林の多面的機能の維持・向上
- 海外からの木材輸入の安定化：輸出国との連携強化、輸送手段の多様化
しかし、これらの取り組みは長期的な視点での継続が必要であり、短期的には木材不足の解消は難しい状況です。
＜2024年における木材価格の動向＞
2024年における木材価格の動向は、引き続き不透明な状況です。
- ウッドショックの影響や世界経済の動向によって、木材価格が上下に変動する可能性があります。
- 短期的な視点では、木材価格の高止まりが続く可能性が高いと考えられます。
- 中長期的な視点では、国産材の利用促進や森林資源の管理・整備などの取り組みが奏功し、木材価格が安定化する可能性もありますが、現時点では明確な展望はありません。
出典：Gemini
| ■ コークス代替炭化物 |
コークスは、鉄鋼製造などで重要な還元剤として使用されていますが、持続可能性や環境負荷の観点から、コークスの代替として利用できる炭化物が注目されています。以下は、コークスの代替となり得る炭化物の具体例です。
1. バイオコークス（バイオ炭）
- 竹炭：竹から得られる炭は、高い密度と炭素含有量を持ち、鉄鉱石の還元に適しています。
- ココナッツ殻炭：高い炭素含有量と硬度があり、製鋼プロセスでのコークスの代替として利用可能です。
2. 農業廃棄物由来の炭化物
- 米の籾殻炭：シリカを含む米の籾殻炭は、特定の還元プロセスで利用できますが、鉄鋼製造にも適応可能な場合があります。
- トウモロコシの芯炭：高い炭素含有量があり、製鉄業での還元剤として有望です。
3. 食品廃棄物由来の炭化物
- コーヒーかす炭：コーヒーかすから得られる炭化物は、還元力が強く、金属の精錬や触媒のサポート材として利用できます。
4. 動物由来の炭化物
- 骨炭：骨から得られる炭化物は、リン酸カルシウムを含み、特定の化学工業での還元剤として使用されます。
5. 庭園廃棄物由来の炭化物
- 葉や草の炭：庭園廃棄物から得られる炭化物も還元剤として利用可能で、特に小規模な工業プロセスや農業用途に適しています。
利点と考慮点
利点
- 持続可能性：これらの代替炭化物は再生可能な資源から作られており、環境負荷が低い。
- 廃棄物の再利用：農業廃棄物や食品廃棄物を利用することで、廃棄物処理問題を軽減します。
- 炭素固定：炭化物を利用することで、二酸化炭素の排出を抑え、炭素を固定化できます。
考慮点
- 性能の安定性：コークスの代替として使用するためには、代替炭化物の性能が安定していることが重要です。
- 製造コスト：新しいプロセスを導入するためのコストと技術的な課題を考慮する必要があります。
- 供給の安定性：大量生産に対応するための安定した供給源が必要です。
具体例：バイオコークスの製造と利用
- 製造方法：バイオマス原料を炭化し、高温で処理してバイオコークスを生成します。
- 鉄鋼業での利用：高炉での鉄鉱石の還元プロセスにおいて、バイオコークスをコークスの代替として使用します。これにより、炭素排出量の削減が期待されます。
コークスの代替炭化物は、持続可能な鉄鋼製造と環境保全の両立を目指す上で重要な役割を果たす可能性があります。今後の研究と技術開発により、これらの代替炭化物の利用がさらに進むことが期待されます。
出典：ChatGPT
| 電熱スクリュー Spirajoule |
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| ■ 電熱スクリュー Spirajoule |
Spirajouleは国際特許取得済みの熱分解装置です。Biogreenシステムの心臓部と言えます。最適な熱分解処理は滞留時間と加熱温度の調整で行います。この調整がこの装置では簡単に行えます。
熱分解は 無酸素状態の密閉された
| ■ Biogreen 熱分解装置 システム |
Biogreen は投入された原料を無酸素での加熱、熱分解を行ないます。熱分解により原料より炭素分のみを残し、原料に含まれる可燃性ガス等の合成ガスを発散させます。投入原料を選ばず、熱分解処理でガス、炭、オイルを製造発生させそれぞれが利活用ができ、その廃棄物が持つエネルギーは最大限利活用され廃棄物はなくなります。
Biogreen の熱分解処理は化石燃料、火気は一切使用しない低圧電流のジュール効果で行なう電気での加熱そして連続式での運転のため、24時間連続運転が可能で運転状況はモニターで監視し、運転管理操作はタッチパネルで楽にでき、人手を必要としません。Biogreen は国際特許技術で他にはない独自の熱分解装置ですが、構造は単純で部品点数は少なく壊れにくくメンテナンスは楽で長持ちし長時間使用ができます。熱分解処理にとり非常に重要な温度、機内滞留時間の管理調整はモニターで管理しタッチパネル操作で簡単にでき、安全衛生面でもとても優れています。装置の設置面積は小さくコンパクトでコンテナー内設置も可能で移動もでき、場所を選びません。
Biogreen は熱分解時の加熱温度によりガス、炭化物を作り出す産出の割合が異なります。そのため、熱分解装置 Biogreen は炭化装置、炭化炉あるいはガス化装置、ガス化炉とも言えます。熱分解後のその産出製造物の利用目的に合わせ加熱温度の調整を行ないますが、その温度調整、管理は、Biogreenであれば電気加熱式ですので簡単に確実に行なえます。又、その加熱は石油燃料を一切使用せず火気は未使用のため安全衛生面、運転操作面で火気使用熱分解装置、炭化炉、ガス化炉と比較すると非常に優れていると言えます。
| Biogreenは火気を一切使用しない電気加熱での連続式熱分解装置ですので、運転は簡単で安全衛生面に優れています。 |
| 原料の利用用途に合わせた熱分解処理が、温度及び滞留時間調整で簡単に行えます。 |
| 廃棄物、バイオマスのBiogreen熱分解処理でガス化、炭化、オイル製造ができます。 |
| 発電、燃料化、土壌改良剤、原料使用など様々な用途で利用できゼロエミッションが可能です。 |
| 乾燥機 KENKI DRYER どこもできない付着粘着物の乾燥機 | https://kenkidryer.jp |
| 会社サイト もう悩みません。コンベヤ、産業環境機械機器 | https://kenki-corporation.jp |
