汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -9 / 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。-9

3.3. PFAS除去効率

PFAStotの除去効率(RE)は、処理温度(500~800℃)と原料(汚泥および木質系)を問わず、96.9%以上であった(表2)。
RE(式2)は、熱分解プロセス中の質量減少(元の質量の2~5倍、表S.6)を考慮して、バイオ炭収率で補正されていることに留意されたい。最低のREは、500℃および600℃におけるDSS-1で記録された(それぞれ96.93%および96.89%)。
しかしながら、処理温度が700℃以上では、すべての原料から98%以上のPFAStotが除去された。
これらの結果は、熱処理下での土壌中のPFASの分解について発表したAlinezhad et al.[7]の研究と一致しており、PFASの初期負荷量や種類に関わらず、500℃で30分の滞留時間での熱分解後のREは99%以上であることを示している。
本研究では、熱分解実験における滞留時間は20分であった。滞留時間を長くすれば、より高いRE%が得られた可能性がある。
DSS-1のREが他の原料と比較してやや低いのは、DSS-1原料が比較的多くの長鎖スルホン酸塩PFOS (14 ng g-1, 25.4% of PFAStot)、これは、他の原料の一部を占めるPFAS同族体よりも揮発性が低く、熱分解に抵抗性である可能性が高い[7](詳細はセクション3.2を参照)。
全体として、PFASのREsを98%以上にするために必要な温度は700℃以上であり、これはMoˇskoet et al.  [39]が医薬品、PCB、PAH、内分泌かく乱物質およびホルモン化合物について下水汚泥の熱分解で実証した他の有機汚染物質の報告値と同等か、またはそれ以上である。
有機リン系難燃剤(OPFR)については、同じサンプルを用いた我々のグループによる並行研究で報告されているように [19]、熱分解温度が500℃以上であれば、REが約100%に達することが分かっている。
しかし、C-F結合のエネルギーがC-C結合やC-Cl結合のエネルギーよりも高いことから、PFASの熱分解に対する相対的な耐久性は、他の有機汚染物質と比較して高いことが予想される [44]。しかし、これらの結果に関する重要な注意点として、分析対象となった56種類のPFAS以外の非標的PFAS(すなわち、ペルフルオロアルカンやペルフルオロアルケン、ヘッドグループの有無によるポリフルオロアルカンやポリフルオロアルケンなど)が生成されている可能性がある[7,69]。

3.4. PFAS 排出係数

下水汚泥原料の熱分解から排出された排ガス(合成ガス燃焼後)から、すべての処理温度(表3)でPFASが検出された。これは、500℃以上の熱分解と800~900℃での合成ガス燃焼を組み合わせても、原料に存在するPFASを完全に分解できないことを示している。
これは、600℃で熱分解を行い、1020℃で合成ガス燃焼を行った熱分解ユニットの排ガス洗浄水からPFASを検出したThoma et al.  [58]の研究によって裏付けられている。
排気中のPFAS総濃度は、粒子状および気体状分画を含め、検出限界未満から100 ng m-3の範囲で、平均濃度は50 ± 70 ng m-3であった。
ガス状PFASの平均濃度(40 ± 61 ng m-3)は、粒子状PFAS(10 ± 11 ng m-3)よりもやや高かったが、両方の画分からのサンプルは、高い不均一性を示した(標準偏差が大きい)。
数学的モデリングにより、本研究で適用されたのと同様の温度(700~900℃)であれば、PFASを十分に分解できることが示されている[9,17]。
合成ガス燃焼後のPFASの残留に関する今回の調査結果は、おそらく多くの燃焼後処理ユニットを代表するものである。したがって、本調査結果は、完全分解を達成するために十分な滞留時間とガス混合を可能にする、実規模の熱分解ユニットに適した燃焼室の設計には、特別な配慮が必要であることを示している。
バイオ炭試料では長鎖 PFAS が優勢であったのとは対照的に(表 S.5)、排出ガス、粒子結合、および気体分画で検出された全 PFAS の大半(60%)は短鎖 PFAS であった。
3つおよび4つのCF2部位を持つ2つのカルボン酸、PFBAおよびPFPeA、そして4つのCF2部位を持つスルホン酸、PFBSは、原料の熱分解では検出されなかったにもかかわらず、排気ガス、粒子状物質、気体状物質から検出された全PFASの44~100%を占めていた。Yao et al. [69] は、PFAS の最も可能性の高い熱分解経路として、官能基末端または鎖に沿ったランダムな部位のいずれかでラジカルが媒介する鎖切断が起こる可能性を示唆している。
しかし、本研究では、超短鎖 PFAS 化合物は排ガスの気相では検出されず、粒子相では分析が困難なため分析されなかった。したがって、短鎖PFASが優勢である理由は、以下の説明のうちの1つまたは複数による可能性がある。すなわち、短鎖PFASは煙道ガスに蒸発しやすい(M. [73]、鎖切断による長鎖PFASの部分分解[69]、および/または前駆体化合物の短鎖PFSAおよびPFCAへの変換[65])。
計算されたEFPFAStot(式7)は、研究対象の下水汚泥から製造されたバイオ炭1トンあたり、0.01~3.1mgのPFAStotが排出されたことを示している(表3)。 検出されたすべての単一のPFAS化合物のEFPFASは表S.8にまとめられ、これらの係数を導き出すために使用された合成ガスの計算量は表S.9に示されている。
著者の知る限り、EFPFASは乾式熱分解またはフルスケールの廃棄物焼却プラントのいずれについても報告されたことはない[55]。したがって、今回の結果と比較できる文献は存在しない。
EFPFAS は、以前に我々のグループが報告したとおり、600 ºC での廃木材熱分解による多環芳香族炭化水素(PAH)の排出係数よりも約 10~1000 倍低い。しかし、熱分解および燃焼中に炭素マトリックスから生成される可能性があるため、PAH 排出量は PFAS 排出量を大幅に上回ると予想される [37]。

表2

表3

PFAStotとは、ペルフルオロオクタン酸（PFOA）やペルフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）など、ペルフルオロアルキル物質（PFAS）と呼ばれる一群の物質の総称です。これらの物質は、非常に強い炭素-フッ素結合を持ち、自然界で分解されにくく、環境中に長期間残留する性質があります。

出典：Gemini

除去効率（RE: Removal Efficiency）とは、あるシステムやプロセスにおいて、特定の物質や汚染物質がどれだけの割合で除去されたかを示す指標です。一般的に、百分率で表され、0%から100%の範囲を取ります。

除去効率（RE） = (除去された物質の量 / 初期に存在した物質の量) × 100

除去効率が重要な理由

除去効率は、様々な分野で重要な意味を持ちます。

• 環境分野:
  • 水処理: 水中の汚染物質（有機物、重金属など）が浄水処理によってどれくらい除去されたか
  • 大気汚染対策: 排ガス中の有害物質がフィルターやスクラバーによってどれだけ除去されたか
  • 土壌浄化: 汚染された土壌から有害物質がどれだけ除去されたか
• 工業分野:
  • プロセス効率: 製造プロセスにおける不要な物質や副産物がどれだけ除去されたか
• 医療分野:
  • 薬物動態: 体内から薬物がどれだけ排泄されたか
  • 血液浄化: 人工透析などによって血液中の老廃物がどれだけ除去されたか

除去効率に影響を与える要因

除去効率は、以下のような要因によって左右されます。

• 処理方法: 物理的な濾過、化学的な反応、生物的な分解など、処理方法によって除去効率は大きく異なります。
• 物質の種類: 除去しようとする物質の種類によって、除去の難易度は変わります。
• 濃度: 初期の物質濃度が高いほど、除去が困難になる場合があります。
• pH: 水溶液のpHは、物質の溶解度や反応性を変化させ、除去効率に影響を与えます。
• 温度: 温度は、化学反応の速度に影響を与え、除去効率を変化させます。
• 接触時間: 処理装置内での滞留時間など、接触時間が長いほど、除去効率は向上する傾向があります。

除去効率の測定方法

除去効率の測定方法は、除去対象の物質の種類や処理方法によって異なります。一般的な方法としては、

• 分析機器による測定:
  • クロマトグラフィー: 有機化合物
  • 分光光度法: 特定の物質の吸光度を測定
  • ICP-MS: 金属元素
• 生物学的指標:
  • 微生物の増殖速度
  • 毒性試験

などが挙げられます。

出典：Gemini

バイオ炭の収率（バイオチャーの収率）は、バイオマスの熱分解プロセスで生成されるバイオ炭の量を示します。この収率は、以下のような要因によって影響を受けます。

1. バイオマスの種類: 木材、農業廃棄物、海藻などのバイオマスの種類によって収率は異なります。
2. 熱分解の温度: 一般に、低温での熱分解（300～500℃）ではバイオ炭の収率が高くなり、高温（500～700℃以上）ではガスや液体生成物の割合が増加します。
3. 熱分解の時間: 加熱時間が長いほど、バイオマスが完全に分解されるため、収率が低下する傾向があります。
4. 加熱速度: 急速な加熱はバイオチャーの収率を減少させ、緩やかな加熱は収率を増加させることが多いです。
5. 雰囲気（環境）: 窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気での熱分解が一般的ですが、酸素の供給量も影響します。

例えば、木材を500℃で熱分解すると、バイオチャーの収率は約30～35%になることが一般的です。しかし、これらの数値は具体的な条件によって大きく異なることがあります。

出典：ChatGPT

PFASの初期負荷量とは、ある環境（土壌、水など）やシステムに、PFASが最初に持ち込まれた量を指します。これは、その環境におけるPFAS汚染の出発点であり、今後の汚染状況を予測する上で非常に重要なパラメータとなります。

出典：Gemini

PFAS同族体とは、ペルフルオロアルキル物質（Per- and Polyfluoroalkyl Substances）の総称で、炭素とフッ素が強い結合で結びついた構造を持つ一群の化学物質です。この炭素-フッ素結合が非常に安定しているため、PFASは自然界で分解されにくく、環境中に長期間残留する性質があります。

PFAS同族体の特徴と問題点

• 高い安定性: 炭素-フッ素結合が非常に強いため、自然界で分解されにくく、半永久的に環境中に残留する可能性があります。
• 疎水性と親油性: 水をはじき、油をひきつける性質を持つため、様々な物質に吸着しやすく、環境中に広がりやすいです。
• 生物蓄積性: 生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あります。
• 毒性: 一部のPFASは、発がん性、生殖毒性、免疫毒性などの健康被害を引き起こす可能性が指摘されています。

PFAS同族体の種類

PFAS同族体は、その構造によって様々な種類に分類されます。代表的なものとして、以下のものが挙げられます。

• ペルフルオロオクタンスルホン酸（PFOS）
• ペルフルオロオクタン酸（PFOA）
• 短鎖PFAS

PFAS同族体の用途

PFASは、その高い安定性や耐熱性、撥水性、耐油性などの特性から、様々な分野で利用されてきました。

• 工業製品: コーティング剤、潤滑剤、防汚剤など
• 消費財: フライパンのコーティング、衣類の撥水加工、カーペットの防汚加工など
• 消防フォーム

出典：Gemini

揮発性（きはつせい）とは、物質が液体や固体の状態から気体（蒸気）に変わる能力を指します。揮発性が高い物質は、常温・常圧でも容易に蒸発する傾向があります。これは、物質の分子が液体や固体から抜け出して気体になるためのエネルギー（蒸発熱）が比較的低いためです。

出典：ChatGPT

C-F結合とは、炭素原子 (C) とフッ素原子 (F) が共有結合で結びついた化学結合のことです。この結合は、非常に強く、安定していることが特徴です。

C-F結合が強い理由

• 電気陰性度の差: フッ素は元素の中で最も電気陰性度が高く、炭素よりも電子を引きつけやすい性質を持っています。この電気陰性度の差が大きいため、C-F結合は非常に極性となり、強い結合力を生み出します。
• 結合エネルギー: C-F結合の結合エネルギーは、他の炭素-ハロゲン結合（C-Cl, C-Br, C-I）と比較して非常に大きいです。これは、C-F結合が非常に安定であることを意味します。

C-F結合の性質と特徴

• 安定性: C-F結合は非常に安定しており、化学反応を起こしにくいです。そのため、フッ素化合物（フッ素樹脂など）は、耐熱性、耐薬品性、耐候性に優れています。
• 極性: C-F結合は極性を持つため、フッ素化合物は水に溶けにくい性質を示すものが多いです。
• 疎水性: フッ素化合物は、炭化水素とよく混ざり合う性質（親油性）を持ちます。

C-F結合を持つ物質の例

• フッ素樹脂（テフロンなど）: フライパンのコーティングなどに使われ、高い耐熱性と非粘着性を持ちます。
• フロン: 一時期冷媒やエアゾール噴射剤として広く使用されていましたが、オゾン層破壊の原因となるため、現在ではほとんど使用されていません。
• 医薬品: 一部の医薬品分子には、C-F結合が含まれており、薬効を高める効果があるものもあります。

C-F結合の重要性と課題

C-F結合の強い安定性や特異な性質は、様々な分野で利用されています。しかし、その一方で、PFAS（ペルフルオロアルキル物質）のような環境汚染物質を生み出す原因にもなっています。PFASは、C-F結合を持つため、自然界で分解されにくく、環境中に長期間残留する性質があります。

C-F結合は、人類に多くの恩恵をもたらしていますが、その一方で環境問題を引き起こす可能性も孕んでいる複雑な存在です。

出典：Gemini

C-C結合とは、2つの炭素原子 (C) が共有結合で結びついた化学結合のことです。有機化学において最も基本的な結合の一つであり、炭素骨格を形成する上で非常に重要な役割を果たしています。

C-C結合の特徴

• 単結合、二重結合、三重結合: C-C結合には、単結合、二重結合、三重結合の3種類があります。
• 安定性: 一般的に、C-C単結合は非常に安定な結合です。これは、炭素原子の電子配置が安定しているためです。
• 柔軟性: C-C単結合は、ある程度の回転が可能であり、有機分子の構造に柔軟性をもたらします。

C-C結合の重要性

• 有機化合物の骨格: ほとんどすべての有機化合物は、C-C結合を基本として構成されています。
• 多様な構造: C-C結合の多様性により、無数の種類の有機化合物が存在します。
• 生命の基盤: 生体高分子であるタンパク質、核酸、糖質などは、C-C結合を基本とした複雑な構造を持っています。

出典：Gemini

C-Cl結合とは、炭素原子 (C) と塩素原子 (Cl) が共有結合で結びついた化学結合のことです。有機化合物によく見られる結合の一つで、様々な性質を持つ物質に現れます。

C-Cl結合の特徴

• 極性: 塩素原子の電気陰性度が炭素原子よりも高いため、C-Cl結合は極性を持っています。つまり、塩素原子側に電子が引き寄せられ、部分的な負電荷を帯び、炭素原子側は部分的な正電荷を帯びます。この極性により、C-Cl結合を持つ化合物は、他の極性分子と相互作用しやすくなります。
• 反応性: C-Cl結合は、他の化学種との反応性が比較的高いです。特に、塩素原子は求核剤（電子を出しやすい物質）と反応しやすく、置換反応や脱離反応を起こしやすいことが特徴です。
• 安定性: C-C結合に比べると、C-Cl結合は少し不安定です。これは、炭素と塩素の電気陰性度の差が大きいため、結合が極性化し、他の分子との相互作用を受けやすくなるためです。

C-Cl結合を持つ物質の例

• 塩化メチル (CH₃Cl): 冷媒や溶剤として使用されます。
• 塩化ビニル: プラスチックの原料として広く利用されています。
• ジクロロメタン: 有機溶媒として使用されます。
• DDT: 一時期殺虫剤として使用されていましたが、環境汚染の問題から使用が禁止されています。

C-Cl結合の性質と用途

C-Cl結合の極性と反応性の高さは、様々な用途に結びついています。

• 溶媒: C-Cl結合を持つ化合物は、多くの有機化合物を溶かす能力が高いため、溶媒として利用されます。
• 反応中間体: 有機合成において、C-Cl結合を持つ化合物は、他の官能基への変換のための反応中間体として利用されます。
• 医薬品: 一部の医薬品分子には、C-Cl結合が含まれており、薬効を高める効果があるものもあります。

出典：Gemini

非標的PFAS（Non-targeted PFAS）とは、特定のPFAS（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）の調査や分析の際に、主に対象としていないが、環境やサンプル中に存在する可能性のあるPFAS群を指します。通常、分析では特定のPFAS（標的PFAS）を対象として測定しますが、非標的PFASはそのリストに含まれていない化合物を指します。

出典：ChatGPT

化学の分画とは、混合物から特定の成分を分離・精製する操作のことです。まるで、様々な種類の豆が混ざった袋の中から、特定の種類の豆だけを取り出すようなイメージです。

出典：Gemini

長鎖PFASとは、パー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（PFAS）の一種で、その名の通り炭素鎖が長いPFASのことを指します。

長鎖PFASの特徴と問題点

• 炭素鎖が長い: 分子構造の中に、炭素原子が長く連なった鎖を持つため、長鎖PFASと呼ばれます。
• 環境への残留性: 長い炭素鎖が、環境中での分解を困難にし、土壌や水中に長期間残留する原因となります。
• 生体蓄積性: 生体内に蓄積されやすく、健康への影響が懸念されています。
• 難分解性: 強固な炭素-フッ素結合により、自然界での分解が非常に難しく、一度環境中に排出されると、長期にわたって残留する可能性があります。

出典：Gemini

短鎖PFASとは、パー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（PFAS）の一種で、炭素鎖が短いPFASのことを指します。

PFASとの比較

PFASは、炭素とフッ素が強く結合した構造を持つ、非常に安定な人工化合物です。この安定性ゆえに、自然界では分解されにくく、環境中に蓄積されやすいという特徴があります。

• 長鎖PFAS: 炭素鎖が長く、環境中での残留性や生体蓄積性が高いことが特徴です。
• 短鎖PFAS: 炭素鎖が短く、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きました。

短鎖PFASの特徴

• 炭素鎖が短い: 分子構造の中に、炭素原子が長く連なった鎖を持つ長鎖PFASと異なり、炭素鎖が短いです。
• 分解性: 長鎖PFASに比べて分解されやすく、環境中での残留性が低いと考えられてきました。
• 新たな課題: 一部の短鎖PFASは、長鎖PFASに代わる物質として注目されてきましたが、近年、一部の短鎖PFASにも環境への悪影響や健康へのリスクが指摘されるようになってきました。

短鎖PFASの問題点

• 新たな環境汚染物質: 一部の短鎖PFASは、環境中での分解性が低いことが明らかになり、新たな環境汚染物質として注目されています。
• 健康への影響: 一部の短鎖PFASは、長鎖PFASと同様に健康への悪影響が懸念されています。
• 規制の動向: 短鎖PFASに対する規制も強化される傾向にあります。

出典：Gemini

「官能基末端（かんのうきまったん）」とは、化学において分子の末端に位置する官能基のことを指します。官能基は化合物の特性を決定する部分で、末端に位置する官能基は、その化合物の化学的性質や反応性に大きな影響を与えます。

例えば、アルコールの場合、末端にあるヒドロキシル基（-OH）はその化合物の性質を決定する官能基です。さらに、カルボン酸の末端にあるカルボキシル基（-COOH）も同様に、化合物の化学的特性や反応性に影響を与えます。

官能基末端は分子の機能性を決定する重要な要素であり、化学反応や材料の設計において重要な役割を果たします。

出典：ChatGPT

前駆体化合物とは、ある物質を生成するための出発物質、いわば「材料」のことです。より具体的には、化学反応や物理的な変化を経て、最終的に目的とする物質に変化する物質を指します。

出典：Gemini

PFCAとは、パーフルオロカルボン酸の略称で、パーフルオロアルキル化合物の一種です。

PFCAの特徴と問題点

• 非常に安定な構造: 炭素とフッ素の結合が非常に強く、自然界ではほとんど分解されません。
• 環境汚染: 一度環境中に排出されると、土壌や水中に長期間残留し、生物体内に蓄積されやすいです。
• 健康への影響: 動物実験では、発がん性や生殖毒性などの健康への悪影響が報告されています。
• 広範囲な用途: 耐熱性、耐薬品性、撥水性、撥油性などの優れた特性から、工業製品や生活用品に広く利用されてきました。

なぜ問題視されるのか？

PFCAは、その安定性ゆえに、一度環境中に排出されると、半永久的に残留する可能性があるため、環境汚染の深刻な原因となります。また、生体内に蓄積されやすく、健康への影響が懸念されています。

出典：Gemini

炭素マトリックスとは、炭素原子を主成分とするネットワーク構造のことを指します。このネットワークは、非常に強固で軽量であり、様々な分野で注目されている材料です。

炭素マトリックスの特徴

• 高強度・高弾性: 炭素原子の結合が非常に強く、軽量でありながら高い強度と弾性を持ちます。
• 耐熱性・耐薬品性: 高温下でも安定しており、多くの化学薬品に侵されにくいという特徴があります。
• 導電性: 一部の炭素マトリックスは、高い電気伝導性を示します。
• 多孔質構造: 表面積が非常に大きく、吸着性や触媒活性が高い場合があります。

出典：Gemini

PAH（ポリサイクリック芳香族炭化水素）は、複数の芳香族環を持つ化合物群で、主に燃焼過程や工業プロセス、煙、排ガスなどから排出されます。PAHの排出量は、環境や健康に対する影響を評価するために重要です。PAHは発癌性や変異原性があるとされ、多くの国で規制対象となっています。

PAHの排出量は、以下の方法で測定できます：

1. 環境モニタリング：大気や水、土壌などのサンプルを採取し、PAHの濃度を測定します。
2. 排ガス分析：工場や発電所などの煙突から排出されるガスを分析して、PAHの含有量を測定します。
3. 産業活動の調査：PAHを生成する可能性がある産業活動のデータを基に、推定される排出量を計算します。

これらのデータは、規制の遵守状況を評価したり、改善策を立てたりする際に役立てられます。PAHの排出量を減少させるためには、燃焼技術の改善や排出ガスの処理、使用する材料の選定などが重要です。

出典：ChatGPT

次回に続きます。

下記本論文はこちらをクリック頂ければダウンロードできます。

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -1 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -2 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -3 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -4 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -5 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -6 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -7 / 熱分解装置 Biogreen / ガス化, 炭化, 油化

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

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

PFASの人体への影響

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、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

熱分解装置 Biogreen

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。

熱分解装置 Spirajouleは 電気式です。火気、石油燃料を一切使用しないため、地球温暖化ガスが発生しない脱炭素装置です。しかも連続式です。
熱分解は 無酸素状態の密閉された Spirajoule 熱分解装置内のスクリューで行われます。スクリューへ電流を通しそのジュール熱で投入された原料を加熱し熱分解を行なっています。そのスクリューが回転することで原料を熱分解を行ないながら搬送しています。
熱分解の温度はジュール熱の大きさで調整し、原料の滞留時間はスクリューの回転数調整により行ないます。その調整はいずれも制御盤のタッチパネルで簡単にできます。熱分解で最も重要な温度と滞留時間の調整は電気式のため簡単に行なえるとも言えます。火気、石油燃料を使用する装置と比較しても非常に安全で衛生面で優れています。又、処理はバッチ式ではなく連続式ですので人を張り付ける必要がありません。

Spirajoule 連続式電気炉

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。

ガス化

油　化

炭化、半炭化