汚染有機廃棄物の熱分解によるPFAS分解と排出係数 -10 / 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。-10
| ■ 3. 結果と考察 |
3.5. 廃棄物処理オプションとしての熱分解を用いたPFAS質量収支
廃棄物処理の代替案としての熱分解の可能性は、原料1トンを熱分解処理した場合のPFAS総量における質量収支によって評価した(表4)。
3種類の原料(DSS-1、DSS-2、LSS)と、その処理に適用された熱分解温度(500~800℃)が考慮された。原料に存在するPFASの総量のうち、熱分解温度や原料に関係なく、ごく一部(2%未満)がバイオ炭になることが、計算された除去効率(表2)にも反映されている。
しかし、排出量自体については、同様にわずかな割合が煙突から排出ガスとともに放出されます(3%未満)。これは、原料中のPFASの大部分(95%以上)が熱分解反応器または燃焼室で分解され、熱分解油に捕捉されるか、または本研究では対象とされていない分解生成物として放出されることを意味します。今後の研究として、有機フッ素質量収支を改善するために、バイオ炭および熱分解油の抽出可能な有機フッ素(EOF)の非対象分析を行うことが考えられます。
熱分解温度によって質量収支は多少変化したが、分布に最も影響を与える要因は、原料中のPFAS同族体の組成であることが分かった。PFOSの濃度が比較的高い(14±4 ng g-1)サンプルDSS-1を600℃で熱分解した場合、PFAStotの1.73%がバイオ炭に残り、2.81%が放出され、95.47%が分解されるという最悪のケースが考えられる(表4)。
一方、最良のシナリオは、DSS-1よりも原料中の濃度が約10倍高いものの、短鎖PFCAsとFTSが大半を占めるDSS-2原料の熱分解である(図2)。DSS-2原料を600℃で熱分解すると、0.00%がバイオ炭に、0.08%が排出され、99.92%が分解される。
PFAS 含有廃棄物の処理方法のほとんどが、排ガス、埋立地浸出水、土壌流出のいずれかの形で何らかの排出につながるという事実を考慮すると [55]、熱分解アプローチによって分解される比較的大量の物質は、排出によって生じる価値がある可能性がある。特に、排出量を低減できる場合、例えば、PFAS 除去のための熱分解プロセスの最適化や、より単純なフィルター処理によって排出量を低減できる場合である。
原料と温度処理の組み合わせによっては、粒子状物質の排出量が高い(最大100%、表3)ものもあったため、廃棄物焼却処理の確立された技術である排ガス洗浄装置の導入により、排出量を削減できると期待される。湿式スクラバーは、対象となる汚染物質が粒子状物質に関連している場合、特に効率的である。
[20]では、粒子状物質の負荷が高い廃棄物焼却炉からのダイオキシン排出量を90%削減できることが実証されている。
Thoma et al.[58]は、PFAS排出量を定量化しなかったが、下水汚泥の熱分解中の排気の湿式スクラバーからの水にPFASを検出した。これにより、排ガスからのPFAS化合物の除去が示された。したがって、熱分解からのPFAS排出に対する排ガス洗浄技術の影響を適切に文書化する必要がある。
また、本研究では広範囲の PFAS 同族体および前駆体化合物の排出を考慮しているが、実験室での研究で特定された他の熱分解生成物、例えば、パーフルオロアルケン、パーフルオロアルキルアルデヒド、フルオロテロメアアルコールなどの放出は記録されていない点にも留意すべきである[7,69]。
商業用熱分解装置からの排気中にこれらの化合物が存在しているかどうかを証明することは、オンラインガスクロマトグラフィーシステムなどの高度な技術が必要であるため、困難な可能性がある。
また、熱分解油中の PFAS を定量化する必要性もある。この画分には水と有機油性液体の両方が含まれ、それらの界面は、界面活性 PFAS 化合物の捕捉相として作用する可能性がある。McNamara et al. [38] は、バイオソリッドのラボスケールでの熱分解実験において、原料よりも高濃度のPFBAなどの特定のPFAS化合物を熱分解油から検出しており、この相に特定のPFASおよびその熱分解生成物が蓄積される可能性を示唆している。これは、本研究ではバイオ炭や排出ガスに含まれない相当量の相が熱分解油に含まれている可能性があることを意味する。もしこれが事実であれば、この油は、さらなる排出が発生しないような方法で処理・利用しなければならない。
地域レベルでは、熱分解油と合成ガスを、熱源として現場で燃焼させることができる。これには、熱分解ユニット自体の加熱も含まれ、これにより残留PFASがさらに破壊される。
| 表2 |
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| 表3 |
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| 表4 |
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| ■ 質量収支 |
化学における質量収支（mass balance）は、化学反応やプロセスの中で物質の出入りと蓄積を定量的に把握するための重要なツールです。これにより、反応器や分離装置などでの物質の流れを理解し、効率的なプロセスの設計と運用を支援します。
化学の質量収支の基本的な考え方は以下の通りです：
- 入力（Input）：システムに入ってくる物質の量。
- 出力（Output）：システムから出て行く物質の量。
- 生成（Generation）：システム内で生成される物質の量。
- 消失（Consumption）：システム内で消費される物質の量。
- 蓄積（Accumulation）：システム内での物質の蓄積の変化量。
これらを組み合わせて質量収支の式を立てると、次のようになります：
具体的な例を考えてみましょう。反応器内で化学反応が起きる場合の質量収支は以下のように表されます：
- 入力（Feed）：反応器に投入される原料（A、Bなど）の流量。
- 出力（Product）：反応器から排出される生成物（C、Dなど）の流量。
- 生成（Generation）：反応器内での化学反応により生成される生成物の量。
- 消失（Consumption）：反応器内での化学反応により消費される原料の量。
- 蓄積（Accumulation）：反応器内の物質の濃度変化に伴う蓄積量（通常、定常状態ではゼロと考えます）。
例えば、AとBが反応してCを生成する反応器の場合の質量収支は以下のようになります：
ここで、
- は原料Aの入力流量、
- は原料Aの出力流量、
- は反応による原料Aの消費量（負の値）、
- は生成物Cの入力流量（通常ゼロ）、
- は生成物Cの出力流量、
- は反応による生成物Cの生成量です。
質量収支を立てることにより、化学プロセスの各部分での物質の動きを定量的に把握し、プロセスの設計や最適化に役立てることができます。
出典：ChatGPT
| ■ 有機フッ素（EOF） |
有機フッ素化合物（EOF: Organofluorine Compounds）は、炭素-フッ素結合を持つ化合物です。これらはフッ素が他の原子に比べて非常に高い電気陰性度を持つため、特異な化学的性質と物理的性質を示します。EOFは多くの用途で重要な役割を果たしており、その特性から特定の応用分野で非常に有用です。
EOFの特性
- 高い化学的安定性：
- フッ素は電気陰性度が高く、炭素-フッ素結合は非常に強力で安定しています。
- 酸や塩基、酸化剤に対しても耐性があります。
- 低表面エネルギー：
- フッ素原子が表面に存在するため、EOFは撥水性および撥油性が高いです。
- これにより、防汚コーティングや非粘着コーティングに利用されます。
- 優れた熱安定性：
- 多くのEOFは高温でも安定しており、過酷な環境での使用が可能です。
- 電気絶縁性：
- EOFは優れた絶縁材料であり、電子機器の絶縁体として使用されます。
EOFの用途
- 医薬品：
- フッ素原子の導入により、薬物の脂溶性が増し、生体膜透過性が向上することが多いです。
- フルオロキノロン系抗菌薬や抗がん剤などに使用されています。
- 農薬：
- 高い化学的安定性と生物活性により、効果的な農薬成分として利用されます。
- ポリマー：
- 代表例としてポリテトラフルオロエチレン（PTFE、テフロン）があり、非粘着性コーティングや耐薬品性のある材料として使用されます。
- 表面処理剤：
- 撥水・撥油コーティングとして、テキスタイル、ガラス、金属などの表面処理に使用されます。
- 冷媒：
- ハイドロフルオロカーボン（HFC）は、冷媒として広く使用されており、環境への影響を考慮して開発されています。
環境および健康への影響
EOFの一部、特にパーフルオロアルキル化合物（PFAS）は非常に安定で、環境中で分解されにくく、蓄積する傾向があります。これらは「永久化学物質」とも呼ばれ、環境汚染や生体蓄積が問題視されています。PFASは水質汚染や土壌汚染の原因となり、健康リスクが懸念されているため、規制や代替技術の開発が進められています。
有機フッ素化合物は、その優れた特性と多様な用途により、現代社会で重要な役割を果たしていますが、環境保護と安全な利用のための対策も重要です。
出典：ChatGPT
| ■ PFAS同族体 |
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
| ■ PFAStot |
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
| ■ PFAS前駆体化合物 |
PFAS（パーフルオロアルキル化合物）の前駆体化合物とは、環境中での化学反応や生物代謝を通じてPFASに変換される可能性がある化合物のことを指します。これらの前駆体化合物は、通常、使用時にはPFASそのものではなく、環境中や生体内で分解または変換されることでPFASを生成するものです。
PFAS前駆体化合物の種類と特徴
- フッ素化テロマーアルコール（FTOH）：
- 例：8:2 FTOH（1H,1H,2H,2H-ペルフルオロオクタノール）
- 化学式：C₈F₁₇C₂H₄OH
- 特徴：テキスタイルや紙製品の撥水・撥油処理剤として使用される。環境中でPFOAなどに分解する可能性がある。
- フッ素化テロマー酸（FTCA）：
- 例：8:2 FTCA（ペルフルオロオクタノイルエチルカルボン酸）
- 化学式：C₈F₁₇C₂H₄COOH
- 特徴：撥水・撥油コーティング剤として使用される。分解してPFOAを生成することがある。
- フッ素化テロマースルホン酸（FTSA）：
- 例：6:2 FTSA（1H,1H,2H,2H-ペルフルオロヘキサンスルホン酸）
- 化学式：C₆F₁₃C₂H₄SO₃H
- 特徴：撥水・撥油処理剤として使用される。分解してPFHxSなどを生成する可能性がある。
- ポリフルオロアルキルリン酸エステル（PAPs）：
- 例：8:2 PAP
- 化学式：C₈F₁₇C₂H₄OP(O)(OH)₂
- 特徴：食品包装材料などに使用される。分解してPFOAを生成する可能性がある。
- フッ素化テロマーアミン（FTA）：
- 例：8:2 FTA（ペルフルオロオクチルエチルアミン）
- 化学式：C₈F₁₇C₂H₄NH₂
- 特徴：撥水・撥油処理剤として使用される。分解してPFOAを生成する可能性がある。
出典：ChatGPT
| ■ パーフルオロアルカン |
パーフルオロアルカンとは、炭素原子とフッ素原子のみで構成される飽和炭化水素のことです。すべての水素原子がフッ素原子に置き換わっているため、非常に安定な構造を持ち、高い耐熱性、耐薬品性、不活性といった特徴があります。
パーフルオロアルカンの特徴
- 高い化学的安定性: 炭素-フッ素結合は非常に強く、ほとんどの化学薬品に侵されません。
- 耐熱性: 高温下でも安定しており、変形や分解が起こりにくい。
- 不活性: 他の物質と反応しにくく、不活性な性質を持ちます。
- 電気絶縁性: 電気を通しにくく、絶縁材として利用されます。
- 疎水性: 水をはじく性質があります。
パーフルオロアルカンの用途
- 冷媒: フロンガスとして、かつては冷蔵庫やエアコンの冷媒として広く利用されていました。しかし、オゾン層破壊の原因となることが判明し、現在は使用が規制されています。
- 溶媒: 特殊な溶媒として、有機合成や半導体製造などに使われます。
- 潤滑剤: 耐熱性や耐薬品性が高いことから、高温下での潤滑剤として使用されます。
- 絶縁材: 電気絶縁性が高いことから、電線や電子部品の絶縁材として利用されます。
パーフルオロアルカンと環境問題
一部のパーフルオロアルカンは、環境中に排出されると分解されにくく、生物蓄積性も高いため、環境汚染物質として問題視されています。特に、オゾン層破壊や地球温暖化への影響が懸念され、国際的な規制が強化されています。
パーフルオロアルカンとPFASの関係
パーフルオロアルカンは、PFAS（パーフルオロアルキル物質とポリフルオロアルキル物質の総称）の一種です。PFASは、炭素とフッ素を含む広範な化学物質の総称であり、パーフルオロアルカンはその中のひとつに過ぎません。
出典：Gemini
| ■ パーフルオロアルキルアルデヒド |
パーフルオロアルキルアルデヒドは、アルデヒド基 (-CHO) を持つパーフルオロアルカンのことを指します。パーフルオロアルカンとは、すべての水素原子がフッ素原子に置き換わった飽和炭化水素のことです。
構造の特徴:
- パーフルオロアルキル基: 炭素-フッ素結合のみで構成されたアルキル基
- アルデヒド基: カルボニル基 (-C=O) に水素原子が一つ結合した官能基
性質
- 高い電気陰性度: フッ素原子の高い電気陰性度により、炭素-フッ素結合は非常に強固で、化学的に安定です。
- 疎水性: フッ素原子の影響で、水と混ざり難い性質を持ちます。
- 反応性: アルデヒド基は反応性が高く、様々な化合物と反応して新しい物質を生成します。
- 揮発性: 分子量によって異なりますが、一般的に揮発性が高い物質です。
用途
- 有機合成の原料: 特殊な官能基を持つ化合物合成の原料として利用されます。
- 医薬品の合成中間体: 医薬品の合成過程で、重要な中間体として利用されることがあります。
- 材料科学: 高機能材料の開発に利用される可能性があります。
注意すべき点
- 環境への影響: パーフルオロ化合物の一種であるため、環境中に排出されると分解されにくく、生物蓄積性も高いことが懸念されます。
- 毒性: 一部のパーフルオロアルキルアルデヒドは、毒性を持つ可能性があります。
パーフルオロアルキルアルデヒドとPFASの関係
パーフルオロアルキルアルデヒドは、PFAS（パーフルオロアルキル物質とポリフルオロアルキル物質の総称）の一種です。PFASは、炭素とフッ素を含む広範な化学物質の総称であり、パーフルオロアルキルアルデヒドはその中のひとつに過ぎません。
出典：Gemini
| ■ フルオロテロメアアルコール |
フルオロテロメアアルコールは、パーフルオロアルキル基とアルコール基を持つ有機化合物の総称です。パーフルオロアルキル基は、炭素とフッ素の結合のみからなる非常に安定な構造を持ち、アルコール基は水酸基 (-OH) を持つ官能基です。
構造の特徴:
- パーフルオロアルキル基: 炭素-フッ素結合のみで構成されたアルキル基
- アルコール基: 水酸基 (-OH) を持つ官能基
性質
- 高い表面張力: 液体の表面に力が働く現象である表面張力が非常に高いです。
- 疎水性: フッ素原子の影響で、水と混ざり難い性質を持ちます。
- 生体蓄積性: 一部のフルオロテロメアアルコールは、生体内に蓄積されやすい性質を持つものがあります。
用途
- 界面活性剤: 表面張力を下げる作用があるため、界面活性剤として利用されます。
- ポリマーの原料: フッ素系ポリマーの原料として利用されます。
- 溶媒: 特殊な溶媒として、有機合成や電子部品の洗浄などに使われます。
注意すべき点
- 環境への影響: パーフルオロ化合物の一種であるため、環境中に排出されると分解されにくく、生物蓄積性も高いことが懸念されます。
- 健康への影響: 一部のフルオロテロメアアルコールは、健康への影響が懸念されています。
フルオロテロメアアルコールとPFASの関係
フルオロテロメアアルコールは、PFAS（パーフルオロアルキル物質とポリフルオロアルキル物質の総称）の一種です。PFASは、炭素とフッ素を含む広範な化学物質の総称であり、フルオロテロメアアルコールはその中のひとつに過ぎません。
出典：Gemini
| ■ オンラインガスクロマトグラフィーシステム |
オンラインガスクロマトグラフィー（Online Gas Chromatography, OGC）とは、分析対象となるガスや揮発性物質を、サンプリングから分析、そして結果の出力までを自動的に行うシステムのことです。従来のガスクロマトグラフィー (GC) が手動でサンプルを導入し、分析結果を得るのに対し、OGCは自動化されたシステムによって連続的に分析を行うことができます。
OGCの構成
OGCは、大きく分けて以下の要素から構成されています。
- サンプリングシステム: プロセスラインから連続的にサンプルを採取し、GCに導入する部分です。
- ガスクロマトグラフ: サンプル成分を分離・検出する装置です。
- データ処理システム: 分析結果を収集、処理し、必要な情報を出力するシステムです。
OGCのメリット
- 高頻度の分析: 人の手を介さずに連続的に分析できるため、高頻度の分析が可能です。
- リアルタイムなデータ取得: 分析結果がリアルタイムで得られるため、プロセス制御に迅速に対応できます。
- 人為的なミスを減らす: 自動化により、人為的なミスを減らすことができます。
- 無人運転: 一度設定すれば、長時間無人運転が可能です。
OGCの応用分野
- 化学工業: プロセスガスの組成分析、製品品質管理など
- 食品製造: 包装ガス中の成分分析、異物混入検査など
- 環境計測: 大気中のVOCs分析、排水中の揮発性有機化合物分析など
- 医薬品製造: 製品の純度確認、プロセスモニタリングなど
OGCの課題
- 高価な装置: 初期投資費用が高い傾向にあります。
- メンテナンスの必要性: 定期的なメンテナンスが必要となります。
- 複雑なシステム: 多数の部品から構成されており、トラブルシューティングが複雑になる場合があります。
OGCの今後の展望
近年、センサー技術やAI技術の発展に伴い、OGCはますます高度化しています。小型化、低コスト化、高性能化が進み、より幅広い分野での活用が期待されています。
まとめ
オンラインガスクロマトグラフィーは、プロセス制御や品質管理において重要な役割を果たす分析技術です。自動化による高頻度分析やリアルタイムデータ取得が可能なため、様々な産業で活用されています。
出典：Gemini
| ■ 界面活性PFAS化合物 |
界面活性PFAS化合物とは、PFAS (パーフルオロアルキル物質とポリフルオロアルキル物質の総称) という物質群に属し、同時に界面活性剤としての性質も持つ化学物質のことです。
PFASとは？
PFASは、炭素とフッ素の結合が非常に強く、自然界でほとんど分解されないことから、「永遠の化学物質」とも呼ばれています。様々な製品に使われており、私たちの生活に深く関わっています。
界面活性剤とは？
界面活性剤は、水と油のように混ざり合わないものを混ぜ合わせる働きを持つ物質です。洗剤やシャンプーなど、私たちの身の回りにある多くの製品に含まれています。
界面活性PFAS化合物の特徴と問題点
- 特徴:
- 強力な表面活性: 水と油の界面に集まり、その間の張力を弱めることで、汚れを落とす力や、液体を均一にする力を持っています。
- 耐熱性、耐薬品性: 熱や薬品に強く、安定した性質を持っています。
- 撥水性、撥油性: 水や油をはじく性質を持っています。
- 問題点:
- 環境汚染: 自然界で分解されにくいため、一度環境中に排出されると、土壌や水系に長期間残留し、生態系に影響を与える可能性があります。
- 人体への影響: 一部のPFASは、動物実験や疫学調査で、発がん性や免疫機能への影響、生殖機能への影響などが報告されています。
- 生物濃縮: 食物連鎖を通じて体内に蓄積され、高濃度になる可能性があります。
界面活性PFAS化合物の利用例
- 工業用: コーティング剤、潤滑剤、消火剤など
- 家庭用: フライパンのコーティング、衣類の撥水加工、化粧品など
規制の動向
PFASの環境汚染や健康への影響が問題視され、世界各国で規制が強化されています。日本でも、一部のPFASの使用が制限されています。
まとめ
界面活性PFAS化合物は、優れた性能を持つ一方で、環境汚染や健康への影響が懸念されています。そのため、より安全な代替物質の開発や、PFASの使用規制が求められています。
出典：Gemini
| ■ バイオソリッド |
バイオソリッド（Biosolids）とは、下水処理施設で生成される有機固形物を指します。これらの固形物は、下水中の有機物を処理・分解する過程で生成され、その後、さらに処理されて安全で有益な形に変えられます。バイオソリッドは、主に農業用肥料として利用されることが多く、土壌改良や栄養補給に役立ちます。
バイオソリッドの生成プロセス
- 下水処理：都市部や産業からの下水が処理施設に送られます。
- 一次処理：固形物が沈殿し、液体部分から分離されます。
- 二次処理：微生物による有機物の分解が行われます。
- 濃縮と脱水：生成された固形物が濃縮され、余分な水分が取り除かれます。
- 安定化：固形物が安定化され、有害な病原体や臭いが除去されます。このプロセスには、コンポスト化、嫌気性消化、アルカリ安定化などの方法があります。
利用方法
- 農業用肥料：バイオソリッドは、窒素、リン、その他の栄養素を豊富に含んでおり、土壌改良剤や肥料として使用されます。
- 土地改良：荒廃した土地や採掘跡地の修復に利用され、土壌の品質を改善します。
- 緑地管理：公園やゴルフコースの芝生管理に利用されます。
環境および健康への影響
バイオソリッドの利用は、適切に処理される限り、安全で環境に優しいとされています。ただし、重金属や有害化学物質が含まれている場合、それらが土壌や水質に影響を及ぼす可能性があるため、厳格な規制と管理が求められます。
規制
多くの国では、バイオソリッドの処理と利用に関する規制が設けられており、品質管理と安全性の確保が重視されています。例えば、アメリカ合衆国では、環境保護庁（EPA）がバイオソリッドの品質基準を設定しています。
出典：ChatGPT
| ■ 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 |
