東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　前回の記事で「未来のエネルギー源」としての核融合について考えてみました。核融合は事実上無尽蔵のエネルギーを供給できる可能性もっていますが、その実現には莫大な費用と時間が必要であることを述べました。核融合は現在、あるいは近い将来には実用化できない、という意味で「未来のエネルギー源」だと言えるわけですが、では本来の意味で「未来のエネルギー源」、つまり遠い未来に社会を支える基盤とあるエネルギー源となるものは何でしょうか。

　遠い未来を想定しているので、枯渇性の資源である化石燃料は掘り尽くされるか、あるいは温室効果ガスの制限によって使用不能になるだろう、ここまでは前回に述べたことです。核分裂の利用、つまり原子力も同様で、ウラン資源の枯渇と共にエネルギー源としてはフェードアウトするはずです。（高速増殖炉が実用化されれば核分裂の燃料の資源量はぐっと大きくなるのですが、高速増殖炉も実用化に時間とお金がかかる技術ですね。）

　そう考えると未来のエネルギー源の候補は非枯渇性のエネルギー資源を利用するも、つまり再生可能エネルギー源に限られると言って良いでしょう。

　では、再生可能エネルギーとは具体的には何でしょうか。

　未来のエネルギー源、ここで未来というのはかなり遠い未来、たとえば2100年くらいのことだと思ってください。日本政府の「エネルギー基本計画」でも言及されるのはせいぜい2050年くらいまでですから、2100年とか22世紀になると具体的な計画や政策の射程を越えた未来、となるわけです。となれば、なんでも自由に想像しても良いのですが、少しでも合理的に考えれば石油や天然ガスなどの化石燃料は枯渇している、あるいは温暖化問題で使用が規制されているはずで、未来のエネルギー源にはなり得ないでしょう。

　未来のエネルギー源の候補の一つは「核融合」です。核反応を利用したエネルギーですが、核分裂と違ってウラン資源を必要としない点で実質的に無尽蔵のエネルギー源だと言えます。

　実際、石炭から石油へのエネルギー源のシフトが行われたころから、化石燃料から核分裂、そして核融合へ、というエネルギー源の変化が、ある種の社会的なコンセンサスがあった様に思います。

　前回の記事で「団塊の世代」と「マンガン団塊」という二つの「団塊」について考察したので、今回は「マンガン団塊」について紹介しておきましょう。

　JOGMEC（石油天然ガス・金属鉱物資源機構）のWEBサイトには海洋鉱物資源についての解説がまとめられていますが、マンガン団塊もその一つとして紹介されています。

マンガン団塊は、直径が2～10cm程度の球形をし、米国ハワイ沖やインド洋などの水深4,000～6,000mの海洋底の堆積物上に半埋没する形で分布しています。この中に含まれる主な金属は、鉄、マンガンですが、開発対象元素として銅（約1％）、ニッケル（約1%）及びコバルト（約0.3%）が含まれています。

とあるように、マンガン団塊は水深4,000～6,000mという深海に存在しています。海底に表出していて容易に採取できそうな形状なのですが、この海の深さが採取を困難にしています。地上の鉱山からの採取と比較したとき、どうしても割高になってしまうのです。

　本学、東京工科大学の工学部では「サステイナブル工学」を学部全体としての課題としています。「サステイナブル」というキーワードは世間的に良く用いられるものですが、これを工学と組み合わせた「サステイナブル工学」という言葉、少なくとも学部開設時点ではあまり聞かれなかった言葉だと思います。ありそうな組み合わせだが、そう言えば聞いたことがない、私の感触はそんなところでした。

　さて、工学部の先生が集まっている席でのはなし。工学部も開設以来4年目に入ったので「サステイナブル工学」も少しは知られてきたのか、という話題に。google　で「サステイナブル工学」と入れると本学のサイトがヒットするのですが、これは私の検索履歴が影響しているでしょうから、あまり当てにはならないですね。

　そう思いながら検索結果を見ているとネット上の百科事典、Wikipedia の「サステイナブル工学」の項目がヒットしていました。

　発泡している樹枝は発泡スチロールを始めとして見慣れたものです。高い断熱性を持ち、やわらかいので保温材や緩衝材として利用されています。

　スプレー式の発泡ウレタンは、その名の通りスプレー缶に入っている原液をシューとばかりにふき出すと、泡立った後に固まって発泡ポリウレタンができる、と言う便利な製品です。今回はこの製品の仕組みについて考えてみたいと思います。

　まず、スプレーから泡が出てくる、という光景はけっこう見慣れたものです。スプレー缶に加圧されて詰め込まれた気体と液体が大気圧に解放される。その瞬間に気体が膨張して液体と一緒に泡を形成する、というわけでここまでは特に疑問はなさそうです。

　問題は、というかこの製品の特徴は発泡したあとで液体が固まってウレタン樹脂になる、という点です。スプレー缶の中身は缶の中では安定していて、外にでた段階ではじめて重合を開始して固体となる。一体、この重合反応はどのようなきっかけで起こるのでしょうか。

　接着剤では２つの液を混ぜ合わせて固めるタイプの接着剤がありますが、あれは分かり易いですね。２つの原料分子が混合されることで重合がスタートする。ポリウレタンの場合はイソシアネートとポルオールの分子を別々の液に入れておいて混ぜ合わせれば良いわけです。

　でも、スプレー缶の中が２つに分かれていて出口で混合されている、と考えるのは無理がありそうです。缶のなかはシンプルな構造であり、一種類の液体がそのまま外部に放出されて重合が始まるのでしょう。では、その液体はどうやって缶の外にでたことを感知するのでしょうか。

　「男はつらいよ」は1969年から1995年まで続いた映画シリーズです。監督は山田洋次、主演は渥美清で渥美清さんが亡くなったため1995年で終了となりました。

　さて、この「男はつらいよ」のシリーズ第18作、1977年正月映画（1976年12月公開）の「男はつらいよ 寅次郎純情詩集」には主人公 車寅次郎が露天商として「くじら尺（尺貫法にもとづくモノサシ）」を売っている場面があります。だいたい、「家を建てるにも、服を作るにも、このくじら尺をというものが無いと始まらない。これが無くては職人さんも困っちゃう。」といった口上を述べています。同時にその様子を怪訝な表情で見つめる警官が写されていますが、その警官役が永六輔なのです。

　永六輔氏は多彩な人物で放送作家からタレントとなり、晩年はラジオのパーソナリティとして活躍していた人物です。「上を向いて歩こう」など歌謡曲の作詞家としても有名です。

　さて、件の映画のシーンは「くじら尺」「警察」「永六輔」という三大話になっているのですが、当時の文脈からすると、これは「伝統的な単位系」の使用を禁止する「国家権力」に反対する「文化人」という構図になっています。

　ガスを使った実験でガスの流量調節を行うとき、簡単なバルブを使うこともありますが、再現性良く流量を調節したいとき使うのが「マスフローコントローラー」です。流量の測定するユニット「マスフローメーター」と電磁弁を制御回路でつないで設定したとおりの流量を再現性良く流す、それがこの装置の仕組みです。

　マスフローメーターでの流量測定には伝熱現象を利用しています。ガスが流れると熱が伝わりやすくなる。その熱の伝わりやすさと流れの速さの関係から流量を検出します。伝熱による温度変化を電気抵抗の変化として読み取るのですが、流路の構造や抵抗体のサイズと配置、そしてガスの種類によって熱の伝わりやすさが変化しますから、ガス流量と抵抗との関係を定量的に予測するのは難しい。そこでガスの種類に応じて検量線を作って流量を測ります。

　「CCM」は「Cubic Centimetre per Minute」の略。気体や液体、流体の流れる量をしめす単位です。「CC」が体積を表しているので、時間あたりに流体が流れる体積、つまり体積流量を表しています。

　以前紹介した液膜流量計で測定されるのはこの体積流量を測定するものです。ガスの量を直接測定し、時間と対応させるのですから、シンプルで分かりやすいですね。

　さて、気体の体積は圧力や温度で変化するので体積流量も測定時の圧力や温度で変化します。それどこか流れの下流で加熱されたり、減圧されたりしたら、流量もそれに応じて変化してしまいます。測定時の温度と圧力の条件を考慮しながら流量を考えるのは大変なので、一定の条件を基準として、ガスの流量は常にその温度と圧力での値として記述しよう。そう考えて決められたのが「SCCM」、「Standard Cubic Centimeter per Minute」です。基準となる「一定の条件」を標準条件と言うので、頭に Standard と付いています。

液膜流量計を使って流量を測定している動画です（三倍速になっています）。

　とある事情で英語の化学の問題の翻訳を見せてもらう機会があったのですが、今回のお話はそのときに気がついたことです。

　「○○の質量を求めよ。ただし単位はmgとする。」という記述がありました。化学の問題で物理量を答えるなら単位をつけるのが当たり前です。そこでわざわざ 「mg」と指定しているところ、物理量の数値の部分を一意に決めたいのでしょうか。マルバツ式ではなく、記述式の試験なのでそんな必要があるとは思えませんし、他の問題と比較しても何か奇妙です。

　はて、と思って原文に当たってみると「mass」を求めよ、という設問。そして単位は「mg」と指定しているのです。

　なるほど、英語の "mass"という単語には質量という限定的な意味である以前により一般的な量という意味があります。化学の問題の中で "mass" を求めよ、と問うた場合、物質量だと思い込む人がいるかも知れない、その事を考えて質量であることを強調するために mg という質量の単位を指定した、のではないかと想像します。

バイオマス（biomass）のmassも「質量」というより「量」ですよね。

　卒業研究の発表も終わって一段落。後輩にテーマを引き継ぐ人たちは引継ぎのための実験を後輩と一緒に行っています。

　そんな実験に付き合って私も実験室で作業をしていたのですが、ふと「○○が足りない」ことに気がつきました。「あれっ、○○って何て名前だっけ。」おっと、とっさに名前が思い出せません。

　化学の実験でつかうビーカーやフラスコ、試験管などは手に持って使ったりテーブルに置いたりですが、少し複雑な操作をしたいとき、たとえば滴定のためにビーカーの上にビュレットを固定したいときなど、スタンドが必要になります。

　化学実験で使うスタンドは直径 1 cm 程度の鉄のパイプ（支柱といいます）が垂直（あるいは水平）に固定されているものです。この支柱にたとえばビュレットをッ挟んで固定できるクランプを取り付けることで自由自在に器具を配置することができるのです。

　「そうそう、クランプをパイプに取り付けるやつ。それがいま考えていた○○だよ！」

　思い出しました。この部品、「ムッフ」というのです。

　スタンド、クランプ、ムッフをキーワードに検索したら上の図がでてきました。「UnDigital科学博物店」という通販サイトのものの様です。