東京工科大学　工学部　応用化学科　ブログ

　最近、人間とエネルギーについていろいろと書いているこのブログ（前回、前々回など）。今回は趣向を変えて、エネルギーはエネルギーでも生き物としての人間が必要なエネルギー、つまり食事から採るカロリーについて考えてみましょう。

　人間がどのくらいのカロリーを必要としてるか。これについては厚生労働省から日本人の食事摂取基準についての資料が発表されています（「日本人の食事摂取基準（2015年版）の概要」など）。

　この食事摂取基準はなかなか詳細な資料で必要カロリーも「1人あたり○○カロリー」などという大雑把なまとめ方はされていません。必要なカロリーは、まず男女で違う。年齢によっても違います。さらに生活中で体を動かす度合い（身体活動レベル）によって3グループに分けて、それぞれに必要カロリーを計算しているのです。

　ちなみに、私（江頭）の必要カロリー量は 2100kcal となります。運動量が少ないので小さめ、とも言えますが男なので大きめな値と言っても良いでしょう。

　さて、必要カロリー量の平均値をどのように求めるべきでしょうか。いろいろ考えられますが、ここでは思い切ってキリの良い値と言うことで、1人１日当たりの必要なエネルギーを 2000kcal としてみましょう。

　前回は「人間にはどのぐらいのエネルギーが必要か(江頭教授)」と題して、現在の日本人が１人平均でどのぐらいのエネルギーを消費しているか、調べてみました。結果は

　一次エネルギー供給で毎年 150GJ、 エネルギー消費では 100GJ

というものでした。エネルギー変換でのロスを考えると実際に利用されるエネルギーの消費は一次エネルギーの供給よりすくなくなるのでしたね。

　さて、この年間 100GJ とか 150GJ といった値、一体どの程度の値なのか簡単にはイメージできないのではないでしょうか。今回はなるべくイメージできる形でこのエネルギーの量を表現してみたいと思います。

　まず、エネルギーが全て電力だと考えてみましょう。１年間は 365×24×60×60 = 3.15×10⁷秒ですから、100GJ=100×10⁹Jをこれで割り算して

100×10⁹J/3.15×10⁷s = 3.17×10³W

となります。電力として考えると約 3kW となります。100Wの電球30個を付けっぱなしにする、というイメージですね。（LED電球が普及してきたので、この表現もそのうち通じなくなるのでしょうか。）

　こんどは、エネルギーが全てガソリンだったとしたらどうでしょうか。ガソリンの発熱量を33.37MJ/L とすると（この値は２０１３年以降の統計で用いられている値を「エネルギー源別標準発熱量一覧表」から引用しました）、

100×10⁹J/33.37×10⁶(J/L) = 3.00×10³L

となります。年間ガソリン3kLです。一日当たり 8.2L。燃費12km/Lの車なら毎日100km走る計算です。

　さて、エネルギー源別に最終エネルギー消費に占める割合が総合エネルギー統計に示されています（下図）。

　先進国の豊かな生活を続けるためには充分なエネルギーの供給が必要だが、エネルギー資源が枯渇すれば生活水準を落とす必要がある。サステイナブル工学の役割は、技術の力で生活水準を持続できるようにすることである。これは昨日の記事でも述べたことです。

　では豊かな生活を維持するにはどのぐらいのエネルギーが必要なのでしょうか。一人の人間が必要とするエネルギーはどのくらいなのか、これにはいろいろな見方があると思いますが、今の日本人の生活が豊かな生活を代表していると考えて、日本人が一人当たりに使っているエネルギーを「人間が必要とするエネルギー」の指標だ、と考える事もできると思います。前回同様「総合エネルギー統計」をみると、下図のようなグラフが載っていました。

　2005年以降、一人当たりのエネルギーは減少傾向にあり、直近2016年度のデータは 155GJ／人 となっています。

　日本の人口は約1億3千万人だから 155 倍すると 約200億。日本全体では 200億GJか。PJ（ペタジュール）はGJ（ギガジュール）の千倍の千倍、つまり6桁上だから200億GJは20,000PJ くらいになるはずだが...。あれ、前回のグラフだと 13,321PJ となっているんだが？

　気がついた人もいたと思うのですが、今回の記事ではエネルギーということばをかなり曖昧に使っています。下図のエネルギーは「一次エネルギー国内供給」とありますが、昨日の記事のグラフで示されているのは「最終エネルギー消費」。両者は異なるものなのです。

　産業革命以来の科学技術の発達によって、先進国に暮らす人々、例えば私たち現在の日本に生きる人間は豊かな生活を享受してます。具体的には、充分な量の食料が供給され、多種多様な衣服が提供され、快適な居住環境が整備されています。それに加えて娯楽から学修まで多種多様な情報源に接することも容易ですし、伝染病や災害の制御によって長い寿命を生きることが期待できるのです。

　この科学技術の成果を全肯定するのがサステイナブル工学の前提であり、その一方で、このような豊かな生活は現状のままでは維持できず、持続可能なものに根底的に変革されるべきだ、というのがサステイナブル工学の理念です。

　では、なぜ現在の科学技術文明は持続不可能だ、と考えるのでしょうか。その理由は一つではありませんが、大きな、おそらく最大の理由の一つはエネルギー資源の有限性だと私は考えています。

　現在の文明は石油に浮かぶ楼閣であるが、石油資源には限りがある。いつか石油を掘り尽くして持続不可能な状態に陥る、これが一番素朴なエネルギー資源の有限性への認識でした。やがて、石油の枯渇が温室効果ガスによる気候変動に置き換えられ、化石資源はあっても使えないもの、大気中のCO2の限界によって制限されるもと、という認識が一般化しました。いずれにして、エネルギーの限界こそが成長の限界である、すくなくとも最初に訪れる限界である、という認識に変化はないでしょう。

　では、有限のエネルギー資源、という意識はいつ頃できあがったものなのでしょうか。

　まずは下の図を見てください。これは資源エネルギー庁の「総合エネルギー統計」から引用した日本の最終消費エネルギーの経年変化です。

　日本が排出している温暖化ガスはどのぐらいなのか。先日のこの記事で２０１６年度の値（少し前ですが、データの最新版はこの年度のものです）が二酸化炭素換算で13億700万トンであったこと、２０１３年度をピークとして３年度連続で減少している事を紹介しました。

　と、ここまでの書き出し部分は昨日の記事と同じです。昨日は「今回は日本の同じ期間のGDP（国内総生産）の推移を見てみましょう」と続けたのですが、今回は日本国内でのエネルギー消費との比較をしてみたいと思います。

　エネルギー消費については資源エネルギー庁に「総合エネルギー統計」と題するページがあり、いろいろなデーターをダウンロードすることができます。それに基づいて、一次エネルギーの国内供給の値をグラフ化したのが以下の図です。

　まず、縦軸の原点が０になっていない事をお断りしておきましょう。大体の変動幅は２００６年から２０１６年度までで約10%程度。温室効果ガスの排出量も同じく10%程度の変動幅ですから、細かい変化をみるために変動部分を目立たせる様なプロットになっています。

　さて、一次エネルギー供給と温室効果ガスの排出量のグラフを比べてみましょう。

　日本が排出している温暖化ガスはどのぐらいなのか。先日のこの記事で２０１６年度の値（少し前ですが、データの最新版はこの年度のものです）が二酸化炭素換算で13億700万トンであったこと、２０１３年度をピークとして３年度連続で減少している事を紹介しました。

　今回は日本の同じ期間のGDP（国内総生産）の推移を見てみましょう。内閣府のホームページにはズバリ「国民経済計算（GDP統計）」と題するページがあり、いろいろなデーターをダウンロードすることができます。それに基づいて、実質GDPの値をグラフ化したのが以下の図です。

　まず、縦軸の原点が０になっていない事をお断りしておきましょう。大体の変動幅は２００５年から２０１７年度まででやく10%程度。温室効果ガスの排出量も同じく10%程度の変動幅ですから、細かい変化をみるために変動部分を目立たせる様なプロットになっています。

　さて、GDPと温室効果ガスの排出量のグラフを比べてみましょう。

　今週、学生さんがちょっとした失敗をしました。

　失敗の内容は、DMF（ HCO-N(CH₃)₂ )溶媒の乾燥に使用したモレキュラーシーブ（MS）を再生しようとして、乾燥機の温度を１５０℃に設定し、中にビーカーに入れたMSを入れた，というものです。その結果、乾燥機から異臭が発生しました。異臭はNOxであると片桐は判断し、全員室外へ退去し、そのままセミナーを行いました。実害はありませんでした。

　普通、このような有機溶媒の乾燥に用いたMSは再生使用せずに廃棄するのですが、彼は「もったいない」と感じ、試薬会社のマニュWEB上に公開しているマニュアルに従い再生しようとしてヒヤリハットを起こしました。

　さて、このトラブルには幾つかの注目点があります。

　一つめは、この異臭を感じた学生と感じなかった学生がいたことです。

　片桐はこれまで何度もいろいろなにおいを嗅いでおり気づきました。また学生の一人は異臭を感じたものの、特段のアクションを起こしませんでした。一方、失敗した学生を含め残りの３名の学生はその臭いをまったく感じなかったそうです。これは臭いに対する個人差に由来します。ものの本によると青酸ガスは「アーモンド臭」を示すそうです，その一方で「その臭いを検知したらその時点で命は無い」とも言われています。矛盾を感じますよね。死にそうな人が「アーモンド臭が…」と言い残して死んだわけでもないでしょう。私は実際にごく薄い青酸ガスの臭いを嗅いだことがあります(^_^ ;)。確かにアーモンド臭でした。しかし、同じ時に同じ部屋にいた他の方は（むしろ私より発生源に近い所にいた人も）その臭いに気がついていませんでした、または気がついていても気にしていませんでした[1]。

　２つめは、試薬会社がWEBで公開している再生手順マニュアルのある意味での不備です。

　確かにこの手順でMSは再生されます。しかし、MSの上に吸着されたDMFは沸点よりも高い温度で加水分解され、ギ酸とジメチルアミンに分解します。その後、脱水や酸化により一酸化炭素（CO）や窒素酸化物（NOx）などのガス成分になり、放出されます。このような熱分解についてはDMFのMSDSに記載されています[2]（しかし、一部の会社のMSDSには記載されていません）。同様に塩素系溶媒を乾燥させたMSを電熱線がむき出しになっている普通の乾燥機で乾燥させると、ホスゲン臭を感知することがあります（この臭いも、みんながみんな検知できるわけではないようです）。このような二次的なプロセスによるトラブルまでマニュアルは網羅していません。

　以前、アメリカ化学会のC&ENewsにそのようなトリホスゲンという化学物質の「危険性の表示」についての指摘がありました[3]。当時、この化学物質の危険性表示は「催涙性LACHRIMATOR、水との反応性MOISTURE-SENSITIVE」だけでしたが、実際に水と反応すると猛毒のホスゲンガスを発生します。つまり、その２次危険性（そちらの方がよっぽど大きな危険）が不備である、という指摘がされました。その後、この申し入れを考慮し、試薬会社は危険性の表示を改めました。

　今回、このインシデントについてはWEB上に再生マニュアルを公開している試薬製造会社2社に報告させていただきました。

　最大の環境問題である地球温暖化、その原因物質である二酸化炭素をはじめとする温室効果ガスはだれがどのくらい出しているのでしょうか。温室効果ガス削減のための基本的な指標となるこのデータ、日本国内での発生量については温室効果ガスインベントリオフィス（GIO）がとりまとめて毎年発表しています。最新版はこの4月に発表された2016年度のデータ。少しタイムラグがあり、一昨年度のデータを昨年度のうちに整理して今年度発表する、というながれになっています。

　さて、その結果は

2016年度の温室効果ガスの総排出量は13億700万トン（二酸化炭素（CO2）換算）で、前年度比1.2%減（2013年度比7.3%減、2005年度比5.2%減）でした。

となっています。2014年度から3年連続の減少で、2008年のリーマンショックの影響を受けた2009年、2010年とならぶ低い値となっています。2011年の東日本大震災とそれにつづく原子力発電所の停止によって化石燃料による発電に回帰せざるを得なかった状況に対して、それでも温室効果ガスが減少するという状況は継続的に社会が変化していることを示している思われます。

　水俣病の原因物質となったメチル水銀、この物質が当時のアセトアルデヒドの製造プロセスで使用された水銀触媒から発生したものだった、という話を先日こちらのブログ記事で紹介しました。現在のアセトアルデヒド製造プロセスでは水銀触媒は使わない、ということも併せて紹介しましたが、では水銀触媒は現在まったく使われないのか、というとそうでもないのです。

　環境省の”「水銀に関する水俣条約」の概要”という資料をみると、世界での水銀需要の20％が「塩化ビニルモノマー製造工程」で使用されていることが分かります。（同資料には13％が「塩素アルカリ工業」で使用されていることも記されています。これは水銀法による食塩の電気分解に対応していますが、日本ではすでに全廃されています。）

　水銀のリスク低減を目指す「水俣条約」では

塩化ビニルモノマー、ポリウレタンなどの製造プロセスでの水銀使用を削減。

とされていますから、塩化ビニル製造用の触媒としての水銀の利用も廃止に向かうと思われます。

　水俣病の原因は水銀、それも有機水銀と呼ばれたメチル水銀が体内に取り込まれたことによる重金属中毒である、ということは良く知られていると思います。メチル水銀を放出したのはチッソの水俣工場だった、これも良く知られているのではないでしょうか。

　では、チッソ水俣工場では何を作っていたのか。正確にはチッソ水俣工場のどのプロセス、何を造るプラントからメチル水銀が流出したのでしょうか。ここまで来ると知っている、という人は少ないと思います。

　答えは「アセトアルデヒド」。アセトアルデヒドを造っているプラントからメチル水銀が流れ出たのです。（まあ、化学に詳しくないひとは「アセトアルデヒド」とは何ですか、となるだけでしょうが...。）

　さて、今回のお題。このアセトアルデヒドは今、どのように作られているのでしょうか。他のアセトアルデヒド製造プラントから再びメチル水銀が流出し、新たな水俣病を起こす可能性はないのでしょうか。

　まず確認しましょう。アセトアルデヒドは炭素、酸素、水素からなる有機化合物であって、水銀を含んではいません。アセトアルデヒドは当時、アセチレンと水を反応させて作られていましたから、原料物質にも水銀は含まれていません。

　当時のアセトアルデヒド製造プラントでは水銀は触媒として利用されていました。触媒は「自身は変化することなく、反応を加速させるもの」なので、本来はプラントから排出する必要はありません。水銀は安価な物質ではありませんから、廃液から水銀を回収した方が有利なはずなのですが...。

　実際に、水俣病が発生した当時、水銀を触媒として利用していたアルデヒド製造プラントは日本国内にも６基以上あったそうですが、メチル水銀が流出して水俣病が起こったケースは2件だけです。なぜ、こんな事が起こるのか、についてはこのページで紹介した書籍「水俣病の科学（西村 肇, 岡本 達明 著　日本評論社）」に詳細な考察が述べられていますので参照してください。