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令和8年10月11日 (日)

07. ひとり毎日1キログラムの廃棄物―資源と環境とサプライチェーン―

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  🔋 C1 伊藤智博 📛 立花和宏

54/30時間(2単位、15回) 頃
このWeb資料は、テキストの持参を前提とする対面授業の参考にすることができます。 但し、Web資料の閲覧だけでは、授業の復習として不十分です。 資料は現状有姿のまま提供されます。不備な箇所も多々ありますが、ご了承ください。 また予告なく訂正・追加されることもありますので、ご了承ください。
Youzan講義ノート

モノづくりの視点から、ひとり毎日1キログラムの廃棄物 を出すサプライチェーンについて考えてみましょう。

図 付加価値

資源から廃棄物へ

  • 枯渇する資源ではなく、再生可能な資源を使う
  • 使う資源をできるだけ減らす:リデュース
⬇
原料
⬇
材料
⬇
kg t、m3、m2、m…… 計量単位 ( 物質 : カセイソーダ、 セメント、 顔料、ビール、 ナフサ、 洗剤 )
素材
⬇
本、反……計量単位、 計数単位 (物質: 紙、 糸、線、箔、布)
部品
⬇
個、台、本…… 計数単位 ( 物体: 自動車)
⬇
図   1 .  資源から廃棄物へ

工業製品には、 物体(object)として形や構造が役に立つものと、形や構造に関係なく 物質 (substance,material,matter)として役に立つものがあります。


離散量と連続量

表   1 .  離散量と連続量
項目 離散量 連続量
離散量と連続量 離散量 連続量
離散分布と連続分布 離散分布
2項分布、 ポアソン分布
連続分布
デジタルとアナログ デジタル アナログ
計数値と計量値 計数値 (可算) 計量値 (不可算)
物体と物質 個数 量(気体 〔Nm3〕 、液体 〔L〕 、固体 〔kg〕 )
粒子数と物質量 粒子数
素電荷 ボルツマン定数 プランク定数
物質量
ファラデー定数 気体定数
量子数とエネルギー 主量子数 エネルギー準位

連続量には、単位が必要です。

物体は数え上げることはできますが、物質は数え上げることができません。物質を構成する粒子を数え上げることはできますが、理論の世界であって、現実の世界ではありません。

化学工業は、 連続的なプロセス型で生産され、 機械工業は、 組立型で生産されます。


日本のマテリアルフロー

表   2 .  日本のマテリアルフロー(2006 *)
分類 億トン 形態
総物質投入量 18.7 投入
建物や社会インフラ 8.2 蓄積
🚂 工業製品 1.6 輸出
エネルギー消費及び工業プロセス排出 5.0 蓄積
🏞 廃棄物 5.8 蓄積
循環利用 2.3 活用
01.情報処理概論 07.無機工業化学

特定の地域で一定の期間内に投入される 物質の総量、地域内での物質の流れ、地域外への物質の総排出量を集計したものです。 地域としては、日本全体のほか、都道府県、市区町村、企業、大学(◇PRTR法)などを単位として集計します。

モノづくりは、原料に付加価値をつけることです。 付加価値の賞味期限が過ぎれば、製品は廃棄物になります。 資源を原料とし、加工して材料とし、組み手てて製品になって顧客の手に渡るまでをサプライチェーンと言います。


物流の仕事

表   3 .  物流の仕事
仕事 内容 例
輸送 トラック、鉄道、船、飛行機などの輸送手段で、ある場所から別の場所へモノを運ぶこと。 郵便 水道
保管 生産したモノを大切に保存すること。 倉庫、貯水場
荷役 モノを輸送したり保管したりする場合に、トラックや船から積み下ろししたり、倉庫に出し入れすること。
包装
流通加工
情報管理

物流(ロジスティクス)が発達してサプライチェーンが整えば、サンタはもう自分でプレゼントを配ったりしないのさ。

交通機関の発達は、文化や産業の発展をもたらしました。

一方、動力も必要で、 エネルギーの消費も激しくなりました。

1 )

交通機関

表   4 .  交通機関
分類 交通機関 ノード
👨‍🏫 陸路 街道 徒歩、牛車、 馬車 宿場町 2 )
鉄道 蒸気機関車 、電気機関車 駅
新幹線 🚅つばさ 駅
一般道 徒歩、🚲自転車 🚗 自動車 🚌バス 🚕タクシー 👨‍🏫 道の駅
高速道 🚂 🚗 自動車 🚌バス 🚕タクシー サービスエリア
パーキンエリア
インターチェンジ
海路 船舶 港
空路 航空機 👨‍🏫 空港

人やモノを 輸送するには、道と移動手段が必要です。

交通手段が変わると、道も変わります。 鎌倉時代に馬が使われるようになると関所が移動しました。

蒸気機関の発明で 人類は 動力を手に入れました。

しかし、車両を動かすには平な道が必要です。 動力を使った最初の車両は、蒸気機関車でした。それを走らせるために鉄道網が整備されました。 人荷を積み下ろしするための停車場や駅も整備されました。

自動車が普及するとアスファルトの道路網が整備されました。

👨‍🏫 境の明神@福島県白河市 👨‍🏫 境の明神@栃木県那須町 👨‍🏫 こころの歴史白河関の森公園@福島県白河市 👨‍🏫 旧新橋停車場 鉄道歴史展示室@東京都港区 👨‍🏫 日本橋・日本の道100選@東京都中央区 👨‍🏫 北前船の時代館:新潟市文化財急小澤家住宅@新潟県新潟市中央区 👨‍🏫 豊橋市二川宿本陣資料館@愛知県豊橋市

バーコードと情報管理

表   5 .  バーコードと情報管理
バーコード QRコード RF-ID
用途 在庫管理(セルフレジ) 在庫管理(QRコード決済) 在庫管理(セキュリティ)
センサー スキャナ スキャナ、カメラ 受信装置

現代物流でのバーコードによる情報管理はほぼ必須。 自動車部品の管理などにも応用。 薬品管理にも応用。


アマゾンでもサプライチェーンスペシャリストの募集をしている。

図 キルン

世の中は単純だ。自然に生えてくるものとぼくらが作ったものの二つしかない。 自然に生えてくるものは自然に消えてゆく。 ぼくらが作ったものはぼくらた処分しなければ自然に消滅することはない。 でもぼくらが自然や環境から奪わねば生きてゆけない。 ぼくらは自然や環境を壊さねば生きてゆけない。 いったいどこまでが許されるのか?

世の中には100とちょっとの元素からなっている。 ぼくらが気づくずっと前から、そうなっていたし、ぼくらがこの世界から消え去ったあともそうなっている。 元素は不滅だ。 今呼吸している地球の大気も、今使っている目の前の工業製品も元素から成り立っていることでは 差別を受けることがない。 この問題の本質は、何も書いていないノートとたくさん書き込んであるノートとどちらが価値があるか?ということだ。 もうちょっと極端な話をすれば、未使用の トイレットペーパー と、使用済みのトイレットペーパーとどちらが価値があるか?ということだ。


商品

表   6 .  商品
大分類 小分類 品名例示
衣料品 紳士服・洋品 紳士服、服地、 🚂 ワイシャツ・シャツ、セーター、 🚂 肌着 、ネクタイ、 🚂 靴下、ハンカチ、帽子、手袋
婦人服・洋品
子供服・洋品
その他衣料品
身のまわり品 身のまわり品 靴、アクセサリー・装身具、ハンドバッグ・鞄、ベルト、財布・革小物、傘、旅行用品、裁縫手芸用品、喫煙具等
家庭用品 家具
🚂 家電
その他家庭用品 🚂 食器、キッチン用品、健康器具、介護用品、防災用品、テーブルウェア、バス・トイレタリー用品、日曜大工用品等
日本百貨店協会

工業製品

表   7 .  工業製品
分類 項目 説明
金属工業 鉄鋼 鉄道レール、鉄骨
非鉄金属 銅線、サッシ
金属製品 ボルト、ナット
化学工業 化学製品 洗剤、 🚂 医薬品 、 🚂 肥料
プラスチック製品
🚂 石油製品 🚂 灯油
ゴム製品 タイヤ
機械工業 機械 産業用ロボット
電化製品 🚂 冷蔵庫 冷蔵庫 、 🚂 テレビ
情報通信機器 📱 スマホ 、 💻 パソコン
電子部品 🚂 液晶パネル
輸送用機械 🚂 自動車 航空機 鉄道車両
食品工業 🚂 加工食品、飲料 🚂 ビール カップラーメン
繊維工業 繊維、 🚂 衣服 🚂 シャツ 🚂 下着 🚂 靴下
その他の工業 窯業 ビン、 ガラス、 🚂 食器 レンガ
🏞 木材 椅子、 🚂 机(テーブル) 🏞 、 🚂 箪笥(たんす)
🚂 家具
◇ パルプ ・紙 トイレットペーパー
印刷業 マンガ本 🚂 本 🏞、 チラシ
皮 🚂 かばん 革靴、皮財布
楽器・ 🚂 日用品 (JIS.S) 🚂 ピアノ 、ギター、 電池
建設・そのほか 住宅、ビル、 塔、橋、 ダム

いかなる工業製品も サプライチェーンをさかのぼってゆけば、 最後は地球上の資源にたどり着く。 どこかの鉱山で掘られた石か、農業あるいは狩猟採取によって殺した生き物か、そんな 天然資源 から工業原料は出発する。

化学工業 で生産される工業製品は、計数できる 物体ではなく、 計量できる 物質と言っていいだろう。

技術者は、5Mを意識し、 安全な製品を設計し、市場に供給しなければならない。


固体の材料

表   8 .  41 固体の 材料
金属材料 非金属材料 複合材料
鉄鋼材料 非鉄金属材料 セラミックス
ガラス
炭素鋼
合金鋼
鋳鉄
鋳鋼
金・銀 ・ 銅
マグネシウム
ニッケル
チタン
🏞 亜鉛
🏞 木材 ・皮・ 繊維
繊維強化プラスチック
繊維強化金属
金属強化セラミックス

製品の源になる 固体を材料と言います。 材料は、その材質の違いにより金属材料と非金属材料に分類されます 3 ) 。

狭い意味で、材料といったとき、常温常圧で固体の 状態の 物質を指すことがあります。

純物質としての 金属は、柔らかすぎるので、混合物の合金が使われます。広い意味での混合物の固体材料を複合材料と呼ぶことがあります。

機能性材料と 建築材料があります。 機能性材料には、 良導体、絶縁材料、誘電材料、 磁性材料、半導体材料などがあります。


資源

表   9 .  天然資源
大分類 小分類 項目 枯渇が懸念されるもの
物質資源 ◇ 鉱物資源 🏞 空気、 🏞 海水、 河川水、 地下水、 砂利、 鉱物、 化石燃料( 石油、 石炭、 天然ガス )、 炭素繊維、アスベスト、ガラス繊維 レアメタル・レアアース
🏞 👨‍🏫 植物資源 麻、 木綿、 木材、 バイオマス、 農作物(麦、米、大豆)
🏞 👨‍🏫 動物資源 絹、羊毛、 水産資源、家畜
エネルギー資源 再生可能エネルギー 太陽光 ( 水力発電、 風力発電、 波力発電 ) 潮汐力、地熱エネルギー
核エネルギー
化石燃料 🏞 石油 、 🏞 石炭、天然ガス
空間資源 廃棄物の 最終処分場、静止衛星の軌道
情報資源 * * 電波資源 、 IPアドレス、ドメイン名、 言い回し、音楽などの表現

地球の 物質資源は、化学工業の 原料 として使われます。 物質資源には、水資源、鉱物資源、農林水産資源があります。このうち鉱物資源の可採年数は数十年程度です。

ほとんどのエネルギー資源は、 発電によって 電気エネルギー に 変換されます。

空気や海水、電力は、 工場ユーティリティとしても重要です。


工業化学の原料となる物質資源

表   10 .  工業化学 の原料となる物質 資源 と工業製品
分野 相 ( 状態 ) 🏞 原料 🚂 製品 環境
無機工業化学 気体 🏞 空気 ( 大気 ) アンモニア・ 🚂 肥料・酸素 地球温暖化ガス
液体 🏞 水資源 ・ 🏞 海水 食塩・ 苛性ソーダ・ 塩素・ 水素 排水
固体 鉱物 金属( 🚂 鉄鋼
アルミニウム )・セラミックス 🏞 フロン *
有機工業化学 気体 LNG 水素・ エチレン フロン
液体 🏞 石油 水素・ エチレン ・酢酸ビニル
固体 石炭 水素・ 鉄鋼 炭素材料

天然資源 には、物質資源、 エネルギー資源、情報資源があります。

工業化学のうち、 炭素資源 (化石燃料 )を原料とするものを有機工業化学と言います。


鉱物

表   11 .  鉱物
分類 鉱物 組成 特徴・用途
元素鉱物 金 Au 半導体後工程 、通貨
黒鉛・石墨 C リチウムイオン二次電池負極材料
硫化鉱物 辰砂 HgS 顔料の 原料
ハロゲン化鉱物 岩塩(halite) NaCl 立方晶系 ソーダ工業 の原料
氷晶石 NaAlF6 ( アルミニウム溶融塩電解 の 原料、合成品ができてからは採掘されなくなった)
酸化鉱物 赤鉄鉱 Fe2O3 鉄の 原料
炭酸塩鉱物 方解石(calcite) CaCO3 大理石、鍾乳石、 石灰岩の主成分、 ソーダ灰、 セメント、 鉄の 原料
珪酸塩鉱物 カオリナイト Al2Si2O5(OH)4 粘土鉱物 。 陶磁器の原料。製紙、 ゴム、医薬品など広く化学工業に使われる。
硫酸塩鉱物 石膏
CaSO4・2H2O
単斜晶系、 密度 2.3g/cm3
セメント 原料

物質資源として 化学工業の 原料に使われます。

鉱石 👨‍🏫 JIS.M―鉱山

鉱物資源の可採年数

表   12 .  鉱物資源の可採年数
鉱物資源 用途 可採埋蔵量 年間生産量 可採年数 枯渇年
鉄鉱石 鉄鋼 170000000 2460000 61 2087
ボーキサイト アルミニウム 30000000 327000 83 2109
銅 銅 870000 20400 34 2060
ニッケル めっき、合金など 89000 2400 29 2055
金 半導体 など 50 3.3 7 2033
亜鉛 塗料 に使う顔料 など 250000 12500 12 2038

物質資源として 化学工業に使われます。

可採埋蔵量(確認埋蔵量)とは、現時点で、技術的、経済的に採掘できる埋蔵量を言います。よって地球上にあるその資源の総量(原子埋蔵量)より小さく、時代につれて変化します。

資源は、地球上に偏在するので、国際紛争の火種になりやすいです。 ウクライナには鉄鉱石があるし、中国には レアアース(希土類元素)があります。 4 )

鉱石

クラーク数

表   13 .  クラーク数
元素 クラーク数
アルミニウム 7.56
銅 0.01
⚛ 銀 1×10−5
⚛ 金 5×10−7
*

枯渇性エネルギー資源の可採年数

表   14 .  枯渇性エネルギー資源の可採年数
枯渇性エネルギー資源 用途 可採埋蔵量 年間生産量 可採年数 枯渇年
石油〔億bbl〕 燃料、プラスチック 17324 324 47 2073
石炭 〔億t〕 製鉄、 火力発電 10741 77 133 2159
天然ガス〔兆m3〕 燃料、 火力発電 188.1 3 42 2068
ウラン〔万t〕 原子力発電 807 5 130 2156

物質資源 ( 炭素資源 ) として 化学工業の原料に使われます。


植物

図   2 .  植物
©2024 K.Tachibana * , C1 Lab.

植物は、天然資源 (物質資源)として使われます。

衣料のための 繊維をとったり、食料のための穀物を作ったり、 医薬品の原料としたり、 住居の 木材とします。

縄文時代、東日本では、 ナラ林文化が、西日本では、 照葉樹林文化が、かたちづくられてゆきます。

紙の原料となる パルプ、 油脂の原料にもなります。 染料も作ります。

🏞植物資源 🏞農産資源 🏞水産資源 👨‍🏫 植物界 👨‍🏫 京都府立植物園@京都府京都市 👨‍🏫 東京都薬用植物園@東京都 👨‍🏫 小石川植物園@東京都 👨‍🏫 米原市伊吹薬草の里文化センター@滋賀県米原市
天然資源 ▶ 物質資源 ▶ 植物資源

動物

図   3 .  動物
©2024 K.Tachibana * , C1 Lab.

動物は、 植物かほかの動物を食べる従属栄養生物です。

動物は、資源として活用されます。

🏞動物資源 🏞農産資源 🏞水産資源 👨‍🏫 東山動植物園@愛知県名古屋市

陸の豊かさも守ろう

図   4 .  陸の豊かさも守ろう

陸域 生態系 の保護、回復、持続可能な利用の推進、持続可能な森林の経営、砂漠化への対処、ならびに土地の劣化の阻止・回復及び生物多様性の損失を阻止する。

SDG 15は、森林と他の 生態系 に直接依存する者のために生活が守られ、生物多様性が維持され、 これらの天然資源の恩恵を将来の世代も享受できるようにすることを目指している。


水産資源

図   5 .  水産資源
©2024 K.Tachibana * , C1 Lab.

魚は、食糧とするだけでなく、 油をとったり、 肥料にしたり、水産資源として活用されてきました。 貝も、食糧として活用されてきました。


海の豊かさを守ろう

図   6 .  海の豊かさを守ろう

SDG 14は、海洋かつ沿岸の生態系を持続可能なように利用し、海洋汚染を防止し、かつ海洋資源を持続可能な方法で利用することによってSIDSやLDCsが受ける経済的恩恵が増大するよう求めている。

目標14を構成する10個のターゲット

図 3:51 / 7:15 フィリピン:手掘り金採掘で死の危険に直面する子どもたち

空気、水、 鉄、 非鉄、 セラミックス。 資源から材料を作る。 材料から素材を作る。素材から部品、部品から製品、そして商品。 消費者に使われたあとは廃棄物へ。この流れの中で原子が無くなることはない。地球の中をぐるぐるぐるぐる原子がまわっている。誰が何のために?ヒトが生きていくためだ。

資源にはエネルギーも含まれる。ヒトが使えるエネルギーは有限だ。 石炭、石油、天然ガスの化石燃料。太陽光、風力、地熱、水力、バイオマスなどの再生可能エネルギー。そして原子力。それらが 電気エネルギー として流通する。

未利用 バイオマスとして、 稲藁、麦藁、籾殻、林地残材(間伐材・被害木など)、資源作物、飼料作物、デンプン系作物等があります。


地球_新潟県立自然科学館@新潟県新潟市

図   7 .  地球
©2024 K.Tachibana * , C1 Lab.

大気

日本は、 資源 のほとんどを海外からの輸入に頼っています。 また資源は、地球上に偏在しており、 レアアースは96.7%を中国が産出しています。

👨‍🏫 海外 👨‍🏫 日本科学未来館@東京都 👨‍🏫 地球環境の変動と生物の進化 -誕生と絶滅の不思議-

地球史

表   15 .  地球史
代 大気 海洋
冥王代 二酸化炭素、窒素 二酸化炭素
太古代 二酸化炭素の固定 赤鉄鉱 沈殿 🔷 原核生物
原生代 窒素、酸素 塩化ナトリウム 真核生物
顕生代 オゾン 塩化ナトリウム 多細胞生物

46億年前に地球は誕生した。


地球史

Example fillrule-evenodd - demonstrates fill-rule:evenodd -50-45-40-35-30-25-20-15-10-50 ▼地球誕生 ▼生命誕生 人類誕生▶ 冥王代 太古代 原生代 顕生代
図   8 .  時間 y/億年
© K.Tachibana * , C1 Lab.

地質年代

表   16 .  地質年代
代 紀 年代 生物
👨‍🏫 新生代 (Cz) 👨‍🏫 第四紀(Q) 完新世 0.01 ホモサピエンス
更新世 1.65 氷河期
人類
👨‍🏫 第三紀(T) 65 恐竜絶滅 石油
👨‍🏫 中生代 (Mz) 白亜紀 (K)
ジュラ紀 (J)
トリアス紀 (三畳紀、Tr) 👨‍🏫 裸子植物
👨‍🏫 古生代 (Pz) 二畳紀
石炭紀 360 石炭
先カンブリア時代

氷河期を生き延びたのは、 火で 暖をとり、石器の 刃物で剥いだ毛皮を身にまとい、仲間と暮らすホモサピエンスだけだった。

地球史 🔷

地球の構造

表   17 .  地球の構造
分類 項目
宇宙 太陽光
大気 熱圏
中間圏
成層圏 オゾン層
対流圏 アンモニア、酸素、温室効果ガス
水 海洋 発電所の冷却(熱汚染)
河川
湖沼
地下水
土壌
地殻 鉱物資源
マントル・コア

地下水は工場の ユーティリティとして使われます。

🌟 光( h ν)

土壌

表   18 .  土壌
分類 項目
GRAVELS(砂利)
SANDS(砂) コンクリート(川砂、人工砂) ガラスや半導体、光ファイバー、フィルター、研磨剤
SLITS&CLAYS(沈泥& 粘土)
HIGHLY ORGANIC SOILS(高有機質土)

四大文明は肥沃な土壌が広がる大河の周辺で生まれました。

砂が枯渇? 鉱物資源 * 👨‍🏫 鳥取砂丘ビジターセンター@鳥取県鳥取市 👨‍🏫 鳴き砂

材料の変遷

鉄 銅 軽金属 ガラス 繊維 紙
図   9 .  213 材料の変遷
© K.Tachibana * , C1 Lab.
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人類は、 産業革命で、さまざまな 材料を手にして飢餓から解放されるかわりに、劣悪な労働環境を受け入れました。 5 ) 同時に大気中の 二酸化炭素が増え始めました。


表   19 .  ◇ ケイ酸塩鉱物 の造岩鉱物の構造による分類
分類 構造の概略 Si : O 例
ネソケイ酸塩 独立したSiO4四面体. 四面体の間に Fe や Mg が存在している。 1:4 カンラン石(オリビン),ザクロ石,ケイ線石
ソロケイ酸塩 2つの 四面体 が1個の酸素を共有 2:7 ゲーレン石,異極鉱,ローソン石
シクロケイ酸塩 四面体 の閉じた輪,2個の酸素を共有 1:3 緑柱石,キン青石,電気石
イノケイ酸塩 四面体 の連なった単一の鎖,2個の酸素を共有 1:3 輝石,ケイ灰石
四面体 の連なった2本の鎖,2個または3個の酸素を共有 4:11 角閃石
フィロケイ酸塩 四面体 が連なった平面,3個の酸素を共有 雲母,緑泥石(クロライト),カオリナイト
テクトケイ酸塩 四面体 が連なった3次元的網目構造。4個の酸素を共有 ◇ 石英,長石,沸石
⑦ 無機工業化学

石は、 材料として使われてきました。 石器は 刃物を作り、積み上げた石は、 調理のための 焜炉を作り、建築のための城壁も作りました。 今では、コンクリートが土台を作っています。


材料

材料を作る過程でも化石燃料と電気を使い熱と二酸化炭素を吐き出す。


エネルギー(燃料)の備蓄と輸送

表   20 .    エネルギー(燃料)の備蓄と輸送
状態 エネルギー資源 燃焼 備蓄 輸送 用途
固体燃料
kg
🏞 石炭。 火格子燃焼、微粉炭と重油による微粉炭燃焼など 野積み 鉄道、船舶 コンベヤー 火力発電の ボイラー 蒸気機関
木炭、薪、バイオマス、 蝋 暖炉、囲炉裏、ローソク
可燃ごみ、 廃タイヤ、廃プラスチック 発電、 キルン
液体燃料
L
🏞 石油 (重油、軽油、灯油)など。 バイオディーゼル燃料 バーナーで霧状にして、燃焼。 タンク 6 ) ポンプ パイプ ライン ボイラー エンジン
荏胡麻油、 菜種油、SAF 法灯 甕
気体 燃料
LNG・ 液化石油ガス(LPG)、都市ガスなど。 水素は将来的に期待。 拡散型バーナーや予混合型バーナーで燃焼。 タンク・ ボンベ パイプ ライン ボイラー エンジン
電気 電気 エネルギー変換 ( 電池 ) 電線 ヒーター、 ヒートポンプ
核燃料 ウラン ボイラー 原子炉

家電で、生活に必須と思われているのは、 冷蔵庫 、洗濯機、 スマホなどです。 電気は、そのまま 備蓄ができません。今使っている電気は、今、作っている電気です。

7 )

工場やプラントの ユーティリティ としても欠かせません。

酒粕と牛フンで 発電する試みもあります。 ながめやまバイオガス発電所 ながめやまバイオガス発電所 PDF

化石燃料 備蓄と輸送 👨‍🏫 化石燃料(炭素資源)―石炭と石油―

化石燃料

表   21 .  炭素資源(化石燃料)
化石燃料 生物 地質年代 場所 特徴
石炭 👨‍🏫 陸生・水生植物 古生代後期 ・ 🔷 新生代(Cz) 🔷 古第三紀(PG) 水素 乾留
石油 小型浮遊性生物・ 👨‍🏫 藻類 水素、 🏞 ガソリン、ガス、灯油、重油
天然ガス

物質資源としての 炭素資源(化石燃料)は、 水素資源であり、 エネルギー資源です。 炭素資源(化石燃料)を原料とする工業化学を 有機工業化学と言います。 原油から 蒸留で ガソリンエンジンの 燃料となる ガソリンなどを分離します。

燃料は引火、発火しやすいので 消防法の 危険物 に指定されるものが多いです。

エネルギー資源としての化石燃料は、地球が何億年もかけて蓄えてきた太陽エネルギーが、その源です。


電子商取引

表   22 .  電子商取引と金融
通貨の種類 安定性 流動性 リスク 例
現金 即金 為替リスク 円、ドル、ユーロ
銀行口座 (アカウント) ペイオフ 銀行、信用金庫
クレジットカード (負債) クレジットカード会社

電子帳簿保存法 ( 電帳法 ) では、 「電磁的記録」とは、 電子的方式、磁気的方式その他の 人の知覚 によっては認識することができない方式で作られる記録であって、 電子計算機 による情報処理の用に供されるものをいいます。

情報通信技術を利用し、 キャッシュレス決済(クレジットカード、電子マネー)、インターネットバンキングなど。またコンビニエンスストアで、税金などを国に納付することもできます。 *

アカウント を有効化して、 サービスや アプリ を利用する(ログイン、ログオン、サインイン)には、 認証が必要です。


Webサービスの利用

表   23 .  Webサービス
種類例説明
金融 銀行 クレカ
流通 モノタロウ、アマゾン、イオン
交通 JR……
インフラ (電力・ガス・水道) 東北電力、ENEOS……
SNS instagram facebook

アカウント を有効化して、 サービスや アプリ を利用する(ログイン、ログオン、サインイン)には、 認証が必要です。


部品と部材・製品

人、カネ、モノ、情報のサプライチェーン

図   10 .  人、カネ、モノ、情報のサプライチェーン
© K.Tachibana

製品、農畜水産物、 天然資源は、組み立て、加工、管理されて、製品やサービスとなります。 この人、 カネ、 モノ、 情報の流れをサプライチェーンと言います 8 ) 。 製品やサービスに売り手と買い手がつけば、商品となります。

サービスは、モノとしてのカタチがなく、ためておけず、供給と消費が同時でないなどの特徴がある。

電気も、モノとしてのカタチはありませんが財物です。ためておけず、供給と消費が同時です。 今、 使っている電気が、 今、作っている電気です。

鉄鉱石から作られた鉄は、自動車を形作る。 木材から作られた 紙は印刷されてマンガ本となり人々に楽しみをもたらす。 ガラスから作られた液晶パネルはスマホに取り付けられさまざまな情報を送り届ける。 電池のような日用品も生活に不可欠だ。 食品は生きていくのになければならないし、 ビール だってあった方が人生が豊かになる。 もちろん 医薬品 だって必要だ。 でもそれらは全て廃棄物となる。


都市鉱山

図   11 .  都市鉱山
© 2010 K.Tachibana * , C1 Lab.
⑤ ⑦ 196 無機工業化学

携帯電話1トンに金300グラムが含まれている。 毎年新学期になると、売れ残った新品の携帯電話が廃棄される。 もっとも人件費がかかるのは、箱から携帯電話を取り出すところだという。 炉で有機成分を焼き飛ばし、有機溶媒による抽出で金を回収する。 税金による補助金で操業するものの、コストがペイする目処はまったく立っていない。 エネルギー的にもリサイクルには膨大な二酸化炭素の排出を伴う。 ほんとうに都市鉱山から回収できるのだろうか?

👨‍🏫 日鉱敦賀リサイクル@福井県敦賀市
✍ 平常演習

? サプライチェーンを辿ってみよう

米沢市のごみの分別区分表を検索し、そこに掲載されている工業製品からひとつ選び、サプライチェーンをさかのぼってたどり、どこにあるどんな資源にいきつくか調べなさい。


廃棄物

つくる責任、つかう責任

図   12 .  つくる責任、つかう責任

SDG 12は、環境に有害な材料の管理に関する特定の政策や国際協定のような措置を通して、消費や生産パターンを促進することを目指す。ゴールが2020年までに達成したいと目指すターゲットは、そのライフサイクルを通して化学物質や 廃棄物を環境上健全に管理し、 それらが大気、水、土壌に放出されるのを大幅に減らし、人間の健康と環境に対する悪影響を最低限に抑えることである。


米沢キャンパスから排出される事業系ごみ

表   24 .  ◇ 米沢キャンパス から排出される 事業系ごみ
分類 対象物
資源物 可燃リサイクルごみ 🏞 コピー用紙・ 新聞紙・ダンボール・雑誌・ 🏞発泡スチロール 金曜日のみ 〔 学内限定 〕
食品廃棄物
木くず 伐採枝、木製家具
一般廃棄物 🏞 可燃ごみ 生ごみ類、紙くず類
🏞 不燃性ごみ 金属類(針金、スプレー缶など)/小型の電気製品(アイロンなど)/ ガラス類(コップ、ガラスなど)/CD、DVDなどの磁気ディスク/陶磁器、傘、ペン類、ライター
🏞 粗大ごみ 机、椅子、書棚、キャビネット、ロッカー等の 什器類
🏞 粗大ごみ 🚂 パソコンに係る周辺機器( 🚂 ディスプレイ等)、 実験装置、家電リサイクル法対象外の電気機器(電気ストーブ等)
🏞 粗大ごみ 🚂 パソコン(ハードディスク内蔵のもの)、 ハードディスク、家電リサイクル法対象物( テレビ・ エアコン * ・洗濯機・冷蔵庫)
👨‍🏫 産業廃棄物 実験廃棄物 廃棄プラスチック類(硬質、軟質……):ボールペン、ヘルメット、CDケース 混合廃棄物(小型家電および電子機器類含む) ガラス陶器くず:鉢、びん、鏡、茶碗 隔週金曜日

不要なものを捨てる 赤札作戦は、5S活動の第一歩。

民間では、不要図書の ブック・エコなどのサービスも。

11 )

廃棄物系 バイオマスとして、 紙、家畜糞尿、食品廃材、建設廃材、黒液、下水汚泥、生ごみ等があります。


米沢市 ごみの分け方・出し方

表   25 .  米沢市 ごみの分け方・出し方
分類 項目
👨‍🏫 可燃性ごみ 生ごみ、紙くず、 燃料 資源
👨‍🏫 不燃性ごみ 金属類(フライパン、フォーク、スプーン) 刃物(剃刀、鋏、ナイフ、包丁) 食器(陶器、磁器、 ガラス) スピーカー
👨‍🏫 プラスチック製容器包装 プラスチック 発泡スチロール ペットボトルのキャップ、ラベル 洗剤・シャンプーなどのボトル類 ポリ袋類
👨‍🏫 資源物 トイレットペーパー
👨‍🏫 家電リサイクル法対象品 テレビ 冷蔵庫・冷凍庫 洗濯機・衣類乾燥機 エアコン
👨‍🏫 小型電子機器 通信機器、電話、 カメラ ゲーム機、 映像用機器 音響機器 パソコン
👨‍🏫 ごみの分け方・出し方ガイドブック@米沢市家庭用 🔗 米沢市 ごみの分け方・出し方 🔗 米沢市:連携サービス「おいくら」

廃棄物のリサイクル

表   26 .  廃棄物のリサイクル
分類 項目
汚泥 ボイラー→加温蒸気 生物処理→埋立処分 コンポスト化→農業資材
廃油 スラッジ、蒸留
廃酸・廃塩基 アルマイト工場のエッチング廃液→水酸化ナトリウム
可燃性ごみ RDF発電、スーパーごみ発電、 ガス化溶融発電
廃プラスチック マテリアルリサイクル( メカニカルリサイクル ケミカルリサイクル) サーマルリサイクル( 熱利用 燃料利用)
アルミ缶
スチール缶
紙 再生紙
ガラスびん

リサイクルは、大量のエネルギーを必要とし、二酸化炭素を排出します。 リデュースを最優先し、次にリユース、リサイクルは最後の手段です。

リサイクルできない廃棄物は、最終処分場に保存されます。 最終処分場も資源です。いずれ枯渇します。


千代田クリーンセンター@山形県東置賜郡

図   13 .  千代田クリーンセンター @山形県東置賜郡
© 2014 K.Tachibana * , C1 Lab.

小学生は 見学 に来るけど、大学生は外国人しか来ない。

熱や二酸化炭素に国境はない。


三菱みなとみらい技術館@神奈川県横浜市

図   14 .  三菱みなとみらい技術館@神奈川県横浜市
© 2006 K.Tachibana * , C1 Lab.

横浜市の鶴見の ごみ焼却工場では、1日1200トンの ごみを処理できます。 ごみを 燃料として ボイラー で蒸気を作り、 タービンを回し、 22000kWの電力を 発電し、余熱で温水を沸かします。

ごみ発電として、 スーパーごみ発電や ガス化溶融発電などもあります。 発電効率や採算が大きな課題です。

👨‍🏫 三菱みなとみらい技術館@神奈川県横浜市

地球規模のサプライチェーン

図   15 .  地球規模のサプライチェーン
© K.Tachibana

資源から、 廃棄物まで。 ヒト、 カネ、モノ、情報のサプライチェーンを地球規模で。


地球規模

表   27 .  地球規模
規模 被害者
組織 従業員、購入者 事故、災害 ⛑️ 安全第一
地域 住民 災害 公害 予見可能性
地球 人類 地球温暖化 、 人口爆発 教育


熱または二酸化炭素をリユースできる条件はどんな条件か?熱力学的な条件を調べて説明しなさい。

不燃ごみ
図 繊維のサプライチェーン

鉄鉱石や石炭などの資源の量はトンやリットルと言った物理量で示される。 板や線などの部材になると厚みや直径が決まり、広さや長さに自由度が残った状態で量が示される。 ネジや自動車になると、個数や台数ということで、自由度のない形で示される。 廃棄物になるとまたトンやリットルと言った物理量で示される。 カラットやデニールと言ったサプライチェーンの取引で使われる単位を探し出し、その単位が使われるようになったいきさつを述べ、その単位の必要性について議論せよ。


図 繊維のサプライチェーン

太陽光モジュールの廃棄物は2030年には年間80万トンと言われている。太陽電池に限らず、空き家対策特別措置法が施行され、空き家処分の費用が若手世代の税金にのしかかってくる。この自分たちの未来の負担を少しでも減らすために今から自分たちでやれることは何か?

廃棄物の問題は、ゲーム理論の囚人のジレンマあるいは共有地の悲劇として知られています。

表   28 .  囚人のジレンマの利得表
立花研\伊藤研 【A】.伊藤研は 🏞 ごみ 減量に努力する 【B】.伊藤研は🏞 ごみ をこっそり立花研へ
【1】.立花研は 🏞 ごみ 減量に努力する 【A-1】. (立花研:環境保護、伊藤研:環境保護)
お互い苦労したけど、なんとかなりましたな(笑🙂)
【B-1】. (立花研:ごみためじゃ~(号泣😭)、伊藤研:しめしめ、すっきり(爆😁))
【2】.立花研は🏞 ごみ をこっそり伊藤研へ 【A-2】. (立花研:しめしめ、すっきり(爆😁)、伊藤研:ごみためじゃ~(号泣😭)) 【B-2】. (立花研:環境悪化、伊藤研:環境悪化)
ふたりともひどいことになっちまった(泣😢)

立花研は個人的 利益を最優先することを考えてみました。

自分ファーストで戦略を選んだ場合(損得)、ふたりとも最悪(善悪)になってしまいました。 囚人のジレンマのn人プレーヤーバージョンは、 共有地の悲劇(コモンズの悲劇)として知られています。

利得表は、 ペナルティや インセンティブの ルールを定めることで書き換えることができます。

12 ) 13 )
リサイクル-環境保全と資源問題-
表   29 .  サスティナビリティ
分類 項目 説明
原材料
エネルギー
水
生物多様性
大気への排出
排水および廃棄物
07.無機工業化学 さ

地球温暖化・気候変動と環境保全

図   16 .  気候変動に具体的な対策を

SDG 13は、気候変動とその影響と闘うばかりでなく、気候に関連した災害や自然災害に対応するレジリエンスを構築するための緊急な行動を求めている。

* 👨‍🏫 SDGs 👨‍🏫 SDGs13気候変動に具体的な対策を
気候変動 🔚 🔝 📖

二酸化炭素濃度の推移

石炭 石油 " 産業革命 " 太平洋戦争 " 現在 165017001750180018501900195020002050600500400300200 年代 y / year 二酸化炭素濃度 C / ppm
図   17 .  二酸化炭素濃度の推移
©2020 K.Tachibana * , C1 Lab. ,SST

2026年10月11日の CO2 濃度は、 推定454ppm。 この100年間で、 地球 大気 中の二酸化炭素の 濃度は1.4倍になった。 前史時代の二酸化炭素濃度は、280ppmでほぼ一定だった。 石炭 を使い始めた産業革命から指数的に増加を始めた。 石油を使い始めてからは指数項が加わった。

数式- 178

日本の 炭素強度は、580gCO2eq/kWh

今、 地球 がヤバい。 脱炭素社会 には 再生可能エネルギー の活用が必須。そのためには、 電気エネルギーを 備蓄 する電池が必須なのだ。



◇ 参考文献


無機工業化学
🔋 C1離散会兼OB親睦会
✍ 平常演習
💯 課外報告書 Web Class

QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/53202/53202_07.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 : 山形大学 学術情報基盤センター

🏫 学問の自由 は、心の自由。 大学では、精神は自由であらねばならない。(松木健三)
📆 20251028 明日からやろう!インピーダンス測定・解析
名称:C1ラボラトリー
URL:🔗 https://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 :
山形大学 工学部 化学・バイオ工学科 応用化学・化学工学コース
C1ラボラトリー ( 伊藤智博 ・ 立花和宏 ) @ 米沢

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