大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
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A.今回の講義ではソーダ石灰などの塩の工業的な生成方法について学びました。イオン交換膜法は実験でやるような装置を何百台とつなげたような規模で大量に生産するため大量の電力を消費するというお話が印象に残りました。 今回のワークショップでは苛性ソーダ製造の二酸化炭素排出量について調べました。1トンの苛性ソーダを作るために約０．９８３トンの二酸化炭素が排出されていることを学びました。苛性ソーダという工業にとって基本的な薬品も生成するために生成物とほぼ同量の二酸化炭素を排出するということに驚きました。 今回の復習として電解装置がどのような使われ方をしているかを調べました。面白いと思った使い方は船や臨海工業地帯のプラントなどで海水を直接電気分解することで次亜塩素酸ナトリウムを発生させ、微生物や貝類などの海洋生物が付着することを防ぐといった使い方があると知りました。電解装置で生成した物質は回収するものだとばかり思っていたので、生成物をそのままほかの目的のために使うという方法を見て勉強になりました。
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A.まず、講義では、生体内におけるイオンの均衡や、資源の回収技術について学んだ。生体内においてカリウムイオンと対をなすのはナトリウムイオンやカルシウムイオンである。日本の塩化ナトリウム回収は主に海水からの抽出に依拠しており、「海水濃縮」技術が用いられている。これは空気中からアンモニアを得るハーバー・ボッシュ法のように、身近な環境物質から特定の成分を回収する技術体系の一環である。これらを通じ、化学物質の回収プロセスと産業・生体における重要性を理解した。 続いて、ワークショップでは、ソーダ工業製品における二酸化炭素排出係数の実態と削減可能性について議論した。私たちのグループではソーダ工業を対象とし、塩水電解による苛性ソーダの製造過程で消費される電力が主たる排出源であることを確認した。さらに、副生する石灰の供給に必要な石灰石の焼成に伴う脱炭酸反応も間接的な排出源となる。二酸化炭素排出係数はソーダ灰で0.41トン、水酸化ナトリウムで1.1トンであり、業界全体での削減ポテンシャルは年間650トンに達することを整理した。 最後に，復習では、関連する技術として電気透析や多重効用蒸発装置の仕組みと用途を調査した。電気透析装置はイオン交換膜と直流電流を用いて水溶液中のイオンを選択的に脱塩・濃縮・精製する技術であり、多重効用蒸発装置は熱源を利用して廃液を高効率で濃縮・減容化する装置である。この電気透析技術は身近な食品分野にも応用されており、食塩濃度の高い醤油の脱塩工程において、18％の食塩濃度を9％以下に抑える減塩醤油の製造などに利用されていることを確認した。
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A.①講義の再話 今回の講義では、生体内におけるカリウムに対抗する元素の働きや、製塩技術の地域ごとの違いについて学んだ。他国では岩塩から塩を採掘するのに対し、日本では海水から塩を取るなど、地理的条件によって違いがあった。また、イオン交換膜法に関連して、p169に記載されているフッ素化ポリマー構造を持つカチオン交換膜の仕組みについて学んだ。 ②発表の要旨 自分たちの班では、苛性ソーダ(カセイソーダ)を製造する際に、発生する二酸化炭素の量や、生産するのに必要な電力量を調べた。苛性ソーダ1トンを生産すると、およそ0.6～1.5トンほどの二酸化炭素が排出される。また、苛性ソーダ1トンを生産するのに必要な電力量は、約2100～2500kWhほどである。 ③復習の内容 復習として、電気透析について調べた。電気透析とは、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を組み合わせて、水溶液を濃縮や希釈する方法である。電気透析によって製造される工業製品には、乳児用粉ミルクが挙げられる。具体的には、乳児用粉ミルクに含まれる塩を取り除くのに、電気透析が用いられている。
A.① 電気透析は、イオン交換膜と直流電流を利用して水溶液中のイオンを分離・濃縮する技術である。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置し、電圧をかけることでイオンが選択的に移動する。この技術は海水の脱塩や排水処理、食品工業など幅広い分野で利用されている。電気透析を支えるためには、耐久性と選択性に優れたイオン交換膜、高効率な電極、省エネルギーな電源技術などが重要であり、安定した運転と高い分離性能を実現している。 ② ソーダ工業製品である苛性ソーダや塩素、水素は、食塩電解によって製造されるが、多くの電力を消費するため、二酸化炭素排出量は使用する電力の発電方法に大きく左右される。再生可能エネルギーを利用した電力を導入することで、製造時の二酸化炭素排出量を大幅に削減することが可能である。そのため、近年は省エネルギー化や電解装置の高効率化、再生可能エネルギーの活用が進められている。 ③ 電気透析やソーダ工業について学び、化学工業では目的の製品を製造するだけでなく、エネルギー効率や環境負荷の低減も重要であることを理解した。今後は製造技術の発展だけでなく、脱炭素社会の実現に向けた技術開発がさらに求められると感じた。
A.第３回では、電気化学工業と高圧化学について学んだ。高圧化学では、ハーバー・ボッシュ法により窒素と水素からアンモニアを合成し、肥料の原料として利用されていることを理解した。この反応には高温・高圧条件と鉄触媒が必要であり、工業的に大量生産するための重要な技術である。また、電気化学工業では海水中の食塩を利用し、イオン交換膜を用いて水酸化ナトリウムや塩素などを製造する仕組みについて学んだ。これらは洗剤などの身近な製品にも利用されており、工業化学が日常生活を支えていることを理解した。 ソーダ工業製品やアルミニウム、水素などの製造に必要な電力量と二酸化炭素排出量について調べた。製品を製造するには多くの電力が必要であり、その電力の供給方法によって環境負荷が大きく変わることを理解した。今後は製造効率だけでなく、環境への影響も考慮した工業技術の開発が重要であると感じた。 高圧化学や電気化学工業について内容を整理した。ハーバー・ボッシュ法によるアンモニア合成や、食塩水の電気分解による苛性ソーダ・塩素・水素の製造工程について確認した。また、工業製品が大量生産されるためには適切な製造条件や設備が必要であることを学んだ。 3回目のグループワークの写真ありませんでした。
A.第3回では、塩と電気化学工業について学んだ。ナトリウムイオンや塩化物イオンは神経伝達や体液の調節など生命維持に重要であり、食塩は人間に欠かせない物質である。日本では岩塩資源が乏しいため海水から塩を得てきたが、現代ではイオン交換膜と電位差を利用する電気透析によって海水中のイオンを移動させ、効率よく塩分を濃縮する技術が用いられている。 授業課題では、二酸化炭素排出に関係する電気化学工業製品として苛性ソーダを取り上げた。食塩水の電気分解では水酸化ナトリウム、塩素、水素が生成し、反応自体から二酸化炭素が直接発生するわけではない。しかし工業規模の電解には大量の電力が必要であり、その電力を火力発電などで賄えば間接的に二酸化炭素が排出される。そのため製品の環境負荷は製造反応だけでなく、使用するエネルギー源まで考える必要がある。 復習では、電気透析装置について調べた。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に並べて電場をかけると、イオンが選択的に移動し、塩分が減る室と濃縮される室を作ることができる。この仕組みは海水からの製塩だけでなく、淡水化や食品の脱塩などにも応用されている。また、同じイオン交換膜技術は苛性ソーダ製造にも利用されており、膜によって生成物を分離しながら反応を進めることができる。
A.①講義の再話 本講義では、生体内におけるカリウムに対抗する元素の働きや、製塩技術の国際的な違いを学んだ。イオン交換膜法を学びカチオン交換膜の仕組みについて理解を深めた。エネルギー効率の見直しについては化石燃料などのことを考えると大事である。 ②発表の要旨 苛性ソーダを作るための電力量を調べた。1t作るには2500から3000kwhの電力量が必要。約1.2tの二酸化炭素が排出される。二酸化炭素排出量を減らすには使用電力のクリーン化と製造プロセスの高効率化が必要である。 ③復習の内容 電気透析装置を復習した。電気透析装置とは、直流電流とイオン交換膜を交互に配置し、水溶液のイオン性物質を効率的に分離、脱塩、濃縮、精製する装置である。他重効用蒸発装置とは1つの蒸発缶で発生した蒸気を次の蒸発缶の熱源として、再利用し、複数の蒸発缶を連結し、連続的に濃集、蒸留を行う高効率の省エネ装置である。電気透析は、食品や、飲料工業に用いられる。また、水処理に用いられる。
A.①炭酸カリウムは灰汁と呼ばれていた。そこで、塩が必要となってきた。岩塩から作ることもできるが、日本では海水から作られていた。ここで電気透析が使われていた。電気透析とは、陽イオンまたは陰イオン交換膜を用いてアノードとカソード側で分けることができるという方法である。これは「現代の電気化学p.130 図5.5」で確認することができる。苛性ソーダもイオン交換膜と電解で作られている。 ②ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようという課題において、苛性ソーダについて調べた。 1トン当たりCO2は1?2トン排出される。 また、電気は2000?2500kWh/トンであることがわかった。 排出係数は0.5kg/kWhであり、実際の二酸化炭素排出量は1250kgであるという議論になった。 ③前回の復習として、炭化ガス化パイロットプラントのフローダイヤグラムにある「丸に×印」の記号は、40mm以上のバルブメーターを示す。これは石油・ガスラインで操業の安定や故障防止を担う。 一方、バッテリーのCCA（コールドクランキングアンペア）はエンジン始動能力を示す性能基準値である。JIS規格ではないが日本でも用いられ、－18℃の極低温下で放電し、30秒後に7.2Vを維持できる電流値を表す。
A.1)講義では、食塩を原料とした電気化学工業とイオン交換膜の役割について学んだ。食塩水の電気分解によって水酸化ナトリウム、塩素、水素などの有用な化学物質が生成され、その過程ではイオンを選択的に透過させるイオン交換膜が重要な役割を果たしていることを理解した。また、膜材料として利用されるPTFEなどは耐熱性や耐薬品性に優れる一方、PFASによる環境問題についても考える必要があることを学んだ。さらに、電気化学工業は水素や酸素の製造、洗剤やプラスチック原料の生産など、私たちの生活や産業を支えていることを理解した。今後は、製造効率の向上だけでなく、環境への影響を考慮した技術開発が重要であると感じた。 2)平常演習では、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について調査し、カセイソーダ製造における環境負荷について学んだ。カセイソーダは食塩水の電気分解によって製造されるが、この工程では大量の電力を消費するため、CO?排出量の多くは電力由来であることを理解した。ソーダ工業では製品1 kgあたり約1 kgのCO?が排出されるとされ、使用する電力源によって環境負荷が大きく変化する。そのため、省エネルギー化や再生可能エネルギーの活用による低炭素化が、今後の重要な課題であると考えた。 3)講義や発表、復習を通して、ソーダ工業をはじめとする電気化学工業が社会を支える重要な技術であることを学んだ。イオン交換膜による選択的なイオン分離や、食塩水の電気分解によって得られるカセイソーダ・塩素・水素が、洗剤や紙、プラスチックなど多くの製品の原料として利用されていることを理解した。また、電気分解では陽極で酸化反応、陰極で還元反応が起こり、電気エネルギーによって化学反応を制御できることを確認した。さらに、水素製造などの電気化学技術は環境負荷低減や持続可能なエネルギー利用にも関わっており、今後は製品の有用性だけでなく、製造時のエネルギー消費や環境への影響も考えることが重要であると感じた。
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A.(1) 本講義では、塩化ナトリウムを原料とするソーダ工業と、電気エネルギーを活用した化学反応プロセスについて学んだ。岩塩資源に乏しい日本において、海水から効率的に塩分を濃縮、精製するために陽イオン・陰イオン交換膜を用いた電気透析技術が発展してきた。また、食塩水を電気分解することで、洗剤や紙・パルプの原料となる苛性ソーダをはじめ、塩素や水素といった極めて価値の高い基礎化学薬品をわずか3V程度の電圧で製造できる仕組みを理解した。一方で、この電解プロセスには多大な電力が必要となるため、基礎的な電気化学反応の原理だけでなく、製造にかかわるエネルギー消費や環境負荷の側面を考慮することの重要性を学んだ。 (2)「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」という課題では合成塩酸と二酸化炭素排出係数について議論した。グループ名なし、共著者:渡邉巧、齋藤龍人、志摩勇成、私の役割は調査であった。 ソーダ工業において、塩酸は主に食塩水の電解によって得られた塩素と水素を直接反応させる合成塩酸として製造される。このプロセスは、電気化学的および熱力学的な観点から非常にエネルギー集約的であり、持続可能な製造プロセスの構築が重要な課題となっている。まず、原料となる塩素と水素を得るためのイオン交換膜法食塩電解において、製品1トンを生産するために必要な電力量は、一般的に約2,100～2,500 kWh程度とされている。この電解工程がコストの大部分を占めており、社会情勢による電力価格の変動が製品価格に直結する構造となっている。本講義のグラフィカルアブストラクトにある「0.15～0.25 (kg-CO2/kg)」という数値は、製品1kgあたりの排出量を示している。これを1トンあたりに換算すると、150～250 kg-CO2/tとなる。この値は、使用する電力の電源構成や、製造プロセスにおける廃熱利用の効率によって変動する。 (3) 今回の授業とグループワークの復習を通して、イオン交換膜を用いた膜分離技術および電気化学プロセスの有用性と社会的なポテンシャルを再認識した。イオン交換膜は食塩水の電解による苛性ソーダ製造にとどまらず、多重効用蒸発装置との組み合わせによる省エネ型の製塩や、食品工業におけるホエイの脱塩、さらには水処理や医薬品の精製に至るまで幅広く応用されている。熱をかけて沸騰させる従来の分離手法に比べ、電気を用いた膜分離は環境負荷を抑えられる利点がある。工学を学ぶ学生として、単に高品質な物質を合成・分離するだけでなく、プロセス全体のエネルギー効率やライフサイクル全体でのCO2低減という視点を持って持続可能なものづくりを考えていきたい。
A. 授業では、Kに対応する金属イオンとしてNa?,Cl?,Li?,Mg??,Ca??があげられた。その中でもNa?とCa?が対応する金属イオンである。Na?やCa??は生体中のイオンチャネルで対応していることなどある。特にNa?について考えるとNaCl(岩塩)などがあげられ、人々は空気、海水、陸から分離することで資源を得ていることがわかる。そして分離するためにはエネルギーを活用し、電気エネルギーを得るためには二酸化炭素を排出する。 グループワークでは、二酸化炭素排出計数について調べた。グループ名は『都市ガス』で、共著作者は齋藤考裕、佐藤裕周で、役割は概念化と調査であった。私たちの班では大阪ガスの天然ガスから都市ガスを生成する際の二酸化炭素排出計数を調べ、2.09 tCO?/千m?であった。これは環境省が発表しているものであり、基準値内であると思うが、これが良いのか悪いのかは分からなかった。 個人の発展として、2.09 tCO?/千m?がどのくらいかについて考えた。地球上の二酸化炭素濃度は423.9ppmであるが、比較対象として限定箇所での分散と地球上全体での分布について比較しようとしていたためできなった。しかし、調べていく中で即座に分散するため濃度の偏りや急激なCO?増加などの問題は発生しないことがわかった。
A.（１）第3回授業では、「３ボルト が生み出す洗剤と水素―電気化学工業―」について学んだ。授業では、生体内においてナトリウムイオンやカリウムイオンだけでなく、マグネシウムイオンやカルシウムイオン、塩化物イオンなどが重要な役割を果たしており、生命維持には食塩（NaCl）が欠かせないことを学んだ。また、日本には塩湖が存在しないため、塩は海水から製造する必要があり、従来は塩釜を用いてかん水を煮詰める方法が利用されていたことを理解した。さらに、化学工業では混合よりも分離の方が難しい操作であり、海水から塩を取り出すためには高度な分離技術が必要であることを学んだ。その代表例として電気透析が紹介され、イオン交換膜を利用してイオンを選択的に移動させることで塩を分離する仕組みについて理解した。また、イオン交換膜には高分子材料が利用されており、燃料電池などのエネルギー技術とも関係していることを学んだ。さらに、蒸発缶による濃縮操作についても学び、塩の製造には電気化学と熱工学の両方の技術が利用されていることを理解した。 （２）演題「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」では、電気化学工業製品としてアルミニウムを取り上げ、その製造過程と環境負荷について調査した。アルミニウムはアルミナを原料として電気分解によって製造されることを学んだ。また、アルミニウム1トンを生産するためには約13,000～15,000kWhもの電力が必要であり、電力消費や炭素電極の反応によって大量の二酸化炭素が排出されることを理解した。グループワークでは、アルミニウム製造に伴う環境負荷を低減する方法について議論し、再生可能エネルギーの利用やアルミニウムのリサイクルが有効であるという意見が出された。また、炭素電極の代わりに不活性電極を用いる技術によって、将来的に二酸化炭素排出量をさらに削減できる可能性があることも学んだ。 （３）復習では、塩という身近な物質が生体機能だけでなく、化学工業やエネルギー技術とも深く関わっていることを改めて確認した。特に、塩の製造には電気透析や蒸発缶といった高度な技術が利用されており、化学工学において分離操作が重要な役割を果たしていることを理解した。また、アルミニウム製造の事例から、工業製品の生産には多くのエネルギーが必要であり、その過程で環境負荷が発生することを学んだ。そのため、リサイクルの推進や再生可能エネルギーの活用など、持続可能な社会の実現に向けた取り組みが重要であると考えた。今回の授業を通して、化学技術と環境問題を関連付けて考えることの重要性を学ぶことができた。
A.①動物の神経でカリウムイオンと対になって必要となるのはナトリウムイオンである。これは食塩がらえることができ、食塩は縁故または岩塩から得ることができる。日本では海水から塩を得ていた。瀬戸内では雨が少なく、水が蒸発させやすい耐えm、塩の生産が盛んであった。工業的製法では、電気透析を使う。これにはイオン交換膜が用いられ、希釈食塩水と濃縮食塩水が得られる仕組みになっている。アルカリについて、昔は灰汁を使っていたが、今では水酸化ナトリウムを使うことが多い。これも電解によって得られる。 ②ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について調べた。苛性ソーダの合成には1tあたら約2200?2500kWhの電力が必要である。ソーダ石（石灰石）では、二酸化炭素の排出係数は440（kg/t）であることがわかった。 ③電気透析には陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を用いる。海水の電気透析では、陰イオンである塩化物イオンは陰イオン交換膜を通過できず、陽イオンであるナトリウムイオンは陽イオン交換膜を通過できない。アノードとカソードの間にイオン交換膜を交互に置くことで、イオンが集まった濃縮食塩水とイオンがほとんどない希釈食塩水をつくることができる。
A.①生物が生きていくために、カリウムやナトリウムイオン、塩化物イオンなどが重要である。よって人にとって食塩は重要であり、日本では主に海水から得られる。このように無機工業化学では、海水や空気など自然界に存在する資源を利用する。塩の製造では、混ぜることは容易だが分離することは難しいとされている。昔は海水を砂浜にまいて水分を蒸発させ、濃縮したかん水を作り、それを煮詰めて塩を得ていた。現在の製塩では、海水を濃縮する際にイオン交換膜が使われている。それは、電解工業にも広く応用されている。 ②グループワークではソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようについて班名都市ガス、地主葵、佐藤裕周と共に私は調査として大阪ガスについて調べた。LNGから都市ガスを作るときの排出係数として令和7年の状況として起訴排出係数2.09t、CO?/千m?であることが分かった。 ③塩を作る工程で昔は砂浜で水分を蒸発させたのち、かん水を煮詰めることで作っていたが現代では濃縮公邸でイオン交換膜を用いている、このイオン交換膜は塩分を濃縮するといったことからタンパク質溶液から塩分を取り除くといった食品や衣料の分野に応用できると考えた。また、電気透析という方法で海水や工業用水から不純なイオンなどを取り除き、純水を作る事にも役立てられていることが調べて分かった。
A.今回の講義ではボルトが生み出す肥料と食糧について学んだ。食塩は重要な資源でり、電気分解することによって塩素や水素、苛性ソーダなどが得られる。食塩水を工業的に濃縮する際にはイオン交換膜から各イオンの電荷の違いを応用することで濃縮され、膜には耐久性向上のためにテフロン(フッ素化ポリマー)が用いられていることを知った。 グループワークではソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数をテーマに高度さらし粉について調べた。調べた結果、高度さらし粉を1トン製造するための二酸化炭素排出係数は3.5トンだと分かった、これは石灰石の熱分解や食塩水の電気分解による塩素製造や乾燥・粉砕・輸送の過程で排出されるすべての過程で生成される二酸化炭素排出量である。 ソーダ工業におけるイオン交換膜の重要性について学んだ。現在においてもイオン交換膜がソーダ工業において重要視されているのは、その効率の良さと水銀を使わないことによる環境への影響のなさである。イオン交換膜はイオンの膜への透過性を用いた食塩水の電気分解法であり電力消費の節電や、水銀を用いないため環境への悪影響が少なく現在でも重宝されていることが分かった。
A.①塩をとることの重要性、イオン交換膜の構造式のフッ素化ポリマーを多く使用する傾向から使用量を減少させる傾向変化した。 ②電気分解について発表していた。 ③電気化学工業製品について調べることで、私たちの生活を支える化学製品の製造には非常に多くの電力が必要であることを知った。特にアルミニウムの製造では、1トン作るだけでも大量の電気を消費し、多くの二酸化炭素が排出されることに驚いた。また、普段何気なく使っているアルミ缶や工業製品の裏側では、大規模な電気化学反応が利用されていることが分かり、電気化学工業が現代社会を支える重要な技術であると感じることが出来た。 一方で、便利な製品を作るほど環境への負荷も大きくなるため、再生可能エネルギーの利用やリサイクルを進めることが大切だと考えた。特にアルミニウムはリサイクル時の消費電力が少ないため、資源の再利用が環境問題の改善に大きく役立つと感じた。
A.①日本の塩づくりには、海水を濃縮するためにイオン交換膜を用いたイオン交換膜透析法が広く使われている。 日本は周囲を海に囲まれているが、気候が多湿で塩田に適さないため、効率よく塩、NaClを取り出す技術が発展した。この方法では、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に並べ、電気を流して海水を処理する。陽イオン交換膜は Na+ などの陽イオンだけを、陰イオン交換膜は Cl- などの陰イオンだけを通す性質を持つ。これにより、特定の区画にナトリウムイオンと塩化物イオンが濃縮され、 効率的に濃い塩水を作ることができる。資源の少ない日本において、この電気透析技術は純度の高い塩を安定して生産するための重要な基盤となっている。 ②070【平常演習】③ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう グループ名なし グループの人 小野朋夏、後藤嗟良、千葉綾乃、長谷部心紀 苛性ソーダを例に挙げる。製品1トン当たりの製造には、イオン交換膜法で約2,100～2,500kWhの電力を要する。これに伴うCO_2排出量は、電力由来の負荷を含めると約1トンに達する。 削減には、まず電源を再生可能エネルギーへ転換し、発電時の排出を抑えることが不可欠だ。また、酸素陰極法などの新技術導入により、消費電力自体を約3割削減する試みも有効である。排出されたCO_2を回収・再利用するCCUS技術の確立も含め、エネルギーの低炭素化と省エネの両面からアプローチする必要がある。 ③日本の塩づくりでは、多湿な気候で塩田に適さない背景から、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に並べて電気を流すイオン交換膜透析法が発展した。これによりナトリウムイオンと塩化物イオンが効率よく濃縮され、純度の高い塩の安定生産が実現されている。 また、苛性ソーダの製造においては多くの電力を要し大量のCO2排出を伴うため、再エネへの電源転換や、消費電力を約3割削減する酸素陰極法などの新技術導入が重要となる。さらにCCUS技術の活用も含め、省エネと低炭素化の両面から排出削減を進める必要がある。
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A.水を熱分解するには2500℃という極限の高温が必要とされるが、電気エネルギーを利用した電解プロセスによれば、わずか数ボルトの電圧で室温においても効率的に電気分解が可能となる。加熱や加圧といった従来の単位操作のみでは製造が困難であったカセイソーダや塩酸、漂白剤などの基礎化学薬品は、この電解技術によって身近な製品として社会に普及した。電気化学工業は、本来ならば膨大な熱エネルギーを要する化学反応を低電圧で進行させることを可能にし、現代の生活や産業を支える多種多様な化成品を効率的に供給する重要な役割を担っている。 演題「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」を〔グループ（共著者：後藤瑞良、千葉暖乃、長谷部心紀、加藤美羽、小野朋夏）で取り組んだ。カセイソーダ1tの生産に必要な電力量が約2100～2500kWh/tであり、ほぼ同等量である約0.9～1.1t/tの二酸化炭素が大気中に排出される実態を検証した。私はこの共同創作において、電解プロセスのエネルギー消費量と環境負荷の関係性を評価する「概念化（Conceptualization）」の役割を果たし、脱炭素化に向けた再生可能エネルギー導入の重要性を学んだ。 授業後の復習として、電気透析を支える技術と工業的応用について個人で考察を深めた。現代の製塩ではイオン交換膜を用いた電気透析装置で海水の塩分を省エネルギーで濃縮し、減圧下で効率よく水蒸発を行う多重効用蒸発装置を組み合わせることで食塩を結晶化させている。電気透析は加熱を伴わない高度な分離技術であり、製塩にとどまらず食品工業での乳清の脱塩や調味液の精製、排水再利用や医薬品の精製など広範な分野で応用されている。持続可能な環境技術として、膜分離プロセスが秘める高いポテンシャルを強く実感した。
A. 本講義では、「3ボルトが生み出す洗剤と水素―電気化学工業―」をテーマに、食塩水の電解によって得られる苛性ソーダや塩素、水素などの生成プロセスと、それらが現代の化学工業において果たす重要な役割について学習した。わずか3V程度の電圧を用いた電気化学反応によって、洗剤の原料となる苛性ソーダやクリーンエネルギーとしての水素が効率的に製造される仕組みを理解した。また、その原料となる「海から塩をつくるプロセス」について、日本の環境に適したイオン交換膜法や蒸発濃縮技術など、海水から高純度の塩化ナトリウムを採取・精製する工学的なアプローチについて学びを深めた。 課題およびワークショップでは、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数についての調査と分析を行った。食塩水電解プロセスは多量の電気エネルギーを消費するため、製造過程における電力由来のCO2排出量が製品全体の環境負荷に大きく影響することをデータに基づいて整理した。単に製品の利便性や経済性だけを見るのではなく、原料から最終製品に至るライフサイクル全体での環境影響（カーボンフットプリント）を評価する重要性について班内で議論を重ねた。 復習として、電気化学技術が化学物質の製造だけでなく、脱炭素社会に向けた省エネルギー化やエネルギー変換技術とも密接に関連していることを再認識した。今後は、物質変換のプロセス評価において環境負荷やエネルギー効率という工学的な視点を常に持ち、持続可能な化学工業のあり方を模索していきたい。
A. 講義では、神経伝達物質についての話があった。カリウムイオン、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオンは神経伝達における重要な物質である。そのなかのナトリウムイオンと塩化物イオンが結合したものは、岩塩の主成分である塩化ナトリウムである。海水から塩を作る方法として分離法が用いられていた。また、海水を濃縮するためには蒸発缶が用いられた。 「電気化学工業製品を1トンあたりを生産するのに必要な電気量と、生産によって大気中に放出される二酸化炭素の量を調べよう。」という設問について、グループワークでは、電気化学工業製品に苛性ソーダを選び、苛性ソーダ1トンあたりを生産するのに必要な電力量と生産によって大気中に放出される二酸化炭素を計算した。また、大気中の二酸化炭素を減らすにはどうすれば良いか議論した。苛性ソーダは1トン生成するのに必要な電気量は2500kWhであった。二酸化炭素は1kWhあたり0.483kg生成されるので、苛性ソーダを1トン生成すると0.483×2500＝1207.5kgであり約1.2トン生成される。また、苛性ソーダは食塩水を電気分解して製造される。生成物として苛性ソーダの他に塩素や水素が生産される。大気中の二酸化炭素を減らすためにどうしたらいいか議論したところ、クリーンな電力の採用が適切であるという結論に至った。理由は製造プロセスに使用する電力を太陽光や風力、水力などの再生可能エネルギーに切り替えることで二酸化炭素の排出が減らすことができると考えたからだ。 授業外では、上記の他にどのような方法があるのか調べた。調べてみるとガス拡散電極法というものがあった。それは、陰極から発生する水素を酸素に反応させることで電解電圧を約3割下げることができるという方法であった。これは消費電力自体を大幅に削減できるため、次世代の電解技術とも期待され、さまざまな製造に応用できるのではないかと考えた。
A.(1) 授業では体内のイオンの役割と、食塩（NaCl）の工業的製法について学んだ。海水からイオン交換膜（フッ素化ポリマー）と電気透析を用いて塩分を濃縮する技術を知ると同時に、こうした工業製品の製造には多大な電気エネルギーが必要であり、その過程で二酸化炭素が排出される課題を学習した。製造プロセスの効率化とエネルギー問題の解決は切り離せない関係であり、技術者として持続可能性を考慮する重要性を理解した。 (2) グループワークでは、カセイソーダ（水酸化ナトリウム）を製造する際のCO2排出量について調査し議論した。調べた結果、製品1kgあたり約0.938～0.983kgのCO2が排出されるという具体的なデータを確認した。工業生産において電気エネルギーの使用は不可欠であるが、それが地球環境に与える負荷の大きさを数値として実感し、製造効率の向上や脱炭素に向けたプロセス改善の必要性について意見を交換した。 (3) 現代の工業製品は電気をはじめとするエネルギーの消費なしには成り立たないが、環境情勢を鑑みると従来の製法をそのまま続けることには大きなリスクがあると感じた。既存の製造プロセスに依存するだけでなく、CO2排出を抑える新しいアイデアやエネルギー効率を高める革新的な技術を模索することが今後の工業に求められている。将来は環境負荷を最小限に抑えつつ、必要な価値を提供できる持続可能な技術を作り出すことへに挑みたいと感じた。
A.①講義の再話 本講義では、ソーダ工業が現代社会を支える基幹産業の一つであり、苛性ソーダや塩素、水素などの製造を通して多くの工業製品の原料を供給していることを学んだ。現在主流となっているイオン交換膜法では、多くの電力を消費して塩化ナトリウム水溶液を電気分解するため、製品の品質向上とともに省エネルギー化も重要な課題となっている。また、工場で消費する電力の発電方法によって二酸化炭素排出量が大きく変化することから、製造工程だけではなく、電力供給まで含めた環境負荷を考える必要があることを学んだ。化学工業では製品の性能だけでなく、エネルギー効率や温室効果ガス排出量も重要な評価項目となることが印象に残った。 ②発表の要旨 発表では、ソーダ工業で製造される苛性ソーダを例に、生産時の電力量と二酸化炭素排出量について調査した内容が紹介された。イオン交換膜法では製品1トン当たりおよそ2,000?2,500kWh程度の電力を消費するとされており、電力の供給源によって二酸化炭素排出量も変化する。火力発電への依存が大きい場合には排出量も増加するため、再生可能エネルギーや原子力発電などの利用割合が環境負荷低減に大きく影響することが説明された。また、設備の高効率化や電解槽の改良、省エネルギー技術の導入によって消費電力を削減する取り組みも進められていることが紹介され、工業製品を評価する際には品質だけでなく、ライフサイクル全体で環境負荷を考えることの重要性が示された。 ③復習の内容 講義後に復習を行い、ソーダ工業は私たちの生活に欠かせない製品を生産している一方で、多くの電力を必要とする産業であることを改めて理解した。特に、同じ製品であっても使用する電力の種類によって二酸化炭素排出量が大きく変化することから、製造工程だけを見るのではなく、エネルギー供給まで含めた視点が必要であると感じた。また、今後は再生可能エネルギーの利用拡大や設備の高効率化によって、環境負荷をさらに低減できる可能性があると考えた。化学工業は経済活動を支える重要な産業であるが、持続可能な社会を実現するためには、省エネルギー技術や二酸化炭素排出削減技術の開発を継続していくことが重要であると学んだ。本講義を通して、化学製品を評価する際には性能だけでなく、環境への影響も含めて総合的に考える姿勢が必要であることを理解することができた。
A.本授業では、「3ボルトが生み出す洗剤と水素」というテーマを通して、電気化学工業の仕組みとその社会的意義について学んだ。特に、食塩水の電気分解によって水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、塩素、水素が生成されるソーダ工業は、比較的低い電圧（約3V程度）で進行する反応でありながら、現代社会に不可欠な化学製品を大量に生み出している点が印象的であった。水酸化ナトリウムは洗剤や紙・繊維の製造に利用され、塩素は消毒やプラスチック（PVC）製造に、水素はエネルギー源や化学原料として活用される。このように、わずかな電圧エネルギーから多様な製品が得られることは、電気化学の大きな特徴であり、その有用性を理解することができた。 また、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について調べることで、化学工業と環境問題の関係についても考えた。ソーダ工業自体は主に電力を用いるプロセスであり、直接的なCO?排出は比較的少ないとされるが、使用する電力の発電方法によって間接的な排出量が大きく左右される。例えば、火力発電由来の電力を使用した場合は排出係数が高くなり、再生可能エネルギーを用いた場合は低く抑えられる。このことから、同じ化学製品であっても、その製造過程全体を通じて環境負荷を評価する必要があると感じた。 さらに復習として、電気化学工業はエネルギーと物質変換を結びつける重要な分野であり、効率性と環境負荷の両立が求められていることを再認識した。特に近年では、水素エネルギーの利用拡大が注目されており、電気分解によるクリーンな水素製造技術の重要性が高まっている。一方で、大量の電力を必要とするという課題もあるため、再生可能エネルギーとの組み合わせや効率向上が今後の鍵になると考えられる。 本授業を通して、身近な製品である洗剤の背後に高度な電気化学技術が存在することを理解し、化学工業が社会と環境の両面に与える影響について深く考えることができた。今後は、こうした視点を持ちながら、持続可能な技術のあり方について主体的に学び続けていきたい。
A.(1)イオン交換膜の例のテフロンは撥水性をもち、CO2排出により電気を流して使用する。これはイオン交換膜法ソーダ電解槽に使われて、濃縮したNaOHを煮詰めて蒸発させて分解させる。こうした分解は塩の製造にも適用される。工業化学の始まりである大気と海水は日光浴でかん水を作り、飴の降らない場所で乾燥させる。日本では瀬戸内が該当し、瀬戸内海産の塩が市場に出回っている。 (2)ソーダ工業製品とはNaClを原料として電解により製造され、苛性ソーダ(NaOH)、Cl2、H2、Na2CO3が代表的である。紙・パルプ、ガラス、洗剤、化学繊維、水道の殺菌剤など幅広い産業の基礎原料として使われる。このうち、塩素のCO2排出係数は電力会社によって製造に用いる電力は異なるが、イオン交換膜法にて電力使用量が主な排出の要因になる。2024年度の全国平均は約0.000423+-CO2/kWhとなった。 (3)イオン交換膜法は電気透析を支える技術にも適用される。溶液中の目的物を選択的に分離・濃縮することで海水の淡水化、食塩製造、調味料の減塩・精製に使われ、人間の食卓を支える存在となっている。
A.①講義では、古代で人類が山菜を食べるとき、えぐみの強い山菜に灰汁を加えてアルカリとえぐみのもとである酸を中和させて食べていたということから、化学について学んだ。また、昔は海水を蒸発させてさらに煮詰めて作っていた塩も、現代では電気透析装置によって化学的に塩の成分を濃縮させて効率良く生産するということから、電気化学工業の便利さとそれにかかるエネルギーについて学んだ。 ②発表では、2023年に塩が生産された量から、かかる電気エネルギーの量について計算したところ、膨大なエネルギーがかかっていたことが分かった。 ③復習として、塩の生産は昔と今で効率は段違いであり、電気化学工業の便利さについて良く分かったが、電気を使う以上エネルギーもそれなりにかかるということを改めて感じることができた。
A.イオン交換膜について説明します。イオン交換膜は、特定のイオンのみを選択的に通過させる膜で、電気透析などでイオンの分離や脱塩に利用されます。塩を作るさい、海水を濃縮させるのに電気透析を使います。塩化物イオンは陽イオン膜を通過できないため、濃縮することができます。また、苛性ソーダの製造にも使用されます。電流の分だけ苛性ソーダが生成されます。代表的なイオン交換膜は膜にフッ素化ポリマー出できています。 グループワークでは苛性ソーダの二酸化炭素排出量について調べました。苛性ソーダの二酸化炭素排出量は約1.6tであり、主な要因は製造プロセス(イオン交換膜法)での電気分解における電力消費によるものです。苛性ソーダの二酸化炭素排出量は使用する電力の二酸化炭素排出係数に依存しています。 授業で学んだことのうち、塩の作り方について調べました。海水から塩を作るには、まず海水を濃縮して「かん水」を作ります。日本では天日だけでは濃縮しにくいため、電気透析法が用いられています。これは、イオン交換膜と電気を利用して、海水中のナトリウムイオンや塩化物イオンを集め、効率よく濃い塩水を得る方法です。その後、かん水を加熱して水分を蒸発させることで塩の結晶を取り出し、精製して食塩を作ります。
A.本授業では「塩」を得るためにはどうすればよいのかについて考えた。日本は海で塩を得ており、濃縮させるために砂浜を冠水で煮詰める電気透析といった方法が挙げられる。電気透析では陰イオンであるCl?と陽イオンであるNa?の交換膜を交互に組み合わせ、プラス電位を持つアノード、マイナス電位をもつカソードを両サイドに設置することで希釈食塩水と濃縮食塩水を生成することができる。しかしこれは大量の電気を使うに伴い、二酸化炭素排出量も多くなってしまう。この問題を解決させるためにまず、ソーダ工業の苛性ソーダを例として二酸化炭素排出量を予測した。 当議論は、グループ名「かばーい」でメンバー「24512650 文隨 楓」「24512380 鏡 凜奈」「24512866 菅原 優南」「24512413 稲村 清香」「24512323 ?橋 璃和」で行い、私は資料作成係として参加した。苛性ソーダの製造には1㎏あたり約1.5?2.5㎏の二酸化炭素を排出する。これは食塩水の電気分解で生産するため、電力が大きくなる。現在の日本の発電方法として最も用いられているものが火力発電である。この発電方法を、再生可能エネルギーを用いた発電に転換させることで二酸化炭素排出量を大きく減らすことができると考えられた。 議論の結果、再生可能エネルギーを用いて発電方法を用いることが二酸化炭素排出量を減らす改善策であるという結果が得られたが、私は再生可能エネルギーにも大きなデメリットがあると考える。その例として天候に左右されることによる発電の不安定さ、広大な設置場所の確保が必要となること、発電コストが高いことなどが挙げられる。このような問題がある中で、二酸化炭素排出量を削減したいという一つの理由のみで再生可能エネルギーを用いた発電をすることは避けるべきだと考える。
A. 第3回の授業では、「ボルトが生み出す洗剤と水素」というテーマのもと、電気化学工業が生活を支える仕組みについて学んだ。ナトリウムイオンと塩化物イオンは神経伝達に不可欠で、人間の生命維持に直結する重要なイオンであることを知った。また、日本では海水からかん水を煮詰めて濃食塩を得る方法が使われ、海外では岩塩が主な供給源であることも理解した。食塩水を濃縮する際には陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置してイオンを分離し、苛性ソーダは電解によって製造される。身近な塩や洗剤の裏側に、電気化学の技術が深く関わっていることを実感した。 私たちの班は、ソーダ工業製品の中でも塩素を対象に二酸化炭素排出係数を調べた。塩素は食塩水の電解によって水酸化ナトリウムや水素と同時に生成されるため、塩素単体の排出係数は記載されていなかった。そこで、電解工程で消費される電力に着目してCO?排出量を推定した。イオン交換膜法では塩素1tを生成するのに約2500kWhが必要で、排出量は約1.2～1.3tとなる。議論を通して、塩素製造には多くの電力が使われ、環境負荷も小さくないことを共有し、電気化学工業の省エネ化が重要だという結論になった。 授業後の復習では、電気化学工業に関連する製品としてアルミの陽極酸化処理を調べた。アルミニウムは電解によって酸化皮膜を形成し、耐食性や装飾性を高めることができる。この処理には電圧や電流密度の調整が不可欠で、電気化学の知識が直接応用されていることを理解した。また、処理工程で使用される電力や薬品が環境負荷に影響する点から、製造プロセスの最適化が重要だと感じた。
A.３－１）講義内容の再話 第三回の授業では、塩の製法を軸に電気化学工業や電気透析について学んだ。岩塩はNaClも構図からなり、海水から塩を作るためには、分離の操作が重要になる。また、カチオン交換膜としてスルホン酸基（-SO??）やカルボン酸基（-COO?）が使われる。―（ＣＦ－ＣF）n―、ここでテフロンは重要な基材、補強材として使用されている。テフロンの優れた耐熱性や耐薬品性を活かし、燃料電池や水電解などの過酷な環境に耐える膜が実現されている。また、カセイソーダの製法、カチオン交換膜の機能についても学んだ。 ３－２）発表 ソーダ工業製品の二酸化炭素の排出係数について調べた。苛性ソーダ(カセイソーダ)を製造する際に、年単位で49.7万トンの二酸化炭素を排出する。また、苛性ソーダを1トン生産するために必要な電力量は、一般的に約2,100～2,500 kWh程度であり、電解槽での直流電力では約2,100kWh必要であり、ポンプや蒸発の工程などを含んだ総電力約2,400～2,500 kWhが必要となっている。苛性ソーダを生産する限り必ず二酸化炭素は発生してしまう。そのため、可能な限り、二酸化炭素を出さないためにクリーンな電力である再生可能エネルギーをできるだけ使うことが二酸化炭素の削減に繋がっていくはずである。また、二酸化炭素排出係数は国土交通省によると年単位で1.148 t-CO2 / tであった。 ３－３）復習 今回の授業の復習を通して、日本における電気透析とか性ソーダは、技術的には世界最高水準にあるものの、エネルギーやコスト、環境の面で深刻な課題に直面していると感じた。まず、か性ソーダについて、か性ソーダは食塩水を電気分解して製造されるが、日本の製造業の縮小やエネルギー情勢により様々な問題に直面している。か性ソーダの製造は「電気の缶詰」と呼ばれるほど大量の電力を消費し、日本は欧米や中国に比べて産業用電気料金が極めて高いため、コスト面での国際競争力が著しく低下している。電気透析技術では、イオン交換膜と電気を使って水中の塩分や特定イオンを分離する技術である。海水淡水化や廃水処理、資源回収で期待されるが、初期投資の高さに問題がある。特殊な陽イオン膜、陰イオン膜を何百枚も積層するシステムの構造上、イオン交換膜そのものの製造コストが高く、プラント建設時の初期投資が重い負担となっている。
A.
A.(1)古来、食塩は岩塩からとる方法や日本では海水から分離させてとる方法が有名であるが、現代では海水の電気透析によって得られる。塩化ナトリウム水溶液を電気分解し、苛性ソーダ、塩素、水素を生成する電気化学工業プロセスがある。陽極と陰極を隔てる「イオン交換膜」を用いるイオン交換膜法は、陽イオンのみを選択的に透過させることで、高純度な苛性ソーダを効率よく安全に製造する技術である。このプロセスは紙・パルプや化学品製造の原料供給を支え、現代の素材産業において軸となる役割を果たしている。 (2)ワークショップ課題として、ソーダ工業製品の塩素生成に必要な電力量・二酸化炭素の排出量について調査した。グループ名はなく、共著者は荒川琴音、佐野愛莉で私は課題の調査とまとめを担当した。イオン交換膜法で溶液１Lあたり必要な電力量は約2500kWh/t、排出される二酸化炭素量は約0.5kg/kWhより約1250㎏であると判明した。 (3)授業の復習として、食塩水の電気分解における陽極（塩素発生）と陰極（水素・水酸化物イオン発生）での電極反応式とイオンの移動挙動について調査した。食塩水の電気分解（イオン交換膜法）では、食塩の水溶液に約3Vの電圧を加えて反応を起こす。陽極反応では飽和食塩水側で塩化物イオンが酸化され、塩素ガスが発生する。陰極反応では水溶液中の水分子が還元され、水素ガスと水酸化物イオンが生成する。イオンの移動挙動では陽極で余剰となったナトリウムイオンは、イオン交換膜を透過して陰極側へ移動する。陰極室で生成した水酸化物イオンと結合することで、高純度な苛性ソーダが得られる。この反応は食塩電解槽などとして工業的に様々な製品に活用されている。その理由として、自然から得られる物質を原料にできる、環境への影響が少ない、といった利点があるからではないかと考察した。
A.①海水から資源を得る際、成分を混ぜるよりも分離することに莫大なエネルギーを要する。かつての煮詰める製法から、電気の力でイオンを移動させる電気透析法や、カチオン交換膜を用いた高度な分離技術へと進化を遂げた。テフロン骨格にカルボン酸を導入しナトリウムイオンを取り込む機能性高分子膜の役割を理解し、電気化学を用いた選択的分離が近代工業の発展を支えてきたのだと講義を通じて再話する。 ② 「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」について、石井響、神山結菜、田中心優、小野絵里香で話し合いを行った。グループ名「イオン」、私はCRediTにおけるWriting ? original draft（原案執筆）の役割を担当した。ソーダ工業の基幹である食塩電解について、不純物を除去した食塩水をイオン交換膜電解槽で電気分解し、陽極で塩素、陰極で水素と水酸化ナトリウムを生成する仕組みを検討した。得られた生成物は塩化水素の製造などに広く活用され、一つの工程から複数の有用物質を同時に得る重要なプロセスであるとまとめた。 ③ 電解槽で生成した水酸化ナトリウムの濃縮に用いられる蒸発缶や、高分子固体電解質などのイオン伝導性材料について個人で考察を深めた。水分を蒸発させて濃縮する工程や、ポリエチレンオキシド等の機能性材料の応用は、エネルギー効率の面で極めて重要である。材料の化学構造と電気化学的反応が融合して成り立つソーダ工業の全体像を把握し、化学工学における分離・濃縮プロセスの意義を実感した。
A.ソーダ工業は、食塩を原料として各種アルカリおよび塩素化合物を製造する、化学工業の根幹をなす基礎産業。歴史的には灰汁から抽出した炭酸カリウムや炭酸ナトリウムが洗浄やガラス製造に用いられていたが、現代では食塩を化学的に変換することで大量供給が可能となっている。 ソーダ灰工業はアンモニアソーダ法（ソルベー法）などを用い、ガラス製造や洗剤の原料となるソーダ灰を合成している。 電解ソーダ工業は食塩水を電気分解するプロセス。陰極側で主製品である苛性ソーダと水素が発生し、陽極側で塩素が発生する。 塩素誘導体・製品おして、発生した塩素や副生成物からは、塩酸や殺菌・漂白剤として使われる次亜塩素酸ソーダ、高度さらし粉が製造される。また、塩素は塩ビ樹脂（PVC）の合成原料としても不可欠である。 かつて植物の灰汁に頼っていたアルカリ資源は、食塩を起点とする現代のソーダ工業へと発展した。苛性ソーダや塩素は、紙・パルプ、繊維、ガラス、鉄鋼、樹脂に至るまであらゆる製品の基盤を支えている。
A.①電気化学工業は、電気エネルギーを利用して化学製品を製造する工業である。海水中の食塩を電気分解すると、苛性ソーダ、水素、塩素が得られ、これらは洗剤や紙・パルプ、ガラス、塩化ビニル樹脂などの原料として利用される。また、イオン交換膜を用いた電気透析では海水を濃縮して製塩を行うほか、淡水化にも利用される。さらに、水の電気分解は電気エネルギーを化学エネルギーへ変換する重要な技術として注目されている。 ②水の電気分解では、電流を利用して水を水素と酸素に分解する。水素1kgの製造には約50?55kWh、1トンでは約5万?5.5万kWhの電力が必要である。電気分解そのものではCO?を排出しないが、火力発電由来の電力を用いると多量のCO?が発生する。そのため、再生可能エネルギーの利用や電気分解装置の高効率化、省エネルギー化、CO?回収・再利用技術の導入が重要である。 ③電気透析装置は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を利用し、電圧によって海水中のイオンを移動させて塩分を濃縮する装置である。一方、多重効用蒸発装置は蒸気を繰り返し利用し、真空下で低温蒸発を行うことで省エネルギーに食塩を結晶化する。電気透析は製塩だけでなく、食品の脱塩や工業排水処理、地下水の淡水化、化学工業でのイオン分離・回収など幅広い分野で活用されている。
A.①本内容では、海水からの塩の分離や濃縮にイオン交換膜が利用され、電位勾配によりナトリウムイオンや塩化物イオンが移動する仕組みを学んだ。また、食塩電解はソーダ工業の基盤であり、多大な電力を消費するためエネルギー資源との関係が非常に深い。電力の多くは石油などの化石燃料に依存しており、近年の資源高騰や二酸化炭素排出の問題から、エネルギー使用量の見直しやプロセスの効率化の重要性が強く指摘されている。 ②ディスカッションの内容として、ソーダ工業の苛性ソーダ生産では、製品1kgあたり約1.5から2.5kgの二酸化炭素が排出されることが挙げられた。これは食塩水の電気分解を行う際に大量の電力を消費することが主な原因である。特に発電方法が火力発電に依存している場合は二酸化炭素の排出量が多くなるが、今後は再生可能エネルギーを積極的に活用することで、排出量を効果的に削減できる仕組みとなっている。 ③本日の復習として、これまでに学んだ化学工学の基礎やソーダ工業のプロセスに加え、電気透析に関する理解を深めた。電気透析を支える中心的な技術は、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置した構造と、直流電流による電気泳動の組み合わせである。両端に電圧を加えてイオンを効率よく移動させ、特定のイオンのみを選択的に透過させることで、溶液の迅速な脱塩や濃縮を実現している。薬剤による複雑な再生操作を必要とせず、持続的な分離・精製を行える点が大きな特徴である。
A.(１）講義内容の再話 第3回講義では電気化学工業と分離技術を学んだ。多湿で塩湖のない日本において、生命維持や工業に不可欠な塩を海水から濃縮するため、陽・陰イオン交換膜に電気を流す電気透析技術が発展した。カセイソーダは食塩水の電気分解（イオン交換膜法）で製造され、副産物の塩素や水素と共に基礎化学品として生活を支える。高分子材料を用いたイオン交換膜など、電気化学と熱工学が化学工業の基盤であると理解した。 （２）ワークショップ課題の発表要旨 課題ではソーダ工業製品の排出係数や環境負荷を調査した(渡邊巧、志摩勇成、會田龍真、齋藤龍人、自身はリソースを担当)。カセイソーダ等に加え、塩素と水素の合成により製造される「塩酸」を取り上げた。塩酸の製造には大量の電力が要求され、排出係数は0.15～0.25 kg-CO?/kgであり、コストも社会情勢により大きく変動することを提示した。環境負荷の低減には、エネルギー消費を抑える新技術の導入や、再生可能エネルギーによる電力の低炭素化が不可欠だと結論づけた。 （３）復習の内容 塩という身近な物質が生命機能や工業・エネルギー技術と深く関わることを再認識した。化学工学において混合より分離の操作が重要であり、イオン交換膜等の高度な分離技術が活躍している。また製品生産に伴う莫大な電力・環境負荷を踏まえ、機能の追及だけでなくライフサイクル全体での環境負荷低減が求められる。持続可能な社会の実現に向け、化学技術と環境問題を常に紐づけて考える姿勢を養っていきたい。
A.生体内では、ナトリウムイオン（Na?）や塩化物イオン（Cl?）が、浸透圧の維持や神経伝達などに関与しており、生命活動において不可欠な役割を果たしている。そのため、これらを含む食塩（NaCl）は人間にとって必要な物質である。食塩は海水から得ることができるが、海水中の濃度はそれほど高くないため、効率的に濃縮・分離する技術が重要となる。現在では、海水中の食塩の濃縮に電気透析法が利用されている。この方法では、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置し、電場をかけることでイオンを移動させる。陽イオン交換膜はNa?を通す一方でCl?を通さず、陰イオン交換膜はCl?を通す一方でNa?を通さない性質をもつ。この選択的な透過性を利用することで、食塩を効率よく濃縮することが可能となる。また、イオン交換膜には耐久性や耐薬品性が求められるため、テフロンやカルボキシ基を有するフッ素化ポリマーなどの高分子材料が用いられている。 演題：「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」グループ名：かばーい(?橋璃和、鏡凛奈、文隨楓、菅原優南)役割：Conceptualizationソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数についてワークショップを行った。ソーダ工業として苛性ソーダの二酸化炭素排出量について調べたところ、１ｋｇあたり約1.5?2.5㎏の排出であった。苛性ソーダは食塩水の電気分解で生産するため、大きな電力が必要になる。電力は火力発電からくるため、二酸化炭素の排出量が多くなる。この改善策として二酸化炭素の排出量の少ない再生可能エネルギーを利用することが考えられる。 電気透析は、イオン交換膜と直流電流を用いて水溶液中のイオンを選択的に分離・脱塩・濃縮する膜分離技術である。電気透析を支える重要な技術として、イオン交換膜が挙げられる。膜には高いイオン選択性だけでなく、長時間使用に耐えられる耐久性や耐薬品性も求められる。現在では、テフロンに代表されるフッ素系高分子や、カルボキシ基などの官能基を導入したフッ素化ポリマーが用いられている。これらの材料は化学的に安定で劣化しにくく、効率的なイオン輸送を可能にしている。また、高分子材料の改良によってエネルギー消費の低減も進められており、電気透析技術の発展を支えている。
A.（１）動物の神経伝達物質はカリウムイオン、ナトリウムイオン、そして塩化物イオンである。これらは体内で自力で作り出すことができないため、外部から補う必要がある。ここで必要なものが塩である。この回では塩の生成について学んだ。 まず塩は塩湖や岩からとってくる。しかし日本にはそのどちらもないため、海水を利用した。砂浜に濃い海水をまき、太陽の熱で水分を蒸発させる。それを煮ると塩が取れる。この方法で雨の降らない地域で塩づくりが行われていた。 現在では太陽光にさらさなくても、電気泳動により塩を濃縮することができる。イオン交換膜を隔てて通電させることで塩が電離して取り出すことができる。この過程には加水ソーダが利用されるため、食塩製造はソーダ工業と呼ばれている。 （２）佐野さん、川村さんでワークショップを行い、私は主に調査・提案を担当した。テーマはソーダ工業で作られる工業製品を挙げ、製造に必要な電力量を求めるというものだった。私たちは塩素を例に挙げた。塩素はイオン交換膜法により製造され、１ｔあたりに必要な電力量は約2500kWh/tである。また、その時に排出する二酸化炭素の量は約1.2ｔから1.3ｔである。 （３）海水を利用して塩田を作り、塩を取っていたという話を聞いて、約10年前に見た朝ドラ「まれ」を思い出した。炎天下で砂浜に海水を撒いているシーンを見て不思議に思った記憶がある。当時は小学校低学年だったため母親に塩づくりについての解説をされながらもあまり気に留めずに見ていたが、今回の授業を受けてまた改めてそのシーンを見返したくなった。
A.1. 水を熱分解して水素と酸素に分解するには約2500℃もの高温が必要であるが、電気を利用した電気分解では室温でも乾電池を2つ直列につなぐ程度の電圧で反応を起こすことができる。また、電気化学工業では、この原理を利用して塩素や苛性ソーダ、水素などの化成品が製造されており、私たちの生活や産業を支えている。 2. ソーダ工業における二酸化炭素排出係数は、一般的に約0.93?0.98 kg-CO?/kg製品とされている。特に苛性ソーダや塩素を製造する電解法では大量の電力を消費するため、発電方法がCO?排出量に大きく影響する。電力消費量は約3600 kWh/tであり、排出量の大部分は電力由来である。そのため、省エネルギー化や再生可能エネルギーの導入が排出量削減に重要であり、製品1 kg当たり約1 kgのCO?が排出されると考えられる。 3. 講義を通して、電気化学は少ないエネルギーで化学反応を進められる効率的な技術であり、多くの化学製品の製造に利用されていることを学んだ。一方で、電気化学工業は大量の電力を必要とするため、環境への影響も大きいことが分かった。今後は、省エネルギー技術や再生可能エネルギーの活用が、持続可能な化学工業の発展に重要であると感じた。
A.（1）本日の講義では、生体内におけるカリウムに対抗する元素の働きや、製塩技術の国際的な違いについて学びました。日本が海水から塩を分離して採取しているのに対し、他国では岩塩から採掘するなど、地理的条件による違いが興味深かったです。また、イオン交換膜法に関連して、p169に記載されているフッ素化ポリマー構造を持つカチオン交換膜の仕組みについても理解を深めました。さらに、かつてのバブル期には電気や石油をふんだんに使うエネルギー多消費型の背景がありましたが、バブル崩壊に伴いエネルギー効率の見直しが進み、「あまり使わないほうがよい」という省エネルギーや環境負荷低減を重視する考え方へと大きくシフトしていった経緯についても考察しました。 （2）本日の発表では、ソーダ工業における二酸化炭素排出量の問題と、その削減に向けた取り組みについて考察した。ソーダ工業は食塩の電解などを基幹とするためエネルギー多消費型の産業であり、大量の電力使用に伴う二酸化炭素の排出が長年の課題となっている。近年では、地球温暖化対策やカーボンニュートラルの要請を受け、消費電力を大幅に削減できるイオン交換膜法への完全移行や、プロセス全体の省エネルギー化が一段と推進されている。また、電源自体の脱炭素化として再生可能エネルギーの活用も模索されている。このように、基幹素材を安定して供給しつつ、環境負荷を低減する持続可能な生産体制へとシフトしていくことが、これからのソーダ工業において極めて重要であることを確認した。 （3）本日の復習として、電気化学工業と温室効果ガスの関係についてまとめた。食塩を原料とするソーダ工業では電解により苛性ソーダや塩素などの基礎物質が作られ、広範な産業の基幹を支えている。しかしこのプロセスは多大な電力を要し、二酸化炭素排出の要因となっている。温室効果ガス対策や環境負荷低減に向けたあり方をしっかりと意識していきたい。
A.電気化学工業について学びました。電気化学工業では、塩であるNaClを例にして、海水からNaClを生成する工程で応用されているものでありました。海水に含まれる成分から分離し、濃縮する工程に関して電気化学工業が使用されていました。海水を太陽熱で濃縮させてかん水を作り、このかん水に濃縮された塩成分を煮ることで水分を飛ばし、イオン交換膜という特定のイオンとのみ吸着、透過を行う選択膜からNa+とCl-をそれぞれ陽極と陰極を交互に設置し電気を流すことで分離させNaClを生成していることがわかりました。また電解に灰汁を使用し、アルミニウムやラップフィルム、石油などもこれらの電気化学工業により応用され生成されていました。ソーダ灰を使用するため、CO2の排出量を係数として工業に使用されていました。 ワークショップでは、電気化学工業のひとつであるソーダ工業について発表しました。ソーダ工業はCO2を排出する電気化学で、消費電力とCO2排出量からソーダ工業のCO2排出慮う係数として使用され、大量のCO2を排出するため削減ポテンシャルが650トン/年にまでなることが結論として出ました。 復習では、アルミニウムの電解精錬においてどの程度の電力を消費するかについて、アルミニウムでは1kgを製造するのに14kWhが必要であり、だいたいビール缶を一本製造するのには約0.2kWhとなり莫大な電気量を消費することがわかりました。電気代を減らすにはこのアルミニウム製造におけるリサイクルなどで一からつくることを減らすことが重要であることが分かりました。
A.1. 授業の再話 復習として、灰汁の主成分であるK?CO?や肥料の三要素N・P・Kが取り上げられた。塩(NaCl)とペアになっている生体内の神経伝達に関わる物質としてNa・Clが挙げられ、NaClの英語saltは、給料を意味するsalaryの語源になっているという説明があった。 海水から塩をつくる方法として、まず「分離」による岩塩の採取が紹介された。かつては瀬戸内地方が製塩に適していたとされ、その理由は雨が少なく砂浜での天日干し(かん水・煮沸)がしやすかったためである。 現代における海水濃縮の方法としては電気透析が用いられ、Na?は陽イオン交換膜、Cl?は陰イオン交換膜をそれぞれ選択的に透過することで濃縮が行われる。膜の耐久性を高めるため、テフロンに代表されるフッ素樹脂が利用され、末端にカルボン酸基を導入してNa?を選択的に取り込むよう設計されている。灰汁による脱脂の話から、工業的に水酸化ナトリウムを得る方法として食塩電解が紹介された。電解とは外部からエネルギーを加えて酸化還元反応を強制的に起こすことであり、陰極側でH?とNaOHが、陽極側でCl?が生成するということが分かった。 2. 発表の要旨 テーマ：イオン交換膜法による食塩電解 メンバー：石井響、神山結菜、田中心優、小野絵里花 食塩電解はイオン交換膜を用いて行われる。陽極側にはNaCl水溶液を供給し、Cl?が酸化されてCl?が発生する。陰極側では水が還元され、2H?O+2e?→H?+2OH?の反応によりH?とOH?が生成する。このとき、陽極側のNa?は陽イオン交換膜を通って陰極側へ移動し、生成したOH?と結合することでNaOHとなる。 この食塩電解には多量の電力が必要であり、HCl換算で1,000~1,500 kWh/t、CO?排出量に換算すると400~900 kg-CO?/tにのぼる。なお、HCl自体はH?とCl?を直接反応させて製造するため、その工程自体の電力消費は小さいが、原料となるCl?・H?は食塩電解由来であるため、CO?排出の大部分は食塩電解の工程に起因していた。 3. 復習 イオン交換膜と対比される概念として、化学的な「半透膜」について調べた。半透膜は溶媒分子は通すが、溶質分子やイオンは通さない、あるいは特定のサイズ以下の分子のみを選択的に透過させる膜であり、浸透圧や逆浸透膜による海水淡水化技術の基礎となっている。イオン交換膜はこの半透膜の性質をさらに発展させ、膜中に固定されたイオン性官能基によって特定のイオンのみを選択的に通過させる点が特徴であり、授業で扱われたNa?選択的な陽イオン交換膜はその代表例である。
A.ソーダ工業と食塩電解について学んだ。岩塩は海水から分離して得られ、砂浜では海水を濃縮したかん水を煮詰めて食塩を作っていたことを学んだ。また、ハーバー・ボッシュ法や、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に用いたイオン交換膜法について理解した。イオン交換膜にはテフロンなどの高分子材料が用いられ、食塩電解ではカチオン交換膜を利用してカセイソーダを製造することを学んだ。さらに、食塩電解ではアノードとカソードを用いた電解槽で水酸化ナトリウムの濃度を高め、蒸発缶で濃縮することや、電力を多く消費するため二酸化炭素排出との関係も重要であることを学んだ。 グループワークでは、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について調べた。カセイソーダ1トンを生産するためには約2000?2500kWhの電力が必要であり、その過程で約1?2トンの二酸化炭素が排出されることが分かった。そこで、大気中の二酸化炭素を減らすための方法として、再生可能エネルギーを利用して製品を製造することや、生産時に排出される二酸化炭素を回収・貯留する技術を活用することが有効であるという結論になった。 溶鉱炉で加熱された鉄の温度について調べた。鉄は温度が上昇すると赤、橙、黄、白の順に色が変化し、赤色で約900℃、黄色で約1300℃、白色で約1600℃になることを知った。また、鉄の温度は赤外線放射温度計を用いて非接触で測定でき、物体表面から放出される赤外線の量を測定することで温度を推定する仕組みであることを理解した。
A.
A.今回の講義では、電気エネルギーを利用して化学反応を起こす電気化学工業について学んだ。代表例として食塩水の電気分解が紹介され、約3Vの電圧を加えることで塩素、水酸化ナトリウム、水素を製造できることを理解した。水酸化ナトリウムは洗剤や紙、繊維の製造、塩素は消毒剤や塩化ビニルの原料、水素は燃料電池や化学工業の原料として利用されている。また、海水から食塩を得る際には、天日で海水を濃縮してから電気分解を行うことでエネルギー消費を抑える工夫がされていることも学び、電気化学工業が私たちの生活を支える重要な産業であると理解した。 私たちの班は、アルミニウムの製造と水素製造に必要な電力量について発表した。アルミニウムは電気分解によって製造されるため、1トン当たり約14,000?15,000kWhもの電力を必要とする。また、水素の製造にはさらに多くの電力が必要で、約50,000?55,000kWhを消費することを紹介した。さらに、食塩水の電気分解は約3?3.5Vで反応が進み、電流効率は95?98％と高いことも説明した。電気化学工業は大量の電力を消費する一方で、洗剤やアルミニウム、水素など社会に欠かせない製品を生み出しており、今後は省エネルギー化や再生可能エネルギーとの組み合わせが重要になることを学んだ。 復習では、自然科学と工業科学の関係について改めて考えた。自然科学では、電気によるイオンの移動や酸化・還元反応など、電気分解の原理を理解することが基礎となる。一方、工業科学では、その原理を活用して塩素や水酸化ナトリウム、水素、アルミニウムなどを効率よく安全に大量生産する技術を開発している。また、生産効率を高めながら電力消費を削減する工夫や、再生可能エネルギーを利用した環境負荷の少ない水素製造なども重要な課題である。今回の講義を通して、自然科学によって得られた知識が工業科学によって実用化され、私たちの生活や産業を支える技術へと発展していることを深く理解することができた。
A. この講義では資源として液体を用いる工業について学んだ。本講義では資源として取り扱う液体として海水が挙げられた。海水から塩を取り出す方法について海水から塩を取り出す技術は製塩と呼ばれ、現在の日本では主にイオン交換膜法と蒸発・結晶化を組み合わせて行われている。まず、海水に電気を流し、イオン交換膜を利用してナトリウムイオン（Na?）と塩化物イオン（Cl?）を集め、濃い食塩水（かん水）を作る。次に、このかん水を加熱して水分を蒸発させると、塩の濃度が高まり、やがて塩化ナトリウムが結晶として析出する。この結晶を回収・乾燥することで食塩が得られる。この技術は、イオンの移動や蒸発、結晶化といった自然科学の原理を工業的に応用したものである。日本は降水量が多く湿度も高いため、天日だけで塩を作ることは効率が悪い。そのため、イオン交換膜法を利用することで短時間に大量の食塩を安定して生産できるようになり、現在の食塩製造を支える重要な技術となっている。 発表としてはカセイソーダの二酸化炭素排出量について調べた。カセイソーダ（水酸化ナトリウム）は、主に食塩水を電気分解するクロルアルカリ法によって製造される。この製造工程では、反応そのものから二酸化炭素（CO?）はほとんど発生しない。しかし、大量の電力を必要とするため、その電力が火力発電など化石燃料由来である場合には、発電時に多くのCO?が排出される。そのため、カセイソーダの製造に伴うCO?排出量の大部分は、電力消費に起因している。近年では、製造設備の省エネルギー化や高性能なイオン交換膜の導入により、電力使用量の削減が進められている。また、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用することで、製造時のCO?排出量をさらに低減する取り組みも進んでいる。このように、カセイソーダの製造では、電力の効率的な利用と脱炭素化が環境負荷を低減する重要な課題となっている。2016年時点では、カセイソーダの製造で1トン当たり1.006トンの二酸化炭素が排出されている。 復習としては電気透析について調べた。電気透析とは陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を組み合わせ水溶液を濃縮、希釈する方法である。多重効用蒸発装置とは食塩水の濃縮などに使われる方法で、加熱されて出た蒸気を次の加熱に再利用して行うものである。電気透析によって製造される工業製品には乳児用粉ミルクが挙げられる。これは乳児用粉ミルクの脱塩に電気透析が用いられている。
A.①講義の再話 講義では、わずか三ボルトという低い電圧が、化学工業においてどれほど大きな意味を持つかが示された。特に、食塩水（NaCl）を電気分解することで、洗剤の原料となる水酸化ナトリウム、消毒や漂白に使われる塩素、そしてエネルギー源として注目される水素が得られる仕組みが説明された。海水から塩を取り出し、それを溶かして電解するという流れは、自然資源を化学的に再構成する典型的なプロセスである。講義では、アノードとカソードの役割、イオン交換膜によるイオンの選択的移動、そして電解効率や抽出量が工業生産において重要であることが強調された。三ボルトという身近な電圧が、文明を支える化学物質を生み出す原動力となっている点が印象的であった。 ②発表の内容 ・1900年には、アドレナリンの結晶化・抽出に成功し、強心剤や止血剤として利用されるようになった。現在では、アナフィラキシー治療薬である「エピペン」にも応用されている。 ・黒部川の豊富な水力発電を活用して、アルミニウムの製造が行われた。 ③復習の内容 復習では、食塩水の電気分解がどのような化学的原理に基づいているかを整理した。アノードでは塩素が発生し、カソードでは水素が発生し、溶液中には水酸化ナトリウムが生成するという反応の流れを理解した。また、イオン交換膜がナトリウムイオンだけを通し、塩素イオンを遮断することで、生成物を分離しながら効率的に取り出せる仕組みを確認した。海水から塩を得て、それを蒸発・分離し、電解に利用するという一連のプロセスは、自然物質を人為的に再構成する化学工業の特徴をよく表している。三ボルトという小さな電圧が、洗剤や水素といった生活と産業を支える物質を生み出すことを理解し、電気化学工業が現代社会の基盤であることを再認識した。
A.(1)今回の講義では、塩の製造方法、イオン交換膜、電解技術、そして鉄の製造工程について学んだ。まず、食塩は海水から作られており、日本では岩塩がほとんど採れないため、海水を利用して濃縮し、電気透析によって濃い食塩水を得る方法が用いられていることを学んだ。電気透析では、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置し、電圧をかけることでNa?とCl?をそれぞれ選択的に移動させ、一部の部屋では食塩水を濃縮し、別の部屋では脱塩する仕組みである。このような膜は必要なイオンだけを通す性質を持ち、省エネルギーで海水を濃縮できる重要な技術である。また、鉄の歴史と製造方法についても学んだ。人類は石器時代から青銅器時代、鉄器時代へと発展し、現在でも鉄は社会を支える代表的な材料である。鉄は鉄鉱石とコークスを高炉に投入し、約1500℃の高温で還元反応を行うことで銑鉄が得られる。その後、転炉で酸素を吹き込み、炭素などの不純物を除去することで鋼が製造される。このような製鉄工程によって大量生産が可能となり、建築、自動車、機械など幅広い分野で利用されていることを学んだ。 (3)今回の講義を受けて、無機化学工学が私たちの生活を支える技術と深く関わっていることを実感した。特に、日本では岩塩がほとんど採れないため、海水から食塩を製造していることや、その際に電気透析という高度な技術が使われていることが印象に残った。イオン交換膜は単純な仕切りではなく、特定のイオンだけを通す特殊な性質を持つ高分子材料であり、その材料設計が工業技術を支えていることを理解できた。
A.【講義の再話】 第3回の講義では、海水を原料とするソーダ工業について学んだ。日本では雨が多く、天日による塩づくりが難しいため、現在はイオン交換膜と電気を用いて海水中のナトリウムイオンと塩化物イオンを濃縮している。濃い食塩水を電気分解すると、陽極では塩素、陰極では水素と水酸化物イオンが生じ、ナトリウムイオンが膜を通過することで水酸化ナトリウムが得られる。膜によって生成物の混合を防ぎ、純度の高い製品を効率よく製造できることを理解した。 【発表の要旨】 演題「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」、グループ名「イオン」、共著者｛小野絵里花、神山結菜、石井響、田中心優｝、私の役割「Investigation」 発表では、食塩電解には大量の電力が必要であり、発電方法によって二酸化炭素排出量が変わることを取り上げた。排出量の削減には、再生可能エネルギーの利用に加え、電解装置の効率を高め、消費電力を減らすことが重要であるとまとめた。 【復習の内容】 復習では、イオン交換膜の役割とソーダ工業製品の用途を整理した。膜はナトリウムイオンを選択的に通し、陽極側の塩素と陰極側の水酸化ナトリウムが混ざることを防いでいる。得られた水酸化ナトリウムは紙や洗剤の製造に、塩素は樹脂原料や消毒に利用される。ソーダ工業は生活を支える一方で電力消費が大きいため、製品の安定生産と環境負荷の低減を両立させる必要があると考えた。
A.
A. この回では、電気化学工業について学習しました。 電気化学工業で生産されている食品の代表例は塩です。塩は、古い製造方法では瀬戸内海の海水を砂浜でかん水を煮ることで濃食塩が得られることが分かりました。かん水は塩分濃度がとても高い塩です。現在、日本で行われている海水の濃縮は電気透析により行われており、食塩は、濃縮液を蒸発させて作られます。 また、灰汁（カセイソーダ）が脱脂に使われることも学びました。現在では電解で電気を使うことが当たり前になり、アルミホイルやラップフィルムもこの方法で製造されています。 授業最後のグループワークでは、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べました。調べた結果、カセイソーダは1ｔ生産するにあたり0.5?0.8ｔの二酸化炭素の排出がある、間接的な二酸化炭素の排出量が多い工業製品であることが分かりました。また、製品1tあたりを生産するにあたり2,500 kWhのエネルギーが必要であるとわかりました。 大気中の二酸化炭素を減らすには、生産に係る二酸化炭素量を減らし、植物による二酸化炭素吸収を促進させることが必要だと考えます。製品を生産する際には二酸化炭素排出量を考慮し、エネルギー効率を最も高くできるように技術開発をすることが重要であると考えられます。
A.（１）第3回授業では、生体内でナトリウムイオンやカリウムイオンに加え、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、塩化物イオン等が重要な役割を担っており、生命維持には食塩（NaCl）が不可欠であることを学んだ。日本には塩湖が存在しないため塩は海水から製造せざるを得ず、従来は塩釜でかん水を煮詰める方法が用いられてきた。化学工業では混合よりも分離のほうがはるかに困難な操作であり、海水から塩を取り出すには高度な分離技術を要する。その代表例が電気透析であり、イオン交換膜を用いてイオンを選択的に移動させ塩を分離する仕組みを理解した。イオン交換膜には高分子材料が使われ、燃料電池等のエネルギー技術とも関連が深い。蒸発缶による濃縮操作についても学び、塩の製造には電気化学と熱工学の双方の技術が結集していることを理解した。 （２）演題「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」では、電気化学工業製品としてアルミニウムを取り上げ、製造過程と環境負荷を調査した。アルミニウムはアルミナを原料として電気分解により製造される。1トン生産するために約13,000～15,000kWhもの電力を要し、電力消費と炭素電極の反応により大量の二酸化炭素が排出される。グループワークでは環境負荷低減策を議論し、再生可能エネルギーの活用やアルミニウムのリサイクルが有効であるとの意見が挙がった。炭素電極を不活性電極に置き換える技術によって、将来的にさらなる二酸化炭素排出削減が期待できることも学んだ。 （３）復習では、塩という身近な物質が生体機能のみならず化学工業やエネルギー技術とも深く結びついていることを再確認した。塩の製造には電気透析や蒸発缶といった高度な技術が用いられ、化学工学における分離操作の重要性を理解した。アルミニウム製造の事例からは、工業製品の生産には多大なエネルギーを要し、その過程で環境負荷が生じることを学んだ。ゆえにリサイクルの推進や再生可能エネルギーの活用など、持続可能な社会実現への取り組みが重要であると考えた。今回の授業を通し、化学技術と環境問題を結びつけて考える姿勢の大切さを学んだ。
A.
A.① 私たちが毎日使う洗剤や石鹸の背景には、わずか3ボルトの電圧が起こした化学のイノベーションがある。塩水を電気分解することで、洗剤の原料となる苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）と、クリーンエネルギーである水素を同時に生み出すソーダ工業だ。この産業を支える中核技術が、イオンだけを効率よく通す「電気透析」やイオン交換膜の技術である。たった数ボルトの小さなエネルギーでも、それをプラント規模に集積すれば、社会を支える大量の基礎化学品に化ける。一方で、この製造プロセスにおける二酸化炭素排出係数を意識することも現代の課題だ。 ② 「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」を演題として取り上げた。役割は調査を行った。グループ名はソーダで共同著者は長谷部心紀、後藤瑳良、小野朋花、加藤美羽である。 かせいソーダのーだの１ｔあたりの電力量は、約2100?2500ｋＷｈ/ｔでる。また、二酸化炭素の排出量は約0.9?1.1ｔ/ｔである。これはほぼ同じ量の二酸化炭素排出量であると結論づけた。 ③ 電気透析を支える技術を調べた。電気透析装置はイオン交換膜と電気の力を利用して、海水中のイオンを分離する装置である。装置内には陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が交互に配置されており、電圧をかけることでナトリウムイオンは陰極側へ、塩化物イオンは陽極側へ移動する。このとき、それぞれのイオンは対応する膜のみを通過するため、ある区画ではイオンが集まり濃い塩水となり、別の区画ではイオンが減少して純水に近い水となる。これにより、海水は濃縮液と希釈液に分離される。この方法は加熱を必要とせず、エネルギー効率が高い点が特徴である。製塩工程では、まずこの電気透析によって海水の塩分濃度を約3%から15%程度まで高める。これにより、後の蒸発工程に必要なエネルギーを大幅に削減することができる。 多重効用蒸発装置は、蒸発の際に発生した蒸気を次の蒸発工程の熱源として再利用する仕組みを持つ。具体的には、最初の蒸発缶で発生した蒸気を次の缶の加熱に利用し、これを複数回繰り返すことで、少ないエネルギーで効率的に水分を蒸発させることができる。また、装置内は減圧状態に保たれているため、水の沸点が低下し、さらに省エネルギー化が図られている。この工程によって塩水の濃度は大幅に上昇し、最終的に食塩が結晶として得られる。 電気透析によって製造される工業製品は、食品分野では、醤油や乳製品の減塩処理に用いられ、風味を損なうことなく塩分のみを調整することが可能である。医薬・化粧品分野では、アミノ酸や有効成分の精製に利用され、高純度な製品の製造に貢献している。また、水処理分野では海水の淡水化や工業排水の再利用に用いられ、環境保全にも役立っている。さらに化学工業においても、金属イオンの回収や電解質の分離などに応用されている。
A.① 本講義では、電気化学工業の基礎と、その技術が私たちの生活や産業を支えていることについて学んだ。水は熱分解するためには約2500 ℃という高温が必要であるが、電気分解を利用すれば常温付近でも水素と酸素に分解できることから、電気エネルギーを利用した化学反応の有用性を理解した。また、食塩電解による塩素や苛性ソーダ、水素の製造、溶融塩電解によるアルミニウムの製造など、電気化学工業の代表的な例について学んだ。さらに、海水は食塩だけでなく、ソーダ工業や発電などさまざまな産業の基礎資源として利用されていることも説明された。 ② 発表では、電気化学工業で製造される代表的な化学製品とその用途についてまとめた。食塩の電気分解によって得られる塩素、苛性ソーダ、水素は、紙・パルプ、繊維、洗剤、漂白剤、塩化ビニル樹脂などの原料として利用されている。また、電解精製による銅の高純度化や、溶融塩電解によるアルミニウム製造など、電気分解が工業で重要な役割を果たしていることを学んだ。 ③ 復習を通して、電気化学工業は電気エネルギーを利用して化学反応を進める重要な産業であることを再確認した。特に、海水から得られる食塩がソーダ工業の原料となり、さまざまな基礎化学品へ加工され、多くの工業製品に利用されていることを理解した。また、電気分解や電解精製は資源の有効利用や持続可能な社会にも関わる重要な技術であり、今後も化学工業との関わりを意識しながら学んでいきたい。
A.第3回の講義では、電気エネルギーを利用して化学製品を生産する電気化学工業について学んだ。水を熱分解するには2500℃もの高温が必要であるが、電気分解を利用すれば常温でも水素と酸素を得られることが紹介された。また、食塩水の電気分解によって塩素や苛性ソーダ、水素が製造され、これらが洗剤や漂白剤、紙、繊維製品など幅広い産業を支えていることを理解した。電気の力によって従来の加熱や加圧だけでは得られなかった化学製品を生み出せることが、電気化学工業の大きな特徴であると感じた。 発表では、海水を原料とするソーダ工業と電気分解の仕組みについて説明した。日本では岩塩資源が乏しいため、海水を濃縮して食塩を得ており、その食塩から苛性ソーダ、塩素、塩酸などの重要な工業薬品が生産されている。また、電気量と生成物の量を結びつけるファラデーの法則についても取り上げた。電気は目に見えないが、キロワットアワーという単位で測定することで物質の生産量と関連付けられる。電気分解はエネルギーを化学物質へ変換する代表的な技術であり、現代社会の基盤を支える重要なプロセスであることを示した。 復習を通して、食塩が単なる調味料ではなく、化学工業を支える重要な原料であることを理解した。海水から得られた食塩はソーダ工業の出発点となり、紙やガラス、繊維、樹脂など多くの製品につながっている。また、アルカリの歴史は古く、人類は灰汁を利用して生活を豊かにしてきたが、産業革命以降はソーダ灰や苛性ソーダへと発展したことも学んだ。さらに、過電圧や分解電圧といった電気化学の基礎概念が、生産効率やコスト削減に直結することを知り、電気化学工業の重要性を改めて認識した。
A. 今回の授業では、海から塩を作る技術について学んだ。具体的には、アノードとカソードを利用し、電解製錬をする事によって、電気分解を行い、塩を創り出している。この技術は、古い時代、塩田を利用し、塩を作っていたことを踏まえると、先進的かつ、効率的な技術であると言えるだろう。この技術の発展は、日本の産業に、良い影響をもたらしたと言えるだろうと考える。 発表の要旨について、具体的な内容は、都市ガスの作成時に必要な排出係数について学習を行った。班名は都市ガス、班員は、地主葵、齋藤考裕であり、自身の役割は調査であった。具体的に、LNGから都市ガスを作る際の排出係数は令和七年の調査において、2.09tCO2/千?となっていた。これについて、都市ガスの作成に必要な排出係数は高い値をとっておりエネルギーの生産についてはそういった効率についても考えて行かなくてはならないと考えた。 復習については、電気透析について調べた。具体的には、イオン交換膜を利用し、アノードとカソードにそれぞれ分離する事によってイオン交換を実現している。使用される分野については、塩や薬品の精製を行うことが出来るというものになっている。この技術は、さらに発展形として、多重効用蒸発装置が存在しており、これは、蒸発の際の熱を利用することで、濃縮の効率化を図ろうとするものである。これについて、装置の効率化が工業化の要であるため、こういった発展形についての知識をより深めていくことが、工業を学ぶ上で大切になると考える。
A.①第3回の講義では、塩化ナトリウム（NaCl）を手がかりとしてソーダ工業および電気化学工業について調査した。外国では岩塩が主な供給源であるが、日本では海水を蒸発させて塩を作ってきた。降水量の少ない瀬戸内地方での製塩から始まり、現代の量産プロセスではテフロンやカルボン酸をもつカチオン交換膜などのイオン交換膜や電気透析を用いた分離技術が導入されている。イオン交換膜法の応用例である苛性ソーダは、電気分解によって製造されるため電気も材料となることがわかる。繊維製造時の脱脂などで多用される苛性ソーダを通じ、現代の工業製品が大量の電力消費に依存している状況がわかる。 ② グループワークの演題はソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようで、グループ名は火星人、共著者は小林明久里、近藤果音であり、私はデータ管理として参加した。苛性ソーダに着目して環境負荷の分析を行った。苛性ソーダ1トンを生産するために必要な電力量は2300から2500kWhに達し、その製造プロセスに伴って大気中に排出される二酸化炭素の量は990から1075kgに及ぶことがわかった。苛性ソーダは生産時における間接的な二酸化炭素排出量が非常に多い工業製品であり、その環境負荷は電力を生み出す発電方法に直結しているため、製造に伴う二酸化炭素排出量を低減させるためには、石油による火力発電から、再生可能エネルギーを活用した発電形態へ速やかに移行することが必要であると考えられる。 ③復習を通じて、電気化学工業におけるエネルギー供給構造と持続可能性の課題について考察しました。1960年代以降、日本の産業界は豊富な電気と石油を大量消費することで、アルミニウムやラップフィルム、苛性ソーダといった基礎素材の量産化を実現してきた。しかし、日本はエネルギー資源に乏しく、為替変動や情勢変化のあおりを受けやすい弱点を持っている。基礎化学品を生産する上で電気が不可欠であるからこそ、生産プロセスの省エネルギー化だけでなく、使用する電力そのものをクリーン化していく視点が重要であると考える。
A.① 講義の再話 本講義では、電気化学を利用した工業技術の発展と、電気エネルギーによって生み出される化学製品について学んだ。特に、わずか3ボルト程度の電圧によって、水や塩化ナトリウムなどの物質から、洗剤の原料や水素などの重要な工業製品が製造されていることについて理解した。 電気化学工業とは、電気エネルギーを利用して化学反応を起こし、必要な物質を製造する産業である。その代表例として食塩電解が挙げられる。食塩水を電気分解することで、水酸化ナトリウム、塩素、水素を製造することができる。水酸化ナトリウムは紙や繊維、洗剤などの製造に利用され、塩素は塩化ビニルなどの化学製品や消毒剤の原料となる。また、水素は燃料や化学工業の原料として利用されている。 食塩電解では、電極間に電圧をかけることでイオンの移動を制御し、目的とする物質を効率的に得ることができる。電気分解によって製造される化学物質は、私たちの日常生活に欠かせない製品の基盤となっている。 また、電気化学工業では大量の電力を必要とするため、エネルギー利用効率の向上や再生可能エネルギーの活用など、環境負荷を低減する取り組みも重要であることを学んだ。化学技術は単に物質を作るだけでなく、資源やエネルギーをどのように有効利用するかという課題とも深く関係している。 ? ② 発表の要旨 今回の講義では、電気化学によって作られる化学製品が、現代社会を支えていることを学んだ。特に食塩電解は、水酸化ナトリウム、塩素、水素という3つの重要な物質を同時に生産できる技術であり、化学工業において非常に重要な役割を持っている。 普段使用している洗剤や日用品の多くは、電気化学工業によって生み出された物質を利用して作られている。また、水素は将来のエネルギー源としても注目されており、電気分解による水素製造技術は、脱炭素社会の実現にも関係する重要な技術である。 3ボルト程度の小さな電圧から始まる電気化学反応が、大規模な工業生産や人々の生活を支えていることに驚いた。化学工業は、目に見えない反応を利用しながら社会に必要な製品を生み出していることを理解した。 ? ③ 復習の内容 今回の講義を復習し、電気化学は化学反応と電気エネルギーを結びつけることで、多くの工業製品を生産する重要な分野であることを学んだ。特に食塩電解によって得られる水酸化ナトリウム、塩素、水素は、洗剤、プラスチック、医薬品、エネルギー分野など幅広い用途で利用されている。 また、化学工業では製品の性能や生産量だけでなく、使用するエネルギーや環境への影響を考えることも重要であると感じた。現在の化学・バイオ工学では、効率的な反応プロセスの設計や環境に配慮した製造技術の開発が求められている。 電気化学工業は、身近な製品を支えるだけでなく、将来の水素エネルギー社会にもつながる技術であり、今後さらに発展していく分野であると理解した。
A.① 講義の再話 今回の授業では、ソーダ工業における電気化学の活用について学んだ。海水にはナトリウムイオンやカリウムイオン、塩化物イオンなどのさまざまなイオンが含まれており、これらは化学工業において重要な資源となっている。海水から食塩を効率よく回収するためには電気透析法が利用され、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を組み合わせることでイオンを選択的に移動させ、食塩を濃縮している。また、カセイソーダは食塩水を電気分解することで製造されており、現在ではイオン交換膜法が広く採用されている。この方法は高純度の製品を効率よく生産できるため、電気化学が化学工業を支える重要な技術であることを理解した。 ② 発表の要旨 発表では、カセイソーダの製造に伴う環境負荷についてグループで調査した。カセイソーダは食塩水の電気分解によって製造されるが、その過程では多くの電力を必要とするため、二酸化炭素の排出量も大きくなる。調査した内容では、カセイソーダ1トンを生産する際に約1.6トンのCO?が排出され、その大半は電力消費に起因していることが分かった。現在主流であるイオン交換膜法は、生産効率や製品の品質に優れている一方で、使用する電力の種類によって環境への影響が変わる。そのため、製造技術の改善に加えて、再生可能エネルギーなどの低炭素電源を活用することが重要であるという結論を発表した。 ③ 復習の内容 今回の授業と発表を通して、ソーダ工業が電気化学の原理を基盤として成り立っていることを改めて理解した。特に、イオン交換膜は特定のイオンのみを通過させる性質を持ち、食塩の濃縮だけでなく、さまざまな物質の分離技術にも応用されていることを学んだ。また、カセイソーダの製造では、主製品だけでなく塩素や水素も副産物として得られ、それらが化学工業において重要な原料として利用されていることも分かった。さらに、カセイソーダは洗剤や紙製品、プラスチックなど、私たちの身近な製品の製造にも広く使われており、生活を支える基礎化学品であることを実感した。今後は製品そのものだけでなく、製造時に必要となるエネルギーや環境への影響にも着目しながら、理解を深めていきたいと考えた。
A.①講義の再話 本講義では、海水からの製塩の歴史を踏まえ、大量の電気を用いて食料や洗剤の原料を作る現代の電気化学工業の仕組みと、その課題について学びました。かつては砂浜に海水を撒いて太陽光で蒸発させ、得られたかん水を煮詰めるという、多大な手間暇をかけて食塩を濃縮していました。しかし現代の電気化学では、大量の電気エネルギーを投入して食塩水を電気分解（電解）することで、洗剤の原料となるカセイソーダ（水酸化ナトリウム）を効率的に製造しています。このプロセスには、溶液の濃縮を行う蒸発缶などの高度な設備と、莫大な電気が不可欠であることを理解しました。 ②発表の要旨 電気化学工業製品であるアルミニウムとカセイソーダを対象に、生産１トンあたりの必要電力量と二酸化炭素（二酸化炭素）排出量を調査し、削減策を議論しました。アルミニウムの電解採取には約13,000～15,000kWhの電力が必要で約10～16トンの二酸化炭素が排出され、カセイソーダでは約2,200～2,500kWhの電力で約1.2トンの二酸化炭素が排出されます。議論の結果、排出削減には電解効率の向上や再生可能エネルギーへの転換、副生水素の有効利用に加え、大幅にエネルギーを削減できる「アルミニウムのリサイクル推進」が極めて有効であると結論付けました。 ③復習の内容全体を通じて、歴史的な製塩の苦労から現代の電解プロセス、そして各製品の製造に伴う環境負荷とその対策までを網羅して復習しました。電気を利用した物質の分離技術は、産業を支えるカセイソーダやアルミニウムなどの素材を大量生産できる反面、多大な電力消費と二酸化炭素排出という環境課題を抱えています。持続可能な社会に向けて、製造時の省エネ化や不活性電極の開発、そしてリサイクルの定着といった多角的なアプローチが電気化学工業において重要であることを深く学びました。
A.①講義の再話 第3回の講義では、ソーダ工業において電気化学がどのように利用されているかについて学んだ。海水にはナトリウムイオンやカリウムイオン、塩化物イオンなど多くのイオンが含まれており、これらは重要な資源となっている。海水から効率よく食塩を得るためには電気透析という方法が用いられ、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を利用してイオンを移動させることで塩を濃縮できる。また、カセイソーダは食塩水の電気分解によって製造されており、現在はイオン交換膜法が主流となっている。この技術によって高純度の製品を効率よく生産でき、電気化学が現代の化学工業を支える重要な役割を果たしていることを理解した。 ②発表の要旨 平常演習「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」では、カセイソーダの製造に伴う環境負荷についてグループで調査した。カセイソーダの製造には食塩水の電気分解が用いられるが、この工程では大量の電力を消費するため、多くの二酸化炭素が排出される。私たちが調べた結果では、カセイソーダ1トンの製造に対して約1.6トンのCO?が排出されるとされ、その大部分は電力消費に由来していた。現在主流のイオン交換膜法は高効率で高品質な製品を得られる一方、使用する電力源によって環境負荷が大きく変化する。そのため、製造工程の効率化だけでなく、再生可能エネルギーなど低炭素電源の活用が重要であるという結論を発表した。 ③復習の内容 講義と発表を通して、ソーダ工業が電気化学の原理によって支えられていることを改めて理解した。特にイオン交換膜は特定のイオンだけを選択的に通過させることができ、食塩の濃縮だけでなくさまざまな分離技術にも利用されていることを知った。また、カセイソーダの製造では主製品だけでなく塩素や水素も副産物として得られ、それらが化学工業の重要な原料となっていることが分かった。さらに、カセイソーダは洗剤や紙製品、プラスチックの製造など身近な製品にも広く利用されており、私たちの生活を支える基礎化学品であることを実感した。今後は製品の機能だけでなく、製造時のエネルギー消費や環境負荷にも注目しながら学びを深めていきたい。
A.【講義の再話】 第3回の講義では、電気エネルギーを利用して化学製品を製造する電気化学工業について学んだ。電気は目で見ることができないため、電力量という形で測定し、物質の製造に必要なエネルギーと関連付けて考えることが重要である。例えば、1 kWhの電力量によって製造できる物質の量や、それに伴って排出される二酸化炭素量を考えることで、電気と工業生産の関係を把握できる。また、化学実験で使用する硫酸銅、硫酸亜鉛、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどの無機化合物について、その性質や用途を確認した。さらに、酸と塩基の工業的な製造方法について学び、水酸化ナトリウムや塩酸は食塩水の電気分解によって製造されること、炭酸ナトリウムやアンモニア、硫酸、硝酸などもそれぞれ異なる工業的製法によって大量生産され、洗剤、肥料、ガラス、食品、鉄鋼など幅広い分野で利用されていることを理解した。 【発表の要旨】 平常演習では、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について調べた。ソーダ灰の主成分である炭酸ナトリウムは、ガラスや洗剤など多くの工業製品に利用されている。調査では、ソーダ灰1トンを製造する際には約2200?2500 kWhの電力が必要となる例があり、原料となるソーダ石灰石については、二酸化炭素排出係数が約440 kg-CO?/tであることを確認した。このことから、身近な化学製品の製造にも多くのエネルギーが必要であり、製造段階での二酸化炭素排出量を考慮することが重要だと分かった。 【復習の内容】 復習では、電気透析を支える技術について調べた。電気透析は、電圧をかけることで溶液中の陽イオンと陰イオンをそれぞれ反対方向の電極へ移動させ、イオン交換膜を利用して分離・濃縮する技術である。陽イオン交換膜は主に陽イオンを通し、陰イオン交換膜は主に陰イオンを通すため、これらを交互に配置することで特定の区画に塩類を濃縮できる。この技術は海水から塩分を濃縮する工程などに利用されている。今回の講義を通して、わずかな電圧であってもイオンの移動や化学反応を制御することができ、それを大規模な工業生産に応用することで、私たちの生活に必要なさまざまな化学製品が製造されていることを理解した。
A.今回の講義では、イオン交換膜について学んだ。イオン交換膜は特定のイオンだけを選択的に透過させる性質を持つ膜であり、食塩電解によるソーダ工業や燃料電池、水処理などさまざまな工業分野で利用されていることを理解した。膜を利用することで目的のイオンだけを効率よく移動させることができ、製品の品質向上や省エネルギー化にもつながる重要な技術であることを学んだ。 発表では、「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」というテーマについて調査した。化学製品を製造する際には多くの電力が消費され、その発電に伴って二酸化炭素が排出されることを説明した。また、製品1トン当たりの排出量や消費電力量などのデータから環境負荷を評価できることを紹介し、工業製品の製造には環境への配慮も重要であることを発表した。 今回の講義を通して、工業製品は性能や品質だけではなく、製造時の環境負荷についても考慮する必要があることを学んだ。イオン交換膜は省エネルギー化や効率的な製造に貢献する重要な技術であり、環境保全にも役立っていることが理解できた。今後は工業製品を見る際に、その製造方法や環境への影響についても意識したいと感じた。
A.(1)今回の講義では、食塩の製造方法と、その背景にある工業化学の仕組みについて学んだ。人間や動物の生命活動に欠かせない塩化ナトリウムは、日本では岩塩が少ないため海水から製造されている。特に重要なのが電気透析法であり、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を利用して海水を濃縮し、効率よくかん水を得る技術である。その後、蒸発缶で水分を除去することで食塩が作られる。この過程から、身近な食塩の製造にも電気エネルギーや高分子材料など多くの技術が関わっていることが分かる。また、電気透析や蒸発工程には大量のエネルギーが必要であり、電力消費や環境負荷についても考える必要がある。工業化学では、単に製品を作るだけでなく、資源・エネルギー・環境との関わりを理解することが重要であると学んだ。 (2)私たちのグループでは、苛性ソーダを例に挙げた。苛性ソーダ（NaOH）はソーダ工業を代表する製品の一つであり、紙・パルプ工業や化学工業、水処理など幅広い分野で利用されている。苛性ソーダの製造には主にイオン交換膜法による食塩水の電気分解が用いられ、この工程で大量の電力を消費する。そのため、二酸化炭素排出量は使用する電力の排出係数に大きく依存する。苛性ソーダ1 kgを製造する際の排出係数は約0.938 kg-CO?/kg、製品1 tあたりでは約1.6 t-CO?とされている。製造工程そのものよりも電力由来の排出が大きいため、再生可能エネルギーの利用拡大や省エネルギー化が二酸化炭素削減の重要な課題である。このことから、工業製品の環境負荷を考える際には、原料だけでなく製造に必要なエネルギーにも注目する必要がある。 （３）電気透析についてさらに調査した。電気透析は、イオン交換膜と直流電流を利用して水溶液中のイオンを分離・濃縮する技術である。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置し電圧を加えると、イオンが選択的に移動し、脱塩や濃縮を行うことができる。この技術は海水から食塩を製造する工程や、食品の脱塩、工業排水の処理などに利用されている。また、加熱や高圧を必要としないため、省エネルギーで環境負荷が小さい点も特徴である。近年は、資源回収やリチウム関連材料の製造など新たな用途への応用も進められており、持続可能な社会を支える技術として注目されている。
A.①講義では、電気分解を利用した電気化学工業について学び、わずか3ボルト程度の電圧でも塩化ナトリウム水溶液を電気分解することで、水素や塩素、水酸化ナトリウムなどの重要な工業製品を製造できることを理解した。また、これらの製品は洗剤や紙、医薬品、樹脂など幅広い産業で利用されており、電気化学工業が現代社会を支える基盤技術であることを学んだ。 ②発表では、電気透析や食塩電解を支える技術、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数について説明した。イオン交換膜は陽イオンと陰イオンを選択的に透過させることで、高純度の水酸化ナトリウムや塩素を効率よく製造できることを紹介した。また、ソーダ工業では大量の電力を消費するため、製造時の二酸化炭素排出量を削減するには、省エネルギー化や再生可能エネルギーの活用が重要であることを学んだ。 ③復習では、食塩電解の反応式や電気分解の原理について整理するとともに、イオン交換膜法が従来法より環境負荷を低減できる理由を確認した。また、水素や塩素、水酸化ナトリウムがさまざまな工業製品の原料として利用されていることを調べ、電気化学工業が私たちの生活を支える重要な産業であることを理解した。さらに、製造工程におけるエネルギー消費や二酸化炭素排出量について考え、環境負荷を低減する技術開発の重要性を学ぶことができた。
A.?本講義では、生命活動や現代の産業を支える重要物質である塩化ナトリウムや酸・塩基の製造プロセスと、それらを可能にする電気化学技術の役割について扱われた。生体内でカリウムイオンと対になって働くナトリウムイオンや塩化物イオンは、化学的に分離することが困難な物質だ。海外では塩湖から岩塩を容易に得ることができますが、岩塩資源の少ない日本では海水から塩を作り出す必要がある。そのため、日本ではテフロンやカルボン酸構造を持つフッ素化ポリマーの交換膜を利用した「電気透析」によって海水を濃縮し、高濃度となった塩分を回収する方法が用いられている。アルカリの歴史に目を向けると、古くは木や海藻を燃やした灰が蕨の灰汁抜きや土器での調理、和紙・繊維の製造に利用されていた。しかし、産業革命によって繊維の増産が進むと灰の供給が追いつかなくなり、ソーダ灰の製造法を経て、食塩水を電気分解するソーダ工業へと発展していった。従来の加熱や加圧といった単位操作だけでは合成できなかった苛性ソーダや塩素などの化学薬品は、電解を使うことで製造が可能となった。電気化学工業においては、乾電池直列接続のような室温での電解や、過電圧を小さく抑える技術が重要視される。また、ファラデー定数に基づいて電力と得られる物質の質量や価値を関連付け、エネルギー効率を考慮しながら工業生産が行われている。このように、塩の濃縮から電気分解による苛性ソーダの製造に至るまで、電気化学は身近な生活用品から工業薬品の生産まで幅広く貢献している。 ?「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」という演題に対して、グループ(火星人)の梅澤耀さん、近藤果音さんと共に議論した。私は、調査・執筆を行った。私たちの班では、カセイソーダの生産過程での二酸化炭素排出係数について話し合われた。二酸化炭素排出係数は0.938kg-CO2/kgであり、カセイソーダを1kg生産すると0.94kgの二酸化炭素が排出されることになります。カセイソーダは塩水の電解によって製造されておりますが、生産プロセスではなく、生産に必要な電力由来の二酸化炭素の排出が大きく影響を及ぼしている。二酸化炭素の排出量を減らす方法として、塩水の電解の際に使用されるイオン交換膜の性能向上などによって、同量のカセイソーダをより少ない電力で生産できるよう改良していくことが一つの手段であると考える。 ?本講義では、塩化ナトリウム（食塩）や酸・塩基といった日常および産業の根幹を支える化学物質の製造プロセスと、それを可能にする電気化学技術の役割について学んだ。特に印象的だったのは、日本の地域的・自然環境的特性が技術革新を直接駆動してきた点である。海外のように豊富な岩塩資源を持たない日本が、海水から効率的に塩を回収するためにイオン交換膜を用いた電気透析技術を発達させ、さらにそこから食塩電解によって苛性ソーダや塩素を得る独自の産業構造を築き上げてきた歴史は、技術選択が置かれた環境と深く結びついていることをよく示している。 この学びをさらに発展させて考えると、古代の灰汁利用から現代の食塩電解へのシフトは、資源採取の物理的限界を電気エネルギーによって克服してきたプロセスと言える。熱分解には2500℃もの高温を要する水を、室温かつ低電圧での電解によって水素と酸素に分解できるように、電気化学は従来の熱や圧力といった単位操作だけでは到達できない高効率な反応経路を提供する。 さらに現代や未来の視点に広げると、この電気化学工業は単なる物質製造にとどまらず、脱炭素社会やグリーンケミストリーの核心技術として機能している。講義で扱われた過電圧の低減やファラデー効率の追求は、再生可能エネルギー由来の電力を用いて水素や有用な有機化合物を合成する技術基盤そのものである。また、電解に使われる高度な機能性膜の技術は、次世代の燃料電池や蓄電池の性能向上にも直結している。資源の乏しい日本において発展してきた電気化学の知見は、今後の二酸化炭素リサイクルや未利用資源の価値化においても強力な武器になると考えられ、単なる製造効率だけでなく環境価値まで見据えたプロセス設計の重要性を深く実感した。
A.【講義の再話】 海水から塩を取る時、昔は煮詰めていたが、現代は「膜」を使って電気で透析する方法へと進化した。ここで大活躍するのがテフロンに代表されるフッ素樹脂。過酷な電解の環境に対する耐久性を向上させるカチオン交換膜が開発されたことで、私たちは石油などの資源や電気を賢く使うことができるようになった。ただ、この問題点を挙げるとしたら、電気を使うということは二酸化炭素を発生させてしまうということだ。 【発表の 要旨】 現代のカセイソーダは主に「イオン交換膜法」という電気分解プロセスで製造されるが、この工程での膨大な電力消費がCO?排出の主要因となっている。カセイソーダ1トンを生産する際のCO?排出量は1.6ｔ- CO?/ｔ‐NaOH、排出係数は 0.938?0.938㎏ーCO?/㎏に達する。この数値は、製造に使用する電力そのもののCO?排出係数にほぼ依存している。したがって、ソーダ工業の脱炭素化には再生可能エネルギーをはじめとするクリーンな電源への移行が極めて重要であると結論づけた。 【復習の内容】 カセイソーダの製造プロセス（イオン交換膜法）は、電気分解における大規模な電力消費を伴う。そのため、製品の環境負荷は使用する電力のCO?排出係数にほぼ直接依存している。ソーダ工業における脱炭素化を達成するためには、反応効率の向上に加え、供給電源そのものをクリーン化することが極めて重要であると結論づけた。
A.①講義の再話 ソーダ工業製品は、食塩や岩塩、石灰石を原料として製造され、ガラスや各種化学薬品へ広く展開される重要な基幹材料である。歴史的なアンモニアソーダ法から、現代ではイオン交換膜法を用いた食塩水の電気分解へと製造プロセスが進化してきた。イオン交換膜法は、フッ素系ポリマーなどの耐熱性・耐薬品性に優れた膜を利用し、効率的に水酸化ナトリウムと塩素を生成する技術である。さらに、イオン交換膜や電気透析の技術は、食塩の濃縮分離にとどまらず、燃料電池（SOFCやPEFCなど）といったエネルギー分野へも幅広く応用されているのである。 ②発表の要旨 演題「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べよう」、グループ名「イオン」、共著者（神山結菜、石井響、田中心優、小野絵里花）、私の役割「Conceptualization」。本発表では、イオン交換膜法を用いた食塩電解の仕組みと、それに伴うエネルギー消費および環境負荷について議論を行った。陽極側での塩素発生と陰極側での水素および水酸化物イオンの生成プロセスを整理するとともに、この製造過程には大量の電力（1トンあたり1000～1500 kWh換算）が必要であり、それに伴い多量のCO2が排出される課題を共有した。グループ内では、電力消費の抑制と環境負荷低減に向けた技術革新の必要性について考察を深めた。 ③復習の内容 復習として「ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数」および「電気透析を支える技術」について取り組んだ。食塩水の電気分解によるソーダ工業では、製品1トンあたり約2200～2700 kWhの電力を消費し、約850～900 kgのCO2が発生することを確認した。このため、再生可能エネルギーの利用や電解装置の効率化といった省エネルギー化が不可欠であると理解した。また、陽イオン・陰イオン交換膜と電場を利用した電気透析装置は、海水淡水化や高純度食塩水の精製において、加熱蒸発法に比べて低エネルギーで物質分離が可能な優れた技術であることを学んだ。
A.
A.今回の講義では苛性ソーダ法について学んだ。まず前提として、電力は電圧×電気量で求めることができる。また、灰汁について学んだ。人類の歴史の中で大昔、火を扱った時代に出た灰などはアルカリであるため、かつてどんぐりのアク抜きをするために用いたのが灰だとされている。この時の灰汁は和紙や繊維の製造にも欠かせないものである。また、苛性ソーダ1トンあたりを生産するために必要な電力量はおよそ2400kwhであり、この生産によって排出される二酸化炭素の排出量はおよそ1000kgである。
A.
A. 食塩は海水や岩塩から得られる重要な無機資源であり、ソーダ工業の基盤を成す。海水中の塩は太陽熱による濃縮や加熱によって取り出され、工業的にはイオン交換膜を用いた電気化学的分離法で効率的に濃縮される。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を組み合わせることで食塩水から目的成分を高純度で分離でき、この膜法は現代のソーダ工業を支える中心技術となっている。膜材料には耐久性と化学的安定性に優れたフッ素系ポリマーが利用され、高分子材料の発展が生産効率の向上に大きく寄与している。 カセイソーダは紙・パルプや水処理など多くの産業で不可欠だが、製造には大量の電力を要し、その結果として二酸化炭素排出が大きい。現在、主流のイオン交換膜法では食塩水を電気分解して生産するため、1トンあたり約1.6トンのCO?が排出され、排出係数は約0.938kg-CO?/kgと高い。特に火力発電由来の電力を使う場合、環境負荷はさらに増大する。このため、省エネルギー化だけでなく、再生可能エネルギーや低炭素電源への転換が重要となる。今回の学びから、工業製品の利便性を享受する一方で、持続可能な社会のためには製造技術とエネルギー供給の両面で環境対策を進める必要性を理解した。 食塩は海水や岩塩から得られる重要な無機資源で、ソーダ工業では太陽熱濃縮やイオン交換膜法で効率的に分離される。特に陽・陰イオン交換膜を使う電気化学的分離は中心技術であり、膜材料には耐久性に優れたフッ素系ポリマーが用いられる。一方、代表製品のカセイソーダは製造に多くの電力を要し、1トンあたり約1.6トンのCO?を排出するため環境負荷が大きい。持続可能な社会のため、省エネ化と再生可能エネルギー利用が重要だと学んだ。
A.① 講義では、食塩を原料とした化学工業とイオン交換膜の役割について学んだ。食塩（NaCl）は水に溶けるとナトリウムイオンと塩化物イオンに電離し、海水や岩塩から得られる重要な化学資源である。食塩水を電気分解すると、水酸化ナトリウムや塩素、水素が生成されるが、その際には陽イオンと陰イオンを選択的に透過させるイオン交換膜が重要な役割を果たしていることを理解した。また、イオン交換膜にはスルホン酸基やカルボキシル基などの官能基が導入されており、高い選択性を持つことを学んだ。さらに、膜の材料として用いられるテフロンやポリテトラフルオロエチレン（PTFE）は、耐熱性や耐薬品性に優れ、化学工業に広く利用されていることも学習した。一方で、PFAS（有機フッ素化合物）は分解されにくく環境中に残留しやすいため、近年では環境汚染や健康への影響が問題視されていることも紹介された。講義を通して、身近な食塩から多くの化学製品が製造されていることや、その製造を支える材料技術と環境問題の両方を考えることの重要性を理解した。 ②ワークショップではる塩酸の製造方法と、その製造を取り巻く課題について学んだ。塩酸は、塩素と水素を反応させて塩化水素を生成し、それを水に吸収させることで製造される重要な基礎化学製品である。塩素は食塩水の電気分解によって得られるため、塩酸の製造には多くの電力が必要となることを理解した。また、電力価格や原料価格は社会情勢やエネルギー事情の影響を受けやすく、それに伴って製造コストも変動することを学んだ。さらに、工業製品の製造では、経済性だけでなく二酸化炭素排出量などの環境負荷も重要な評価項目となっており、排出係数を考慮しながら生産方法を検討する必要があることも理解した。現在の化学工業では、高品質な製品を安定して供給するだけでなく、省エネルギー化や環境負荷の低減が強く求められている。今回の講義を通して、塩酸の製造は化学反応だけではなく、電力消費、コスト、環境への影響など多くの要素を考慮して成り立っており、持続可能な化学工業を実現するためには総合的な視点が必要であることを学んだ。 ③電気透析を支える技術について調べた。現代の製塩技術は、物理化学の知見を駆使した効率的なシステムです。イオン交換膜を用いた「電気透析」は、電位差を動力に海水を塩分と純水に分離し、「多重効用蒸発装置」は減圧による沸点降下を利用して、最小限の熱エネルギーで結晶化を実現する。 この電気透析技術は食塩製造に留まらず、廃水からの希少金属回収や、乳清の脱塩による粉ミルク原料の精製など、高度な工業製品の創出に寄与している。法や倫理が社会の秩序を整える正義であるならば、こうした膜分離技術は、資源を最適化し生存の基盤を支える正義といえるのではないかと考える。
A.① 講義では、ナトリウムイオン（Na?）と塩化物イオン（Cl?）が人体の機能維持に重要な役割を果たしていることを学んだ。また、食塩は海水から作られ、日本では主に海水を利用した製塩が行われている。さらに、現代の製塩では電気透析法やイオン交換膜技術が使われており、効率的な塩の生産が可能になっていることを理解した。 ② ナトリウムイオンと塩化物イオンの働きや、塩の製造方法について発表した。昔ながらの製塩方法と現在の電気透析法を比較し、イオン交換膜による分離技術について説明した。また、繊維製造では脱脂に灰汁やカセイソーダが利用されていることも紹介した。 ③ ナトリウムイオンと塩化物イオンは体内のバランス維持だけでなく、製塩や工業用水の処理など多くの分野で活用されていることを再確認した。特に、イオン交換膜の仕組みと電気透析による塩の濃縮方法について理解を深めることができた。
A.①講義の再話 講義では、電気化学工業が日常生活とエネルギー産業にどのように関わっているかを学んだ。3ボルトという比較的低い電圧でも、水の電気分解によって水素と酸素を生成できることが紹介された。水素は燃料電池や化学合成に利用され、酸素は酸化反応や医療用途に使われる。また、電気分解によって得られるナトリウム水酸化物や塩素は、洗剤・漂白剤・プラスチック原料などの製造に不可欠であり、これらが電気化学工業の基盤を形成している。講義では、電圧・電流・電解質の関係を化学反応式とともに解説し、エネルギー効率と環境負荷の両立が今後の課題であることが強調された。 ②発表の要旨 発表では、電気化学工業が「清潔」と「エネルギー」を同時に生み出す産業であることを中心に論じた。3ボルトという小さな電圧が、洗剤の原料となる水酸化ナトリウムや塩素、そして次世代エネルギー源である水素を生み出す点に注目した。これらの製品は、家庭生活から産業まで幅広く利用されており、電気化学反応の制御技術が社会の持続可能性を支えている。さらに、再生可能エネルギーを利用した電気分解技術の発展が、脱炭素社会の実現に貢献する可能性を指摘した。 ③復習の内容 復習では、電気分解の基本原理を整理し、電極反応の仕組みを理解した。陽極では酸化反応、陰極では還元反応が起こり、電圧が反応の駆動力となることを確認した。また、電気化学工業が化学製品の製造だけでなく、エネルギー変換技術としても重要であることを再認識した。特に水素の生成と利用が、環境負荷低減とエネルギー自立に直結する点を学び、電気化学の応用範囲の広さを理解した。最後に、電気化学工業が「3ボルトの力」で社会を動かす科学であることをまとめた。
A.(1)1キロワットアワーについて学んだ。また、灰汁抜きのことも学んだ。灰汁抜きの原理は、シュウ酸やポリフェノールなどの水溶性のえぐみ成分を水に溶出させること、アルカリ性で酸性の苦味成分を中和・分解すること、そして熱でタンパク質を凝固させてすくい取ることである。 (2)ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べた。塩素について調べ、基準となる電力係数は0.000423t-CO2/kWh。なので、1tあたり約2000~3000kWhになる。 (3)電気透析の技術について調べた。直流の電気とイオン交換膜を使って、水の中にある塩分やイオンを分けたり集めたりする大切なしこみ技術である。主な特徴として、薬品があまりいらない、熱を加えないので成分が壊れにくい、電気代が安めという3つがある。主な使用例として食塩の製造、食品の脱塩（減塩醤油など）、排水処理・リサイクルが挙げられる。加熱せずに成分を変質させずに処理できるため、幅広い分野で使われている。
A.第3回の講義では、海水から塩を製造する方法とソーダ工業について学んだ。日本は岩塩がほとんど採れないため、海水を利用して塩を生産していることを理解した。昔は太陽や風を利用した天日法や塩田法によって海水を濃縮し、その後に煮詰めて塩を得ていた。一方、現在ではイオン交換膜法が主流となっており、電気の力でナトリウムイオンと塩化物イオンを移動させ、海水を効率よく濃縮できることを学んだ。また、この技術は塩の製造だけでなく、苛性ソーダの製造にも利用されており、身近な化学製品を支える重要な工業技術であることを理解した。 グループでは、ソーダ工業をテーマに苛性ソーダについて調べた。苛性ソーダは水酸化ナトリウムとも呼ばれ、紙や洗剤、医薬品、アルミニウムの製造など幅広い分野で利用されていることを学んだ。また、イオン交換膜法によって食塩水を電気分解することで、苛性ソーダと塩素、水素が製造されることを確認した。私たちは、身近な製品の多くがソーダ工業によって支えられていることに着目し、その重要性についてグループで意見をまとめた。 授業後は、イオン交換膜法について復習した。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を交互に配置し、直流電流を流すことで海水中のナトリウムイオンと塩化物イオンを分離・濃縮できる仕組みを理解した。この方法は従来の製塩方法よりも効率的であり、高品質な塩の製造に利用されていることが分かった。また、同じ技術が苛性ソーダの製造にも応用されていることから、一つの工業技術が複数の産業を支えていることを学んだ。身近な塩や洗剤の背景には高度な化学工業があることを知り、工業化学の重要性を改めて実感した。
A.① 講義の再話 今回の講義では、食塩の製造や分離技術について学んだ。神経伝達にはカリウムイオンだけでなく、ナトリウムイオンや塩化物イオンも重要な役割を果たしており、これらが結び付くことで岩塩や食塩の主成分である塩化ナトリウムができることを確認した。また、工業では天然資源を利用して製品を作るため、海水から食塩を取り出す技術が発展してきたことを学んだ。講義では、「混ぜることは簡単だが、分離することは難しい」という考え方が紹介され、工業化学では効率よく物質を分離・精製する技術が重要であることを理解した。さらに、電気透析では陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を組み合わせて食塩を濃縮する方法や、現在の食塩電解ではイオン交換膜法ソーダ電解槽が用いられ、効率よく塩素や水酸化ナトリウムなどを製造していることを学んだ。 ② 発表の要旨 私は、高圧ガス設備に用いられる材料技術について発表した。高圧設備では大きな圧力に耐える必要があるため、高い強度と耐久性を持つ特殊な鋼材が使用されている。また、圧力容器や配管は安全性を確保するため、破損しないよう十分に強度を考慮して設計されている。さらに、気体は圧縮すると温度が上昇するため、圧縮の各段階で冷却を行う冷却技術も重要である。この技術によって機器の損傷を防ぎ、安全かつ効率的に気体を圧縮できることを説明した。 ③ 復習 今回の講義を通して、工業化学では物質を作るだけでなく、必要な成分を効率よく分離・精製する技術が非常に重要であることを学んだ。特に、海水から食塩を製造する工程では、イオン交換膜を利用した電気透析や食塩電解など、化学と工学が組み合わさった高度な技術が活用されていることが印象に残った。また、発表内容からは、高圧設備では材料の強度だけでなく、冷却技術や安全設計も欠かせないことを再確認した。今後も材料や分離技術の仕組みを理解し、実際の工業製品や製造現場との関わりを意識しながら学習を深めていきたい。
A.「3.３ボルトが生み出す洗剤と水素―電気化学工業―」について、（１）水溶液中の塩の濃縮や脱塩は陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を組み合わせて行える。陽イオン交換膜と陰イオン交換膜が交互に並べられ、その両端に直流電圧が加えられる。電位勾配に従って、陽イオンナトリウムイオンはカソードへ、陰イオン塩化物イオンはアノードへ移動しようとする。しかし、ナトリウムイオンは陰イオン交換膜を、塩化物イオンは陽イオン交換膜を通過できない。膜をはさんで塩化ナトリウムの濃い液と薄い液が交互にできる。したがって塩化ナトリウムの濃縮と脱塩が同時に行われる。この操作と繰り返すと濃縮度、希釈度を上げることが可能になる。この方法は電気透析と呼ばれ、日本で行われている海水の濃縮は、すべてこの方法を経由している。 （２）発表要旨について、ソーダ工業製品の二酸化炭素排出係数を調べようであり、グループ名はB、グループに属した人は山口柚佑理、丸川春太、橋本菜那美、大屋健太郎、越須賀太陽であった。役割としては、概念化・調査を行った。塩素の基準となる電力係数は0.000423tCO2/kWhであり、１ｔあたりでは、2500kWhとなる。 （３）電気透析を支える技術は？では、電気透析装置はプラスの電気を帯びた「陽イオン交換膜」と、マイナスの電気を帯びた「陰イオン交換膜」を交互に並べ、電圧をかける。すると、水中の塩分がそれぞれの膜に引き寄せられ、特定の層に塩分が濃縮される。水を沸騰させる必要がないためエネルギー効率が良く、主に液体の「脱塩」や「塩分濃縮」に使われる。そして、多重効用蒸発装置は液体を加熱して蒸発させ、その時に出た「蒸気の熱」を次のタンクの加熱源として再利用できる。これを何段階も繰り返すことで、少ない燃料で効率よく水分を飛ばし、ドロドロの状態まで濃縮したり、真水を取り出したりする。電気透析では取り除けない砂糖などの非電解質の濃縮も可能。 また、チーズを作る際に出る「ホエイ」から電気透析で塩分だけを除去し、赤ちゃんの粉ミルクの原料などに加工するために、電気透析が使われている。
A.(1)電気化学工業の本質は、電気エネルギーを用いて物質を変換する点にある。水の熱分解には2500℃を要するが、電気分解では乾電池2本程度の約3Vで室温での分解が可能となる。電解化学工業は電解製造・電解合成・電解精製・電気透析に分類され、食塩水の電解からは苛性ソーダ・塩素・水素が同時に得られる。装置にはDSA（酸化ルテニウム被覆チタン）電極とニッケルカソード、イオン交換膜が用いられる。物質の生産量は流れた電気量に比例するファラデーの法則に支配され、ファラデー定数96500 C/molが電気量と物質量を結ぶ。次亜塩素酸ナトリウムはpHが低下すると猛毒の塩素ガスを発生するため「混ぜるな危険」の表示が義務付けられており、これはPL法制定のきっかけとなったカビキラー裁判に由来する。環境面では再生可能エネルギーによる水電解で水素を製造し燃料電池で発電するという水素循環がカーボンニュートラル実現の鍵とされているが、アルミニウム1kWhあたり75gの生産に対しCO2が500g排出されるという現実が示すように、電源構成のグリーン化が急務である。 (2)苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）はイオン交換膜法による電気分解で製造され、1トンあたり2,100～2,400 kWhの電力を必要とし、その約9割が電気分解に直接使われる。製造工程自体はCO2を排出しないが、電力の発電に伴うCO2排出量は発電方法によって異なり、1トンあたり0.6～1.5トンに達する。CO2削減のための方策は三点ある。第一に電力のグリーン化であり、太陽光・風力・水力などの再生可能エネルギーへの切り替えによって排出量をほぼゼロにできる。電気分解というプロセスの性質上これが最も効果的な対策である。第二に省エネ電解技術の導入であり、電極間距離をゼロに近づける「ゼロギャップ法」によって消費電力そのものを削減できる。第三にCO2回収・貯留（CCS）の活用であり、発電所や工場から排出されるCO2を大気放出前に回収して地中に貯留する技術の普及が求められる。電気化学工業のCO2問題は電源構成に依存するため、製造技術と電力供給の両面からの対策が不可欠である。 (3)ハーバー・ボッシュ法は19世紀の食料危機への応答として確立された技術であり、鉄触媒を用いて空気中の窒素を固定しアンモニア・肥料を合成する。これは「加圧する」という単位操作を工業に初めて導入した高圧化学の出発点であり、両者はノーベル賞を受賞した。化学工場は反応操作と単位操作（輸送・加熱冷却・蒸留・濾過等）を組み合わせた装置であり、温度・圧力・流量などのプロセス変数をPID制御で管理し、PFDやP&IDで図面化される。酸・アルカリ工業では灰汁に始まりカセイソーダ・硫酸・硝酸へと発展したが、水俣病のように技術が公害を生んだ歴史も重要な教訓である。安全管理ではハインリッヒの法則が示すとおり300件のヒヤリハットが重大事故につながるため、安全第一・品質第二・生産第三の優先順位が徹底される。水と空気は産業の根底を支えるユーティリティであり、SDGsの観点から浄水技術の向上と窒素・リン除去が技術者の責務である。
A.【講義の再話】 講義では、電気化学工業が私たちの生活を支える洗剤や水素、苛性ソーダなどの製造に欠かせないことを学んだ。原料となる塩は海水という豊富な天然資源から得られ、食塩水を電気分解することでさまざまな化学製品が作られる。その際には、陽イオンだけを通すカチオン交換膜が重要な役割を果たしており、この膜には耐薬品性に優れたペルフルオロポリマーが利用されている。この材料はテフロンと同じフッ素系高分子であり、高い耐久性を持つ。また、イオン交換膜にはポリエチレンオキシドなどの高分子材料の技術も活用されており、効率よく電気分解を行うことで洗剤の原料や水素が製造されていることを理解した。 【発表の要旨】 私たちのグループでは、曹達工業製品の二酸化炭素排出係数について調べ、その中でもアルミニウムを担当した。アルミニウムは軽量で耐食性に優れ、自動車や建築材料など幅広い用途で利用されているが、製造時には大量の電力を消費するため、二酸化炭素排出量が比較的大きいことが分かった。一方で、軽量化による燃費向上やリサイクル性の高さから、使用段階や再利用まで含めて考えることが重要であるという意見でまとまった。 【復習の内容】 復習では、イオン交換膜法についてさらに調べた。以前使われていた水銀法と比べて環境への負荷が小さく、安全性にも優れていることから、現在の曹達工業ではイオン交換膜法が主流となっていることを知った。また、ペルフルオロポリマーのような高性能材料が化学工業の発展を支え、洗剤や水素など身近な製品の安定供給に貢献していることも理解した。今後は製造時の環境負荷だけでなく、リサイクルや製品のライフサイクル全体を考えながら化学工業を発展させることが重要であると感じた。
A.① 講義の再話 今回の講義では、電気化学工業について学び、食塩水を電気分解することでカセイソーダ、水素、塩素が同時に生産される仕組みを理解した。特に、わずか約3ボルトの電圧で反応が進み、私たちの生活に欠かせない洗剤や紙、医薬品、化学製品などの原料が作られていることを学んだ。また、副生成物である水素はエネルギー源としても注目されており、脱炭素社会の実現に向けて重要な役割を担うことも理解した。一方で、電気分解には大量の電力が必要であり、その電力をどのように供給するかによって環境への影響が大きく変わることも学んだ。化学工業では製品を作るだけでなく、環境負荷やエネルギー効率についても考えることが重要であると感じた。 ② 発表の要旨 グループワークでは、「カセイソーダ1トン当たりの二酸化炭素排出量」をテーマに話し合った。カセイソーダの製造では大量の電力を消費するため、発電方法によって二酸化炭素排出量が大きく変化するという意見が出た。火力発電に依存すると排出量は増えるが、再生可能エネルギーや原子力など二酸化炭素の排出が少ない電源を利用することで、製造時の環境負荷を低減できることを確認した。また、製造工程の省エネルギー化や設備の高効率化も排出量削減には重要であるという結論に至り、化学工業において環境への配慮は欠かせないという内容を発表した。 ③ 復習の内容 今回の講義を通して、電気化学工業は私たちの生活を支える多くの製品を生み出している一方で、多くの電力を必要とする産業であることを理解した。また、カセイソーダの製造では、使用する電力の種類によって二酸化炭素排出量が大きく変わるため、再生可能エネルギーの活用や省エネルギー技術の導入が重要であることを学んだ。今後は化学反応や製造方法だけでなく、環境への影響や持続可能なものづくりという視点も意識しながら学習を進めていきたい。
A.①今回の授業では、ソーダ工業における電気化学の利用について学んだ。海水にはナトリウムイオンや塩化物イオンなど多くのイオンが含まれており、これらは化学工業にとって重要な資源となっている。食塩を効率よく回収する方法として電気透析法が用いられ、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜を利用してイオンを選択的に移動させることで、食塩水を濃縮できることを理解した。また、カセイソーダは食塩水の電気分解によって製造されており、現在では高効率で環境負荷の少ないイオン交換膜法が主流となっている。この技術は高純度のカセイソーダを製造できるだけでなく、副産物として塩素や水素も得られるため、化学工業全体を支える重要な製造技術であることを学んだ。さらに、電気化学は資源の有効利用や省エネルギー化にも大きく貢献しており、持続可能な社会の実現にも欠かせない技術であると感じた。 ②電解ソーダ工業は87億kWhもエネルギーを使用する。 ③復習を通して、ソーダ工業では電気化学の原理が幅広く活用されていることを改めて理解した。特にイオン交換膜は、特定のイオンのみを選択的に透過させる性質を持ち、食塩の濃縮やカセイソーダの製造だけでなく、水処理や資源回収などさまざまな分野でも利用されていることを学んだ。また、カセイソーダの製造では塩素や水素も同時に得られ、それぞれが化学製品やエネルギー分野の原料として有効活用されていることから、資源を無駄なく利用する工業プロセスの重要性を実感した。さらに、カセイソーダは洗剤、紙、繊維、プラスチックなど多くの製品の製造に使用されており、私たちの日常生活を支える基礎化学品であることも理解した。今後は化学製品の性能や用途だけでなく、製造時のエネルギー消費や二酸化炭素排出量、環境負荷にも目を向け、持続可能なものづくりについて理解を深めていきたい。
A.「3. 3ボルトが生み出す洗剤と水素―電気化学工業―」の講義では、電気エネルギーを利用して化学製品を製造する電気化学工業について学んだ。食塩水を約3ボルトで電気分解すると、水酸化ナトリウム、塩素、水素が生成される。水酸化ナトリウムは洗剤や紙の製造、塩素は消毒や樹脂の原料、水素は燃料電池などのエネルギー源として利用されている。身近な製品が電気化学反応によって作られていることを知り、電気化学工業が社会を支える重要な産業であることを理解した。 ワークショップでは、「電気化学工業が今後の社会にどのように役立つか」をテーマにグループで意見交換を行った。私たちのグループでは、水素エネルギーの普及による二酸化炭素排出量の削減や、環境に配慮した化学製品の製造について考えた。また、電気分解技術は医療や半導体産業など幅広い分野でも活用されていることを調べ、電気化学工業は環境問題の解決だけでなく、産業の発展にも大きく貢献する技術であるという内容を発表した。 復習では、電気化学工業は単に化学製品を作る技術ではなく、資源やエネルギーを効率よく利用しながら社会の発展を支える重要な技術であることを改めて学んだ。特に、近年注目されている水素は脱炭素社会の実現に欠かせないエネルギーであり、今後さらに研究開発が進むと考えられる。今回の講義を通して、電気化学の知識は身近な生活だけでなく、環境問題や未来のエネルギー技術にも深く関わっていることを理解し、化学工業の可能性について興味を持つことができた。
A.本講義では、3ボルトが生み出す洗剤と水素というテーマで、電気化学工業について学んだ。特に印象に残ったのは、ソーダ工業において電気化学がどのように利用されているかという点である。食塩水を電気分解することで、塩素や水素、そしてカセイソーダといった重要な化学製品が得られる。このように、わずかな電圧でも化学反応を引き起こし、産業に欠かせない物質を生み出せることに驚きを感じた。電気エネルギーを利用することで、効率よく物質を変換できる点が電気化学工業の大きな特徴であり、現代の化学産業を支える重要な分野であると理解した。 発表では、電気化学工業製品に関わる二酸化炭素排出について調べた。カセイソーダの製造には多くの電力が必要であり、1トンあたり約2200～2500kWhの電力を消費することが分かった。このことから、電気化学工業は便利で重要な製品を生み出す一方で、エネルギー消費が大きく、結果として二酸化炭素排出にも影響を与えることが分かる。今後は、再生可能エネルギーの利用などを通して、環境負荷を抑えながら生産を行うことが求められると感じた。 復習では、イオン交換膜について学び直した。イオン交換膜は、特定のイオンだけを選択的に通す性質を持っており、食塩水の電気分解において重要な役割を果たしている。この膜によって生成物が効率よく分離され、高純度のカセイソーダなどを得ることが可能になる。電気化学工業のプロセスには、このような材料技術も大きく関わっていることを理解した。今回の学習を通して、電気と化学が結びつくことで生まれる技術の重要性と、その影響の大きさを改めて実感した。
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大学教育の質の保証・向上ならびに 電子化及びオープンアクセスの推進の観点から 学校教育法第百十三条に基づき、 教育研究活動の状況を公表しています。
第百十三条 大学は、教育研究の成果の普及及び活用の促進に資するため、その教育研究活動の状況を公表するものとする。
