腐敗油(切削、加工油)および都市スモッグの処理方法について

1 現在ウランバートルや中国各都市で発生している都市スモッグについて考察します

(1) 石炭ストーブから主に排煙されているものの中身は、大まかにいって窒素酸化物(NOx)と硫化(硫黄)酸化物(SOx)です。これらは主に比較的貧しいゲル地域から排出されているようであり、高価な無煙ストーブを購入して速やかに対処できることではありません。

(2) 経済的な負担が少なく、簡単に対処できる方法として「電解電子機能水Ⓡ」(以下、電子機能水といいます)を応用するものがあります。ただしモンゴルは水の少ない国です。効果があるからといって貴重な「水」を大量に用いることはできません。そのために高濃度電子水素水を気化させて使用する方法がよいのではないかと思います。気化したものの方が煙(スモッグ)への反応が早いからです。

(3) 簡単な無害化のためのプロセスを説明します。

図‐1 は、2013 年に参議院環境安全委員会がまとめたPM2.5 の汚染物質を分析した資料です。どの物質も中和処理可能な物質であることが判ります。

(Biomizer)
先ず第1はNOxの処理です。
NO2を用いて説明します。
2NO + Cl2 ⇄ 2NOCl
NOCl + H2O = HNO2 + HCl
HNO2 + HClO = HNO3 + HCl
要するに塩化ニトロシル(NOCl)
塩化ニトロシルが水に溶け亜硫酸(HNO2)亜硝酸と次亜塩素酸が結合しHNO3硝酸となり除去されるという考え方です。

(ECOMIZER)
第2はSOxの処理です。
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 + 2KOH → K2SO3 + 2H2O
H2SO3 + 1/2H2O → H2SO4
H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O
SOxについてはECOMIZER中の陽イオン
K2SO4といった硫酸のカリウム塩をつくり中和安定化させる考え方です。

図‐1 空気汚染(PM2.5)対策

(4)リアクターを煙突の中間に取付けて反応させるのが最もよい方法ですが、経費的に合わないので、より簡便な方法、例えば煙突の周りに水(電子機能水のタンク)を置き、煙突の熱で気化させる方法が良いと思います(図-2参照)。現在問題になっているPM2.5、PM10.0というものの処理も原則は同じです。

(5) ストーブから排出される窒素酸化物、硫黄酸化物は100%近くエコマイザー、バイオマイザーにより処理することができます。ECOMIZER / Biomizerの濃度は処理する対象により定めることができます。pH13.0、pH1.6というのは、それがK、Clの総量と相関します。ちなみにpH13.0のECOMIZERにはKが2300ppm存在し、pH1.6のBiomizerにはCl2が300ppm以上存在。SO2の削減にはK<(カリウムイオン)が、NOxについてはCl2(塩素ガス)または塩素イオンが密接に絡んできます。それぞれが硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、塩化ニトロシル(NOCl)にして安定させるという方法です。理論的には十分可能性が高くなります。反応式を確認してください。

図-2 実験装置の概要

2 ここでは本電解技術を用いた「水溶性切削油」、「水溶性加工油」の再生化について検討を加えてみます

(1) 工場においてこのような油は、酸化劣化や腐敗のため機能が低下し製品の仕上げに影響を与えたり、腐敗臭が工場内に立ち込め、衛生環境上の問題も多々生じさせます。こうした加工油に代替するものとして高濃度エコマイザー(pH13.1以上)の使用を提案してきましたが、ほとんどの企業や研究機関は「油を水で代替できるなど信じられない。」という考え方のレベルから一歩も踏み出すことができないでいます。

多くのテストを繰り返して条件を定めれば十分な代替能力があることが分かるのに極めて残念。こうした加工油は通常6か月〜10か月で新しいものに切替えられ、その総量は日本国内で約50万トンとも70万トンともいわれています。そしてその処理費用(焼却、廃油)は200億円とも300億円とも。また、塩素系の添加剤が混じった油を焼却するとダイオキシンが発生するので環境規制を受けることになります。こうした処理費用は益々高くなります。

(2) 電解方式でこのような加工油を再生できないかという問い合わせがあり、テストをしたことがあります。そのときは、単に学術論文作成のためのもので実用化という目的ではなかったため、その結果はロッカーの奥に深々としまわれて日の目を見ることはありませんでした。しかし、今モンゴル科学技術大学との協同研究が可能になったことおよび中国の環境汚染が私たちの予想を遙かに超えるレベルに至っていることを踏まえ、もう一度日の目に当たるところに引っ張り出し、検討を加えてみようと思った次第です。

私は電気分解という技術に長年携わってきているため、こうした基礎テストを数多く行ってきています。小規模零細企業ではとても実用研究まで行える資金余裕がないため、その多くが単なる知識として深く埋もれたままになっているのです。
昔、某大学と共同研究した「電気分解による効率的な水素発生法とそのメカニズム」という論文(英文)が偶然フォルクスワーゲンの目に留まり、彼らから強いラブコールをいただいているのも事実。電気分解は、もしかすると私たちが今直面している環境問題を解決するための極めて強力な一助になるのではないかという提案や発言は直感や思い付きで言っているのではなく、こうした基礎的な研究に裏付けられたものであるといってよいのです。

(3) 前置きが長くなったので本題に入ります。
先ず油(水溶性、切削、加工)が古くなって悪臭を発生する原因は、嫌気性菌の繁殖によると結論付けてよいでしょう。現実に使用6か月の油の中から一般細菌が108CFU以上認められています。こうした菌が吐き出すもの(人間でいう汗、糞尿に当たる)は酢酸系の酸。本来加工油等は加工対象物の防錆や微生物の繁殖を防止するため、そのpH帯を約10以上に設定しています。しかし微生物の繁殖に必要な条件がこの加工油の中に整っているため、微生物の繁殖は一気に進むこととなります。
その条件を羅列すると
① 温度(40〜60℃)
② 界面活性剤(鉱油化のため)
③ 脂肪酸
④ アミン酸
⑤ 極圧添加剤(切削性能向上)などです。


その一例を示すと、
好気的反応:R – CH2 – CH2 – COO → R – COO(カルボキシル基)+ CO2
嫌気的反応:R – CH2 – CH2 – COO → R – COO(カルボキシル基)+ CH3COO + H となります。

要するに低分子化されたR – COO(脂肪酸)とCH3COOH(酢酸)が発生、微生物が繁殖しやすいpH域をつくり出すのです。


従来、こうした問題を解決するため
① 殺菌剤の使用
② エアレーション(嫌気性菌対策)
③ オゾン殺菌
④ 好気性菌の投入
⑤ CU、AGイオンの投入などの方法が採られてきました。
しかし、十分な効果が出ず最終的には6〜10か月で全量交換という方法が採られているのです。
加工油を腐敗させ、その性能を著しく落としているもの、それは加工油の中に住みついた微生物であると結論付けてよく、そして、加工油のpHが10から徐々に下がり8.5を下回ると一気に増殖スピードを上げることとなります。

(4) 今回検証は
① 加工油内の微生物の殺菌、
② 加工油内のpHを10以上に戻し、
③ 加工油の冷却性能を低減させ悪臭の元になっている有機酸成分を除去できないかということ。また、この有機酸は潤滑性能を阻害する要因でもあり、こうした解決に当社の電解技術がどれだけ力を示すかという実験でもあります。
先にも述べたとおり当社は基礎テストしか行っていません。しかし、その結果は一通りのものです。こうしたデーターをベースに本試験に入っていくことができれば、より正しいデーターと方法が見出されるものと考えます。

(5) 電解装置の目的
 ア 腐敗油を酸化状況から還元状況に戻します。
 イ 腐敗臭の元である有機酸を排除すます。
 ウ pH値を11程度まで戻します(10以上に保持)。

(6) 電解装置を図-3のように組立てます。
油の電解を行う場合の留意点は
 ア 電流を10A以下とし、過度の電解が生じないようにする。本電解槽は4面、各面2A〜2.5A程度に抑える
 イ 電圧を15V(DC)程度とするため電解質を用いる(K2CO3
 ウ 電解より透析を主体とするため、隔膜ではなくイオン交換膜(−)を用いる
 エ 電解透析効果を安定させるためUH-1型を用いることです。

図-3 実験装置の概要

(7) この状態で電解を開始するとDC15Vで各電解面の電極間に2〜2.5Aの電流が流れます。各面で若干の電流差が出るのはイオン交換膜のパターン(電解面積)に若干違いがあるからです。各電極間に2A程度の電流が流れると、微生物は生きていけない(感電状態を生ずる)。人間は100mAで感電死します。その他にも殺菌メカニズムは考えられるが最も有力なのは、この感電殺菌と思われます。

(8) 電解質を用いるのは小さな電圧(DC15V)で各面に安定した電流を流そうとするため。油は絶縁体、絶縁物であるが、腐敗油には多くの不純物(有機酸など)が混入しているため、ある程度の電流は流れます。しかし、電解質を用いないで水(純水、水道水)を用いた場合、安定して電流を流そうとすると、大きな電圧をかけなければなりません。大きな電圧は装置(電極、イオン交換膜)に大きな負荷をかけるとともに大型の電源装置が必要。何よりも高価です。
また、電解質をK2CO3(炭酸カリウム)にするのは水への溶解度が121%あること、反応期間、反応時間、反応余裕度が大きく広いことによります。そして何よりも透析によって陽極側に入り込んでくる多くの有機酸(― イオン)を陽イオン(+)で固定することです。使われたKの代わりに電解によって得られたHが置換、K2CO3 → H2CO3(炭酸水)となり安定します。

(9) 電極極性を図-2のとおりとし、この状態で陰極(Cathode)とイオン交換膜との間には腐敗油を、陽極(Anode)とイオン交換膜内にK2CO3(炭酸カリウム)溶液を入れて電源を入れると、陰極に電子が集まりO.R.P計のメーターが(+)から(-)へ移行します。

Pe = − log〔e〕なので、−500mVまで下げるとPe = 16.9EH すなわち1016.9×0.5 = 108.45の電子が1ℓ中に存在することに。酸化状態から還元状態に変化するわけです。

(10)各面2〜2.5Aを安定的に流すと1回のパスで腐敗油は4.5Aの電流によって電解と透析が同時に行われることになります。腐敗油の中身は水と油の混合物なので、この電流によって水部分の電解が進むこととなります。
水の分解においては陰極の反応は2H2O + 2e= H2↑ + 2OHです。H2はH2↑となるため、その溶液は当然のようにアルカリ性側に傾くことになります。

(11)この電解装置を用いることによって腐敗油の酸化、有機酸、微生物の繁殖、酸性化状況を一回で改善できます。これで新油の性状を戻すことができるのです。処理能力としては10ℓの腐敗油を処理するのに約5分を必要。この程度の処理量では不足する場合、電解面積を大きくする必要があります。何故なら、この方式において最も大切なのは電流だからです。

電気透析法を用いると、どうしても大きな電圧を必要とするし、何よりも効率が極めて悪い。また大掛かりな装置も必要です。電気分解法を用いると効率は上がるが、余分な分解が生じ、また、加工油、切削油とは異なったものをつくり上げてしまう恐れがあります。一面当たり2〜2.5Aの電流を常時安定的に供給することが極めて大切なのです。この電流は透析と電解の両者の利点を生かす最適のものと考えています。当然他社の電解装置ではこうしたことは全くできません。また、透析装置は電解まで達し得ないし、何よりも装置がバカでかくなり、ランニングコストも極めて高くなります。電解と透析を一度に行える電解装置はこの世の中に当社以外存在しないのです。電流を可変させることによって電解にふることも透析だけを行うことも自由に変更できる。このような特性をうまく利用して腐敗切削油、加工油を再生利用すべきではないかと思います。参考までに植物油でも原理は同じです。

(12)再生能力は
120ℓ/H × 20H/Day = 2,400ℓ/Day × 30Days = 72,000ℓ(72ton)/月
72ton×12か月=864ton/年の処理能力です。

500,000ton(日本での年間処理量)÷ 864ton(1台の年間処理量)≒ 578台必要に。(予備を入れて700台)1台200万円としても、700台で14億円、その他の費用を入れても年間の処理費は200億円に満ちません。このような装置が本当に稼働すると油業界は大きなダメージを受けることとなります。しかし、それ以上に 自然破壊から国を守る方が大切であることを考えて研究を続けたい。

3 モンゴルおよびその周辺国の環境破壊に対する電子水素水の応用について

現在の問題は「水」と「空気」と「土」が私たちが思っている以上に大きな被害を受けていることです。こうした生命維持ラインが傷つくことによって、この地球上で最も苦しむのは私たち人間です。空気の汚れは水と土を汚す。何か対処しない限り負のスパイラルのスピードを弱めることも止めることもできない。私たちの技術がどこまで対処できるかわかりませんが、何かしらの役に立てることは間違いありません。「天に唾を吐く」という行為は「自らの生命を足で蹴飛ばす」行為と同じです。

“環境破壊を本当にそろそろ止めませんか。”、
“何が大切かにそろそろ気が付かれたらいかがですか。”と申し上げたい。

(1) 空気汚染
NOx、SOx、PM2.5
ECOMIZER
Biomizer
反応、中和、無害化

(2) 河川、湖沼、地下水汚染
重金属、塩、化学物質
電解透析技術
除去、塩、固定化、無害化

(3) 土壌汚染
農薬、化学肥料
ECOMIZER
Biomizer
土壌健全化
農薬、化学肥料の中和処理、無害化

(4) 油の再利用化
(1)〜(3)のメカニズムと同じです。

(5) 海水の無塩化

このように特殊な電解技術は、単に水を電気分解してpH13.5、pH1.6の電解水をつくる技術だけではなく、上記の他にも今後大切なエネルギーとなる水素を作る技術でもあります。当協会は、他社の技術では決してできないことを、このように小型、簡便な装置で簡単にやってのける技術を持っています。当協会の10年にもおよぶ研究と開発、私個人がかけてきた24年にもおよび研究、そして私たちの先輩方の75年にもおよぶ研究と開発の歴史、今はその集大成の時期にあるといって過言ではありません。

「電気で加工された水、空気、溶液」は皆さん方が考えている以上に力強いものであると信じていただきたい。
「電気分解は本当に私たちが直面し、頭を抱えている環境汚染問題をいとも簡単に解決する技術でもある。」その根拠は「極めて高い効率を有する」ことにあります。


こうした基本技術をベースに本研究を進め、1日も早く完成された技術にしていただきたい。

中国では

日本の土壌汚染は高度経済成長期が終わってから30年ほどでようやく解消されたようです。
しかし、実際には、古い工場跡地や汚泥埋立地に潜在する汚染が再び顕在化しており、毎年1,300件以上の環境基準超過事例が報告されています。
現在のところ、土壌をきれいにする効果的な処理方法は見つかっていません。現在の解決策は、土壌被覆、掘削、および微生物の使用です。
土壌ドレッシングは、土壌を改良するために他の場所から土を運ぶだけであり、掘削では、汚染された土壌を最終処分場に移動します。
微生物法はまだ試験段階にあり、一般的にはまだ実施されていません。それらは永続的ではなく、その場しのぎの措置です。

中国では、鉱業と製錬による重金属が汚染物質です。それらは、B銅、水銀、ヒ素、鉛、カドミウム、および六価クロムです。
たとえば、世界中の人間活動による水銀排出の総量は2,500トンで、そのうち500トン(約20%)が中国で排出されています。
中国の環境保護省の報告によると、「中国の耕作地の20パーセントはすでに汚染されており、毎年1200トンの食品を処分することで200億元が失われている」。
さらに、中国の多くの河川も汚染されており、それらの河川の水生生態系の消滅は劇的に増加しています。新しい「がん村」と「イタイイタイ病村」も国のあちこちで増え続けており、問題の深刻さを強調しています。
環境の汚染は容易ですが、前述のようにこれらの汚染への対処方法は限られているため、復旧には非常に時間がかかります。
現在、中国は厳しい現実に驚かされているようです。
問題に取り組むのではなく。

モンゴルでは

モンゴルの首都ウランバートルでは、毎年10月から4月にかけて、大気汚染により前5メートルが見えない状況が続いています。
特に、SO2(二酸化硫黄ガス)の濃度は500μg/ m3を記録し、NO2(二酸化窒素ガス)の濃度は200μg/ m3を記録しました。
WHOの安全基準はSO2では20μg/ m3、NO2では40μg/ m3に設定されているため、ウランバートルでのこれらの濃度はWHO基準の約5〜25倍です。
モンゴル政府は、原炭の使用を制限することにより完全燃焼型(無煙)ストーブの使用を促進するための努力を主導しましたが、この目標を達成するという点ではほとんど進んでいません。その理由は、大気汚染は184,000世帯からなるゲル地区から排出されるストーブからの濃い煙によって引き起こされているためです。ゲル地区に住む人々の平均世帯収入は非常に低く、政府の助成金があっても、高価なストーブや燃焼品質の高い石炭を買う余裕はありません。
今年、これらのストーブの性能が期待された基準を下回っていたため、無煙ストーブの製造業者に対して国が法的措置を講じました。

冬のウランバートル(モンゴル)

夏のウランバートル(モンゴル)