JEMEA Bulletin Vol.2 No.2 (2016.12)

進歩賞受賞記念マイクロ波加熱による高速アスベスト無害化技術～高温材料プロセスにおけるマイクロ波加熱の応用例～
中部大学 工学部 樫村 京一郎〒487-0025, 愛知県春日井市松本町 1200
kashimura@isc.chubu.ac.jp
1. はじめに廃棄物処理問題において、「アスベスト含有材の迅速この多くは住宅屋根用化粧スレートをはじめとしてス加熱」は重要な課題である。多くの専門家はアスベスレート板・瓦に用いられている [4]。これらの物質は高トの有毒性を古くより指摘してきたが、これが重要ない断熱性を有しているので、その無害化高温処理には課題と認識されるには 1960 年代まで待たなければな

長時間の高温処理が必要となるが 1050℃で加熱されらない。この時期には、米国、英国、南アフリカにてた「アスベスト含有物質は高い断熱性をもつため加熱集団中皮種、悪性腫瘍が報告され、これらの健康被害が困難である事」が、アスベスト無害化プロセスの効がアスベスト由来である事が指摘された [1-3]。これら率を大きく損ね、これが高価格に直結している。の事件をきっかけとし、アスベストの有毒性は重要な

アスベスト含有物質は従来の熱工学的な加熱アプロ社会問題として認識されるようになった。我が国におーチに制限を加えている事（つまり、「粉砕処理」が適いても1975年に吹き付けアスベストの使用規制、2005切でない事）も、無害化処理の低価格化への大きな障

年には石綿 0.1%以上を含む製品の出荷が原則禁止な害となっている。従来の物質を対象とする場合であれど、アスベスト代替及びそれに伴う法的整備は着実にば、対象物を砕いて粒子直径を小さくし、これにより進んでいる。このような背景を受け、現在のアスベス熱供給を円滑にする方法がとられる。しかし、アスベト問題は「アスベスト製品をどのような物質で代替すスト含有物質の場合は「砕く」工程は二次飛散を生じ、るのか」から、「既に使用されたアスベスト材をどのよアスベストの毒性を高めてしまう。そのため、「砕く」

うに処理するのか」といった課題へと変遷してきた。

工程を省きつつ、アスベスト含有物質の内部まで迅速

アスベストは、高温処理(法令上は 1500℃の処理がに加熱する技術が望まれる。とされる)を行うことでその毒性を除くことができる。
しかし、アスベストを含む材料の温度を上げる事が極

2. 無害化技術原理と無害化挙動（ラボ試験）

めて困難であるため、アスベスト無害化処理のコスト

2.1 アスベスト繊維のマイクロ波加熱挙動は非常に高価である。それに対し、世界的に見ても既マイクロ波により加熱が困難なアスベスト含有物質に出荷されているアスベスト含有物質製品の量は非常へ速やかに内部まで加熱する。この概念がマイクロ波に多い。例えば、我が国における石綿含有建材の累積加熱方式によるアスベスト無害化プロセスの要となる。

出荷量は、
平成 15 年においては 4,300 万トンであり、この設計思想は、アスベスト無害化に対してマイクロ26

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波による特殊な効果を期待せず、学術的にまだ研究段解し始め、残存繊維数が温度に対し指数関数的に減少階にある「マイクロ波効果」などの未知の効果がなくし、900℃以上の温度で検出できなくなる。これは Xても、安定にプロセスを運用できる点で技術的な困難

線回折法によって、結晶構造の解析を行うと、クリソはほとんど生じない。しかも、本方式のアスベスト無タイル結晶構造中の結晶水がマイクロ波加熱により、害化処理は、マイクロ波にエネルギー供給能のみを期400℃程度から徐々に脱水につれてピーク強度が低下待しているだけではあるが、それにより既存プロセスし、さらに高温の 810～820℃程度からフォルステライよりも大幅なプロセス時間短縮を達成できる効果が得

ト[Mg2(SiO4)]などに変化するためと考えられる。このられる。

ように、マイクロ波処理では、通常の火炎や放電のよ

図 1 にクリソタイル(白石綿)含有セメントを試験体

うに 1500℃以上の高温で溶融させなくても、900℃程(10 g)としたマイクロ波照射実験における内部温度及度で結晶構造を変性させて無害化できる。これはマイび外部温度計測結果を示す。2.4kW マイクロ波照射にクロ波加熱であるため低温で無害化できるという理解おける被加熱物質は、90 分の加熱で目的とする温度まではなく、「迅速なエネルギー供給が可能になるため必で昇温し(700-1050 ℃)、その後 90 分間保持した。図要以上にエネルギーを消費しない」という解釈が妥当に示すとおり、内部と外部で異なる温度を示し、内部である。の方がおよそ 50℃程度高い温度を示している。従来加熱では逆となるこの温度分布は、マイクロ波加熱が①内部まで迅速にエネルギーを供給すること、② アスベスト含有セメントが高い断熱性をもつことの 2 点が原因である。つまり、従来加熱では加熱が難しい被加熱物質の高い断熱性が、マイクロ波法では長所となることがこの測定からわかる。

図２ アスベスト含有材のマイクロ波無害化（ラボ試験）の温度 vs 繊維数結果。マイクロ波処理は表面温度900℃以上でアスベスト繊維を完全無害化できる。
図 1 クリソタイル(白石綿)含有セメントを試験体(103. スケールアップ試験g)としたマイクロ波照射実験(2.4 kW)における内部温

一般的に、マイクロ波による加熱装置は小型である度及び外部温度計測結果と言った特徴を有している。ゆえに、アスベスト無害化処理炉はこの特徴を継承し、可搬性を有する。アス
ベスト無害化は１日 2ton の処理能までスケールアッ

2.2 無害化処理後のアスベスト繊維数
図 2 に、JIS1481 に準拠して測定した残存アスベスプする事が可能であり、阪神淡路大震災、東日本大震

トの繊維数と保持温度と保持時間との関係を示す。ク

災のような有事において重要な意味を持つ。図 3 は東リソタイルは、高温下でマイクロ波を照射すると、分

日本大震災において生じたアスベスト含有スレート瓦

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JEMEA Bulletin Vol.2 No.2 (2016.12)の写真とその位相差顕微鏡画像である。我が国では既を直列（カスケード）に接続している。前段燃焼炉でに 4,300 万トンを超えるアスベスト含有物質が累積出は、木質系瓦礫を燃焼させて減量を計ると共に、その荷されており、これは有事の際に瓦礫として突然出現高温燃焼ガスをアスベスト処理装置の雰囲気温度制御する事になる。アスベストを含む物質はその輸送からと炉壁加熱の熱源として使用する（図 4）。アスベスト規制されており、この処理設備への輸送は法令上の多処理装置にスクリュー式現両羽供給機を通して、強化くの手続きを必要とする。そのため、被災地におけるスレート瓦礫を投入する。マイクロ波と高温燃焼ガス

アスベスト問題は多くの時間・コストを要し、結果との複合的加熱によってアスベストの結晶を変性させてして、これが震災復興を妨げる要因となりえる。特に、無害化する。高温集塵機は、排ガス中に含まれる粉塵

東日本大震災においては放射性物質が拡散しており、を取り除くために設けられている。右端に示す煙突の現在、放射性廃棄物、アスベスト含有物質共にその廃直前に設置した吸引送風機によって、炉内を負圧に保棄が規制され、それぞれ基準を満たした廃棄物のみがち、燃焼ガス、瓦礫からの粉塵が外部に漏れ出さない許可される。そのため、アスベスト規制、放射性規制設計になっている。この設計の基で、東北地方に緊急を共に満たした廃棄手続きは大きな困難を伴う。この設置されたマイクロ波方式アスベスト無害化処理は木ようなケースでは、小型・可搬なマイクロ波無害化設質瓦礫・アスベスト含有スレート瓦をおよそ 5 ton/day備を用いることで、この法令上の困難を回避できるだ処理できる能力を持ち、キルンの一行程 20 分の送り時けでなく、円滑・迅速で現地瓦礫処理に着手する事が間においてアスベスト繊維数 0 の完全無害化を達成し可能となるので、この事例としてスケールアップ研究た(アスベスト含有瓦処理量: 40kg/hour, 80kg/hour にを紹介したい。

おいての業績値, 図 5-6)。また、この可搬性に主眼をおいた研究として、車載型アスベスト無害化装置が提案されている。既に述べたようにマイクロ波加熱装置の有する軽量性を活かせば、中型トラックに処理設備を組み込む事が可能である。アスベストはその回収、輸送、廃棄に至るまで多くの法令手続き・人員を必要とする事を鑑みれば、輸送・廃棄基準を満たすように廃棄物成型を行う事ができる本方式は大きな優位性を持つ。

図 3 東日本大震災において採取された非飛散性アスベストを含むスレート瓦。これまで搬出されたアスベスト建材は有事の際に突然出現し、震災復興を妨げる要因となる。この特徴は、東日本大震災時においても観測された。
小型・可搬である優位性を示す一例として、東日
本大震災起因震災瓦礫の処理設備を紹介したい。この

図 4 東北地方に緊急設置されたマイクロ波方式アスベ設備はマイクロ波方式によるアスベスト無害化処理技

スト無害化処理。この試験では、処理施設として津波術の持つ二つの特徴（緊急対応性、迅速性）が、震災により無人となった校舎を利用している。

起因の瓦礫処理に極めて有効である事を実証した。この試験設備は、前段燃焼炉(木質瓦礫処理設備)、アスベスト処理装置および排ガス処理装置（高温集塵機）

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害化でき、輸送の制約やアスベスト暴露の危険を回避が期待されている。また、この可搬性に主眼をおいた研究として、車載型アスベスト無害化装置が提案されている。本稿では、同技術の研究事例を紹介し、我が国におけるスケールアップ試験の現状を紹介した。また、近年明らかになってきたマイクロ波法による無害化メカニズムの研究事例を紹介した。本稿がマイクロ波加熱技術の発展とその応用展開の一助となることを心から望む。
[1] J. C. Wagner, C. A. Sleggs, and Paul Marchand:
図 5 建造されたアスベスト無害化システム分解能試

DiffusePleuralMesotheliomaandAsbestos験結果（40 kg / hour 処理におけるアスベスト含有ス

Exposure in the North Western Cape Province, Brit.

レート処理）。40kg / hour でスレート瓦を処理した場

J. industr. Med., 17 (1960) 260 - 271.

合、900℃以上でアスベスト無害化が確認できる。

[2] Muriel L. Newhouse and Hilda Thompson:
Mesothelioma of Pleura and Peritoneum Following
Exposure to Asbestos in the London Area, Brit. J.

industr. Med., 22 (1965) 261 - 269.
[3] I. J. Selikoff, M.D., and E. C. Hammond:
Environmental Epidemiology. 3. Community EffectsofNonoccupational

Environmental

Asbestos

Exposure, American Journal of Public Health, Vol.
58, No. 9 (1968) 1658 - 1666
[4] (社)日本石綿協会資料, H15.12. 1[5] Journal of Hazardous, Toxic, and Radioactive

Waste (2014) 04014041-1-5
図 6 建造されたアスベスト無害化システム分解能試験結果（80 kg / hour 処理におけるアスベスト含有スレート処理）。アスベスト含有スレート瓦の処理量を倍加しても、900℃以上でアスベスト無害化が確認できる。

4. おわりにマイクロ波をアスベスト含有スレート瓦に作用させると、迅速にその内部まで無害化することができる。
我が国では既に 4,300 万トンを超えるアスベスト含有物質が累積出荷されており、これは有事の際に瓦礫として突然出現する。マイクロ波加熱技術を用いれば、解体現場や災害被災地で生じた有害物質をその場で無29