東日本大震災によるエネルギー規範変革への対応㈱藤井基礎設計事務所

藤本

栄之助

藤井俊

松浦逸聰

はじめに
2011 年 3 月 11 日（金）14 時 46 分に、三陸沖約 130km を震源とする日本の観測史上最大の、マグニチュード 9.0 の東北地方太平洋沖地震が発生した。この地震をふくむ東日本大震災１）では、東京電力福島原子力発電所が壊滅的打撃を受け、その後中部電力浜岡原子力発電所は政府命令により停止、その他の原発も定期点検で休止中のものはそのままでスタンバイの状態で、再開は許可されない社会的な情勢である。
福島原発はそのまま廃棄の方向で終止させるのが世論の趨勢であり、現在稼動中の各地区の原発も法規によって定期点検に入ると、これまで「原発の安全神話」を信じていた国民が、等しく納得する説明がなされない限り再開はできなくなるのは必至であろう。そうすればここ数年で原発の稼動は完全にできなくなると考えておかなければならない。
原発に代わるエネルギーは当面のところは、水力と石炭・石油の火力しかないが、段階的に自然エネルギーかバイオマスなどの再生可能なエネルギーを開発するとして、次のようなステ

図－１ わが国の原子力発電所（エネルギー白書 2010）ップによる脱原発の方向性を提案したい。
この原案は、藤本、藤井(俊)および松浦で議論し、それを藤本がまとめたものである。
世界の原発依存の状況
世界で原発を稼動している国は 30 カ国である。アメリカ・フランス・日本の上位 3 カ国で世界の 48%を占めている。また、次図に示す 10 基以上保有する 12 カ国で、その 86%を占める。

基

120
104

世界の原発運転基数(10基以上）

100

自然エネ
805860

水力
15%

5440

原子力 ルギー
3%
13%
化石燃料
69%

32
2120201919181713

100ア
ｱ
メ
ﾒ
リ
ﾘ
カｶ

フ
ラ
ン
ス

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ドイ
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ドイツ

中
国

ﾃ ｽﾞ ｳﾝ ｪｰ

図－2 世界の原発運転基数 （米ﾜｰﾙﾄﾞｳｵｯﾁ研究所）

図－3 世界の電力供給に占める各エネルギーの割合（ｴﾈﾙｷﾞｰ白書 2010）

また、2008 年の世界の電力供給に占める水力を含む自然エネルギーの比率は 18%で、原発の 13%を上回った。ここ 15 年間、世界的景気後退の影響で原発投資が手控えられた半面、より安価で短期間に建設できる風力・太陽光といった自然エネルギーによる発電が急速に伸びてきている。より安価という点では、天然ガス発電への移行も進んできている。福島原発の事故は、世界の電力供給のエネルギー源にも大きな影響を及ぼしたものとして注目される。
わが国における今後の発電エネルギーの検証
わが国の、電力供給に占めるエネルギーの割合は図－4 の通りである。
発電電力量の構成
水力
8.1%

1

石炭
24.7%

LNG
29.4%

石油
7.6%

新ｴﾈﾙｷﾞｰ
1%

原子力
29.2%

図－４ わが国の2009年度、発電電力量の構成 （エネルギー白書2010）
0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%90%

100%

以下、現状を 100 とした場合の、各段階でのエネルギーコスト、発生する CO2 の割合を検証してみる。
現状
コスト １００
CO2 １００

水力 火力（石炭・石油）
8%
33%

第１段階
コスト １２０CO2 １３１

水力8%

第２段階
コスト １１０８１
CO2

水力8%

火力（石炭・石油）
47%

火力
17%

LNG
25%

LNG
29%

新ｴﾈﾙｷﾞｰ
1%

原子力
29%

LNG 新ｴﾈﾙｷﾞｰ 省エネ
29%
15%
1%

太陽光・風力 チップ
15%
地熱 20%

省エネ
15%上図が示すように、第 1 段階までは一時的にコストおよび炭酸ガスが増加するが、目標としての第 2 段階では炭酸ガスは 19％も削減可能である。コストは新エネルギー開発に投資した金額を返還していくために、しばらくは 10%ほどのアップを覚悟しなければならないが、減価償却が完了する
10 年後ぐらいには、さらに LNG の採掘技術が進歩し、海底から採取するメタンハイドレート２）の収集技術も完成すれば、むしろ 20％ほどのコストダウンが見込まれるのは確実である。
第 1 段階では、石炭火力発電が 33％から 47％へ 1.4 倍にも増える。増加分を石炭火力で対応すると仮定すると、付随して副生する石炭灰は、現状の年間 1000 万㌧から 1400 万㌧まで増加する。石炭灰は一般的にセメントの製造過程で混合剤として使用されているが、現状でさえも、公共事業の低迷によるセメント不況で、石炭灰の受入れ先が縮小されているため、脱原発から単純に火力発電への切替えを低減しても、同時に石炭灰処理問題の解決策を提案しなければ実現は難しい。
石炭灰３）は、その中に含まれる未燃焼カーボン値をコントロールすれば、きわめて有効な生コンの改良材になる貴重な資源でもある。
（当社業務番号 23015 により、石炭灰の資源化検討テーマ）たとえば、セメント 1 ㌧あたり 450Kg の適正に処理された石炭灰を添加すると、施工されたコンクリート強度が 50％以上も増加し、流動性は 3 倍以上も改良される。
すなわち、同じ強度を保持することを条件にすれば、セメントは 34％も減少できて大幅なコストダウンが可能であり、また流動性の改善により施工性が向上し、作業時間の短縮に結びついて、これも大きなコストダウンに結びつく。セメント量が減らせるということは、1 ㌧のセメントを生産するのに 840Kg の炭酸ガスを放出するという事実に基づけば、きわめて効果的な炭酸ガスの抑止に結びつく。石炭火力に切替えることで現状よりも炭酸ガス発生が 20％ほど増加しても、それによって副生する石炭灰を効果的に活用すれば、増えた炭酸ガスの一部（およそ 8％）を引算することができる。
CO2 発生量
火力発電
20％ -

石炭灰の有効活用

10％ -

省エネ活動

0％

原発

上図が示すように原発を廃止し、現状の火力発電を 1.4 倍に増やし、残りの 15％を省エネで補え
ば、コストアップも国民負担でキャンセルできる範囲であり、炭酸ガス上昇も 5％ほどに押さえ込むことか可能である。
さらに第 2 段階になれば、逆に炭酸ガスの発生量はマイナスに転じるようになる。
原発廃止運動は社会的な現象として捉え、急激にはできないとしても、省エネ活動を奨励し、一度火力発電に切替えたあと、徐々にチップ発電や自然エネルギー利用へと移行していけば、かならずこの国難ともいえる大震災の余波を乗り切ることが可能であると信じたい。

【参考資料】
１）東日本大震災
・ 地震名称： 東北地方太平洋沖地震

・ 発生日時 ： 2011 年 3 月 11 日（金）14 時 46 分 18 秒
・ 震源

： 三陸沖約 130km・ 地震の規模と震度 ： マグニチュード 9.0（日本の観測史上最大）、最大震度７・ 震源域： 岩手県沖から茨城県沖に至る南北約 500km、東西約 200km

・ 震度特性 ： 同規模の余震が長時間継続

2008.06.14岩手宮城内陸地震

2005.08.16宮城沖地震
2011.03.11観測地：仙台

図－１) 今回地震と地震波形（E-W 成分）比較

図－２）本震後 1 日間に発生した地震分布

図-1,2) 土木学会東日本大震災被害調査団緊急地震被害調査報告書 執筆担当 後藤 浩之（京都大学防災研究所）:(一部加筆)・ 津波の高さ

２）メタンハイドレート（methane hydrate）
メタンハイドレートは、メタン（methane）などの天然ガスが水と結合して水和物（hydrate）となってできた、固体の結晶である。ホスト分子が、かご構造を作り、その中にゲスト分子を取り込むもの
を包接化合物：クラスレート（clathrate）とよび、か図-3 メタンハイドレートの結晶

ご構造の中にはメタン以外に硫化水素、二酸化※ 三角形はメタン分子 球は水分子炭素などもゲスト分子として入り込むことが知られ、これら様々な分子を含むハイドレートを総称してガスハイドレート（gas hydrate）と呼ばれる。
日本に産する天然のハイドレートのほとんどは、ゲスト分子がほぼ 100%メタンのため習慣的にメタンハイドレートと呼ばれるが、海外では同様のもの
構造図-4 メタンハイドレートの堆積比率であってもガスハイドレート呼ばれることが多い。
ガスハイドレートの最大の特徴は、ガスを固 体状 態 で大 量 に貯 留 できることである。（図-4） また、天然ガスは主成分がメタンであるために水素／炭素比が大きいために、単位エネルギー当たりの二酸化炭素排出量は石炭や石油に比べると減少し、全体としての温室効果は石油の場合に比べて約 2/3 になる。
このガスハイドレートは世 界 に幅 広 く分 布 している。特 に日本近海はメタンハイドレートの世界有数の埋蔵量を誇り、次 世 代 エネルギーとして注 目 されている。

図-5 世界のガスハイドレートの資源分布

図-6 日本周辺海域におけるﾒﾀﾝﾊｲﾄﾞﾚｰﾄ分布（2009 年）※ BSR：海底擬似反射面

図-3,4,5,6) （独）産業技術総合研究所

３） 石炭灰の利用実績
３－１ 山陰自動車道 仏経山トンネル工事における石炭灰添加吹付けコンクリートの施工１）
仏経山トンネル（L=2,986m）では、石炭灰の有効利用及びコスト縮減を目的として、石炭灰を用いた吹き付けコンケリートを採用した。
表－１に示す６種類の配合のうち、室内・現場試験の結果、C30-S10（セメント 30%・細骨材10%置換え＝108ｋｇ/m3 の単位セメント量減）の

表－１ 試験配合表

配合を適用配合として選定した。
図－７は始発時間を示す貫入抵抗値
3.5N/mm2 と終結時間を示す貫入抵抗値
28N/mm2 を示す。凝結試験結果では、石炭灰を添加した配合が無添加（記号：N）以上の急結性を示した。
図－８は長期圧縮強度を示す。早期強度は、C/W(セメント水比)が小さいため、N 配合より劣るものの、材齢 56 日以降の長期材齢では、

図－7 凝結試験結果

P/W(粉体水比)が大きい程圧縮強度が高く、フライアッシュのポゾラン反応による長期強度発現への関与を示すものと考えられる。活性度指数が低い石炭灰でも急結剤の強度促進効果により十分な強度が得られることが確認され、吹付けコンクリートに石炭灰を用いる利点と位置づけられる。
跳ね返り率および粉塵抑制は、ほぼ同等であり作業環境に影響はなかった。

図－8 長期圧縮強度試験

３－２ 山陰自動車道（斐川～出雲間）舗装工事における、石炭灰添加安定処理路盤の施工２）
石炭灰を使ったリサイクル技術の一環として、松江自動車道三刀屋舗装工事の実証実験を踏まえ山陰自動車道斐川・出雲間の路盤への活用を行った。
使用した石炭灰は、図－９に示す加圧流動床火力発電所から発生する、20～30%の CaO 成分を含む PFBC 灰を用い、その自硬性の活用によりセメントを使用しない経済設計とした。

下層路盤の設計値を表－2 に示す。

表－2 下層路盤設計値
図－9PFBC 灰の化学成分比較

舗装構成は、4cm(高機能 As 表層)＋6cm（As 基層）＋8cm（As 安定路盤）＋17cm（PFBC 灰下層路盤）の 35cm である。
室内配合試験結果より添加量を、図－10 に示す 5.2%とした。比較したセメントは、高炉セメント B 種である。表－3 の現場試験結果のとおり、良好な路盤構築が確認された。

表－3 現場試験結果
図－10 室内配合試験結果

３－３ PFBC 灰の PC 桁への適用
志津見ダム付け替え道路の「小川尻橋」は、NETIS 登録名：
EA-CRETE(エコアッシュクリート)による、 PFBC 灰を用いた PC 桁が採用されている。PFBC 灰の添加量は、150kg/m3 である。
小川尻橋 ： ポストテンション方式単純 T 桁橋
橋長 37.50m、 幅員 12.50m、 桁高 2.20 m

写－１ 小川尻橋

引用文献）
１） 石炭灰を用いた吹付けコンクリートの現場適用

2004. 7基礎工

岩間圭介、平間昭信、佐野信夫

２） セメントを使わない高速道路の路盤改良

2009.10

土木施工

小松 悟、山崎康弘、内田祐二、斉藤 直