特 集 表面処理鋼板を活かす…その6

外装鋼板における酸性雨腐食の特徴
JFE鋼板（株）技術サービス 木村 肇
面に吸着、吸収される乾性沈着の２つである。

1．はじめに硫黄化合物の全沈着量に対する乾性沈着は、湿性沈着

酸性雨とは大気が酸性化すること、あるいは環境が酸と同じレベルにあり、大気中に排出された亜硫酸ガス性化することであり、酸性雨問題を考えるとき、単に狭(SO2)の一生を追跡する上では、ウェットな現象だけを考義の酸性雨にとどまらず、こうした大気や環境そのものえたのでは不十分で、ドライな現象も同列に扱う必要がの酸性化(acidification)を考える必要がある。

ある２）。

清浄な大気中にも約350ppmvの二酸化炭素(CO2)が存在

2．酸性雨の現状するので、それが降水に溶けると炭酸が生成され、降水のpHは約5.6となる。従って、降水の酸性を論じるときにはpH5.6以下を対象にすることが多くなる。

写真１に示すように、低気圧が北東に進むにつれて（abcdの順）大陸の酸性雨原因物質・硫酸塩（赤・黄・

図１に示すように、硫酸(H2SO4)や硝酸(HNO3)等の酸性白の部分）が日本方面に広がる様子が再現されている３）。

物質は最終的に地上に沈着するが、沈着過程は２種類あ

なお、日本海側で降る酸性雨中に含まれる大部分の硫酸る 。酸が降水に溶解して沈着する湿性沈着と、酸がエの起源が中国であることは、中国で産する石炭中の硫黄アロゾルやガスのまま風にのって地上に到達し、その表元素の同位体比と一致することから明らかになっている。

１）

図１

エネルギーの消費と酸性雨

−2−

写真１

越境大気汚染シミュレーションモデルの結果（国立環境研究所）

図２に示すように、わが国では日本海側で降水中における非海塩性（nss : non sea salt）の硫酸濃度が高く 、４）にインド、タイという国々が存在する低緯度地域においても、今後酸性雨が問題となる可能性がある。

図３の経月変化でみるように冬季にその傾向が強まる 。

酸性雨などの腐食に及ぼす影響について、広島市と重図４に1986年を基準として2000，2010年のアジア各国

慶市の共同研究における錆進行状況の記事によれば、同

３）一サンプルを用いた暴露試験において各種塗装仕様で重におけるSO2，NOX放出量の予測を示す５）。
SO 2の放出量が最も多い中国は1986年には約1900万トンを示しているが、2000年に3400万トン、2010年には慶市の方が広島市に比べて３〜９倍腐食速度が大きいとの報道がある（日刊工業新聞1997.9.9）。

4900万トンに急増すると予測されている。2000年の放出量は続いてインド、韓国、タイなどに多くなっている。

3．雨水の化学成分濃度の地域差

なお、日本は公害対策でSO 2の放出量を減少させること

表１に酸性雨の実測値を示す ５）。pHをみると、北京、に努力し、現在90万トン程度に維持している。

天津など北方の都市においてはpH6台である。重慶、貴これらの予測から中国、韓国の存在する北緯25度以上

陽などの比較的内陸部あるいは南部の諸都市においての地点で酸性雨の問題が顕在化する可能性があり、さらpH4台で、4.07が最も低い値となっている。中国南部では−3−

表１

図２

中国における雨水化学成分濃度（μg/mL）

図４

地域別硫酸塩沈着量の降水量依存性

アジアにおけるSO2、NOX放出量の将来予測（1987年10月〜1990年9月の平均）

図３

降水中のnss−SO42−濃度の経月変化（nss：non sea salt）

日本国内のpH平均値4.7（東京4.9、大阪4.5）よりも低い地点が多い。これらの状況をpH値だけから判断すると、北方では酸性雨が降らず、内陸部では酸性雨が降っていることになる。
しかし、雨の汚染状態はpHだけでは判断できない。例
えばSO42−（硫酸イオン）濃度でみると、北方の北京と内陸部の重慶、貴陽で大きな差はない。このSO42−濃度は日本の平均濃度の数倍に当り、SO42−放出量が多いことを反映している。
NH4+やCa2+をみると、北京、天津などの北方で非常に大きな値を示しており、内陸部あるいは南部の重慶、貴陽では低い。とくに北京におけるCa2+濃度は非常に高く、東京、大阪のほぼ５倍以上高い。北方の雨水にはNH4+や−4−表２気体の水に対する溶解度

土壌に由来するCa 2+が大量に含有され中和作用を起こす

55.5であり、太平洋側では仙台36.4、東京41.5、川崎44.4、ため、pH6台になっている。このような状況からすると

名古屋42.9、潮岬47.2である。日本海側の沈着量は太平洋中国全土で酸性雨が降っていることになる。

側に比べ明らかに多く、また年度とともに増える傾向が

表２に気体の水に対する溶解度を示す。亜硫酸ガス（S02）ある。の水への溶解度は酸素（O2）の約1300倍、酸化窒素（NO）

沈着量の酸性化をもたらしているのは窒素化合物よりの約800倍も大きいので、分圧としては小さくても金属表も硫黄化合物の寄与が大きく、図７に1991〜1993年度 の面の水膜への溶解度が大きく、腐食に著しい影響を及ぼ

nss-SO42−沈着量を示す２）。日本海側の東北、北陸地方です。したがって、大気中に亜硫酸ガス（S02）と酸化窒素

とくに多く、酸性雨による厳しい腐食環境が窺える。

（NOX）が存在する場合、酸性雨腐食は亜硫酸ガス濃度に大きく依存する。

5．環境の酸性化
図８に国内における酸性霧の観測された最低pHを示す

4．日本国内における酸性雨のSO42−沈着量とpH

５）。酸性雨に比べpHが非常に低いことが分かる。雨は高図５に国内における平成5年度から7年度までの降水の層から落下してくるため、下層での大気汚染物質の補足

年平均pH分布を示す３）。平成7年度のpHは日本海側の札時間は短い。一方、霧は大気汚染物質の発生量が多い地

幌4.6、新潟4.6、輪島4.6、松江4.7であり、太平洋側では表付近に生じ、微小水滴で滞留時間が長いため、汚染物仙台5.1、東京5.2、川崎4.8、名古屋4.7、潮岬4.6である。

質を多量に取り込む。

年度によってpHの変動があるが、日本海側のpHが若干酸性雨の場合には、汚染された初期降雨が多量の清浄な後続雨水により洗い流される。しかし、霧の場合には低い傾向がみられる。
図６に国内各地における平成5年度から7年度までの水分量が少ないため、屋根、壁などに付着した場合、流nss-SO 4 沈着量を示す 。平成7年度の沈着量(meq/㎡/

れ去ることがなく、作用（反応）時間が長くなり影響をｙ)は、日本海側の札幌35.6、新潟75.9、輪島86.7、松江与えやすくなる。結露の場合も霧と同様と考えられる。

2−３）−5−図５降水中のpH分布図

図６

nss−SO42−湿性沈着量の分布図（nss：non sea salt）

−6−

図７

nss−SO42−の年沈着量の推定（1991〜1993年度の調査結果）

図８−7−

国内における酸性霧の観測された最低pH図９

硫酸水滴の乾燥による濃度変化

図11

融雪率と融雪水中の各種イオン濃度

図９に硫酸滴濃縮実験の結果を示す ６）。実験場所の風速は１m/s以下で、晴天、気温は13〜15℃、湿度は27〜29％RH（相対湿度）であった。濃度がそれぞれ約1, 5, 22
wt％の硫酸を塗膜の上に0.1mLずつ多数点に滴下した。
これらの硫酸滴から60min経過するまで10min毎にスポイトで採取して硫酸濃度を測定した。硫酸濃度の変化は初期濃度によって異なり、濃度が薄い場合、急速に濃縮され、いずれの初期硫酸濃度（1, 5, 22 wt％）においても約１時間後にはほぼ60wt％になっている。

通常、酸や塩類などを溶かし込んだ水溶液が凍るとき、

図10に酸性雨による塗膜損傷発生モデルを示す 。酸

純水だけが凍って氷となり、水中に溶けている物質は氷性化した雨や結露が塗膜に付着すると、水分の蒸発が生または雪から排除されて、その結晶表面に付着する。雪じ（太陽熱等による塗膜温度の上昇で加速）、水滴pHの解けが始まると、わずかに溶けた水に排除された物質が低下により、腐食性が強くなり、塗膜の加水分解、塗膜溶け込むため、濃厚な溶液となる。

７）

図12に積雪地における湖の年間pH変化例を示す４）。湖への強酸水の浸透によるめっき層の腐食が生じる。
図11に融雪率と融雪水中に含まれる水素イオンなどの水のpHは春の融雪期に大きく低下する現象が認められ陽イオンや硝酸イオン、硫酸イオン濃度の関係を示す 。

る。また、冬の積雪期にやや大きなpHの低下を示すのは、融雪の初期に酸やその対イオンである硫酸イオンなどの初冬に積もった雪が暖気で溶けたためで、春の融雪期よ陰イオンが一気に溶け出すことが分かる（snow-melt

りは小さいがかなりの水素イオン濃度の増加が観測されacidic shock）。ている。

３）

図10

酸性雨による塗膜損傷発生モデル−8−6．亜硫酸ガス雰囲気におけるカラー鋼板素材腐食の特徴
6.1

鋼板

図13に鋼板の腐食に及ぼすSO2の影響を示す８）。湿気のこもりやすい部分（軒裏部等）は相対湿度が60％を超えると考えられ、SO 2が存在すると腐食が激しくなり、錆生成により重量が増加している。
6.2

亜鉛

腐食減量(錆除去後測定)はその土地の年間平均気象観測値、大気汚染値と次のような回帰関係がある９）。
１年後の腐食量(g/dm 2 )＝0.177×(気温℃)＋0.256×(湿度%)＋0.027×(海塩粒子ppm)＋2.99×(SO 2 mg/dm 2 ・day)−0.00785×(降水量mm)−19.22
このように大気腐食速度は、とくにSO 2と相対湿度の影響が大きい。また、降雨時には結露以上に腐食速度が増加するが、降水時間が全腐食時間に寄与する割合は結露よりも少なく、腐食量への影響は結露の方が大きいと考えられる。
図14に亜鉛の大気腐食速度に及ぼすSO 2汚染の影響を示す。SO 2の増加とともに亜鉛の腐食が加速されていることが分かる９）。
亜鉛のように不動態化条件下で腐食生成物に覆われた
図12

湖の年間のpH変化

金属の腐食速度は、不動態化の原因となっているZnO、のある環境下での水膜への酸性ガス（SO 2等）の吸Zn(OH)2、塩基性炭酸亜鉛などの保護被膜をより可溶性に収により環境が酸性化し、腐食が進行する特徴があするSO 2、塩化物（海塩粒子）などの大気汚染物質に大る。
(3)日本海側など酸性雨腐食が懸念される地域においてきく影響される。

は、建築物外装部で湿気がこもりやすい部分を軽減

7．結言するような設計・施工の配慮が望まれる。

(1)酸性雨起因物質が国境を越えて飛来してくるため、(4)煙突など酸性雨起因物質が高濃度に排出される場所

外装鋼板の腐食被害は広範囲な地域に渡って、今後においては、適正な屋根・壁材を選択するとともに、とも増加すると予想される。

局部的な腐食（酸性雪など）を防止する設計・施工(2)酸性雨と総称される腐食の実態は、結露および湿気−9−を行う必要がある。

図13

0.01％ SO2を含む大気におけるFeの腐食と

写真２

相対湿度の関係

カラー鋼板製壁面の白錆発生（日本海から約20km：4年経過）（55日間試験）

写真３

カラー鋼板製屋根面の煙突近傍の腐食（積雪地：１冬経過）

図14

亜鉛の大気腐食速度に及ぼすSO2汚染の影響

参考文献
1)酸性雨問題周知啓発企画検討委員会編集：環境保全活動のための酸性雨ハンドブック，p.21,(財)日本環境衛生ｾﾝﾀｰ・酸性雨研究ｾﾝﾀｰ(1999)
2)日本化学会・酸性雨問題研究会編：身近な地球環境問
題―酸性雨を考える―,p.17,83,ｺﾛﾅ社(1997)
3)環 境 庁 地 球 環 境 部 監 修 ： 酸 性 雨 ― 地 球 環 境 の 行 方―,p.147,208,224,中央法規出版(1997)
4)片岡正光，他：酸性雨と大気汚染,p.56,71,三共出版(1998)
5)村野健太郎：酸性雨と酸性霧,p.26,55,132,裳華房(1994)
6)森

7)日本ペイント㈱：耐酸性雨塗料の技術動向,亜鉛鉄板会

環境の酸性化による腐食例

WG13依頼講演(1998.12.17)

写真２：湿気がこもりやすい軒下の壁面部に白錆がみ

8)松橋俊一：1997色材解析講座, p.16〜25,主催(社)色材協られた。屋根表面は異常なし。

会(1997)

写真３：燃焼ガスの降下と暖気により積雪表面が溶け、融雪水が流下するとみられる煙突近傍に錆が発生してい寛爾，他：色材Vol.71,№10,p.619〜623(1998)9)日 本 鉛 亜 鉛 需 要 研 究 会 編 ： 亜 鉛 ハ ン ド ブ ッ ク ( 改 訂版),p.101,102,日刊工業出版ﾌﾟﾛﾀﾞｸｼｮﾝ(1994)

た。

以上−10−