福岡県保健環境研究所年報第40号，61-62, 2013

受賞研究
大気汚染の野外観測からその対策をめざして
下原孝章（大気環境学会学術賞（斎藤潔賞）受賞：平成24年9月18日）（平成24年度知事賞受賞：平成25年1月9日）
はじめに

２

35歳頃の私は大気汚染の知識はなく、研究費もまったくガス、エアロゾルの乾性沈着に関する研究

２．１

地上と森林山頂における大気汚染物質の観測持たなかったが、フィルターとポンプだけを頼りに夢中に乾性降下物は、晴れや曇りの日に大気から地表に降下しなって山野を歩いた。思い返してみると、当時から私の気ているが、野外での正確な捕集、評価法が難しく、シミュ持ちの根底に野外観測に留まらずその防除技術に携わりレーション以外に正確な結果は殆どなかった。私はフィルたい気持ちが強かった。簡単な機材は自作して、測定に失ター捕集によるイオン、ガス成分の評価と併せて、エアロ敗したら作り直した。そのため、データから奇異な現象がゾルの個々の化学的形態を直接、評価する方法を確立した。

見つかることが多く、正確な測定データを得るにはどうす

この方法は、透過型電子顕微鏡の 3mmφのメッシュ上に薄ればいいのか、工夫して装置を改良する繰り返しであった。

膜を作成し、その上にエアロゾルを沈着捕集後、試薬を蒸周知の大気現象であっても、自分の中で一端、咀嚼、検証着、エアロゾルと試薬の反応により析出した反応パターンし、納得できたら次の方策を考えてみる。切り口を変えたから、その化学組成を同定する手法である。また、発色後、手法、別の視点で取り組んでみることで新たな現象が発見

数ヶ月間、色褪せし難いpHシートを試作、晴れた日のガス、されることが多かった。

エアロゾルの沈着を敏感に評価できる銅ガラス板を考案

初めて海外に行ったのは北京でのセミナー、私が40歳のし、これらを併用した沈着現象の評価を行った。その結果、時、大気環境学会の文化財分科会による出張が最初であっ従来のフィルター捕集では明らかにし難かった自然界のた。その後、現在まで、中国を中心にギリシャ、米国、マ

物質表面に対する沈着影響を確認し、酸性霧、森林枯損にレーシア、韓国、タイ、イタリア、オーストラリア、トル

関する重要な知見を得ることができた。例えば、福岡県のコ、ポーランドと数多くのシンポジウム、渡航の機会に恵三郡山(標高約 920m)、宝満山(標高約 830m)の中腹から山まれた。今では、年3～4回、いろんな国の講演、会議に呼頂では硝酸成分による強い酸性化現象(pH2 以下)が確認でんでいただいている。以下、私がこれまで実施してきた研きた2)、3)。

究の概要を列記したい。

ある調査期間のこと。高湿度の曇り空と小雨、時々、雷雨、オキシダント濃度が 10ppb以下の低濃度状況が 10 日

１

エアロゾルの評価手法の検討

間ほど続く、過去 10 年間になかった気象状況のもと、私入所当時、電子顕微鏡により数多くのエアロゾルを観察

は両地点で亜硝酸イオン(NO2-)を数μg/m3 の高濃度で検した。2年間で約1万枚の写真を暗室にて現像した。エアロ

出した。NO2-は国内外の研究者が熱心にその検出を試みてゾルの形態、発生源を識別できるトレーサー元素の確定、いたものの殆ど検出されない成分であった。海外の報告と分析型X線装置で測定したエアロゾルの全組成をパターンしては、硝酸イオン(NO3-)の濃度上昇と同時に極めて低い化、発生源粒子を判別できる手法を考案し、環境中のエア濃度 0.1～0.2μg/m3 の検出例があるのみであった。私のロゾルの同定に利用した1)。黄砂粒子の粒径は3～4μmと言調査結果はNO3-の濃度が低い期間に両地点でNO2-が高濃われているが、これは空気力学的粒径であり、実際の幾何度に出現するという特異事象であり、大きな反響を呼んだ。

学的粒径は2～3μmであること、海塩粒子は重量濃度とし風の流れから九州北部工場地帯から高濃度NOxの排出、測ては殆ど粗大粒子側に存在するが、数量としては微小粒子定地点付近への流れ込みが推定できた4)。これらの結果を側にも多く存在し、微小粒子としての表面積は大きい。そAtmospheric Chemistry に 投 稿 し た 。 査 読 委 員 は M. N.のため、微小粒子側の海塩粒子も反応には無視できないこPortnoy博士とオゾンホール他の研究により前年度、大気とも分かってきた。

環境のノーベル化学賞を受賞したP. Crutzen博士であった。査読結果には「興味深い。内容をもっとシンプルに」

福岡県保健環境研究所 （〒818-0135 太宰府市大字向佐野 39）と書かれていた。当時、私は温湿度記録計等の機材を殆ど持たなかったのでデータセットが不十分と判断、再投稿で-61-

流事業(2001年度～2010年度)に誘われて参加、技術交流をきず研究成果は今も手元に残っている。

行なってきた。九州大学の支援のもと、そのプロジェクト
２．２に参加、中国の清華大学に技術指導し、その北京キャンパ

沈着メカニズムと沈着速度の測定

乾性沈着を直接測定する方法として、濃度勾配法、渦相ス構内の正門(東門)に実証フェンスを設置した。イスタン

関法等が試みられていたが、野外で沈着速度を実測値としブール工科大学他からの招待を受け、炭素材料による環境て測定した例は国内外で殆どなかった。私は研究所屋上に修復技術とその再生方法、実証技術についてトルコで講演

おいて、沈着速度を多成分同時に実測値として測定する手と技術交流も行った。

法を検討した。物質表面に対する沈着量を正確に日毎、40

現在、私は新たな浄化技術に着手している。これまで見日間連続測定してその差分を取り、大気中のイオン性粒子、過ごされてきた自動車内の高濃度NOx、有害炭化水素を、ガス成分の物質表面への沈着速度を評価した。測定には非緩やかな空気流れを利用して電気エネルギーなしに、外気常に高い精度が求められたこと、風雨が強い時、代理表面が車内に流入する経路で削減する手法を考案し、その技術への雨水の混入等がありうまくいかず、3 年間の試行錯誤改良を進めている。さらに、ACFを利用した新たな技術をの末、最終的に大気中のガス、エアロゾルの沈着速度、沈提案した。これら技術は取り扱いとメンテナンスが簡素で

5)着メカニズムに関する重要な知見を得ることができた 。

あり、中小企業や東アジア地域を取り込んだ大きな研究へ

当時、九州大学の植田洋匡先生（その後、京都大学名誉教と展開し始めている。今後は、炭素材の製造、使用、廃棄授）のもとへ通い続け、いつも深夜までマンツーマンでごする過程で発生するトータルCO2(ライフサイクルCO2)に指導いただいた。

ついても評価していきたい。

３

離島及び九州北部における大気汚染物質の長距離移流と環境酸性化に関する研究
1990 年代に国立環境研究所及び京都大学防災研究所の客員研究員として大気汚染の実態解明と環境酸性化の機構について研究を進めた。長崎県五島と福岡県太宰府市の2 地点で大陸から北部九州へ移流するガス、エアロゾルの移流と環境酸性化について研究した。エアロゾルの酸性度については、フィルター捕集によるイオン成分のカチオン、アニオンの差分評価ではなく、フィルター抽出水のpHを直接、測定した。薄膜法、アンダーセンサンプラーを併用し、測定時間を短くすることで、エアロゾルの酸性度、化学形態を明らかにした6)。

おわりに本研究を進めるにあたり、研究を手伝っていただいた保４

高活性炭素繊維(ACF)を用いた大気浄化技術の開発と実証化研究

健環境研究所の皆様、地方研究所に勤務する私に対して、いつも私と同じ目線で熱く語り合っていただいた九州大

活性炭素繊維(ACF)を用いた道路沿道の大気浄化技術の学、京都大学、豊橋技術科学大学の先生方、機材を提供し改良と実証試験を行った。当研究所の渡り廊下を歩いていて下さった人達。その1つ1つが私にとって励みであり、こた時、風にそよぐ縦型のブラインドからヒントを得て、自こまで研究を進めることができました。紙面には書き切れ

然風を利用した基礎研究に着手した。空気浄化に最適なませんが、ここに改めて深謝いたします。

ACF種の選定、前処理を施したACFに対して“高活性炭素繊維”と命名した。

文献

この技術は自然風を利用して道路沿道のNOx、VOCs等を

1) 下原孝章ら：大気汚染学会誌, 24, 100-111, 1989.

7)削減する技術である（図１） 。電気エネルギー不要、降2) 下原孝章ら：大気汚染学会誌, 30, 169-179, 1995.

雨による繰り返し使用が可能であり8年間の基礎研究と4

3) T.Shimohara

年間の実証試験を経て国土交通省が採用するところとな

etal.,:TheScienceof

TotalEnvironment, 198, 287-298,1997.

った。現在まで,九州大学、豊橋技術科学大学、京都大学、

4) 下原孝章ら：第34回大気汚染学会要旨集,495, 1993.

清華大学等と包括的な研究へと発展している。既に大阪市

5) 下原孝章ら：大気環境学会誌，39, 171-187, 2004.の2カ所、さらに昨年度は東京都でも試験施工が開始され

6) T. Shimohara et. al.: Atmospheric Environment, 35,ている。また、私は日本学術振興会と中国文部省に支援された京都大学－清華大学による拠点大学方式日中学術交667-681, 2001.
7) 下原孝章ら: 大気環境学会誌, 47, (1), 58ｰ66, 2012-62-