大阪環農水研報

１：１〜５(2008)

Bull. Res. Inst. Env. Agr. Fish. Osaka １:１〜５(2008)

木材の大気浄化能力の評価
辻野喜夫・吉良靖男*・荘保伸一**

Air Purification Ability of Wood
Yoshio TSUJINO, Yasuo KIRA*, Shinichi SHOUHO**

Summary
Nitrogen dioxide, a serious air pollutant, was purified on the surface of wood. The nitrogen dioxide purification ability of wood was evaluated by an air purification test procedure for photocatalytic materials (JIS R
1701-1:2004). The ability of black heartwood in Sugi wood (Cryptomeria Japonica) was achieved at a level, 2times higher than that of photocatalytic reduction of nitrogen oxides.

Ⅰ．はじめに

１．木材の大気浄化機能
森林には，大気汚染を浄化する機能があることは知ら

緑豊かな森林は，地球温暖化ガスの二酸化炭素（CO２）を蓄積し，大気汚染や水質汚濁を浄化する機能を発揮す

れていたが，伐採され「木材」になってからも優れた浄化機能を発揮する．

る．しかし近年，大阪府域を例に取れば，森林面積約

東大寺正倉院では，ヒノキの校倉の中のスギの唐櫃の57,000haのうち間伐を要するスギ，ヒノキの人工林は年中に数多くの御物が納められ，1,250年間保存されてき間約1,340haであり，このうち62％が間伐を実施されてた．従来，この現象は，校倉の内部の温度，湿度が一定いるに過ぎない．森林整備の遅れによって本来森林のもに保たれてきたことによると考えられてきた(第1.1〜1.2

つ環境浄化機能が十分に発揮されていない状況にある．

図).

さらに，間伐材の８割は未利用のまま林内に放置されて，しかし，木造建造物の内部では，二酸化窒素（NO２）いる．間伐を促進し，森林を活性化し，森林を保全するた

二酸化硫黄（SO ２）およびオゾン（O ３）等が外気よりめには，間伐材を有効活用する技術の開発が不可欠である．

も70〜90％減少し，その現象が千二百五十年前の正倉院

第1.1図

正倉内外の気温変動（平成12年4月29日−6月9日）１)
外気の日変動:10℃, 校倉内部の日変動: 1.4℃, 唐櫃内部の日変動:1.2℃*大阪府環境農林水産部 地球環境課（研究担当時**越井木材工業（株）（KOSHII & CO., LTD）

森林課）（Global Environment Division, Osaka Prefectural Government）

2

大阪府環境農林水産総合研究所研究報告第１号（2008）

第1.2図

正倉内外の湿度変動（平成12年4月29日-6月9日）１)
外気の日変動:47.5％, 校倉内部の日変動: 7.2％, 唐櫃内部の日変動:1.1％

40のヒノキの校倉やスギの唐櫃の内部でも観察された．
正倉院の校倉内や木製の収蔵庫内部では，電力を使用

30（東泉テクノ社製）によりNO２およびNOxを採取し，イオンクロマト分析に供した．NOx−NO２により一酸化窒ppb

した長期間サンプリングは不可能で，拡散型サンプラー

素（NO）濃度を算出した．正倉院のヒノキの校倉およ20102)
拡
び５博物館の収蔵庫内で，大気汚染調査を実施した．

0

散型サンプラーを収蔵庫中と，屋外の百葉箱中に１か月(a)TNM間，2回設置した．第1回大気汚染調査（1999年10月22日(b)TMNO2(in)(c)IMNO(in)(d)FM (f)JHM (g)S-H
NO2(out)(h)S-BNO(out)〜11月19日）の結果を第２図に，また，第２回の調査（2000年2月2日〜3月4日）の結果を第３図に示す．木

第3図第2回大気汚染調査（2000年2月2日〜3月4日）２)造建造物（木製の収蔵庫を含む）は，外気に比較して，NO２濃度が低下し，NO濃度が上昇する傾向にあった．

いNO２の浄化能力（91.2%）があった．以上の調査，実NO２浄化能力に及ぼす木造建造物の建築経過年数の影験から，校倉造り建物内では，温度，湿度が一定に保た響を第４図に示す．NO２浄化能力（○）は1,250年間もれ，且つ，大気が浄化されてきたために，文化財の良好高い水準で維持され，NO２のNOへの還元能力（●）はな保存環境が保たれたと考えられる．また，木造建造物65年間以上も保持されていた．

内での環境は，文化財だけではなく，人間の生活空間とまた，スギ，ヒノキ，米スギのおが屑（２g）にNO２標準ガス(5,000ppb)を通気する実験３)では，第５図に示しても適切なものであり，都市におけるNO２高濃度地域の屋内空気の環境改善にも役立つものである．

すように，日本の人工林の主要樹種であるスギに最も高10040

スギの唐櫃

8030ppb%60
ヒノキの校倉4020201000(a)TNM(b)TM(c)IMNO2(in)NO(in)(d)FM (f)JHM (g)S-H
NO2(out)(h)S-BNO(out)第2図 第1回大気汚染調査（1999年10月22日〜11月19日）２)

10100
1000
木造建造物の建築経過年数（years）
NO2の浄化能力

10000

NOへの還元能力

第4図 NO2浄化還元能力に及ぼす建築経過年数の影響３)NO２浄化% = 100×(1−indoor NO２ / outdoor NO２)
NO 還元% = 100×(indoor NO−outdoor NO) / outdoor NO２

3

concentr ation (ppb)

辻野他：木材の大気浄化能力の評価

Ⅱ．木材および方法

5000
4000

１．木材のNO２浄化能力の評価方法

3000

木材による大気汚染物質（NO２，SO２，O３，ホルムア

2000ルデヒド）の浄化試験法には，日本工業規格（JIS）で1000定められたものはない．しかし，スギの大気浄化機能を

00102030time (min)スギ(NO2)スギ(NO)

405060

利用が進むと，浄化能力を評価する方法が必要になってヒノキ(NO2)
ヒノキ(NO)

米スギ(NO2)
米スギ(NO)くる．

木材種の出口NO2 & NO濃度に及ぼす影響３)

第5図

活用した環境浄化商品の開発やスギ材の木造建造物への現在，光触媒材料の大気浄化試験法は，JIS R17011:2004で定められているので，木材の大気浄試験法には，光を照射しないJIS R1701-1:2004の方法を用いた．
光触媒試験法によるスギおが屑およびスギ板のNO２浄化能力の評価試験装置を第6.1図及びJIS R1701-1:2004の装置模式図を第6.2図に示す．

Ⅲ．結果および考察
１．光触媒試験器による浄化能力の評価

第6.1図 光触媒試験器によるスギおが屑およびスギ板のNO2浄化能力の評価試験装置concentr ation (ppb)

光触媒試験器による黒心材おが屑の浄化能力の評価値を
1000
800
600
4002000光源

060120180time (min)窓板

output NO2300output NO

浄化材料

第7図 光触媒試験器によるスギ黒心材おが屑のNO2浄化能力

触媒層長さ

導入NO２ 濃度: 1,000 ppb. NO２ガス流量: 3 L/分(線速度20cm/秒).
おが屑量: 9.6 g(50cm2×1.5 cm). 滞留時間(t):0.5 秒. RT: 25℃.
RH: 80 ±５%.

Ｐ

1607
1500

排出測定装置

汚染物質
標準ガスμMm-２hr-２ hr-１

ガス混合器

Ｐ

空気精製装置コンプレッサー

240

質量流量
制 御 器

加湿器

窓板

（光照射容器の断面図）

浄化材料

1000

500

空気層厚み0光源

心材＆辺材

辺材

心材

赤心材

黒心材

第8図 光触媒試験器によるスギおが屑のNO2浄化能力評価
高さ調製板

第6.2図

触媒層長さ

光触媒試験器の模式図（JIS R1701-1:2004）

導入NO２濃度: 1,000 ppb. NO２ガス流量:３L/分 (線速度20cm/秒).
通気NO２総量: 1607μM/m2/時. おが屑量: 8-10 g (50cm2×1.5cm).
滞留時間(t):0.5 秒. RT: 25℃. RH: 80 ± 5 %.

4大阪府環境農林水産総合研究所研究報告第１号（2008）
第１表 スギ（黒心材おが屑，黒心材挽きたて板，赤心材プレーナー仕上げ板）のNO2浄化能力と光触媒のNOx浄化能力の比較
μM m−2 hr−1

スギ黒心材おが屑

34.4

1,400

スギ黒心材挽きたて板

1.97395

スギ心材プレーナー仕上げ板

0.387680

NO2 (ppb)

μM 50cm−2 5hr−112040

2.2〜16.4光触媒0（実質1/3倍）

0.0

0.20.4
0.6time (hr)

初期濃度:1,000ppb, 風速:0.2m/sec, 反応温度:25℃,RH:80±5 %（おが屑，木材）, 50%（光触媒）

R=0R=0.5

0.8

1.0

R=1.0

スギ黒心材おが屑による屋内のNO2浄化能力

第9図

初期濃度C0=119ppb, 外気のNO２濃度Coutdoor=119ppb,
室内容積V=2.7×2.7×2.4m, スギおが屑面積 S=7.3m２(天井面),換気速度R=0.0-1.0 (times/hr), 室内でのNO２発生量Q=0(μM/hr),
Δt=0.01hr, 室温=25℃, RH=80±5%.

第７図に示す．また，種々のおが屑の浄化能力の比較を第８図に示す．スギおが屑の浄化能力は，心材（河内長野産）の場合，辺材よりも４倍大きく，通常の混合物よりも２倍大きい．また，心材の内でも，鳥取産の赤心材120がさらに大きく，宮崎産の飫肥杉の黒心材が最も大きか
スギ黒心材おが屑，挽きたて板およびプレーナー仕上げ板と，光触媒の窒素酸化物の浄化能力とを第１表に示す．黒心材おが屑の浄化能力は，光触媒の窒素酸化物のNO2 (ppb)った．
8040

浄化能力よりも２倍大きい（光触媒の実稼働率は1/3倍なので，実質６倍の能力）．しかし，スギ黒心材であっ0ても，挽きたて板やプレーナー仕上げ板のように，板の0.00.5状態では低い浄化能力であった.
２．黒心材おが屑の木製低層遮音壁への活用

1.0time (hr)
R=0

1.5

R=0.5

2.0

R=1.0４)

交通量の多い沿道から５m地点に高さ１mの木製（黒第10図 スギ黒心材挽きたて板による屋内のNO2浄化能力想定した．40Km/時で走行する乗用車のNOx排出原単位

初期濃度C0=119ppb, 外気のNO２濃度Coutdoor=119ppb,
室内容積V=2.7×2.7×2.4m, スギ板面積 S3 7.3m2 (天井面),
換気速度R=0.0-1.0(times/hr), 室内でのNO２発生量Q=0(μM/hr),
Δt=0.01hr, 室温=25℃, RH=80±5%.

は，2,174μM(0.1g)/Km（平成17年度大阪府）．沿道か120

心材おが屑）遮音壁を道路両端１Kmに設置した場合を

屑の木製低層遮音壁（表面積:1m×1,000m×両面×両端=4,000m２）のNO２浄化量は0.32Mol/時［第１表｛1,400μM m−2 hr−1（暴露NO２濃度:1,000ppb）｝から，NO２浄化量は暴露NO２濃度（60ppb）に線形比例するとして算NO2 (ppb)

ら５mのNO２濃度を60ppbと想定した場合，黒心材おが8040出（60ppb/1,000ppb）］であった．この木製低層遮音壁の設置は，乗用車3,600台/日の通行台数を削減したのと

00.0

1.0

2.0
3.0time (hr)同じ効果を生むことになる．
R=0３．NO２浄化評価関数による屋内浄化シミュレーション

R=0.54.05.0

R=1.0

NO２浄化評価関数は，室内が完全に攪拌された状態を第11図 スギ赤心材プレーナー仕上げ板による屋内のNO2浄化能力仮定した理想系での物質収支式であり，木材による浄化

初期濃度C0=119ppb, 外気のNO２濃度Coutdoor=119ppb,室内容積V=2.7×2.7×2.4m, スギ板面積 S3 7.3m2(天井面),
換気速度R=0.0-1.0 (times/hr), 室内でのNO２発生量Q=0(μM/hr),
Δt=0.01hr, 室温=25℃, RH=80±5%.の寄与，外気の換気による寄与，屋内のNO２発生源による寄与から成る差分方程式である．
木材のNO２浄化評価関数による屋内浄化シミュレーシ
ョンの結果を第９〜11図に示す．
黒心材おが屑，挽きたて板及びプレーナー仕上げ板のNO ２ 浄化能力（第１表参照）は，暴露NO ２ 濃度（0 〜1,000ppb）に線形比例するとした．
NO２の初期濃度及び外気濃度は，大阪府下の道路沿道測定局の過去２年間で最も高濃度を示した119ppb（１時間値）を用いた．

辻野他：木材の大気浄化能力の評価

5

今回の計算にもちいた室内は4.5畳，天井高さ2.4mであったが，天井高さが2.4mであれば，室内の大きさは例
え何十畳の大きさであっても，計算結果に影響しなかった．
１）スギ黒心材おが屑によるNO２浄化評価関数
C(n+1)Δt = CnΔt − 31.36(S/V)C nΔtΔt +(Coutdoor − CnΔt)
R･Δt + 22.4(Q/V)Δt (n = 0, 1, 2, 3,････)CnΔt : n×Δt時間後の室内のNO２濃度(ppb),
S：室内のスギおが屑面積(m２),
V：室内容積(m３),
Coutdoor: 外気のNO２濃度(ppb),
R：換気速度(times/hr),
Q：室内でのNO２発生量(μM/hr),

第12図 バイオマスの循環システム活用の模式図

Δt：差分時間(hr).
31.36(m３/m２/hr)=1,400(μM/m２/hr)/1,000×22.4(m３/μM)

浄化試験法には，光を照射しないJIS R1701-1:2004のおが屑で天井面を張ることなど，実際には有り得ないが，方法を用いた．宮崎産の飫肥杉の黒心材おが屑の浄化能

第９図に示すように，何れの換気速度（0, 0.5, 1.0 times/力は，光触媒の窒素酸化物の浄化能力よりも２倍大きかhr）でも，僅か５分で40ppb以下になった．

った（光触媒の実稼働率は1/3倍なので，実質６倍の能２）スギ黒心材挽きたて板によるNO２浄化評価関数力）．交通量の多い沿道から５m地点に高さ１mの木製（黒C(n+1)Δt = CnΔt − 8.85(S/V)C nΔtΔt + (Coutdoor

心材おが屑）遮音壁を道路両端１Kmに設置した場合，−CnΔt)R･Δt + 22.4(Q/V)Δt (n = 0, 1, 2, 3,････)

乗用車3,600台/日の通行台数を削減したのと同じ効果を8.85(m３/m２/hr) = 395(μM/m２/hr)/1,000×22.4(m３/μM)生むことになる．NO２浄化評価関数による浄化シミュレ

天井面をスギ黒心材挽きたて板で張った場合，何れの換ーションでは，天井面をスギ黒心材挽きたて板で張った気速度（0, 0.5, 1.0 times/hr）でも，第10図に示すよう場合，何れの換気速度（0, 0.5, 1.0 times/hr）でも，１に，１時間以内に40ppb以下になった．

時間以内に40ppb以下になった．しかし，スギ心材プレ３）スギ心材プレーナー仕上げ板によるNO２浄化評価関ーナー仕上げ板では，換気のある状態では，40ppb以下数にならなかった．

C(n+1)Δt = CnΔt − 1.70(S/V)C nΔtΔt + (Coutdoor−CnΔt)R･Δt+ 22.4(Q/V)Δt (n = 0, 1, 2, 3,････)

Ⅴ．引用文献1.70(m /m /hr) = 76(μM/m /hr)/1,000×22.4(m /μM)
３２２３

スギ板の表面を鉋でツルツルにしたスギ心材プレーナー仕上げ板では，換気のある状態では，第11図に示すように40ppb以下にならなかった．
４．間伐材の循環システム活用によるCO２削減
使用済の廃棄バイオマスは，最終的には，バイオエタノール燃料として利用し，炭素循環によるCO２削減（第１）成瀬正和(2001)．短報−正倉院の温湿度環境調査.
正倉院紀要．23:61-66．
２）辻野喜夫他(2002)．有機酸パッシブサンプリング法
および博物館収蔵庫内における有機酸の挙動.［共同研究］博物館資料の保存環境,国立歴史民俗博物館研究報告．97:29-43．

12図）に貢献するので，植物材料を利用した大気汚染浄３）辻野喜夫他(2003)．木材表面における二酸化窒素の化方法は，環境に優しい環境浄化技術である．間伐材を浄化作用と還元性雰囲気の醸成. 大阪府環境情報セ

循環システム活用する技術の研究開発は，森林保全と，ンター所報．23:49-55．

大気汚染対策と，炭素循環によるCO２削減との一石三鳥の貢献をすることになる．

Ⅳ．摘

要

間伐材を有効活用する技術の開発を目的として，木材の大気浄化機能を評価する方法を検討した．木材の大気

４）大阪府低層遮音壁技術検討会(2007)．エコバリア―環境に配慮した低層遮音壁の技術評価―．