■ CONTENTS

[人新世」における新たなパラダイム構築の先導を

はじめに
現代は、大量のアンモニアがハーバーボッシュ法によって生産され、肥料や化成品原料して利用されています。その窒素分は食料や製品として人間利用されていますが、窒素酸化物、有機態窒素、アンモニア態窒素等の排ガス、廃水、残渣が発生し、一部は環境中に排出されています。その結果、湖沼や海域の富栄養化、酸性雨や気候変動等への影響が懸念されているのが現状です。上記の影響が、人間活動により地球上の危険な限界値（プラネタリーバウンダリー）を大きく超過して、高リスクの領域に達していると警告されています（図1参照)。
新たな窒素循環システムの構築
以上から、世界的には窒素の環境負荷低減が大きなトレンドとなっており、欧米等各国では、有害窒素化合物削減目標が策定されています。農業分野を中心に、肥料散布量低減やフードロス削減などを通じた人の食糧摂取効率の向上により、肥料利用分のアンモニア生産の削減が提案されています。しかし、現在の食生活を維持した場合、窒素化合物排出の削減量はプラネタリーバウンダリー問題を解決するには十分でない懸念があります。そこで、ムーンショット研究では、固定発生源など工業分野における排ガス中の窒素化合物を回収・資源化するとともに、畜産糞尿や家庭排水を含む廃水を工業的に処理して回収・資源化する窒素循環システムを構築し、2050年頃までに世界に普及させることをめざしています。
窒素循環システム導入の環境影響評価
窒素循環システム導入の効果・影響を定量化するために、安全科学研究部門では、ライフサイクルアセスメント(LCA)とリスク評価の両面から研究を進めます。 LCAでは、世界唯一の国内外の窒素インベントリデータベースを開発し、製品中の窒素投入・排出量データを充実させ、製品レベルでの緻密な窒素フローを推定し、温暖化・富栄養化など多様な影響評価を行います。また、リスク評価では、従来技術ではできない、局所・都市スケールでの高精度のリスク推定を行うために、上記スケールでの大気・陸水面相互作用や沈着のサプモデルを精緻化し、局所の窒素環境中濃度を高精度で推定します。そして、新技術の社会実装に向けた意思決定支援やシステムの立地周辺住民へのリスクコミュニケーション支援をめざします。
おわりに
本研究は、NEDO（新エネルギー産業技術総合開発機構）ムーンショット型研究開発事業「産業活動由来の希薄な窒素化合物の循環技術創出一プラネタリーバウンダリー問題の解決に向けて」(2020-2022年度、最長2029年度まで、 https://www.n-cycle.jp/）の中で、課題3「窒素循環技術実用化に向けた技術全体像構築」に該当し（図2参照）、安全科学研究部門が環境影響評価を担当しています。図1  プラネタリーバウンダリーの現状(Steffen et al.(2015) Science, 347(6223):1259855.を加工)図2   空索循環技術実用化に向けた技術全体像構築し
地球温暖化への対応を「経済と環境の好循環」の機会と位置づけた[2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」が2020年12月に策定されました。この戦略において、燃焼してもCO₂を排出しないアンモニアは、水素社会への移行期における脱炭素燃料の主力とされています。石炭火力1基にアンモニアをカロリーベースで20％混焼した場合、20％のCO₂排出削減が期待できます。この背景から、アンモニアの石炭火力への混焼技術の開発が進んでいます。技術開発に加えて、安定したサプライチェーンの構築、更なるコスト低減が課題とされており、また、アンモニアを数万トン規模で大量貯蔵し使用することに伴うリスクにも対応する必要があります。このリスクマネジメント手法は十分確立しているとはいえず、非常時の対応策についても検討が十分とはいえません。本プロジェクトは、燃料アンモニアの火力発電所利用における、アンモニア大量貯蔵プラントの導入に先んじて、事故時のアンモニア漏洩による事業所内および周辺へのヒト健康影響、海洋における生物への環境影響を評価し、大量貯蔵・使用に伴うリスクマネジメント手法や、非常時の対応策を検討するものです（図）。リスクマネジメントのために実施するリスク評価には、事故の発生確率、および大量漏洩時の環境中濃度の推定が必要です。
排出暴露解析グループ　小野恭子
ます。これらは諸外国の報告事例であることが予想されるため、国内事例への外挿の目的でベイズ推論を用い、実機で想定される工程の情報を踏まえ、より現実的な事故発生確率を求めます。安全科学研究部門ではベイズ推論による事故発生確率の推定を水素ステーションのリスク評価に適用した経験があり、今回もこの技術を発展させることを考えています。アンモニアは湾岸地域で貯蔵されると想定されることから、事故時の海洋への漏洩についても検討を行うものとしました。産総研の持つ海洋モデルを改良し、アンモニア漏洩時に対応できるモジュールを作成します。大量漏洩時に特徴的な混合場が生じる場合も考慮し、必要に応じてパラメータを変更し、海洋中濃度を推定します。非定常的な海洋中濃度の上昇が想定されるため、アンモニアの急性影響評価においては影響を受ける水生生物種の割合を算出することでリスク評価を行います。これらの情報を用いて、リスク許容水準との比較によりリスクを判定します。また、リスク削減対策の効果を評価することで、事故時の影響削減策の提案につなげます。本研究の成果は、アンモニア貯蔵プラントのリスク削減ガイドライン等の策定に貢献することが期待されます。入影響については、大量漏洩シナリオにおいて推定される大気中濃度から評価します。ウォーターカーテンによる除害効果を検証するため、計算流体力学(CFD)シミュレーションも実施予定です。事故の発生確率の推定では、大型プラントからの大量漏洩時にリスクが高くなる工程を特定するとともに、その漏洩頻度を既存文献から収集し事故時の周辺住民等の吸国4

窒素酸化物削減による地上オゾン濃度低減感度の地域性と

【背景】
地上のオゾンはヒトの健康やコメの収量などに有害な影響を与えることが知られています。光化学オキシダント(ほぼオゾンと同義)の大気中濃度は今でもほとんどの測定局で大気環境基準を達成しておらず、その低減は喫緊の課題となっています。窒素酸化物(NOx)はオゾンの原因物質であるため、その排出量を削減することはオゾン汚染の低減に寄与するポテンシャルを有していると言えます。しかし、オゾン濃度と前駆物質排出量の関係は複雑であり、場所や時間によってその関係性（NOx削減に対するオゾン濃度の感度）が異なるので、ただやみくもにNOx排出量を減らすことは、オゾン汚染の低減につながらないどころか悪化につながることさえあります。そこで、将来の適切なNOx削減対策を見極めるためには、 NOx削減に対するオゾン濃度感度の地域性や年代的な変化傾向を正確に把握することが大切です。
【成果】
このたび、衛星観測データ解析とモデルシミュレーションの両輪により、上記感度の時空間分布に関してかなりの信頼性を有すると思われる結果を得ることができましたので、ここでご紹介させていただきます。まず、光化学指標と呼ばれる、それをもって、NOxとVOCのどちらの排出削減がオゾン濃度低減に有効であるのか（オゾン感度レジームがVOC-sensitive、NOx-sensi- tiveのどちらなのか）を診断することが可能な量であるHCHO/NO₂の対流圏カラム濃度比観測データに基づき、オゾン感度レジームの時空間分布を推定しました。図1の上図によりますと、NOx-sensitive（オゾン低減にNOx削減が有効）な面積の割合について、地域的には関東＜近畿＜東北、年代的には2005, 06年＜2015, 16年の関係があることがわかります。これは、オゾン濃度の低減に対し、地方全体で見ると、東北は近畿や関東に比べてNOxの排出削減が寄与しやすいこと、近年（2015, 16年）は10年前に比べてNOxの排出削減がより寄与しやすくなっていることを示唆します。つぎに、ベースライン排出量としてそれぞれの地域、年代の前駆物質排出量を入力し、そ
環境暴露モデリンググループ　井上和也
こからNOxを単位排出量削減した場合に得られるオゾン濃度低減効果を、大気質モデル（ADMER-PRO）を用いて算出しました。その結果は図1の下図のとおりで、上記衛星観測データ解析から示唆されたことと多くの面で整合していることがわかりました。今回オゾンの感度推定に用いたそれぞれの手法には一定の不確実性があるのですが、同様な結果が、独立した二つの手法を用いて得られたため、一定の信頼性を有すると考えられます。これらの評価結果は、大気化学やモデルの専門家等から構成される検討会でのご議論を経て、経済産業省産業構造審議会産業技術環境分科会産業環境対策小委員会の資料（2021年3月）として公表されるに至っております。 (https://www.meti.go.jp/shingikai/sankoshin/sangyo_ gijutsu/sangyo_kankyo/pdf/009_02_02.pdf)。 ＜近畿＜東北、2005,06年＜2015,16年衛星観測データ解析と大気質モデル(ADMER-PRO)による図1 NOx削減に対するオゾン濃度感度の推定結果
The nitrogen oxides recovery as a new approach promoting

排出暴露解析グループ 薛面強
Dinitrogen (N 2 ) makes up 78% of the air and is harmless and extremely chemically unreactive. All other nitrogen forms are referred to as reactive nitro- gen (Nr), such as nitrogen oxides (NOx), ammonia (NH 3 ), nitrous oxide (N 2 O), nitrite (NO 2 -), and nitrate (NO 3 -). Humans are massively perturbing the global nitrogen cycle, leading to excess Nr in the environ- ment. As a key Nr species, NOx mainly derived from combustion processes. The commonly employed post-combustion methods for NOx treatment are selective non-catalytic reduction (SNCR) and selec- tive catalytic reduction (SCR). The basic principle is that NO is converted to harmless N 2 using NH 3 as reducing agent. However, at present NH 3 is mainly produced using N 2 and hydrogen (H 2 ) as feedstocks through the Haber-Bosch process which is energy intensive. Therefore, this mode represents a massive loss of resources from the viewpoint of the circular nitrogen economy. Recent research has been conducted on the NOx recovery, which was defined as ReNOx as shown in Figure 1. With a different philosophy, NH 3 was not used as a reducing agent, but generated as a by- product. This reveals the potential to remodel the nitrogen economy. Remarkably, NH 3 emerges as one promising energy carrier in the future energy scenari- os. In this context, ReNOx might provide a viable alternative to traditional NOx treatment technology. Figure 1. The sketch map for NOx treatment technologies. As an industrial technology, ReNOx itself consumes energy and materials and generates emissions and waste, all of which have direct or indirect environ- mental impacts. Those environmental impacts cannot be neglected when evaluating alternative treatment technologies. To achieve true environmen- tal improvement, for the first time we carried out a life cycle assessment considering broad environmen¬ tal deteriorations. The environmental impacts of ReNOx were com- pared with traditional methods at impact, damage, and eco-index levels. At the impact level, ReNOx had minimum values in acidification, urban area air pollu- tion, and eutrophication compared with SNCR and SCR. At the damage level, ReNOx showed minimum values with respect to human health, social assets, and primary production. At the eco-index level, ReNOx ranked first, followed by SCR and SNCR. Sce- nario analysis for ReNOx was conducted to investi- gate the effect of key variables. Compared with the eco-index in the condition of 200°C with a conver- sion rate of 95%, it would increase substantially in the condition of 160°C with a conversion rate of 80% and in the case without a sound NH 3 treatment. Feedstock format change, adsorption material per- formance deterioration, and recovery rate decline would increase the eco-index by 8%, 12%, and 18%, respectively. The eco-index was decreased by 31% with a renewable energy source and an increased conversion rate [1]. It is worth noting that the reaction temperature for ReNOx was relatively lower than that of the tradi- tional methods. The configuration of the waste treat- ment system is a key technology consideration. Flue gas often has a complex composition, while dust or other chemicals have a toxic effect on the catalysts. ReNOx can be deployed in the downstream to reduce the potential negative effects of other pollut- ants. The energy consumption for flue gas re-heating can also be avoided. Besides, as NOx is seen as a resource rather than waste in this context. NOx sup- pression through combustion control might be liber- ated, provided that the treatment technology can bring about environmental performance improve¬ ment. There could be an externality in terms of the promotion of power generation efficiency. Finally, ReNOx can be regarded as part of the nitrogen circu- lar economy by converting waste reactive nitrogen to useful ones. Reference [1] Xue, M., Lin, B-L., Tsunemi, K., Minami, K., Nanba, T., Kawamoto, T. Sustainability, 2021, 13 (14), 7826. 6

窒素循環に関わるLCA研究の重要性や窒素インベントリData作成など
プラネタリーバウンダリーで議論された窒素は近年の人口増加と経済発展に伴い過大消費されることが問題視されています。これは不活性な空気中の窒素を肥料や化学繊維といった化学製品へ人為的に利用したことで、排ガスに含まれる有害な窒素化合物が大気中に放出されることや、排水に含まれる有害物質として水圏に放出されることに起因します。この問題を解決するため、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構のムーンショット型研究開発事業では、「産業活動由来の希薄な窒素化合物の循環技術創出一プラネタリーバウンダリー問題の解決に向けて」にて、窒素化合物の無害化・資源化を実現するための窒素循環技術が開発されています。具体的には、工場の排ガス中のNOx、排水中の有機態・NH 4をアンモニアに資源化し、再利用する技術です。この技術を導入することにより、窒素化合物の排出による環境負荷をどの程度削減できるかを定量的に分析することが求められます。さらに技術を導入し、運用する際のエネルギー利用や資源消費といった環境負荷が大きくならないことが重要になります。したがって、直接的な影響に加え、間接的な影響まで含んだライフサイクル全体の分析が必要です。そのためには、製品のライフサイクル全体で窒素の投入量と産出量の収支を把握し、窒素による環境負荷を定量化することが求められます。 (図1を参照）そこで、本研究では、これまで開発してきたインベントリデータベースIDEAにおけるプロセスデータの窒素投入量、産出量を的確に整備することで、必要な窒素量を把握し、排出される窒素の環境負荷を定量的に分析することを目的としました。図2はIDEAのプロセスデータを図示したものです。製品を作るために投入される項目である原材料、エネルギー、サービスを入力フロー、完成した製品とそれに伴う、環境負荷物質や廃棄物を出力フローとします。それぞれの入出力に該当する項目が窒素を含んでいる場合、その含有率から、窒素の入力量と出力量を求めることで、最終的にその差分から収支を求めます。ただし、窒素量の収支がとれても、他の物質の収支も合う必要があるからです。そうでなければ、プロセス全体での収支が合わなくなってしまいます。そこで、窒素の収支に加え、プロセス全体の物質の収支、炭素、リン、水の収支を確認します。図３はナイロン66のプロセスを図示したものと、物質収支の結果を示したものです。現状、このような方法でプロセスデータの確認を行いな社会とLCA研究グループ 一杉佑貴がら整備しています。これにより、製品の環境負荷を計算する際に窒素の入出力が定量的に示すことができ、開発している循環技術の間接的な窒素までも分析することが可能となります。特にこれまで考慮されてこなかった大気中の窒素の取込量も把握できることに新規性があります。最終的には、これらのデータからどのプロセスでの窒素の取込量が多く、排出量が多いのかが分析できます。これより、どのプロセスに窒素循環技術を導入するかを適切に判断することへ貢献できます。 7
)令和3年度安全科学研究部門講演会開催報告
令和4年2月4日（金）に、令和3年度産総研エネルギー・環境シンポジウムシリーズ安全科学研究部門講演会『技術の社会実装を支援する評価研究」を開催しました。本年度は、昨年度と同様、コロナ禍により、オンライン（Zoomウェピナー）での開催となりました。本講演会では、当部門の垂点課題の1つである「技術の社会実装を支援する評価研究」をテーマとした講演・ショートプレゼンテーションを行いました。オープニングでは、エネルギー・環境領域長の小原春彦より開会挨拶としてエネルギー・環境領域が目指す社会とそこに至る戦略等が紹介され、安全科学研究部門長の玄地裕より、当部門の紹介と本講演会の趣旨が説明されました。平尾雅彦様（東京大学大学院工学系研究科教授／安全科学研究部門　研究顧問）による「SDGs時代に求められる評価研究」と題する基調講演は、持続可能な社会構築への貢献を見極める評価の必要性や現在のLCAでは困難な課題、SDGs時代の評価研究者への期待など示唆に富む内容でした。部門からの講演では、本下晶晴（持続可能システム評価研究グループ　研究グループ長）による「事業の持続
安全科学研究部門講演会事務局 内藤航
可能性の向上へ一自然資本管理を支える評価技術の開発一」、河尻耕太郎（社会とLCA研究グループ　主任研究員）による「AIを活用した革新的実験計画法 [Multi-Sigma] による評価・デザインのDX」、篠原直秀（リスク評価戦略グループ　主任研究員）による[公共交通機関および公共建築物における換気の実態と対策]の研究紹介が行われました。続いて、内藤茂樹（エネルギー・環境領域研究戦略部）より、産総研連携制度の紹介があり、最後にショートプレゼンテーションとして、部門の研究者より社会実装に関連する研究が7件紹介されました。蒲生昌志副研究部門長の閉会の挨拶後、講演者と参加者の間での意見交換をZoomミーティングのプレイクアウトルームを利用して行いました。今回で7回目を数える部門講演会には220名を超える方の申し込みがありました。意見交換や講演会後のアンケートでは、多くの貴重なご意見を頂きました。来年度の講演会がどのような形式になるかまだわかりませんが、今後も講演会を開催し、安全科学研究部門の最新研究を発信するとともに、参加者との交流や連携研究スタートのきっかけの場を設けていきたいと考えています。
受賞報告
■賞タイトル：日本燃焼学会奨励賞■受賞者名：松木亮■受賞日：令和3年11月23日この度、日本燃焼学会より日本燃焼学会奨励賞を受賞しました。題目は「過渡分光法と単分子反応論による燃焼反応の研究」で、これまで実施してきた燃焼の化学反応に関する実験と理論的研究に関するものです。高温環境での化学反応の研究のため、新規開発した高感度過渡吸収分光法を衝撃波管装置と組み合わせることで、複雑な分子やラジカルの反応過程を直接観測することが可能になりました。これにより燃焼で重要な働きをするいくつかの反応の速度定数や反応経路を解明しています。他方で、実験では詳細な解析が難しい条件での速度定数や反応機構につ編集後記第42号では当部門が取り組んでいる窒茶循環の関連研究を紹介しました。これまでの農業・食糧の視点からの研究に加え、産業活動の視点からの窒素循環研究が本格的に取り上げられたことは心から歓迎したいです。30年も前にゼロエミッションや窒素循環の研究を提唱した第一人者である鈴木基之先生による■お問い合わせ国立研究開発法人安全科学研究部門産業技術総合研究所5305-8569茨城県つくば市小野川16-1 'hone_029-861-8452 _mail: webmaster_riss-ml@aist.go.jp URL: https://riss.aist.go.jp/いては理論的な解析が必要となります。特に高温での速度定数の圧力依存性は実測が難しく定量的な計算ができる手法が求められており、そのために単分子反応論やエネルギー移動過程の研究を進めています。燃焼反応の理解のための研究に引き続き取り組み、この分野に貢献できるように励んでまいります。巻頭言では「ペネフィットとリスクの安易な経済評価から最適解を求めようとしてきたエクスキューズ的発想なども問題」とのご指摘が心に響きました。この特集号は「持続可能な社会の実現には窒素循環に配慮した産業活動を行う必要がある」という認識を社会全体での共有に少しでも貢献できれば幸いに存じます。 (林　彬勒) *禁無断転載復写: ニュースレター掲載記事の復写､転訳載､磁気媒体等の入力は､発行者の承諾なしには出来ません2022年3月10日発行RISS Newsletter: Safety & Sustainability  第42号国立研究開発法人産業技術総合研究所安全科学研究部門安全科学研究部門広報グループ8