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環境研究総合推進費補助金 次世代事業 総合技術開発報告書概要

### 1. 事業の概要

・研究課題名 = カーバイド法アセチレン製造における副産消石灰リサイクル技術の開発

· 研究番号 = J 1 1 2 0 0 6

· 総事業費（円）=86，228，679円

· 国庫補助額（円）=42，725，762円

· 研究事業期間（西暦）=2011年度～2012年度

· 研究代表者名＝行木 正信（電気化学工業株式会社）

## 1 －1．事業の目的

本事業は、副産消石灰をカーバイド法アセチレンガス製造工程においてリサイクル利用することを目的とする。通常カーバイドの原料となる生石灰の形状は直径数cmの塊状であり、消石灰を使用した場合も同様の形状が必須となる。又、カーバイド法で使用する石灰焼成炉と電炉の反応炉、輸送、貯蔵等を経る際に当該形状を保持するために相当な強度が必要になる。したがって、副産消石灰のリサイクル化を行うためには、粉末状である消石灰の塊状化と高強度化の2条件が重要である。

本事業でこれらの技術確立をすれば、副産消石灰をリサイクルできるセメントプラントを持たない当社大牟田工場で展開することができ、CO₂排出量を削減することが可能であり、同時に石灰石を削減でき、大幅な経済効果も期待できる。
## 1 －2．開発した技術の詳細

## 1 ）消石灰（粉末）の塊状化技術の検討

## 1 ）－1．塊状化方法及び機種の選定

塊状化方法として、高強度塊状化物が得られ、高製造能力であるロール型圧縮式ブリケット成型機（ブリケットマシーン）による塊状化方法を選定した。ロール型圧縮式ブリケット成型機とは、図.1の様に、ロール上部より縦型スクリューで原料を押し込むと同時に、二本のロールで圧縮しながら、ロールポケットの形状に連続的に成型する成型機のことである。

また、機種としては、様々な機種を用いたメーカー（新東工業(株)）試験の結果を踏まえて、最もサイズの大きなブリケットを連続的に大量生産可能な、図.2のBMSⅡを選定し、導入した。

図.1 ブリケットマシーンの原理

図.2 機種 BMS II

## 1 ）－2．補助事業設備（ブリケットマシーン）による塊状化条件の最適化

図.3の様な消石灰サイロからの抜出設備〜ブリケットマシーンを含む平成23年度の補助事業設備を用いて、ロール回転数・ロール圧力がブリケットの圧壊強度・歩留りに及ぼす影響を調べた結果、最も高い圧壊強度・歩留りとなった最適な塊状化条件として、ロール回転数4rpm、ロール圧力800kNを選
定した。

図.3 補助事業設備(消石灰サイロ抜出～ブリケットマシーソ含む)

2）消石灰ブリケットの高強度化技術の検討

## 2 ）−1．圧壊強度の測定方法

図.4の様に、ブリケットに全自動耐圧試験機（前川製作所）で連続的に力（kN）を加え、ブリケットが破壊された瞬間の最高値をそのブリケットの圧壊強度とした。

図.4 全自動耐圧試験機（前川製作所）

## 2 ）－2．消石灰ブリケット圧壊強度の目標値の設定

通常使用している石灰石の圧壊強度を全自動耐圧試験機で測定（n=30）した結果より、目標値として3.3kN以下の割合が10%以下と設定した。

## 2 ）−3．消石灰ブリケットの高強度化方法の選定

消石灰ブリケットの高強度化方法として、図.5の様に、漆喰中の消石灰が常温で大気中の炭酸ガスと反応して、膨張、緻密化することで硬化する原理を利用することとした。（以下、常温炭カル化と呼ぶ）
$$ Ca(OH)_{2}+CO_{2}\rightarrow CaCO_{3}+H_{2}O $$

$$ \mathrm{Ca(OH)_{2}\cap\overline{\mathrm{Ca(OH)_{2}}}\cap\overline{\mathrm{Ca(OH)_{2}}} $$

図.5 漆喰の反応（常温炭加化）

## 2 ）－4．常温炭カル化ブリケットの試作

平成23年度の補助事業設備（ブリケットマシーン）を用い、ロール回転数4rpm、ロール圧力800kNの最適条件下で連続的にブリケットを試作した。

次に、図.6の様な反応容器及び記載された条件下で、常温炭カル化による高強度化ブリケットを8t試作した。この高強度化ブリケットを全自動耐圧試験機で圧壊強度を測定（n=240）した結果、3.3kN以下の割合が42%となり、目標値をクリアーできなかった。

図.6 常温炭加化に用いた反応容器
## 2 ）－5．常温炭カル化ブリケットの実機投入試験

常温炭カル化ブリケット 8t（石灰石換算で石灰石約 80%に対して約 20%に相当）と石灰石 45t とを図.7 の様に石灰焼成炉へ投入した。

その結果、石灰焼成炉内でのブリケットの摩砕によるものと推測される石灰焼成炉からの集塵粉発生量が増加したことから、消石灰ブリケットの更なる高強度化が必要であることが判った。

図.7 実機投入試験方法の概略図

## 3 ）消石灰ブリケットの更なる高強度化の検討

更なる高強度化の方法として、消石灰の炭カル化反応が進めば強度も増すのではないかとの考えから、様々な条件（反応温度、反応圧力、反応ガス濃度、反応ガス量など）下での小規模試験を実施した結果、加温処理することで強度が飛躍的に向上することを見出し、以下検討を進めた。

## 3 ）－1．加温炭カル化の検討（温度の影響）

小規模試験（6 ブリケット/バッチ）において、ブリケットの圧壊強度に及ぼす温度の影響を確認した。その結果、200〜300℃で加温処理することが好ましい温度範囲であることが判った。
## 3 ）－2．反応温度と反応時間の影響

更に条件を絞り込むために、反応温度と反応時間の圧壊強度に及ぼす影響を調べ、最適条件を選定した。その結果、最適温度 $ 250^{\circ}C $ 、最適時間 6Hr 以上であることが判った。

### 3 ）−3\. CO $ _{2} $ 濃度の影響

最適温度 $ 250^{\circ}C $ 、最適時間 6Hr の最適条件下で、 $ CO_{2} $ 濃度の圧壊強度に及ぼす影響を調べ、最適条件を選定した。その結果、最適 $ CO_{2} $ 濃度 23% 以上である事が判った。

## 4 ）加温炭カル化ブリケットの実機投入試験

## 4 ）－1．加温炭カル化ブリケットの試作

最適温度 250℃、最適時間 6Hr、最適 CO₂ 濃度 30% の最適条件範囲の下で、図.8 の様な試作設備で加温炭カル化ブリケットを 6t 試作し、全自動耐圧試験機でブリケットの圧壊強度を測定（n=900）した結果、3.3kN 以下の割合が 2.9% となり、目標値を大きくクリアーできた。

図.8 加温炭加化ブリケット試作設備の概略図
4）－2．加温炭カル化ブリケットの実機投入試験

加温炭カル化ブリケット 6t（石灰石換算で石灰石約 80%に対して約 20%に相当）と石灰石 34t とを石灰焼成炉へ投入した。

その結果、石灰焼成炉内の外観、石灰焼成炉内でのブリケットの摩砕によるものと推測される石灰焼成炉からの集塵粉発生量は、ともに通常操業時と差が無く、ブリケットが石灰焼成炉内で摩砕された兆候は見られず、良好であった。

4）－3．焼成ブリケット（生石灰）の圧壊強度及び通常生石灰の圧壊強度

石灰焼成炉で焼成された加温炭カル化ブリケット（以下焼成ブリケットと呼ぶ）の圧壊強度、微細構造（SEM）、成分（蛍光X線分析）、鉱物組成（粉末X線回折法）、貯蔵安定性（恒温恒湿室：30℃、80%での外観及び重量経時変化）を通常の生石灰と比較した。

その結果、圧壊強度、微細構造、貯蔵安定性に殆ど差は無いが、成分、鉱物組成には通常生石灰との差が見られ、原因として、消石灰の原料となるカーバイド中の不純物に起因するものと思われる。

## 5 ）成果

## 5 ）－1．消石灰（粉末）の塊状化技術の検討

塊状化方法としてロール型圧縮式ブリケット成型機 (ブリケットマシーン) を用いた方法とし、機種として新東工業(株)製の BMSⅡを選定した。

また、消石灰ブリケットの最適な塊状化条件として、ロール回転数 4rpm、ロール圧力 800kN を選定し、通常の石灰石と略同等サイズ $ (68\times43\times27\mathrm{mm}) $ の消石灰ブリケットを平均圧壊強度 1.3kN で、1.2t/Hr の能力で製造できる
ことを確認した。

## 5 ）－2．消石灰ブリケットの高強度化の検討

高強度化方法として漆喰の反応を利用して、試作した高強度化ブリケットを石灰焼成炉に投入した結果、更なる高強度化が必要であることが判明した。

## 5 ）－3．消石灰ブリケットの更なる高強度化の検討

更なる高強度化方法として加温処理することを見出し、最適な加温炭カル化条件として、反応温度250℃、反応時間6Hr以上、CO₂濃度23%以上を選定し、圧壊強度の目標値をクリアーする加温炭カル化ブリケットが製造できることを確認した。

## 5 ）－4．加温炭カル化ブリケットの実機投入試験

最適条件下で試作した加温炭カル化ブリケットを石灰焼成炉内に投入した結果、ブリケットは石灰焼成炉内で摩砕された兆候は見られず、得られた焼成ブリケットの物性も通常の生石灰とほぼ同等であることが確認された。

## 1 －3．開発した技術がもたらす効果

副産消石灰の塊状化技術及び高強度化技術は、ほぼ確立され、生石灰製造工程での副産消石灰の使用は可能と考える。また、得られた焼成ブリケット（生石灰）が通常の生石灰とほぼ同等の強度であったことから、次工程のカーバイド製造工程での使用の可能性も高まった。
## 1 －4．環境政策への貢献

本事業は、カーバイド法アセチレンガス製造における副産消石灰をリサイクル利用する技術を確立することが目的であり、目的が達成されれば、原料石灰石を消石灰に置き換えることによる非エネルギー起源$\mathrm{CO}_{2}$の削減及び省資源、消石灰を炭カル化するための$\mathrm{CO}_{2}$源として石灰焼成炉の排ガスを利用することによる$\mathrm{CO}_{2}$リサイクル、更に、加温炭カル化のための燃料としてカーバイド法アセチレンガス製造において副産される余剰$\mathrm{CO}$ガス燃料を利用することによる省エネ効果など環境政策への貢献度は大きいものと考える。

## 1 －5．開発した技術の事業化の可能性

副産消石灰の塊状化技術及び高強度化技術については、ほぼ確立され、生石灰製造工程での副産消石灰の使用は可能になったと考える。しかし、副産消石灰から得られる生石灰には通常含まれない不純物や鉱物組成が認められ、次工程のカーバイド製造工程及び製造されるカーバイドの品質に及ぼす影響までは確認されていない。

以上より、事業化の可能性は十分あると考えるが、既存製造設備に展開可能なリサイクル技術の構築までには至っていない。

事業化を実現させるためには、既存製造設備を用いたカーバイドの連続製造試験に耐える実証設備を導入する必要がある。
## 2 ．事業の目的

本事業は、副産消石灰をカーバイド法アセチレンガス製造工程においてリサイクル利用することを目的とする。通常カーバイドの原料となる生石灰の形状は直径数 cm の塊状であり、消石灰を使用した場合も同様の形状が必須となる。又、カーバイド法で使用する石灰焼成炉と電炉の反応炉、輸送、貯蔵等を経る際に当該形状を保持するために相当な強度が必要になる。したがって、副産消石灰のリサイクル化を行うためには、粉末状である消石灰の塊状化と高強度化の2条件が重要である。

本事業でこれらの技術確立をすれば、副産消石灰をリサイクルできるセメントプラントを持たない当社大牟田工場で展開することができる。大牟田工場のカーバイドの生産量は2.8万t/年、石灰石の使用量は5.2万t/年、副産消石灰の発生量は1.9万t/年である。排水処理の中和剤として約0.9万t/年外販するので、残り約1万t/年が余剰として外部での有償処理となる。この余剰消石灰を石灰石換算で20〜25%配合し、リサイクルできれば0.43〜0.55万t/年のCO₂排出量を削減することが可能であり、同時に1.0〜1.3万t/年もの石灰石を削減でき、大幅な経済効果も期待できる。

## 3 ．開発した技術の詳細

## 3 －1．消石灰（粉末）の塊状化技術の検討

## 1 ）塊状化方法及び機種の選定

主な塊状化方法として、①転動法：塊状化物の形状として球、②押出法：円柱、③圧縮法：ペレット、ブリケットが知られている。その中でも、高強度塊状化物が得られ、高製造能力であるロール型圧縮式ブリケット成型機（ブリケットマシーン）による塊状化方法を選定した。ロール型圧縮式ブリケット成型機とは、図.9
の様に、ロール上部より縦型スクリューで原料を押し込むと同時に、二本のロールで圧縮しながら、ロールポケットの形状に連続的に成型する成型機のことである。

また、機種としては、図.10の様な機種を用いたメーカー（新東工業(株)）試験の結果、表.1の様に、通常の石灰石（30～80mm）と略同等サイズ

原料を押し込むと同時に、ロールで圧縮しながら、ロールポケットの形状に成形する。

図.9 ブリケットマシーンの原理

(68×43×27mm) の消石灰ブリケットが連続的に大量製造可能であることが確認された BMSⅡを選定し、導入した。

図.10 メーカー試験で使用したブリケットマシン

表.1 メーカー試験結果

評価	ブリケットサイズ
小 中 大
ブリケットマシン	BGS I	BMS II	BMS II	BMS II
重量	g	5.4	36	50	91
サイズ	タテ	mm	29	46	59	68
ヨコ	mm	18	35	31	43
タカサ	mm	10	22	24	27
製造能力	kg/h	110	1300	1500	1420

2）補助事業設備（ブリケットマシーン）による塊状化条件の最適化

図.11 の様な消石灰サイロからの抜出設備〜ブリケットマシーンを含む平成23年
度の補助事業設備を用いて、下記試験条件による試験の結果、図.12の様に得られたブリケットの圧壊強度が高く、歩留り（+30mm）が高い、最適な塊状化条件として、ロール回転数4rpm、ロール圧力800kNを選定した。

図.11 補助事業設備(ブリケットマシーン)

<試験方法>

①ブリケットマシーン：新東工業(株)製の BMS II

②試験条件 $\left\{\begin{array}{l}\text { ロール回転数 : 3、3.5、4rpm } \\ \text { ロール圧力 : 400、600、800kN }\end{array}\right.$

③評価項目：圧壊強度 $ n=10 $ の平均値及び歩留 $ +30mm $ の割合

④压壊強度測定裝置：前川製作所製の全自動耐圧試験機(ACD-20S-E)

図.12 補助事業設備による試験結果（ロール回転数・圧力が強度・歩留に及ぼす影響）
## 3 －2．消石灰ブリケットの高強度化の検討

## 1 ）圧壊強度の測定方法

図.13 の様に、ブリケットに全自動耐圧試験機（前川製作所）で連続的に力（kN）を加え、ブリケットが破壊された瞬間の最高値をそのブリケットの圧壊強度とした。

図.13 全自動耐圧試験機（前川製作所）

## 2 ）消石灰ブリケット圧壊強度の目標値の設定

通常使用している石灰石の圧壊強度を全自動耐圧試験機で測定 $ (n=30) $ した結果、図.14の様に、石灰石の最低強度3.3kNの割合が10%であることから、消石灰ブリケット圧壊強度の目標値を3.3kN以下が10%以下と設定した。

図.14 強度目標値の設定（石灰石の圧壊強度の分布）

## 3 ）消石灰ブリケットの高強度化方法の選定

消石灰ブリケットの高強度化方法として、図.15の様に、漆喰中の消石灰が常温で大気中の炭酸ガスと反応して、膨張、緻密化することで硬化することで硬化する原理を利用することとした。(以下、常温炭カル化と呼ぶ)
図.15 漆喰の反応（常温炭加化）

## 4 ）常温炭カル化ブリケットの試作

平成23年度の補助事業設備（ブリケットマシーン）を用い、ロール回転数4rpm、ロール圧力800kNの最適条件下で連続的にブリケットを試作した。次に、図.16の様な反応容器及び記載された条件下で、常温炭カル化による高強度ブリケットを8t試作した。この高強度化ブリケットを全自動耐圧試験機で圧壊強度を測定（n=240）した結果、図.17の様に、目標値3.3kN以下の割合が10%以下に対して、42%となり、目標値をクリアーできなかった。

図.16 常温炭加化に用いた反応容器
図.17 常温炭加化ブリケットの圧壊強度の分布

## 5 ）常温炭カル化ブリケットの実機投入試験

常温炭カル化ブリケット 8t（石灰石換算で石灰石約 80%に対して約 20%に相当）と石灰石 45t とを図. 18 の様に石灰焼成炉へ投入した。

その結果、図.19の様に、石灰焼成炉内でのブリケット摩砕によるものと推測される石灰焼成炉からの集塵粉発生量が増加したことから、消石灰ブリケットの更なる高強度化が必要であることが判った。
図.19 常温炭加化ブリケットの実機投入試験結果

(通常操業時と試験時との集塵発生量の比較)

## 3 －3．消石灰ブリケットの更なる高強度化の検討

更なる高強度化の方法として、消石灰の炭カル化反応が進めば強度も増すのではないかとの考えから、様々な条件（反応温度、反応圧力、反応ガス濃度、反応ガス量など）下での小規模試験を実施した結果、処理処理することで強度が飛躍的に向上することを見出し、以下検討を進めた。

## 1 ）加温炭カル化の検討（温度の影響）

下記試験条件の下、小規模試験（6 ブリケット/バッチ）において、ブリケットの圧壊強度に及ぼす温度の影響を確認した。その結果、図.20の様に200～300℃の範囲でブリケットの圧壊強度が高いことから、好ましい範囲であることが判った。

<試験方法>

$$ \begin{aligned} \textcircled{1} 加温炭カル化条件 \quad&\left\{\begin{array}{l} バッチ量 :6 ブリケット / バッチ、反応時間 :3Hr\\ 反応ガス量 :10N\ell/min(CO_{2} 濃度 100\%)\\ 反応温度 :100、150、200、300、350、400\text{℃ }\end{array}\right.\end{aligned} $$

②評価項目

: ブリケットの圧壊強度 (n=6 の平均値)
図.20 反応温度が加温炭加化ブリケット強度に及ぼす影響

## 2 ）反応温度と反応時間の影響

更に条件を絞り込むために、下記試験条件の下、反応温度と反応時間の圧壊強度に及ぼす影響を調べ、最適条件を選定した。その結果、図.21の様に、短い反応時間で、目標値3.3kN以下の割合が10%以下となる最適条件は、温度250℃、時間6Hr以上であることが判った。

<試驗方法>

$$ \begin{aligned}& \textcircled{1} 加温炭カル化条件 \quad\left\{\begin{array}{l} バッチ量 :100 ブリケット / バッチ \\ 反応ガス量 :18Nm^{3}/Hr(CO_{2} 濃度 48\%)\\ 反応温度 :150、200、250\text{℃ }\\ 反応時間 :4、6、9、12Hr\end{array}\right.\end{aligned} $$

②評価項目

: ブリケットの圧壊強度 (n=30)
図.21 反応温度・時間が加温炭加化ブリケット強度に及ぼす影響

## 3 ）CO_{2}濃度の影響

最適温度 $ 250^{\circ}C $ 、最適時間 6Hr の最適条件下（その他の条件は下記参考）で、 $ CO_{2} $ 濃度の圧壊強度に及ぼす影響を調べ、最適条件を選定した。その結果、図.22の様に、最低の $ CO_{2} $ 濃度で、目標値 3.3kN 以下の割合が 10% 以下となる最適条件は、 $ CO_{2} $ 濃度 23% 以上であることが判った。

<試驗方法>

$$ \begin{aligned} \textcircled{1} 加温炭カル化条件 \quad&\left\{\begin{array}{l} バッチ量 :100 ブリケット / バッチ、反応ガス量 :\\18Nm^{3}/Hr、反応温度 :250℃、反応時間 :6Hr\\ CO_{2} 濃度 :12、20、24、36、48\%\end{array}\right.\end{aligned} $$

②評価項目

: ブリケットの圧壊強度 (n=30)
図.22 CO₂濃度が加温炭加化ブリケット強度に及ぼす影響

## 3 －4．加温炭カル化ブリケットの実機投入試験

## 1 ）加温炭カル化ブリケットの試作

最適温度 $ 250^{\circ}C $ 、最適時間 6Hr 、最適 $ CO_{2} $ 濃度 30% の最適条件範囲の下（その他の条件は下記参考）で、図.23 の様な試作設備で加温炭カル化ブリケットを 6t 試作し、全自動耐圧試験機でブリケットの圧壊強度を測定（n=900）した結果、図.24 の様に、目標値 3.3kN の割合が 10% 以下に対して、2.9% となり、目標値を大きくクリアーできた。

<加温炭カル化ブリケットの試作>

$$ \begin{aligned} \textcircled{1} 加温炭カル化条件 \quad&\left\{\begin{array}{l} バッチ量 :300kg/ バッチ、反応時間 :6Hr、\\ 反応ガス量 :80Nm^{3}/Hr( 石灰焼成炉排ガスと濃 \\ 度調整用 CO_{2} ボンバガスを使用 )\\ CO_{2} 濃度 :30\%\end{array}\right.\end{aligned} $$

②評価項目

: ブリケットの圧壊強度 (n=900)
図.23 加温炭加化ブリケット試作設備の概略図

図.24 加温炭加化ブリケットの試作品の圧壊強度の分布

## 2 ）加温炭カル化ブリケットの実機投入試験

加温炭カル化ブリケット 6t（石灰石換算で石灰石約 80%に対して約 20%に相当）と石灰石 34t とを図.25 の様に石灰焼成炉へ投入した。

その結果、図.26の様に、石灰焼成炉内の外観、石灰焼成炉からの集塵発生量は、ともに通常操業時と差が無く、ブリケットが石灰焼成炉内で摩砕された兆候は見られず、良好であった。
図.25 実機投入試験方法の概略図

図.26 加温炭加化ブリケットの実機投入試験結果

(通常操業時と試験時との炉内外観・集塵粉発生量の比較)

## 3 ）焼成ブリケット（生石灰）の圧壊強度及び通常生石灰の圧壊強度

石灰焼成炉で焼成された加温炭カル化ブリケット（以下焼成ブリケットと呼ぶ）の圧壊強度、微細構造（SEM）、成分（萤光X線分析）、鉱物組成（粉末X線回折法）、貯蔵安定性（恒温恒湿室：30℃、80%）を通常の生石灰と比較した。

その結果、図.27から圧壊強度、図.28から微細構造、図.29から貯蔵安定性と各々、殆ど差が無いが、表.2の様に成分、鉱物組成には通常生石灰との差が見られ、原因
として、消石灰の原料となるカーバイド中の不純物に起因するものと思われる。

図.27 焼成ブリケットと通常生石灰との圧壊強度分布の比較

焼成ブリケット(生石灰)

図.28 焼成ブリケットと通常生石灰との微細構造（SEM）の比較

図.29 焼成ブリケットと通常生石灰との貯蔵安定性の比較
表.2 焼成ブリケットと通常生石灰との成分・鉱物組成の比較

サンプル	成分(%)	鉱物組成
CaO	F-C	SiO2	Al2O3	SO3	Fe2O3	MgO	P2O5
焼成ブリケット(生石灰)	94	3	2	1	1	0.3	0.2	<0.1	CaO,Ca(OH)2,Ca4Al6O12SO4,Ca5(SiO4)2SO4
通常生石灰	97	3	<0.1	<0.1	<0.1	<0.1	1	<0.1	CaO,Ca(OH)2

### 3 - 5. 成果

## 1 ）消石灰（粉末）の塊状化技術の検討

塊状化方法としてロール型圧縮式ブリケット成型機（ブリケットマシーン）を用いた方法とし、機種として新東工業(株)製のBMSⅡを選定した。このブリケットマシーン含む設備を平成24年2月に補助事業設備として設置し、消石灰ブリケットの塊状化条件の最適化を行った。

その結果、ロール回転数 4rpm、ロール圧力 800kN の条件下で、通常の石灰石と略同等サイズ（68×43×27mm）の消石灰ブリケットを平均圧壊強度 1.3kN で、1.2t/Hr の能力で製造できることを確認した。

## 2 ）消石灰ブリケットの高強度化の検討

高強度化方法として漆喰中の消石灰が常温で大気中の炭酸ガスと反応して、膨張、緻密化することで硬化する原理を利用して、高強度化ブリケットを試作し、石灰焼成炉に投入する実機投入試験を実施した。

その結果、更なる高強度化が必要であることが判明した。

## 3 ）消石灰ブリケットの更なる高強度化の検討

更なる高強度化方法として、消石灰の炭カル化反応が進めば強度も増すのではな
いかとの考えから、様々な条件（反応温度、反応圧力、反応ガス濃度、反応ガス量など）下での小規模試験を実施した結果、加温処理することで強度が飛躍的に向上することを見出し、消石灰ブリケットの更なる高強度化、すなわち、加温炭カル化条件の最適化を行った。

その結果、反応温度 $ 250^{\circ}C $ 、反応時間 6Hr 以上、 $ CO_{2} $ 濃度 23% 以上の条件下で、圧壊強度の目標値である 3.3kN 以上が 10% 以下をクリアーする加温炭カル化ブリケットが製造できることを確認した。

## 4 ）加温炭カル化ブリケットの実機投入試験

最適条件 250℃、最適時間 6Hr、最適 CO₂ 濃度 30% の最適条件範囲の下で試作した加温炭カル化ブリケットを石灰焼成炉内に投入する実機投入試験を実施した。

その結果、ブリケットは石灰焼成炉内で摩砕された兆候は見られず、得られた焼成ブリケットの物性を通常の生石灰と比較すると、成分、鉱物組成以外の圧壊強度、微細構造、貯蔵安定性に殆ど差が無いことが確認された。
## 4 ．実証施設の設置場所等

<副産消石灰リサイクル化実証設備（ブリケット化）>

全景写真
写真 $ ^{①} $

消石灰抜出NO $ _{2} $ SC

写真③

消石灰パッファータク

写真 $ ^{⑤} $

消石灰NO1RBC

写真 $ ^{⑥} $ -2 計器盤

写真 $ ^{⑦} $

消石灰NO $ _{2} $ RBC

写真 $ ^{②} $

消石灰NO $ _{3} $ FC

写真 $ ^{④} $

消石灰抜出NO $ _{3} $ SC

写真⑥-3

電動チェーンプロック
## 5 ．開発した技術がもたらす効果

副産消石灰の塊状化技術及び高強度化技術は、ほぼ確立され、生石灰製造工程での副産消石灰の使用は可能と考える。また、得られた焼成ブリケット（生石灰）が通常の生石灰とほぼ同等の強度であったことから、次工程のカーバイド製造工程での使用の可能性も高まった。

### 6. まとめ

本事業は、カーバイド法アセチレンガス製造における副産消石灰をリサイクル利用する新規の実証技術を確立することを目的とする。目標達成のためには、粉末状である副産消石灰の塊状化、すなわちロール型圧縮ブリケット成型機による成型技術と高強度化、すなわち消石灰ブリケットの加温炭カル化技術の2つの技術を連携させて、実用化に必要なリサイクル実証プロセスを構築することである。

上記、重要な2つの技術は、ほぼ確立されたと考えるが、2つの技術を連携させた実用化に必要なリサイクル実証プロセスの構築までには至っていない。前述したが、副産消石灰から得られる生石灰には通常含まれない不純物や鉱物組成が認められ、次工程のカーバイド製造工程及び製造されるカーバイドの品質に及ぼす影響までは確認されていない。

事業化を実現させるためには、既存製造設備を用いたカーバイドの連続製造試験に耐えうる実証設備を導入し、更なる検討が必要と考える。
### 7. 概要図

### 8. 英文概要

· 研究課題名

Developing recycle technique of calcium hydroxide, by product

In acetylene gas process from calcium carbide

· 代表研究者名及び所属

MASANOBU MAMEKI

DENKI KAGAKU KOGYO CO., LTD.

OMUTA PLANT

CERAMIC RESEARCH DEPARTMENT

## ·要旨

In calcium carbide method acetylene production, it is to build a reduction of the carbon dioxide discharge and acetylene production technology superior in economy by recycling vice-product calcium hydroxide as some limestone.
## ・キーワード

calcium carbide method acetylene production, carbon dioxide discharge,

acetylene production technology, recycling,

vice-product calcium hydroxide

### 9. その他

• 出願特許：特願 2010-211579
# A-0804 海洋酸性化が石灰化生物に与える影響の実験的研究

（２）$\mathrm{CO}_{2}$ 増加が水産重要生物の幼生に及ぼす影響に関する研究

独立行政法人水産総合研究センター

中央水産研究所 浅海増殖部 生物特性研究室 木村 量

東北区水産研究所 海区水産業研究部 沿岸資源研究室 高見秀輝

北海道区水産研究所 亜寒帯海洋環境部 生物環境研究室 小埜恒夫

<研究協力者> 北海道区水産研究所 海区水産業研究部 海区産業研究室

鬼塚年弘

平成20～22年度累計予算額：38,900千円（うち、平成22年度予算額：11,900千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨] 本研究は食料資源として重要な水産重要生物について、大気中二酸化炭素濃度の増加に伴う海洋酸性化が近未来に起こった場合に、その影響を調べることを目的としている。このプロジェクトでは石灰化生物である貝類等、特に世界的に報告がほとんどない重要巻貝の幼生の影響評価に取り組む。まず、海水中の二酸化炭素濃度を一定に高く保った環境下での影響を調べた。エゾアワビ幼生では、pCO₂（二酸化炭素分圧）が1500 ppm（現状の3倍以上、21世紀末に予想される濃度の最大値の1.5倍）以上で受精率・ふ化率の低下、幼生の幼殻長減少と奇形率増加が認められた。さらに、変態期および着底後に30日以上長期間飼育した結果、やはり1500 ppm pCO₂以上の濃度で成長や殻形成に影響があることが認められた。また、サザエ卵・幼生でも、1500 ppm 以上の高いpCO₂環境では、受精後の卵発育段階が遅れること、ふ化後の奇形率の増加、2000 ppm で有意に殻長が減少することなど、エゾアワビとよく似た傾向の影響が認められた。これらの結果は、海洋酸性化が進行すると遠い将来には貝類幼生の生態変化を引き起こす可能性があることを示唆している。一方、アオリイカ卵をふ化まで1ヶ月以上高pCO₂環境で流水飼育した結果、2000 ppm pCO₂でも対照区とふ化率や生残率、ふ化仔魚の重量に大きな違いは見られず、海洋酸性化に対して感受性の低い水産重要種もあることを示した。さらに、沿岸域では、海水中二酸化炭素濃度が季節・日周変動を示すことが明らかとなってきたため、本研究で開発した装置の特性を生かして、エゾアワビふ化幼生を用いてpCO₂を24時間周期で日周変動させた実験を行った。エゾアワビ幼生を流水条件下で75時間飼育し終了後に幼生の死亡率、奇形率および幼殻長を実験区ごとに比較した。その結果、親によって二酸化炭素濃度に対する感受性が異なるが、日周変動を有する実験区では濃度一定区と比較して、いずれも二酸化炭素濃度平均値より最大値が影響することが示唆された。このような実験条件設定での結果は世界初であり閾値の議論に重要な知見となる。

[キーワード] 二酸化炭素、海洋酸性化、食料重要種、貝類幼生、殻形成

1. はじめに

大気の二酸化炭素（ $ CO_{2} $ ）が増加して海に溶け込むことで、海のpHは既に17世紀の産業革命以
降0.1低下して来た。今後の低下予測は海洋モデルで行われており、2100年までに0.5低下するという予測があり $ ^{1} $ 、現在の化石燃料消費を続けると約300年後に最大で0.7程度低下すると考えられている $ ^{2} $ 。ただし、実際にそのpH変化（CO $ _{2} $ 増加）で海の生物と生態系にどのような影響が起こるかの知見が不足している $ ^{3} $ 。そこで、本研究では、わが国沿岸に生息する多様な動物種のうち、CO $ _{2} $ 影響が顕著に現れると考えられる石灰化生物（炭酸カルシウムの殻や骨格を持つ生物）として沿岸性底生生物（ウニ、貝類、サンゴなど）を中心に、CO $ _{2} $ 濃度を高めて飼育する実験で影響評価を行う。飼育実験には、制御に工夫を施した装置を用い、低レベルのCO $ _{2} $ 濃度増加飼育実験に特に力を入れる。すなわち、近未来に沿岸海洋でおこる状況をシミュレートした飼育実験で、近い将来のCO $ _{2} $ の影響を評価する。CO $ _{2} $ の濃度増加という実感しにくい現象の影響を、認識しやすい海の生物の殻ができなくなるという現象から明らかにし、地球温暖化影響を回避するために超えるべきではない大気CO $ _{2} $ 濃度レベル（ガードレール値）の評価に資する。

本サブテーマでは、産業上重要な魚介類を対象に、最も影響が出やすいと考えられる時期である卵から幼生初期に焦点をあてて、 $ CO_{2} $ を高めた環境下でどのような影響が出るかを解明する。

## 2 ．研究目的

大気中 $ CO_{2} $ 濃度が上昇するにつれて海洋のpHが低下すると、炭酸カルシウムの殻を作る生物では、殻の生産速度が低下することが報告されている $ ^{4} $ 。この成長阻害など海洋酸性化によって影響を受ける生物では、有孔虫、石灰藻、ウニなどで報告がされている $ ^{4} $ 。しかし、水産重要生物を扱った例はまだほとんどない。もし、水産重要種で海洋酸性化によって大きな影響があるとすると、食料生産の面からも人類の危機を迎えることになる。

多くの魚類と同様に、海洋生物は大量の卵を産み、発生初期に大量減耗した後に生き残り、次世代を形成するという戦略を取るものが多い $ ^{5} $ 。この意味で発生初期に海洋酸性化の影響があるかどうかは大きな意味を持つ。また、巻貝では成員ではアラゴナイトとカルサイトの結晶を持つ種でも発生初期に形成される幼殻ではアラゴナイト $ ^{6} $ であるため、より早く海洋酸性化の影響を受けることが予想される。最近の海洋酸性化による無脊椎動物に関する総説では、マガキ、ムラサキイガイ幼生について高いpCO $ _{2} $ 飼育海水による影響が報告されている $ ^{7} $ が、水産上重要な巻貝での報告例はない。そこで本サブテーマでは日本、中国、アメリカ、オーストラリアなどで食用され、特に日本で最も高価な水産物のひとつであるアワビ類をとりあげた。アワビ類幼生では栄養源を卵黄に依存するので、多くの二枚貝類・ウニ類幼生のように餌料藻類を与える必要がないため、飼育環境のCO $ _{2} $ 濃度変動を最小限に抑えることが可能である。特にエゾアワビでは、長年の種苗生産技術の蓄積があり、人工授精や変態誘起などの技術が確立している。エゾアワビを中心にサザエやアオリイカという重要種の評価を進めたほか、エゾアワビについては影響評価方法の深化も行った。

本サブテーマでは、初年度$\mathrm{CO}_{2}$濃度調整装置を用いて水産重要生物幼生の流水飼育実験系を確立した。また、重要巻貝エゾアワビ幼生初期において、短期間の無給餌実験で高$\mathrm{CO}_{2}$濃度（低pH）が成長・生残等に及ぼす影響を明らかにした。2年目は、長期間にわたり高$\mathrm{CO}_{2}$濃度（低pH）が及ぼす影響を解明するために、エゾアワビ幼生から変態した初期稚貝に給餌飼育し、高$\mathrm{CO}_{2}$濃度が餌生物に与える影響を軽減しつつ高$\mathrm{CO}_{2}$濃度の影響を評価する実験手法を開発すること、それを用いてエゾアワビ初期稚貝で1ヶ月程度の長期間にわたり高$\mathrm{CO}_{2}$濃度（低pH）が成長・生残等に及
ぼす影響を明らかにした。また、ふ化前後の無給餌飼育下でサザエ、アオリイカ等の幼生初期において$\mathrm{CO}_{2}$（低pH）が成長・生残等に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。3年目は、沿岸域において陸域・生物活動・潮汐等の海水流動の影響により、海水中二酸化炭素濃度が季節・日周変動を示すことが明らかとなってきた。近い将来に起こる海洋酸性化が海洋生物に与える影響を正確に評価するために、このような変動を考慮した実験を行う必要がある。そこで、エゾアワビふ化幼生を用いて$\mathrm{pCO}_{2}$日周変動実験を行い、変動を与えず平均値が同じ$\mathrm{pCO}_{2}$値で飼育した場合と比較した。また、サザエ卵・幼生について昨年に引き続き高$\mathrm{pCO}_{2}$環境（一定値）下での影響を調べた。

### 3. 研究方法

## （1） 二酸化炭素添加装置と精度保持

## 1 ）添加装置の概要

二酸化炭素濃度調整装置は、国立環境研究所で開発された「二酸化炭素調整海洋生物飼育装置」（紀本電子工業製）である。このシステムにより、現場の $ pCO_{2} $ を測定しながらその濃度に任意の濃度を加えた、予想される将来の $ CO_{2} $ 濃度の海水を調整し、最大毎分約300 mlの調整海水かけ流しによる飼育実験を行うことが出来る（図1）。東北区水産研究所（以下、東北水研）および中央水産研究所横須賀庁舎（以下、中央水研）に導入された。東北水研では装置に導入した濾過海水の $ pCO_{2} $ が予想以上に高く、一度曝気してから二酸化炭素濃度の調整を行っている。中央水研では通常の海水レベルであったので曝気はしておらず、2009年1月現在で、450,650,850,1050 ppmの設定値に対して、420,590,800,930 ppm前後に二酸化炭素分圧が調整された海水が生成されていた。

pCO $ _{2} $ equilibration tower

図１　二酸化炭素調整海洋生物飼育装置（通称AICAL装置）の模式図。矢印は海水および空気の流れを示す。
## 2 ） $ pCO_{2} $ の精度保持の確認

流水実験開始前に、全ての飼育チャンバーとペリスタポンプ用一時貯水槽から採水して電量滴定法によりDIC（全炭酸）を、一点式滴定法によりアルカリ度の測定を行った。測定の際に（株）環境総合テクノス社製の海洋炭酸系参照海水を合わせて測定し、絶対値の確度を確保した。これらの観測値と水温・塩分から各チャンバーのpCO_{2}を算出し、CO_{2}添加装置から供給された海水の培養実験系通過中のpCO_{2}変動を評価した。流水実験開始後は、各実験区に幼生を入れないダミー用飼育チャンバーを設け、そこから定期的に採水して同様にDICとアルカリ度の測定を行い、pCO_{2}の安定を確認した。止水実験では、各実験区毎に幼生を入れない飼育サンプル瓶を一つずつ用意し、幼生を入れた瓶と同様に取り扱いながら実験開始前後にそこから採水し、DICとアルカリ度を測定してpCO_{2}の安定を確認した。全実験期間を通じて、各実験区の流水飼育チャンバーおよび止水飼育サンプル瓶のpCO_{2}計算値は、CO_{2}添加装置の設定pCO_{2}値と±50 ppm程度の誤差範囲内で一致しており、飼育実験が意図された通りのpCO_{2}環境下で実施された事を確認できた。

なおこれらの実験に先立ち、試験場の原海水にペニシリンGカリウムとストレプトマイシン硫酸塩をそれぞれ単独で、あるいは混合して加えた場合のDICとアルカリ度の変化を測定し、変態率測定止水実験に使用する抗生物質の炭酸系への影響を評価した。この結果、ストレプトマイシン硫酸塩はDICを僅かに減少させるだけであるのに対して、ペニシリンGカリウムは60単位（=37.5 μg/ml又は100 μM）あたり10 μmol/kgの大きなアルカリ度低下を引き起こすことが判明した。これはDICが一定の場合室温下で30-40 ppmのpCO₂低下に相当する。この結果を基に、本課題の変態率測定ではペニシリンは使用せず、全てストレプトマイシンのみを抗生物質として使用している。

## （２）エゾアワビ初期幼生

## 1 ）親貝の飼育と採卵

実験に用いた卵および浮遊幼生（図2）は、宮城県石巻市泊浜地先で採集し、その後東北水研（宮城県塩釜市）内の流水水槽で飼育した殻長90 mm以上の成貝等から得た。これらの成貝は、実験開始までクボタ社製のFRP製角型水槽

図２ 実験に用いたエゾアワビのトロコフォア幼生（上）、ベリジャー幼生（中）と飼育チャンバー（下）。
（V-タンク、518 L）で雌雄別に飼育されていたものである。餌には乾燥マコンブを使用し、常に飽食させた。エゾアワビの成熟は水温の上昇に伴って進行するため、実験開始時に生殖巣が充分発達するように飼育水温を調整した。なお、実験開始時の飼育水温は20℃であった。産卵・放精の誘発は菊地・浮 $ ^{8)} $ の紫外線照射海水を用いた方法にしたがった。雌雄別に1個体ごとに紫外線照射海水が流入する遮光した20 Lの角型水槽に収容した。産卵・放精が認められてから(通常誘発開始から2-3時間後)、紫外線照射海水の流入を止め、実験に供するまで1-2時間静置した。

## 2 ）実験の概要

異なる二酸化炭素濃度下で2回の実験を行った(2008_Exp1、2)。2008_Exp1では、CO_{2}調整海洋生物飼育装置により二酸化炭素濃度が450、650、850、1050 ppmとなるように設定して得られた飼育海水を用いて実施し(近未来影響評価)、2008_Exp2では、二酸化炭素濃度設定値を450、500、1100、1650、2150 ppmとして生成された飼育海水を使用した(高濃度影響評価)。

二酸化炭素濃度別に飼育した個体について、受精率、孵化率、生残率、奇形率（以上止水飼育）、最大幼殻長（ふ化後流水飼育）、変態率、周口殻（親と同じ貝殻）形成率（ふ化幼生流水飼育後に止水飼育）を比較した。また、一部の幼生について幼殻の形態を走査型電子頭微鏡（scanning electron microscope、日立S-2460N、以下SEMと略記）によって観察した。

## 3 ）飼育実験装置

エゾアワビ飼育実験装置は以下の2種類を用いた。①pCO₂調整海水を止水飼育で用いるふ化率等や変態率の測定においては300 ml透明プラスチックサンプル瓶を用いた。泡立てないように調整海水を入れ卵や幼生を入れた後蓋をして20℃の恒温室に入れて実験終了時まで静置し、実験終了直前にpHメーターでpHを測定した。②ふ化後変態実験に供する4日間は、φ40 mmの塩ビ製パイプの側面に穴を開けて、底面と側面を80 μmのネットでふさいで作成した飼育チャンバーを用いた（図2、内径48 mm，深さ50 mm程度）。このチャンバーを300 ml透明プラスチックサンプル瓶に入れ、その底からペリスタポンプ用貯水槽（10L）に一旦貯留したpCO₂調整海水をペリスタポンプにて一定量（毎分10 ml前後）送り出し、上部から海水がオーバーフローするようにした。目視では、ペリスタポンプによって対流が起こるなど強い流れは認められず、幼生はチャンバー内で緩やかに定位していた。これらの飼育チャンバーおよびペリスタポンプ用一時貯水槽は、水温20℃に設定されたウォーターバス水槽(138x65x27 cm)に入れ、pCO₂調整海水の水温差がなるべくないように維持した。

## 4 ）受精率、孵化率の測定

産卵誘発により放出された卵を紫外線照射海水で洗浄し、洗浄海水10 mlと共に約1,000個の卵を容量300 mlのサンプル瓶に移した。サンプル瓶には、あらかじめ異なる二酸化炭素濃度で調整した海水で満たし、卵収容後に精子懸濁海水5 mlを加え受精させた。精子添加後に瓶にフタをして密閉し、20℃の恒温室に静置した。なお、1濃度区当たりの繰り返し数を3回とした。エゾアワビは20℃で飼育した場合、受精から約13時間後に孵化する $ ^{9)} $ ので、卵に精子を添加してから14-15時間後に各サンプル瓶に中性ホルマリンを3 mLずつ加えて試料を固定した。実体顕微鏡により、固定試料中の未受精卵数(a)、卵割後停止卵数(b)、孵化個体数(c)、死卵数(d)を調べ、受精率：
$ (b+c)/(a+b+c-d) $ および孵化率： $ c/(a+b+c-d) $ を算出した。

## 5 ）浮遊幼生の殻長、死亡率、奇形率の測定

誘発により放出された卵を紫外線照射海水で洗浄し、洗浄海水100 mlと共に約10,000個の卵を2L透明プラスチック製サンプル瓶に移した。異なる二酸化炭素濃度で調整した海水を卵が収容されたサンプル瓶に満たした後、精子懸濁海水50 mLを加え受精させた。精子添加後に瓶にフタをして密閉し、20℃に調温したウォーターバスに15-16時間浸漬した。孵化したトロコフォア幼生について実体顕微鏡により形態、行動が正常な個体を選んで飼育実験に供した。幼生の代謝活動が実験海水中の二酸化炭素濃度に及ぼす影響を減じるため、上述したチャンバー中で流水飼育した。各飼育チャンバーにトロコフォア幼生を200個体ずつ収容し、1濃度区あたり5個のチャンバーを設定した。エゾアワビでは水温20℃で孵化から約20時間後に幼殻が完成してベリジャー幼生となり、73時間後に着底・変態可能となるため $ ^{9} $ 、孵化後75時間まで幼生を流水飼育した。流水飼育後、各チャンバー中の幼生を50％エタノールで固定し、生残個体、死亡個体、奇形個体を計数し、死亡率、奇形率を求めた。なお、奇形個体とは幼殻の形成が不完全なため、殻内に軟体部収縮して完全に引き込むことができないものを指す（図3）。これらを計数した後、チャンバー毎に固定した幼生のうち無作為に20個体(2008_Exp 1)または50個体(2008_Exp 2)を抽出し、倒立顕微鏡下で画像解析ソフト(WinRoof Ver.3、三谷商事)を用いて幼殻の最大殻長 $ ^{10} $ を計測した。

## 6 ）幼殻形態の観察

前項で50％エタノールにより固定した試料のうち、450 ppm区、1050 ppm区(2008_Exp 1)および2150 ppm区(2008_Exp 2)の浮遊幼生をSEM観察に供した。観察に当たっては、試料をエタノール濃度の上昇系列によって脱水した後、試料台に接着したカーボンテープ上にエタノール中の標本を滴下して、風乾後にイオンスパッターによってプラチナを蒸着した。

## 7 ）変態率、周口殻形成率の測定

孵化後73時間流水飼育した正常な幼生について、2008_Exp1では50個体、2008_Exp2では20個体を各々のチャンバーから選別し、50mlのプラスチック製容器に二酸化炭素濃度を調整した海水（いずれも1濃度区当たり繰り返し数5）20mlと共に収容した。なお、海水には幼生の変態を誘起するため1.5μMのγ-アミノ酪酸と300μg/mlのストレプトマイシン硫酸塩を添加した。これらを20℃の恒温室に静置し、96時間後に着底個体および周口殻形成個体の割合を実体頭微鏡により調べた。なお、変態個体とは遊泳器官である面盤が消失した個体を、周口殻形成個体とは幼殻の周辺部から

図3 エゾアワビベリジャー幼生の正常個体(上)と奇形個体(下)の実体顕微鏡写真. 正常個体の幼殻最大殻長は約280μm。
新たな成員型の殻(周口殻)の成長が認められた個体を指す。

## （３）エゾアワビ着底初期稚貝

## 1 ）初期稚貝の履歴

実験に用いた初期稚貝は、2008年8月に宮城県石巻市泊浜地先で採集し、その後東北水研（宮城県塩釜市）内の流水水槽で飼育した殻長90 mm以上の成員から得た。紫外線照射海水によって産卵誘発を行い、受精卵を得た。 $ CO_{2} $ 濃度 $ (pCO_{2}) $ が大気平衡(約450 ppm)となる海水(水温20℃)を用いて受精から変態可能な被面子幼生に発達するまで88時間飼育した。正常に発達した被面子幼生を選別し、1.5 μMのγ-アミノ酪酸と300 μg/mlのストレプトマイシン硫酸塩を添加して変態を誘起した。これら薬品の添加から96時間後に遊泳器官である面盤が消失し、初期稚貝に変態した個体を実験に用いた。

## 2 ）実験の概要

異なる $ pCO_{2} $ 下で2回の実験を行った(2009_Exp 1、2)。2009_Exp 1では、AICAL装置により海水中の $ pCO_{2} $ が大気平衡（対照区、約450 ppm），600, 800, 1000, 1200 ppmとなるように調整して飼育実験を行い（近未来影響評価）、2009_Exp 2では、対照区（約450 ppm），500, 1000, 1500, 2000 ppmとして生成された海水により飼育実験を行った（高濃度影響評価）。

各 $ pCO_{2} $ 下で初期稚貝を変態直後から44日間(2009_Exp 1)または33日間(2009_Exp 2)流水飼育した。容量50 mlのプラスチック製容器に10個体の初期稚貝を収容し、1濃度区あたり3つの容器を用いた（繰り返し数3）。容器の内面には餌料として付着珪藻Cylindrotheca closteriumを繁茂させ、流量約10 ml/minで $ pCO_{2} $ を調整した海水を給水した（図4）。飼育開始時および開始後12日目に初期稚貝の最大殻長を測定し、この間の成長速度を求めた。実験終了時に殻の形態をSEMで観察した。

## 3 ）統計解析

初期幼生、初期稚貝の実験とも、各測定項目における二酸化炭素濃度区間の平均値の差を一元配置の分散分析により検定した。受精率など比率の平均値を検定する際には、値を逆正弦変換した。分散分析で有意差が認められた場合には、Tukey-Kramer HSD testにより多重比較を行った。検定には、統計解析ソフトJMP Ver. 7（株式会社SASインスティチュートジャパン）を用いた。

図4 初期稚貝用飼育チャンバー。模式図。内面に餌の付着珪藻を繁茂させ上部から注水しつつ実験海水に水没させている。
## （4） アオリイカ

アオリイカ Sepioteuthis lessoniana 卵は2009年5月27日に神奈川県横須賀市長井地先のタチアマモ根本（水深5 m）で産卵直後と思われる卵塊を潜水にて採集。実験室内で5日間馴致後、卵塊を3-6房ずつ切り取り実験海水を入れた1 Lプラスチック容器（飼育チャンバー）に吊した状態で保持した（図5）。1チャンバーに収容された卵は平均25.9±3.1個であった。AICAL装置により海水中のpCO₂が大気平衡（約400），450（対照区），1000, 1500, 2000 ppmとなるように調整した海水をウォーターバス中の10 L容器から、サイフォンを利用して1濃度区繰り返し3個の飼育チャンバーに輸送した。卵を入れたチャンバー水温は21-22℃を保つよう設定し、卵採集日を0日として50日間飼

図5 チャンバー中のアオリイカ卵。卵はゼリー状物質で覆われている。

図6 サザエ4-cell期（左）とベリジャー幼生（右）

育した。発生途中で死亡した個体数、ふ化日、ふ化した個体数を毎日記録し、ふ化までの日数(平均加重日数)、ふ化率を算出した。ふ化した個体は同日に5％中性ホルマリンで固定し、湿重量を測定した。

## (5) サザエ (図6)

サザエTurbo (Batillus) cornutus親貝は、三浦半島西部沿岸で漁獲された殻長60-120 mmの個体を長井漁協から購入し、1ヶ月以上陸上水槽で飼育した後採卵に供した。前日から紫外線照射海水中で馴致、翌日に数度昇温させた紫外線照射海水にサザエ親貝を曝露し放卵・放精を促した。個体毎に産卵誘発刺激を与えた。産卵個体は65-75 mm。サザエふ化率測定実験には300 mlのプラスチック容器を用いた。各実験区5回の繰り返しで、容器にpCO_{2}調整海水を満たし、放出された卵および希釈精子をピペットで分注し、24℃の恒温室に移した。2、24、26時間後に取り出して1％海水中性ホルマリンで固定し、菅原・関（1994） $ ^{11)} $ のエゾアワビ胚発育を参考に発育段階を記録（約50個体）した。また、エゾアワビと同様の方法で、ふ化幼生を2日間流水で飼育し、取り上
げたベリジャー幼生の幼殻長を測定した。

## （6） $ pCO_{2} $ 日周変動実験

AICAL装置により、海水中二酸化炭素濃度が800±400 ppm、1200±400 ppm の24時間周期で変動する実験区および800、1200 ppm、大気平衡（400 ppm前後）の一定濃度となる実験区を設定した（図7）。濃度変更は、なるべく自然界の変動に近くなるように、2時間一定値を保った後に200 ppmを変動させる階段型のプログラムとした。これらの条件下で受精後14時間のエゾアワビトロコフォア幼生を水温20℃の流水条件下で75時間飼育した。ふ化後正常な200個体を選別してから実験チャンバーに収容し、回収できなかった個体は幼殻形成前に死亡したと仮定して計算した。飼育終了後に幼生の死亡率、奇形率および幼殻長を実験区ごとに比較した。異なる親から得られた受精卵を用いて2回の実験を行った(Batch I, II)。

図7 AICAL装置による各実験区における二酸化炭素濃度設定値の変動パターン

## 4 ．結果・考察

## （1） エゾアワビ初期幼生

## 1 ）受精率、孵化率（図8）

2008_Exp 1では、全ての濃度区で95％以上の高い受精率を示し、二酸化炭素濃度の違いによる有意な差は認められなかった。2008_Exp 1の孵化率は、二酸化炭素濃度が最も低い450 ppm区で76.7％を示し、他の濃度区(91-93%)のほうが有意に高かった。450 ppm区では、他の濃度区よりも卵数が少なかったため、相対的に精子の量が過剰となり、このことが孵化率を低下させた一因と
図8 エゾアワビ幼生の受精率（灰色）、ふ化率（白）、2008_Exp 1(A)と2008_Exp 2(B)。異なるアルファベットはそれらの間で有意差があること示す。

図9 エゾアワビ幼生の死亡率（灰色）、奇形率（白）、2008_Exp1(A)と2008_Exp2(B)。異なるアルファベットはそれらの間で有意差があること示す。

考えられる。2008_Exp 2の受精率は高濃度区で低下する傾向が認められ、1650 ppm区および2150 ppm区では、450 ppm区よりも有意に低かった(p<0.05)。孵化率も同様に二酸化炭素濃度の上昇に伴って減少し、1650 ppm区と2150区では450 ppm区、500 ppm区と比較して有意に低かった(p<0.05)。

## 2 ）死亡率、奇形率（図9）

死亡率は2008_Exp 1、2共に二酸化炭素濃度区間に有意な差は認められなかった。2008_Exp 1における奇形率は1050 ppm区で最も高い平均値を示したが、濃度区間に有意差は認められなかった。2008_Exp 2における奇形率は二酸化炭素濃度の上昇に伴って有意に増加した(p<0.05)。

## 3 ）幼殼形成

図10に孵化から75時間後における幼殻の平均最大殻長を二酸化炭素濃度別に示した。2008_Exp1では各濃度区の平均殻長は276 μm (1050 ppm)から283 μm (450 ppm)であり、濃度が高い実験区ほど殻長が減少する傾向が認められた(p<0.05)。同様の傾向は2008_Exp.2でも認められ、1650 ppm区および2150 ppm区の平均殻長は、450 ppm-1100 ppm区と比較して有意に小さかった(p<0.05)。