Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
3) 王新，戸田求，横沢正幸，荒木田葉月，伊勢武史，森健介，近藤美由紀，内田昌男，串田圭司(2014)

「北極域土壤炭素收支のモデル化」 生物地球化学研究会2014京都大会（京都,2014年10月）

4) Wang X., Yokozawa M., Arakida H., Mori K., Ise T., Kondo M., Uchida M., Kushida K., Toda M. (2015) “High risk of permafrost thaw.” 日本生態学会第62回全国大会（鹿児島，2015年3月）

5) Wang X., Yokozawa M., Arakida H., Mori K., Ise T., Kondo M., Uchida M., Kushida K., Toda M. (2015) “Simulating soil carbon dynamics in Alaskan terrestrial ecosystems.” 日本農業気象学会 2015 年全国大会 (つくば, 2015 年 3 月)

6) Wang X., Yokozawa M., Arakida H., Mori K., Ise T., Kondo M., Uchida M., Kushida K., Toda M.: The Fourth International Symposium on the Arctic Research (2015)

“Simulating the role of fire on the soil carbon storage of boreal forest and tundra ecosystems in Alaska” (富山, April 2015)

7) Wang X., Yokozawa M., Arakida H., Mori K., Ise T., Kondo M., Uchida M., Kushida K., Toda M.: Japan Geoscience Union Meeting (2015)

“Simulating soil carbon dynamics in Alaskan terrestrial ecosystems” (千葉, May 2015)

8) Wang X., Yokozawa M., Arakida H., Mori K., Ise T., Kondo M., Uchida M., Kushida K., Toda M.: Asia Oceania Geosciences Society (2015)

“Simulating soil carbon dynamics in Alaskan terrestrial ecosystems” (Singapore, August 2015)

9) Wang X., Yokozawa M., Kushida K., Toda M.: American Geophysical Union Fall Meeting (2015) “Simulating soil carbon accumulation in an upland black spruce ecosystem of interior Alaska: implications for permafrost carbon dynamics to climate change” (San Francisco, December 2015)

10) Wang X., Yokozawa M., Kushida K., Toda M.: International Symposium on Agricultural Meteorology (2016)

“Simulating soil carbon accumulation in an upland black spruce ecosystem of interior Alaska: implications for permafrost carbon dynamics to climate change” (岡山, March 2016)

## （3） 出願特許

特に記載すべき事項はない。

（４）「国民との科学・技術対話」の実施

1) 一般公開シンポジウム「地球温暖化と環境変化」（主催：日本大学生物資源科学部、環境省環境研究総合推進費、2016年1月12日、神奈川県藤沢市日本大学生物資源科学部大講堂、観客145名）にて講演

（５）マスコミ等への公表・報道等 特に記載すべき事項はない。
## (6) その他

特に記載すべき事項はない。

### 8 \. 引用文献

末尾にサブグループ（１）、（２）、（３）それぞれの引用文献をまとめて掲載した。

1) K. Kushida, Y. Kim, N. Tanaka, and M. Fukuda, "Remote sensing of net ecosystem productivity based on component spectrum and soil respiration observation in a boreal forest, interior Alaska," Journal of Geophysical Research-Atmospheres, vol. 109, doi: 10.1029/2003jd003858, 2004.

2) G. R. Shaver and F. S. Chapin, "Production: Biomass relationships and element cycling in contrasting arctic vegetation types," Ecological Monographs, vol. 61, 1-31, 1991.

3) W. J. Chen, J. M. Chen, D. T. Price, and J. Cihlar, "Effects of stand age on net primary productivity of boreal black spruce forests in Ontario, Canada," Canadian Journal of Forest Research-Revue Canadienne De Recherche Forestiere, vol. 32, 833-842, May 2002.

4) W. L. Plonski, "Normal yield tables (metric) for major forest species of Ontario," Ont. Min. of Nat. Resour., Sault Ste. Marie, Ont., Canada., 1981.

5) L. He, J. M. Chen, Y. Pan, R. Birdsey, and J. Kattge, "Relationships between net primary productivity and forest stand age in U.S. forests," Global Biogeochemical Cycles, vol. 26, GB3009, 2012.

6) J. M. Chen, "Optically-based methods for measuring seasonal variation of leaf area index in boreal conifer stands," Agricultural and Forest Meteorology, vol. 80, 135-163, Jul 1996.

7) Q. Wang, S. Adiku, J. Tenhunen, and A. Granier, "On the relationship of NDVI with leaf area index in a deciduous forest site," Remote Sensing of Environment, vol. 94, 244-255, 2005.

8) M. R. Turetsky, B. Bond-Lamberty, E. Euskirchen, J. Talbot, S. Frolking, A. D. McGuire, and E. S. Tuittila, "The resilience and functional role of moss in boreal and arctic ecosystems," New Phytologist, vol. 196, 49-67, 2012.

9) C. G. Homer, Dewitz, J.A., Yang, L., Jin, S., Danielson, P., Xian, G., Coulston, J., Herold, N.D., Wickham, J.D., Megown, K., "Completion of the 2011 National Land Cover Database for the conterminous United States-Representing a decade of land cover change information," Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, vol. 81, 345-354, 2015.

10) E. S. Kasischke, N. L. Christensen, and B. J. Stocks, "Fire, global warming, and the carbon balance of boreal forests," Ecological Applications, vol. 5, 437-451, May 1995.

11) M. J. Apps, W. A. Kurz, R. J. Luxmoore, L. O. Nilsson, R. A. Sedjo, R. Schmidt, L. G. Simpson, and T. S. Vinson, "Boreal forests and tundra," Water, Air, and Soil Pollution, vol. 70, 39-53, 1993.

12) C. Moni, T. Z. Lerch, K. Knoth de Zarruk, L. T. Strand, C. Forte, G. Certini, and D. P. Rasse, "Temperature response of soil organic matter mineralisation in arctic soil profiles," Soil Biology and Biochemistry, vol. 88, 236-246, 2015.

13) E. A. G. Schuur, A. D. McGuire, C. Schadel, G. Grosse, J. W. Harden, D. J. Hayes, G. Hugelius, C. D. Koven, P. Kuhry, D. M. Lawrence, S. M. Natali, D. Olefeldt, V. E. Romanovsky, K. Schaefer,
M. R. Turetsky, C. C. Treat, and J. E. Vonk, "Climate change and the permafrost carbon feedback," Nature, vol. 520, 171-179, 2015.

14) T. Ise, A. L. Dunn, S. C. Wofsy, and P. R. Moorcroft, "High sensitivity of peat decomposition to climate change through water-table feedback," Nature Geosci, vol. 1, 763-766, 2008.

15) K. Mori, Ise, T. , Kondo, M. , Kim, Y. and Enomoto, H., "The effect of the feedback cycle between the soil organic carbon and the soil hydrologic and thermal dynamics," Open Journal of Ecology, vol. 2, 90-95, 2012.

16) S. E. Hobbie and L. Gough, "Litter decomposition in moist acidic and non-acidic tundra with different glacial histories," Oecologia, vol. 140, 113-124, 2004.

17) J. Lloyd and J. A. Taylor, "On the Temperature Dependence of Soil Respiration," Functional Ecology, vol. 8, 315-323, 1994.

18) M. P. Waldrop, K. P. Wickland, R. White III, A. A. Berhe, J. W. Harden, and V. E. Romanovsky, "Molecular investigations into a globally important carbon pool: permafrost-protected carbon in Alaskan soils," Global Change Biology, vol. 16, 2543-2554, 2010.
# Spatiotemporal variation of carbon budget in arctic pedoshpere concerned with the prediction of global climate change

Principal Investigator: Keiji KUSHIDA

Institution: College of Bioresource Sciences, Nihon University

1866 Kameino, Fujisawa, Kanagawa 252-0880, JAPAN

Tel: +81-466-84-3694 / Fax: +81-466-84-3694

E-mail: kushida.keiji@nihon-u.ac.jp

Cooperated by: National Institute for Environmental Studies, Hiroshima University

## [Abstract]

Key Words: Global warming prediction, Arctic pedosphere, Remote sensing, Carbon dating, Ecosystem model

The arctic ecosystem holds a large amount of soil carbon and has experienced the greatest temperature increase in the world. Recent global warming has altered the arctic ecosystem and its balance of carbon, heat, and water, further influencing the global climate. Whether this change accelerates global warming depends on interactions between the ecosystem and climate. Climate warming may accelerate the decomposition of soil organic matter (SOM), resulting in C loss from the arctic ecosystem. In this study, we obtained the spatiotemporal distribution of the SOM decomposition based on remote sensing, field observations, and ecosystem modeling. The SOM decomposition is influenced by vegetation types, litter falls and shrub distributions, and wildfire intervals and intensities. We showed the techniques that evaluate these factors from remotely sensed data. We analyzed core samples and observed permafrost environment in tundra and boreal forest sites including a wetland site under drying process and a tundra site affected by wildfire. In the core sample analyses, we obtained SOM accumulations and historical accumulation rate by 14C dating. Soil incubation experiments with the core samples clarified the SOM decomposition rate in the realistic temperature range of the permafrost and unfrozen layers. The results revealed novel knowledge for the prediction of the arctic SOM decomposition. These observation data and geographical vegetation classification by remote sensing provided parameters of the SOM decomposition modeling of the ecosystem for the future prediction. The novel SOM decomposition model with these parameters predicted the SOM decomposition and the carbon release from the arctic ecosystem under the IPCC AR5 future scenario of the greenhouse gas emissions.
【3K123016】炭素同位体分析による化石由来二酸化炭素排出量の高精度推定手法の開発と適用（H24～H26；累計予算額43,136千円）

平井 康宏（京都大学）

### 1. 研究開発目的

廃棄物中のバイオマス割合測定は、日本では手選別のごみ組成調査に基づいており、不均一試料である廃棄物からのサンプリングに起因する測定値のばらつきや、ごみ組成調査での目視による素材判別の困難さ、が課題となっている。本研究は、化石由来炭素と生物由来炭素とを識別する手法である $ ^{14} $ C法を日本のごみ焼却炉排ガスに適用し、化石由来CO $ _{2} $ 排出量およびバイオマス由来CO $ _{2} $ 排出量の正確な把握に寄与することを目的とした。

具体的には、以下を目標とした。

## 1 ) ごみ焼却炉からの化石由来 CO₂ 排出量の正確な把握

現状の±7%（年4回の手選別ごみ組成調査）に比べ、大幅な精度の改善を目指した。排ガス中バイオマス割合＝排ガス中 $ ^{14} $ C比率÷廃棄物バイオマス中 $ ^{14} $ C比率とあらわせるため、分母および分子の精緻化に取り組んだ。

## 2 ) 測定コストの低減

手選別法（1 測定あたり 12 万円程度）よりも低コストな測定を可能とすることを目指した。測定コスト＝（AMS 法による $ {}^{14}C $ 測定単価＋サンプリング費）×測定回数であり、 $ {}^{14}C $ 測定単価の低減は困難なことから、サンプリング費の低減および測定回数の削減に取り組んだ。

3) 焼却施設実機への適用による本測定法の検証

廃棄物組成の異なる焼却施設において、 $ ^{14} $ C 法による化石由来 CO $ _{2} $ 排出量推定値を比較し、本手法により違いを捉えることが可能であるか検証した。

### 2. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

$ ^{14} $ C 法の適用にあたって必要となる廃棄物中バイオマスの $ {}^{14} $ C 割合（pMC 値）は、従来欧州を対象としたモデル推定値のみしかなかったが、本研究により日本における木材の種類や住宅・家具寿命を反映した pMC 値を推定できた。また、モデル推定のみでなく、廃棄物中バイオマス（紙・木材等）の pMC 値の実測を多数行なって比較し、その妥当性を検証した。

焼却炉排ガス中 $ {}^{14}C $ 割合の長期間にわたる連続測定 (24 時間 × 25 日間) を世界で初めて行ない、排ガス採取時間とサンプリング誤差との関係を示した。

## (2) 得られた成果の実用化

欧州では、EU-ETS等におけるごみ発電のバイオマス割合の算定法として $ ^{14} $ C法が認められている。日本で適用する上で課題となる、廃棄物バイオマスのpMC値の算定について、本研究では、自治体が保有するごみ組成調査データ（FIT調査での6区分）を用いて、各自治体向けの算定が可能な方法を開発し、京都市および福島県西白河地区を事例として、本算定法が適用可能であることを示した。もう1つの課題である、コストの低減について、排ガス監視装置出口排ガスを用いたサンプリングの簡易化が可能であり、煙道から採取する場合と同等の結果を得られることを示した。AMS測定費（5万円）+測定機器（ポンプ・マスフローコントローラー）減価償却費（1.5万円）+測定消耗品（ガスバッグ）費（0.5万円）+人件費（3万円）を含めても、従来法の手選別ごみ組成調査（12万円/回）以下となる見通しを得た。今後、14C法の廃棄物焼却炉排ガスへの適用が進むことが期待される。
## (3) 社会への貢献の見込み

$ ^{14} $ C 法を廃棄物焼却炉排ガスに適用することにより、廃棄物焼却からの化石由来 CO₂ 排出量や、ごみ発電のバイオマス割合を、従来の手選別法（変動係数 7%）に比べて 3～4 倍の精度で推定できることを示した。また、研究の部分的な成果として、温室効果ガス排出インベントリの算定に用いることができる排出係数・パラメータ（紙おむつの化石炭素含有率：現状採用しているデフォルト値 7%→実測結果 29%、塗工紙の化石炭素含有率の根拠を持った推定値など）を多く生み出した。

### 3. 委員の指摘及び提言概要

$ ^{14} $ C 法の導入に資する基礎的情報が得られている。手法の精度も確認されていて、成果は貴重である。本研究成果は、温室効果ガス排出インベントリへの反映や、FIT 制度におけるごみ発電割合の算定方法への採用が期待される。本法による廃棄物中のバイオマス度の算定は、環境政策に有用な情報を与えるもので、社会的に実装されるような働きかけが必要である。

### 4. 評点

総合評点：A
資料3-2

第 46 回アジア太平洋プライバシー執行機関（APPA）フォーラム出張報告

平成 28 年 12 月 13 日

個人情報保護委員會

○平成28年12月1日（木）及び2日（金）に、メキシコ合衆国のマンサニージョにおいて開催された第46回APPAフォーラムに、委員及び事務局職員が参加した。

○当会議においては、個人情報保護に係る各国の規制監督・執行、執行当局間の情報共有及び匿名加工情報に関する議論並びにデータ保護プライバシーコミッションナー国際会議（ICDPPC）及び国際執行協力ネットワーク（GPEN）等による取組の進捗報告等が行われた。

○我が国からは、マイナンバーに関する業務及び個人情報保護に関する国際的な取組方針について説明を行った。

（注）次回会議は、平成29年7月にオーストラリア連邦のシドニーで開催予定。

（参考）アジア太平洋プライバシー執行機関フォーラム

○当会議は、アジア太平洋地域のプライバシーに係る執行機関が、協力関係の構築や情報交換を行うことを目的として、年2回開催されている。

〇今回は、12の国及び地域から16機関が参加。
【2Rfa−1201】衛星データを複合利用したモデルーデータ融合による陸域炭素循環モデルの高精度化（H24～H26；累計予算額 35,045 千円）

市井 和仁（福島大学）

### 1. 研究实施体制

(1)衛星観測・地上観測データと陸域炭素循環モデルの統合手法の構築（(独）海洋開発研究機構）

(2)衛星データを複合利用した陸域プロダクトの構築（(独）海洋開発研究機構）

(3)アジア地域における衛星データ利用型陸域モデルの改良と陸域生態系変動の把握（筑波大学）

(4) 北極域における陸域生態系変動の把握（大阪府立大学）

### 2. 研究開発目的

本課題では、様々な衛星プロダクトを有効利用し、データ・モデル融合を通した陸域炭素循環モデルの高精度化を目的とする。具体的には、(1)既存の利用可能データを有効利用した陸域炭素循環モデル改善への道筋を立て、陸域炭素循環モデルを高精度化する、(2)データ融合実験を行い、新規モデルから期待出来うる科学的知見を模索する、(3)完成されたモデルを用いて陸域炭素循環の過去～将来の変動を再評価する、(4)陸域炭素循環研究において必要であるが欠如しているデータ項目の抽出とデータ構築、という点を目的とする。

### 3. 本研究により得られた主な成果

## (1) 科学的意義

・本研究で構築された地上観測と衛星観測を組み合わせたプロダクト（経験的広域化プロダクト）は多くの地上観測データを反映させていることから信頼度が高く、炭素循環解析における重要なプロダクトとなる。従って、炭素循環に関わる多くの研究者に利用されることが期待できる。プロダクトは地域的にも多岐（アラスカ・アジア・グローバル）にわたる。

・特に、観測点不足からこれまでに広域的な評価が困難であった北極域生態系における CO2・エネルギー収支に関して、地上観測データと衛星観測データを利用した高精度な広域評価を可能にした。

・既存の葉面積指数やフェノロジーのグローバル衛星プロダクトでは北方林の葉面積指数が過大評価であった。その原因を突き止め、検証作業を行うことにより、より正確なデータ構築ができた。

・全球スケールでの林齢や生態系純交換量は、陸域炭素循環の再現には必要であったが、これまでには存在しないデータであった。従って、これらデータ構築と検証自体に意義が高いものである。

・本研究で構築したモデルは、既存の多くのモデルに比較してより多種の広域データを制約にするために、再現性が格段に高くなる。従って、現代や将来などの炭素収支の推定がより正確になる。

・広域炭素・エネルギーフラックスのデータをモデルの制約として用いることで、根の深さなど測定が困難なパラメータを空間的に逆推定できる可能性を示した。逆推定したパラメータは汎用性が高く他モデルにも利用可能である。従って一般的な陸域モデルの向上という波及効果が期待できる。

・本研究で構築したデータ・モデル融合のフレームワークは、一般的な陸域炭素循環モデルへの適用も可能である。従って、陸域炭素循環モデル全体への波及効果と、陸域炭素循環モデルが改善されることによる温暖化予測の不確実性低減への貢献が期待できる。

・詳細な解像度で炭素循環のホットスポットを解析することで、熱帯での地上観測の充実の必要性や炭素プール量関連の研究促進など、炭素循環モデル研究分野における本質的な課題を創出することができた。

・プロセスモデルによる確度の高い純生態系生産量の計算を全球1kmグリッドまで詳細化する研究の道筋がついた。衛星観測データを複合利用した炭素循環研究では例がないことから、自然生態系の二酸化炭素の吸収・放出量を診断的に把握する新規的な研究成果である。

・北極域生態系における CO₂・エネルギー収支には、原野火災や火災からの植生回復が重要なプロセ
スであることが明らかとなった。

## (2) 環境政策への貢献（研究者による記載）

＜行政が既に活用した成果＞

特に記載すべき事項はない。

＜行政が活用することが見込まれる成果＞

・今後、陸域炭素収支の推定をより精緻化する上での必要な観測項目、データセット項目として、正味炭素フラックス、バイオマス、樹齢、火災履歴などを抽出した。これらの項目は、今後のモニタリング政策策定への提言として利用できる。

・衛星観測データをモデルに統合させることにより、陸域炭素循環モデルの精度が向上した。このモデルの利用により広域炭素フラックスがより正確に再現される。この結果は大気と陸域の炭素収支をより正確に推定することとなり、国別、地域別などの炭素管理の方策に利用できる。

・東アジア、東南アジアにおける純生態系生産量の主題図は、我が国やアジア地域の温暖化抑止政策の立案の基礎資料として利用可能である。温暖化啓蒙活動の一環として、極東アジア地域を対象としたデータ配信事業（国立環境研究所ホームページ内）を行っており、これらの主題図の一部はその事業への活用を検討している。主題図は、自然生態系の二酸化炭素吸収量を現状把握するデータであり、温暖化抑制策における自然生態系の価値を定める基礎データそのものであることから、温暖化抑止政策の立案に貢献することが見込まれる。

・日本は北極評議会のオブザーバ資格を有するなど、国際的にも北極圏において重要な役割を果たすようになってきている。本課題では、北極域における葉面積・フェノロジーデータの精緻化、多くの観測データを用いた炭素、エネルギーフラックスの広域データの構築などを完成させており、これらのデータは既存研究に比較して多くのサイトを利用するなどして、炭素収支のメカニズムなどの解明に貢献している。これらの成果を生かして、北極評議会のための基礎資料として利用できる。

### 4. 委員の指摘及び提言概要

各サブテーマはアジア域や北極域での陸域生態系変動の把握に関し、新知見をもたらしており、全球林齢マップなどは人為インパクトと炭素循環の関係を示すのに効果的なデータベースとなり得るが、サブテーマ間の連携は不十分であり、陸域炭素循環モデルを高度化という、タイトルに即した成果を出していない。陸域炭素循環の理解では土地利用変化が重要な要因となるが、考慮されていない。

### 5. 評点

総合評点：B
平成23年度

# 環境研究総合推進費補助金 研究事業 総合研究報告書

# 一般廃棄物焼却飛灰,家畜骨粉のリン酸カルシウムハイドロゲルへの再資源化と燃料電池への利用 (K22034, K2315)

平成24年3月

広島大学大学院工学研究科 化学工学専攻

福井国博

吉田英人

山本徹也
補助事業名 環境研究総合推進費補助金研究事業（平成22年度～平成23年度）

所 轄 環境省

国庫補助金 18,742,000 円

研究課題名 一般廃棄物焼却飛灰,家畜骨粉のリン酸カルシウムハイドロゲルへの再資源化と燃料電池への利用

研究期間 平成22年4月1日～平成24年3月31日

代表研究者名 ___ 福井 国博 （広島大学）

共同研究者名 ___ 吉田 英人 （広島大学）

山本徹也 (広島大学)
## 本論文に関する学会発表

研究成果を以下に示す形式で学外に報告した。

## 第 3 回 中四国若手 CE 合宿

開催期間：2009年8月6日(木)、7日（金）

開催場所：かんぽの宿 徳島

発表者名：川越秀平、福井国博、山本徹也、吉田英人

発表題目：家畜骨粉の高プロトン電導性材料への再資源化法とその利用

発表形式：ポスター発表

予稿集：p41(2009)

## 化学工学会 第 41 回秋季大会

開催期間：2009年9月16日(水)～18日（金）

開催場所：広島大学 東広島キャンパス

発表者名：川越秀平、福井国博、山本徹也、吉田英人

発表題目：家畜骨粉の高プロトン電導性材料への再資源化法とその利用

発表形式：口頭発表

予稿集：p 402(2009)

## 第 3 回 化学工学 3 支部合同徳島大会

開催期間：2010年10月23日(木)、24日（日）

開催場所：徳島大学 常三島キャンパス

発表者名：川越秀平、福井国博、山本徹也、吉田英人

発表題目：家畜骨粉のリン酸カルシウムハイドロゲルへの再資源化法の開発

発表形式：口頭発表

予稿集：p 98(2010)

粉体工学会 2011 年度春期研究発表会

開催期間：2011年5月24日(火)、25日（水）

開催場所：総評会館 東京

発表者名：西田幸生、川越秀平、福井国博、山本徹也、吉田英人

発表題目：家畜骨粉のリン酸カルシウムハイドロゲルへの再資源化法の開発
発表形式：口頭発表

予稿集：p5(2011)

第 4 回 化学工学 3 支部合同福井大会

開催期間：2011年12月8日(木)、9日（金）

開催場所：ホテルフジタ福井 福井

発表者名：西田幸生、川越秀平、福井国博、山本徹也、吉田英人

発表題目：一般廃棄物焼却飛灰のリン酸 Ca ハイドロゲルへの再資源化

発表形式：口頭発表

予稿集：p 135(2011)

第 4 回 化学工学 3 支部合同福井大会

開催期間：2011年12月8日(木)、9日（金）

開催場所：ホテルフジタ福井 福井

発表者名：福井国博、川越秀平、山本徹也、吉田英人

発表題目：家畜骨粉のリン酸 Ca ハイドロゲルへの再資源化と燃料電池への利用

発表形式：口頭発表（依頼講演）

予稿集：p30(2011)

第 14 回 化学工学会学生発表会宇部大会

開催期間：2012年3月3日(土)

開催場所：宇部工業高等専門学校 山口

発表者名：山本航平、福井国博、西田幸生、山本徹也、吉田英人

発表題目：一般廃棄物焼却飛灰のリン酸 Ca ハイドロゲルへの再資源化とその利用
## 目次

目次.....1

第1章 序論.....8
1.1 一般廃棄物の再資源化.....8
1.1.1 大量廃棄型社会と最終処分場の不足.....8
1.1.2 家畜骨粉の処理法.....10
1.1.3 一般廃棄物の焼却により生じる飛灰の利用.....11
1.1.5 循環型社会形成の推進と循環型社会形成推進基本計画.....12
1.1.4 ダイオキシンとは.....12
1.1.5 循環型社会形成推進基本計画の今後の課題.....13

1.2 エネルギー問題.....14
1.2.1 資源の枯渇化・価格の高騰.....14
1.2.2 地球温暖化.....14
1.2.3 日本の温室効果ガス排出量.....15
1.2.4 地球温暖化対策 $ ^{13)} $ .....16

1.3 燃料電池.....17
1.3.1 次世代エネルギーとして期待される燃料電池.....17
1.3.2 燃料電池の原理 $ ^{8)} $ .....17
1.3.3 分散型発電とコージェネレーション・システム $ ^{10)} $ .....20
1.3.4 燃料電池の種類 $ ^{11)-13)} $ .....21
1.3.5 燃料電池の現状と課題.....21
1.4 リン酸カルシウムハイドロゲル.....23
1.4.1 コロイド粒子とゾル.....23
1.4.2 ゲルとゾルの違い.....24
1.4.3 高分子ゲル $ ^{20),21)} $ .....24
1.4.4 リン酸カルシウムハイドロゲル.....24
1.5 本研究の目的と概要.....25
1.5.1 既往の研究と課題.....25
1.5.2 本研究の目的.....26
1.5.3 研究概要 ..... 28
1.6 References ..... 29
第2章 測定機器 ..... 32
2.1 レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置 ..... 32
2.1.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 32
2.1.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 32
2.2 X線光電子分光装置 ..... 35
2.2.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 35
2.2.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 35
2.3 粉末X線回折装置 ..... 38
2.3.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 38
2.3.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 38
2.4 ケミカルインピーダンスメーター ..... 40
2.4.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 40
2.4.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 40
2.5 電子負荷装置 ..... 42
2.5.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 42
2.5.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 42
2.6 コーンプレート型デジタル粘度計 ..... 43
2.6.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 43
2.6.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 43
2.7 原子間力顕微鏡 ..... 45
2.7.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 45
2.7.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 45
2.8 スピンコーター ..... 46
2.8.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 46
2.8.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 46
2.9 フーリエ変換赤外分光光度計 ..... 47
2.9.1 装置の名称、メーカー、製造年 ..... 47
2.9.2 装置の目的と原理、データ処理方法 ..... 47
2.10 References ..... 48
第3章 リン酸カルシウムハイドロゲルの創製法 ..... 49
3.1 原料粉体の分析 ..... 49
3.2 従来のリン酸カルシウムハイドロゲルの創製法 ..... 51
3.3 リン酸カルシウムガラスの粉砕特性の検討 ..... 52
3.3.1 実験方法 ..... 52
3.1.2 実験結果と考察 ..... 52
3.4 References ..... 53
第4章 従来法で創製したハイドロゲルの電気的特性 ..... 54
4.1 抵抗測定用セルの改良 ..... 54
4.1.1 抵抗測定用セル改良の経緯 ..... 54
4.1.2 抵抗測定用セルの改良 ..... 54
4.2 抵抗測定用セルの密閉性が電導率に及ぼす影響 ..... 55
4.2.1 実験方法 ..... 55
4.2.2 電導率測定条件の補足 ..... 56
4.2.3 実験結果と考察 ..... 56
4.2.4 結晶性と電導率の関係 ..... 58
4.3 昇温時と降温時の電導率の挙動の比較 ..... 60
4.3.1 実験方法 ..... 60
4.3.2 実験結果と考察 ..... 60
4.3.3 新規の追加処理の可能性 ..... 62
4.4 References ..... 63
第5章 追加的な結晶化処理が電気的特性に及ぼす影響 ..... 64
5.1 追加処理の概要 ..... 64
5.1.1 追加処理装置 ..... 64
5.1.2 追加処理のパラメータ ..... 65
5.2 追加処理の適切な水分量の決定 ..... 66
5.2.1 適切な水分量 ..... 66
5.2.2 適切な水分量の予測 ..... 66
5.2.3 容積絶対湿度の不確かさの推定と不確かさを減少させる方法 ..... 68
5.2.4 実験方法 ..... 69
5.2.5 実験結果と考察 ..... 70
5.3 追加処理の温度が電気的特性に及ぼす影響 ..... 71
5.3.1 実験方法 ..... 71
5.3.2 実験結果と考察 ..... 71
5.4 追加処理の圧力が電気的特性に及ぼす影響 ..... 72
5.4.1 実験方法 ..... 72
5.4.2 実験結果と考察 ..... 73
5.5 飽和蒸気圧下での追加処理が電気的特性に及ぼす影響 ..... 73
5.5.1 実験方法 ..... 73
5.5.2 実験結果と考察 ..... 74
5.5.3 リン酸カルシウムハイドロゲルの粘性と MEA の性能 ..... 75
5.6 References ..... 78
第6章 リン酸カルシウムハイドロゲル創製プロセスの簡素化 ..... 79
6.1 創製プロセスの簡素化の経緯 ..... 79
6.1.1 従来のリン酸カルシウムハイドロゲル創製プロセスの課題 ..... 79
6.1.2 追加的な結晶化処理の課題 ..... 80
6.1.3 新規の結晶化処理法の提案 ..... 83
6.2 抵抗測定用セルの改良 ..... 86
6.2.1 抵抗測定用セル改良の経緯 ..... 86
6.2.2 抵抗測定用セルの改良 ..... 86
6.2.3 抵抗測定用セルの改良の補足 ..... 87
6.3 新規の結晶化処理法 ..... 88
6.3.1 実験方法 ..... 88
6.3.2 実験結果と考察 ..... 89
6.3.3 補足 ..... 96
6.4 References ..... 98
第7章 粗大な結晶粒子の分析と粘性変化の考察 ..... 99
7.1 粗大な結晶粒子の分析 ..... 99
7.1.1 実験方法 ..... 99
7.1.2 実験結果と考察 ..... 100
7.2 粘性変化の考察 ..... 105
7.2.1 実験方法 ..... 105
7.2.2 実験結果と考察 ..... 106
7.3 総合的な考察 ..... 110
7.3.1 粗大な結晶粒子の析出について ..... 110
7.3.2 粘性変化の総合的考察 ..... 111
7.4 References ..... 112
第8章 家畜骨粉から合成したゲルの発電特性 ..... 113
8.1 燃料電池セルの構成 ..... 113
8.1.1 燃料電池セルの構成 ..... 113
8.1.2 MEA の補足 ..... 114
8.2 常温での発電特性 ..... 115
8.2.1 実験方法 ..... 115
8.2.2 実験結果と考察 ..... 116
8.3 噴霧器の形式と選定¹ ..... 118
8.3.1 湿度保持と噴霧器 ..... 118
8.3.2 加圧噴霧器 ..... 118
8.3.3 空気による霧化 ..... 119
8.3.4 ロータリーアトマイザー ..... 120
8.3.5 超音波噴霧器 ..... 121
8.3.6 静電噴霧器 ..... 122
8.3.7 噴霧器の選定 ..... 123
8.4 発電特性の温度依存性 ..... 123
8.4.1 実験方法 ..... 123
8.4.2 実験結果と考察 ..... 124
8.5 References ..... 127
第9章 リン酸カルシウムガラス作製法の簡素化 ..... 128
9.1 リン酸カルシウムガラスの合成法 ..... 128
9.1.1 原料粉体 ..... 128
9.1.2 従来のリン酸カルシウムガラス粉末作製法 ..... 129
9.1.3 新規のリン酸カルシウムガラス粉末作製法 ..... 131
9.2 実験結果 ..... 133
9.2.1 回収した生成物の結晶性評価 ..... 133
9.2.2 作製したリン酸カルシウムガラス粉末の粒子径比較 ..... 134
9.2.3 作製したリン酸カルシウムガラス粉末の形状比較 ..... 134
第10章 リン酸カルシウムハイドロゲルへの合成 ..... 136
10.1 実験方法 ..... 136
10.1.1 リン酸カルシウムハイドロゲルの合成方法 ..... 136
10.2 実験結果 ..... 136
10.2.1 合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの結晶構造 ..... 136
10.2.2 合成したリン酸カルシウムハイドロゲルの粘性 ..... 137
第11章 焼却飛灰への前処理による再資源化への影響 ..... 140
11.1 焼却飛灰に含まれる物質の影響 ..... 140
11.2 前処理およびリン酸添加比による影響 ..... 140
11.2.1 実験方法 ..... 140
10.2.2 実験結果と考察 ..... 141
第12章 ハイドロゲルの塗布方法の改良 ..... 148
12.1 スピンコーターによる塗布 ..... 148
12.1.1 実験方法 ..... 148
12.1.2 実験結果及び考察 ..... 148
第13章 結晶化処理に影響を与える原因の究明 ..... 151
13.1 リン酸カルシウムガラス粉末の粒子径が結晶化処理に与える影響 ..... 151
13.2 リン酸カルシウムガラス粉末の親水性が結晶化処理に与える影響 ..... 152
13.2.1 実験方法 ..... 152
13.2.2 実験結果と考察 ..... 152
第14章 リン酸カルシウムハイドロゲル合成の改良 ..... 154
14.1 攪拌を併用した結晶化処理による合成方法 ..... 154
14.1.1 実験方法 ..... 154
14.1.2 実験結果 ..... 154
14.2 粉砕処理を追加する影響 ..... 155
14.2.1 実験方法 ..... 155
14.2.2 実験結果 ..... 155
14.3 水との親和性の考察 ..... 159
14.3.1 実験方法 ..... 159
14.3.2 実験結果及び考察 ..... 159
14.4 ハイドロゲルの水の保持力に関する考察 ..... 161
14.4.1 実験方法 ..... 161
14.4.2 実験結果及び考察 ..... 162
14.5 新規法で作製したガラス粉末における結晶化処理の時間依存性.....166
14.5.1 実験方法.....166
14.5.2 実験結果.....166
14.6 新規法で作製したガラス粉末における結晶化処理の温度依存性.....168
14.6.1 実験方法.....168
14.6.2 実験結果.....168
14.7 考察.....169
第15章 焼却飛灰から合成したゲルの発電特性.....171
15.1 燃料電池セルの構成.....171
15.2 常温での発電特性.....171
15.2.1 実験方法.....171
15.2.2 実験結果.....171
15.2.3 考察.....172
15.3 発電特性の温度依存性.....173
15.3.1 実験方法.....173
15.3.2 実験結果.....173
第16章 結論.....178
## 第 1 章 序論

### 1.1 一般廃棄物の再資源化

#### 1.1.1 大量廃棄型社会と最終処分場の不足

産業革命を端に発し、20世紀に高度に展開した大量生産・大量消費型の社会構造は、私たち人類の生活を豊かにし、経済力を向上させた。その反面、大量廃棄型の社会を形成し、環境保全と健全な物質循環の阻害をもたらした。

Fig.1.1 に各年度における一般廃棄物の処理量及び焼却量とリサイクル率を示す。

Fig.1.1 一般廃棄物処理量の推移

まず一般廃棄物とは、産業廃棄物以外の廃棄物をいい、ごみの他にもし尿も含んでいる。主に過程から発生する生活系廃棄物が主体であるが、事務所や飲食店から出る事業系のごみも一部含んでいる。これらの中で、爆発性、毒性、感染性、その他の人の健康または生活環境に係る被害を生じるおそれがあるものを特別管理一般廃棄物として区別している。

日本の一般廃棄物の処理量は 1999 年度から 2003 年度まで 5 億トンを超えていたが、2004 年度から処理量が減少し始め、2008 年度以降は、処理量が 5 億トン
ンを下回っている。しかし、1986年度の一般廃棄物の年間排出量が4300億トンであってことをふまえると、依然として日本の社会構造は、大量廃棄型であるといえる。また、ごみは、無害化処理やさらに資源利用することが望まれる。各年度の一般廃棄物のリサイクル率は、2007年度に20%を超えて以降、その数値を維持しており、まだまだ再資源化の取り組みが進んでいるとはいえない。各年度の処理方法においては、焼却処理による中間処理の比率がおよそ80%と高くなっている。

また、一般廃棄物の年間排出量は現状維持程度にもかかわらず、新規の最終処分場建設数が急激に減少しているため、最終処分場の不足が問題となっている。Fig.1.2に最終処分場の残余容量と残余年数の推移を示す $ ^{1)} $ $ ^{3)} $ 。近年、最終処分場の残余年数は増加しているものの、残余容量はひっ迫しており、深刻な状況と言える。また、経済成長が著しいアジア地域を始めとする途上国においても廃棄物問題が深刻化しつつある。Fig.1.3に示すように世界の廃棄物発生量は2050年には2000年の2倍以上になるという試算もある。それらとともに、廃棄物等の多様化に伴う処理の困難化や不適正な処理による環境負荷が増大している。

Fig.1.2 最終処分場の残余容量と残余年数の推移
Fig.1.3 世界の地域別廃棄物発生量(2000-2050) $ ^{4)} $

#### 1.1.2 家畜骨粉の処理法

動植物性残渣は廃棄物全体に占める割合は低く 0.7 wt% である $ ^{5)} $ 。しかし、動植物性残渣は、食品製造業など特定の業種の製造工程から排出される廃棄物であるため、人類が生活を営み続ける限り排出され続ける廃棄物である。また、人口の増加とともに排出量が増加する廃棄物でもある。日本は人口が減少傾向にあるものの、世界に目を向ければ、東南アジアの経済成長に伴う人口の増加は著しい。そのため、動植物性残渣の処分法の確立は大変重要である。

現在、家畜骨粉は肥料へ再資源化されるものもあるが、その再資源化率は高くなく、多くは埋め立てなどの最終処分をされる。Table 1.1 に示すように、近年、様々な企業が家畜骨粉（廃肉骨粉）の新たな再資源化方法として、セメントの原料に利用する方法やプロセス、システム体系を構築しようと試みている。しかし、まだまだ課題も多く、また、付加価値が高い再資源化方法とは言えない。
Table 1.1 産業廃棄物再生利用認定制度の認定状況 $ ^{6)} $

認定年月日	認定を受けた者	再生の方法	施設所在地
2004/11/26	東ソ一株式会社	廃肉骨粉(化製場から排出されるものに限る。)に含まれるカルシウムをセメントの原料として使用する。	山口県
2004/12/3	住友大阪セメント株式会社岐阜工場	廃肉骨粉(化製場から排出されるものに限る。)に含まれるカルシウムをセメントの原料として使用する。	岐阜県
2005/1/25	琉球セメント株式会社	廃肉骨粉(化製場から排出されるものに限る。)に含まれるカルシウムをセメントの原料として使用する。	沖縄県
2005/3/10	三菱マテリアル株式会社横瀬工場	廃肉骨粉(化製場から排出されるものに限る。)に含まれるカルシウムをセメントの原料として使用する。	埼玉県
2010/10/28	太平洋セメント株式会社熊谷工場	廃肉骨粉に含まれるカルシウムをセメントの原材料として使用	埼玉県

1.1.3 一般廃棄物の焼却により生じる飛灰の利用

一般に、ごみの処理・処分といった場合には、処理とは中間的な処理を指し、処分とは最終埋め立て処分を意味することが多い。中間処理の目的は、多岐にわたるが、減容化、無害化、無臭化、資源化、エネルギーの有効利用などになる。日本では、欧米諸国に比べて焼却処理の比率が高いことが特徴で、一般廃棄物の処理方法では、焼却処理が最も一般的な方法である。病原菌や腐敗物の無害化ができるほか、発電、給湯、冷暖房などの熱利用が行えることが焼却処理の重要な効果がある。
理の大きな特長である。方式としては、ストーカ方式とガス化溶融炉方式に大別できる。前者は、歴史が古く施設数も圧倒的に多い。後者は、灰溶融との一体化や資源化に有効であり、近年採用されることが多くなっている。Fig.1.4 にストーカ方式の略図を示す。

Fig.1.4 ストーカ方式の略図

一般廃棄物の処分方法の多くが焼却によるものあり、これにより大量の灰が排出される。しかし、一般廃棄物の焼却後に生じる焼却飛灰には、ダイオキシンが多く含まれているため、ダイオキシンの大気中への流出を大量の消石灰を散布することで未然に防いでいる。故に、焼却飛灰にはカルシウム成分を多く含んでいる。焼却飛灰の処理に多大な出費を払わされながら、そのほとんどが埋め立て処分されており、焼却飛灰の再資源化が推進されていた。近年では、セメント材料へ再資源化がなされているが、付加価値が低く、さらなる高付加価値の材料への転換が望まれている。

#### 1.1.4 循環型社会形成の推進と循環型社会形成推進基本計画

循環型社会 $ ^{7,8)} $ とは、生産、流通、消費、廃棄および自然の資源を採取することなどの社会経済活動の全段階を通じて、廃棄物等の発生抑制や循環資源の利
用などの取組により、新たに採取する資源をできるだけ少なくした、環境への負荷をできる限り少なくする社会のことである。上記したように、今日、環境保全は、人類の生存基盤にかかわる極めて重要な課題である。また、経済活動のグローバル化に伴って国際的な相互依存は日常生活の様々な分野にまで及んでいる。世界的に資源制約が顕在化し、循環資源の価値が高騰する昨今において、資源に乏しい日本は、国際的に連携をとり、国際社会と協力し合いながら循環型社会の形成を図っていく必要性がますます高まっている。

循環型社会形成推進基本計画は、循環型社会形成推進基本法第15条の規定に基づいた「持続可能な社会」を創り上げるための基本的な計画である。環境の保全を前提とし、3Rの推進と適正処理の実施など、循環型社会の形成推進に当たって常に持続可能な社会の構築に向けた視点を持ち、低炭素社会に向けた取組や自然共生社会に向けた取組と統合した取組を進めることを重要項目としている。2002年9月のヨハネスブルグ・サミット実施計画に基づき各国が策定する持続可能な生産・消費形態への転換を加速するための10年間の枠組みとして2003年に第1次循環基本計画が定められ、同計画に基づく取組が進められてきた。第2次循環基本計画は、第1次循環基本計画を引き継ぎ、ヨハネスブルグ・サミット実施計画に基づく計画として位置づけられる。

#### 1.1.5 循環型社会形成推進基本計画の今後の課題

循環型社会の形成に向けて、地域の活力を引き出しつつ、新たなライフスタイルやビジネススタイルにより環境と経済の好循環を実現していくことが重要である。また、「3R(Reduce, Reuse, Recycle)」に関する安心を確保しつつ、3R技術やシステムをさらに高度化し、情報や人材を含めて、国内の基盤を充実させていく必要がある。このため、具体的には以下の課題に対応することが求められる。

(1) 地域コミュニティの再生などを通じた地域循環圏の構築

(2) 100 年後の世代にも伝えられるライフスタイル

(3)環境と経済の好循環を実現するビジネススタイル

(4) 発生抑制を主眼とした 3 R の更なる推進と適正処理の確保

(5) 3Rの技術とシステムの高度化

(6) 情報の的確な把握・提供と人材育成

(7) 国際的な循環型社会の構築