大気汚染
古い技術から新しいクリーンな技術に置き換えることで、多くの場合大気汚染を低減することができる。
発展途上国では調理や暖房などに木質燃料(薪・木炭)や石炭を使う生活スタイルが依然としてあり、2015年時点で30億人近くがこのような生活をしていると推定され、大気汚染や室内空気質汚染のリスクを有している。より効率的な燃料への変更や燃焼機器の導入などが、汚染を低減させる。
ヨーロッパや北米で利用が再拡大しているストーブ・暖炉(薪ストーブ)は、石炭の使用中止、改良された認定品への買い替え、フィルターの使用、薪や木炭から木質ペレット(ペレットストーブ)への燃料変更、さらに木質燃料からガスや電気を利用した暖房への転換が排出低減につながる。政府から補助金などの支援が行われている例がある。例えば、アラスカ州フェアバンクスは米国肺協会から「最も汚染された都市」に認定されるほど大気が汚染されていたが、薪ストーブから石油、ガス暖房に切り替えたため汚染の低減に成功している。オレゴン州ポートランドでは薪ストーブを電気式ヒートポンプに取り替えるよう勧告している。
さまざまな地形・植生と比較して、粗度が大きく霧による樹冠の濡れなどがある森林は空気中の大気汚染物質を沈着させる効果が大きい。適切な森林管理は焼畑や薪炭材の過剰な伐採の抑制を通じて大気汚染軽減に寄与する側面もある。その一方で、沈着が過剰になると植物自身がダメージを受けるほか、植物自身が出すイソプレンやテルペン類などのBVOCも光化学反応を通じてオゾンや有機エアロゾルなどの汚染質に変化する作用があることも無視できない。
主に汚染の発生域と居住地との間に設けて汚染を軽減する方法として、緑化によりグリーンベルトや公園などの「緩衝緑地」を設ける方法がある。粉塵・粒子状物質を沈着させ、二酸化炭素を始め気体を吸収する効果がある。(張、2002年)によると、北京において疎林の緑地帯を通過する大気の粉塵減少率は、夏が61%あるのに対して冬は約20%に減少する。ただし、緑地帯の植物や土壌、水質に対しては逆に汚染をもたらすので、本質的には総排出量の削減が最も効果のある大気汚染対策である。
個人レベルでは空気清浄機を導入することで室内汚染を低減することができる。汚染が深刻な地域では、宿泊施設などで空気清浄機の提供が重要なサービスのひとつになっている例がある。
都市以上の規模では大規模な空気清浄機を設置する例があって、"Smog tower"、または"Air purifier Tower"などと呼ばれる。中国やインドの例が有名である。これらは都市部に設置され、実際にある程度効果が出ているというが、稼働のための電力が石炭などの燃料に頼っているため郊外では汚染はよりひどくなっているとの批判がある。
総排出量の削減の為には、一つの都市の開発に当たって、地下鉄や鉄道などの環境負荷の低い公共交通機関や、自転車などの排気ガスを出さない軽車両の交通を円滑にする為の自転車専用道路といった道路網の整備などを、都市計画の段階で予め織り込んでおく事も重要である。これは網の目状に良く整備された高速道路網と郊外型の住宅地、そして貧弱な公共交通機関事情が組み合わせられた結果、「事実上自動車が無ければ都市内の移動が困難である」事態が発生した事により、史上最も早くから自動車の排気ガスに起因する「白いスモッグ」の発生に苦しめられたロサンゼルスの都市計画の失敗例を教訓とするものである。
総量規制は工業地帯などの汚染が深刻な地域において、大規模排出源である工場などを対象に、その地域で環境基準を達成するために許容できる各工場の排出量を求めて割り振り排出枠を設定する方式。日本では1972年に三重県が硫黄酸化物を対象に条例で導入、1974年に大気汚染防止法でも導入されている。また、一定規模以上の汚染質排出がある工場では大気関係公害防止管理者を置くことが定められている。
大気汚染に関する主な国際協定は以下の通り。
ヨーロッパ:1979年に長距離越境大気汚染条約 (CLRTAP)を締結、国際連合欧州経済委員会を事務局とし、この条約を大きな枠組みとして、更に8つの国際条約を締結した。1985年締結のヘルシンキ議定書と1994年締結のオスロ議定書は硫黄酸化物の排出量削減、1988年締結のソフィア議定書は窒素酸化物の排出量削減を定めた。2013年2月時点で域外のアメリカやカナダも含め51か国が参加している。
北アメリカ:1991年にアメリカ・カナダ間でアメリカ・カナダ空気質協定を締結、2000年に改正している。硫黄酸化物、窒素酸化物の排出量削減を定めた。
東南アジア:東南アジア諸国連合を事務局として2002年に越境煙霧汚染ASEAN協定を締結している。
東アジア:国際協定はない。研究協力の国際的枠組みとして東アジア酸性雨モニタリングネットワーク (EANET)がある。
船舶:世界規模の枠組みで海洋汚染防止を規定するマルポール条約は、1997年改正版より大気汚染に関する規定を追加している。船舶の排出ガス中の窒素酸化物や燃料油中の硫黄分濃度の基準を定めている。
航空機:国連の専門機関でほとんどの国が加入する国際民間航空機関は、航空機の排出ガスの基準を定めている。
先進国では1950年代 - 1970年代に大気汚染物質の環境基準が設定された。世界レベルでは、1987年に世界保健機関(WHO)ヨーロッパ地域事務局が"Air Quality Guidelines for Europe"(ヨーロッパ空気質指針)を策定し27種類の物質の基準を定め、1999年にはこれを拡張して全世界に適用できるよう調整した"Guidelines For Air Quality"(空気質指針)を発表、その後2000年に37物質、2005年に4物質の基準を変更・追加している。
以下は、1999年、2000年、2005年発表のWHOの「空気質指針」(WHO AQG(1999), WHO AQG(2000), WHO AQG(2005))にリストされている大気汚染物質の一覧である。異なる物質同士の値の大小で単純に害の大小を比較することはできない。またこの値は、個々の物質について独立に健康影響を評価した指針値であり、複数の物質が混合した場合の相乗効果などについては考慮していない。
汚染物質を定量的に表すのは、大気中における濃度(重量比や体積比)、単位時間・単位面積当たりの沈着(堆積)量や落下(降下)量である。大気の汚染状況を監視するためには長期的に連続して観測することが必要であり、PM、SOx、NOx、OXなどの主要汚染物質の観測には自動で連続観測できる測定装置を設置することが多い。
粒子状物質は世界的にはPM10とPM2.5が指標として用いられる。PM10は粒子径10µmで50%の捕集効率を持つ分粒装置を通過する微粒子、同様にPM2.5は2.5µmである。初期にはろ紙を用いるBS法、次にハイボリュームエアサンプラーを用いる方法(例としてアメリカでは1980年代後半まで)が用いられたが精度が高くなく、現在はローボリュームエアサンプラーを用いる方法、フィルタで集めた粒子をベータ線照射や振動により測定する方法や、EPAのPM2.5サンプラーなどが用いられている。WHOの資料(2005年)によると世界の人口10万人以上の都市3,400のうちPM10の測定が行われているのは216都市にとどまり、そのほとんどが北アメリカやヨーロッパであるように、測定地点が少ないことが指摘されている。
ガス状物質の測定法は物質によりさまざまであるが、連続的に測定するものとしては溶媒へ吸収させて導電率や光の透過率を測定する方法、赤外線照射で得られるスペクトルから分析する赤外分光法、同様に紫外線・可視光線・近赤外線照射を用いる紫外・可視・近赤外分光法などが用いられ、連続測定が難しく採取分析を行うものではガスクロマトグラフィーなどが用いられる。
特に観測点が乏しい場合や、計器観測点の間隔よりも小さな規模の汚染を調べる場合などには、大気汚染の生物指標として、樹木の葉の様子や、樹木に着生する大気汚染に弱い地衣類の様子を観察・利用する場合がある。マツの葉の断面は、気孔周辺に煤が溜まりやすいことが知られている。
越境汚染問題においては、国境を越えて輸送される大気汚染物質の動向を明らかにするため、高濃度汚染時の風向による簡単な解析の他に、地域ごとの排出量と沈着量から他の地域からの流入を推定する方法、汚染物質中の同位体比をトレーサーとして発生源を推定する方法、長距離輸送モデルによる解析などが用いられる。
トレーサーとしては硫黄、鉛、ラドンなどの同位体が用いられる。産地により固有の値をとる石炭や石油の硫黄分の硫黄同位体比により硫黄酸化物の発生源を推定できる。また工業製品に含まれる鉛も産地により値が異なることから発生源を推定できる場合がある。半減期が約10.6時間の212Pbと約3.8日の222Rnなど、片方がもう一方の崩壊生成物でかつ半減期の異なる同位体の比率を用いても発生源を推定できる。
長距離輸送モデルでは、ヨーロッパでは酸性雨の原因物質である硫黄酸化物を中心に研究が進んで"RAINS-Europe"というモデルが開発されているほか、温室効果ガスの解析用として"GAINS"というモデルが開発されている。アジアではRAINS-Europeを応用した"RAINS-Asia"などが開発されている。ただし、モデルにより大きな誤差が出て議論になる場合もある。
また、急性の健康被害をもたらすような高濃度汚染を防止することを目的に、大気汚染予報も行われる。高濃度汚染の活性する可能性を「大気汚染気象ポテンシャル」または「大気汚染ポテンシャル」といい、行政が行う汚染物質排出動向の調査に基づく排出予測と、気象学の理論を用いた汚染物質の動きの予測を組み合わせて、数値などでその大きさを求める。汚染物質の動きは数値予報モデル(主に大気拡散モデル)で算出される予報資料などを用いる。
大気汚染予報で用いる主な数値には、混合層高度(Mixing Depth)、移送風速、滞留示数(Stagnation Index)などがある。混合層高度とは、地表から高度数百mまでの混合層の頂上の高度のことで、この上には水平風が強い層がある。混合層高度が高いほど大気汚染物質が上下に混合され上層で水平風により拡散されやすいことを示す。普通はその日の気温が最も高くなる頃に最も高くなり、これを最大混合層高度(Maximum Mixing Depth)という。これに対して混合層高度が最も低くなるのは日の出の頃で、高層気象データをプロットしたエマグラム上でも算出できる。移送風速は混合層内の水平方向の風速である。滞留示数は複数の気象要素から空気の滞留の度合いを示すもので、地上の降水量や湿度、850hPa(高度約1,500m)風速、500hPa(高度約5,500m)渦度などの要素を用いる。
このような予報が開始されたのは、ヨーロッパやアメリカでは第二次世界大戦後から1950年代、日本では1960年代、中国では1980年代である。
大気汚染の状況を空気質の指数で発表している地域や、一定以上の汚染が発生しているとき・予想されるときに警報などを発表する地域がある。
アメリカ - 空気質指数(Air quality index, AQI)を発表。"Good","Moderate","Unhealthy for Sensitive Groups","Unhealthy","Very Unhealthy","Hazardous"の6段階で、1時間値や12時間値などを基に算出している。予報も行う。
カナダ - 空気質健康指数(Air Quality Health Index, AQHI)を発表。"Low health risk","Moderate health risk","High health risk","Very high health risk"の4段階。予報も行う
EU - 域内の空気質指数(Air quality index, AQI)を発表。5段階。
イギリス - 空気質指数(Air quality index, AQI)を発表。4段階。予報も行う。
フランス - 観測値と予報を発表。
日本 - 高濃度が観測されたまたは予想される場合、大気汚染注意報を発表。その多くは光化学スモッグ注意報。
中国 - 空気質指数(环境空气质量指数(AQI))を発表。7段階。
香港 - 空気汚染指数(Air Pollution Index, API)を発表。
インド - 空気質指数(Air quality index, AQI)を発表。5段階。
日本においては、明治初期(19世紀終盤)から産業による大気汚染が発生し始めた。
早期に製鉄所ができた八幡や釜石では高炉からの煤塵による大気汚染が起きた。栃木・群馬の足尾銅山鉱毒事件では、水質汚染とともに銅の精錬所から排出される二酸化硫黄が植物に被害を与えている。愛媛の別子銅山でも精錬所からの二酸化硫黄が農業被害を起こし紛争となっている
1883年から1884年(明治16-17年)には大阪市で煤煙による広域汚染が問題となり、大阪府が煤煙を規制する通達を出して以降、市や府による対策やメディアによる報道も行われたが、大気汚染は悪化した。この時期大阪市は別名「煙の都」とも呼ばれていた。1922年(大正11年)には大阪市立衛生試験所が大気の広域的な調査を開始するなど、調査研究もこの頃からいくつか行われ始めている。
同様の汚染は隣の京都や兵庫、また東京や神奈川、福岡でも生じた。工場周囲での汚染、ばい煙による広域汚染に、自動車の排気なども加わり、大気汚染は拡大していった。
第二次世界大戦中には休止した工場もあったが、戦後は再操業・増産を行うなど産業の復興に伴い大気汚染が再び深刻化した。工業地帯では、煤煙や製鉄所からの酸化鉄ヒュームが空を覆い「太陽が赤く染まる」ほどの汚染ともいわれ、洗濯物が汚れ、視程が悪化するなど生活に影響を与えた。こうした汚染に対して住民の苦情も増し、1949年(昭和24年)に東京都、1950年(昭和25年)に大阪府、1951年(昭和26年)に神奈川県で、それぞれ公害防止条例が制定されている。
1960年代に入ると、国に対する規制を求める世論も高まり、1962年(昭和37年)には煤煙の排出の規制等に関する法律が制定され、京浜工業地帯、阪神工業地帯、北九州工業地帯などの指定地域のすすや粉塵等の規制が開始された。しかしこの法律では、電力・ガス事業が対象外とされたほか、硫黄酸化物の問題をほとんど考慮していなかった。
1960年頃から三重県四日市市に誘致された四日市コンビナートによる大気汚染のため、四日市ぜんそくの被害が深刻化し始める。またそれに先出ち、1950年代から京浜工業地帯で川崎ぜんそくが社会問題となっていた。
1967年(昭和42年)には公害対策基本法、翌1968年(昭和43年)には煤煙の排出の規制等に関する法律に代えて大気汚染防止法が制定された。大気汚染防止法は、硫黄酸化物の排出規制に関して煙突が低いほど上限が低くなる「K値規制」、初めての自動車排出ガス規制を含むものであった。しかし二酸化硫黄の濃度はしばしば高濃度となって「緊急時措置」が執られた。
1970年代に入ると大気汚染の深刻化に世論が高まり、1970年(昭和45年)の通称「公害国会」で大規模な法改正が行われた。この改正により、窒素酸化物 (NOx)、炭化水素、鉛などの有害物質が規制対象に加えられ、電力・ガス事業も対象となり、工業地域などに限定されていた規制が国内全域に拡大されるなどしている。また被害の顕著な都市部では、自治体が条例により独自に上乗せ規制を行うところも出てきた。また1972年(昭和47年)には四日市公害訴訟で被害者側が勝訴し、1973年(昭和48年)の公害健康被害補償法の制定につながる。
1970年代を境に集塵装置や脱硫装置の開発・普及が進み、煤塵や硫黄酸化物の濃度は低下して20年で5分の1程度になった。2010年の時点で硫黄酸化物の濃度は99%以上の測定地点で環境基準を達成している。二酸化窒素の濃度は1970年代に減少してから横ばいが続いていたが、自動車排出ガス規制や都市部での総量規制などが始まって以降、2000年代から緩やかに減少している。
その後もコンビナート地帯や大都市の幹線道路沿いなどの大気汚染が完全に解消されたわけではなく、四大公害訴訟(水俣病・第二水俣病・イタイイタイ病・四日市ぜんそく)が終わった1970年代後半以降も、京葉工業地帯のある千葉(1975 - 1992年)、大阪市有数の工業地域における西淀川公害訴訟(1978 - 1998年)、川崎公害訴訟(1982 - 1999年)、水島臨海工業地帯周辺の倉敷・水島(1983-1996年)、阪神工業地帯のある尼崎(1988-2000年)、名古屋南部(1989-2001年)、東京大気汚染訴訟(1996-2007年)など、各地で大気汚染訴訟が提起されている。この中には、公害健康被害補償法下で指定されていた汚染地域が1988年にすべて解除され、補償対象となる患者認定が新規に行われなくなったことが関係している訴訟もある。その後、基金などを設立する動きも出ている。
有害大気汚染物質は、2000年施行のPRTR法やダイオキシン対策特措法で排出管理が厳格化された。
排出ガス規制の遅れていたディーゼル自動車に対しては、自動車NOx・PM法が段階的に強化されたほか、都市部でのディーゼル車規制条例、一定年数を過ぎた使用過程車への自動車税の割増措置(スクラップインセンティブ)が行われている。また、運送業(例:ヤマト運輸の宅急便配達)など企業によっては自動車の使用抑制として環境負荷の軽い自転車の活用促進なども行われている。
1970年7月18日に東京都杉並区などで発生した被害が大きく取り上げられて以降、主に自動車排ガス中の炭化水素と二酸化窒素に由来する光化学スモッグが深刻化した。国内の光化学スモッグ注意報などの発表延べ日数は、1973年(昭和48年)に300日を超えてピークに達した後、1984年(昭和59年)に100日以下に減少したがその後100-200日前後を推移、2000年と2007年には200日を超えている。光化学オキシダントの濃度も、2006年から2010年の5年間で環境基準を達成している地点は0.2-0%とほとんどなく、平成24年の環境白書でも「依然として低い水準」とされている。また2000年前後から、対馬などの離島や西日本、日本海側などで大陸(主に中国)から越境輸送された汚染物質が影響したと推定される光化学オキシダントの高濃度事例が発生している。
これに関連して、原因物質である窒素酸化物や非メタン炭化水素(NMHO)の濃度が緩やかに減少しているにも関わらず、光化学オキシダントの濃度は年間約1%の割合で緩やかに上昇しているという結果が出ている。この原因として、アジアからの越境輸送が広域的に広がり濃度を押し上げているとの指摘がある。また、2010年には雨の国内平均水素イオン濃度(pH)は4.78で酸性雨だが、植物被害などは発生していない。ただし、酸性雨の発現には時間差があることから、アジアでの汚染物質排出量が増大しているのに伴って、将来酸性雨による被害が発生する恐れがあるとされている。
日本に沈着する汚染物質の発生源の解析では、1990年頃は硫黄酸化物の4-5割が国内、1-3割が中国、1割前後が朝鮮半島であった。なお、冬季には北西季節風により中国から排出の寄与度が全体の半分以上に増加するという解析結果がある。また窒素酸化物の発生源(1990年頃)は65-75%が国内、13-18%が中国、10-15%が朝鮮半島とされる。ただし、越境汚染は2010年代をピークとして減少しつつあり、硫黄酸化物の減少幅が大きい。一方で、相対的に国内で従来から行われている野焼きによる排出の寄与が割合を増してきているという報告がある。