グローバル・ヒーティングの黙示録 第一章　歴史と未来

第一章　歴史と未来

生命の誕生と炭素循環の変遷

皆様ご存知のとおり、太陽系において水が液体にとどまることができるゴルディロックス帯を地球が周回せず、地球上に生命の 骨格となる炭素がなかったら生命は誕生しなかったでしょう。まして我々の存在はなかったわけです。原始の地球は二酸化炭素と窒素の大気に覆われていまし た。また酸素と水素の化合物である水はタップリとあり、海を形づくっていました。この海の中で摩訶不思議な化学反応の結果、炭素、酸素、水素、窒素 、硫黄、リン（化学的に似た砒素をDNAの構成要素に代用する微生物もいるようだが）を構成元素とし、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、 塩素などを代謝する生命が誕生しました。

宇宙が誕生したビッグバンは150億年前です。 地球はウラン238の半減期に相当する45.5億年くらい昔誕生したとされています。ウラニウムが崩壊してラジウムになり、これが更に崩壊して鉛にな りますからウラン/鉛比を隕石のそれと比較して年齢がわかるのです。この地球上に20億6,000万円前-24億5,000万年前、たまたま炭素、窒 素、水素から構成される4つのピロール環が連結されたポルフィリン環の中にマグネシウムあるいは亜鉛が配位した錯体構造を持つ色素分子ができました。太陽 光を利用して光合成ができる機能を生物が獲得した瞬間です。色素分子をもつバクテリアが水を分解して酸素を大気に放出するシアノバクテリアに進化し、これ を葉緑体として共生した藻類がやがて植物に進化して大気中の二酸化炭素をブドウ糖に変換し、大気には藻類の排泄物だった酸素が溜まるようになったのです。

溜まった酸素は他の物質を酸化させます。この酸素を利用するように進化した生物はポルフィリン環に鉄や銅を配位した錯体構造を持つヘム分子の能力を使い、 藻類や植物が溜め込んだ有機物を酸化させて自身が生きるためのエネルギー通貨、アデノシン三リン酸（ATP）を得るようになります。我々の体細胞に共生し ているミトコンドリアがATP製造の役目を果たしております。こうして酸素の生産と消費が動的にバランスして大気中の酸素濃度が化学平衡ではありえない 21%という濃度を維持しています。

さて死んだ藻類やプランクトンの一部は酸素の無い場所に埋まると酸化されずに地中に残ります。これが主として炭素と水素そして少量の窒素と硫黄からなる石 炭、石油、天然ガスなどの 炭化水素燃料になったと言われています。トーマス・ゴールドはこれにたいし無機成因説を提示しております。生命が誕生する前、地 球がC1コンドライトと いう太陽系のチリから形成されたときにマントルに閉じ込められた炭素、あるいはマントルに太陽系のチリと同程度含まれているウランやトリウムが 放射性崩壊をして鉛になる過程においてトンネル効果で極々まれに放出される微量の炭素などが深いところからにじみでてきて炭化水素になったという説です。 そういう意味で化石燃料とよぶことは誤解をあたえますのでここでは炭化水素と呼びます。またウランやトリウムの放射性崩壊時に発生する熱や核におけるカリウム40の崩壊 によってマントルが暖められて対流し、超大陸が生成したり分裂してきました。そして超大陸の分裂の時にはリンやカルシウムが海水に溶出する量 が増えます。海水中のカルシウムイオンが増えれば、二酸化炭素が海洋に隔離されます。火山活動が活発になれば二酸化炭素が放出されます。

光合成・光化学反応や岩石中のカルシウムのおかげで大気中に多量にあった二酸化炭素は固定され、排出物であった酸素が増えます。ウォーカー、ヘイズ、カス ティングが1981年の論文で指摘した大陸の生成分裂に伴う珪酸塩を含む花崗岩の風化が生命によらない地球の無機的な炭素固定作用としています。大陸地殻 は花崗岩や流紋岩な どを多く含み、二酸化炭素固定の原料を供給します。

CaSiO₃ + CO₂ →　CaCO₃ + SiO₂

イェール大学のロバート・バーナー（Berner）らは数学モデルを使って過去の大気中の二酸化炭素を算定し「顕世代の炭素循環」という論文を書きま した。（The Phanerozoic Carbon Cycle, 2004） このモデルは3つの変数を使って大気中の二酸化炭素濃度を計算しております。第一の変数は陸の面積と気温から陸の岩石の風化による二酸化炭素の固定速度で す。第二の変数は海底の拡大速度から火山から放出される二酸化炭素放出速度です。そして第三の変数は海洋中の炭酸塩と重炭酸塩の平衡です。このモデルは研 究者3名にちなんでBLAGモデルと呼ばれています。BLAGモデルに生物の影響も加えて改良したものはGEOCARB モデルとよばれています。このモデルによると6億年前以降、図-1.1バーナー・グラフのように二酸化炭素濃度は大局的には減少傾向を示しつつ時 々大きく振れてまいりました。(ピーター・ D・ウォード「地球生命は自滅するのか？　ガイア仮説からメディア仮説へ」)

図-1.1 バーナー・グラフ

5億8,000万年前のガスキアス氷河期以降エディアカラ生物群が発生し、5億4,200万年前以降か らカンブリア爆発と いう多様なデザインの生物が発生しています。この爆発の原因としてパーカーが提唱した有眼生物の誕生にあるとする「光スイッチ説」、ゴンドワナ超大陸の分 裂時に増えたリンが殻や骨格を必要とする多細胞生物の出現を可能にしたという説などがあります。

4億年前に急激に減少しましたのは維管束植物の出現によるとされています。こうして3億年前に190-280ppmレベルまで下がりましたが、2.5億年 前のペルム期 のパンゲア大陸が 完 成するとパンゲア周辺の海溝で沈み込んだマントルが千切れてメガリス（Mega-lithosphere）となって地球の核まで沈み込み核を冷却して液体 鉄の対流に変動が生じ、地磁気が弱くなったり、磁極が反転しました。そう すると宇宙線が地表に達するようになり、雲が多量に生じ、地球は寒冷化しました。これをスヴェンスマルク仮説といいます。このとき第一回目の恐竜の絶滅と なりました。ペルム期の磁極の逆転は当時海底で生成した頁岩に記録され、プレートで運ばれて、パンゲア超大陸岸辺であった九州南部の岩盤に付加体となって おり現在は隆起して露出しています。

一方、核まで沈み込んだメガリスは熱せられてスーパープリュームとなって、パンゲアの中心部（現在のシベリア中心部から 北米大陸に相当）に噴出し、厚い シベリア洪水玄武岩からなる溶岩台地を形成しました。このとき一緒に噴出した二酸化炭素は3,000ppmに達し、超ペルム期の大絶滅を引き起こしまし た。 温暖化でメタンハイドレートが融 け、当時30%に達した酸素濃度が10%まで下がりました。低酸素に対応するために胎生の哺乳類が進化しました。中国にある古生代ペルム紀 （Permian）と中生代三畳紀（Triassic）の境目Ｐ／Ｔ境界からは酸素のあると ころでは形成されないベルチェリン（蛇紋石類似のＦe層状珪酸塩鉱物）という鉱物が見つかっています。

その後、二酸化炭素濃度は再度下がって1.5億年前に2,000ppmまで戻しまし た。白亜紀は比較的温暖でしたが、5000万年前のユカタン半島への巨大隕 石の衝突で、寒冷化し、2回目の恐竜が絶滅しました。大絶滅の原因は 隕石の衝突、火山の噴火とするほかに寒冷化で海面が下がったために大陸棚のメタンハイドレートがとけでフィードバックがかかったとする説もあります。これ をK/T境界といいます。この衝突で出来たと思われるナノダイヤが見つかっております。

その後も比較的温暖でしたが200万年前に氷河期にはいりました。 ヒマラヤの造山運動のために二酸化炭素が着実に減少したためとされています。さいわいなことに今は10万年サイクルの温暖な間氷河期にあります。この温暖 な間氷期は過去の記録をみれば1万年しか継続しません。すでに1.1万年経過していますからいつ氷河期にはいってもおかしくありません。この揺らぎは後で 詳しく論じます。

このように二酸化炭素と宇宙線による雲発生というスヴェンスマルク仮説により過去の生物の盛衰を説明できます。

産業革命後、炭化水素燃料の利用という人為的な原因で現在380ppmに増え、更に1,000ppmに向かって上昇中で す。これが温暖化させているという 説がありますが、8,000-6,000年まえの縄文海進もあり、一概に化石燃料からの二酸化炭素が原因ともいえません。長期的には地球は地球生 命の活動により二酸化炭素を地殻に取り込む傾向があり、最終的には5億年後には樹木などのC₃植物（光合成の代謝経路で二酸化炭素 をうけとる化合物が炭素鎖3個のカルビン - ベンソン回路しか持たない植物）が光合成できる150ppm以下になると予想されます。

10億年後にはより効率的な光合成を行うトウモロコシなどC₄植物（カルビン - ベンソン回路に加えCO2濃縮のためのC4経路を持つ）が光合成を継続できる15ppmまで下がるだろうと予想されております。そうすれば殆どの生物は絶 滅の危機に瀕します。全ての光合成植物が絶滅すれば大気中の酸素は1%にまで下がります。

さて以上は大気中の二酸化炭素量について語ったわけで気温についてではありません。昔の気温は南極のボストーク基地で得られた氷床コアや海底のコアサンプルを採取し、氷や底生有孔虫などの酸素同位体比から推定するの です。氷床コアは42万年より古い層はありません。その原理は¹⁸O原子を含む水 の方が、¹⁶O原子を含む水分子よりもわずかに凍りやすく、また、水が赤道付近で蒸発され、極周辺へと大気輸送される際に、レイ リー分別効果の影響も受けるため、南極や北極などで蓄積されている過去の氷の酸素原子の同位体比には、当時の気候が反映されており、その測定により過去の 気候変動を解析することができるからです。

気温と大気中の二酸化炭素濃度の関係については後ほど詳しく論じます。いずれにせよ気温は周期的に変動していることは確かです。ただ気候が変動するといっ てなにも気をもむことはないのです。どの種もその種として存在できる期間は400万年と言われています。人類誕生後20万年とすれば残りは380万年しか ないのです。地球はその後も地球が巨星となった太陽に飲み込まれる50億年後まで存在を続けるでしょう。

さて二酸化炭素が次第に岩石に固定されるように、水も次第にマントルに取り込まれて10億年後には海洋は消滅す るだろうと予測されています。

50億年後に地球が太陽に飲み込まれる前に生命は地球上で滅びる可能性が高いのです。究極的には大気中の二酸化炭素濃度はさがり、海は消滅し、生命を維持 できなくなります。しかしそれは10億年先の話です。

我々が今炭化水素燃料を燃して二酸化炭素濃度が短期的に増すとグリーンハウス効果により温暖化が生じるという説がIPCCにより政治的に喧伝されていま す。しかし後に詳しく解説しますように 二酸化炭素の濃度変化は温暖化の原因にはならないようです。むしろ大気中の炭素量は生物の絶滅時に増えるとみなせるようです。気候変動は二酸化炭素以外の 自然変動によるものと考えたほうが良いでしょう。

過去の生物の大量絶滅の割合は下表の通りとなります。

表-1.1　生物の大量絶滅

ホモサピエンスの出現

20万年前の第2間氷期にアフリカでホモサピエンス が出現し地球上に拡散しました。その後の15万年前のリス氷期にネアンデルタール人が絶滅し、現在に 至っております。

農業の発明と人口増

さて氷河期と間氷期を繰り返す環境でを狩と採集などで生きぬいてきた人類は1万年前のビュルム氷河期が終わり第4間氷期にはいってから農業と畜産を発明し ました。草原にはじまり次いで森林を伐採して農地と牧場を拡大させ、安定した食料を確保して人口は増加しはじめました。

1798年にマルサスは人口論で「人口は等比級数的に増加し、食料生産量は等差的に増加する」と予言しましたが1838年にベルギーの数学者ピエール・ ヴェルハルストは生物の増殖速度は生物の個体数に比例し、環境の収容能力に近づくと増殖は減速し、ついに成長はゼロになることを簡単な差分式で表記しまし た。これはロジスティック・ モデルと呼ばれています。

ロジスティック・モデルを差分式で書くと

N_t+1=N_t + r₀ N_t (1-N_t/K)

となります。N_tはt年度の人口、r₀は増加率、Kは環境の収容能力です。Kが無限大ですとこの式はマルサ スのいうネズミ算の式になります。

1972年にローマクラブが作成した報告書「成長の限界」が使った方程式でもあります。農業と畜産の発明により環境が人間に与えてくれる食料という有限の 資源が増えますと、人類の人口はその収容能力に見合った分だけ増えることになります。

炭化水素エネルギーの利用と産業革命

有史以来、人類は植物が太陽光エネルギーを使って光合成した食料を食べ、薪などで暖をとってまいりました。移動するのも、土を耕すのも1馬力以下の人力で やりくりしてきました。紀元前2,000年頃から牛を使い始め、3世紀になってようやく馬を使うようになり、出力1馬力の壁を越えました。そして車輪を発 明して馬車による移動、有輪 犂を発明して農業の生産性を向上させたのです。印欧語を話す民族が世界に広まった基盤ともなった技術で す。すべて再生可能エネルギー(renewables)だけをつかっていたわけです。再生可能エネルギーという用語は永久機関を連想させる政治用語なので 自然エネルギーと呼ぶのが適切ですが、ここでは世の中ですでに普及してしまったのでここでは素直に従います。

図-1.2人類史における動力とGDPの変遷

しかし1712年にニューコメンが蒸気機関を発明し、1776年にジェームズ・ワットが改良した往復動蒸気エンジンが炭化水素燃料である石炭の燃焼熱を動 力に変換して10馬力以上の出力を出して馬を置き換えたとき、産業革命が生じました。ニューコメンのスチームエンジンは１トンの石炭を運ぶのに10トンの 石炭を燃さねばならなかったので意味がなかったのですが、ジェームスワットは石炭消費量を１トン以下にできたから普及し産業革命となったわけです。そして 1884年のチャールズ・A・パーソンズの軸流多段スチーム タービンの発明によりタービン時代に入りました。ガスタービンは第二次大戦後に普及しはじめました。

生産能力を飛躍的に向上させた人類は後には石炭より発熱量も多く、液体で取り扱いやすい石油やガス状の天然ガスをつかいはじめます。

アンガス・マディソン（Maddison, The World Economy; A Millennial Perspective, 264）によればこれに伴い世界全体平均の一人当たりGDP(ピンク色曲線)も増えました。この図を見ますとまだ成長するように見えますがバークレー校のJ. Bradford DeLongは両対で表示したずを見ますと成長には限界あるように見えます。これが 地球からフロンティアが消滅したからです。

1859年、アメリカのペンシルバニア州のタイタスビルでドレーク大佐が地下21m掘り下げたところで石油をはじめて堀りあてました。1901年1月10 日には地質学者クラディー・ビンガムがテキサス州ボーモントの町近くのスピンドルトップの丘で井戸を掘 りはじめ323m掘ったところで、石油が30m噴き上がり、石油時代の本格的な幕があがりました。

石油は内燃機関をもたらし、第一次世界大戦も第二次世界大戦も石油が原動力になっています。そして内燃機関に続きジェット・エンジン、スチーム・タービ ン、コンバインド・サイクルなどを発明しました。そしていまや人力の7桁倍の動力機関を手にしました。

すべて炭化水素燃料を掘り出して空気中の酸素と反応させてエネルギーを取り出す動力機関です。第二次世界大戦終盤、石油を絶たれた日本やヨーロッパでは自 動車を木炭ガスで走らせ、石油も石炭から合成するフィッシャー・トロピッシュ合成技術も確立しています。

20世紀初頭、フリッツ・ハーバーとカール・ボッシュは石炭と空気と水から鉄触媒を使って反応させ、窒素と水素の化合物であるアンモニアを合成することに 成功しました。これは空中窒素固定法とよばれ、20世紀最大の発明とされています。アルトハイデルベルグに隣接するライン河の港町ルード ヴィヒスハーフェンで見た大砲の砲身を転用した商用第一号の合成反応搭の真っ黒な姿が目に焼きついております。石炭と空気と水から窒素肥料の原料 となるアンモニアを合成することができるようになったおかげで世界の人口は耕地面積と農業用水の限界にむかって増加しているところです。現在はアンモニア の原料は石炭から天然ガスに代りました。

人類史に登場する総人口は800億人、このうち採集に携わった人数は91%。農業に従事した人口は6%、工業人口は3%である。

ピーク・オイル

1950年代、中東に多量の石油が発見された頃、米国のエーデルマンという経済学者がバーレル当たり1ドルまで下がると予言しました。1973年の第一次 石油危機は米国の石油生産がピークに達した直後(ピークアウトという)にOPECの生産制限カルテルが結成されたために発生したものです。原油価格が3ド ルから12ドルまで高騰し、すわ石油が枯渇するのではと慌てふためき 、インフレが進みました。1978年のイラン・イラク戦争で第二次石油危機が発生し、12ドルから34ドルに上昇しました。しかしその後、オイル・アン ド・ガス・ジャーナル誌掲載の埋蔵量は増え続け、価格は下がり続けるのを目撃した経験を持つ人々は石油など、どうせ今後もなくならないと思い込んでいるよ うです。

しかしこれは錯覚です。見掛け上埋蔵量が増えたように見えたのは新規発見がないにも関わらず、産油国が発言力を増そうと毎年、確認埋蔵量の水ぶくれ申告を 行ったためです。原油価格はその後、10ドルまで下がりましたが、次第に値上がりし、2008年には一次147ドルまで高騰しました。米国の金融バブルが 崩壊して40ドルまで暴落しましたが、2011年には100ドルに戻しております。

地中に埋蔵されている原油は古生代（5億7000万年前〜2億2500万年前）から中生代（2億2500万年前〜6500万年前）のプランクトンが大気中 の二酸化炭素を固定化して蓄積してくれた化石（正確には前述のように化石だけではない）という見方は生物起源説に立ちます。貯留岩にトラップされたものを 消費しつくせば、深部からにじみ出てくる非化石由来の炭化水素の移動速度がゆっくりした現象のため、人類の消費速度には間に合いません。追加投資をして油 井の数を増やしても生産量は投資に見合った分増えてはくれません。この生産曲線の形は釣鐘形をしており、1970年にピークとなると予測した米国の油田の 生産実績を分析したシェル社の地質学者マリオン・キング・ハバート博士の名をとってハバート曲線とよばれています。ハバート曲線はロジスティック・モデルの もので下式で 表現されます。

dQ(t)/dt=rQ(t)(1-Q(t)/Q_r)x(t) 

Q(t)はt年目の原油生産高、究極可採埋蔵量Q_rは究極可採埋蔵量、rは増加率です。

1998年にテキサコ、アモコで探査部長として働いたコリン・キャンベル（Colin Cambell）とトタール社で探査を担当したジャン・H・ラエレール(Jean Laherrère)がスイスのペトロコンサルタンツ社のデータベースを基に1956にMarion King Hubbertが提唱したベル型カーブ（ベル型カーブにはガウス分布もある）であるハバート曲線が囲む面積を究極可採埋蔵量K＝1.8兆バーレルと見積 もって今後の予測図を図-1.3のように 1998年のサイエンティフィック・アメリカン誌に発表しました。これをピークオイル理論といいます。

ハバート曲線はロジスティック・モデルとおなじです。ロジスティック・モデルはN_tをt年度の原 油生産高、Kを究極可採埋蔵量とし増加率をr₀とすると毎年の差分生産量は

N_t+1 - N_t = r₀ N_t (1-N_t/K)

と記述できます。ここで

K=究極可採埋蔵量＝既生産量＋可採埋蔵量（確認埋蔵量＋推定埋蔵量＋予想埋蔵量）

K=1.8兆バーレル、増加率r₀ =4.7%として毎年の生産額を計算してプロットすると図-1.4にある赤色の釣鐘型曲線のように2005年に石油生産はピークとなり、年産225億バー レルとなります。(実際米国の統計では2005年に270億バーレルでピークだった) K=3兆バーレルとすれば紺色のようになります。ピーク時期の遅れは高々20年です。

図-1.4 ピークオイル　（縦軸 10億 バーレル/年）

地下資源の総量は原始埋蔵量といい、地殻内に包含されている総量をいいます。

ヤマニ氏が主宰するCGESがまとめた世界の究極可採埋蔵量の推移は図-1.5の通りです。米国の地質調査所(USGS)が2000年にまとめた究極可採 埋蔵量はもっと多く、K=3兆バーレルです。この場合は紺色のように2020年にピークをむかえ、年産340億バーレルとなります。

究極可採埋蔵増え、仮にR/Pが2倍になっても消費がいっそう喚起されるため、生産量がピークアウトする時期は少し先延ばしになるだけです。ピークアウト すると価格は暴騰します。1970年代のオイルショックは米国の石油がピークアウトしたことによって生じたのです。人々はマリオン・キング・ハバート博 士の予言を信じませんでしたが、後でその正しさが認識されました 。そしてこのオイルショックは北海油田の開発で緩和されましたがこの北海油田も1994年には伸びはスローダウンし、1999年にはピークを迎え、爾後減 少の一途を辿っています。

1998年のサイエンティフィック・アメリカン誌に掲載されたコリン・キャンベルとジャン・H・ラエレールの非常に説得 力あるピークオイル理論を読んだ著 者は機会ある毎に石油価格高騰を説いてきましたが、それを信じる人は多くはありませんでした。第二次石油危機後、価格低迷期が30年近く続いたので無理も ありません。

図-1.5 世界の究極可採埋蔵量K　CGES

ところがコリン・キャンベルの予言通り、2005年頃から様子がおかしくなり、2007年には確実に暴騰がはじまりました。需給バランスできまる価格は シェール・オイや非在来ガスなどの代替燃料の価格ですから70-80ドル位でしょうか。しかし2002年には25ドルだったものが2008年には147ド ルにまで高騰し、第三次石油危機といわれるようになりました。

このころグローバルマーケットは米国のミルトン・フリードマンらが広めたサプライサイド経済学に よって規制緩和が進められ、投資銀行によって投機行為が大々的に展開されていました。需給バランスがタイトになった時にちょうど米国で住宅融資に集中的に 投下されていた資金が逃げ出して石油に向かい、資源バブルを発生させたと理解されております。石油以外の天然ガス、石炭、鉄鉱石、食料の価格まで高騰して 社会問題に発展しております。グローバルマーケット下では投機資金をコントロールできる機関がありません。トービン・タックスのような外国為替取引に課税する方法な どを提唱する向きもありますが、バブルの再発をどう防ぐかは今後の人類に残された課題でしょう。

さて2008年の金融危機で、投機資金が逃げ出し、原油価格は40ドルまで暴落しました。2011年には100ドルまで戻して、2015年には再び40ドルまで下がりまし た。原油価格が需給バ ランスではなく、投機資金に左右されるのは原油の市場価格が産油量の少ないWTI(ウエスト・テキサス・インターミディエート)はカナダのオイルサンドか らの原油の増産の影響で主要指標の座を降り、ブレント原油が指標の座を獲得しました。

現在の確認埋蔵量は地震探鉱で発見した背斜構造がある場所に井戸を掘った結果ですが、より高度な三次元地震探鉱で探査す れば向斜構造でも見つけることがで きそうだということが分かってまいりました。

タールサンド（オイルサンド）、シェール・オイルそれぞれ在来型の10倍はありますが、控えめにみて2倍程度の埋蔵量が あります。オイルサンドは1.7兆 バーレル、オリノコ川流域には1兆バーレルあるとされております。カナダのオイルサンドは生産原価がバーレル当たり50-70ドルですから原油価格がこれ 以上になれば採算に乗るようになります。2008年の石油暴騰時はフォートマクマレーはオイルラッシュとなっていました。世界のシェール・オイルの70% は米国にあり、それ もロッキー山脈の地下に2兆バーレルのシェールオイルがあることが分かっていますが、投入コストと生産できるエネルギー比をみれば経済的な採掘は困難で しょう。石炭はもっと多く、1兆トン（可採年数は164年）はあります。

在来型の油田地帯を自分の目で見た人は多くないと思いますが、アラビア湾上空を石油会社の小型機で海面すれすれに飛ぶと 30年前 にまばらだった生産設備が今では海面をどこまでも覆いつくし、ほんとうに安い石油はもう限界に達したと感じます。ヨーロッパは北海で石油と天然ガスを30 年間生産したのですが、これもピークアウトし、ソ連の石油と天然ガスに頼るようになりました。

メキシコ湾では水深1,500m、油層深度が海底から5,500mの海底油田が33ヶ所掘削されつつあります。2010 年、深海掘削リグDeep Horizonの事故による史上最大の海洋汚染が発生したのを受け、米政府は事故原因が判明するまでの水深1,500m以上の深海油田の掘削を禁 止し、新規掘削の認可の停止しました。これが訴訟になっています。 また2017年まで深海油田の掘削禁止という動きもあります。リスクが大きすぎて開発がスローダウンするとともありえます。

さて石油の価格が暴騰しても日本の電力料金の値上がりが比較的少ないのは日本の電力会社が消費した石油はたった2002年では11%にすぎなかったからで す。残り31%が原子力、24%がLNG、25%がオーストラリアな どから輸入した石炭でした。石油が値 上がりすると石油の使用を減らして石炭の使用量を増やすことができます。1995年に石炭は14%だったのですが、2006年には25%となっています。 しかしこれも2011/3/11の福島原発事故後は様変わりで石油の消費は増えていますがいずれもっと安いLNGいシフトするでしょう。

2015年には中国のスローダウンで再び40ドルに下落しています。

油田の埋蔵量の度数分布が両対数で右下さがりになるスケールフリーのフラクタル分布（べ き乗分布）となります。世界のあちこち に散在するマイナーな油田の開発で究極可採埋蔵量K=4兆バーレル位までは増加させることができるだろうという説もあります。いずれにせよ、石油の価格高 騰は資源探索活動を活発化させ、確認埋蔵量の増加をもたらします。実は資源会社は向こう40年くらいの資源を確保すればそれ以上の無駄な探査はしませんの でこの地球にどのくらいの資源があるかはわからないの です。したがってロジスティック・モデルのNt/KのKはしばらくはNtが増えれば増えますのでピークは先送りになるのです。

2016年米エネルギー市場調査会社ストラテジック・エナジー・アンド・エコノミック・リサーチの社長、マイケル・リン チ氏は深海油田など従来型原油の埋蔵量を含めた資源量は11兆バレルあり、すでに産出した分を除いても向こう250年以上の世界の消費をまかなえる規模だ そうです。。いまの技術で採掘できるのは3.5兆〜４兆バレルにすぎないが、これが増えつつあります。一方、シェールオイルやオイルサンドなど非従来型原 油の資源量はなお未知数です。現在のシェールオイルの産出量は資源量の3-6%程度とされ、技術進歩によって産出量も急増します。原油は生産のピークが来 るどころか、あふれているのです。

石炭、シェールガス・オイル、ガスハイドレートを含む炭素資の総資源量の定義を１単位のエネルギーを掘り出すエネルギー が１を超えない量と定義すると資源の量Kは膨大になります。これを知る人はいないのですが、概算8,000年と いう人もいます。結論として在来型のピークオイルは2005年だったかもしれませんが、ピーク は逃げ水のように先へ先へと動きます。

石油の起源に関して生物起源説とトーマス・ゴールドの地球深部由来説（無 機成因説）があります。生物起源説にたてばピークオイル説が成立し、原油価格を釣り上げて利益を上げるに便利だったのかもしれません。ということで、過去 数十年間生物起源説が主流だったが、どうもおかしい。石油が余って価格がさがっています。無論、再生可能エネルギーの利用が増えているためもありましょ う。しかしもしかしたらやはり地球深部由来説が正しいのかもしれません。

ピーク・ガス

石油がピークアウトしてもまだ在来型の天然ガスは石油と同じくらいの可採埋蔵量（確認埋蔵量＋推定埋蔵量＋予想埋蔵量）があり、BP統計によれば 2004年時点で180兆立方メートルです。

米地質調査所によれば天然ガスの予想埋蔵量は147兆立方メートル（tcm or trillion m³）で28%は北極圏にあ るとのことで す。確認埋蔵量と合わせ究極可採埋蔵量は327兆立方メートルとなります。

北極海の大陸棚が石油と天然ガス探鉱の最後のフロンティアとなっています。

＜非在来型ガス＞

モール＆エバンズ（Mohr & Evans）がオイル・アンド・ガスジャーナルの2007年12月17日号にピークガスについて論じています。主として砂岩を貯留岩としている在来型天然 ガスの究極可採埋蔵量を346tcm、それ以外の貯留岩から産する 非在来型ガス（unconventional gas）の究極資可採埋蔵量を期待資源量の20%として181tcmと推計し、このうちシェールガス（shale gas）90tcm、タイトサンドガス（tight-sands gas）41tcm、炭層ガス（CBM; coal bed methane or CSM; coal seam methane）51tcmです。これらを含めてもピークガス時期は2043年としていま す。

タイトサンドとは浸透率が1md（ミリダルシー）より低い砂岩で、シェールガスは独立気泡として頁岩中に存在するガスで す。岩盤を水圧破砕しないとガス生産ができません。

2009年には米国・カナダでは新技術である水平掘り（ラテラル・ドリリング）とフラクチャリング技術（水圧破砕）でシェールガスを開発したところ大成功 で生産が急増 し、2012年には米国の天然ガスの40%がシェールガスとなりました。米国へのＬＮＧ輸入量は一時的に減少に転じましたので余剰はヨーロッパに振り向け られました。

2011年になり、BP統計は世界のシェールガス埋蔵量は旧来のガスの2.4倍に達すると公表。米国テキサスのバーネットガス田をカナダのエンカナ社が開 発中。2008年に13$/MMbtuまで高騰したガス価格も2$/MMbtuに下がりました。

2011年のIEA統計では在来型天然 ガスの究極可採埋蔵量は404tcmでR/P ratio=120year、シェールガス204tcm、タイトサンドガス84tcm、炭層ガス118tcmで在来型を含む天然ガスの究極可採埋 蔵量は810tcmでR/P ratio=240yearとなります。ロシアや中東は未探査ですからR/P ratio=400yearいなるかもしれません。

米国のシェールガス資源　IEA

2010年にはニューヨーク州などは高圧水によるフラクチャリングを禁止するなどブレーキもか かりはじめました。掘削井のケーシングが地下水層を通過するときセメンティングに漏れがあるとき、隙間から破砕水が漏洩して地下水を汚染するとか、水溶性 ガス層のガスが シェールガスと間違われたりしましたが、基本的にはシェールガスが環境破壊することは防止可能です。そもそも破砕できる長さは10m程度で、地下水脈に影 響するほどの破砕は不可能です。

中国のシェールガス資源　IEA

＜メタン・ハイドレート＞

薄く広く大陸棚を覆っているメタン・ハイドレートは石炭を含む全ての炭化水素燃料の2倍もあると言われておりました。 全世界のメタン・ハイドレート量を炭素換算すると10,000Gt(10兆トン)と推算されています。ちなみに大気中の二酸化炭素の炭素換算値は 600Gtです。海水に炭酸として含まれている全炭素量は30,000Gtですので非常に大きな量です。氷河期が来て海面が下がると減圧効果でハイドレー トが ガス化して大気に放出されて温暖化効果を生じネガティブフィードバックがかかり再度温暖化するという説もあります。 船乗りの墓場と恐れられたサルガッソー海はメタン・ハイドレートが大量に放出されたからというリチャード・マッカイバー説もあるくらいです。

大陸棚の堆積物間隙の5%がハイドレートであるとされています。 大陸棚の海底擬似反射面（BSR）をメタンハイドレートの指標とすると東部南海トラフ海域には1.1兆立方メートルの原始資源量があると推定されておりま す。回収率は不明ですが、仮に50%とすれば日本のLNG輸入量の6年分に相当します。日本ーカナダ国際共同実験がカナダ北極圏で行われ、2012年には 日本でも試掘が予定されています。しかし温水加熱ガス化 方式はエネルギー収支比（EPR Energy Payback Ratio）が低く、 経済的にペイしません 。他にも水と一緒にハイドレートスラリーくみ上げる方式、水をくみ上げて大気圧にする減圧ガス化方式、フラクチャリングおよびこれらの組み合わせなど可能 性があるのではと期待されて い ます。2012年以降渥美半島沖で減圧ガス化方式の試掘試験が計画されています。

日本の大陸棚のハイドレートの資源の可能性についてですが太平洋岸は地層の中に存在し、日本海側は海底上に存在する表層 型である。地中にある場合は掘削してそこの水をくみ上げる減圧法コストを度外視すれば採集可能だが、表層型は多量の海水を汲み上げねばならず、採算はまっ たくとれないだろう。

炭化水素燃料の無機成因説

石油、天然ガス、石炭は化石燃料と呼ばれるごとく、生物起源をされてきました。 石油のなかに生物のヘモグロビンやクロロフィルの誘導体であるポルフィリン類、コレステリン、カロチン、テルペンの誘導体などのように光学活性をもつ生物 由来の有機物が微量ながら石油の中に含まれています。分析技術の進歩でバイオマーカーであるポルフィリン類の分析の精度があがり、石油の元になった生物 まで特定できるようになっています。いずれも独立栄養で光合成をする植物プランクトンです。というわけで生物起源説が主力な説でした。大陸地殻の5%に相 当する窪地に土砂が溜まった堆積盆地に油田、ガス田は存在することも生物起源説を裏つけるものとされてきました。

堆積盆地の貯留岩に溜まった安価な炭化水素資源はあと1世紀チョッとで枯渇する資源ですから、人類はいまから再生可能エネルギーの利用技術を育てないとい けないことは確かです。思想家バッ クミンスター・フラーが提唱し、経済学者ケネス・E・ボールディングが経済学に取り込んだ宇宙船地球号というイメージが現実のものとなり始めてい ます。ちなみに炭素60個の球棒モデルの名前フラーレンはバックミンスター・フラーにちなんで命名されています。

しかし トーマス・ゴールドの 無機成因説によれば、地殻内に存在するコンドライトという隕石の破片に含まれているという炭化水素が熱分解されて地表に移動する途中、貯留岩にトラップさ れたものとも理解できます。 その量は膨大ですから流出速度は遅いながら地球深部よりにじみ出てくる可能性があります。最近では上部マントルの主要構成岩であるカンラン岩(periodite) が水と反応して蛇紋岩化する過程で水素が地殻深部に存在する熱水流体中の二酸化炭素と接触し、フィッシャー・トロプッシュ反応により炭化水素（油・ガス） が無機的に生成するとさえいわれています。

無機成因説は地球上広く、あらゆるところで地下数十キロの深度の上部マントル中で無機的に発生しているため、石油・ガスの資源総量は膨大となります。ただ その資源が上部マントルから大陸地殻の亀裂を通過してからにじみ出してくる速度が現在人類が消費する速度に見合う量かといえばすでに枯渇したテキサス油 田、ピークを過ぎた北海ガス田を見るかぎり見合うとは思えません。長い時間かけて貯留岩に溜まった油田、ガス田を掘り尽してしまうと安い石油・ガスの生産 量はロジスティック曲線に従い、 ピークアウトし減少するでしょう。 マントルはいわば製造プラントで油田、ガス田はいわば中間製品タンクのようなものです。これが空になるとまた一杯になるのに相当時間がかかります。

現在の堆積盆地の貯留岩の下の大陸地殻内にまだ大きなガス田、油田が隠れている可能性があり、現に既存油田を掘りぬいた大陸地殻内部の根源岩でシェールガ ス、シェールオイルという新規埋蔵量が発見さ れています。この観点から試掘すれば可採埋蔵量は10倍増する可能性があります。ただフラクチャリングというコストがかかる方法ではあります。シェールガ ス、シェールオイルは深層起源とは考えられず、生物起源でしょう。

日本周辺の大陸棚に膨大な量あるらしいガスハイドレートは広く薄く分布する資源のように見えますので割れ目から湧き上がる無機生成深層ガスというより生物 起源だと推定されます。ガスハイドレートはポンプで海水と一緒にスラリーとして汲み上げ て圧抜きするか温水で暖めるしか手はなく、生産規模が小規模化、分散化して生 産コストが上昇し、自然エネルギーと同じようにコストアップになると私はにらんでいます。ただコストを度外視すれば炭素資源は膨大です。 大局的にみてエネルギーとしては太陽エネルギーの方が安くなると私はおもいます。

ピーク・ウラン

地殻に含まれるウランの量は膨大ですが、その殆どが海水に溶けて今のところ、経済的に回収できる見込みはありません。まだ核分裂するウラン235 という同位元素の含有量は0.71%にすぎません。高速増殖炉を使いウラン235をプルトニウム239に転換すれば無限に近い量が期待できますが、こ うして得られるプルトニウム239は高価ですし、まともに動く高速増殖炉を開発できた国は いまだありません。ということで軽水炉でワンスルーで燃すことが主流です。日本では副産するプルトニウム239を回収して再度MOX燃料として燃すことに していますが、これすら再処理プラントが技術的に難しく、試験的に行っているにすきませんし、再処理して軽水炉にリサイクルすることにより、マイナーアク チニドを含む放射性廃棄物を増やしてしまいます。

このようなわけでワンスルーで燃すと石油のピークオイルと同じ、ピークウランが生じることが容易に推定されます。良質なウラ二ウム鉱山が掘りつくされ れば、コストが上昇するのです。Update of the MIT 2003 Future of Nuclear Power An Interdisciplonary MIT Study によれば現時点でウラン資源は800GWの原発80year分、または1,000GWの原発50year分あるという。

ウラン代替としてはトリウムがあります。トリウムはレアアースと一緒に存在し、レアアースのニーズの高まりと共に有害な廃棄物として環境問題として認 識されています。そしてその総量はウランの4倍もあります。トリウムは弱いながら放射能を持っていますが核分裂はしません。しかし熱中性子を吸収して ウラン233になりますし、その増殖率は1以上になりますので資源としては無限大になる可能性があります。 しかしマイナーアクチニドの生成がすくないといメリットがあるにしろ、軽水炉と同じ、ストロンチウム、セシウム 、ヨウ素という核分裂生成物を発生させますのでブラック・スワンのような広域核汚染の可能性があります。トリウムサイクルは 溶融ウラン233を直接ポンプ循環するとかストロンチウム、セシウム、ヨウ素な どを減圧脱気するなどウランサイクルより格段の難しさがあり、多分、電力会社が採用にしり込みするし、社会の抵抗もおおきく、普及はないと予期できます。

地球温暖化対策として原子力への期待があるにもかかわらず、実際の世界の投資は減少しつづけています。建設費高騰、度を越えたリードタイム、建設開始から 5年で超過費用、銀行団が融資をつけない、ムーディーズが新規原子力発電を積極的に追求している債権発行体に対してさらに否定的な評価を採用することを検 討している、負荷追従型原発の発電単価は低稼働率故上昇するなどが理由です。具体的にはオバマ大統領の政府保証があるにもかかわらずコンステレーション・ エナジー社はカルバート・クリフ建設計画を棚上げしました。

軽水炉から出る放射性廃棄物の量は多く、これをどこに安全に永久保管するかという社会的な問題が生じて、殆どの民主主義国は決めることができないでおりま す。人材も衰退産業を嫌って集まりません。人材という資源が小さくなれば早めにピークアウトとすることはロジスティック方程式が示すところです。すべて総 合すれば石油資源と同じピークウランという現象があることは間違いありません。

エネルギー資源可採年数

可採埋蔵量/当該年の年産量＝R/P比を可採年数といいますが、天然ガスの可採年数は67年です。ウランの埋蔵量はIAEA統計です。ここでZcal =zetta cal=10²¹cal。Ultimate Recoverable Reserves=K of Logistic Model

表-1.3 2004年の世界の究極可採埋蔵量、可採埋蔵量、可採年数 (BP統計2005など)

ピーク・レアアース

省エネルギーの旗手としてインバーター駆動モーターがハイブリッド車や空調機などあらゆる方面でつかわれていますが、その永久磁石の素材になるネオジムや ジスプロシウムなどのレアアースは安価な中国に依存していたため供給不安が生じています。しかしこれは多少コストがかかっても他の鉱山開発すれば問題は解 決するでしょう。問題はレアアースと併産される放射性物質トリウムの処理です。

要はレアアースを使わない磁性材料を開発すればよいわけです。2011年、東北大学の高橋研教授らはレアアースを使わない強磁性窒化鉄のナノレベルの粉末 の合成に成功したと発表しました。NEDOのプロジェクトとしてトヨタ自動車も強力して高温耐性や磁性の持続力向上につとめることになっていますので期待 しましょう。

ピーク・ファームランド、ピーク・リン、ピーク・ウォター

＜食生活の文化の変遷＞

過去50年間、世界人口一人当たりの穀物生産が増えたのは、家畜に穀物を与えて得られる肉を食する文化が普及したためです。今後もこの傾向が続くと考えて よいでしょう。ということは人口増以上のスピードで穀物生産を増やさねばならないということになります。

表-1.4 世界の穀物生産

＜ピーク・ファームランド＞

FAOによれば世界の食料生産は2005-2007年の平均にくらべ、2030年には耕地面積を40%、2050年には70%増加させなければならないと いうことになります。ところが過去50年間の耕地増分は10%でしかありません。

＜ピーク・リン＞

ではなぜ穀物生産を増やせたかというと窒素・リン酸・カリの三大肥料のうち、窒素はハーバー・ボッシュによる空中窒素固定法のおかげです。これで窒素は確 保できました。アンモニア合成は主としてメタンガスに含まれる水素から製造されています。石油や天然ガスが ピーク・アウトすれば、この肥料を作れなくなります。炭化水素燃料が枯渇した暁には後述の再生可能エネルギーによる電解アンモニアを合成するようになるの でしょうか？

リンは元素ですから合成できません。 世界のリン採掘可能なリン鉱石は180億tですから現在の消費量でR/P=180/0.4=450年。今後の人口増を見込めば300年というところでしょ う。それ以後は人類は下水からの回収リサイクルが必要となります。

このようなわけで2008年3月のリン鉱石の価格は38,000円/トンとなり、 2007年の7,600円/トンの5倍に高騰しました。2010年12月、世界の3割を輸出する中国はリン酸アンモニウムの輸出関税を110%に上げまし た。

＜ピーク・ウォーター＞

農作物１キログラムを生産するに必要な農業用水をバーチャル・ウォーターといいます。トウモロコシは2トン、小麦は3.2トン、米は5.1トン必要です。 これが穀物を食べて育てる肉となると鶏肉4.9トン、豚肉11トン、牛肉100トンです。日本が輸入する食糧のためのバーチャル・ウォーターは日本の農業 用水の2倍となっています。

世界の食料の40%は全耕地面積の17%に相当する灌漑農地で生産しているくらい灌漑、ひいては水資源が大切であるか分かります。

日本は表層水である河川水が豊富なため地下水の利用率は低いのですが、比較的水が少ない大陸では慢性的水不足で灌漑でアラル海が小さくなり、黄河は断流と なっています。

表層水が欠乏している国は飲料水、農業用水、工業用水として地下水を多量につかっています。

地下水を使っている国はピーク・ウォーター現象に見舞われます。1995年にセラゲルディン世界銀行副総裁が「20世紀の戦争が石油をめぐる戦いだったと すれば、21世紀は水をめぐって戦われるだろう」と予言しています。

モンスーン地帯にあり、表流水に不安のない日本ですが、降雪量が減少すると雪として山に貯水できなくなり、農業用水が確保できなくなる恐れはあるのです。 IPCCの二酸化炭素による温暖化予測がたとえ間違いであっても自然現象としての温暖化や寒冷化は今後もあるでしょう。「河道に水を封じ込め、流域を平等 に守る」という家康以来の治水の大方針が破綻する こともありえます。利根川が決壊すれば首都圏の地下鉄が水没することもあるでしょう。

こうして人類は良くて食料生産の頭打ち（フラット・フード）、悪くて減産（ピーク・フード）に直面するでしょう。資本主 義体制下では比較優位の原理が働いて、工業国の食料自給率は下がりますが、食料輸入国は気候変動による水不足、食生活の肉食・乳製品嗜好、バイオ・フュエ ルなどにより食料の価格の突然の上昇に驚くことになるでしょう。 日米政府が喧伝している農業によるバイオエネルギーに未来がないことはこれでもお分かりかと思います。

ピーク・ミネラル

次に気候変動と密接に関係ある海産資源の減少について触れます。海の食物連鎖は海水中のミネラル、植物性プランクトン、 動物性プランクトン、魚となっています。植物性プランクトンは光合成をして二酸化炭素から有機物を合成しています。したがってミネラル分のない海水は透明 できれいですが生命のない砂漠と同じです。磯や潮の臭いすらありません。二硫化ジメチルが発生しないからです。

日本の沿岸域は陸から栄養塩が流入し、生産性の高い干潟や藻場が多かったのですが、いずれも工業用地として埋め立てられ たため失われました。こうして漁業資源量が減りました。海表面の温度が低いため 発生する対流による涌流水の栄養塩とアムール河からの栄養塩が合流してオホーツク海から流れ出す親潮が日本沿海にミネラル分をはこんでくるわけです。南氷 洋でオキアミの資源量が300億トンに達するのは海表面温度が低く大規模な涌流水があるからです。

温暖化すれば涌流水が減り、ミネラルが減少します。ミネラル供給がネックとなっていますのでイワシなどの魚を採ってハマ チなどに与える養殖漁業はかえって魚資源枯渇を早めていることがわかってまいりました。 巻き網漁法の発達による乱獲と温暖化があいまって2048年には海から魚が居なくなると米とカナダの研究チームが2006/11のサイエンティフィック・ アメリカンに発表しています。

炭化水素燃料がピーク・アウトすれば漁船の燃料費が高騰し、魚価にも影響を与えるでしょう。炭化水素燃料が枯渇すれば食 料生産にも事欠くようになるのです。食料は実際には石油が形を変えたものともいえます。石油を 炭化水素燃料の代表とすれば食料はバーチャル・オイルと呼んでもよいでしょう。

効率向上・省エネルギーについて

ピークオイル、ピークガス、ピークウランを出来るだけ遅くするためには消費効率を向上させる必要があります。効率向上の手段としてレアアースなどをつ かった強力永久磁石などがありますが、これはトリウムなど放射性物質の環境への拡散を即し、別の環境問題を生じるおそれもあります。

効率向上の結果、エネルギー消費効率の高い車が開発されても、人々はそれだけ沢山車を乗り回して消費を拡大させ、省エネの空調機が開発されても、使用時間 を増やし、空調する空間を拡大してしまということになります。これを「ジェボンズのパラドックス」といいます。このように省エネだけでは資源の枯渇を防止 できません。人類はまっしぐらに資源を捕り尽す宿命を背負っていると考えるべきでしょう。

非再生可能エネルギーから再生可能エネルギーへ

再生可能エネルギーは永久機関的イメージがあって誤解を生む用語です。自然エネルギーとぶほうが適切という考えもありま すがここでは世の中に流布しているため、使うことにします。

＜非再生可能エネルギー＞

炭化水素燃料やウラン燃料は使い始めのうちは安価な資源ですが、有限な資源ですのでピークアウトすると価格が暴騰します。これは非再生可能エネルギー だからです。そうすると薄く分布しますが、太陽由来の再生可能エネルギーのコストを凌駕する時期が参ります。

石油価格がバーレル100ドルを越えた2008年はまさにそのような予感を感じさせたものでした。大型化した5MW風力発電機が北海の浅瀬に建設され、そ の発電原価は炭化水素燃料を使う火力発電や原発の発電原価とほぼ横並びになりました。

とはいえ伸び続けるエネルギー需要を満たすためには有限とはいえ最大の埋蔵量を誇る石炭を使わざるをえません。IPCCが主張する気候変動の要因が二酸化 炭素であるという説は後で説明しますようにどうも間違いのようですが、仮に主犯であれば二酸化炭素を地中あるいは海洋に隔離し続ければ、気候変動を防止し つつ現在の文明を維持できるでしょう。 しかし石炭などの炭化水素燃料がなくなればおしまいです。

ウラン燃料はワンスルー利用が世界の潮流です。このままですと2030年以降はピーク・ウランが予想されます。高速増殖炉はウラン238の 60%をプルトニウム239に変え、ウラニウム資源を60倍に増幅すると期待され、各国で研究されましたが、実際に燃料増殖率1を達成した例はありませ ん。 また燃料再処理が足をすくうかもしれません。トリウム溶融塩炉という概念もありますが誰も研究しておりません。原発もウラン資源枯渇で終わり。核融合 も望みありません。とすれば、残るは再生可能エネルギーのうち、最大の太陽放射エネルギーということになります。

＜再生可能エネルギー＞

太陽は人類が持っている安全な核融合炉です。地球が太陽より受け取る正午の輻射エネルギー(太陽定数)は1.37kW/m²です。 地球の断面積127,400,000km²をかけると地球全体が受け取っているエネルギーは1.740×10¹⁷Wとなります。現 在人類が消費しているエネルギーの1万倍相当です。大気で吸収されず地表に達するのはその51%の0.7kW/m²です。

正午の太陽エネルギー密度を1kW/m²とし。山手線内63km²に変換率14%のソーラーセル（PV）を 35.3度の角度で敷き詰めて得られる電力はジオメトリックファクタ=0.3162、ウエザファクタ＝0.4で計算するとたしかに1GW/hとなります。 同じ計算で日本の年間総発電量は10,362億kWhを発電するには6,685km²（山手線の106倍）必要になります。日本の 国土は38万km²ですから国土の1.8%にソーラーセル （PV）を設置すればよいことになります。国土の66%は山林・原野ですから100%の国産エネルギー達成は容易であることがお分かりいただけると思いま す。 ただ慣れ親しんだ風景が全く変わる。屋根や壁は無論、あらゆる空き地にＰＶが並ぶなどあまり見たくない風景です。のどかな田園風景が宇宙ステーション的な ものに変わり、あまり快適なものではなくなる。歓迎できないがやむをえない。

太陽放射エネルギーは人類が炭化水素燃料を使い尽くした時に頼るに充分な量です。そして太陽が核融合反応で作り出しているエネルギーは有限とはいえ途方も ない量で天文学者は太陽は次第に膨張して50億年すれば地球を飲み込むことになると計算しているくらい巨大な存在ですのでご心配なく。その時は生命が地球 に誕生してから30億年に匹敵する遠い未来ですのでそのころは人類はおろか地球上の生物はすべて絶滅していますので別に悩むことはないというわけです。

太陽放射エネルギーは炭化水素燃料を使うことによって発生したとされるグローバル・ヒーティング防止対策としても検討されてきました。再生可能エネルギー またはサステナブル・エネルギーといわれる由縁です。ただエネルギー密度が低いためそれを経済的に集める工夫は必要となります。技術の出番です。

太陽放射エネルギーの特徴は高気圧帯で空気の透明度の高いサンベルト地帯を例外として地球上くまなく均一に降り注ぎますので、炭化水素燃料のように特定の 地域に偏りません。太陽放射エネルギーの利用はトップダウンの集権的エネルギー供給体系が不要になり、分権的、分散的エネルギー供給が可能となります。

サンベルト地帯は広大で砂漠地帯でもあり人口密度も低く、これらの地帯が資源立国することを助けるというプラスの面も持っております。ただ炭化水素燃料の ように極端に偏在する資源を持つ国の覇権という問題も解決し、世界は平和になるかというとそうでもないようです。サンベルト地帯は今は砂漠ですが、太陽エ ネルギーを電力や 水素や合成燃料に転換して輸出するという第二の産油国になるでしょう。すでにドイツ企業はサハラ砂漠をそのように使う大規模開発に着手しています。

愛してる　いつまでも　空に太陽があるかぎり・・・　♪♪

太陽放射エネルギーの一番簡単な方法は植物の光合成能力を利用することです。ただ植物の光合成機能を使うバイオエネルギーは太陽光転換効率1%前後と効率 が低いため、土地と用水の制約が立ちはだかり、あまり頼りになりません。

また価格が暴騰したシリコンの使用量を1/100にする薄膜型ソーラーセル（PV）が開発され、シリコン代替の金属化合物型ソーラーセル（PV）の低価格 化に成功し、グリッドパリティーを達成しそうです。米国やヨーロッパでは蓄熱器をもつ集光型太陽熱発電コストが天然ガス火力と匹敵する発電単価を達成し普 及期に入りました。

太陽放射エネルギーで発電し、この電力で水を電気分解して水素を製造できます。この水素を冷却液化または他の物質と化合させて運ぶケミカルハライド法は経 済的ではありません。他の物質と反応させて合成燃料とするのが適切です。空気中に0.04%ある二酸化炭素と反応させてメタノール、 ジメチル・エーテル、メタンなど炭化水素燃料に転換することが提案されております。燃して二酸化炭素が再び大気中に出ても植物の光合成と同じでカーボン ニュートラルではあります。ただ空気中に0.04%ある二酸化炭素を吸着や膜で分離回収するエネルギーは膨大となります。 それより空気中に80%ある窒素と反応させてアンモニア燃料として利用するのが最も合理的かつ安価なのです。燃えても窒素ガスと水蒸気に変わるだけですか らこれもカーボンニュートラル。NOXは燃焼法で制御できます。深冷分離した窒素ガスを混合昇圧してへーバー・ボッシュ法でアンモニアを合成し、冷凍液化 し ます。これを巨大タンカーで消費地に運べば農業向けの合成肥料は無論、自動車燃料、製鉄、化学産業など素材産業のエネルギー源、風力やソーラーセル （PV）など天候に左右される不安定な再生可能エネルギーを配電する電力産業のバックアップ電源として揚水発電、地熱、水力発電ともども使えます。水の電 気分解時に水素発生電極に窒素を注入するアンモニアの電解合成も夢ではありません。サンベルト地帯は晴れの日が多く安価でかつスケールの大きい集光型太陽 熱発電が可能ですから、サンベルト地帯産アンモニアが第二の石油またはガスとなるでしょう。しかもこれは枯渇することがない資源なのです。

良く水素エコノミーという言葉を聴きますが、アンモニアも水素エコノミーの最も経済的で合理的な一つです。 全て太陽エネルギーに依存するのですから、むしろ太陽社会、太陽経済と呼んだほうがいいかもしれません。

一次エネルギーの世代交代予測手法

過去10万年間、人類は人、牛、馬の力で土地を耕し、薪で料理し、暖をとってまいりました。100%太陽の恵みを利用し てきたのです。ところが技術の進歩で安価な石炭が生産され始めると伝統的な薪に次第にとって代わりました。薪資源が枯渇したわけではありません。岩石が枯 渇したから石器 時代が終わったのではないのと同じく資源量・埋蔵量と関係なく、エネルギーの世代交代は技術革新により競合するエネルギーコストの変化の結果としての優劣 と利便性によってきまります。シェイク・ヤマニは「石器時代は石がなくなったから終 わったのではない」といっています。

石炭・石油・天然ガスという非常にローコストの炭化水素燃料をエネルギー源とする機械力、合成化学肥料により、環境の収容能力が膨らんで人類の人口は増え ました。しかし、炭化水素燃料は有限にもかかわらず安価な故に消費量の増加が継続します。そうすると炭化水素燃料の価格の上昇が生じます。一方、再生可能 エネルギーコストは技術の進歩により安くなります。こうして再度エネルギーの世代交代が発生するでしょう。

図-1.6 マーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラム　1992 年

IPCCや専門家は大気中の人為的な二酸化炭素の増加がグローバル・ヒーティングを生じていると考えていますが後で述べますように自然現象である可能性が 大きいのです。仮に人為的二酸化炭素説が間違っていたとしても 炭化水素燃料やウラン資源の有限性故に再生可能エネルギーへの一次エネルギーの世代交代は必ず生じます。それはいつになるか予測する必要があります。

1838年にベルギーの数学者Pierre Verhulstによって考案されたロジスティック曲線Fは人口数Nを環境が維持できる最大人口数Kで割ったN/Kを縦軸、横軸に時間ｔをとってプロット した曲線でSカーブ状 （シグモイド曲線）になります。図-1.7紺色の曲線がそれです。

Ｆ=N/Kの時間微分

dF/dt=r*N(1-F)=f

はK=1、r=3.8のとき、図-1.7の紺色のベル型曲線となります。これがテキサス油田のピークアウトを予測したハバート曲線と同じものです。

国際応用システム解析研究所のマーケイティとナキシェノビッチが1979年に世界の一次エネルギーの世代交代をロジスティック関数（物流関数）のｆから log(f/(1-f))でうまく表現できることを示しました。これをマ-ケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムといいます。

さて仮に全エネルギーに対する分率ｆとこの紺色のベル型曲線が同じだとすれば

f=dF/dt

そうするとfの片対数

log(f/(1-f))

で表示すると図-1.7の萌木色の山形曲線となります。そして右側に相当するf目盛りを表示すればマーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムが完成し ま す。すなわちハバート曲線＝ロジスティック曲線＝マ ーケイティ・ナキシェノビッチ指数ということになります。衰退期の勾配は成長期の勾配の符号を変えたものになるのです。なぜなら一つのエネルギーが競合に 負けて衰退する速度は勝ったほうの成長速度と符号を変えるだけで同じだからです。木炭と石炭の盛衰史がこれを証明しています。

図-1.7　ロジスティック曲線、ハバート曲線と物流関数の関係

このマーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムの2000年以降を新技術を勘案して改訂し、グリーンウッド・ダイヤグラム図-1.8を作ってみまし た。なおオイルショックなど人為的落ち込みは無視してモデル化しております。

炭化水素燃料

コリン・キャンベルの石油の採掘可能な総量K＝1.8兆バーレルでのロジステイック・モデル微分である山形の形を決めますと図-1.8の紺色の山形曲線に なります。2000年の石油分率 fとこの山形の相似形が一致するように決めました。タールサンド、シェール・オイルは石油価格が上昇すれば可採量も増える可能性がありますが石炭にひっく るめることにしました。

2000年の天然ガス分率 fと石油の型に相似に決めました。石油より送れてピークがやってまいります。 天然ガス（日本ではLNG）はすでに約2割は使ってしまったようにみえます。石油より少し多い埋蔵量のため、石油代替として今後もしばらく伸び続け、 2030頃ピークを迎え、石油と同じように枯渇にむかいます。フラクションのピークが石油より低くても、世界全体のエネルギー全体の消費は2050年には 現在より2倍程度伸びますので、消費量の絶対量は石油よりも大きくなります。

技術の進歩のおかげで水平掘り（ラテラル・ドリリング）や高度なフラクチャリングが可能となりました。この技術を頁岩ガス（shale gas ）、砂岩ガス（tight-gas sands）、炭層ガス（CBM, coal bed methane）などの非在来型ガス（unconventional gas）開発に適用したところ、大量に生産が可能になりました。こうして 非在来型ガスの埋蔵量が期待できそうです。非在来ガスはすでに生産されているため天然ガスに含めております。

メタン・ハイドレートの採掘法は夢のようなものです。そこで別勘定はせず、すべてひっくるめて石炭で代表させています。

各年度のSf_i=1になるように石炭ないし、もろもろの重質炭化水素の合 計のfを決定しました。

石炭は石油が立ち上がるまでの時代の1940年代に第一のピークが来て、その後、石油に取って代わられてフラクションは減少しておりました。しかし石油と 天然ガスが ピークアウトすると再度消費量増加に転じます。これにより、グローバル・ヒーティングは加速にむかうことが危惧されます。この解決策としてソーラーセル （PV）などの再生可能エネルギーが大々的に採用されるまでの期間、二酸化炭素の海洋隔離策を採用するしか、手段はないように思えます。こうして石炭は第 二のピークを21世紀後半に迎えるのではないでしょうか？

2008年7月にIEAが今後のエネルギー予想を公表しました。これによると表-1.5のような対策をとれば2005年に270億トンあった二酸化炭素の 排出量を2050年には140億トンに削減できるとしております。もしなにもしなければ620億トンに増加します。必要資金は45兆ドルとのことです。

表-1.5 IEA試算 2008

原子力

IEAによれば2004年、原発が一次エネルギーに占める世界平均は6.7%程度です。ウラン資源の制約がある軽水炉は数を増やしても意味がありませ ん。 資源制約であるなによりの証拠が核兵器解体から得られるウラン源がなくなると共に価格が暴騰しはじめたことに現れています。

燃料増殖率1以上の高速増殖炉の開発に成功した国はありません。それに日本で喧伝されているような安価な電源ではないと分かってまいりました。 原発の二酸化炭素のライフサイクル排出量は少ないのですが、もし二酸化炭素が気候変動の主犯でないなら、ブラック・スワンのリスクを犯すことは意味があり ません。いずれにせよ民主主義国家では原発建設は社会の大きな抵抗を受けています。

原子力はウラン235の埋蔵量R/P=85年が制約条件です。IAEA2007年レポートの可採埋蔵量は547万トン約80年分です。世界のウラン原始資 源量は在来型（通常の鉱石）だけで1,600万MT（約270年分）、燐鉱石に含まれているウランを加えると675年分あり、さらに高速増殖 炉と燃料再処理とを組合わせればR/Pは60倍に増え8,000年になるとされています。全体主義国または儒教の影響下で官僚主導の権威主義の国であった フランス、日本、ロシア、そして新興国である中国、インドが開発に取り組んでいますが、増殖炉が運転できても実際に燃料増殖率1以上を達成した国はありま せん。これでは前述のように3倍程度が限度ではないでしょうか？したがって ウランサイクの原発は人類が将来を託する一次エネルギーたつことは不可能でしょう。

高速増殖炉の発電単価は海洋隔離型石炭火力発電の単価やグリッドパリティーを達成したソーラーセル（PV）の発電単価を下回ることができないでしょう。 （後述）仮にそうでなくても、住民の反対、高騰する核燃料廃棄物処理費、廃炉費増大で敗退するでしょう。

ウランの原始資源量を持ち出すなら炭化水素燃料の原始資源量も膨大です。しかし原始資源量に手をつけることは採掘コストが膨大で環境汚染にもなり世代 交代の要素となりえないプロパガンダ的数値でしょう。

トリウム炉は資源量はウランの4倍で、プルトニウムを副産しません。しかし核兵器がほしかった先進各国はこれを熱心には開発しませんでした。溶融塩炉 など新型炉を開発すれば より安全なため、最近再評価されつつありますが、量は少ないですが放射性廃棄物がでるのはウラ二ウムと同じです。ただ研究開発を停止して時間が経過してい ますのいでこれを再立ち上げするには時間がたりません。再生可能エネルギーがどうしても不足するときの非常用エネルギー源として評価できるのかもしれませ ん。

国際エネルギー機関（IEA）の2010年10月のレポートによると、世界のエネルギー需要における原子力のシェアーは2008年の6%から2035年に は8%へと上昇すると予測。同期間、世界の全体エネルギー需要は36%上昇するという。現在世界中で440基の原子炉が運転中、58基が建設中、更に 150基が計画中で合計648基と1.5倍になります。その新しいプロジェクトの多くはアジア地域にあります。今後の増加も含め、IEAがウランのワ ンスルー利用を前提に現状の3倍程度の原発基数をピークとする試算は原子力の過大評価かもしれません 。そこで1.5倍がほぼ妥当としました。

ジェームス・ラブロック氏は「ガイアの復讐」で原発を過大評価をしたため、氏の限界を露呈させてしまいました。

核融合は実現しない夢物語でしょう。

再生可能エネルギー

100%再生可能エネルギーとして使われた薪は広義のバイオですが、伝統的な使い方なので区別しました。この薪から炭化水素燃料である石炭への世代交代は 産業革命後に起こりました。気候変動問題があろうとなかろうと 炭化水素燃料を使い尽くせば、人類は風力とか、薄く分布しているけれどほぼ無限のソーラーセル発電に切り替えなければなりません。

水力もバイオもすでにそのポテンシャルは利用しつくされていて絶対量は一定、すなわち分率は減少するとしました。

現在世界における二次エネルギーである電力の発電量は16.32兆kWh/yです。風力は2008年の風力が世界の電力に占めるシェアが1.14%ですか ら一次エネルギーに関しては0.44%となります。

2013年のソーラーセル（PV）の世界の累積出力予想は40,000MWですから、年間発電量は412億kWh/yとなり、世界電力の0.067%とな ります。一次エネルギーに関しては0.026%となります。

日本政府は2009年にソーラーセル（PV）の発電容量を2020年までに2,800万kWh（年間発電量にして電力の2.8%、一次エネルギーの 1.1%）、2030年までに5,300万kWh（年間発電量にして電力の5.2%、一次エネルギーの2%）にする目標をたてました。世界のソーラーセル （PV）の普及速度は日本と同じとすれば風力と集光型太陽熱発電（Central Solar Thermal Power, CSP）を全て含めて2030年でf=0.03としてもおかしくはありません。実はこのダイヤグラムは政府が目標値を公表する2年前にこうでもしなければ 人類は大変なことになると予想し、ネット公表していたものですが、奇しくも一致したというか参考にしてもらったかなと満足しております。

図-1.8 欧州太陽光発電産業協会のソーラーセルの年産量と累積出力（2009以降は予測値）

図-1.7のように現状は旧技術である結晶型セルを政策的に強引に伸ばしている段階でまだ目標値には達していません。薄膜型シリコンや化合物半導体など新 技術が普及すれば自動的に成長してゆくものと考えられます。セルの成長速度はナキシェノビッチ・ダイヤグラムが示す過去の各種エネルギーの成長速度と同じ と仮定しました。新技術ですので過去より早い速度で普及させることは可能でしょうけれど、社会、政治的抵抗は変わりないだろうという読みです。したがって 2000年にバックキャストすればf=0.007となります。

改訂マルケッティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラム

1970年までの薪、石炭、天然ガス、原子力、水力、バイオなどの分率はマーケイティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムの 数値を使いました。そしてIEAのWorld Energy Outlook を参考にして2000年の分率 f　を石油0.35、天然ガス0.21、原子力0.067、水力0.023、バイオ0.1、風力/太陽光0.007、残りは石炭としました。

図-1.9 グリーンウッド・ダイヤグラム

2,000年から2150年までは石油のシェア・ピークが2005年でf=0.3、天然ガスのシェア・ピークは2040年でf=0.3、原発のシェア・ ピークは2040年でf=0.1としソーラーセル （PV）の2000年の初期値を0.07と決めれば全てのエネルギーに関し勾配はほぼ同じであるから簡単にシェア曲線が描けます。水力とバイオはピークに 達した後、次章で説明する総エネルギー消費量が一定になるように試行錯誤で減少傾向に調整しました。

薪、バイオ、水力、風力、ソーラーセル（PV）は太陽エネルギー由来の再生可能エネルギーですので、その合計を参考までに表示しました。これをみますと 2050年の再生可能エネルギーは20%です。このうち太陽光、風力は9%で2010年の日本政府の目標値にほぼ近いのですが、炭化水素燃料の合計は全エ ネルギーの70%を占め、政府が目標とする90年比80%源は二酸化炭素回収・隔離（CCS）無しには不可能なことは明らかです。

炭化水素燃料を使った2世紀間は再生可能エネルギーはバスタブ曲線となって22世紀には再度19世紀の100%再生可能エネルギーの世界に回帰することに なります。ただその利便性はかっての薪に比べて格段にすぐれています。人類は 炭化水素燃料によって次の世代への飛躍を遂げたとも言えるかもしれません。

マルケッティ・ナキシェノビッチ・ダイヤグラムとグリーンウッド・ダイヤグラムを比較してみると、原子力と天然ガスが予 想程ではなく、太陽光が予想より早く伸び、核融合が消え去り、石炭がカムバックすることが違います。

さて私ごときものの予測など信用できるかという方にはEwald Breunesse, Shell Netherlands, 14th IAMA Annual World Conference, Montreux, June 14th 2004がラフですが同様の予想をしていますことを申し上げます。

2010年7月、ドイツ環境庁（Federal Environmental Agency (UBA) ）がヨーロッパ最大の応用研究機関であり、ドイツ国内にある59の研究所を含む80の研究ユニット傘下にもつドイツのフラウンホーファー研究機構 （FhG） に委託していた2050年までにEUの原子力、石油、石炭、ガスの消費をゼロにし、100%再生可能エネルギーに切り替えることができるという試算「エネル ギー構想2050」を公表しました。 これは4年かけたシミュレーションモデルで解析したものです。これによると

表-1.6 2050年のEUのエネルギーシナリオ　フラウンホーファー研究機構

グリーンウッド予測とドイツ・シナリオはおおよその方向はおなじですが時間に2倍の速さのちがいがあります。グリーンウッド予測はマルケッティー・ナキ シェノビッチが歴史から推定した変化率をつかっています。しかしドイツ報告のシナリオは原子炉を廃棄するという野党時代の法律に従い、その制約条件で作成 されたと推察できます。驚くべきはそれでも技術的にも経済的にも可能という計算結果がでたことです。むろんPVなどのように発展途上技術をどう評価するか が問題なのとまだ化学貯蔵の検討が深くはなされていないようで、少し楽観的だと思います。

意外なのは地熱が10%と重視されていることです。太陽熱も太陽の核融合利用ですが、地熱は無理に核分裂物質を掘り出さ ず、崩壊熱だけ利用するのです。天然ガス掘削技術と高圧水によるフラクチャリング技術の波及効果で16yen/kWhが可能となったようです。発電機はカ リーナサイクルを採用しているようです。

さて原子炉を速く廃棄するという法的制約を保守党がひっくり返しましたが、憲法裁判所で審議中でだそうでこれからどう展開するかまだ不透明のようです。し かしそうであっても技術的に可能という報告は民意に反映されていくような気もします。これはドイツでつくられましたがドイツだけでは実行できません。北海 と地中海とトルコを巻き込んでゆくわけですからいずれＥＵで審議されるのでしょう。であればそのうち英訳が公式にでるのではと期待しています。

ドイツは発電と送電は別会社です。消費者はどの電源ミックスを買うか選べるとのこと。5年前は原発を含まない電源ミックのメニューのほうが電力料金は高 かったのですが最近は安くなっていると、ケルン在住の望月氏はいっています。国境を越えたノルウェーの水力が安いからだそうですが、フランスの原発の単価 が上昇したのかドイツ国内の原発早期廃棄のために加速償却費を上乗せしたためなのかはわかりません。いいずれにせよ自由市場ではこうして淘汰され、早い変 化をもたらすのだと資本主義の効率性と事業者にとっての怖さを教えてくれているのかもしれません。

理由はどうであれこれは戦争のための投資に匹敵する規模です。こういう投資をすれば今の不景気が蒸発してしまうことはフーバーの優柔不断でますます不景気 になっていた米国が第二次大戦で興隆した事例に見られるとおり、ヨーロッパの勝利を約束しているのかもしれません。

予想消費曲線

＜資源に無関心でエネルギー消費抑制できないと到来する危機＞

図-1.9のグリーンウッド・ダイヤグラムのフラクション f を世界の一次エネルギー消費量予測に適用して図-1.10を作図してみました。エネルギー消費量は2140年の全エネルギー消費を100とする相対値で表 示しました。

エネルギー消費抑制しないで現時点のペースで伸ばすと、表-1.1 2004年の世界の究極可採埋蔵量、可採埋蔵量、可採年数(炭化水素燃料BP統計2005、ウランはIAEAの値)に示された 炭化水素燃料は ピークを過ぎます。そこで価格が急騰して消費が抑制され、消費の伸びはピークし急速に減少に向かい経済はダメージをこうむることになります。

図-1.10 可採埋蔵量を使い切ることになってもエネルギー消費抑制しないと到来する危機

BP統計の石油の可採埋蔵量は不足します。しかし米国の地質調査所は究極可採埋蔵量は3兆バーレルあるとし、キャンベルの1.8兆バーレルの1.7倍あり ますのでなんとかなるでしょう。

天然ガスはBPの可採埋蔵量の2倍以上必要となります。しかしモールとエバンスは非在来型天然ガスも加えれば究極埋蔵量は3倍あるとしております。ウラン のIAEAの可採埋蔵量も少ないことがわかります。

石炭はCSSしてでも資源を目一杯に使いきることになるのでしょう。

水力は降雨と地形の限界のため、世界の絶対量はそれ以上伸びずそのまま使われ続けます。

炭化水素燃料とウラン資源枯渇後は人類は再生可能エネルギーに依存しなければなりません。

＜資源を大切に使うためにエネルギー消費抑制する＞

可採埋蔵量しか使えないと仮定するとーラーセルの普及には時間がかかりますので、ピーク・オイル後は総消費量の消費を抑制下げないと炭化水素燃料は再生可 能エネルギー普及前に急速に ピークアウトしてしまいます。危機を防止するためには2010年ころエネルギー消費を減速させなければならないことになります。ローマクラブの成長の限界 を書いたメドウズ教授が2030年頃が人類の最も苦しい時期としているのと符合します。

このように節約しても石油は不足します。しかし米国の地質調査所は究極可採埋蔵量は3兆バーレルあるとし、キャンベルの1.8兆バーレルの1.7倍あるか らなんとかなるのでしょうか？天然ガスはBPの可採埋蔵量の2倍以上必要となりますが、モールとエバンスは非在来型天然ガスも加えれば究極埋蔵量は3倍あ るとしております。

2,100年以降はほとんど 風力、ソーラーセル（PV）ならびに集光型太陽熱発電ということになります。これら再生可能エネルギーは設置面積に制約があります。ここでは世界のバイオ 燃料用用地の1.5倍同程度の面積に設置するとしました。バイオの転換効率が1% 薄膜型シリコンの転換効率が7%ですからバイオ燃料の10倍のエネルギーが得られます。空き地、休耕地、農耕放棄地、山地、砂漠、海洋など設置可能な場所 はいくらでもあります。 国土の1.8%にソーラーセル（PV）、CSPを設置すれば日本の電力の100%をまかなえます。

図-1.11 BP可採埋蔵量しかない場合でもエネルギー消費抑制すると

植物などのバイオは光合成の効率が薄膜型シリコン・ソーラーセル（PV）の1/7以下と低いけれど、安価でもあるので現在以上に伸びないがそのまま一定に なるようにfを調整しました。

＜可採埋蔵量の2倍使えるとして、エネルギー消費抑制ない場合＞

石油でもガスでも可採埋蔵量は価格が上がれば、回収率を上げ、金のかかる三次元地震探鉱をして背斜構造以外の向斜構造にもミクロな油脈をみつけて増えま す。 幸運にもBPの可採埋蔵量の2倍は使えるとするとしますと図-1.11のように2050年ころまで現在の成長速度を継続できることがわかります。

ただし石油はBPの可採埋蔵量の2倍は必要となります。しかし米国の地質調査所は究極可採埋蔵量は3兆バーレルあるとし、キャンベルの1.8兆バーレルの 1.7倍あるからなんとかなるのでしょうか？

天然ガスはBPの可採埋蔵量の3倍以上必要となりますが、モールとエバンスは非在来型天然ガスも加えれば究極埋蔵量は3倍あるとしております。これからは 天然ガスの時代が来るのでしょうか？

図-1.12　BP可採埋蔵量の2倍使えるとして、エネルギー消費抑制ない場合

水素社会はくるか？

人為的二酸化炭素増加が気候変動の主犯とされてから水素エネルギー、水素社会、水素エコノミーというキャッチフレーズが過去10年間話題に上っています。 水素エネルギーが一般受けするのは燃えても水蒸気しか発生しないというところにあるのでしょう。マスコミが廃棄物は水しかないという美しいイメージにとび つき、政治家・役人・御用学者と一部業界が無批判に迎合した概念に過ぎません。そうして水素エネルギー研究に税金が無駄に投じられてきました。

しかし、そもそも水素という資源は地球上には存在しません。一次エネルギーではないのです。電力とおなじく、人間が生産する二次エネルギーです。二次エネ ルギーたる水素は 炭化水素燃料を変換して製造するか、原発、火力、ソーラーセル（PV）、集光型太陽熱発電（CSP）などの電力で水を電気分解して製造するか、集光型太陽 熱反応器で熱化学的に製造するしかないのです。核分裂の熱を高温ガス炉から850-950^oCのヘリウムガスとして取り出し、熱化 学的に分解する方法もありますが、放射能汚染リスクを考慮すれば好ましくありません。

電力は蓄えが利きませんから海を渡る送電網を完備して昼の国から夜の国へと送電することも考えられます。あるいは水素に変換して蓄え、夜間に燃料電池で再 度電力にする、または蓄電するなどの方法があります。しかし遠隔地にあるサンベルト地帯の太陽エネルギー発電や遠隔地に立地する原発の電力を水素に変換し ても水素を液化し または他の物質に吸蔵させて運ぶより、炭素または窒素を水素の貯蔵・運搬キャリアとするとしたほうが熱効率も高く、低コストでしょう。

炭素を水素キャリアとする場合は水素と二酸化炭素からメタン、LPG、メタノール、ジメチルエーテル(DME)などの低炭素燃料を合成し、既存のタンカー で輸送し、消費地で燃して電力や動力エネルギーを取り出します。

窒素を水素キャリアとする場合は炭化水素燃料由来の水素の場合にはハーバーボッシュ合成で窒素と反応させてアンモニアにしますが、再生可能エネルギーを一 次エネルギーにする場合は電解合成で直接アンモニア変換して燃料とし、タンカー輸送し、消費地でボンベに詰めてハイブリッド車の燃料とします。

人為的な二酸化炭素が気候変動ではないかという危惧は大気の容量が有限であるという事実から発生したものですが、それよりなにより炭化水素燃料が有限であ るということを忘れてはいけません。二酸化炭素が気候変動の主犯で無いと判明しても 炭化水素燃料がピークアウトすれば アンモニアは太陽エネルギー貯蔵と運搬のユニバーサル手段となるでしょう。

二次エネルギーとして電力とともに再生可能エネルギーを転換したアンモニア燃料を使う場合、著者は究極のサステナビリティー社会へと呼ぶことを提案しま す。放射性廃棄物も副産しない安全でクリーンな社会を維持できる究極のエネルギー貯蔵・輸送システムとなるでしょう。

アンモニア燃料を含むエネルギーの世代交代

図-1.8のグリーンウッド・ダイヤグラムに二次エネルギーたるアンモニア燃料のシェア曲線を書き加えてみました。前提は2つです。

前提1：最終的には天然ガスと石炭の30%がハーバー・ボッシュ合成によりカーボンフリーの二次エネルギーたるアンモニア燃料に転換される

前提2：最終的には再生可能エネルギー電力の50%は国境を越えての系統連携、残りの50%をアンモニア電解合成で燃料に転換して貯蔵・運搬に供する

図-1.13　2次エネルギーたるアンモニア燃料のシェア予測

図-1.14　BP可採埋蔵量の2倍使えるとして、エネルギー消費抑制ない場合のアンモニア燃料の成長曲線

図-1.13のようなアンモニア燃料のシェア曲線を仮定し、BP可採埋蔵量の2倍使えるとして、エネルギー消費抑制ない場合のアンモニア燃料の成長曲線を 描くと図-1.14のようになります。

22世紀はソーラーセル（PV）を一次エネルギー源とし、アンモニアと電力を二次エネルギーとする世界を想像することができます。 炭化水素燃料が枯渇するから世代交代するのではなく、エネルギーの価格競争に負けて交代するわけで、炭化水素燃料は素材産業の原料としては使い続けられる のではないでしょうか？

この図が意味するところはBP可採埋蔵量の2倍使えるとしても炭化水素燃料とウラン235のピークアウトは石油、天然ガス、石炭、ウラン235で それぞれ2020、2050、2080、2050年です。ウラン資源は高速増殖炉が安全であれば資源量を増すことができますが、コスト的に再生可能エネル ギーに敗れるでしょう。そのとき二次エネルギーとして電力 のほかになにがあると問えばアンモニアがあるということがいえると思います。

気候変動の事実

Orssengoは60年サイクルは多分20〜30 年周期の太平洋十年規模振動（PDO Pacific Decadal Oscillation）　が原因としていますが、これに加え70年周期の 大西洋数十年規模振動(AMO Atlantic Multidecadal Oscillationも影響しているでしょう。これらの海洋の振動現象は海洋がもっている非線形性由来の一種自励振動と見られます。PDOは1946年 頃からは「負」位相となり寒冷化させ、1977年頃からは「正」位相となり温暖化させ、2000年頃からは「負」位相へと偏移しています。

図-1.16 寒冷化に向かう？

大気と海洋の炭素収支

1960年にスクリップス海洋研究所のキーリング教授がハワイのマウナロア観測所で大気中のCO₂濃度測定を開始しま した。測定結 果は図-1.16の通りです。

図-1.16　マウナロア観測所で大気中のCO₂濃度変化 　Wikiより

この測定結果の解釈として�@温暖化は炭化水素燃焼による人為的原因とする説(AGW: Anthropogenic (man-made) Global Warming)と�A温暖化は別の原因により生じ、人為的二酸化炭素排出との相互関係はないとの 2説あります。

現時点ではホートン、真鍋淑郎、松野太 郎、明 日香壽川に代表される世界中の気象学者とIPCCは�@説に立っています。�A説は懐疑説と言われるもので槌田敦教授や丸山茂徳東京工業大学教授、赤祖父俊一 が提唱しているのものです。�@で凝り固まってしまっている主流派であるIPCC、気象学会、物理学会は�A説を排除しようとあらゆる 妨害をして�Aをまじめに検討しようとしません。これは専門家がそれぞれがタコツボに入ってしまって全体を見ないために発生した認識問題だと思います。

図-1.15は大気中の濃度の観測値でこれは否定しようがありません。これと実際に大気に出た人為的二酸化炭素排出量と海洋による吸収量をエ クセルで炭素 収支とることで検証してみましょう。

炭素収支モデルは大気への排出量から海洋などの吸収量を差し引いた残りが大気に残留すると考えます。そうす ると炭素収支 式はn+1年の大気濃度はn年の大気濃度にn年の残留量を加算したものですので

n+1年の大気濃度 = n年の大気濃度 + n年の残留量

となります。そしてn年の残留量はn年の排出量からn年の吸収量を引き算したものですから。

n年の残留量 = n年の排出量 - n年の吸収量

となります。この式で排出量も吸収量も簡便のため濃度表現します。

基準年は1960年とし、その時の大気濃度測定値316ppmvと2008年の385ppmvを採用しま す。2000年 までのn年の排出量は図-1.3の世界の石油生産の実績に比例するものとすれば炭素排出量は25億トン/y、2ppmv/y相当であるとわかります。 2000年以降の予測は図-1.14のBP可採埋蔵量の2倍使えるとしたときの炭化水素総量に相当するベージュ色の曲線に比例するとして決定します。そう すると放出量は図-1.17の紺色の曲線となります。

IEAの炭化水素燃料消費データから2,000年のCO₂排出量は257億トン/y （炭素換算排 出量70億トン/y または7Gt/y）で濃度換算で5.9ppmv/yとされております。地球の表面積は5.1x10¹⁴m²、 大気圧は10⁴kg/m²、対流圏は大気圏全体の質量の75%、大気の平均分子量28.8kg/molであ るから5.9ppmv/yの炭酸ガスは0.78x10¹²mol/yとなります。炭素の原子量は12kg/molですから炭素量に して0.936x10¹⁰トン/yすなわち94億トン/yとなります。70億トン/yとはぴったり一致しませんがここではよしとし ました。

残念ながら吸収量は直接測定できません。従ってn年の排出量からn年の残留量を引き算して求めました。大気中蓄積量がキーリングの2009年 までの観測値 に一致する吸収量を逆算すると図-1.16のピンク色の上下に振動する吸収曲線が得られます。上下に激しく振動していますが平均値は約4ppmv/yで す。吸収量は大気中の二酸化炭素濃度が高まればヘンリーの法則で海表面に溶ける量も増えるだろうし、海洋の対流が増加すれば増えるでしょう。特にラニーニャ時、貿易風がチリ沖の深層水を赤道上に引きずり出して赤道上に広げ、吸収が増えるのではという仮説を考え てみました。 無論海中の藻などの生物による固定も影響するでしょう。陸では温暖化でケイ酸塩岩石の風化も増えるということでしょうか？

吸収量の2010年までの変動パターンが図-1.15 Girma Orssengoによる世界の平均気温の偏差のモデル化と酷似しているのは興味があります。つまり温暖化の原因がなんであれ、吸収量は気温に左右されると いうことのようです。そこで2010年以降の吸収量はGirma Orssengo曲線に比例するとしてみました。吸収量は振動しながら平均値は6ppmv/yに向かって徐々に増えます。これは図- 1.17の2010年以降のピンク色の曲線で表されます。

本結果はIPCCの4次報告の海陸合計吸収量2.6ppmより多くなっております。4次報告では炭化水素起源炭素排出量72億トン/y、海へ の正味吸収量 22億トン/y（1.8ppmv/y）、陸への正味吸収量9億トン/y（0.8ppmv/y）です 。

図-1.17 炭素排出量と吸収量

図-1.18の2010年までの大気中のCO₂濃度変化（CO₂蓄積量 ）はハワイの測定値です。1980年代は石油生産が落ち込んでいますが吸収量も減じて二酸化炭素濃度は単調に増加しています。2010年以後の予想は図- 1.17炭素排出量と吸収量から計算しました。2090 年ころ690ppmでピークを過ぎます。 現在の炭化水素燃料の確認埋蔵量の2倍程度消費出来るとしても、また特に抑制策を講じなくとも、炭化水素燃料コストが再生可能エネルギーとのコスト競争に 負けるとすれば最大690ppmを越えることはないということになります。

図-1.18 大気中のCO₂濃度変化 （CO₂蓄 積量 ）

以上を見ますと�@説は説得力を失います。別の原因でまず温暖化があり、その結果、海水の対流が激しくなり、海水への吸収量が変動すると考える のが自然で しょう。すくなくとも槌田敦氏や丸山茂徳東京工業大学教授の温暖化がまずあったというロジックは当たっているとおもいます。 丸山茂徳東京工業大学教授のように温暖化で二酸化炭素が増えるのは陸の有機物の酸化分解はありえても海中から放出されるというのはミクロではありえても、 海洋が飽和していないのですから、マクロでは吸収でしょう。それでは温暖化はなんで生じたかですが、自然現象しか考えられません。 温暖化は人為的な放出量という歴史的事件にたまたま一致したのでしょうか？

二酸化炭素の吸収の主役は光合成、海洋吸収、ケイ酸塩岩石の風化により炭酸カルシウムとして固定さ れます。キーリングの測定データを見ますと毎年一定のサイクルで振動ながら少しずつ増加しております。これは植物の光合成とその燃焼 、海洋への溶解と海洋生物による固定、花崗岩のようなケイ酸塩岩石の風化による振動でしょう。IPCCは海洋の対流は大循環しか考えませんが、ラニーニャなど貿易風が対流を促進するとすれば 深層の未飽和の海水が海洋表面でこれを吸収してくれます。

海洋の二酸化炭素熔解平衡

2006年の二酸化炭素回収貯留特別報告書の第6章海洋貯留（ローレンス・リバモア国立研究所のケン・カルデイラら執筆）に従い、まず海の生 理を少し詳し く解説しましょう。大気中の二酸化炭素（CO₂(g)）は海水(H₂O)中の炭酸（H₂CO₃(aq)）、 重炭酸イオン（または炭酸水素イオンBicarbonate ion HCO₃^-）、炭酸イオン（CO₃^2-）、 と水素イオン（H₂⁺）と平衡になっています。

海洋にはpH値を左右する水素イオン（H₂⁺）や水酸イオン（OH^-） を凌駕する多 量のアルカリ金属イオンが溶け込んでいるため、緩衝溶液となっております。炭酸カルシウムの溶解度は海深が増すと大きくなり、逆に表層の大気圧下では過飽 和状態になっております。このため、海洋生物がサンゴ礁や珪藻類がその骨格をつくることが出来ているのです。表層で光合成していた珪藻類の死骸は深海に沈 んでゆき、そこでCaCO₃は再溶解されます。

海水に二酸化炭素が吸収されると

CO₂ + H₂O + CO₃^2-⇒ 2HCO₃^-

CO₂ + H₂O　⇔ H₂⁺ + HCO₃^-

の平衡がずれて炭酸イオンが重炭酸イオンに変わり、水素イオンが増えてpHが下がります。すると下式の炭酸カルシウムによる中和が生じ、実際 にはpHはた いして低下しません。

CaCO₃(s)+　CO₂(g) +　H₂O ⇔ Ca²⁺ + 2HCO₃^-

しかし表層の過飽和の炭酸カルシウムが消費されつくされれば表層は完全に酸性化されてしまいます。

以上は図-1.20バエスの図で表現するここでmeqはアルカリ度の単位で海水中の水中に含まれるアルカリ分の総量に対応します。アル カリ成分 （ＯＨ^-やＣＯ₃^2-）をこれに対応する炭酸カルシウム（ＣaＣＯ₃） の量に換算して表したものです。

炭酸カルシウム1mg＝0.01998　x　アルカリ度（meq）

図-1.20 二酸化炭素の海洋への吸収と中和反応の経路 (Baes 1982)

酸で滴定するときの指示薬としてMR(methylred)混合指示薬やMO(methylorange)指示薬を使うことから、別名Mアル カリ度と呼ば れております。Mアルカリ度は、水中のアルカリ分の総量に対応するため、総アルカリ度とも呼ばれます。アルカリ度は水が持つ酸に対する緩衝能力を現してお ります。

白線と白文字は二酸化炭素分圧をppmで表示し。黒線はpH値を示します。緑色の領域は炭酸カルシウムが過飽和の領域で、褐色の領域は不飽和 の領域です。 表層の平均組成と海洋全体の平均組成も表示してあります。

二酸化炭素が海に溶けるとアルカリ度一定のまま溶存無機炭素量が増します。そうしますと1年くらいかけて炭酸カルシウムが溶解してアルカリ度 と溶存無機炭 素量の双方が増します。二酸化炭素1モルに対し、2モルの炭酸カルシウムが溶解します。

大気と海洋のダイポールモード現象

＜熱塩循環流(thermohaline circulation)＞

一般に海洋は深さ100m位に温度躍層があって、上層が暖かく、中深層水とは対流しておりません。唯一の対流はコロンビア大教授、ウォーレ ス・S・ブロッ カー博士が唱えた大循環のみとされています。これは北極海で冷却された海水が北大西洋の深海に滝のように流れ込み、太平洋とインド洋で湧き上がっていると いう説です。グリーンランド沖で沈み込んで北太平洋で湧き上がるまで1,600年かかるとされている常識より多いということでしょう。これを熱塩循環流と よびます。

図-1.21 熱塩循環流

グリーンランド海付近の大きな傾圧性変動は、グリーンランド海の水面温度の偏差によって引き起こされて大気 に強い影響を与えており、グリーンランド海の水面温度が高い状態では北半球に強い影響を持つ「北大 西洋振動」と呼ばれる変動パターンの正の状態に、逆に水面温度が低い場合は北大西洋振動の負の状態になることが分かりました。この結果に基づき、グリーン ランド海の月・領域平均水面温度をグリーンランド海水面温度指標（Greenland Sea surface temperature index、略してGSSTI）として定義し、1957年9月から2002年8月までの時系列に見られる変動と、それに伴う大気の変化・変動を分析しまし た。その結果、グリーンランド海、特に温水と冷水の境界付近の平均海水温の基本値が1979年の2月から3月にかけて急激に2℃近く上昇し、大規模大気場 に力学的強制を与えることで北半球中高緯度域の気候変化をもたらしたことが見出されました。気候変化・変動では、平均値がどの程度変わるのかが注目されが ちですが、実は平均からのズレがどう変わるのかも人間社会や生態系にとっては非常に重要です。例えば日本付近では、1979年以降、8月平均気温の平年値 からのブレが大きくなっています。つまり、毎年8月に期待される「平年並み」の気温から外れる度合いが大きくなり、猛暑や冷夏が起こりやすくなったという わけです。これらの変化が顕著なのは北緯45度から北ですが、北緯30度付近でもある程度の変化が見られます。また、このグリーンランド海の急激な水温上 昇とほぼ同時に、オホーツク海の海面水温が、冬季に限ってではありますが、基本値が大きく下がったことも分かりました。これはグリーンランド海の通年変化 とは違い、大西洋数十年規模振動に伴う季節風の変化による大気主導の変化であると考えられます。

図-1.24 AMO

sT_s⁴ =2 sT_e⁴
T_s = 2^1/4 T_e = 2^1/4 x 255K=303K

から地表温度T_sは303^oK となります。しかし対流が地表を冷やしますので実際には地表の平均気温は288^oK(15^oC)となるとし ております。288-255=33^oCが温暖化ガスの効果とされます。

温暖化のコンピュータ・シミュレーションをした真鍋淑郎氏は温暖化は次の ように説明で きるとしています。

戦後、von Neumann,Charney,Phillipsらによって数値気象予報が始まり、1955年に米国気象局大気大循環研究セクションが作られた。 1958年、（東大で）博士号を取った私 は、そこのリーダーSmagorinskyに招かれ渡米した。当時、彼は大気大循環モデル(GCM）（実は海洋まで射程）の構築という壮大な計画を開始し ていた。到着早々、大気GCM作成を命ぜられた私は、当時の計算機能力から、まずは「鉛直1次元放射対流モデル」を作り、平衡状態を計算した。それは3次 元モデルへ組み込む素材でGCMへと発展させたが、同時に私は道草も喰い、CO2や水蒸気、オゾンなどのモデルに登場する量を変えてみて1次元モデルの鉛 直気温分布がどうなるか遊んでみた。この結果を載せた1967年の論文Manabe and Wetherald 1D Radiative-Convective Modelが、後になって、地球温暖化の定量的研究の先駆けと高く評価されることになった。

地球温暖化の本質は、温室効果ガスであ るCO2が増えると放射平衡高度が高くなり、その分、地表温度が上昇することにある。さらに地表面温度上昇は対流圏の温度上昇をもたらす。その結 果、大気中の水蒸気量が増え、その温室効果がさらに温度上昇量を増やす。

と書いています。真鍋淑郎氏らは温室効果とは、温室効果ガスの増加に伴い 大気の光学的厚さが増加し、宇宙への射出を行う大気の高度が上がり、放射温度が下がって平衡がずれる。結果として赤線のように下図の赤線ように対流圏の昇 温がもたらさ れる現象と説明しています。

図-1.24 放射対流平衡モデルによる温暖化の説明（赤線）

<地表の平均気温は288^oK(15^oC) というのはとても深い意味がある数字です。地表は日中でも太陽直射があるかないか、風があるかな どで大幅に振れますが、年間平均すると中緯度では地下2mより深いところでは15^oC になっています。これは二酸化炭素のおかげであることは事実です。だから二酸化炭素濃度が増えれば温暖化するというのはチト早とちりで二酸化炭素が地表か らの赤外放射の二酸化炭素吸収スペクトル幅分を地表10m以内で全て吸収して大気に熱伝導で伝えますから対流支配の熱移動メカニズムとなりまります。対流 に二酸化炭素濃度は影響しないと考えてよいでしょう。ここで真鍋博士は間違ったのです。世界の3,000人の気象学者は真鍋教の信者ですからどうしようも ありません。

IPCC第4次報告によると産業革命前280ppmまで下がっていた二酸 化炭素濃度は380ppmに増えています。現状を放置すれば2035年には二酸化炭素は450ppmになります。（メタンなど他の温暖化ガスを含めれば もっと多のです がここでは二酸化炭素で代表して議論します）

「対流圏の上端（圏界面）における平均的な正味の放射の変化」を「放射強制力」と （Radiative forcing）定義し、1750年の「放射強制力」を基準として工業化以降の大気中の二酸化炭素濃度増加によりその放射強制力が決まるとしております。 そして二酸化炭素濃度の放射強制力は1.66W/m²になったとしております。ちなみにメタンの放射強制力は0.48W/m²で す。正の値は気温上昇を意味します。

そうすると50年後に平均気温は1.9-4.6^oC 上昇し、こ の状況が数千年維持されればグリーンランドの氷床は完全に融解し世界の海面は7m上昇すると予想したわけです。

マスコミは北極海の流氷が減っている影像や南極大陸から押し出されて海に落下する氷塊の影像とともに、海面上昇がするというコメントをつけま した。しかし流氷が溶けてもアルキメデスの原理からありえないことです。地球上の氷の89%を持つ南極大陸や10.5%のグリーンランドの氷が溶けて初め て大きな海面上昇が発生するのです。山岳氷河は0.5%にすぎません。海に落下する氷塊だけを観察しても南極大陸に降る雪の量との差を計測しないかぎり、 南極の氷が減少しているとは言えないのであります。ただグリーンランドの厚さ1,000mに達する氷棚が数万個もある巨大な穴「ムーラン」から流れ込む水 により氷床が崩壊し、この水を潤滑剤にして一挙に海に滑り込むことが生じれば別ですが。

東北大の近藤純正教授はしかしこの100年間の気温上昇1.1^oC のうち都市化の影響が0.9^oCとしております。日本海の海水温も日本海中部は増加傾向にありますが、北東部の温度が下がるという 現象もみられるとしております。

こんな議論をしているうちに、気温は1998年にピークを示したきり、その後の12年 間は下がり続けて予測と実績の乖離が生じました。2009年のCOP15直前にクラメイト・ゲート事件まで発生し、IPCCの威信は地に落ちました。

2001年にフランクフルトでのDECHEMA colloquiumでHugとBarrettがIPCCが前提としているキルヒホッフの法則は空気中の400ppmしか存在しない温暖化ガスには適用で きないと発表しました。

二酸化炭素は赤外線を吸収するガスです。しかしそれが吸収できる波長は決 まっているわ けですから全ての波長の赤外線を吸収できるわけではありません。しかしその吸収波長域での吸収能力はすぐれていてDr. Heinz Hugらが350ppmの 二酸化炭素を含む空気に15mmの赤外線を照射する実験をし たところ10mを通過する間に100%吸収されて空気を暖めます。二酸化炭素濃度が2倍になれば5mでよいことになります。

分子モデルを図示すると下図のようになります。

Near ground level

Altitude 11km

図-1.25 分子の挙動

上図左側は地表近くでの現象を表しています。二酸化炭素は地表からの赤外線を吸収するとそれを回転運動に変化させます。二酸化炭素が再放射す るまえに廻りに2,000個もある窒素分子や550個ある酸素分子に衝突して振動エネルギーに変え てしまいますので二酸化炭素が再放射する前に地表の放射エネルギーは10m以内に空気分子に伝導で伝えられてしまいます。二酸化炭素ガスが赤外線を再放射 するのは緩和時間という時間がかかるというところがミソです。二酸化炭素がもたもたしている間に空気分子が直接衝突で熱を奪い、温度があがり、膨張して軽 くなり、対流で上昇気流が生じるわけです。この対流が対流圏の熱移動の中心を担います。さて二酸化炭素濃度が2倍になっても吸収は5mで完了するだけで、 対流すなわち熱移動はよくなりむしろ地球は冷やされ気味になります。

これをサッカーゲームの比喩で説明しますと、地表近くでボールを拾った炭 酸ガスチーム は互いに放射というロング・パスで成層圏までボールを運ぼうとしてもすぐ窒素・酸素チームにボールを奪われてドリブルで成層圏までボールを運ばれてしまう と表現すればよろしいでしょうか。多勢に無勢でボールを取り返すことなど夢のまた夢。

右側は高度11kmでは気圧が地表の1/4になるため、放射と衝突による伝導が拮抗して放射が優勢になって宇宙に向けての放射ができるように なることを示しています。しかし下方に向かう放射は途中で空気に吸収されて対流で戻ってくるため、 地表には到達しません。そしてこの高度より上では放射が優勢になりますので二酸化炭素濃度が2倍になり上方に拡散して対流がなくとも放射で伝熱しますので 下層の気温が上昇することはありません。即ち図-1.18 放射対流平衡モデルによる温暖化の説明の青線のようになります。

ブラウンシュバイク工科大学、数理物理研究所のゲルハルト・ゲーリッヒ （Gerhard Gerlich）らのAtmospheric and Oceanic Physics 11 Sep 2007掲載の論文「Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics　2009年にはversion4.0　オリジナルペーパー　PDF」において；

二酸化炭素温暖化説に呪術力を与え た真鍋淑郎氏(2021の物理学賞) の「鉛直1次元放射対流モデル」に熱伝導モデルを組み込まなかったのが過ちの始まり。

対流圏はホートンらの伝統的な気象 学者が仮定し たキルヒホッフの放射法則が使える局所的熱力学平衡場（Local Thermodynamic Equilibrium　LTE）で、プランク黒体関数を放射伝達方程式の放射源関数に適用することができとしている。 ゲーリッヒは対流圏においてすら、分子過程を考えなければいけないとしている。分子過程からみると熱移動は熱伝導と放射のいずれかである。熱伝導はファン デルワールス力が働く、直接衝突による殻外光子にかかわる現象である。放射は電子軌道の遷移に起因する殻内光子の放出である。電子と光の相互作用は量子論 的に記述される。実際の対流圏ではキルヒホッフの法則とプランク関数で熱移動される場ではなく、全ての熱は放射・伝導・対流、水の蒸発・凝縮、降雨 が相互に絡み合いながら低温に向かって移動する。したがって不透明ガスによる不透明ガス帯域での再放射は地表へ達することは殆どない。従って IPCCが主張するような不透明ガスの再放射が地表に熱をリサイクルするという意味の温室効果を持つことはない。

スーパーコンピューター上に構築さ れたモデルは 真鍋淑郎氏に習い、大気中の炭酸ガスと窒素ガス等の分子間熱伝導をゼロとしているため、モデルはプランク黒 体関数を放射伝達方程式の放射源関数に適用して、ありもしない温室効果を計算しているのだとする。

ゲルハルト・ゲーリッは流動現象のナビアストークス方程式を発展させて放射という電磁現象を記述する電 荷の保存則、物質保存則、マックスウェル方程式、 オーム法則、慣性保存則、エネルギー保存則、ポインティング定理から電磁流動方程式を構築した。これからエントロピー式を導出し、この式の中に二酸化炭素 濃度という項を入れることができないとしている。いずれにせよこのような非線形の微分方程式は解析的には解けない。コンピュータを使って強引に数値計算で 解けくということになる。気体分子運動論がしめす二酸化炭素と空気のあいだの分子衝突も含めた 放射・伝導・対流モデルを作成して地球を分子レベルまで細分化したオングストロームオーダーのメッシュを計算しきれるコンピュータは永遠に出現しないとい う。 現在の並列処理の最高速スーパーコンピュータでもせいぜい10kmオーダーの格子点を処理できる程度という。したがって簡易モデルしかつくれない。でもそ うするとこの簡易モデル はパラメータでごまかすことになる。これでなにが生じるか？研究者はパラメーターを恣意的に設定して政治 的に研究費が得られやすい結果を発表するという誘惑に駆られる。ポリティカリーコレクト、PCすなわち政治的に好ましいモデルしかできない。

と匙を投げています。(批判論文としてはJochen Ebelの博士論文Der Treibhauseffekt existiert doch! 2008)IPCCモデルは対流圏では第二法則に違反するような低温から高 温に熱が移動してありもしない温室効果がでるのだといわれても。はいそうですかという ことにもなりません。そこでJ.T.ホートン（John Theodore Houghton）によって1976年に書かれた教科書「大気物理学」（Physics of atmospheres, Cambridge University Press）を紐解いてみました。

この本は地球も金星など他の惑星も基本的に同じメカニズムであるとしています。そして対流圏はキルヒ ホッフの放射法則が使える局所的熱力学平衡場 （Local Thermodynamic Equilibrium　LTE）で、プランク黒体関数を放射伝達方程式の放射源関数に適用することができとしている。これは真鍋氏のよって立つ伝統的な 気象学である。

しかしホートンは第5.7章で、成層圏においては分子課程を考慮しなければならないとし、二酸化炭素の 0.0015cm（15mm)）吸収帯の場合、二酸化炭素と空気分子との衝突によるファン・デル・ ワールス力で運動が伝わる伝導の緩和時間は1気圧、210^oK(中間圏での平均温度)で生じるとすると3x10^-5s、 一方、電磁波として放射される緩和時間は0.74sであるとしている。このように分子間の衝突による緩和時間が圧倒的に短いときは、放射を受け取ったグ レーガスが再放射する前に周りをとりかこむ99%以上の窒素、酸素分子に伝導で熱を伝えるとしている。

以上を総合し、私なりの理解を以下に詳しく説明します。

＜地表と対流圏中・上層部放射面間の熱移動モデル 化＞

キルヒホッフの法則が成立する条件は熱力学的平衡にあるとき成立する法則で、平衡状態にない大気にはキルヒホッフの放射法則は適用できません。IPCCが その報告書で解説しているモデルは一般的教科書のキルヒホッフの法則に従い、放射による熱移動が生じるとしています。しかし透明ガスである 窒素と酸素が99%以上ある中に1%以下の水蒸気、二酸化炭素、メタン、オゾンなどが混ざっている混合大気では不透明ガスが吸収する地表の放射は再放射さ れるまえに伝導で透明ガスに伝わり、再放射は殆ど行われません。したがって地表上10mの区間で大気に吸収された放射熱は大気を暖め、その顕熱と大気に含 まれる水分の蒸発僭熱は対流で上層に輸送されることになります。空気が希薄になり、伝導に時間がかかる場所に到達して初めて放射が行えるようになります。 このようにキルヒホッフの法則を対流圏下部に適用するのは無理のように見えます。

キルヒホッフの放射法則は先にも比喩としたようにサッカーのロングパスのようなもので、二酸化炭素だけの場合は成立しますが、空気のように大 部分が窒素と酸素であるような場合は、ロングパスはすぐカットされてしまい。ドリブルで運ばれる のでキルヒホッフの放射法則は成立しないとも説明できます。

このような観点から対流圏内の熱の流れを図-1.25のように図解してみました。数値は放射熱量で単位は W/m²です。地球のアルベドは30%とし、太陽光放射の70%が地表に吸収されるとしました。地表は黒体放射するとしています。 吸収スペクトルが存在しない「大気の窓」を素通りして宇宙に向かう地表放射は橙色で示しており ます。地表放射の一部は雲で反射（黒体放射）され、「大気の窓」を通過して宇宙に失われる94.8W/m²は地表に吸収された太陽 光放射239.7W/m²の39.5%です。

図-1.26 地表放射を吸収した不透明ガスが伝導で透明ガスの窒素・酸素を加熱、対流で熱輸送と仮定した熱流れ図

「大気の窓」に該当しない帯域の地表放射は緑色で示しております。これは大気中の水蒸気や二酸化炭素などに 吸収されて、再放射する前に熱は隣の透明ガスに伝導します。伝導で不透明ガスから受け取った熱は対 流により、上空に対流で移動します。紫色が伝導を表し、黄色が対流・蒸発・凝縮による熱輸送を示しております。オゾンとメタンは二酸化炭素にまとめて表示 しました。対流圏上層部では伝導が少なくなり、放射が優勢になります。このとき 、地表に向かう放射は下層で捕捉されて伝導と対流で上層へとリサイクルされ、地表には戻らないようにみえます。これを検討してみましょう。

以下この数値の計算法を説明します。

＜温度平衡＞

ホートンによれば地球表面の有効温度T_eは 太陽光放射と赤外放射の平衡で求められます。

4pa²sT_e⁴=pa²(1-A)F/R²

ここでステファン・ボルツマン定数s=2p⁵k⁴/(15c²h³)=5.67x10^-8     W/(m²K⁴)

太陽からの距離R=1（天文単位）における地球の半径a

全球平均反射率A=0.3

太陽フラックス(太陽定数)F=1,369 W/m² or J/sm²

から

T_e=((1-A)F/4s)^1/4=(0.7*1369/(4*5.67)^1/4*10²=255K=-18C

この有効温度T_eとは地表放射の平均温度とみなせます。

＜太陽光放射＞

太陽光放射は人工衛星ACRIM(Active cavity Radiometer Irradiance Monitor)が測定した太陽定数測定値はほぼ11年周期的で変動します。これは黒点周期と一致しております。そして太陽定数（太陽フラックス ）F=1,369W/m²とされています。地球の表面積は断面積の4倍ですから地球表面積当たりの太陽光放射は342W/m²と なります。

一方、太陽を黒体とすれば太陽表面での太陽放射B_l^Sunは次ぎのプランク関数 で表現されます。

B_l^Sun=(2hc²/l⁵)(1/(e^(hc/lkT)-1))

ここでプランク定数h=6.626x10^-34 Js

光速c=3x10⁸m/s

ボルツマン定数k=1.38x10^-23 J/K

自然対数の底e=2.718281

波長l=m

2hc²=1.193x10^-16 Jm²/s

hc/k=1.44x10^-2 mK

黒体温度T=5,780K

太陽放射B_l^Sunと地球軌道での太陽光放射B_l^ｓunshineの関係は次 式が成立します。

B_l^ｓunshine=B_l^Sun(R_Sun²/R_{Earth's orbit}²)=B_l^Sun(1/215²)

ここでR_Sunは太陽の半径

R_{Earth's orbit}は地球軌道半径

太陽実効温度T=5,780Kでの地球軌道上での太陽光放射B_l^ｓunshineをl=0.0000001m-0.000003m(0.1-3mm)の範囲で描くと下図の紺色の曲線になりま す。

図-1.27 太陽光放射スペクトル分布B_l^ｓunshineと透過光(ピンク色)

＜吸収スペクトル＞

太陽光放射の紫外線帯域（UV）ではオゾン、赤外線帯域（IR）では水蒸気により吸収されて可視光線だけが 地表に達して地表を暖めます。この吸収スペクトルの 波長は太陽表層にある元素または地球大気にあるガス固有（酸素は690nm＝0.69mm）のものです。黒い吸収線を発見したドイツの物理学者にちなんでフ ラウンフォーファー線と呼ばれます。

地球 放射も赤外線帯域で水蒸気や二酸化炭素他のガスにより吸収されます。フラウンフォーファー線 は細い線ですが、ここでは線というより幅が広がっています。その理由はドップラー効果や無放射緩和過程のためと考えられています。

紫外 10〜380 nm 電子遷移
可視 380〜780 nm 〃
赤外 780 nm〜300 m 振動遷移〜回転遷移

A First Course In Atmospheric Radiation (2nd Ed.) by Prof. Grant W. Petty of University of Wisconsin-Madisonの図集によれば 大気のそれぞれの成分の透過率は太陽天頂角=0、即ち太陽が真上にある とき、図-1.23のようになります。

図-1.28 ガスの吸収スペクトル

このガスの透過率を考慮すると地表に到達する透過光は図-1.27 太陽光放射と透過光のピンク色の曲線になります。

全方向太陽光放射pB^ｓunshineは プランク関数を波長0.1-3mmに渡りエクセルで区分積分します。

pB^sunshine=p∫B_l^sunshine dl  

全波長に渡る全方向太陽光放射pB^ｓunshineは 次ぎのステファン・ボルツマンの式で表示できます。

pB^ｓunshine= sT⁴(1/215²)  （J/m²s or W/m²）

ここで

地球表面基準=地球断面基準/4

以上まとめますと表-1.8のようにな ります。

バンド	吸収ガス	地球断面基準　（W/m2）	地球表面基準　（W/m2）	比率(%)
紫外線(UV)	オゾン	76	19.0	5.5
可視光他	-	1,133	283.3	82.8
赤外線(IR)	水蒸気	160	40.0	11.7
pBsunshine	-	1,369	342.3	100

表-1.8 の紫外域(UV)、可視光域、赤外域(IR)の比率

IPCCと気象庁は太陽放射の変動幅は 0.1W/m2（0.03%、地表の受熱は342W/m2）だから温暖化の説明にはならず温室効果ガスが原因だとしています。確かに可視光の変動幅は 0.1%です。しかし紫外線の変動幅は6-8%、紫外線より短波長放射は紫外線の2倍以上、UVはオゾンを破壊する時、発熱します。太陽のフレアから流れ 出る太 陽風は大気を加熱します。強い太陽の磁気シールドは15%程度宇宙線を遮ぎり、スベンスマルク効果で雲が消えて晴れ、アルベドが減少するなどして気候変動 の主因となっています。こうして歴史上の小氷期がは太陽放射の変化と説明できるのです。

＜大気が透明としたときの地球放射＞

さて地表に達した太陽光放射は地表を暖めます。暖められた地表はプランク関数に従う黒体放射スペクトル分布 B_l^Earth(J/m³s or W/m³)となります。

スペクトル分布を波長2mm から100mm に渡ってプランク関数をエクセルで区分積分すると全方向地 球放射B^Earthが得られま す。

>pB^Earth=p∫B_l^Earth dl       （J/m²s or W/m²）

全波長に渡る全方向地球放射pB^Earthは プランク関数を全波長にわたり積分したステファン・ボルツマンの式でも表示できます。

pB^Earth= sT_e⁴ （J/m²s or W/m²）

B_l^Earthをl＝=0.000002m （2mm）から0.00003m（30mm） まで 地球放射面温度T=325K（紺色）, 300K（ピンク）, 275K（黄色）, 250K（空色）, 220K（紫色）についてプロットすると図-1.29 地球放射のスペクトル分布B_l^Earthのようになりま す。

地球大気は窒素と酸素だけならなる透明 ガスとし、地球の有効温度T_e（地表放射の平均温度）を255^oKとし、地表は黒体とすれば地球放射スペク トル分布は図 -1.29の褐色の曲線になります。

図-1.29 大気が透明としたときの地球放射スペクトル分布

＜大気にグレーガスを含む地球放射＞

地表とそれぞれのグレーガス（赤外放射吸収ガス）の平均放射温度を地表 (288K)、 水蒸気（270K）、炭酸ガス（216K）、オゾン（250K）、メタン（250K）の温度で放射するとした時の合成スペクトル分布B_l^Earthを 図-1.30の褐色の曲線で示しました。このときの有効温度は255Kです。

図-1.30 地球放射のスペクトル分布B_l^Earth

以上の計算結果を整理すると表-1.9 のようになります。

放射面	放射温度(K)	地球表面基準　（W/m2）	比率(%)
大気の窓を通過する地表放射	288	94.8	39.5
水蒸気	270	119.8	50.0
二酸化炭素	216	18.1	7.5
メタン	250	2.7	1.1
オゾン	250	4.4	1.8
pBEarth = sTe4  （Te=255K）	255	239.7	100

表-1.9 地球放射の比率

有効温度T_e=255K=-18°Cと地表の温度 288K (15^oC) と比較して33^oCも低いことを大気物理学では大気のグリーンハウス効果と呼んでいます。温室効果ガスであるCO2が増えると放射 平衡高度が高くなり216℃より 低い温度で放射するために宇宙への放熱量が減少して温暖化すると真鍋博士は考えて「鉛直1次元放射対流モデル」を作成したのです。実は成層圏では上空に拡 散 しても上層ではオゾンがUVを熱に変換して上層程高温ですから放射温度が下がることもなく、温暖化はしないのです。ではなぜ2970-2000年まで温暖 化したかといえば、一つには太陽放射の増加、そしてなによりも海洋のダイポール振動により海洋に蓄熱されていた熱が急激に放出されたためかもしれません。

＜太陽光放射と地球放射の均衡＞

地球は次式のように全波長に渡る太陽光 放射B^ｓunshineと地球放射B^Earthが 釣り合って平衡となっています。

pB^sunshine (1-A) = pB^Earth

ここでAはアルベドで全球反射率です。

A=1-(pB^Earth/pB^sunshine)=1-(239.7/342.3)=0.3

＜地球放射の実測値＞

気象観測衛星が1964年から打ち上げられ、宇宙から見た地球放射を観測しました。

Nimbus 1 1964-08-28
Nimbus 2 1966-05-15
Nimbus 3 1969-04-14
Nimbus 4 1970-04-08
Nimbus 5 1972-12-11
Nimbus 6 1975-06-12
Nimbus 7 1978-10-24

1970年に打ち上げられた気象観測衛星ニンバス4号がサハラ砂漠上空、地中海上空、南極上空で測定した地球放射スペクトル分布です。横軸の 目盛りは波数 （cm^-1）で0.0025cm（25mm）から 0.00067cm(6.7mm)の範囲です。

図-1.31 人工衛星ニンバス4号で測定した地球放射スペクトル分布

二酸化炭素の吸収スペクトルの波数は650ですから波長は0.0015cmとなります。サハラ砂漠をみてみましょう。水 蒸気は対流圏中層まで存在できますので280^oKで放射しています。波長0.0015cmの二酸化炭素は対流圏上端まで達すること ができますので220^oKで宇宙に向かい放射しております。オゾンは275^oKとメタンは250^oK で放射しております。砂漠の残りの 「大気の窓」の部分は透明ですので320^oK(47^oC)の地表から直接宇宙に放射しております。

人工衛星の観測結果である図1.31は計算値である図1.30と非常に良く一致します。

＜吸収スペクトル幅＞

大気分子の速度毎の分子密度は温度が一定なら、マックスウェル分布になります。その平均値は一気圧の空気中の酸素分子は 平均1,700km/h、窒素分子は平均1,700km/hの速度で飛び回っています。

温 室効果ガスの分光学 : 励起状態ダイナミクスによれば地表放射を吸収し振動励起した赤外活性分子は、大気中の99%を占める窒素や酸素などの赤外不活性分子の衝突により消光されます。これは

�@振動励起の自然放射の寿命がミリ秒と 比較的長いた め、

�A一気圧の大気下における分子との衝突 頻度の時定数 の方が140ピコ秒と圧倒的な速さで衝突するため、

�B放射過程以外にも無放射緩和過程によ る失活チャンネルが重要になるものと考えられます。

ここで無放射緩和過程のメカニズムとしては、分子衝突によるエネルギー移 動などによって、振動励起分子のエネルギーが他の分子の運動エネルギーとして分配されるといったことが考えられます。

ここで

�@ 振動子強度が小さいほど自然放射の寿命は長い。自然放射遷移確率であるアインシュタインのA係数による見積もりでは、電子遷移が〜10^-8s、 振動遷移が〜10^-3s、回転遷移が〜1s程度が目安となります。

�AMaxwell の気体分子運動論より衝突頻度 = 1/(7×10⁹) ≒ 140ps

地表放射を吸収した分子の大部分は無放射緩和過程を経て失活するため、地 表とのエネルギーのやり取りは主に分子衝突によって行われます。この大気と地表とのエネルギーのやり取りにおいて、「再放射」によって行われているという 説明が IPCCなどのよって行われています。確かに、宇宙への射出は放射しか行えませんが、地表付近では放射よりも分子衝突などによって大気から地表へエネル ギーのやり取りが行われます。つまり、地表とのエネルギーのやり取りに関する限り、再放射という言葉は便宜上の表現であり、科学的な説明としては明らかな 間違いです。

>遷移の線幅（吸収スペクトルの幅）は東 京大学の三好明准教授によれば

不均一幅：個々の分子の状態・環境の違いによる
均一幅　：状態の寿命などの性格による

線幅

[ドップラー幅] (不均一幅)
　　−並進運動方向・速度が分子によって異なる（不均一）

周波数

n の光を発する分子が速度 s で観測点から遠ざかる (+s) / 観測点に近づく(-s) とき観測される周波数 (非相対論条件 s << c, c : 光速)

n'=nc/(c±s)

熱運動 (温度 T ) での線幅 (半値半幅; HWHM)

　

 Dn_D=n/c (2kT ln2/m)^1/2

[寿命幅](均一幅)

遷移に関与する状態が寿命

t で減衰するときの

n = n₀ exp(-t/t )

線幅 (HWHM)

 Dn=1/2pt

DE = h Dn = h/Dt

となり Heisenberg の不確定性原理と一致します。

 <自然幅>←自発発光寿命
  <衝突幅, 圧力幅>←分子間衝突/t = (衝突頻度)^-1

たとえばHugの測定のように二 酸化炭素ガスの振動・回転励起の吸収スペクトルは二酸化炭素100%のガスよりヘリウムガス中に二酸化炭素が350ppmある方が吸収強度は増え、窒素ガ ス中に二酸化炭素が350ppmある方がさらに増えます。

このように吸収スペクトル幅は温度（ドップラー効果）や窒素や酸素 の赤外不活性ガス濃度（衝突幅）や気圧（圧力幅）の影響は受けますが、水蒸気や二酸化炭素などの赤外活性ガス濃度の影響はあまり受けません。すなわち図-1.23 地球放射のスペクトル分布は赤外活性ガス濃度の影響はあまりうけないのです。

ホートンは第5.7章で成層圏においては分子課程を考慮しなければならないとし、たとえば二酸化炭素の 0.000015m（15mm）吸収帯の場合、二酸化炭素と空気分子との衝 突が1気圧, 210^oK(中間圏での平均温度)で生じるとすると分子間の衝突による緩和時間は3x10^-5s、 放射には0.74sかかるとしています。このように分子間の衝突による緩和時間が圧倒的に短いときは、放射を受け取った 不透明ガスが再放射する前に周りをとりかこむ99%以上の窒素、酸素分子に伝導で熱を伝えます。対流圏は成層圏より気圧が高いため、この傾向はより顕著と してよいでしょう。

元原研放射線研究者の大野新一氏は二酸化炭素と空気分子との衝突は1気圧25^oCで数百ピコ秒＝ 10^-7s、放射は数ミリ秒かかるとしています。

<まず大気組成は表-1.10とし 、対流圏内部では良く混合されていて一定とします。

成分	mol %
窒素	78.084
酸素	20.946
アルゴン	0.93
水蒸気	Dew Point @ 478mb, 273K
二酸化炭素	0.0381
メタン、オゾン他	0.002

表-1.10　大気組成

対流圏の高度は緯度によって異なりますが平均14kmです。実測値を整理してInternational Civil Aviation Organization (ICAO)では高度、気圧、気温のモデル式を次のように定めております。

P=P₀((T₀-L*H)/T₀)^g0^M/(R*L)

ここで地表の気圧　P₀=101.3   (kPa)

地表の温度　T₀=288.15   (K)

高度　H (m)

ガス定数　R=8.31432  (J/K/mol)

地表における重力の加速度　g₀=9.80665   (m/s²)

地表の大気の平均分子量　M=0.0289644   (kg/mol)

対流圏の鉛直方向の温度勾配で気温減率(Temperature Laps Rate） L

H<11kmではL=0.0065 (K/m)

20km>H>11kmではL=0 (K/m)

g₀M/(R*L)＝5.25588

高度15kmまでこの式で計算した気圧と気温は表-1.11のようになります。

高度	気温	放射面	気圧
km	K	-	mb
0	288.2	地表 288K	1,013
2.79	270.0	水蒸気 270K	719.8
5.1	255.0	有効温度　255K	532.9
5.86	250.0	メタン、オゾン 250K	480.8
10	223.2		264.3
11	216.7	二酸化炭素 216K	226.3
15	216.7	二酸化炭素 216K	115.6

表-1.11 ICAO式で計算した高度、気圧、気温

この表をグラフにプロットし、その上にガスの放射温度を示しますと放射面の高度が分かります。

図-1.32 地表と放射面の高度

それぞれの不透明ガスの放射面毎に区分に分け、それぞれの放射面の放射熱への熱輸送量 は表-1.8の通りとします。この熱をそれぞれの区分の上昇気流が運ぶ乾燥空気の顕熱と水の潜熱だけで運ぶことができるか検討してみま しょう。

まずそれぞれのゾーンの乾燥空気の断熱膨張温度降下は

T₂=T₁*(P₂/P₁)^e*(k-1)/k

Cp=6.713+0.0004697T+0.000001147T²-0.0000000004695T³    (kcal/kgmol K)

C_v=C_p-R

R=1.987 (kcal/kgmol K)

k=C_p/C_v

ここでeは膨張のポリトロープ効率

から計算しました。

放射面	高度	気圧	気温	ゾーン温度減率	乾燥空気の断熱膨張温度降下　（ポリトロープ効率66%）	熱輸送量	乾燥空気密度	見掛け上昇流速	水凝縮量
	km	mb	K	K	K	W/m2	kg/m3	m/s	mol %
地表	0	1,013	288	0	0	0	1.338	0.0105	-
H2O	2.79	719.8	270	-18	-18.1	145	1.014	-	0.66
CH4, O3	5.86	480.8	250	-20	-19.9	25.2	0.732	-	-
CO2	11	216	216	-34	-35.4	18.1	-	-	-

表-1.12 放射面毎の層状区分とその高度、気温、気圧

となります。どのゾーンでも摩擦損失を考慮してポリトロープ効率70% とすると乾燥空気の断熱膨張温度降下とゾーン温度減率はほぼ同じになります。実際の大気は上昇流と下降流間の混合・熱交換・放射などが複雑にからんでゾー ン温度減率となるのです。詳しくはプ ロセス設計目的で開発された熱力学的モデル・プログラムPRO/IIで詳しく検討することにします。（時間不足でいまだ予定のままです）ここでは仮に顕熱 熱輸送は考えずに地表と水蒸気放射面間の熱輸送は水蒸気の潜熱だけで行われるということにします。

水の蒸発僭熱lは温度T₁とT₂で のそれぞれの蒸気圧P₁とP₂からClausius-Clapeyron式で求めます。

l=4.571*（T₁*T₂/(T₁-T₂)） *log₁₀(P₁/P₂)  　　(cal/mol)

ここで温度Tの単位はKです。

23,900x7pptx10^-6=0.16

CO₂の温暖化 指数は    

1x380ppm=380

となり大きな影響はないようです。

懐疑論と懐疑論批判の総括

望月氏によるとドイツのWissen紙に「懐疑家のもっともポピュラーな議論」として 下の７つの懐疑論が紹介され、これらの論はいずれもIPCC系の学者により、少なくとも最近の気候変動の原因ではないと否定されていると教えていただきま した。

�@ 気候変動はつねに存在した。
�A 気候変動の原因は太陽にある。
�B 1998年以来、地球は温暖化していない、すなわち、気候変動は止まった。
�C 有名な「ホッケーのスティック（先の曲がった棒）の曲線」は偽造である。
�D 大気中のCO₂の量が倍増したとしても、それによる地球の温暖化は約１℃に過ぎない。
�E 大気中の高いCO₂濃度は、以前に、温暖化の後に現れた。すなわち、CO₂は地球温暖化の結果であっ て、原因ではない。
�F 気候変動に関しては学問的な合意は存在しない。

「ホッケーのスティックの曲線」を作ったマンという学者は多少の修正はし ましたが取り 下げてはいません。実は日本でも2009年5月文部科学省科学技術振興調整費を使った東北大教授の明日香壽川らの「地球温暖化懐疑論批判」があります。こ こでは

�@温暖化問題の科学的基礎
�A過去および現在の観測データに関する議論
�B過去および現在の気候変化の原因に関する議論
�C炭素循環に関する議論
�D温室効果強化に対する気候システムの応答に関する議論
�E地球大気の構造・光学特性に関する議論
�F海水準変化に関する議論

という章だてて29の懐疑論にたいし反論しております。

しかしなぜか2007年に出版されたゲーリッヒの100ページにわたる論文が主張する「IPCCは真 鍋が作った 鉛直１次元放射対流平衡モデルを踏襲しているので二酸化炭素濃度があがると温暖化するという間違った結論をだしている。放射・伝導・対流平衡モデルで解析 すればそのような影響は幻だったことがわかる」という説を論破しているIPCC系学者は私が知る限りおりません。2009 年5月にでた明日香壽川（張壽川）らの「地球温暖化懐疑論批判」にもありません。

明日香壽川らの反論書でも鉛直１次元放射対流平衡モデルに従い「地表面から射 出された赤外線 は大気中の温室効果ガスによる吸収・射出を繰り返して大気上端に到達する。大気中の二酸化炭素濃度が増加すると、この吸収・射出の平均回数が増加すること により、温室効果は増加する。したがって、大気全層による一回の吸収が飽和しているからといって、二酸化炭素がこれ以上増加しても温室効果は増加しないと 考えるのは誤りである」とあっけらからんに二酸化炭素による吸収が飽和しているという懐疑論を否定して おります。ここにGerhard Gerlichが指摘する飽和した二酸化炭素から空気分子への熱伝導への言及がまったくなく、単純 化し過ぎの真鍋仮説への盲信が見られ ます。同じ盲信はIPCC第一次報告の技術部会のリーダーを務めたホートンが書いた教科書にも見られ、対流圏の放射についてはキルヒホッフの法則でけりを つけているだけです。

私は 「地球温暖化懐疑論批判」は税金を無駄使いして、古く、単純化しすぎた理論を綺麗な装丁で飾り立てて宣伝している軽薄な悪書だと思っています。素人の懐疑 論をやっつけて得意になっていて、最も強敵のゲーリッヒの理論 を無視しているのか無知なのか全く言及がありません。そもそも明日香壽川氏の学歴をみると、農学修士取得 後、NSEADでMBAを学んだビジネスマンという風情で、これも彼の商売なのでしょう。とても気象物理学が理解できているとは思えませ ん。日本の学者はこんな程度なのでしょうか？

2010 年にカル フォルニア大サンディエゴ校の科学史教授Naomi OreskesがNASAのErik M. ConwayとMerchant of doubtという懐疑論弾劾本を書きました。日本訳「世界を騙しつづける科学者たち」を生物学者の福岡伸一が推奨しています。いやな予感がしたため、Wikiで 彼女の略歴と主張を読み、45分の講演をみました。彼女がいっているのは大多数の科学者のコンセンサスに異をとなえる科学者はだれかの利益のためにしてい るにちがいないという陰謀論です。そして二酸化炭素の温暖化の証拠として成層圏の温度が下がり、対流圏の 温度が上がったのは二酸化炭素が地表近くに熱を閉じ込めるためだと素人論を展開するのです。

大気圏はよく混合されていて地表の濃度が上がれば成層圏の二酸 化炭素濃度があがり、放射冷却がよくなり、成層圏の温度は下がるのは当たりまえ。二酸化炭素 が地表近くに熱を閉じ込めるというのは大気と二酸化炭素分子間の熱伝導を無視し、対流による熱移動を無視した簡便モデルの計算結果で、これが大衆のイメー ジに 合いますので大方の気象学者のコンセンサスになっています。しかし気象学者はミクロな物理現象は理解できないタコツボにはいって生息する生き物です。わた しは気象学者のコンセンサスはマスコミに理解されやすい俗論のため、支持されたと思っております。

科学は政治ではよしとされるコンセンサスをもちこんではいけないとガリレ オやメンデル の歴史が教えていますね。真理は一つしかなく、多数決で決するものでないからです。とことが彼女のよりどころはpeer-reviewed paperの数だけです。それも自派のみの。NIPCCには反論のpeer- reviewed paperが沢山あります。ここらへんから彼女は科学教育 をうけたが理解できていない マスコミと同等の文系人間とわたしは感じたわけ です。カルフォルニア大（といってもサンジエゴ校）のレベルもマスコミ受けだけをねらった行為で落ちたものです。そうしなければ学生が集まらないのかもし れませんね。

いま価値観は大きくかわりつつあります。まず権威を疑えです。かってロー マ法王は権威の中心で、けしからんアラブをやっつけるための十字軍を送る力をもっていましたが今 は敬虔なブッシュを除き、だれも十字軍など頭に浮かばなくなっているではありませんか。二酸化炭素温暖化論もそろそろ賞味期限が切れたのではないでしょう か。

この本をすすめた<福岡伸一氏は DDT、タバコの害、オゾンホールが引き合いにだされたので賛同したと思いたいです ね。福岡氏は分子生物学者で物理 は理解できていないからつい陰謀論の片棒を担いでしまったのだとおもいます。彼女が名指 しで非難 するFred Singerの論を読めば、シンガーこそがIPCCなどのジャンク・サイエンスとたたかった勇士であることがわかります。彼女のほうが間違ってい ると思います。彼女こそが権 力側の狙撃兵なのです。ほぼアル・ゴアと同じ程度の認識力しかない科学史家といえるの で しょう。

図1.34 宇宙線と海洋無脊椎動物の数

 ftp://ftp2.space.dtu.dk/pub/Svensmark/SN_WEBDAclusters_ALROY_R.jpg

図-1.37 過去2万年間の神奈川県の海岸線の変化　神奈川県立生命の星・地球博物館2004

ウッズホール海洋研究所のD.W. Oppoらが2009年8月ネーチャーに海底から採取したコアの放射性同位元素分析から過去の海表面気温を推定した研究を発表 しました。これはスチーブン・マッキンタイヤとロス・マキトリックが正しいことを証明しています。ホッケースティック曲線はIPCCの権威を失墜させた 出来事でした。

図-1.40 過去500年間の気温

S. McIntyre and R. McKitrick, 2003. “Corrections to the Mann et al. (1998)
Proxy Data Base and Northern Hemispheric Average Temperature Series.” Energy &
Environment, Vol. 14, No. 6, pp. 751-771

＜太陽黒点周期＞

2007年のIPCC第4次評価報告書では二酸化炭素のグリーンハウス効 果理論が崩壊 することを恐れてか太陽黒点サイクルと気候変動との関連は採用されていません。しかし太陽黒点サイクルが<500 年のタイムスパンでの

黒点（sun spot）の周期は太陽のN極とS極が入れ替わる周期でほぼ11年とされています。黒点の活動周期は11年周期と110年周期(55年周期)です。観測結 果はNASAのSolar Cycle Predictionを参照願います。

約110年周期でやってくる活動極小期は下表のようになります。内モンゴ ル自治区に 11世紀に興り、14世紀ころ滅びた西夏のカラホトという都市がありました。これが滅びた原因は14世紀の小氷期で気温が下がり、祁蓮（チーリ ン）山脈から流れ出る雪解け水が減少したためとされています。

神田茂は入手できる中国の完全な黒点記 録をしらべて 975年の周期を見つけています。むろん、このサイクルは氷河の成長・消滅が反射率に影響して正の帰還回路を作りますので気象変動には直接で来ないのです が、そのきっかけにはなっているようです。

最近の太陽観測結果から2012年以降17世紀後半にあったマウンダー極小期(黒点記録を残したEward Walter Maunder)と同じ太陽活動低調期が100年間続くかもしれ ないという予測もでてきていま す。Eward Walter Maunderは11年間に渡りそれぞれの緯度の現れる黒点の頻度を時系列でプロットすると蝶の羽の型になることを発見しこれをバタフライ・ダイヤグラム とよびました。また彼は1882年と1916年にオーロラがロンドンの北の空に現れるのを観測しています。

表-1.14 太陽活動極小期

マウンダー極小期には図-1.37に示されるように70年間に渡って黒点が少なく、1580 年の一向一揆、1684 年のテームズ 河凍 結を描いたアブラハム・ホンディウスの絵、16世紀フランドルの画家ピーター・ブリューゲルの絵画「雪中の猟人たち」。<1708年の ヴェネツィアのムラーノ側の潟が氷結した銅版画が 残されています。とが可能でした。アイスランドで は海氷が何マイルにもわたって島を取り囲んで長期間に渡って港湾を封鎖し、漁業や交易に打撃を与えまし。167-18世紀のペストの流行、1782年の天明の< 飢饉、1789年のフランス革命とが発生しております。日 本においては、1868 年の幕藩体制の崩壊に到りました。

図-1.41 ウォルフ黒点相対数400年の変遷

こ の 作品 は クリエイティブ・コモンズ 表示 - 継承 3.0 非移植 ライセンスの下に提供されています。

「知の共有」とは英国の哲学者ジョン・スチュアート・ミルの「権力は地方分権化する と良いが、知識は中央集中化されねばならない」という言葉の後者の実践とも言えます。ただ異論併記型科学的事実の羅列という方式は採用せず、異論も含め徹 底的に評価・判断して報告しているため、真鍋らの行った単純化の成果に基き、一旦指導的理念を間違えてしまうと修正が利かない体制となっています。そ して査読 担当者に偏向が見られ、評価されるべきものが捨てられ、ゴミのような論文が採用されるという事態になっております。すなわち科学的真理にベースをおかず多 数決で決める政治の世界に入り込んだわけで、これは科学の否定といわれてもやむをえないでしょう。

こうしてCOP15の直前に勃発したヒマラヤの氷河が完全に消える時期を 故意に間違え て記載した「グレーシャーゲート事件」でIPCCの権威が傷ついたのに続き、IPCCの中心的機関であった英国のイーストアングリア大学気象研究ユニット 「CRU」（Climate Research Unit）のジョーンズCRU所長が悪名高い「ホーケスティック曲線」作成の中心的役割を担っていたため「クライメイト・ゲート事件」の責任を取り辞任し ました。これら事件が連続したことから「気候変動報告書」自体が捏造されたのではないかとの疑惑が持たれるようになりました。パチャウリIPCC議長は、 企業献金を受けての利益誘導疑惑が浮上し、議長辞任の批判の渦中にあります。そして今アル・ゴアはピエロになりました。英国では国民の半分はもうIPCC のいうことを信じてはいないと聞きました。

IPCCの委員とこれを支援する世界のかなりの数の気象学者、なかんずく権威のいうことを復唱 す るだけで、自らの考えを育てない文化を持った日本の大学と国家研究機関の研究者はIPCC疑惑に対し、あらゆるレトリックを使って反論し。マスコミと若い 学生に もしかしたら間違った認識を注入し続けています。日本の文部省は権威が押し付ける知識を無批判に受け入れる思考停止の人間を多量生産する文化を育て てきたことは大方の認めるところです。先にも指摘しましたが 独立行政法人海洋研究開発機構IPCC貢献地球環境予測プロジェクト特任上席研究員の近藤洋輝氏や東北大の明日香壽川氏は国内の頼りない懐疑論や赤祖父俊 一氏の懐疑論に関し文科省の予算をつかって「地球温暖化懐疑論批判」という反論の書を出版しております。海洋研究開発機構は真鍋淑郎氏を米国から呼び寄せ てその権威を利用して一時期世界最高速という地球シミュレータを作るための予算をせしめた組織です。科 学している組織ではなく、国家予算をどうせしめるかということしか考えない似非科学者の集団のようにも見えます。 明日香壽川氏の反論の書は2009年に出版されたにもかかわらず2007年に出版されたゲーリッヒの100ページにわたる論文を完全に無視しております。 このように文部省の予算を無駄に使ってIPCCの擬似科学理論とおぼしきものを繰り広げ、何も理解できないマスコミと政治家は彼らに乗せられています。か くして日本では年間150億円が無駄使いされているのです。ここにも原子力村と同じメカニズムが働いております。ハイドレートが資源だと言い募って国家予 算を確保する国立研究所の研究員ともどもみな原子力村と同じ国家の金に群がるアリのようなもの。

ロシアがおこなったボストーク基地の氷床コアの分析は有名だが、昭和基地南方1000kmのドーム富士コアの3 回の氷期サイクルを含む過去 34 万年の分析では酸素異性体の濃度やメタン濃度がいず れも良く一致して最近4000年は寒冷にむかっていることを示している。

米国のDr. Fred SingerはIPCC傘下の気象学者達は独自の検討をせずに、無批判にIPCCを支持しているだけの意味のない集団だと断定しており ます。>NOAAのハリケーン研究者のChristopher Landseaは自ら考えるタイプの研究者でIPCCは政治的になり過ぎたとしてIPCCの4次報告作成者を辞任しております。

国 連持続 可能な開発会 議（World Summit on Sustainable Development, "WSSD"）

敵は我々自 身か

査 読 依存

です。たとえIPCCが間違っていたとしても貴重な炭化水素燃料を大切に使い、ピークアウトに伴う価格暴騰を防止しつつ再生可能 エネルギーに ソフトランディングさせる ことは大切です。そのためには炭素税という言葉は不適切ですが何らかの有限資源利用税としてなら意味があるかもしれません。日本政府は国際公約と称して 2025年の炭素排出量を1990年比25%増に抑えるとし、これを可能とするために炭素炭素排出権売買に傾斜しております。

炭素排出権売買依存

です。ロナルド・コースの定理を適用する炭素排出権売買は経済理論として は正しくとも炭素が気候変動の原因でないなら有限資源利用権取引とでもしなければ機能しないでしょう。

炭素ないし二酸化炭素 の回収法

温暖化の原因がIPCCが主張するように人為的二酸化炭素増ではなく、自然現象とするならば炭化水素燃料はあるだけ使えばよいこ とになり、二 酸化炭素の回収・隔離も原子力利用も不要となります。人類は炭化水素燃料があるうちは現在の文明を 維持するためにも価格さえ妥当ならこれを使い続けるでしょう。

IPCCがもし正しいなら二酸化炭素、または炭素を分離してどこかに隔離するという考え方がでてまいります。通常の発想は燃料を 燃してからこ れを分離回収するということになり ます。しかしノーベル化学賞を受賞したジョージ・オラーが提案するように炭素を燃さないで分離し固体として隔離してしまう方法も考えれます。このためには 炭化水素燃料を触媒を使って1,600^oC程度で熱分解して炭素と水素ないし水素の少ない炭化水素に転換し、炭素をカーボンブラッ クという固体微粒子として分離します。欠点は炭素を燃さない分だけエネルギーを回収できない不満が残ることです。そこでタイヤ、電池などの電極の素材とす るか、穴を掘って埋めます。元の木阿弥ですが水と混ぜてスラリー燃料とすることも可能です。

メタンの燃焼熱は888kJ/mol、水素の燃焼熱は284kJ/mol ですから水素として回収できるエネルギーはメタンの持つ燃焼熱の2x284/888=64%となります。これはかなりの損失です。燃してしまえば、二酸化 炭素の回収に 必要なエネルギーは10%をこえないでしょうからエネルギー的には燃したほうが得です。しかし二酸化炭素の安全な捨て場が容易には見つからないときは炭素 にして隔離するしか方法はありません。ただIPCCの見解が必ずしも正しいわけでもありませんから、炭化水素資源を早く枯渇させる オラー法が望ましいかは疑問のあるところです。 ドイツで研究しているようですがなかなか本格採用には踏み切れないのではないでしょうか？

燃して二酸化炭素にしてから回収する場合、燃料の燃焼過程そのものに入り 込めば4つの 方法が考えられます。

�@燃焼後回収（ポスト・コンバッション回収）：排煙からアミン溶液などで化学吸収分離します。

�A燃焼前回収（プレ・コンバッション回収）またはガス化プレコンバッショ ン分離：石炭を酸素で部分燃焼し、または天然ガスを水蒸気改質し、シフト反応で水素と二酸化炭素に変換します。このときガス化や改質反応圧力を高く維持し ながら、副生 する二酸化炭素を高圧で分離する方法です。適用分離プロセスはプレッシャー・スイング法、膜分離法、低温メタノールで物理吸収するレクチゾール法等です。 こうして得られた水素をコンバインドサイクルの燃料にします。同様に石炭や天然ガスから低炭素燃料合成または アンモニアやヒドラジンなどのカーボンフリー燃料合成するときにプレコンバッション分離を適用できます。

�B純酸素燃焼後回収：酸素分離装置で分離した純粋酸素でボイラー燃焼ある いはガスタービン燃焼させて二酸化炭素と水だけを生成させる方法です。冷却で簡単に回収できます。燃焼温度はリサイクルする二酸化炭素量で調節。タービン 排気の排熱は コンバインドサイクルとして電力に転換します。このアイディアは確か2007年に本論文を書き下ろしたときに提案させてもらいました。ガスタービンメー カーの仕事だと思っていましたが、5年後の201年6月16日に東芝が米国で本方式の発電プラントを2014年に建設すると発表しました。まずは25MW ららはじめ2017年には250MWにするということです。回収した二酸化炭素は枯渇した油田でEORに利用されます。

�Cケミカル・ルーピング・コンバッション：鉄、ニッケル、銅などの金属粒を空気反応器で酸化させ熱を得ます。そして生成する酸化 金属粒は燃料 反応器に送り還元（吸熱反応）して燃料を二酸化炭素と水に変換 します。燃料と酸化剤たる空気が直接燃料と接触しないため、空気反応器からの排ガスがほとんど窒素だけで燃料反応器からの排気は二酸化炭素と水蒸気だけに なります。これを冷却するだけでほぼ純粋の二酸化炭素が分離できるのです。

炭素または二酸化炭素の隔離法

前述の固体炭素として分離された炭素は燃さず素材として利用するか、地中に穴を掘って隔離します。

燃して二酸化炭素にしてしまったものは地中あるいは海洋に隔離して大気に出さないようにします。

表-1.16に2006年に公表されたIPCC二酸化炭素回収貯留特別報告書（IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage CCS）に準拠し、二酸化炭素隔離法をまとめました。地中隔離コストは第5章地中貯留の値、海洋隔離コストは 第6章海洋貯留の値です。いずれかを採用すればスターン報告にあるようにGDPの1%以内の費用で充分可能でしょう。

表-1.16二酸化炭素隔離法

換器を意味する山羊や炭素を象徴する黒い糞は上品なイメージではないので使わないほうがよ いとアドバイスされたそうです。

地中隔離

排煙などから各種アミン水溶液や熱炭酸カリ水溶液などで二酸化炭素を回収し、圧縮液化して廃油田や帯水層に注入することを地中隔 離と言いま す。充填物を充填した向流またが十字流の吸収器で二酸化炭素を吸収し、熱を加えて溶液を再生して循環 する方式が採用されます。再生器から得られる二酸化炭素を圧縮・液化してこれを隔離しようとするものです。

廃油田注入の場合、エンハンスト・オイル・リカバリー（EOR）効果が期 待できます。 また将来、炭素資源が必要になったとき、再利用も可能です。地中隔離によって80年分の二酸化炭素隔離が可能という試算もあるようです。

しかしジェームズ・ラブロック氏が指摘するようにカメルーンであった火口 湖のロール オーバーのような漏出事故が発生しないようにしなければなりません。

100年後の残留率は99%、1000年後の残留率は66-90%と推定されています。

海域地中隔離

日本などの海洋国家は深さ1,000mの大陸棚の海底の帯水層に貯留する海域地中隔離とか海洋隔離法が適しております。海域地中 隔離は52億 トン以上の貯留容量がありますが、2005年の年間総排出量は13.6億トンですから、4年分の容 量しかないことになります。廃棄物の海洋投棄を禁ずるロンドン条約は2006年11月、海域地中隔離を認めました。日本でも許可制で認めてゆくことになり そうです。

ノルウェー南部のモングスタットで天然ガス発電所から分離する二酸化炭素を回収液化し、250km沖合いの北海の海底下 1,000mに注入す る施設がスタット社により建設中です。年間の回収量133万トンの投資額は250億クローネ （3,700億円）。炭素税と同水準なのが採用理由だそうです。処理費は1ー5セント/kWh。

日本では2020年の実用化を目指し岩城市で調査中です。

2016-2019年に北海道苫小牧沖の砂に電力会社や石油精製からでる二酸化炭素10万トン /年貯留する 計画が進行中。事業費450億円。

海洋自然吸収

大気に比べ、海の二酸化炭素収容能力は膨大です。しかし海には深さ100m位に温度躍層があって、上層が暖かく中深層水とは対流 していないた め、大気中の二酸化炭素濃度があがると自然に吸収され、海水中の炭酸イオンが重炭酸イオンに変わ り、水素イオンが増えてpHが下がります。 過去200年間にpHは0.1下がったと推定されています。

そうすると海洋表層で過飽和になっている炭酸カルシウムがこれを中和して いますが、表 層の炭酸カルシウムが減少すると次第に酸性化してサンゴ礁が出来にくくなり 、太陽光で光合成する植物性プランクトンの生育を阻害してしまいます。

こういうわけで自然吸収法に期待できません。2006年に公表された IPCC第4次評 価報告によれば2000-2005年の人為的炭素排出量は72億炭素トンであるのにも関らず海洋や森林での自然の炭素吸収量は31億炭素トンしかありませ ん。自然にある海水の大循環で は不足しているわけです。海水を人為的に対流させればもっと早く吸収できるのですが、海水を人為的に循環することは膨大なエネルギーが必要で不可能です。

深海直接注入海洋隔離法

＜深海1000m＞

パイプでガス状または液状の二酸化炭素 を深度1000m程度の深海に注入して熔解させる方法で す。ローコストです。中深層水の海洋生物の多様性への影 響が懸念されて、大規模実験すら国際的に認められるかどうかはまだ不明です。第二の公害 発生ということになるかもしれません。

＜深海3000m＞

発電プラントの廃煙から回収した液化二酸化炭素を液化してその比重が海水より 重くなる海深3,000m位のところに直接注入して海底に二酸化炭素のプール(湖)を形成させる方法です 。欠点は湖の部分の海底生物は死滅することになります。100年後の残留率は65 -100%、500年後の残留率は35-85%と推定されています。

石灰石中和海洋隔離法

速度は遅いのですが、実際に海水に溶解した二酸化炭素は石灰石が溶けて重炭酸塩になってpHを一定に保つバッファー溶液となるの です。

海洋の酸性化の解決法としてケン・カルデイラらは回収した二酸化炭素を海水に溶かして海中に放流する とき石灰石を溶かし込む海洋隔離法を提案しております。ジェームズ・ラブロック氏もこれを支持しております。重炭酸カルシウム塩の水溶液にして海洋に放流 するので海水が酸性化しません。二酸化炭素の完全除去は無理ですが、放出量を減らせます。

石灰石は隔離する二酸化炭素の3.5倍の石灰石が必要となりますが、世界の石灰石資源は炭化水素燃料の1万倍あります。特に日本 には太平洋プ レートが数億年かけて運んで日本列島に付加してくれたサンゴ礁からなる石灰石資源は充分過ぎるほど あります。石灰石は海の生物に有害な重金属などを含まないものを選び、未溶解の石灰石微粉末は遠心分離するなどして白濁を防止する必要はあるでしょう。直 接放流よりコストはかかりますが、生態系を維持するコストと考えれば安いものです。

炭素への直接変換による隔離

和光信也筑波大学名誉教授が提唱されている太陽光をつかって大気中の二酸 化炭素を酸素 と安定した炭素へ変換して隔離する、救世山羊構想があります。

ブラック・ユーモアの類のように見えますが、そうでもありません。まず大 気中の二酸化 炭素水素を吸着か膜で分離・回収します。この二酸化炭素を水素で還元してCOにし、これと水素からメタンガスに します。それを触媒を使って1,600^oC程度で熱分解すれば炭素がカーボンブラックとして回収できます。分離する水素はリサイク ルします。生成 した炭素大気中に放置すれば自然酸化で再び二酸化炭素になりますので、 大気から隔離するか、タイヤなどの素材にして利用します。

類似技術に石油に含まれる硫黄分を水素化して硫化水素にしてこれを部分酸 化して硫黄に する技術があります。

3(Mg0.9Fe0.1)2SiO4＋4.1H2O＝1.5Mg3Si2O5(OH)4＋0.9Mg(OH)2＋0.2Fe3O4＋0.2H2(aq)

最終稿　April 2, 2007

追補版　Rev. September 24, 2021