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第４回　化石燃料資源：石炭

配付プリント等

• 　化石燃料（Fossil Fuels）の中で石油（Oil）に次いで世界消費量〔火力発電（Thermal Power Generation）での利用が多い〕が多いのは石炭（Coal）です。石炭は固体（Solid）ですので、それが何から形成されたかは詳しく分かっています。世界の主要な石炭は約３.０〜３.５億年前頃の古生代（Paleozoic）の石炭紀（Carboniferous）と言う時代にシダ植物（Ferns）から形成されました。地球４６億年の歴史の中で約４０億年前に生命（Life）が誕生し、生物（Organism）は海中で長い時間をかけて進化（Evolution）を遂げ、約４億年前頃に海から陸へ進出しましたが、最初に陸上で繁栄した植物（Plant）がシダ植物です。その後、裸子植物（Gymnosperms）そして被子植物（Flowering Plants、Angiosperms）へと主役の座は移りますが、これらはそれぞれの時代において石炭を生み続けました。森林（Forest）を形成するような樹木（Tree）の幹（Trunk）部分が石炭の主要部分になっていますが、樹木等が砕屑物（Detritus、Clastics）と共に河川（River）等によって運ばれ、湖沼（Lakes）や海洋（Sea、Ocean）の沿岸（Coast）周辺に堆積し、やがて地下へ埋没（Burial）するに従って地温と地圧が上昇し、植物を構成する主にセルロース（Cellulose）やリグニン（Lignin）成分が石炭へと変化したと考えられています。その有機化学反応による石炭への変化の過程は石炭化作用（Coalification）と呼ばれています。主に脱水（Dehydration）と脱炭酸（Decarboxylation）と脱メタン（Demethanization）の反応によって、炭素（Carbon）に富む方向に変化しました。石炭を構成するのは多種類の高分子有機化合物（Macromolecule Organic Compounds）です。
  　石炭は、堆積作用（Sedimentation）によって形成されたものですから、鉱物（Mineral）質の堆積物（Sediment）を不純物（Impurity）として含むものも多いし、石炭化度の段階も様々ですから、その性質はかなり変動します。最も石炭化度が高いものは、炭素成分が非常に多い無煙炭（Anthracite）と呼ばれるものです。石炭化度がそれよりも低いと、瀝青炭（Bituminous Coal）・亜瀝青炭（Subbituminous Coal）・褐炭（Brown Coal−Lignite）のように名づけられています。さらに石炭化度が低い泥炭（Peat）は、普通は石炭に含められていません。
  　石炭は上記のように成分の変動が大きいために、成分毎に埋蔵量（Reserve）と生産量（Production）の統計をとる必要があるのですが、一般的には高品位の無煙炭と瀝青炭のグループと褐炭を中心としたグループとの２つに分けられている場合が多いようです。石炭は化石燃料の中で最も埋蔵量が多いのですが、不純物も多いため、利用に伴って灰（Ash：燃焼によって気体に変わらなかった部分で、鉱物分が主体）や硫黄酸化物（Sulfur Oxide、SOx）・窒素酸化物（Nitrogen Oxide、NOx）などの負荷（Load）気体などが排出されます。埋蔵量が多いために価格も安いのですが、このように環境に対する負荷が大きいので、環境問題（Environmental Issue）に対する対策上は消費を抑える取り組みが行われています。同時に、量が多く安いという魅力がありますので、クリーンな利用方法〔クリーン・コール・テクノロジー（Clean Coal Technology）や炭素固定（Carbon Fixation）技術の開発など〕も研究されています。
• 『化石燃料資源：石炭』。講義内容は以下について。
  �@石炭化作用：
  　１）起源物質と生成時代
  　２）脱水・脱炭酸・脱メタン
  　３）石炭の分類
  　４）セルロースとリグニン
  �A石炭の埋蔵量と生産量：
• 配布プリント3枚�B。出席票。
  【1枚目】
  表2.1、表2.2、図2.1、（セルロース）、（リグニン）、（世界の主要な石炭・石油・ウラン鉱床）…『地球の資源/地表の開発』（65,66,67,69,70p,裏表紙見返し）
  表2.1.1、表2.1.2、図2.1.2…『石炭技術総覧』（35,37p）
  【2枚目】
  図2.2…『地球の資源/地表の開発』（73p）
  表2.5.1…『石炭技術総覧』（74p）
  図�W-2.1.1、図�W-2.1.2、表�\-1.4、図�\-1.4…『コール・ノート』（155,156,596,597p）
  図6.2.2…『資源エネルギー年鑑』（398p）
  図�V-1、図�V-3…『エネルギー2002』（95,101p）
  【3枚目】
  表�V-1、図�V-2、表�V-3…『エネルギー2002』（97,98,100p）
  図3.2.5、図3.3.2、図3.3.4、図3.4.1…『石炭技術総覧』（92,118,119,146p）
• 紹介した参考図書：
  �@資源エネルギー庁石炭部（監修）（1997）：コール・ノート　1997年版．
  　　　最近における石炭関連情勢、国内石炭鉱業、需給、海外石炭資源開発、石炭技術の開発、コール　チェーン、環境問題、関連業界の動向、石炭の基礎知識のように、石炭関連の情報を一冊にまとめた便利な書。年刊。
  �A（財）エネルギー総合工学研究所石炭研究会（編著）（1993）：石炭技術総覧．
  　　　石炭を高度に、しかも地球規模の環境に優しく利用するためには、どうすれば良いかをめざして一般向きに書かれたもの。
  �B西岡邦彦（1990）：太陽の化石：石炭　−アグネ叢書2−．
  　　　石炭の採掘から利用研究まで経験した石炭屋により一般向けに書かれたもの。
  �CJCOAL〔（財）石炭エネルギーセンター〕による刊行物．
  　　　『ワールドコールレポート』（160p）、『石炭の開発と利用のしおり』（22p）、『日本のクリーン・コール・テクノロジー』（116p）、など。

補足説明

全般	地球資源関連用語は『地球資源関連用語集』のページを参照。 地球科学用語は『地球科学用語集』のページを参照。

• 時間切れで説明していない内容。
  �B石炭の熱分解：
  �C新しい石炭利用（クリーンコールテクノロジー）：

• 『石炭とは』のページを参照。
• フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』による説明を参照してください。
  ■Category:石炭（Category:Coal）／石炭（Coal）／無煙炭（Anthracite）／歴青炭（Bituminous coal）／褐炭・亜炭（Lignite）／泥炭（Peat）／
  ■炭鉱（Coal mining）／Category:Coal mining／Category:炭田（Category:Coal mines）／Category:日本の炭田（Category:Coal mines in Japan）／釧路炭田／太平洋炭礦／釧路コールマイン／ボタ山（Spoil tip）／
  ■コークス（Coke）／石炭化学／
  ■セルロース（Cellulose）／リグニン（Lignin）／

【石炭化作用】

• 図2-1　Krevelenのコールバンド （財）エネルギー総合工学研究所（HP/1997）による『低品位炭の改質技術』の『2　低品位炭の特性』から

• 相原（1979）による『石炭のダイヤゼネシスと石炭化作用』から

• 図K2　ケロジェンおよび石炭マセラルのタイプ： タイプI〜IIIケロジェンが示されている。縦軸が水素/炭素比(H/C)，横軸が酸素/炭素比(O/C)で，van Krevelen図という。H/C，O/Cが高いほど熟成度が低い。石炭の場合は、その端成分の種類で判別されている。水生藻類由来のalginite，植物の表皮や胞子などから形成されるexinite，木質のvitriniteで表現されている（Vandenbroucke and Largeau, 2007引用）。 北大・理・生物地球化学研究室（HP/2011/5）による『生物・高分子地球化学トピックス』による

【石炭の分類】

• 【第222-5-6】石炭の分類と品位の例 資源エネルギー庁（HP/2004）によるエネルギー白書2004年版の『第2部　エネルギー動向　5．石炭』から ※CSNはCrucible Swelling Numberの略であり、るつぼ（坩堝）膨張指数と呼ばれる。

• 表1-2-1　JIS石炭分類（JIS M1002）	表1-2-2　我が国とアメリカの石炭分類法の対比
  （財）電力中央研究所（HP/2002）による『電中研レビュー第46号　微粉炭火力発電技術の高度化　―環境性の向上と発電コストの低減―』の『第1章　石炭の特徴・性状』から

【世界の石炭需給】

• 【第222-3-1】世界の石炭可採埋蔵量 （注） BP 統計では、World Energy Council, Survey of Energy Resources 2009（2007 年末のデータ）を引用 （出所） BP, Statistical Review of World Energy 2009 をもとに作成	【第222-3-2】世界の石炭生産量の推移 （注） 2008 年データは見込み値。 （出所） OECD/IEA, Coal Information 2009 をもとに作成
  【第222-3-3】世界の石炭消費量の推移 （注） 2008 年データは見込み値 （出所） OECD/IEA, Coal Information 2009 をもとに作成	【第222-3-6】世界の主な石炭貿易（2008年見込み） （注） 300 万トン未満のフローは記載しておらず、青字は対前年比増、赤字は対前年比減を示している。輸入側の「北米」には、メキシコを含める。中国の輸入量は「その他アジア」に含む （出所） OECD/IEA, Coal Information 2009 をもとに作成
  資源エネルギー庁（HP/2011/5）による『エネルギー白書2010』から

• 〔（財）石炭エネルギーセンター（Japan Coal Energy Center）の『石炭とエネルギー』の中から〕

【日本の石炭需給】

• 【第112-2-5】日本の石炭供給量の推移 （出所） EDMC「エネルギー・経済統計要覧2010」	【第213-1-15】国内炭・輸入炭供給量の推移 （注） 輸入一般炭には無煙炭18 を含める。 （出所） 2000 年度までは経済産業省「エネルギー生産・需給統計年報」、2001 年度より財務省「日本貿易統計」、JCOAL「炭鉱別石炭生産月報」をもとに作成
  【第213-1-16】日本の石炭輸入先（2008年度） （出所） 財務省「日本貿易統計」をもとに作成
  資源エネルギー庁（HP/2011/5）による『エネルギー白書2010』から

【クリーン・コール・テクノロジー】

• クリーン・コール・テクノロジー体系 （財）石炭エネルギーセンター（2006）による『日本のクリーン・コール・テクノロジー』から

• 【第132-5-4】主なクリーン・コール・テクノロジーの概要 〔資源エネルギー庁による『エネルギー白書 2004年版』から〕

参考

【セルロースとリグニン】

• （社）日本木造住宅産業協会の中の土居（HP/2011/5）による『木についてのおさらい』から ※セルロース（cellulose、繊維素）は(C6H10O5)nからなる炭水化物（多糖類）。リグニン（lignin、木質素）は〔C9H10O2, C10H12O3, C11H14O4〕などからなる高分子のフェノール性化合物。

【国内／海外の価格差】

• 〔資源エネルギー庁の『エネルギー情勢』の中の『石炭』から〕

【日本の産業別消費量】

• 【第213-1-17】石炭の用途別消費量の推移 （注） コークスのデータは統計の変更により2000 年度まで （出所） 2000 年度までは経済産業省「エネルギー生産・需給統計年報」、2001 年度以降「石油消費動態統計年報」、「電力調査統計年報」より.日本エネルギー経済研究所計量分析ユニット算定（「エネルギー･経済統計要覧2009 年版」）をもとに作成 資源エネルギー庁（HP/2011/5）による『エネルギー白書2010』から

• 〔（財）石炭エネルギーセンター（Japan Coal Energy Center）の『クリーンに利用される石炭』の中から〕〕

【日本の炭鉱】

• 炭田については『炭田』のページを参照。
• 日本における稼行中の炭田（炭鉱）は、北海道に８ヵ所程度存在し、その中で坑内採掘を行っているのは釧路炭鉱のみである（残りは露天採掘）。2007年度の国内生産量は国内需要の0.7％程度であった。

• （財）石炭エネルギーセンター（HP/2011/5）による『石炭の開発と利用のしおり』から