この人工ガスはかつて核兵器の開発に使われていましたが、今では私たちの身の回りに存在しています

監査専門家：ガン・チアン

北京理工大学講師、応用化学博士

100年の歴史を持つ人工合成ガスです。かつてアメリカで核兵器を開発するマンハッタン計画で使用されました。また、優れた絶縁性を有しているため、さまざまな電気機器にも広く使用されています。存在を感じないかもしれませんが、このガスは常にあなたの周りに存在しています。それは何千もの家の明かりの裏に隠れているガス、六フッ化硫黄です。

しかし、六フッ化硫黄が地球環境に極めて有害な強力な温室効果ガスであることを知っている人はほとんどいません。

六フッ化硫黄の特性 六フッ化硫黄は、1900 年にフランスの化学者、モアッサン教授とルボー教授によってフッ素ガス中で硫黄を燃焼させることによって初めて得られた気体物質です。化学式はSF6で、常温常圧では無色、無臭、無毒、不燃性、非腐食性のガスです。

SF6 は、現在知られている中で最も化学的安定性に優れた物質の 1 つです。 500～600℃の温度では分解せず、酸、アルカリ、水などとも反応しません。数千度の高電圧電気アークの作用によってのみ、硫黄とフッ素の原子ガスに分解されます。しかし、アークが放出されると、それらは非常に短時間で SF6 に再結合します。

SF6分子モデル

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SF6は、類似のガスを上回る強い負電荷を持っているため、優れた絶縁特性を持っています。電界内の自由離散電子を容易に吸着し、より大きな質量を持つマイナスイオンを形成します。これにより、ガス内のイオン化衝突を効果的に低減し、実際に絶縁の役割を果たします。

通常の電界では、SF6 の絶縁強度は空気の 2 倍以上になり、ガス圧力が高くなるにつれて絶縁性能も向上します。同時に、SF6ガスの安定性により、空気をはるかに超えるアーク冷却効果も発揮します。

実際、実際の応用において、科学者は SF6 の絶縁能力が空気の数百倍も大きいことを発見しました。これらの優れた特性により、SF6 はさまざまな産業、特に電力産業で広く使用されています。

六フッ化硫黄の応用 現在、SF6は電気、航空宇宙、化学、物理学、気象、レーザー、医学などの分野で広く使用されています。

高純度 SF6 は最先端の科学研究および生産分野で重要な役割を果たしており、非常に必要とされる特殊ガスとして認識されています。

軍事分野では、魚雷や潜水艦の推進剤のエッチング剤や洗浄剤として使用されています。マイクロエレクトロニクス業界では、洗浄ガスやエッチングガスとして使用されます。光ファイバーの製造では、絶縁層のドーパントとして使用されます。合金製錬工程では、高純度SF6およびその混合ガスを保護ガスとして使用し、合金の酸化を防ぐことができます。医療分野では、SF6 は超音波血管造影、特に肝腫瘍血管造影用の安全な造影剤として使用できます。通常、SF6 は静脈内に注入され、その後呼吸によってゆっくりと排出されます...

電力業界では、SF6は優れた絶縁性、消弧性、化学的安定性により、空気と油に次ぐ電気業界の第3の絶縁冷却媒体となり、一連の導電性機器に広く使用されています。現在、中電圧配電設備のうち、六フッ化硫黄を消弧媒体とする中電圧配電設備は3,000万台ある。ガス絶縁全密閉型複合機器、回路遮断器、変流器、電源スイッチ、密閉型コンデンサバンク、変圧器、高電力ケーブル、避雷針など。

SF6の使用により、電力設備の小型化・軽量化、材料の節約、コストの削減、設備操作の安全性の確保、騒音の低減、作業環境の改善が可能になります。

しかし、六フッ化硫黄が初めて発見されたとき、人々はこのガスの強力な温室効果とそれが環境に与える害を認識していませんでした。

六フッ化硫黄の環境への危険性 SF6 ガスの使用が増加し続けると、大気中の SF6 の含有量も増加し続けます。現在、世界中で毎年排出されるSF6ガスの総量は二酸化炭素（CO2）換算で1億2,500万トンに相当し、毎年10％の割合で増加し続けています。そのため、SF6ガスは、1997年に調印された京都議定書において、国連気候変動枠組条約締約国によって制限される6つの温室効果ガスの1つとしてリストされました。その恐ろしい温室効果の主な理由には、次の2つの側面が含まれます。

排気ガス

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まず、SF6 の地球温暖化への影響は驚異的です。地球温暖化係数（GWP）は、さまざまなガスが地球の温室効果に与える影響を直接比較する指標です。地球温暖化係数とは、100 年という限られた時間枠内で、同じ効果を持つ二酸化炭素の質量に対するさまざまな温室効果ガスによって生み出される温室効果を指します。 1キログラムのCO2が生み出す温室効果を単位として、さまざまな温室効果ガスが環境に与える影響を比較します。科学者たちは、SF6 1kg の放出は CO2 23,900kg の放出に相当し、つまり SF6 の気候温暖化力は CO2 の 23,900 倍であるということを発見しました。

2019年、BBCは、CO2が気候温暖化の主な原因の1つとして認識されているものの、SF6が人類が知る最も恐ろしい温室効果ガスであると報じました。わずか 1 kg の SF6 が、ロンドンとニューヨーク間の往復飛行で 24 人が排出する CO2 と同程度の地球温暖化に寄与します。

第二に、SF6は分解が非常に難しく、その存在期間は3,000年以上にも及ぶことがあります。それは蓄積し続け、かなりの程度まで温室効果にも寄与します。 SF6は化学的性質がかなり安定した人工合成ガスであるため、空気中に放出されても他の物質と反応することは極めて困難です。大気中に蓄積され続けるにつれて、それがもたらす温室効果も強まり続けています。

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現在、SF6はさまざまな産業で広く使用され、大きな役割を果たしているものの、大気環境に多大な害を及ぼしており、まさに「最も恐ろしい温室効果ガス」と呼ばれています。そのため、近年、国際社会はSF6の排出に注目し始めており、各国ではSF6の使用を規制し、SF6ガスの回収・再利用を強化する政策が導入されています。同時に、SF6 応用産業の中には、SF6 の使用を削減するために、徐々に技術的な改善を行ったり、他の代替ガスを研究したりしているところもあります。しかし、電力業界におけるSF6の消費量は依然として膨大であり、現在の研究結果に基づくと、電力業界でSF6を完全に置き換えることができる単一のガスまたはガス混合物はまだ存在しません。

したがって、SF6（六フッ化硫黄）の温室効果の問題に対処するには、まだ長い道のりが残っています。