研究者に聞く

若松：東京で初めて光化学大気汚染が顕在化し、被害が出たのは1970年です。光化学大気汚染は主にオゾン(O₃)により引き起こされますが、その濃度は最近でも改善されていません。都心などにあった極端な高濃度地域は減っていますが、広域的には依然として大きな問題になっています。

　光化学大気汚染は、窒素酸化物(NOx)や揮発性有機化合物(VOC)が紫外線の光化学反応によってオゾン等を生成し、その強い酸化作用により人体や生態系に悪影響を及ぼすものです。NOxとVOCは相互依存的に作用します。日本ではこのうちNOxを中心とした対策が行われてきたため、研究もNOx関連が主なものでした。もちろん、VOCも研究課題として取り上げることが必要との指摘は以前からありましたが、主要な成分だけでもベンゼンやトルエンなど100種類以上にのぼり、測定法が確立されていないものも多く、発生源、環境実態もよくわからないなど研究は遅れていました。しかし、一方でそれ自体で有害なVOCがあることや光化学反応でできたオゾンと反応して粒子状物質(PM)を生成することなどから、最近ではVOCへの関心が高まっています。このような背景から、VOCの発生源の把握、環境中の挙動などをテーマに今回の研究を行いました。

若松：アメリカではカリフォルニア州が中心ですが、光化学大気汚染の対策としては炭化水素(HC)の規制が非常に厳しいのです。欧米でもとくに自動車を中心にVOC排出について情報収集が盛んです。もちろん、光化学大気汚染を減らすこととオゾンを減らすことが目的です。それに対して、日本ではNOx規制が中心で、VOCは非メタン炭化水素(NMHC)として捉えられています。つまり、メタン以外の炭化水素全体の評価はされていますが、個々の物質の環境濃度については、ほとんど研究されてきませんでした。社会的要請が大きくなかったこともありますし、VOCの測定は人手と機材を必要としますので、それらの調査の蓄積も十分ではなかったんです。したがって発生源に関してもあまり情報は得られていませんでした。

若松：必ずしも質問どおりの答えにはなりませんが、自動車などの移動発生源も工場などの固定発生源も、ともにVOC発生量は下がってきています。増えてはいません。とくに自動車については排ガス規制によりNOxを下げてきたため、かなりエンジンが改良されてます。走行量の多いガソリン乗用車には触媒装置もついていますから、VOCもいっしょに下がっています。車種によって改善の程度は違いますが、昔の自動車より排気ガスとして発生するVOCは減っています。固定発生源についても、工場での工程管理などがしっかりしてきて、環境中への排出も減っています。

　NMHCのモニタリングを見ても濃度はずっと低減傾向にあります。つまりNMHCやVOCの対策は直接的には行われなかったのですが、NOx対策などの結果として下がってきたというのが現状です。ただ、問題が解決したということではありません。遅きに失したきらいはありますが、有害化学物質問題やSPM生成の面からも、早急な研究・対策の充実が必要です。事実、VOC高濃度地域は道路に沿ってその領域を拡大しています。したがって個々の自動車からの発生量は減っていても、沿道環境としては交通量の集中などで負荷が増加していると考えられます。道路だけでなく他の発生源も含めたVOC全体の負荷量をより正確に把握することが必要と考えたのです。

若松：まずは塗料溶剤関係ですね。組成についてはまだ十分とはいえませんが、地理的分布を含めた精度の高い発生源推定ができました。今回の研究までは、溶剤起源のVOC排出量の推定は20年以上も前に私が行った手法が使われていて、現状にあわなくなっていました。今回は、成分別発生量を把握する手法について、以前使っていた「溶剤総使用量と各種VOCの発生源周辺環境濃度から推定する手法」から「塗料生産量と含まれている溶剤そのものの組成情報や一般的な除去対策の状況から推定する手法」に替えて、それらの情報をヒアリングにより集め、新たに発生量を求めました。これにより最新の組成データに基づくより正確な情報が得られました。

　もう一つは、地理情報システム(GIS)を使った地理的分布の推定です。これまで国立環境研究所が行ってきたいくつかのプロジェクトで作られてきたシステムです。塗装に関係する生産活動のメッシュデータを基にして発生量のメッシュ分布を推定しました。自動車排ガスについては、GIS上の走行情報に排出係数をかけて、メッシュ排出分布を推計しました。こういったデータはシミュレーションモデルなどに使用できます。さらに、各発生源によって推定精度に違いはありますが、固定発生源、移動発生源を包括した全体像を既存の情報なども収集して明らかにすることができました。なかでも、自動車による寄与をこれまで以上に包括的に推定できたことは大きな成果だと考えています(図1、2)。

若松：それは見方によります。これまでは排気管(テールパイプ)から出るVOCのみを自動車からのVOC排出量と考えていました。しかも排出量はシャシーダイナモ(回転するローラー上に駆動輪を載せ、道路上での実走状態を再現する実験装置)によって測定したもので、気温25℃、湿度50%、そして自動車がある程度暖まった状態で決まったパターンで走行するという条件下のものです。経済産業省の発表でも自動車からのVOCは全VOCの14～15%という説明がされてきましたが、VOCはアイドリングやコールドスタート時も発生しますし、テールパイプ以外にも燃料タンクからの蒸発発生があります。さらに自動車そのものだけではなく、ガソリンスタンドで蒸発するVOCもあります。それらをすべて含めると、15%ではなく27%くらいになります。つまり見方を変えると、自動車に関連するVOCの寄与は従来の倍くらいになってしまうのです。

若松：ポイントは二つあります。まず光化学大気汚染の構造の把握に役立ちます。光化学反応の反応性はVOCの成分によって違います。たとえNMHCとして同じ濃度でも、物質によってオゾンのできる量が違うため、汚染状況は変わってきます。VOCの成分や発生量、濃度がわかれば、それをモデルに入れることによって、生成するオゾンの地域分布や立体分布の予測ができます。もう一つは、VOC自体の健康影響の推定に役立ちます。とくにベンゼン、ホルムアルデヒド、1,3-ブタジエンなどは発がん性が問題視されていますが、それらの物質ごとの発生量がわかれば、人のばく露量推定などが可能で、地域ごとの健康リスクの差などの検討や情報提供もできるようになります。このリスク評価の観点ではとくに個別物質の情報の把握が重要です。これら二つの応用研究が、VOCの組成別排出の地域分布推定を行ったことの意味となります。

若松：主に外国の報告ですが、1,3-ブタジエンは道路上でドライバーへのばく露の可能性が高い物質として注目されています。1,3-ブタジエンは、発がんユニットリスクがベンゼンに比べて100倍高いという報告もあり、オゾン生成能についても20倍くらい高いといわれています(表１)。自動車からの排出量(図2)はベンゼンの方が1,3-ブタジエンよりかなり多いのですが、発がん性や光化学反応性を考えると、1,3-ブタジエンの方が危険性は高いと考えられます。ただ、1,3-ブタジエンは発生しても数分以内に反応して別の物質になりやすいので、発生源から離れると影響は急速に減少します。

若松：そうですね。日本で1,3-ブタジエンの発生量を全国的に推計した例は、あまり聞いたことがありません。アメリカやオーストラリアでは、ドライバーの1,3-ブタジエンへのばく露が問題になっています。たとえば前を走っているダンプカーがエンジンを吹かして1,3-ブタジエンを出し、それを後ろのドライバーが吸い込むような場合は、大きなばく露が起こります。さらに沿道の商店で働く人々、歩行者など沿道で直接排ガスにばく露される人々についても影響が懸念されます。

若松：図2をもう一度見ると、車によって出るものや量が違っています。大型ディーゼル車が中心の貨物車では、1,3-ブタジエンやホルムアルデヒドなどが多く出ています。それに比べてベンゼンはガソリン車からも多く出ています。また1,3-ブタジエンは燃料中には含まれておらず、燃焼されて初めて発生する二次生成物質で、規制項目になっている国もあります。

若松：トンネル調査では、シャシーダイナモでは得られない燃料の蒸発、整備不良車からの過剰排出などを含めた実際の交通からの排出データが得られます。しかし、今回は限られた調査ですので、シャシーダイナモによる排出データと実際の交通からの排出では、どのくらい差があるかを確かめることを主な目的としました。結果を見ますと、シャシーダイナモのデータとトンネル調査で得られた知見は、物質別排出比率の傾向や排出係数のレベルはおおむね合っていました。今回のトンネル調査は2カ所だけで車種や車速が限られているため、この結果を使って全国の排出実態を推定するのは無理だと思いますが、基礎となる知見は得られたと考えています。

若松：諸外国では一般的に行われていますが、日本ではトンネルで調査をすることに対する担当機関の許可を得るのが難しいという問題があります。これまで何回も調査を計画しましたが、「危険性」や「道路管理上の理由」などで許可してもらえずほとんど実行できませんでした。また、さまざまな交通関係の調査やモニタリングデータも一部しか公開されていないため、結果の解析や推計が難しくなることもあります。今回の調査は東京都との共同・協力で行うことができました。

若松：この研究は3年間続けたのですが、最後の１年間は現在実施しているPMの研究につながるように進めてきました。VOCは紫外線と反応してオゾンを作り、その結果さらに反応が起きて、硝酸塩や硫酸塩などの粒子状物質を生成させる働きがあります。また、VOC自身も反応して有機粒子状物質になったり、粒子状物質に付着するようになっていくことがわかってきました。

　VOCの動態を解明することは粒子状物質の研究にもつながっており、今回の研究の成果がPM_2.5およびDEPの研究をサポートしていると理解していただいてよいと思います。

　DEPはDiesel Exhaust Particlesの略で、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質のことです。ディーゼルエンジン燃焼室で、粒径が数ナノメートル(nm)から数十nm(1nm：10億分の１m)のきわめて小さな粒子が発生し、排ガスとともに排気管を通って環境中に排出され、凝集したり凝縮性物質が付着することによって数十～数百nmのDEPとなります。またガス状物質として排出された炭化水素、窒素酸化物、硫黄酸化物が環境大気中で光化学反応などにより二次的に微小粒子を生成することもあります。これまで含めると、PM_2.5のかなりの部分はディーゼル排出物由来だともいわれています。

　粒子状のDEPは排出後、時間とともに大きく成長するだけでなく、形状も丸いもの、房状のものなど多彩です。またエンジンや運転条件などによっても排出量や組成が変わるなど物理的な解明も必要です。さらに、これらがどのようにして人の健康に影響を与えているかなど、研究課題はたくさんあり、国立環境研究所ではさまざまな研究を実施中です。