火力発電の環境対策には何がありますか？

SOxは排煙脱硫装置、NOxは燃焼の工夫と排煙脱硝装置、ばいじんは電気集じん器で減らし、CO2は効率向上で減らします。

排煙脱硫装置のしくみは？

石灰石を混ぜた液を排ガスに吹きかけ、二酸化硫黄と反応させて石こうとして取り出す、石灰石-石こう法が多く使われます。

排ガスにアンモニアを吹きこみ、触媒の上で窒素酸化物を無害な窒素と水に分解する、アンモニア接触還元法が使われます。

脱硝の触媒は排ガスが高い温度のときによく働くので、熱を回収して温度が下がる空気予熱器より前に置かれます。

線電極のまわりのコロナ放電でばいじんに電気を帯びさせ、クーロン力で平板の集じん極に集めて取り除きます。

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火力発電の環境対策は、SOx を排煙脱硫装置、NOx を排煙脱硝装置、ばいじんを電気集じん器で取り除き、CO2 は発電の効率を上げて減らす、の4本立てです。機器が並ぶ順番は排ガスが通る機器の順番、電気集じん器のしくみはばいじん対策の節にまとめました。

火力発電所の煙突から出る排ガスは、そのまま出すと大気汚染の原因になります。そこで発電所には、煙突に行くまでの間に、汚れを取り除く装置がいくつも並んでいます。この記事では、何を、どの装置で、どんなしくみで取り除いているのかを、計算も使いながら整理します。

燃料を燃やすと、熱と一緒に、取り除かなければならない物質が出てきます。どれが何の原因になり、どの装置で減らすのかを、まず一覧で押さえます。

物質	出てくる理由	引き起こす問題	主な対策
硫黄酸化物（SOx）	燃料に含まれる硫黄が燃える	酸性雨・ぜんそくなど	排煙脱硫装置、硫黄の少ない燃料
窒素酸化物（NOx）	空気中や燃料中の窒素が高温で酸素と結びつく	酸性雨・光化学スモッグ	燃焼の工夫、排煙脱硝装置
ばいじん	燃え残りや灰の細かい粒	大気の汚れ・健康被害	電気集じん器
二酸化炭素（CO2）	燃料の炭素が燃える	地球温暖化	発電効率の向上、LNGなど炭素の少ない燃料

つまり、SOxとNOxとばいじんは「出てきたものを取り除く」、CO2は「出る量そのものを減らす」という、違う方向の対策になります。

日本の大きな火力発電所で多く使われているのが、湿式の石灰石-石こう法です。石灰石（炭酸カルシウム）を水に混ぜた液を排ガスに吹きかけ、二酸化硫黄と反応させて石こう（硫酸カルシウム）として取り出します。

分子量（分子1個の重さの目安）は、石灰石CaCO3が100、二酸化硫黄SO2が64、石こうCaSO4・2H2Oが172とします。反応式から、SO2が1個に対してCaCO3が1個使われ、石こうが1個できます。

できた石こうは、セメントや石こうボードの原料として再利用されます。汚れを取り除くだけでなく、資源として使えるのがこの方法の強みです。

NOxは、燃焼温度が高く、酸素が多いほど多く出ます。そこで、まず燃やし方を工夫して出る量を減らし、それでも出た分を排煙脱硝装置で分解します。

対策	しくみ
低NOxバーナ	炎の温度が局所的に高くなりすぎないように燃やす
二段燃焼	空気を2回に分けて入れ、酸素が少ない状態で燃やし始める
排ガス再循環	排ガスの一部を燃焼用空気に戻して、炎の温度と酸素濃度を下げる
排煙脱硝装置（アンモニア接触還元法）	アンモニアを吹きこみ、触媒の上でNOxを窒素と水に分解する

電気集じん器は、排ガスの中の細かい粒（ばいじん）に電気を帯びさせ、電気の力で電極に吸い寄せて取り除く装置です。

排ガス処理の装置は、それぞれが得意な温度に合わせて並んでいます。代表的な並び方は次のとおりです。

発電所によっては、集じん器を脱硫装置の後ろにもう一段置くなど、組み合わせが異なることがあります。試験では、問題文の流れに沿って、温度の考え方で判断するのが確実です。

CO2は、燃料の炭素が燃えれば必ず出るので、排ガスから取り除くよりも「同じ電気をつくるのに使う燃料を減らす」ことが基本の対策です。発電効率が上がれば、1kWhあたりのCO2は減ります。

汽力発電の効率が40%前後なのに対し、ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせたコンバインドサイクル発電は、より高い効率を出せます。さらに、同じ熱量で比べると炭素の少ないLNG（液化天然ガス）を使うと、CO2をいっそう減らせます。

火力発電の環境対策は、装置のしくみを問う空欄穴埋めと、CO2排出量の計算の両方で出題されています。

年度・問題	形式	ポイント
令和3年度問4	空欄穴埋め	電気集じん装置。集じん極は「平板電極」、放電極は「線電極」、「高電圧」で「コロナ」放電、ばいじんは「槌でたたいて」落とす
令和7年度上期問3	論説（誤りを選ぶ）	燃焼ガスの通過順序。正しくは節炭器→空気予熱器→電気集じん装置
令和5年度上期問15・令和6年度下期問15・令和7年度下期問15	計算（B問題）	火力発電所の燃料消費量や熱効率と、二酸化炭素の排出量