知の冒険シリーズ

エネルギーシステムの安全研究ユニット 三宅淳巳 教授
『安全工学からリスク共生学へ』(前編)

はじめに

 皆さん、こんにちは。コロナ禍はたいへんですよね。「こんなリスク、一昨年までは無かったのに」と嘆いても仕方のないこと。 百年前はスペイン風邪に苦しめられました。歴史の中で、常に旧いリスクは去り、新しいリスクが生まれています。 進化への適応はたいへんですが、それだけに「世に研究の種は尽きまじ」。リスクの研究も新陳代謝を繰り返して来ました。
 この文では、一人の研究者の研究を四十年あまりについて振り返り、研究内容の変遷とそ思想・行動の変化を見てゆきます。 研究者は、横浜国大の三宅淳巳、安全工学、リスク共生学の専門家です。振り返ってみると、その時々の研究課題が、 その時代の社会を反映していることが浮かび上がって来ます。
前編は「リスクとの出会い」として、学生時代から助手になってオランダに留学するまでを紹介します。 後編は「リスク共生学への道」として帰国した三宅が思考を深耕し、フィールドを展開してゆく様子を紹介します。
 それでは、これからいっしょに見てゆきましょう。

(前編)リスクとの出会い

はじめに、読者への質問を二つ。
第一問:資料を4件紹介する。共通して登場する人物は誰か。
第二問:その人物について、知っていることを記せ。

《資料1》
 本プロジェクトの目的は、水素ステーションの社会実装実現のために、大規模に普及する前に、計画・導入・普及のそれぞれの 段階における水素ステーションや水素輸送のリスクを洗い出し、その安全性を検討するための考え方を整えることにより、必要かつ 合理的な対策・規制の検討を支援することを目的とした。また目的を達成するために、従来の工学的リスク評価に加えて社会総合リスク の観点からも分析する新たな手法を基に、水素ステーションシステムの社会総合リスクアセスメントガイドラインを作成し、社会総合 リスクアセスメントを実施した [1]。

《資料2》
 化学製品の製造現場である化学プラントでは種々の化学物質が異なる条件で取り扱われ,各種の法規制によりそれぞれのハザードに対応した対策がとられてきた.一方,化学物質を取り巻く社会状況の変化やリスク概念の普及に伴い,規制緩和の裏返しとしての自主保安,自主管理が強く求められ,化学物質やプロセスの個々の特性に応じた適正な管理手法の確立と推進が化学産業界に大きく取り上げられ,その中でリスクアセスメントの必要性が認知されるようになった.本稿では,化学物質及び化学プロセスにおけるリスクの内,トラブルや事故に起因する化学物質やエネルギーの,系外への非定常放出に伴うリスク,すなわちフィジカルリスクの解析手法に関する現状と課題について概説する[2]。

《資料3》
 火薬類に代表されるエネルギー物質への衝撃エネルギーの付与による反応開始から、反応進行、定常爆轟に至る超高速のプロセスを、高分解能圧力素子を利用した計測システムにより実時間計測を行い、計測結果の現象解析と超高速度カメラおよび高速度ビデオ撮影による凍結画像により確認した。それらを基に極限反応の機構に関する分子論的解釈と爆ごうモデルの確立を試み、その上で爆発リスクアセスメントシステムへの導入について検討を行なった[3]。

《資料4》
 硝酸アンモニウムは少量では爆発しない。エネルギーを放出して気化してしまうからだ。しかし、密閉された空間で大量に保管されていると状況が違う。何らからの引火物によってセ氏170度を超えると溶け始め、210度で分解されてガスになるが、一部で反応が進んでも他の硝酸アンモニウムに阻まれて全部は気化せず液体のまま反応が進んで発熱する。「この熱が近くの硝酸アンモニウムの反応も促して連鎖が進む[4]。

 さて、答えはわかっただろうか。第一問の正解は「横浜国立大学理事・副学長、先端科学高等研究院(IAS)前副高等研究院長・エネルギーシステムの 安全研究ユニット前主任研究者・教授三宅淳巳」である。先に正解が出ているから難しくないよね。《資料1》は、内閣府の研究開発テーマの終了報告書 からの抜粋で、三宅淳巳は研究責任者である。《資料2》は日本信頼性学会の学会誌に掲載された解説記事の抜粋で著者は三宅淳巳(単著)、《資料3》は 科研費「エネルギー物質の非理想爆ごうモデルの確立と爆発リスク解析システムへの展開」の研究成果報告書一部であり、三宅はその研究代表者である。 そして《資料4》は日経新聞(電子版)の抜粋だが、2020年8月にベイルートで発生した大規模な爆発についての解説で、コメントしたのは三宅である。 わざと隠したが、引用部の直前に「三宅さんによると」が、直後に「(三宅さん)という」という文節が続く。
(写真1 インタビューに応える三宅淳巳教授(2018年当時):横浜国立大学提供)

 そうすると、第二問の回答は、「三宅淳巳」について知っていることを書けば、それが一つの解答なる。私もトライしてみよう。少し長くなるが、最後まで読んででいただければ幸いである。

1.『水素エネルギーの可能性とリスク』

 まず、三宅はどのような研究をしているのだろうか。冒頭の資料1〜4を読み返せば、朧げにでも形がわかってくるだろうか。三宅が率いるIASエネルギーシステムの安全研究ユニットの研究課題を見れば、もう少しよくわかるだろう。研究課題は「石油コンビナートの防災・減災」「水素システムの安全性評価」「極限環境加速限界試験(HALT)」「凝縮相エネルギー物質の燃焼・爆発学理の構築と応用研究」の4本立てである[5]。これだけで三宅の研究がシステムの「災害」「安全」「爆発」についてのものであることがわかる。

  でも、これだけではあまりにも漠然としすぎて、さっぱりわからない。詳しく知るために、この中から代表とし水素システムの安全性評価」を取り上げて紹介しよう。

 「水素」と聞けば何を思い浮かべるだろうか。まず、これは気体だ。軽い気体、燃えやすい気体、水を電気分解してできる気体。小学校だったか中学校だったか、理科の実験で水の電気分解をしたことを思い出す人もいるだろう。導電性の水に電極を浸して電流を流すと、電極からブクブクと泡が出てくる。これを伏せた試験管で受け止めて多く溜まったほうが水素、水素の半分だけ溜まった方が酸素だった。水素の試験管に小さな炎を近づけると、「ポンッ」という音がして小爆発が起こった。電気分解は、水に電気エネルギーを与えると水素と酸素に分解することを示している。反対に、水素と酸素が結合すると、水とエネルギーを生みだす。「燃料電池」はこの原理を利用して電気エネルギーを取り出す仕組みだ。電気分解のちょうど逆である。

 この仕組みを利用して自動車を走らせるのが「燃料電池自動車」だ。トヨタが「MIRAI」という車を販売している。石油の代わりに水素を使うので、走行するときには二酸化炭素を排出しないクリーンなエネルギーだと言われている(「走行するときには」と限定したのには理由があるが、ここでは詳しく立ち入らない)。

 ところで、水と爆発・燃焼しやすい性質の水素を、高圧に圧縮して積んだタンクローリーが走っても危険はないのだろうか。水素を車に充填する水素ステーションがガソリンスタンドの中にあって、ガソリンや軽油の近くで水素を保管し、車に充填しても安全なのだろうか。疑問と不安は尽きない。

 「水素システムの安全性評価」はこのような疑問と不安に応えるための研究だ。水素が安全に利用できる方法を見極めることを目指している。例えば、三宅の研究チームは内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)「エネルギーキャリアの安全性評価研究」という研究プロジェクトに参加し、「エネルギーキャリアに関するステーションのリスクアセスメント」「エネルギーキャリアに関するステーションとその周辺に対するリスク評価手法開発と社会受容性調査」「水素エネルギーキャリア輸送の社会総合リスクアセスメント」の課題を産業総合研究所・広島大学の研究者と分担して実施した。

 このプロジェクトで、横国大は2016年1月、社会実装研究、つまり世の中で使えるようにするための研究で、燃料電池自動車”MIRAI”を導入し、の安心感についての調査を行った[6]。  写真2は納車式の様子。
(写真2(上): 燃料電池自動車MIRAI納車式にて, (下)横浜国大に納車された燃料電池自動車MIRAI:2016年 IAS 塩田助教提供)

 終了報告書を読むと、この研究では、水素ステーションで水素が漏洩して爆発した場合を想定しての人体へ被害とリスクを検討し、死亡リスクを十分小さくするために空けておくべき距離や、死亡リスクが大きくなる条件を示している。また、人体へのリスクの他、環境、社会・生活、経済ついてのリスク分析もなされている。さらに、水素ステーションだけではなく輸送するときのリスクも同じように分析している[1]。水素ステーションについては、このほかにも「水素スタンド併設給油取扱所の安全性評価技術に関する研究 (消防庁 消防防災科学技術研究推進助成制度2014年4月~2016年3月)」、「本格普及期に向けた水素ステーションの安全性に関わる研究開発(超高圧水素インフラ本格普及技術研究開発事業 NEDO 2018年4月~継続中)」の研究プログラムでも代表者となって研究を進めた。

 一言で言えば、このような研究の結果、生活のシーンで水素を安全に利用するために決めるべき、行うべきことを見出したのだ。つまり、水素は、暴れん坊の癇癪持ちかもしれないが、 うまくやれば安全に扱う方法があるというわけだ。それなら、この研究成果を実際の水素ステーションに応用して使えば安全なのだが、これで普及できるだろうか。「こうすれば安全だ」 と言われても納得できなければ使ってもらえないだろう。危険物が近くにあるのは不安なものだ。誰だって、家の近所に水素ステーションができると聞けば、不安も大きいだろうし、 不満や反発も出てくるだろう。リスク評価にもリスクがあるのだ。『安全』を評価するだけでは『安心』はえられないのだ。この課題への一つの解答は、「エネルギーキャリアの安全性評価研究」 の終了報告書[1]の添付文書「水素ステーションの社会総合リスクアセスメントガイドライン Version 3.2」[7]に見ることができる。ガイドラインでは、水素ステーションを設置・運営するための リスク評価は推進行政、規制行政、事業者の他、市民も参加することが強調されている。つまり、水素ステーションを作るときには関係する全ての人が参加して納得するリスク評価が大切だというのである。

2.『安全工学との出会い』

 ところで、三宅の研究生活を振り返ると、転機・ターニングポイントが三回あった。初めは、高校生のときの『安全工学』との出会いである。『安全工学』とは、安全を追求する工学分野だ。 現在の研究『リスク共生学』の揺り籠といっても良いだろう。

 ここからは、三宅と安全工学の出会いを振り返ってみよう。

 今から三十年ほど昔。高校生だった三宅は、進路について悩みながら、受験勉強に励んでいた。深夜、気分転換に受験生向けの情報誌『蛍雪時代』のページを繰っていると、 見慣れない『安全工学』の四文字が目に止まった。「珍しい言葉だな」。ページを繰る手が止まった。それは、横浜国立大学の安全工学科を紹介する記事だった。中でも、 『従来のタテ系の学問体系から離れ、ヨコの学問体系をとっているところに特徴がある。社会のニーズに応えた、いわゆるインタディシプリナリの学科である』との解説[8]に 心惹かれるものを感じた。一目惚れだった。「進路は決まった」。当時、安全工学を学ぶことのできる大学は、全国に一校「横浜国大」だけだった。三宅は横浜国立大学を受験し、 入学した。三宅淳巳十八歳。1978年の青春である。

 大学では、当然安全工学を専攻した。『螢雪時代』で覚えた安全工学の福山教授研究室を希望して叶えられた。三、四年生の二年間、爆発を中心に安全工学の基礎を学び、 卒業すると大学院に進学した。卒業論文と修士論文のタイトルはそれぞれ「ガス爆発の効果に関する研究」「化学物質の爆発危険性評価に関する研究」である。 三宅は1984年に大学院の修士課程を修了すると、いよいよ研究者としてのキャリアを選んだ。三宅は横浜国大に助手として採用され、福山の研究室で爆発の研究を進めることとなった。

3.『オランダでのビッグ・バン ―リスクとの出会いー』

 第二の転機は留学時代『リスクとの出会い』である。助手になって3年後の1987年、三宅は「オランダ応用科学研究機構(TNO)」に2年間の留学をした。そこで選んだテーマは「硝酸アンモニウムの非理想爆轟特性」 である。冒頭の質問で紹介したベイルートの爆発事故でわかるように、硝酸アンモニウム(硝安) は少量では爆発しないが、大量に集積すると大きな爆発を起こすことがある。この現象を詳しく調べて、 爆発のメカニズムを解明しようというものである。

 TNOでの研究の柱は、理論計算と実験である。理論計算は熱力学、流体力学によるもので、当時最新のコンピュータを用いて行われた。実験は、実際に大規模な鉄管の中で硝安を爆発させて、 爆発反応の速度、圧力、衝撃波を測定するもので、両者を併せて一つの研究を構成する。度々郵便受けに入っている福山教授の国際郵便を助燃材にして研究は進んだ。まだeメールのない頃のこと である、隔週決まって届く日本からの定期便にどれだけ励まされたことだっただろうか。研究は順調に進み、軍の施設を借りて大規模な爆発実験を行うなど日本ではとてもできないような実験も 行うことが出来た。このときの発見から新しい課題が生まれ、これは帰国後も二国で連絡を取り合って研究を続けることになった。

 1992年、三宅は、横浜国大で博士(工学)の学位を取得した。博士論文「硝安の爆発性に関する研究」を一読すると、オランダ留学中の研究「硝酸アンモニウムの非理想爆轟特性」と 帰国後に発展させて研究・考察された成果が深く織り込まれていることがわかるだろう [9]。

硝酸アンモニウム(硝安):「硝酸アンモニウム」と「硝安」は同じ物質(NH4NO3)である。本稿では、引用部は原典の表記に従い、それ以外は原則として「硝安」を用いる。


 さて、はじめてのオランダ生活は、研究の深化や研究人脈の涵養に加えて、三宅の考え方にも大きく影響を与えた。三宅は、「オランダは日本に比べて、リスクについての 考え方が強く浸透している」と感じた。周囲の大国に翻弄されたり、東インド会社を設立して通商・交易を盛んに行なったりした歴史が、リスクへの備えを考える基盤になって いたのだろうか。もちろん、国土が低地にあって洪水のリスクにさらされていることも影響しているだろう。三宅は、中古自動車を買う時の保険をはじめ、社会生活のありとあらゆる場面で 「リスク」の概念と遭遇した。これは新鮮な経験だった。オランダでの生活を経験するうちに、三宅の頭に「リスク」という考えがとり憑いた。この時、安全工学とリスクマネジメントが 結合した。三宅の研究生活の2番目の転機、それからの研究の方向を定めた『ビッグ・バン』の瞬間である。

前編の終わりに

 いかがでしたか。新しい研究者の誕生と成長の物語り。これから進路を考える若い人には、何かの示唆になりましたでしょうか。年長の人は、何を思ったでしょうか。
 続く後編は、その後の研究の発展をお届けします。乞御期待。

参考文献 (前編・後編)

[1]三宅淳巳『終了報告書 SIP(戦略的イノベーション創造プログラム)課題名「エネルギーキャリア」研究開発テーマ名「エネルギーキャリアの安全性評価研究」H26年度~H30年度』(2017) (https://www.jst.go.jp/sip/dl/k04/end/team10-0.pdf)
[2]三宅淳巳『化学物質のフィジカルリスク解析における現状と課題〜化学プラントの安全を目指して〜』REAJ誌26(8) 939-937 (2004) ( https://www.jstage.jst.go.jp/article/reajshinrai/26/8/26_KJ00003386154/_article/-char/ja/)
[3]三宅淳巳(研究代表者)基盤研究(B)課題番号18310112『エネルギー物質の非理想爆ごうモデルの確立と爆発リスク解析システムへの展開』科学研究費補助金研究成果報告書 (2009) (https://kaken.nii.ac.jp/ja/file/KAKENHI-PROJECT-18310112/18310112seika.pdf)
[4] 日本経済新聞電子版2020/08/16, 2:00 『ベイルートの爆発、広島原爆の10分の1 硝酸系原因か (https://www.nikkei.com/article/DGXMZO62648460U0A810C2000000/)
[5] 横浜国立大学 先端科学高等研究院 エネルギーシステムの安全研究ユニットポスター 『UNIT6 エネルギーシステムの安全』 (https://ias.ynu.ac.jp/research/infrastructure/miyake.html)
[6] 『水素で実現する クリーンエネルギー社会』 横浜国立大学広報誌YNU (201), pp10-11, (2016)
[7] 横浜国立大学 先端科学高等研究院/ リスク共生社会創造センター 『水素ステーションの社会総合リスクアセスメントガイドライン Version 3.2』 (2019) (https://www.jst.go.jp/sip/dl/k04/end/team10-1.pdf)
[8] 『’76 大学の素顔 横浜国大』 蛍雪時代1976(昭和51)9月号 pp. 195-196.
[9] 三宅淳巳 『硝安の爆発性に関する研究』 横浜国立大学(博士論文)(1993)
[10] NHK 『おかえりモネ』ホームページ 『インタビュー』(2021/06/24)https://www.nhk.or.jp/okaerimone/special/interview/06.html
[11] 平成23年版 消防白書 2 火災(2) 主な火災についてウ 宮城県気仙沼市における市街地火災(https://www.fdma.go.jp/publication/hakusho/h23/cat-2/2/509.html)
[12] 神奈川新聞(カナロコ)2011/5/1『東日本大震災、気仙沼市を襲う津波 火災』 (https://www.youtube.com/watch?v=4OnlzcRu8pE)
[13] 横浜国立大学 先端科学高等研究院/ リスク共生社会創造センター編 『リスク共生学 先端科学技術で作る暮らしと新たな社会』丸善出版 (2018)
[14] 令和2年度_環境研究総合推進費実施課題(1-1904) 『災害・事故に起因する化学物質流出のシナリオ構築と防災減災戦略』 (https://www.erca.go.jp/suishinhi/seika/pdf/seika_2_02/1-1904.pdf)
[15] 浪江町ホームページ【初めての方へ】すぐわかる浪江町(なみえまち)の現況(https://www.town.namie.fukushima.jp/soshiki/2/namie-factsheet.html) (2021/6/7検索)
[16] 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 ニュースリリース『再エネを利用した世界最大級の水素製造施設「FH2R」が完成』(2020) (https://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_101293.html)
[17] 日本経済新聞電子版2121/5/15, 2:00 『水素の地産地消で震災復興描く 福島県浪江町』(https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC101W40Q1A510C2000000/)
[18] 浪江町ホームページ『令和2年度水素柱上パイプライン実証概要』 (https://www.town.namie.fukushima.jp/uploaded/attachment/13611.pdf)(2021/06/10,11:45検索)
[19]日本経済新聞電子版2021/4/23 2:00『日本、温暖化ガス13年度比46%減 2030年目標』(https://www.nikkei.com/article/DGKKZO71287300T20C21A4MM8000/)
[20] 日本経済新聞電子版2021/6/2, 21:39『グリーン成長戦略見直し案 小型商用車の電動化など』(https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUA023NA0S1A600C2000000/)
[21] 国立研究開発法人科学技術振興機構低炭素社会戦略センター『低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づくイノベーション政策立案のための提案書 大規模エネルギー貯蔵システムの安全性評価に関する技術的課題と社会実装への展望』(2021) (https://www.jst.go.jp/lcs/pdf/fy2020-pp-07.pdf)

特定の記述ではなく、全体構成の参考にした文献
・YNU Maestro: “Living Together with Well-Managed Risk” 横国刻々(3), pp. 22-23 (2019)
・山門会会報(各号)


 (先端科学高等研究院 研究戦略企画マネージャー 中川正広)