除氷
表面から氷、雪、霜を取り除くプロセス
シェレメーチエヴォ国際空港で除氷作業中のアエロフロートの エアバスA330
エコン塩撒き機

除氷とは、雪、氷、または霜を路面から除去するプロセスです。防氷とは、除氷するだけでなく、路面に残留して一定時間氷の再形成を遅らせたり、氷の付着を防いで機械による除去を容易にしたりする化学物質を塗布することです。

除氷は、機械的な方法（削る、押す）、熱の適用、水の凝固点を下げるように設計された乾燥または液体の化学物質（さまざまな塩または塩水、アルコール、グリコール）の使用、またはこれらのさまざまな技術の組み合わせによって実行できます。

応用分野

道路

2013年には、北米の道路の凍結防止に推定1,400万トンの塩が使用された。[1]

道路の凍結防止は伝統的に塩を使って行われており、除雪車や、砂や砂利と混ぜて滑りやすい道路に散布するダンプカーで散布されることが多い。安価で大量に入手できることから、通常は塩化ナトリウム（岩塩）が使用される。しかし、塩水は-18℃（0℉）でも凍るため、気温がこの温度を下回ると役に立たない。また、塩水は腐食を引き起こす傾向があり、ほとんどの車両に使用されている鋼やコンクリート製の橋の鉄筋を錆びさせる。濃度によっては一部の植物や動物に有毒となる可能性があり、[2]その結果、一部の都市部では塩の使用が避けられている。最近の融雪装置は塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの他の塩を使用しており、水の凝固点をはるかに低い温度に下げるだけでなく、発熱反応も引き起こす。これらは歩道に対してはいくぶん安全だが、それでも余分な塩は除去する必要がある。

最近では、塩に関連する環境問題を軽減し、道路に散布すると残留効果が長くなる有機化合物が開発されており、通常は塩水または固形物と組み合わせて使用​​されます。これらの化合物は、テンサイ精製やエタノール生産の蒸留プロセスなどの農業活動の副産物として生成されることがよくあります。[3] [4]その他の有機化合物には、木灰、道路脇の草や台所の廃棄物から作られる酢酸カルシウムマグネシウムと呼ばれる凍結防止塩があります。 [5]さらに、一般的な岩塩をいくつかの有機化合物と塩化マグネシウムと混合すると、はるかに低い温度（-34 °C（-29 °F））まで効果があり、単位面積あたりの全体的な散布速度が低い散布可能な材料が得られます。

これらの新規化合物のいくつかは、微量のガスを大気中に放出し、ヒトや動物の喉や呼吸器に炎症を引き起こすことが知られています。長期的な影響は研究されていませんが、ほとんどのヒトでは問題はありません。気道が敏感な人、特に乳児は、深刻な呼吸器系の問題を経験する可能性があります。気道が敏感な人の呼吸器系の健康問題に関する、より広範な科学的研究は不足しています（一般的に、科学的研究は呼吸器系以外の健康問題や環境問題に焦点を当てています）。

ソーラー道路システムは、道路表面を水の凍結点以上に保つために利用されてきました。路面に埋め込まれた一連のパイプは、夏季に太陽エネルギーを集熱し、その熱を蓄熱バンクに伝達し、冬季には道路に熱を戻すことで、路面温度を0℃（32°F）以上に保ちます。[6]この再生可能エネルギーの収集、貯蔵、供給を自動化することで、化学物質による汚染に伴う環境問題を回避できます。

2012年には、水をはじく超撥水性表面が、氷の蓄積を防ぎ、ひいては氷結を防ぐのにも使えることが示唆されました。しかし、すべての超撥水性表面が氷結しないわけではなく[7]、この手法はまだ開発中です。[8]

列車と鉄道の転換

列車のブレーキに氷が積もると、ブレーキの効きが悪くなります。

北極圏の列車や分岐器は、雪や氷の堆積により深刻な問題を抱えることがあります。寒い日に機能を維持するためには、常に熱源が必要です。列車では、主にブレーキ、サスペンション、連結器に除氷用のヒーターが必要です。レールでは、主に分岐器が氷に敏感です。高出力の電気ヒーターは、氷の形成を防ぎ、形成された氷を急速に溶かします。

ヒーターは、過熱による破損を防ぐため、 PTCゴムなどのPTC材料で作られることが望ましい。これらのヒーターは自己制御型であり、制御用電子機器を必要とせず、過熱することはなく、過熱保護も不要である。[9]

航空

2012年1月、アラスカを出発する前に除氷される米国のC-37B VIPジェット機。

航空機の地上除氷

地上では、凍結や降雨が発生する場合、航空機の除氷が一般的に行われます。凍結した汚染物質は機体の空力特性を阻害します。さらに、剥がれた氷はエンジンを損傷する可能性もあります。

地面の除氷方法には次のようなものがあります。

  • 氷を溶かし、再氷結を防ぐために、航空機に様々な除氷液を散布する
  • 加熱されていない強制空気を使用して、緩んだ雪や氷を吹き飛ばす
  • 赤外線加熱を利用して化学薬品を使わずに雪、氷、霜を溶かす
  • ほうき、スクレーパー、ロープなどの道具を使った機械的な除氷
  • 航空機を暖かい格納庫に置く

飛行中の除氷

飛行中の航空機には、大気条件により氷が付着し、飛行性能の低下を引き起こす可能性があります。大型商用航空機には、氷の付着を防ぎ、再形成を防ぐための飛行中防氷システムがほぼ必ず搭載されています。また、小型の一般航空機にも防氷システムがますます普及しつつあります。

氷保護システムでは通常、次の 1 つ以上のアプローチが使用されます。

  • 翼の前縁と操縦翼面にある空気圧ゴムの「ブーツ」。これが膨張して積もった氷を砕く。
  • 重要な表面に電気加熱ストリップを設置し、氷の形成を防ぎ、蓄積した氷を溶かします。
  • エンジンから熱せられた空気を取り出し、氷が堆積する可能性のある場所に送るブリードエアシステム
  • 小さな穴から翼や操縦翼面に除氷液を「漏らす」流体システム

空港の舗装

空港の舗装（滑走路、誘導路、エプロン、誘導路橋）の除氷作業には、プロピレングリコール、エチレングリコール、酢酸カルシウムマグネシウム、その他の有機化合物など、いくつかの種類の液体および固体の化学製品が使用されることがあります。[10]塩化物ベースの化合物（例：塩）は、航空機やその他の機器に腐食作用があるため、空港では使用されていません。[11] ：34–35 

尿素混合物は、低コストであることから、舗装路面の除氷にも使用されてきました。しかし、尿素は散布後にアンモニアに分解されるため、水路や野生生物にとって深刻な汚染物質となり、米国の空港では段階的に廃止されています。2012年、米国環境保護庁（EPA）は、ほとんどの商業空港において尿素系除氷剤の使用を禁止しました。[12]

水撹拌式除氷装置

水撹拌機は、水中に設置された電動モーターで、温かい水を噴き上げ、水面を撹拌することで、氷点下の河川や湖沼の水域構造物の除氷を行います。また、圧縮空気をホースを通して噴射し、放出することで水を撹拌する撹拌バブラーもあります。[13]

除氷剤

すべての除氷剤には共通の作用メカニズムがあります。それは、ある温度以上で水分子の結合を防ぐことです。効果は濃度によって異なります。この温度は、純水の凝固点である0℃未満（凝固点降下）です。場合によっては、発熱 反応を起こし、より強力な融解力を発揮することもあります。以下に、最も一般的に使用される除氷剤とその代表的な化学式を示します。[要出典]

塩

オーガニック

環境への影響と緩和

空港では、除氷剤が重大な環境脅威となっています。特にベンゾトリアゾール系およびトリルトリアゾール系の除氷剤は注目されています。[14]塩化ナトリウムや塩化カルシウムといった日常的な塩分でさえ、自然水に浸出し、塩分濃度に影響を与えます。[1]

エチレングリコールとプロピレングリコールは、表層水中で分解される際に、高い生化学的酸素要求量（BOD）を生じます。このプロセスは、水生生物の生存に必要な酸素を消費するため、水生生物に悪影響を及ぼす可能性があります。微生物群がプロピレングリコールを分解する際には、水柱中の大量の溶存酸素（DO）が消費されます。[15] : 2–23 

リサイクル

一部の空港では、使用済みの除氷液をリサイクルし、水分と固形汚染物質を分離することで、他の用途に再利用できるようにしています。また、敷地内に廃水処理施設を設けている空港や、回収した除氷液を市の下水処理場や商業施設に送っている空港もあります。[11] : 68–80  [16]

道路の塩

道路塩（塩化ナトリウム）の使用は、環境やインフラに様々な損害をもたらしてきました。米国では、塩分による腐食のため、道路塩による補修費用が年間最大50億ドルにも上ります。[17]

環境問題の主な懸念事項は、水路の汚染、野生生物の絶滅危惧種への危害、土壌の塩性化です。道路から撒かれた塩分は下水道、水路、そして最終的には大規模な水域に流入し、水質の塩性化につながる可能性があります。その結果、耐塩性のない様々な種の生物多様性が減少し、耐塩性を持つ他の種の生存に有利な状況をもたらすなど、様々な環境被害が生じます。[18] [19]

道路脇の植物には塩分が蓄積し、植物の成長を阻害し、場合によっては枯死につながることもあります。北京（2005年春）では、凍結防止塩の使用により、1万1000本の歩道樹木、150万本の低木、そして200平方キロメートル（4万9000エーカー）の芝生が枯死しました。[20]塩分を多く含む道路脇の水たまりは野生動物を引き寄せ、車両と哺乳類（ヘラジカなど）との衝突確率を約80%増加させます。鳥類も道路塩分を摂取し、塩中毒や過剰摂取を引き起こす可能性があります。[21]

参照

参考文献

  1. ^ ab カニェド＝アルグエレス、ミゲル;ケフォード、ベン・J。ピスカート、クリストフ。プラット、ナルシス。シェーファー、ラルフ B.シュルツ、クラウス・ユルゲン (2013)。 「河川の塩類化：緊急の生態学的問題」。環境汚染。173 : 157– 67。ビブコード:2013EPoll.173..157C。土井：10.1016/j.envpol.2012.10.011。PMID  23202646。
  2. ^ フィシェル、マリオン (2001).文献レビューに基づく選定された除氷剤の評価. コロラド州運輸局. OCLC  173668609.
  3. ^ アマンダ・ラビノウィッツ (2008年2月25日). 「ビーツが凍結した道路の新たな治療法に活用」ナショナル・パブリック・ラジオ.
  4. ^ リチャード・J・ブレナン（2012年1月21日）「ビートジュースが冬の道路の氷を溶かす」トロント・スター紙。
  5. ^ レイチェル・ポスト（2014年3月3日）「氷と戦うための塩の代替品：チーズ、ビーツ、灰」ガーディアン紙。
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  8. ^ Hejazi, V.; Sobolev, K.; Nosonovsky, MI (2013). 「超疎水性から疎氷性へ：力と相互作用解析」. Scientific Reports . 3 2194. Bibcode :2013NatSR...3.2194H. doi :10.1038/srep02194. PMC 3709168. PMID 23846773  . 
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  19. ^ Szklarek, Sebastian; Górecka, Aleksandra; Wojtal-Frankiewicz, Adrianna (2022-01-20). 「道路塩の淡水生態系への影響と塩化物汚染緩和策 - レビュー」 . Science of the Total Environment . 805 150289. Bibcode :2022ScTEn.80550289S. doi :10.1016/j.scitotenv.2021.150289. ISSN  0048-9697. PMID  34536879.
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  21. ^ Grosman, Paul D.; Jaeger, Jochen AG; Biron, Pascale M.; Dussault, Christian; Ouellet, Jean-Pierre (2011-04-24). 「ヘラジカにおける道路回避と道路脇の塩水溜りへの誘引のトレードオフ：ヘラジカと車両の衝突を減らすための対策を評価するエージェントベースモデル」 .生態学的モデリング. 222 (8): 1423– 1435. Bibcode :2011EcMod.222.1423G. doi :10.1016/j.ecolmodel.2011.01.022. ISSN  0304-3800.
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