亜臨界水反応

亜臨界水反応とは

水は、温度および圧力を 374℃、22MPa（約220気圧） 以上に高めると、液体とも気体とも区別できない特異な状態となります。この点を水の臨界点といい、臨界点を超えた領域の水を超臨界水と呼びます。
この超臨界水を用いて行われる反応を、超臨界水反応といいます。

一方、臨界点よりも低い温度・圧力領域、特に臨界点近傍の高温高圧状態にある水を亜臨界水と呼び、この亜臨界水を利用して行う反応を亜臨界水反応といいます。

亜臨界水反応とは、高温高圧状態にある水の特異な性質を利用した反応です。亜臨界水反応により、有機物の分子、例えばデンプンやタンパク質は、それぞれブドウ糖やアミノ酸へと分解され、低分子化が進むことで、固形分は液状化されます。また、環境汚染物質を分解し、無害化することも可能です。

亜臨界水が有機物に対して高い溶解作用および強い加水分解作用を有する理由として、まず挙げられるのは誘電率の低下です。通常の水の誘電率は約80であるのに対し、亜臨界水では20～30程度まで低下し、油脂の溶媒として用いられるメタノールに近い値となります。そのため、亜臨界水は油脂類を溶解する性質を示すようになります。

さらに、亜臨界水の温度領域である約250℃付近では、水のイオン積が大きく増加し、水分子が水素イオンおよび水酸化物イオンに解離する割合が高まります。この結果、亜臨界水は強い分解力を示すようになります。

一方、超臨界水は亜臨界水よりもさらに強い分解力を有しますが、反応が過度に進行し、有機物は最終的に二酸化炭素まで分解されてしまいます。そのため、有用な資源として回収することは困難です。これに対し、亜臨界水は比較的低温で反応が進行するため、分解の程度を適切に制御でき、資源化を目的とした処理に適した反応媒体であるといえます。

この亜臨界水技術の主な利点として、以下の点が挙げられます。
① 温度および水の条件を制御するのみで反応を進行させる事ができ、薬剤等を必要としない。
② 反応速度が速く、処理時間は約15～60分と短時間であり、大量処理が可能である。
③ 溶媒が水であるため環境負荷が小さく、後処理が容易である。

亜臨界水反応技術により処理可能な有価物は、食品廃棄物、生ごみ、廃プラスチック、畜産排泄物、農業残渣、可燃性一般廃棄物、可燃性産業廃棄物、医療廃棄物など、有機性廃棄物全般に及び、これらの混合処理も可能です。

本技術では、飽和水蒸気による亜臨界水反応を用いて、有機物や環境ホルモン等の有害化学物質を分解・無害化します。亜臨界水処理により、セルロースやリグニンはグルコースやオリゴ糖類へ、タンパク質系物質は各種アミノ酸類へと分解されます。

都市ごみにはプラスチック類が混在していますが、これを MRM® に投入すると、亜臨界水反応によりプラスチック類は加水分解・分解され、最終的には二酸化炭素および水（液体）となって減容化されます。また、重金属類については結晶化による安定化が可能です。

亜臨界水処理後の生成物は、生物に吸収されやすい形態となるため、メタン発酵などの生物処理効率を高めることができます。さらに、飼料や肥料としての利用も可能です。

また、有機物固体を微粒子化し、微細孔構造を形成することから乾燥性に優れており、炭化技術としての応用も可能であるなど、非常に幅広い用途展開が期待されます。