令和5年度 大気特論 問3は、燃焼計算の問題です。酸素富化空気で完全燃焼させたとき、乾き排ガス中のCO2濃度と湿り排ガス中のH2O濃度が与えられた値になる燃料はどれかを選びます。
燃料が完全燃焼すると、炭素はCO2に、水素はH2Oに変わります。排ガス組成は燃料に含まれる炭素と水素の割合（C/H比）でほぼ決まり、水素が多い燃料ほど湿り排ガス中のH2O濃度が高く、乾き排ガス中のCO2濃度は相対的に低くなります。分かれ目は、与えられたCO2濃度とH2O濃度の組合せに合うC/H比をもつ燃料はどれかです。各選択肢の組成から燃焼で出るCO2とH2Oの量を求め、条件に一致するものを探します。計算の結果、組成の与えられた乾燥石炭がこの条件に当てはまります。
※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。
正解：選択肢(5)
| 選択肢 | 燃料 | 読み解き |
|---|---|---|
| (1) | ブタン | 水素分が多い気体燃料で、H2O濃度が条件と合いません。 |
| (2) | プロパン＋ブタン混合 | こちらも水素分が多く、排ガス組成が条件に一致しません。 |
| (3) | ペンタン | 気体・液体の炭化水素で、C/H比が条件と合いません。 |
| (4) | 液体燃料（C・H・S・N組成） | 水素分が比較的多い液体燃料で、H2O濃度が高めになり条件に合いません。 |
| (5) | 乾燥石炭（C・H・O・S・N・灰分組成） | 正解。炭素が多く水素が少ない組成で、与えられたCO2濃度・H2O濃度の組合せに一致します。 |
炭化水素ガスや液体燃料は水素の割合が大きいため、燃やすとH2Oが多く出て湿り排ガス中のH2O濃度が高くなります。これに対し石炭は炭素が多く水素が少ない固体燃料なので、CO2に対してH2Oが相対的に少なくなります。各燃料を完全燃焼させたときの排ガス組成を計算すると、与えられた乾き排ガス中CO2濃度と湿り排ガス中H2O濃度の両方を満たすのは、選択肢(5)の乾燥石炭だけです。水素分の多い燃料ほどH2O濃度が高くなるという方向を押さえれば、候補を絞り込めます。
完全燃焼で、燃料中の炭素と水素はそれぞれ何になりますか？
炭素はCO2に、水素はH2Oになります。だから排ガス中のCO2濃度とH2O濃度のバランスは、燃料のC/H比を反映します。
水素分の多い燃料を燃やすと、湿り排ガス中のH2O濃度はどうなりますか？
高くなります。水素が多いほどH2Oの生成量が増えるためです。逆に炭素優位の石炭はH2O濃度が低くなります。
この問題に関連する用語解説
出典
※ この記事の確認日：2026年6月