今村祐嗣のコラム

地球温暖化防止と木材利用

京都議定書は、2008年から5年間の温室効果ガスの削減目標を定める一方、森林によるCO2吸収量の算入を認め、わが国の削減目標6％に対して3.8％、1300万炭素トンまで森林の吸収量を目標達成のために利用できるようにしました。ただ、森林による吸収量のうち、京都議定書における森林吸収源として計算の対象にできるのは1990年以降に新たに森林になった場所、森林経営が行われている場所等であり、天然林や放置された森林はその対象になりません。
森林総合研究所が、現在の森林と期首の森林の蓄積量を炭素量に変換し、その差から吸収量を算出した結果によりますと、わが国の2005年度の森林による炭素吸収・排出量は2,400万トン、そのうち京都議定書の対象となる森林は960万トンになると報告しています。胸周りの直径が20cm、高さ10mの35年生の1本のスギの木（幹はもちろん枝葉、地下部を含めて）は68kgの炭素を固定しているといいます。森林による炭素固定を向上させるには若い元気の良い（CO2を旺盛に固定する）森林を育成する必要がありますが、そのためにも積極的な木材利用が求められています。
ところで、われわれの周りにある木造住宅に蓄えられている炭素の量を計算した結果によりますと、住宅１棟に使われる木材量を約20立方メートルとして、固定炭素の量は5トン、１年間に新築される住宅の着工数を50万戸とすると、実に250万トンになります。既築の住宅の分までも入れますと、莫大な量の炭素が住宅に使われている木材中に固定されていることになります。山だけでなく、街にも緑が蓄えられているのです。
木材をできるだけ利用する、利用するならば長く使う、これが木材側の視点でみた地球温暖化防止の有力な方策です。まさに街の緑は長期間にわたり木材中で炭素を固定しているという意味で、地球温暖化の防止に寄与しているといえます。

木材―インテリジェント材料

森林において光合成作用によってつくられた樹木、その遺体ともいえる木材は空気中のCO2が固定された資源であり、また材料としてみた場合は、人工的につくり上げられた材料にはみられない多くの機能を本来的にそのうちに備えています。
材料としての木材の特徴は、成分的にセルロースやリグニンという有機物で構成されていること、ならびに小さい細胞が集合した空隙体であることです。また、大きな樹木の幹が空間の中で力学的に保持されるように、天然に設計された高度な組成と構成をもっていることです。
木材の構成単位は、特に針葉樹材の場合、直径数十ミクロン（1ミクロンは1/1000ミリ）、長さ数ミリの細胞ですが、それを取り囲む壁（細胞壁）は複雑な層構造をしており、さらに各層は結晶化したセルロースの分子鎖の束であるミクロフィブリルがらせん状に配列し、リグニンなどのマトリックス成分で埋められています。
その結果、軽くて強い、高い断熱性と温湿度の調節機能をもつ、心理的・生理的に住環境材料としてすぐれている、無公害的に加工や廃棄ができる、などの機能性と環境調和性の両者を備えて材料であるといえます。
ところで、木材の材質は年齢によって変化し、15～20年輪まではいわゆる「未成熟材」として狂いやすく、強度も低い特徴があります。それからは材質が安定した「成熟材」になりますが、はたして老齢になるとどうなるのでしょうか。樹木の寿命と関連させて「過熟材」について考えてみます。
さて、木材の利用においては、「水分との関わり」が重要になってきます。生きている樹木は根から水分を吸収し、幹を通って枝葉まで送り届けます。山から運び出された木材は水分を含んでいるため、われわれがこれを利用する際には乾燥というプロセスが必要になってきます。さらに使っている段階においても水分によって変形が生じたりします。もちろん菌類による腐朽も木材中の水分が高くなることが一番の要因です。

木は長持ちする材料

われわれの研究所に昭和の修理の際に標本として切り取られた法隆寺五重塔の心柱の円盤が保管されています。この円盤は柱の根元近くから採取されたものであり、かつ樹皮近くの部分が周囲についていることから、樹齢350年以上のヒノキと推定されています。ところで、この五重塔心柱の木材は実に1400年以前に光合成によって当時の空気中のCO2が変換されたものであり、木材成分としての炭素は現在までその間放出もされずに固定され続けてきたものといえます。建立後、もし、腐ってしまったり、燃えてしまえば、それらの固定化された炭素は即座に空気中に放出されていたでしょう。
世界最古の木造建築物である法隆寺を1400年以上にわたって支えてきたのは、木材の驚異的な耐久性ではないでしょうか。木材は、腐朽や虫害が生じなければ1000年以上も強度低下はほとんどなく、その耐久性は最新のニューマテリアルさえもかないません。それを実際の時間軸で証明しているのがこれらの古い木造建造物です。地球温暖化の防止という視点からみてみますと、木材中に固定された炭素が、実に千年以上も放出されずに存在したということにもなります。
ところで、木材の場合、腐れやシロアリの被害は年数がかなりたっても全く発生せず耐久性が維持される反面、わずか数年で被害が進行する場合もあるのも事実です。建立から永い歴史をもっている日本の寺社建築では、耐朽・耐虫性のある樹種の使用とともに、水への配慮をした構法と十分な保守管理によって耐久性が確保されてきました。
しかし、最近の住宅では、生活機能をより重視することから、水廻り箇所の分散化や高気密性によって、耐久性が二次的に位置付けられ、また、大壁工法の増加によって劣化の早期発見も困難になってきています。また、使用される樹種の多様化や各種の木質材料の出現、釘や金物接合の多用、アメニティ感覚の重視による木材の屋外分野への使用拡大など、むしろ劣化を促進する要因が増加しているのが実状です。
今回の講義では、最近、特に木材の用途が拡大してきている「エクステリアウッド」の耐久性をいかに向上させるか考えてみましょう。住宅におけるデッキ、ガーデンファニチャー、公共施設の木橋、遊具、道路施設、等々が対象になりますが、これらの性能を維持するのは劣化の診断とメンテナンスが大切です。

環境に調和した伝統的先端材料―木炭

木炭の原料は、元来燃料用にはクヌギやマツ、研磨炭としてはホオノキやアブラギリ、画用炭にはヤナギやクワなどの原木が使用されてきましたが、最近では、建築解体材や林地残材、剪定枝や草本類、モミガラなどの農産廃棄物、あるいは産業廃棄物として排出されるあらゆるリグノセルロジック材料が木炭に変換されています。
木炭は燃えなければ腐ることも、シロアリに食害されることもないため、炭素の永久的な固定法であり、地球温暖化の防止にも大きく寄与します。一方、木炭の製造では、熱処理というエネルギー消費や環境負荷の低い手法を使用できる長所をももっています。
木炭は、燃料としての用途のほか、水質の浄化、食品の鮮度維持、土壌改良、住宅床下の調湿、工業用還元剤などに利用されてきましたたが、さらに最近では、軽量性、高強度、高弾性、高導電性、耐熱性、化学安定性、高生体親和性など注目すべき機能をもつカーボン材料を、木炭からつくる試みが始まっています。古くて新しい素材”木炭”のいくつかの機能を取り上げ、それらの発現機構と関連させて考察してみましょう。

木質バイオマスエネルギーの利用

人類が古来燃料として使用してきたものは木、すなわち“たきぎ”です。現在においてもこの薪として用いられる木材の使用量は世界的にみると莫大な量に達し、特に発展途上国においては主要なエネルギー源であります。一方、木炭も、”貯蔵できる木質燃料“として古くからの生活の中で重要な位置を占めてきました。
森林資源である木材をエネルギー源とするかぎり、炭素は固定と放出を繰り返すものの循環サイクルの中を回転することになります。バイオマスエネルギー、特にその主要な位置を占める木質バイオマスのエネルギー利用が最近注目を集めるのは、このような地球上の炭素循環系と人類の将来の生存が深くかかわっていることによります。講義時間の許すかぎり木質バイオマスのエネルギー利用についても考えてみましょう。

 

ウッドのクイズ

問１：木材の強さを支えているのはセルロースですが、動物にもセルロースを つくるものがいるでしょうか。

 

問２：シロアリは「蟻」の仲間でしょうか。それとも。。。。。。

 

問３：“ヒノキチオール”は、ヒノキの木には含まれていないというのは、本当？

 

問４：“ツーバイフォー工法”って、どういう意味？

 

問５：熱帯材に年輪がないというのは本当？

 

問６：竹の節間の中は真空なのでしょうか、それともガスが存在するとして その成分はどうなっているの？

 

問７：古いお寺の濡縁など、長い間雨ざらしの場所に置かれた木材の表面が洗い出したように粗くなっているのはどうして？

 

問８：電子レンジにはマイクロ波が使われているというが、どうして中のもの が温められるの？

 

問９：樹木の樹皮は様々な形状をもっているが、どうしてああいった形が出来るの？

 

問１０：エンジニアードウッドって、何のこと？

 

（2007年　自然シニア大学講義資料）