硝酸アンモニウムの安全性を高め、より良い明日を築くために

硝酸アンモニウム（AN）は、いくつかの重要な用途を持つ広く利用されている化学化合物です。肥料としては、数十億人の食を支える役割を担っています。また、燃料油と混合し、爆薬で起爆させることで、多くの鉱山用爆薬の主成分としても使用されています。世界的な農業活動の拡大と、硝酸アンモニウム燃料油（ANFO）の需要増加に伴い、硝酸アンモニウム市場は成長が見込まれています。今後5年間で年平均成長率（CAGR）は少なくとも4%に達するでしょう。しかし、硝酸アンモニウムが持つ爆発の危険性（および悪用の可能性）を考慮すると、製造業者、販売業者、そして利用者は安全上の警告を遵守しなければ、惨事を招く恐れがあります。

この多用途な化合物の恩恵を享受しつつ、使用に伴うリスクを最小限に抑えるにはどうすればよいのでしょうか。本記事では、2020年にベイルートで発生した壊滅的な硝酸アンモニウム爆発事故から得られた重要な教訓と、さらなる爆発事故を防ぐ方法について論じます。

拡大する硝酸アンモニウム市場

硝酸アンモニウム市場は上昇傾向にあり、最近の報告書では2026年までに市場規模が240億ドルに達すると予測されています。この市場価値の増加は、人口増加に伴う食料供給や不動産需要の拡大によって促進されています。偶然にも、硝酸アンモニウムはこれら両方の産業にとって貴重な資源となっています。

硝酸アンモニウムは一般的な肥料です。なぜなら、窒素がNH₄（アンモニウム）とNO₃（硝酸）という化合物の両成分の鍵となっているからです。植物は硝酸態窒素から直接窒素を吸収できるだけでなく、アンモニウム成分も土壌微生物によって徐々に硝酸態に変換されます。これらの特性により、硝酸アンモニウムは、植物の栄養源として即効性のある硝酸態窒素を好む野菜生産者に選ばれています。畜産農家は、土壌から揮発しやすい尿素系肥料よりも硝酸アンモニウムを好み、牧草や干し草の施肥に使用しています。また、水溶性が高いため、灌漑システムでの使用にも適しています。

硝酸アンモニウムのもう一つの主要な用途は、鉱業、採石、土木建設で使用される爆薬混合物の成分です。ANFOの一部として、北米で使用される爆薬の80%を占めています。残念ながら、ANFOの成分は入手が比較的容易であるため、即席爆発装置として悪用される可能性があります。このことは、潜在的な危険性を低減するために、この形態の硝酸アンモニウムを適切に管理することの重要性を浮き彫りにしています。

ベイルートの惨事 — その余波

2020年8月4日、レバノンの首都ベイルートは壊滅的な爆発に見舞われ、少なくとも218名が死亡、6,000名以上が負傷しました。爆発の主な原因は、ベイルート港の倉庫に保管されていた約2,750トンの硝酸アンモニウムでした。この大量の硝酸アンモニウムは、2014年に差し押さえられた放棄船から押収されたものでした。保管されていた肥料は隣接する倉庫の火災による火花が引火し、甚大な物的損害をもたらす爆発を引き起こし、推定30万人が家を失いました。爆発から2年が経過しても、その影響はベイルートに残り続けており、2022年7月と8月には隣接する穀物サイロが相次いで崩落しました。

爆発による人的被害に加え、経済的影響は67億米ドルを超えると推定されています。この爆発によりレバノンの穀物備蓄の90%が失われ、深刻な経済的課題に直面している同国の食料安全保障状況をさらに悪化させました。環境もまた、このような爆発の影響を受けているはずですが、データは不足しています。硝酸アンモニウムが爆発した際、窒素酸化物、アンモニア、一酸化炭素などの有害ガスが環境中に放出され、化学汚染を引き起こし、地域住民にさらなる被害を与えました。この環境汚染は生態系にもダメージを与えており、分解生成物が海洋に流出することで、両生類や水生生物が硝酸塩中毒の被害を直接受けています。

専門家はベイルートの爆発事故を分析し、他の類似した硝酸アンモニウム災害と比較しました。他のいくつかの壊滅的な爆発事故と同様に、爆発の根本原因は制御不能な火災であると判断されました。これほど大量の硝酸アンモニウムを一箇所に備蓄していたことが爆発の衝撃を増幅させ、また保管場所が都市部であったことが爆発による負傷者数を増加させました。これらの分析に基づき、レバノン国内の化学物質の安全性を管理するための化学規制機関の設立や、将来の事態に備えた緊急対応計画の改善などが提言されています。

硝酸アンモニウムの爆発性

硝酸アンモニウムの爆発事故の多くは、輸送中や保管中に発生しています（図1）。しかし、爆発の危険因子を完全に理解するためには、硝酸アンモニウムの化学的性質と製造プロセスを把握することが重要です。

硝酸アンモニウムは、アンモニアと硝酸を水中で反応させ、その後慎重に水分を蒸発させて固体成分を得ることで製造されます。

NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃

アンモニアは通常、大気中の窒素から生成され、硝酸はアンモニアの燃焼によって調製されます。これら2つの出発原料は、通常、互いに近くに保管されることはありません。この反応は多量の熱を発生するため、製造は水溶液中で行われます。その後の蒸発プロセスは、これまでいくつかの爆発事故の原因となってきました。製造プロセスに関連するその他の爆発源としては、不純物の混入が挙げられ、これにより硝酸アンモニウムの安定性が低下する可能性があります。適切な温度管理が行われないと、硝酸アンモニウムが水分を吸収したり、結晶形が変化したりして凝集塊が生じ、使用に適さなくなることもあります。

硝酸アンモニウムの反応については数十年にわたる研究が行われてきましたが、その分解および爆発の正確なメカニズムは完全には解明されていません。この難問は、反応の化学的複雑さだけでなく、周囲の環境条件や潜在的な汚染物質が多様であることに起因しています。以下の反応が、主な爆発反応として仮定されています。

2NH₄NO₃ → 2N₂ + O₂ + 4H₂O

硝酸アンモニウムがこれほど爆発しやすい理由の一つは、アンモニウムイオンという燃料と、強力な酸化剤である硝酸塩が同一分子内に含まれているためです。分解が起こると熱が発生して爆発が誘発され、すでに酸素源が存在しているため、燃焼が急速に加速します。その結果、窒素酸化物、酸素、水、そして大量の熱と運動エネルギーが生成されます。これらの生成物は、硝酸アンモニウムの初期体積の1,000倍もの体積膨張を引き起こし、周囲に壊滅的な爆風被害をもたらします。

Several processes, additives, and alternatives to ammonium nitrate have been tested in attempts to minimize the dangers of accidental explosions as well as general misuse (Table 1). Despite this, no perfect solution exists, and more work is needed to develop a safe and affordable alternative. Produced by CAS, an Insight Report exploring lessons learned from ammonium nitrate explosions emphasizes that “it is not enough to make fertilizers that do not accidentally explode; it is also important to make ones that cannot be easily made to explode.”

表1. 代替窒素肥料一覧

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代替窒素肥料についても検討が進められています（表1）。しかし、窒素含有量が最も高い代替品は室温で気体であり、毒性があるため使用できません。窒素含有量の高い肥料を他の主要栄養素と混合することで、爆発のリスクを低減しながら効果的な肥料を製造することが可能です。

硝酸アンモニウムの慎重な取り扱い

硝酸アンモニウムの安全な取り扱いと保管に関する厳格な規制や要件は、すでに多くの国で存在しています。米国では、主要な規制が2001年に労働安全衛生局（OSHA）によって発行されました。また、OSHAが環境保護庁（EPA）およびアルコール・タバコ・火器・爆発物取締局（ATF）と共同で2015年に発行した勧告文書には、追加のガイダンスが記載されています。この勧告は、硝酸アンモニウムのリスク管理と安全性を向上させ、環境を保護するための継続的な政府イニシアチブの一環として発行されました。

CASの硝酸アンモニウムの安全性に関するインサイトレポートでは、安全な保管にはいくつかの変数を慎重に考慮する必要があることが強調されています（図2）。OSHAの規制では、保管エリアに適切な換気を行うことが義務付けられており、これは有毒ガスや高温ガスの蓄積、および凝集を防ぐために不可欠です。法律で考慮されているその他の重要な安全要因には、保管エリアに不燃材料を使用すること、温度を130°F（約54.4°C）以下に保つこと、一箇所に保管する硝酸アンモニウムの量を制限すること、適切な消防措置を講じることが含まれます。

法律やガイドラインは、固体硝酸アンモニウムのような危険物質を管理するために不可欠ですが、遵守されて初めて安全性が向上します。硝酸アンモニウムの危険性に対する認識を高め、既存のガイドラインに従うことの重要性を周知することは、将来の壊滅的な事故を防ぐ、あるいは少なくとも大幅に制限する助けとなるでしょう。

硝酸アンモニウムは、農業やその他の産業で世界中で利用されている、非常に有用で経済的に重要な物質です。しかし、その製造と保管の危険性は、過去1世紀にわたるいくつかの壊滅的な爆発事故によって浮き彫りになっています。この危険な状況を改善するためには、硝酸アンモニウムの危険性を一般の人々に認識してもらい、適切な代替品を模索しつつ、安全対策を遵守することが極めて重要です。

詳細については、当社のインサイトレポート「硝酸アンモニウム爆発：得られた教訓」をダウンロードしてください。

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