環境化学工学 - 環境諸課題と環境技術の体系的な理解 -

中島江梨香中部大講師博士（工学）編著
行本正雄中部大名誉教授博士（工学）著
野々部顕治野々部技術士事務所（株）著

使われている技術の歴史背景を知り，客観的なデータに基づいて工学的な必然性を理解しよう

「環境化学工学」は，科学的な現象解析と工学的な解決策を融合し，複雑な環境問題へ包括的に立ち向かうためのアプローチである。本書は，環境技術の表面的な解説にとどまらず，各技術が要請された歴史的背景と，それを解き明かす化学工学的な理論・メカニズム（工学的必然性）を結びつけて体系的に解説。単に個々の環境対策を知識として追うのではなく，事象の根底にある物理化学的根拠や社会構造的要因を理解することで，多様な制約条件のもとでデータに基づいた最適な選択肢を提示する「技術や制度のあり方を考える力」の習得を目指す。

ジャンル

発行予定日: 2026/09/下旬

判型: A5

ページ数: 190ページ

ISBN: 978-4-339-06679-1

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2,970円(本体2,700円+税)

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内容紹介
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目次
著者紹介

“環境技術・法制度の「歴史的変遷」と「工学的必然性」を体系化。定量的データと物理化学・化学工学の基礎知識から、持続可能な社会の実現を考える実践的テキスト！”

【内容紹介】
人類は古くから自然の豊かな恵みを受け、文明を発展させてきましたが、その過程における環境負荷は地球規模の物質循環（自然のサイクル）を歪め、現代社会の生命基盤に関わる需要な課題となっています。こうした課題に対し、技術によって環境課題の解決を図る「環境工学」の視点に加え、近年の環境規制強化に伴い物質レベルで現象を解明する「環境化学」の知見も不可欠となりました。「環境化学工学」は、科学的な現象解析と工学的な解決策を融合し、複雑な環境問題へ包括的に立ち向かうためのアプローチです。
現代において運用されている環境技術や環境法制度は、決して独立して成立したものではありません。そこには、過去に発生した深刻な環境問題や試行錯誤を重ねた発展の歴史的プロセスが存在します。本書は、環境技術の表面的な解説にとどまらず、各技術が要請された歴史的背景と、それを解き明かす化学工学的な理論・メカニズム（工学的必然性）を結びつけて体系的に解説しています。
単に個々の環境対策を知識として追うのではなく、事象の根底にある物理化学的根拠や社会構造的要因を理解することで、多様な制約条件のもとでデータに基づいた最適な選択肢を提示する「技術や制度のあり方を考える力」の習得を目指します。

【本書の特長】

● 歴史的プロセスと「工学的必然性」の体系的結合
高度経済成長期の公害問題、水系感染症の克服、処分場逼迫問題、エネルギーの資源的制約など、日本および世界が直面してきた環境課題の歴史的文脈から、現行の環境規制や技術体系（S+3E原則、EPR、LCA等）が成立した論理的背景を示します。
● 物理化学・化学工学の理論に基づく定量的アプローチ
CO₂の変角振動による赤外線吸収メカニズム、水銀の触媒反応によるメチル水銀生成プロセス、フロンによるオゾン破壊のラジカル連鎖反応、排煙脱硫・脱硝（石灰スラリー法・アンモニア接触還元）の反応工学など、定量的データと反応機構に踏み込んで解説しています。
● 基礎原理から先端的な技術・制度動向までを包括
地球形成と物質循環（炭素・窒素・硫黄）の基礎から、近代水道・汚水処理技術、サーキュラーエコノミー（循環経済）、エネルギーキャリア（水素・アンモニア）、CCUS、ZEB/スマートシティ、放射線管理、グリーンケミストリー/エンジニアリングの12か条まで、幅広い領域を網羅しています。

【各章の概要】
第1章地球と人類と物質循環
閉鎖系としての地球の形成と大気組成の変遷、炭素・窒素・硫黄の物質循環機構を提示。CO₂の赤外線吸収に関する分子振動メカニズムや、ハーバー・ボッシュ法による人口支持と窒素循環の不均衡など、環境影響の根底にある原理を扱います。
第2章環境汚染と法整備
日本の公害史と法制度の発展過程を追録。水俣病、イタイイタイ病、四日市ぜんそく等の発生メカニズムと、集じん・排煙脱硫・脱硝（バグフィルター、石灰スラリー法、アンモニア接触還元）をはじめとする環境保全技術の確立プロセス、毒性学の基本指標、POPs条約やPFAS等の化学物質管理を解説します。
第3章水の保全と安全な水の供給
水系感染症対策として導入された近代水道の歴史から、現代の高度浄水・汚水処理技術（物理化学的処理・生物学的処理）までを体系化。公衆衛生の確保と水環境保全を支える技術的根拠を論じます。
第4章廃棄物管理と循環型社会の構築
大量生産・消費・廃棄に伴う最終処分場の逼迫と法的枠組みの変遷を整理。3Rからサーキュラーエコノミー（循環経済）への移行の妥当性を、LCA（ライフサイクルアセスメント）による客観的な影響評価手法とともに詳述します。
第5章エネルギー資源と持続可能な社会
一次エネルギーの自給率に制約を抱える日本の構造的背景を分析。電力網の同時同量の法則やエネルギーダイバシティの観点を整理し、「S+3E原則」を満たすエネルギーポートフォリオのあり方や、水素・アンモニアキャリア、CCUS等の次世代技術を評価します。
第6章放射能・放射線と環境
放射線の物理的性質、測定指標、生体への影響、防護の三原則から、核エネルギー利用の原理および放射性廃棄物処理・処分まで、科学的知見に基づく正確なリスク管理と理解に必要な基礎知識を整理します。
第7章グリーンケミストリーとグリーンエンジニアリング
持続可能なプロセス設計の指針となる「12か条」を提示。化学プロセスおよびプラント設計において環境負荷を低減するための新たな工学的設計思想をまとめます。

【本書を特に読んでほしい読者】
大学学部生・高専生（3～4年生）：工学部（化学工学、環境工学、応用化学、社会環境工学、資源循環工学系学科）で環境関連科目を学ぶ学生。
大学院生（修士課程）：環境化学工学、環境プロセス工学、サステナビリティ学等を専攻し、研究の背景知識や体系的理解を深めたい学生。
企業の技術者・研究者・設計担当者：化学・素材・エネルギー・水処理・プラントエンジニアリング企業等のR&D、プロセス設計、環境技術開発、環境マネジメント（ISO14001等）、CSR/ESG/サステナビリティ推進部門に携わる若手〜中堅社員。

【本書を読む前にあると望ましい前提知識】
大学初年級レベルの化学（基礎的な化学反応式、分子構造、モル計算）および物理（熱力学の基礎的概念）の知識があると理解がよりスムーズですが、専門知識が少ない初学者でも読み進められるよう配慮しています。各章で技術や法律の背景となる歴史的経緯や物理化学的原理（分光学的メカニズム、反応機構など）を基礎から丁寧に記述しているため、工学系の基礎知識があれば無理なく読破できます。

【本書を読むことで得られる知識・できるようになること】

● 単なる要素技術の暗記にとどまらず、社会的・構造的制約のもとで客観的データに基づき最適解を導き出す「社会実装力」を身につけられる。
● 現代の環境技術（排煙脱硫・脱硝、高度浄水・汚水処理、CCUS等）や環境法制度が生まれた歴史的経緯と工学的必然性を体系的に理解できる。
● 温室効果ガスの赤外線吸収メカニズム（分子振動・双極子モーメント）、水銀のメチル化反応機構、フロンによるオゾン破壊のラジカル連鎖反応などを物理化学・化学工学の視点から論理的に説明・評価できる。
● LCA（ライフサイクルアセスメント）の考え方や評価手法、グリーンケミストリー/グリーンエンジニアリングの12か条に基づき、製品やプロセスの環境負荷を定量的に評価し、持続可能なプロセス設計に展開できる。

【本書の特徴・工夫した点】

● 歴史的文脈と工学的必然性の統合
公害や水系感染症の克服、処分場逼迫、資源制約などの歴史的背景と、化学工学的な反応メカニズム・原理を結びつけて解説した独自の構成。
● 物理化学・化学工学に基づく厳密な解説
温室効果の定量的エネルギーバランス、CO₂の分子振動モード、脱硫・脱硝プロセスの反応式など、定量的・科学的な根拠を重視。
● 最新の国際動向と産業技術を網羅
サーキュラーエコノミー、PFAS規制、EPR（拡大生産者責任）、水素・アンモニア等のエネルギーキャリア、CCUS、ZEB/スマートシティ、グリーンエンジニアリングまで最新動向を網羅。
● 実務と理論の接続
産業水処理（コラム協力：オルガノ(株)）や原子力・放射線管理（協力：(株)アトックス/元JAEA）など、専門企業の知見を反映した実践的な内容。

【授業・講義での使用イメージ】
対象学年：大学3〜4年生、高等専門学校（高専）4〜5年生・専攻科、大学院前期（修士）
想定科目名：「環境化学工学」「環境工学概論」「化学環境工学」「環境プロセス工学」「持続可能社会概論」「循環型社会工学」など
使用形態：半期（15回）または通年講義の指定教科書・参考書。
ゼミ・輪講：環境・化学工学系研究室における新入生向け輪講テキスト、社会人向けリスキリング講座のテキストとして最適です。

【実務・研究で役立つ場面】
新規プロセス・製品の環境負荷低減設計：グリーンケミストリー/エンジニアリングの12か条やLCA思考を応用し、低環境負荷な化学プロセスや新素材を開発・評価する場面。
環境プラント・水処理・排ガス処理設備の設計・選定：集塵装置（バグフィルター等）、排煙脱硫・脱硝装置、汚水処理プロセスの原理を理解し、現場の要求仕様に応じたシステム選定を行う場面。
ESG・環境マネジメント・規制対応：化学物質の毒性評価（LD₅₀、HQ等）、POPs条約・PFAS等の最新規制動向、サーキュラーエコノミーやEPRを踏まえた企業の環境戦略立案の場面。

【関連キーワード】
環境工学/環境化学、物質循環（炭素循環・窒素循環）、排煙脱硫・脱硝（石灰スラリー法・アンモニア接触還元）、サーキュラーエコノミー（循環経済）、ライフサイクルアセスメント（LCA）、エネルギーキャリア（水素・アンモニア・CCUS）、放射線防護・リスク管理、グリーンケミストリー / グリーンエンジニアリング、廃棄物管理・処理技術、スマートグリッド

☆発行前情報のため，一部変更となる場合がございます

私たちは古くから自然の豊かな恵みを受け，文明を発展させてきました。しかし，その過程で私たちが地球に与えてきた負荷は自然のサイクル（物質循環）を狂わせ，私たちの生存基盤を脅かす段階に到っています。環境工学は，こうした課題に対して科学の視点と工学の技術を組み合わせ，具体的な解決策を見出す重要な学問です。

しかし，環境工学が扱う技術や法制度は，ある日突然，完成された形で目の前に現れたわけではありません。そこには必ず，先人たちが直面した深刻な課題，度重なる失敗，およびそれを乗り越えようとした試行錯誤の歴史的経緯（発展のプロセス）が存在します。本書は，単に最新の環境技術や仕組みを網羅的に紹介するだけではなく，それぞれの技術がたどってきた歴史の文脈を紐解くことで，「なぜ，この技術が必要になったのか」，「なぜ，この仕組みでなければならなかったのか」という本質的な問いを読者に問いかけ，その背景にある工学的な必然性を深く理解できる構成となっています。

地球は，宇宙との間でエネルギーの出入りはあるものの，物質の移動がほとんどない閉鎖系です。本書の第1章（地球と人類と物質循環）では，まず生命や環境がよって立つ地球の形成と物質循環の起源を学びます。炭素，窒素，硫黄などの原子が，大気，水，土壌，生命の間を悠久の時をかけて循環してきたメカニズムを知ることで，なぜ現代人類の活動がこの繊細な物質循環のバランスを根底から揺るがしてしまっているのか，その根本的な「なぜ」に迫ります。

続く第2章（環境汚染と法整備）では，日本の環境対策における歴史的変遷を代表する公害の歴史を見つめます。戦後の高度経済成長期に起きた凄惨な公害問題と，そこから生まれた徹底的な環境規制や法整備のプロセスを学ぶことで，なぜ厳しい環境基準や法律による縛りが必要だったのか，そしてなぜ日本が世界に先駆けて高度な環境保全技術を築き上げることができたのかという，技術と社会制度の因果関係を主体的に考えます。

特に，私たちの命を支える水をめぐる歴史は，感染症や汚染との果てしない闘いでした。第3章（水の保全と安全な水の供給）では，明治期にコレラなどの水系感染症を克服するために近代水道システムが導入されてから，現代の高度浄水・下水処理に到る水道技術の変遷を体系的に追います。これを通じて，なぜ日本の水道水は世界で最も安全と言われる品質を維持できているのか，蛇口をひねれば当たり前に安全な水が飲めるのかその裏にある技術的な必然性を理解します。

また，公害克服後の現代において，きわめて身近な課題であるゴミや資源の問題は，世界と日本の地域的・歴史的な背景の違いによって，その対策が大きく異なります。第4章（廃棄物管理と循環型社会の構築）では，日本が歩んできた大量生産・大量消費・大量廃棄の時代と，国土の狭さゆえに直面した最終処分場（埋立地）の逼迫にいたる歴史的背景を整理します。なぜ，これまでの3R（リデュース・リユース・リサイクル）だけでは不十分で，持続可能なサーキュラーエコノミー（循環経済）への移行や，製品の一生を通じた環境負荷を科学的に評価するLCA（ライフサイクルアセスメント）の考え方が必要なのか，その必然的な理由を問いかけます。

高度な文明を維持するうえで避けて通れないエネルギーの問題も，歴史と地理の制約から生まれています。第5章（エネルギー資源）では，一次エネルギーのほぼ全量を海外に頼らざるを得ない資源を持たない国・日本の置かれた構造的背景を見つめます。電力の安定供給に絶対不可欠な同時同量の法則や，貯蔵・輸送に優れた液体・ガス燃料の特徴，および資源の輸入国や種類を分散させるエネルギー資源のダイバシティー（多様性）の重要性を整理し，なぜ日本において安全性，安定供給，経済性，環境適合のすべてを追求するS＋3Eの原則が国の命綱であるのかを熱力学的な視点も交えて考えます。

さらに第6章（放射能・放射線と環境）では，医療や工業，農業など，私たちの見えないところで多様に進化してきた放射線利用の歴史と進展に触れます。これらが現代社会で果たしている役割と，安全に取り扱うための基礎知識（放射線の性質，生体影響，防護の原則）を整理することで，放射線を過度に恐れず正しく理解し，なぜ安全管理を徹底すべきなのかを論理的に考えます。

こうした歴史の中で高度に進化してきた技術やシステムを，将来にわたって持続可能な形で社会に実装するための，新たな設計思想を扱うのが本書の締めくくりです。第7章（グリーンケミストリーとグリーンエンジニアリング）では，過去の環境破壊への反省からアメリカ化学会（ACS）が提唱した，環境に配慮したプロセス設計の基本概念について，化学工学を学ぶうえで知っておくべき必須の教養を端的に紹介します。

情報があふれる現代，環境議論はしばしば感情的，あるいは極端な二元論に陥りがちです。しかし，皆さんに本当に必要なのは，単に環境に優しい技術を表面だけなぞることではありません。なぜ，その技術が必要とされたのかという歴史的背景を正しく理解し，客観的なデータに基づいて，社会の文脈に合わせた最も適切な選択肢を導き出す社会実装力を養うことです。過去の失敗とそれを克服した知恵を体系的に学ぶことこそが，将来読者が新たな環境課題に直面したときに，自らの頭で最適解を導き出すための強力な羅針盤となります。

本書の執筆にあたり，産業水処理に関するコラムの査読にご協力いただいたオルガノ株式会社の矢野大作氏，ならびに第5章および第6章の執筆において貴重なご指導を賜った元日本原子力研究開発機構理事の吉田信之氏（株式会社アトックス）に深く感謝いたします。

本書は，複雑に絡み合う環境諸課題を体系的に理解するための一助となるよう構成されています。各章で最新の法制度や技術動向を反映させつつ，根底にある物質循環，安全確保，リスク管理，それから社会との対話の重要性を一貫して説いています。本書が，現代における様々な環境問題を考えていく出発点となり，読者の皆さんにとって科学的な見方のヒントになれば幸いです。

2026年8月
中島江梨香

☆発行前情報のため，一部変更となる場合がございます

1．地球と人類と物質循環
1.1　地球の形成　
1.2　地球の温度　
1.3　地球の物質循環　
　1.3.1　水循環　
　1.3.2　炭素循環　
　1.3.3　窒素，硫黄の循環　

2．環境汚染と法整備
2.1　環境汚染　
2.2　化学物質と毒性　
2.3　日本の公害史　
　2.3.1　水俣病　
　2.3.2　イタイイタイ病　
　2.3.3　四日市ぜんそく　
　2.3.4　残留性有機汚染物質　
2.4　環境保全のための法制度　

3．水の保全と安全な水の供給
3.1　水環境の汚濁と水質評価基準　
3.2　水道の歴史と日本の水道制度　
3.3　水資源の確保と高度再利用技術　
3.4　汚水処理方法　
　3.4.1　物理化学的汚水処理方法　
　3.4.2　酸化及び殺菌　
　3.4.3　生物学的処理　
3.3　排水処理方法の選定　

4．廃棄物管理と循環型社会の構築
4.1　廃棄物処理の歴史と循環経済への移行　
4.2　日本の資源循環・廃棄物関連法規　
　4.2.1　循環型社会形成推進基本法　
　4.2.2　廃棄物処理法　
　4.2.3　資源有効利用促進法　
　4.2.4　個別リサイクル法　
　4.2.5　拡大生産者責任　
　4.2.6　グリーン購入法　
4.3　資源循環の国際動向と新たな経済モデル　
　4.3.1　所得水準と廃棄物量の関係　
　4.3.2　日本と海外の廃棄物処理の違い　
　4.3.3　サーキュラーエコノミー　
4.4　循環の妥当性評価（LCA）と管理　
　4.4.1　ライフサイクル思考と評価の定義　
　4.4.2　実施枠組みとISO国際規格　
　4.4.3　ライフサイクル影響評価の手順　
　4.4.4　被害算定型手法とエンドポイントの多様性　
　4.4.5　意思決定の根拠としての活用　
　4.4.6　環境マネジメントシステムによる継続的改善　
4.5　廃棄物を巡る現代的課題と社会問題　
　4.5.1　不法投棄と適正処理の確保　
　4.5.2　海洋汚染　
　4.5.3　廃棄物の越境移動とバーゼル条約の強化　

5．エネルギー資源と持続可能な社会
5.1　エネルギーの基礎概念と歴史　
　5.1.1　世界のエネルギー需給の現状　
　5.1.2　エネルギー資源量と持続可能性　
　5.1.3　再生可能エネルギー比率の限界　
　5.1.4　エネルギー資源　
5.2　枯渇性資源を利用した発電技術　
　5.2.1　火力発電　
　5.2.2　原子力発電　
5.3　再生可能資源を利用した発電技術　
　5.3.1　水力発電　
　5.3.2　地熱発電　
　5.3.3　太陽光発電　
　5.3.4　風力発電　
　5.3.5　バイオマス発電　
　5.3.6　海洋発電　
5.4　電気エネルギーの利用効率向上技術　
　5.4.1　スマートグリッド構想　
　5.4.2　蓄電技術　
　5.4.3　エネルギーキャリアとしての水素　
　5.4.4　エネルギーキャリアとしてのアンモニア　
　5.4.5　燃料電池　
　5.4.6　超電導直流送電　
5.5　バイオマス液化燃料　
　5.5.1　バイオエタノール燃料の製造方法　
　5.5.2　バイオディーゼル燃料の製造方法　
5.6　カーボンリサイクル　
5.7　建築とエネルギーの融合：ZEB・PEBからスマートシティへ　

6．放射能・放射線と環境エネルギー
6.1　放射線の発見と原子の構造　
6.2　放射線の種類・性質と測定指標の計算　
6.3　放射線の測定方法と検出器　
6.4　生物学的影響と線量の減衰・半減期　
6.5　核エネルギーの利用原理：核分裂とエネルギー変換　
6.6　原子燃料サイクルと高速増殖炉　
6.7　放射線管理と廃棄物処理・処分の課題　
6.8　現代の公害問題：原子力事故の歴史と安全管理の課題　
6.9　アイソトープの多角的な利用技術　
6.10　持続可能なエネルギー社会への展望　

7．グリーンケミストリーとグリーンエンジニアリング：持続可能な社会を支える化学と工学
7.1　グリーンケミストリーとグリーンエンジニアリング　
7.2　グリーンケミストリーの12か条　
　7.2.1　Prevention waste（廃棄物の防止）　
　7.2.2　Atom Economy（アトムエコノミー）　
　7.2.3　Less Hazardous Chemical Syntheses（危険性（毒性）の少ない化学合成）　
　7.2.4　Designing Safer Chemicals（安全な化学物質の設計）　
　7.2.5　Safer Solvents and Auxiliaries（安全な溶媒や反応補助物質）　
　7.2.6　Design for Energy Efficiency（エネルギー効率の向上）　
　7.2.7　Use of Renewable Feedstocks（再生可能な原料）　
　7.2.8　Reduce Derivatives（化学修飾の削減）　
　7.2.9　Catalysis（触媒の活用）　
　7.2.10　Design for Degradation（環境中で分解する製品）　
　7.2.11　Real-time analysis for Pollution Prevention（汚染防止のためのリアルタイム分析）　
　7.2.12　Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention（事故予防のための本質的な安全性）　
7.2　グリーンエンジニアリングの12か条　
引用・参考文献
索引

中島江梨香（ナカシマエリカ）

■ 専門分野
環境工学 / 高分子熱分解・難燃材料 / グリーン・環境化学

■ プロフィール・研究実績
博士（工学）。中部大学大学院博士後期課程修了後、米国シカゴ大学ポスドク、中部大学総合工学研究所等を経て、現在、同大工学部講師。
物理化学・反応工学の理論基盤のもと、先端画像解析やデータ駆動型アプローチを融合させた環境配慮型材料の開発に従事する工学研究者。科学的データに基づく客観的アプローチで高分子の熱分解メカニズムを解明するなど、先進的な研究を展開している。

■ 社会的活動・技術還元
研究成果の社会実装に力を注ぎ、高分子プロセスや水産養殖システム等における複数の特許を取得。
一般社団法人難燃材料研究会や「未来のくらしと水の科学研究会」の運営委員を務め、産官学連携による技術開発や実務者教育を牽引。持続可能な環境技術の社会還元に向け、研究・広報活動を積極的に推進している。

中部大学・環境工学研究室

行本正雄（ユクモトマサオ）

中部大学では文理融合教育の一環としてSDGs教育を進めており、その一つ「資源循環と持続」について廃棄物処理・リサイクル分野の専門家として研究・教育活動を進めています。中部大学を令和6年3月末に退職し、現在は名誉教授、フェローに任じられ、多治見市ごみ減量等推進審議会会長、春日井市商工業振興審議会会長を務めています。
日本エネルギー学会では令和7年3月に功績賞を受賞し、現在は参与として環境リサイクル部会を中心に活動中です。
環境省登録の環境カウンセラー（市民部門）として社会貢献活動に参加しております。（NPO愛知環境カウンセラー協会理事）

野々部顕治（ノノベケンジ）

環境系独立技術士としてフリーで活動しています。“野々部技術士事務所株式会社”の代表取締役です。弊社のキャッチフレーズは「あなたの会社や団体の“環境にいいこと”応援します。」です。環境技術全般に対応しますが、得意なのは水質改善技術です。これまで国内だけでなく中国や韓国でも水質改善技術指導を行ってきました。

時代の要請か、最近は省エネや節水についての仕事も増えてきました。私が力を入れているのは下水処理施設の省エネ技術指導です。全国には下水処理施設が2,000基以上存在しますが、その省エネは遅々として進んでいません。ポンプやブロワの省エネ技術指導は誰にも負けない自信はあります。全力で貢献したいと考えています。