

除氷とは、表面から雪、氷、霜を取り除く作業のことです。防氷とは、除氷効果だけでなく、表面に留まって一定期間氷の再形成を遅らせたり、氷の付着を防いで機械的な除去を容易にする化学物質を塗布することです。
除氷は、機械的な方法(削る、押す)、熱を加える方法、水の凝固点を下げるように設計された乾燥または液体の化学物質(各種塩類や塩水、アルコール、グリコールなど)を使用する方法、またはこれらの異なる技術を組み合わせる方法によって行うことができます。
2013年には、北米の道路の凍結防止のために推定1400万トンの塩が使用された。[ 1 ]
道路の凍結防止は従来、除雪車や散布用に設計されたダンプトラックで塩を撒くことで行われてきました。塩は砂や砂利と混ぜて、滑りやすい道路に撒かれることがよくあります。塩化ナトリウム(岩塩)は安価で大量に入手しやすいため、通常は使用されます。しかし、塩水は依然として-18 ℃(0 °F)で凍結するため、気温がこの点を下回ると役に立ちません。また、腐食を引き起こす傾向があり、ほとんどの車両に使用されている鋼鉄やコンクリート橋の鉄筋を錆びさせます。濃度によっては、一部の植物や動物に有毒になる場合があり[ 2 ]、その結果、一部の都市部では塩の使用をやめています。最近の融雪剤では、塩化カルシウムや塩化マグネシウムなどの他の塩が使用されています。これらは水の凝固点をはるかに低い温度まで下げるだけでなく、発熱反応も起こします。これらは歩道に対してはいくらか安全ですが、余分な塩はやはり除去する必要があります。
近年では、塩に関連する環境問題を軽減し、道路に散布した際に残留効果が長くなる有機化合物が開発されており、通常は塩水や固形物と併用されます。これらの化合物は、砂糖大根の精製やエタノールを製造する蒸留プロセスなどの農業活動の副産物として生成されることが多いです。[ 3 ] [ 4 ]他の有機化合物としては、木灰や、路傍の草や台所の廃棄物から作られる酢酸カルシウムマグネシウムと呼ばれる融雪塩などがあります。 [ 5 ]さらに、一般的な岩塩をいくつかの有機化合物や塩化マグネシウムと混合すると、より低い温度( -34 °C(-29 °F) )でも効果があり、単位面積あたりの散布量も少ない散布可能な材料が得られます。
これらの新規化合物のいくつかは、ごく微量のガスを空気中に放出します。これらのガスは、人間や動物の喉や呼吸器系に刺激を与えることが知られています。大多数の人は問題を感じませんが、長期的な影響については研究されていません。気道が敏感な人、特に乳幼児は、深刻な呼吸器系の問題を抱える可能性があります。気道が敏感な人に特化した呼吸器系の健康問題に関するより広範な科学的研究は不足しています(一般的に、科学的研究は呼吸器系以外の健康問題や環境問題に焦点を当てています)。
ソーラーロードシステムは、道路表面を水の凝固点以上に維持するために使用されてきました。道路表面に埋め込まれたパイプのアレイは、夏に太陽エネルギーを集め、熱を蓄熱バンクに伝達し、冬に熱を道路に戻して表面を0 °C(32 °F)以上に維持するために使用されます。[ 6 ]この自動化された再生可能エネルギーの収集、貯蔵、供給の形態は、化学汚染物質の使用による環境問題を回避します。
2012年に、水をはじく超疎水性表面は氷の蓄積を防ぎ、氷の付着を抑制できることが示唆された。しかし、すべての超疎水性表面が氷の付着を抑制するわけではなく[ 7 ]、この方法はまだ開発中である[ 8 ] 。

北極圏の列車や分岐器は、雪や氷の堆積によって深刻な問題に直面することがあります。寒い日には、機能を維持するために一定の熱源が必要です。列車では、主にブレーキ、サスペンション、連結器の除氷にヒーターが必要です。線路では、主に分岐器が氷に敏感です。高出力の電気ヒーターは氷の形成を防ぎ、形成された氷を迅速に溶かします。
ヒーターは、過熱やヒーターの破損を防ぐため、PTC材料、例えばPTCゴムなどで作られていることが好ましい。これらのヒーターは自己制限型であり、制御用電子機器を必要としない。過熱することはなく、過熱保護も不要である。[ 9 ]

地上では、凍結や降雨の状況下では、航空機の除氷作業が一般的に行われる。凍結した異物は機体の空力特性を阻害する。さらに、剥がれ落ちた氷はエンジンを損傷する可能性がある。
地面の凍結防止方法には以下が含まれます。
飛行中の航空機は、大気の状態によって氷が付着することがあり、飛行性能の低下につながる可能性があります。大型商用機には、氷の付着を除去し、再付着を防ぐための飛行中の着氷防止システムがほぼ必ず搭載されています。小型の一般航空機にも、着氷防止システムが普及しつつあります。
氷結防止システムは、一般的に以下の方法の1つ以上を採用しています。
空港舗装路(滑走路、誘導路、エプロン、誘導路橋)の除氷作業には、プロピレングリコール、エチレングリコール、酢酸カルシウムマグネシウム、その他の有機化合物など、数種類の液体および固体化学製品が使用される場合がある。 [ 10 ]塩化物系化合物(例:塩)は、航空機やその他の機器に腐食作用を及ぼすため、空港では使用されない。[ 11 ] : 34–35
尿素混合物は、低コストであることから、舗装路の除氷にも使用されてきました。しかし、尿素は散布後にアンモニアに分解されるため、水路や野生生物にとって重大な汚染物質であり、米国の空港ではほぼ段階的に廃止されています。2012年、米国環境保護庁(EPA)は、ほとんどの商業空港での尿素系除氷剤の使用を禁止しました。[ 12 ]
水攪拌機は、水中に設置された電動モーターで、より暖かい水を汲み上げ、水面を攪拌して、氷点下の気温で河川や湖の水上構造物の氷を溶かすものです。圧縮空気をホースを通して送り込み、放出して水を攪拌する攪拌バブラーもあります。 [ 13 ]
すべての融雪剤は共通の作用機序を持っています。それは、一定の温度以上で水分子が結合するのを防ぐことです。その効果は濃度によって異なります。この温度は 純水の凝固点である0℃以下です(凝固点降下)。場合によっては、発熱溶解反応によってさらに強力な融雪効果を発揮するものもあります。以下に、最も一般的に使用されている融雪剤とその代表的な化学式を示します。
空港では、除氷剤が重大な環境脅威となっている。ベンゾトリアゾール系およびトリルトリアゾール系の除氷剤は特に注目されている。[ 14 ]塩化ナトリウムや塩化カルシウムなどの一般的な塩でさえ、自然水に溶け出し、その塩分濃度に影響を与える。[ 1 ]
エチレングリコールとプロピレングリコールは、表層水中での分解時に高い生物化学的酸素要求量(BOD)を示す。この過程は、水生生物の生存に必要な酸素を消費するため、水生生物に悪影響を及ぼす可能性がある。微生物群がプロピレングリコールを分解する際には、水柱中の溶存酸素(DO)が大量に消費される。[ 15 ]: 2-23
一部の空港では、使用済みの除氷液をリサイクルし、水と固形汚染物質を分離して、他の用途で再利用できるようにしています。他の空港では、敷地内に廃水処理施設があり、収集した液体を自治体の下水処理場または商業廃水処理施設に送っています。[ 11 ] : 68–80 [ 16 ]
道路用塩(塩化ナトリウム)の使用は、さまざまな環境およびインフラの損傷を引き起こしています。道路用塩は、塩害による腐食のため、全米で年間最大50億ドルの修理費用を負担しています。[ 17 ]
環境上の懸念事項としては、主に水路の汚染、野生生物の絶滅危惧、土壌の塩類化が挙げられます。道路の塩は下水道、水路、そして最終的には大きな水域に流れ込み、水の塩類化を引き起こす可能性があります。これは、塩分に耐性のないさまざまな種の生物多様性の減少や、塩分に耐性のある他の種の生存上の利点など、さまざまな環境被害をもたらします。[ 18 ] [ 19 ]
道路沿いの植物には塩が蓄積し、植物の成長を阻害し、枯死に至ることもあります。北京では(2005年春)、融雪剤の使用により、11,000本の歩道樹、150万本の低木、200平方キロメートル(49,000エーカー)の芝生が枯死しました。[ 20 ]塩分を多く含む道路脇の水たまりは野生動物を引き寄せ、車両と哺乳類(ヘラジカなど)の衝突の可能性を約80%増加させます。鳥も道路の塩を摂取し、塩中毒や過剰摂取につながる可能性があります。[ 21 ]