石油産業の健康と環境への影響

石油には多くの用途があるため、石油産業の環境への影響は広範囲にわたります。 原油と天然ガスは、現代の日常生活や世界経済のさまざまな側面を支える主要なエネルギー源および原材料です。その供給は、急速に増加する人口、創造性、知識、消費主義の需要を満たすために、過去150年間で急速に増加しました。^[1]

石油とガスの抽出、精製、輸送の段階では、大量の有毒および無毒の廃棄物が発生します。揮発性有機化合物、窒素および硫黄化合物、流出油などの一部の産業副産物は、不適切に管理されると、生命に有害なレベルで空気、水、土壌を汚染する可能性があります。^{[2] [3] [4] [5]}気候温暖化、海洋酸性化、海面上昇は、二酸化炭素（CO2 _）やメタンなどの温室効果ガス、および黒色炭素などの微粒子エアロゾルの産業からの排出によって促進される地球規模の変化です。^{[6] [7] [8]}自動車の排気ガスは多くの人々を殺しています。^[9]

人間の活動の中で、化石燃料の 燃焼は地球の生物圏における炭素の継続的な蓄積に最も大きく貢献しています。^[10] 国際エネルギー機関などの報告によると、2017年にすべてのエネルギー源から大気中に放出された_CO2の記録された328億トン（BT）のうち、石油とガスの使用は55％以上（180億トン）を占めています。 ^{[11] [12]残りの45％の大部分は}石炭の使用によるものです。総排出量はほぼ毎年増加し続けており、2018年には1.7％から33.1 BTになりました。^[13]

石油産業は、その事業活動を通じて、2017年の3280万トンの温室効果ガスの約8％（270万トン）を直接排出しました。 ^{[11] [14] [15]} また、意図的およびその他の天然ガスの放出により、同年、石油産業は少なくとも^[16] 7900万トンのメタン（240万トンのCO2_換算）を直接排出しました。これは、強力な温室効果ガスの既知の人為的および自然起源の排出量の約14％に相当します。 ^{[15] [17] [18]}

ガソリンや液化天然ガスなどの燃料とともに、石油は肥料やプラスチックなど多くの消費者向け化学物質や製品を生み出しています。エネルギーの生成、輸送、貯蔵のための代替技術のほとんどは、その多様な有用性ゆえに現時点で実現可能となっています。^{[19]石油製品の} 保全、効率化、廃棄物の影響の最小化は、より良い環境持続可能性を達成するための効果的な産業と消費者の行動です。^{[20] [21] [22]}

石油は多くの成分の複雑な混合物です。これらの成分には、直鎖、分岐、環状、単環芳香族、多環芳香族炭化水素が含まれます。油の毒性は、油の各成分の毒性ポテンシャル、またはその成分の水溶性における毒性を使用して理解できます。^{[23]原油やその他の石油関連製品の毒性を測定するために使用できる方法は多数あります。毒性レベルを分析する特定の研究では、毒性と}生分解性を評価するために、標的脂質モデルまたは着色染料を使用した比色分析を使用できます。^[24]

油や石油関連製品はそれぞれ毒性のレベルが異なります。毒性のレベルは、風化、溶解性、および持続性などの化学的性質など、多くの要因によって左右されます。風化が進むと、より溶解性の高い低分子量の物質が除去されるため、毒性のレベルは低下する傾向があります。 ^[23]溶解性の高い物質は、水にあまり溶けない物質よりも毒性のレベルが高くなる傾向があります。^[24]一般的に、炭素鎖が長くベンゼン環が多い油は、毒性のレベルが高くなります。ベンゼンは、最も毒性の高い石油関連製品です。ベンゼン以外の毒性の高い物質には、トルエン、メチルベンゼン、キシレン（BETX）があります。^{[24]毒性が最も低い物質は、}原油とモーターオイルです。^[24]

石油の種類によって毒性のレベルは異なりますが、石油由来の製品はすべて人間の健康と生態系に悪影響を及ぼします。悪影響の例としては、特定の哺乳類の消化器系における油乳化により栄養素の消化能力が低下し、特定の哺乳類の死につながる可能性があります。その他の症状には、毛細血管の破裂や出血などがあります。藻類の生産性が低下すると生態系の食物連鎖が影響を受け、特定の種が脅かされる可能性があります。^[24]油は魚に対して「急性致死性」です。つまり、濃度が4000 ppm ( 0.4 % )を超えると魚はすぐに死んでしまいます。 ^[25]石油関連製品の毒性は人間の健康を脅かします。油に含まれる多くの化合物は非常に有毒で、がん (発がん性) やその他の疾患を引き起こす可能性があります。^[23]台湾の研究では、石油精製所の近くに住むことと早産に関連があるとされています。^[26]原油と石油留分は先天性欠損症を引き起こす。^[27]

ベンゼンは原油とガソリンの両方に含まれており、人間に白血病を引き起こすことが知られています。 ^[28]この化合物は人間の白血球数を減少させることも知られており、この物質にさらされた人は感染症にかかりやすくなります。^[28]「研究によると、わずか10億分の1（ppb）の範囲のベンゼンへの曝露が、曝露後5〜15年以内に末期白血病、ホジキンリンパ腫、その他の血液および免疫系疾患につながることがわかっています。」^[29]

化石ガスと石油には、採掘中に放出される微量の放射性元素が自然に含まれています。^[30]塩水中のこれらの元素の高濃度は、技術的および環境的な懸念事項です。^[31]

石油採掘は、地中に隔離された炭素を生物圏に輸送することで、地球の炭素循環の均衡を乱します。炭素は消費者によってさまざまな形で使用され、大部分は燃焼されて大気中に放出されます。その結果、廃棄物として大量の温室効果ガスである二酸化炭素が発生します。天然ガス (主にメタン) は、燃焼される前に大気中に放出されると、さらに強力な温室効果ガスになります。

1750年から1850年頃に産業革命が始まり、木材や石炭の使用が増えて以来、大気中の二酸化炭素とメタンの濃度は、それ以前の80万年以上の比較的安定したレベルから、それぞれ約50％と150％増加しました。^{[32] [33]} 追加された炭素の約半分が地球の陸上植物と海洋の吸収源によって吸収されているため、現在はそれぞれ毎年約1％の割合で増加しています。^[34]年間排出量の増加 も非常に急速で、過去30年間に抽出された化石炭素の総量は、これまでの人類の歴史全体で抽出された総量を超えています。^[10]

石油のおかげで、プラスチックは極めて低い生産コストで、多種多様な大量の消費財の製造に利用できるようになりました。生産量の年間成長率は10％近くで、その大部分は不適切に廃棄されることが多い使い捨てプラスチックによるものです。^[35]

プラスチックの大部分はリサイクルされず、時間の経過とともにどんどん小さな破片に砕け散ります。マイクロプラスチックは、サイズが5 mm未満の粒子です。マイクロプラスチックは、地球上のほぼすべての場所から採取された空気、水、土壌サンプルで観察されており、生物学的サンプルでもますます多く見られます。プラスチック廃棄物の環境蓄積による長期的な影響は科学的に評価されていますが、これまでのところほとんどわかっていません。^[36] マイクロプラスチックは、表面に汚染物質を吸着する傾向があり、生体内に蓄積する能力があるため懸念されています。^{[37] [38]}

粒子が海洋生物に摂取されると、通常は消化腺、循環器系、えら、腸などの組織に蓄積されます。^{[39] [40] [41]}これらの生物が消費され、食物連鎖の上位に移行すると、より大きな生物、最終的には人間への曝露リスクが生じます。マイクロプラスチックは、さまざまな生物に対して多くのリスクをもたらします。藻類の摂食を妨げ、カイアシ類の死亡率を高め、繁殖力を低下させることが知られています。^{[42] [43]}ムール貝では、マイクロプラスチックが濾過を妨げ、炎症反応を引き起こすことが知られています。^[44]ほとんどの海洋生物は消費される前に内臓を取り除かれるため、これらの粒子が最終的に人間にどのような影響を与えるかについてはまだデータが不足しています。それにもかかわらず、環境への影響は十分に文書化されており、被害の程度は十分に理解されています。

石油の有害な影響は、石油が生産、消費、廃棄される地理的な場所に限定される場合もあります。多くの場合、消費者が責任ある使用と廃棄を実践すれば、影響は安全なレベルまで軽減されます。特定の製品の生産者は、ライフサイクル評価と環境設計の実践を通じて、さらに影響を軽減できます。

石油産業からの排出は、抽出段階から消費段階までの石油生産プロセスのあらゆるチェーンで発生します。抽出段階では、ガスの放出と燃焼により、メタンと二酸化炭素だけでなく、亜酸化窒素やエアロゾルなどのさまざまな汚染物質が放出されます。^[46]特定の副産物には一酸化炭素とメタノールが含まれます。石油または石油留分が燃焼すると、通常、燃焼は完全ではなく、化学反応によって水や二酸化炭素以外の副産物が残ります。ただし、大量の汚染物質にもかかわらず、特定の汚染物質の量と濃度にはばらつきがあります。^[46]石油の精製段階でも、都市部で大量の汚染が発生します。この汚染の増加は、石油の毒性により、人の健康に悪影響を及ぼします。台湾の石油精製所の影響を調査した研究。研究では、石油精製所の近くに住む母親は、石油精製所から離れた場所に住む母親よりも早産の発生率が高いことがわかった。また、性比や子供の出生体重にも違いが見られた。 ^[26]また、煤の微粒子は人間や他の動物の肺を黒くし、心臓障害や死を引き起こす。煤は癌を引き起こす（発癌性）^[23]

揮発性有機化合物（VOC）は、様々な固体や液体から放出されるガスまたは蒸気です。^[47]ガソリン、ディーゼル、ジェット燃料などの石油炭化水素が地下貯蔵タンクやブラウンフィールドから屋内に侵入すると、安全性（爆発の可能性など）が脅かされ、吸入すると健康に悪影響を及ぼします。^[48]

石油、石炭、木材の燃焼プロセスは、酸性雨の発生増加の原因です。燃焼により亜酸化窒素が増加し、油に含まれる硫黄からの二酸化硫黄も増加します。これらの副産物は大気中の水と結合して酸性雨を作り出します。硝酸塩やその他の酸性物質の濃度の上昇は、降雨のpH レベルに重大な影響を及ぼします。過去 100 年間の米国とヨーロッパのデータ サンプルを分析したところ、燃焼による亜酸化窒素の排出量が増加していることが示されました。排出量は降雨を酸性化させるほど多かったのです。酸性雨は、より大規模な生態系に悪影響を及ぼします。^[49]たとえば、酸性雨は木を枯らし、湖を酸性化することで魚を死滅させる可能性があります。サンゴ礁も酸性雨によって破壊されます。酸性雨はまた、機械や構造物 (大量の資本) の腐食や、ローマやギリシャの大理石の遺跡のような考古学的構造物のゆっくりとした破壊にもつながります。

油流出とは、人間の活動により、液化した 石油 炭化水素が環境、特に海洋地域に放出されることであり、汚染の一種です。この用語は通常、海洋または沿岸水域に油が放出される海洋油流出に適用されますが、陸上でも流出が発生する場合があります。油流出は、タンカー、パイプライン、鉄道車両、沖合プラットフォーム、掘削リグ、井戸からの原油の放出、精製石油製品（ガソリン、ディーゼルなど）とその副産物、バンカー燃料などの大型船で使用される重質燃料、または油性廃棄物または廃油の流出が原因である可能性があります。

主な原油流出事故としては、レイクビュー・ガッシャー、湾岸戦争原油流出事故、ディープウォーター・ホライズン原油流出事故などがある。流出した原油は鳥の羽毛や哺乳類の毛皮に浸透し、断熱能力を低下させ、温度変化の影響を受けやすくなり、水中での浮力も大幅に低下する。原油流出の清掃と復旧は困難で、流出した原油の種類、水温（蒸発と生分解に影響）、関連する海岸線やビーチの種類など、多くの要因に左右される。^[50]長期汚染の速度に影響を与えるその他の要因としては、石油残留物の継続的な流入と、環境が自らを浄化できる速度がある^[51]流出の清掃には数週間、数か月、あるいは数年かかることもある。^[52]

廃油は分解生成物だけでなく使用による不純物も含む油です。廃油の例としては、油圧油、トランスミッションオイル、ブレーキフルード、モーターオイル、クランクケースオイル、ギアボックスオイル、合成油などの使用済みオイルがあります。^[53]天然石油に関連するのと同じ問題の多くが廃油にも存在します。車の廃油がエンジンから街路や道路に滴り落ちると、油は地下水面に移動し、ベンゼンなどの毒素を運びます。これは土壌と飲料水の両方を汚染します。嵐の流水は廃油を川や海に運び、それらをも汚染します。

石油採掘による生産水（PW）排出は、海洋へのPAH（多環芳香族炭化水素）排出につながります。北海の油田からは、英国とノルウェーの排出を合わせると、年間約4億トンのPW排出が行われます。^[54] PW排出は、海洋環境界における最大の排出イベントであり、沖合での石油・ガス生産の結果です。^[55] PW内の物質の組成は、地域の特性によって異なります。^[56]しかし、PWには主に、地層水、油、ガス、塩水、添加化学物質などのいくつかの選択された製品の混合物が含まれています。PWと同様に、地層水の組成も周囲に依存しますが、主に溶解した無機化合物と有機化合物で構成されています。^[57] PWは、2017年に129トンのPAHを放出しました。^[58] PWには有害な化学物質が存在するため、周囲の環境で毒性反応を引き起こす原因となっています。^[59]例えば、ノルウェー大陸棚（NCS）で行われた調査では、PWから放出されたPAHがムール貝と大西洋タラの生物学的変化の原因であることが判明しました。PAH負荷の形成は、ムール貝のDNA損傷と消化腺の組織化学を引き起こしました。^[60] PAHは人間の健康にも深刻な脅威をもたらします。^{[61] PAHへの長期暴露は、}肺がん、皮膚がん、膀胱がん、胃腸がんなどの一連の健康問題に関連しています。^[62]

石油の採掘、精製、輸送、消費からの排出は、地球の自然な温室効果ガスレベルの変化を引き起こしており、最も顕著なのは人間による二酸化炭素の排出です。二酸化炭素は、地球の温度が氷点下にならないように熱を引き付ける温室効果ガスです^[63]が、石油産業などから大気中に過剰に排出された二酸化炭素が不均衡を引き起こしています。スウェーデンのノーベル化学者スヴァンテ・アレニウスは、二酸化炭素の増加が地表温度の上昇につながることを示す数学モデルを作成しました^[ 64]。さらに、これらの排出量は過去最高であり^[63]、IPCC（2007）は、二酸化炭素が倍増すると地球の気候システムは摂氏3度上昇すると述べています^[64 ]。^{[65]インフラが不十分な低所得地域では、}気候災害によるインフラの被害から迅速に回復する可能性が低いことが多い。^[66]

炭素循環に従って、二酸化炭素は海に入り、そこで水分子と反応して炭酸と呼ばれる物質を生成します。^[63]この炭酸の増加により、地球の海の pH が低下し、酸性度が上昇しました。石油産業の始まりである産業革命以来、海の pH は 8.21 から 8.10 に低下しました。^[63]大したことではないと思われるかもしれませんが、この変化は酸性度の 30% の増加を示しており^[67]、海の生物に多くの問題を引き起こしています。地球の海が酸性化し続けると、石灰化に利用できる炭酸イオンが少なくなり、生物が殻や骨格を構築して維持するのが難しくなります。^[67]現在の二酸化炭素レベルに基づくと、地球の海の pH レベルは 21 世紀末までに 7.8 になる可能性があります。^[67]

現代の人間社会は、安価で豊富なエネルギーを利用して経済成長を促進し、政治的安定を維持しています。^[68] 世界中の政府や経済機関は、さまざまな形の財政支援を業界に提供することで、消費者と生産者の両方にとって化石燃料の価格を下げ、供給を増やしています。これには、直接支払い、税制優遇、枯渇手当、研究開発助成金、既存の環境保護の撤廃などの従来の補助金が含まれます。^[69] すべての形態の支援を考慮すると、化石燃料への最大の支援は、政府が廃棄物の環境と人間の健康への影響から生じるコストのほとんどを転嫁していないことから生じています。^[70]

国際エネルギー機関とOECDの計算によると、世界中の伝統的な補助金は2010年から2015年にかけて年間約4000億～6000億ドルに達し、^[71] 2018年も4000億ドル近くで推移し、その40%が石油に充てられている。^{[72]比較すると、}国際通貨基金 の作業部会は、 2017年の化石燃料産業への支援総額は約5.2兆ドル（世界の国内総生産の6.4%）と推計している。 ^[73] 最大の補助金支給国は中国、米国、ロシア、欧州連合、インドで、合計で全体の約60%を占めている。^[70]

理想的な市場競争の理論によれば、正確な価格は、無駄や長期的な不足を減らす、より責任ある業界と消費者の選択を促す働きをする可能性がある。補助金を廃止し、炭素税を導入して正確な価格を実現することは、業界の供給側から最も直接的な効果をもたらすだろう。対照的に、一部の炭素税や炭素取引のメカニズムの目的は、消費側から価格設定の正確さを強化することである。^[74]

世界中の多くの国では、石油や化石燃料の使用を減らすための補助金や政策がある。例えば、中国は化石燃料への補助金から再生可能エネルギーへの補助金に切り替えた。^[75]他の例としては、スウェーデンは最終的に石油の使用を段階的に廃止することを目的とした法律を制定し、15年計画として知られている。^[76]これらの政策には利点と課題があり、各国で異なる経験がある。中国では、再生可能エネルギーへの補助金の増額により、3つの点でエネルギーシステムにプラスの効果が見られた。よりクリーンなエネルギー源への移行により、エネルギーの消費がよりクリーンになった。2つ目に、効率性の向上に役立ち、3つ目に、分配と消費の不均衡の問題が解決された。しかし、中国の経験から、課題も見られた。これらの課題には、再生可能エネルギーからの補助金の経済的利益が石油よりも当初は低いなどの経済的課題が含まれていた。その他の課題には、研究開発費の高さ、コストの不確実性、潜在的にリスクの高い投資などがあった。これらの要因により、再生可能エネルギーの開発は政府の支援に大きく依存することになる。しかし、化石燃料と石油の使用を段階的に廃止するという目標は、投資の増加などの経済的利益をもたらす可能性もあります。この戦略は、例えば汚染の削減などの社会的目標の達成に役立ち、環境と健康の改善につながる可能性があります。^[76]

エネルギーを節約し、石油の使用を段階的に廃止するためのもう 1 つの選択肢は、効率を高めるために新しいテクノロジーを導入することです。これには、生産方法や輸送手段の変更が含まれます。

石油の代替品としては、再生可能エネルギー、原子力、天然ガス、バイオディーゼルなど、他の「よりクリーンな」エネルギー源の使用が挙げられます。代替品の中には、長所と限界があり、将来的に採用される可能性に影響を与える可能性があります。

トウモロコシ由来のエタノールの使用は、石油使用の代替手段となるかもしれない。しかし、トウモロコシ由来のエタノールは純エネルギー使用量が少ないと結論付けた研究では、生産時の副産物が考慮されていない。現在のトウモロコシ由来のエタノール技術はガソリンよりも石油使用量がはるかに少ないが、GHG排出量はガソリンと同程度である。^[77]文献では、トウモロコシ由来のエタノールをバイオディーゼルに採用することでGHG排出量がどの程度変化するかは、ほとんど明らかになっていない。いくつかの研究ではGHG排出量が20%増加すると報告されており、また別の研究では32%減少すると報告されている。しかし、実際の数値はGHG排出量が13%減少する可能性があり、これは大きな減少ではない。バイオディーゼルの将来は、排出量の削減に貢献するセルロースエタノール技術を採用してバイオディーゼルを生産することかもしれない。^[77]

再生可能エネルギーの代替手段も存在する。これには、太陽エネルギー、風力エネルギー、地熱、水力発電、およびその他のエネルギー源が含まれる。これらのエネルギー源は排出量がはるかに少なく、二次副産物もほとんどないと言われている。再生可能エネルギーの生産は、世界のほぼすべての地域で増加すると予測されている。^[78]天然ガスも石油の潜在的な代替物と見なされている。排出量の点では、天然ガスは石油よりもはるかにクリーンである。^[79]しかし、天然ガスは大量生産の点で限界がある。たとえば、原油から天然ガスに切り替えるには、実装が完了する前に技術とネットワークの変更を行う必要がある。考えられる2つの戦略は、まず最終用途技術を開発するか、2番目に燃料インフラストラクチャを完全に変更することです。^[80]

バイオマスは石油の代替品として有望な選択肢になりつつある。これは石油の環境への影響が増大し、石油の使用を減らしたいという要望によるものである。潜在的な代替品には、石油製品の代替品としての繊維質植物材料からのセルロースが含まれる。プラスチックは石油の代わりにセルロースで作ることができ、植物性脂肪は車の燃料として石油の代わりに使用できる。バイオマスが成功するためには、さまざまなバイオマス原料にさまざまな技術を統合して、さまざまなバイオ製品を生産する必要がある。バイオマスのインセンティブは、二酸化炭素の減少、新しいエネルギー供給の必要性、および農村地域の活性化の必要性である。^[81]

石油産業の安全と健康のリスクを軽減するための安全対策として、多くの技術を導入する可能性もあります。これには、石油流出を減らす対策、地下水面へのガソリンの滴りを防ぐための偽床、二重船殻のタンカー船が含まれます。大気汚染を軽減できる比較的新しい技術は、バイオ濾過と呼ばれます。バイオ濾過とは、生分解性VOCまたは無機空気毒素を含むオフガスを生物学的に活性な材料を通して排出するものです。^{[82]この技術は、}ドイツとオランダで主に臭気制御に効果的に使用されています。コストが低く、環境上の利点にはエネルギー要件の低さが含まれます^[83]

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