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排ガスとは、暖炉、オーブン、炉、ボイラー、蒸気発生器などから排気ガスを排出するためのパイプまたは通路である煙道を通って大気中に放出されるガスのことです。発電所における燃焼排ガスを指す場合もよくあります。発電所の排ガスから汚染物質を除去する技術は既に存在します。
化石燃料の燃焼は、排ガスの一般的な発生源です。通常、化石燃料は周囲の空気と混合して燃焼され、ほとんどの化石燃料燃焼から発生する排ガスの大部分は、窒素、二酸化炭素、水蒸気で構成されています。
排ガスとは、暖炉、オーブン、炉、ボイラー、蒸気発生器など、燃焼によって発生した排ガスを排出するためのパイプまたは通路である煙道を通って大気中に放出されるガスのことである。[ 1 ]この用語は、天然ガス処理など、燃焼を伴わない化学的または物理的プロセスによって生成されるガスを指す場合にも使用される。[ 2 ]
多くの場合、排ガスとは発電所で発生する燃焼排ガスを指します。その組成は燃焼物によって異なりますが、通常は空気の燃焼に由来する窒素（通常3分の2以上）、二酸化炭素（CO2）、水蒸気、および過剰な酸素（これも燃焼空気由来）で構成されています。さらに、粒子状物質（すすなど）、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などの汚染物質が少量含まれています。[ 3 ]
発電所では、排ガスは汚染物質を除去する一連の化学プロセスとスクラバーで処理されることが多い。静電集塵機または布フィルターは粒子状物質を除去し、排ガス脱硫は化石燃料、特に石炭の燃焼によって生成される二酸化硫黄を捕捉する。 [ 4 ]このようなスクラビングにより、硫黄を産業用途に有効に回収することができる。[ 5 ]窒素酸化物は、その生成を防ぐための燃焼プロセスの変更、またはアンモニアや尿素との高温または触媒反応によって処理される。いずれの場合も、目的は窒素酸化物ではなく窒素ガスを生成することである。米国では、排ガスから水銀を除去する技術が急速に導入されている。これは通常、吸着剤への吸収、または排ガス脱硫生成物の一部として不活性固体への捕捉によって行われる。
アミンによる再生回収技術は、排ガスからCO2を除去するために、食品産業に高純度CO2ガスを供給するため、また石油増進回収のために導入されてきた。現在、温室効果ガス対策として、長期貯蔵のためのCO2回収方法として活発に研究されており、商業的に限定的に導入され始めている（例： 1996年から操業している北海のスレイプナー・ウェスト油田）。[ 6 ]
発電所から排出される汚染物質を除去するための実績のある技術が数多く存在し、現在利用可能となっている。また、さらに多くの大気汚染物質を除去する技術に関する研究も盛んに行われている。[ 7 ]
ほとんどの化石燃料は、周囲の空気と燃焼します（純粋な酸素との燃焼とは異なります）。周囲の空気には、体積比で約 79 パーセントの気体窒素(N 2 ) が含まれており、[ 8 ] [ 9 ]これは基本的に不燃性であるため、ほとんどの化石燃料燃焼からの排ガスの大部分は未燃焼の窒素です。排ガスの次に多い成分である二酸化炭素(CO 2 ) は、排ガスの体積比で 10 ～ 25 パーセント以上になることがあります。これに続いて体積で多くなるのは、燃料中の水素が大気中の酸素と燃焼することによって生成される水蒸気 (H 2 O ) です。排ガスの煙突から噴き出しているのが見える「煙」の多くはこの水蒸気で、冷たい空気に触れると雲を形成します。
化石燃料の燃焼によって発生する典型的な排ガスには、ごく微量の窒素酸化物（NOx）、二酸化硫黄（SO2）、および粒子状物質が含まれています。 [ 10 ]窒素酸化物は、周囲の空気中の窒素、および化石燃料中の窒素含有化合物から生成されます。二酸化硫黄は、燃料中の硫黄含有化合物から生成されます。粒子状物質は、非常に小さな固体粒子と非常に小さな液滴で構成されており、排ガスに煙のような外観を与えます。
大規模発電所の蒸気発生器や、大規模製油所、石油化学プラント、化学プラント、焼却炉のプロセス炉は、相当量の化石燃料を燃焼させ、そのため大量の排ガスを大気中に放出します。下の表は、天然ガス、燃料油、石炭などの化石燃料の燃焼によって通常発生する排ガスの総量を示しています。このデータは、化学量論的[ 11 ]計算によって得られました。[ 12 ]
石炭燃焼によって発生する湿性排ガスの総量は、天然ガス燃焼によって発生する排ガスの総量よりもわずか10パーセント多いだけである（乾性排ガスの比率はより高い）。