
自然発火または自然燃焼は、自己発熱(発熱反応による温度上昇)に続いて熱暴走(急速に高温に加速する自己発熱)が起こり、最終的に自己発火に至る燃焼の一種です。[ 1 ]これは、化合物が自己発熱を必要とせずに発火する自然発火性 とは異なりますが、(実際的な影響は似ています)。自然発火性物質の適切な保管は、不適切な保管が自然発火の主な原因であるため、非常に重要です。石炭、綿、干し草、油などの物質は、自然発火を防ぐために適切な温度と湿度で保管する必要があります。人間の自然発火の報告は、真の自然発火ではなく、外部からの着火によるものと考えられています。[ 2 ]
自然発火は、干し草、藁、泥炭など、比較的低い発火温度を持つ物質が熱を放出し始めると発生する可能性があります。これは、水分と空気の存在下での酸化、または熱を発生させる細菌発酵など、いくつかの方法で起こり得ます。これらの物質は断熱材であり、熱の放出を妨げるため、物質の温度が発火点を超えて上昇します。酸素などの十分な酸化剤と燃料が存在し、反応が熱暴走状態に達すると、燃焼が始まります。
熱暴走は、発生する熱量が熱の放出速度を上回る場合に発生します。多量の熱を発生する物質は比較的少量でも燃焼する可能性がありますが、発熱量の少ない物質は、十分に断熱されているか大量に保管されている場合にのみ危険となる可能性があります。ほとんどの酸化反応は高温で加速するため、周囲温度が低い場合は安全であった物質の山が、気温が高くなると自然発火する可能性があります。
干し草[ 3 ]や堆肥の山[ 4 ]は、細菌発酵によって発生する熱により自然発火する可能性があり、その後、熱分解と酸化が起こり、熱暴走反応が起こり、自然発火温度に達する可能性があります。乾燥油やニスを染み込ませたぼろ布は、表面積が大きいため急速に酸化し、適切な条件下では小さな山でも発火するのに十分な熱を発生させる可能性があります。[ 5 ] [ 6 ]石炭は、酸素にさらされると自然発火する可能性があり、冷却のための換気が不十分な場合に反応して熱が発生します。[ 7 ]黄鉄鉱の酸化は、古い鉱山の尾鉱中の石炭の自然発火の原因となることがよくあります。ピスタチオナッツは、大量に保管すると非常に燃えやすく、自己発熱や自然発火しやすいです。[ 8 ]大量の堆肥の山は、極度の高温条件下で自然発火する可能性があります。綿や麻は、多価不飽和植物油(亜麻仁油、マッサージオイルなど)と接触すると発火する可能性があります。細菌がこれらの物質をゆっくりと分解し、熱を発生させます。これらの物質が熱を逃がせない状態で保管されると、熱の蓄積によって分解速度が加速し、結果として熱の蓄積速度も加速します。発火温度に達すると、酸化剤(酸素)が存在することで燃焼が起こります。硝酸塩フィルムは、不適切な保管方法によって極めて可燃性の高い状態に劣化し、自然発火する可能性があります。1937年のフォックス社の保管庫火災は、硝酸塩フィルムの自然発火が原因でした。
干し草は、自然発火現象において最も広く研究されている物質の一つです。干し草の自然発火のメカニズムを統一的に解明することは非常に困難です。これは、干し草の原料となる草の種類や栽培地が多様であるためです。水分含有量が25%を超える干し草では、危険な発熱が発生すると予想されています。火災の発生件数は、保管開始後2~6週間以内に最も多く、その大半は4~5週目に発生しています。
このプロセスは、微生物(細菌やカビ)の活動によって干し草が発酵し、エタノールが生成されることから始まる。エタノールの引火点は14 ℃(57 °F)であるため、干し草の中を走り回るネズミなどによる静電気などの着火源があると、燃焼が起こる可能性がある。すると温度が上昇し、干し草自体に引火する。
微生物の活動により、干し草中の酸素量が減少する。100℃(212°F)では、湿った干し草は乾燥した干し草の2倍の酸素を吸収する。干し草に含まれる複雑な炭水化物がより単純な糖に分解され、エタノールへの発酵がより容易になるという推測がある。[ 9 ]
木炭は、作りたては自然発火して燃え上がることがあります。これは、木炭の製造過程で発生する可能性のあるホットスポットとは別物です。8日間空気にさらされた木炭は危険とはみなされません。木の種類や木炭の製造温度など、多くの要因が関係しています。[ 10 ]
石炭の自己発熱については、広範な研究が行われてきました。石炭の不適切な保管は、酸素が継続的に供給され、石炭の酸化によって放散されない熱が発生するため、自然発火の主な原因となります。時間が経つにつれて、これらの条件が自己発熱を引き起こす可能性があります。[ 11 ]自己発熱の傾向は、石炭のランクが高くなるにつれて低下します。褐炭は瀝青炭よりも活性が高く、瀝青炭は無煙炭よりも活性が高いです。採掘されたばかりの石炭は、風化した石炭よりも酸素を急速に消費し、採掘されたばかりの石炭は、風化した石炭よりも自己発熱の度合いが大きくなります。水蒸気の存在も重要となる可能性があり、飽和空気から乾燥石炭に水が吸収される際に発生する熱の発生速度は、同じ量の乾燥空気の場合よりも1桁以上になることがあります。[ 12 ]
綿も自然発火の危険性が高い。[ 13 ]綿の自然発火に関する実験的研究では、3種類の綿を異なる加熱速度と圧力でテストした。綿の種類によって自己発熱酸化温度や反応の規模が異なる場合がある。保管されている綿の種類を理解することで、自然発火の危険性を低減できる。[ 14 ] 1834年8月24日、インド洋のアール・オブ・エルドン号で貨物が自然発火した顕著な例が見られた。
油糧種子や油抽出後の残渣は、水分が多すぎると自然発火します。通常、水分9~14%での保管が適切ですが、油糧種子の品種ごとに制限が定められています。種子の発芽に必要なレベルよりわずかに低い過剰な水分が存在する場合、カビ菌の活動が発熱の原因となる可能性があります。多くの油糧種子は自然発火する油を生成します。[ 15 ]亜麻仁油に浸した布は、不適切に保管または廃棄されると自然発火する可能性があります。[ 16 ]
コプラは、ココナッツオイルが抽出されるココナッツの乾燥した白い果肉であり、[ 17 ]自然発火性があるため危険物に分類されています。 [ 18 ]これは区分4.2の物質として識別されています。
人が自然発火したという未確認の逸話的な報告がある。このとされる現象は真の自然発火とはみなされておらず、想定される事例は主に芯効果によるものとされており、外部の火源が近くの可燃物や人間の脂肪、その他の源に引火する。[ 19 ]
圧縮されたベール内の湿った羊毛の自己発熱は、保管施設または船舶貨物中の羊毛火災の可能性のある原因と考えられています。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
自然発火を予測し、防止するのに役立つ要因は数多くあります。物質が放置される時間が長くなるほど、自然発火のリスクが高くなります。自然発火の防止は、物質を長期間保管しないこと、空気の流れ、水分、メタン、圧力のバランスを制御することなど、簡単なことから始められます。自然発火を防止する物質も数多くあります。例えば、石炭の自然発火は、塩素塩、アンモニウム塩、アルカリ、不活性ガス、コロイド、ポリマー、エアロゾル、LDHなどの物理的物質、および抗酸化剤、イオン液体、複合材料などの化学的物質によって防止できます。[ 24 ]
しかし、これらの説明はすべて疑似科学的であり、いずれにも証拠はない。