令和5年度第三種電気主任技術者上期試験　電力科目 問152 解説 問15(b) 問15

石炭の成分に含まれる炭素（C）が酸素（O2）と結合して二酸化炭素（CO2）に変化する化学反応式に基づき、1日あたりの炭素消費量から生成される二酸化炭素量を計算することで、9.2×10^3[t]という値が導かれます。

燃焼反応と物質量の関係

物質は、化学反応式に従って決まった割合で反応し、別の物質へ変化します。今回重要となるのは、炭素の完全燃焼を表す以下の式です。

$C + O_2 \rightarrow CO_2$

この式において、原子量を炭素(C)＝12、酸素(O)＝16とすると、各物質の分子量（または原子量）の合計は以下のようになります。

• 炭素(C)：12
• 二酸化炭素(CO2)：12 + (16 × 2) = 44

これは「12kgの炭素が燃焼すると、44kgの二酸化炭素が発生する」という重量比を示しています。つまり、炭素の重量に「44/12」を掛けることで、発生する二酸化炭素の重量を求めることができます。なお、問題文にある水素(H2)の燃焼反応（$2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$）では水（H2O）のみが発生し、二酸化炭素は生成されないため、計算には含めません。

二酸化炭素の重量算出ステップ

1. 1日あたりの石炭消費量を求めます。1時間あたり150tの石炭を使用するため、24時間分として $150[t/h] \times 24[h] = 3600[t]$ となります。
2. 石炭に含まれる炭素の重量を計算します。石炭のうち炭素は重量比で70%を占めるため、$3600[t] \times 0.70 = 2520[t]$ となります。
3. 発生する二酸化炭素の重量を計算します。先に示した重量比を用いて、$2520[t] \times \frac{44}{12}$ を計算します。$2520 \div 12 = 210$ ですから、$210 \times 44 = 9240[t]$ となります。
4. 選択肢の形式に合わせると、$9240[t] = 9.24 \times 10^3[t]$ となり、最も近い値は $9.2 \times 10^3[t]$ と判断できます。

石炭消費量から炭素の割合を抽出し、原子量に基づく反応比を重ねてみると、環境へ排出される二酸化炭素の総量が見えてきます。

参考リンク

• 電気主任技術者試験の過去問解説サイト（電験合格）
• 炭素排出量を計算してカーボンニュートラルを考える（Qiita）
• 化学反応式とモル質量（日本化学会 化学の基礎知識）