日本大百科全書(ニッポニカ) 「都市ガス」の意味・わかりやすい解説
都市ガス
としがす
town gas
都市の家庭や工場における燃料として、主として配管網（パイプライン）を通じて供給されるガスのことをいう。日本ではガス事業法（昭和29年制定）によって認可されたガス事業者が供給している。当初は、石炭乾留によって得られるガス（石炭ガス）を用いており、都市ガスと石炭ガスは同義であったが、その後、石油系原料から製造されるガスや液化石油ガス（LPG）が増え、さらには天然ガスが主流となり、2010年（平成22）にはほぼ全量が天然ガスでまかなわれるまでになった。ガスはほかの燃料に比べて取扱いに便利で清潔であり、燃焼効率も高いので、現代の都市生活に欠かせないものになっている。
［富田 彰］
ガス事業の歴史
ガスを初めて実用化したのはイギリスのW・マードックで、自宅での照明に利用した。1812年には初めてのガス会社がロンドンで設立され、数年のうちにパリ、ボルティモアなど欧米各地でガス事業が開始された。19世紀なかばには、照明用としてのガス事業の基礎が確立した。しかし、1880年のアメリカのT・エジソンによる白熱電灯の発明、および1885年のドイツのR・W・ブンゼンによるブンゼンバーナーの開発を大きな契機として、ガスの用途が照明用から燃料用へと転換するようになった。
日本のガス事業は、1872年（明治5）横浜でガス灯が点灯されたのが始まりである。1874年には東京と神戸でガスの供給が始まり、1885年に東京瓦斯(ガス)が設立された。1910年代になって、日本においても照明用は電気がとってかわるようになった。また、第一次世界大戦時には石炭や鉄鋼材料などの騰貴による打撃を受け、第二次世界大戦では製造設備や供給設備の破損などにより供給量が大幅に減少したが、1950年（昭和25）ごろまでに復旧され、その後は順調な成長を続けている。
［富田 彰］
ガス事業の現況
2011年（平成23）現在、日本のガス事業者数は209社であり、そのうち民営が8割強、公営が2割弱である。その事業規模には大きな差があり、東京瓦斯、大阪瓦斯、東邦瓦斯の大手3社で全販売量の7割を占めている。全需要家数は約2800万戸で、そのうち家庭用が9割を占めている。2010年に販売されたガスの量は、1立方メートル当り42メガジュール換算にして353億立方メートルで、1980年の3.8倍となっている。家庭用、商業用などの民生用と工業用に使われるガス量を比較すると、年ごとに工業用の比率が上昇しており、1980年に16％だったものが、2010年には50％となっている。家庭用より工業用のガス使用量のほうが多い欧米の構造に近づいているといえる。
［富田 彰］
製造原料の変遷
第二次世界大戦後の原料変遷はめまぐるしく、石炭系から石油系、さらに天然ガスへと移り変わっている。当初は、石炭の乾留によってできる石炭ガス、あるいは水性ガス、発生炉ガスによるものが圧倒的に多かったが、これらの方法は固体の制御がむずかしく、粉塵(ふんじん)、タール、硫黄(いおう)分の排出、さらには、負荷変動への対応性の悪いことも問題となっていた。1952年には重油からのオイルガス製造が開始されたが、この方法も、タールの処理、ガス精製が必要となることから大きな進展はみられなかった。1960年代になると、よりクリーンで取り扱いやすいナフサを原料とするナフサガス、あるいはガス発生装置を必要としないLPGや石油精製工業の副生ガス（オフガスという）などの石油系ガスの比重が増え始めた。一方、1969年にアラスカから、1972年にブルネイから大量の液化天然ガス（LNG）が輸入されるようになり、これにより都市ガスの原料構成は大きく変化することになる。当初は、従来のガスバーナーをそのまま使えるように天然ガスを中カロリーのガスに変成して供給したが、東京瓦斯、大阪瓦斯などを中心として、1立方メートル当り46メガジュールの高カロリーガスを各家庭でも利用できるようにバーナーの転換を進めた。その結果、1980年代に入ると天然ガスの占める割合は50％を超え、2010年には都市ガスのほぼ全量が天然ガス由来のものになった。
［富田 彰］
都市ガスの製造法
石炭やナフサから都市ガスを製造していたときには、複雑な製造工程の設計・運転が必要とされたが、現在の都市ガスは天然ガスを原料としているので、製造工程は簡素化されたものとなっている。海外からLNGとして搬入されたものを気化させ、熱量を微調整した後、需要家に供給するだけでよい。気化する際には海水と熱交換するが、そのときの冷熱を利用するのにいろいろなくふうがされており、冷熱発電、空気分離、ドライアイス製造、冷凍倉庫への冷熱供給などが行われている。
［富田 彰］
都市ガスの運搬と貯蔵
LNGの運搬には専用タンカーを用いる。球形タンク方式とメンブレンタンク方式がある。後者では、薄いタンクが密閉と超低温を維持する機能だけを担い、圧力や重量の支持は船体が負担するが、前者ではすべての機能をタンクが受け持つ点で大きく異なっている。年々大型化が進み、2009年に建造されたものは26.6万立方メートルのタンク容量をもち、一度に30万トンを超えるLNGを輸送できる。
一般の都市ガスは、負荷変動に対応できるよう、かなりの容量のガスタンク（ガスホルダー）に貯蔵される。低圧ホルダーと高圧ホルダーがある。前者には、ガスのシールに水を用いた有水式ホルダーと、特殊鉱物油、合成ゴム膜などをシール材とした無水式ホルダーとがある。高圧ホルダーは球形または円筒形の耐圧容器で、最高2メガパスカルの圧力で貯蔵される。低圧ホルダーに比べて、小型で漏洩(ろうえい)がなく、建設費が安いなどの利点が多い。LNGの場合、LNGタンカーから受け入れたものを、低温に保って大気圧近傍で保存する。
LPGも、液化して可搬式耐圧容器（ボンベ）または貯槽に貯蔵するが、メタンが主成分の天然ガスと違い、沸点が高いプロパンやブタンが主成分なので、簡単な圧縮装置や冷却装置で液化できる。20℃では、プロパンは0.86メガパスカル、ブタンは0.21メガパスカルの加圧で液体になる。
［富田 彰］
都市ガスの供給
都市ガスは、消費者がつねに一定の圧力で使用できるように供給されなければならない。製造所で製造されたガスは、高圧または中圧で送り出され、その後、ガスの圧力を調整するガバナーといわれる装置により中圧、低圧と徐々に圧力を下げて、消費者に届けられる。最終的にはゲージ圧で1.0～2.5キロパスカルの範囲に収められている。工業用などに大容量のガスを供給する場合は、中圧導管から直接供給することもある。ガスホルダーから消費者までは、鋳鉄、鋼などのガス導管によって輸送される。
［富田 彰］
都市ガスの性質
天然ガスから製造される都市ガスのうち、もっとも流通量の多いのは13Aという規格のガスである。成分としては9割程度がメタンであり、残りはエタン、プロパン、ブタンなどの炭化水素ガスである。1立方メートル当り45メガジュールの発熱量をもつ。天然ガスの比重は1以下で空気より軽いため、漏洩した際にも拡散しやすい。プロパン、ブタンなどを主成分とするLPGは比重が大きく、漏洩した場合、低所に停滞しやすい性質をもつので、爆発の危険がある。上部の窓を開放しても容易に放散しないので注意が必要である。
［富田 彰］
毒性
都市ガスの毒性は日常生活に直接かかわるので重要である。以前に使用されていた石炭、ナフサ起源の都市ガスには一酸化炭素が含まれていたので、危険性が高かった。一酸化炭素を吸引すると、血液中のヘモグロビンと結合し、その酸素運搬能力を失わせる。中毒時には、新鮮な空気の所へ移し、安静と保温に努めねばならない。天然ガス由来の都市ガスには一酸化炭素は含まれていないので、ガス漏れによる一酸化炭素中毒はなくなった。しかし、酸素欠乏による不完全燃焼が原因で一酸化炭素を生成することがあるので、いまだにガス中毒はなくならない。なお、天然ガスは無臭なので、漏れた場合にも気がつくように無毒の付臭剤が加えてある。
一酸化炭素以外では、換気の不良による酸素欠乏および二酸化炭素増大による中毒症状もある。二酸化炭素は通常0.1％以下でなければならないが、4％で局所的刺激症状、8％で高度の呼吸困難となる。酸素は通常21％あるが、10％にまで低下すると呼吸困難となる。気密な住宅で生活する場合には、換気に十分注意し、場合によっては器具に排気筒をつけねばならない。
［富田 彰］
都市ガスの燃焼
ガスの燃焼性は、構成するガスの組成、空気の量で決まる。理論空気量というのは、ガスの中の炭素分と水素分を、それぞれ二酸化炭素と水に完全酸化するのに必要な空気量のことである。実際には、理論量より過剰の空気を送り不完全燃焼を防ぐ。ガスが燃焼するには、十分な空気の供給が必要であるが、そのほか、一定の温度（着火温度）以上に保たれていなければならず、またガスと空気の混合物中のガス濃度もある範囲内でなければならない。13A規格の都市ガスの着火温度は500～550℃であり、燃焼が持続可能な燃料ガスの濃度範囲は4.6～14.6％である。燃焼範囲の上限と下限のことを燃焼限界という。爆発する条件もこれと同じであり、燃焼限界のことを爆発限界ともいう。
［富田 彰］
燃焼機器の特性と方式
燃料ガスをバーナーで燃焼させる場合、完全燃焼して所定の熱を発生すること、バックファイア（バーナー内部でガスが燃える状態）やリフティング（バーナーの火口より離れた上部で燃える状態）といわれる不安定な炎をつくらないこと、赤熱度、炎の温度が適正であることなどが要求される。これらはガスの種類、バーナーの種類、空気の混合方法などによって決まる。ガスの種類が決まると、良好な燃焼状態が得られるバーナーの種類が決まってくる。都市ガスの発熱量を変更するとバーナーを交換しなければならないのはこのためである。
［富田 彰］
