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発表・掲載日:2013/06/04

放射性物質除染の効果と費用を評価

-今後の除染方針に関する議論の土台となる情報基盤を提供-

ポイント

  • 国の除染特別地域内の除染後の空間線量・外部被ばく線量を地理情報システムで推定
  • 除染特別地域の除染費用を1兆円超と推定
  • 汚染土壌などの保管費用が60%以上となる可能性を指摘

概要

 独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)地圏資源環境研究部門【研究部門長 中尾 信典】保高 徹生 研究員、安全科学研究部門【研究部門長 四元 弘毅】内藤 航 主任研究員、小野 恭子 主任研究員は、東京電力福島第一原子力発電所の事故により生じた陸域の放射性セシウム汚染について、除染特別地域(国が除染の計画を策定し除染事業を進める地域)内を対象に複数の除染シナリオによって外部被ばく線量の低減効果、外部被ばく線量と人口の関係、除染費用に関する解析を行った。

 地理情報システム(GIS)を用いて複数の除染シナリオについて解析した結果、除染により空間線量率は一定程度低減するものの、除染後もなお、時間当たりの空間線量が3.8マイクロシーベルト(µSv/h)、年間の外部被ばく線量に換算すると20ミリシーベルト(mSv)以上と予測される範囲が存在することが確認された。除染費用の解析から、農用地において土壌の表面を5 cm除去する方法を採用した場合、総費用は1.2兆円に達し、農用地の汚染土壌などの除去費用と保管費用の合計は総費用の80%(1兆円)以上、保管費用(仮置き場・中間貯蔵施設など)の割合が60%(0.8兆円)以上になる可能性があることがわかった。この成果は、除染特別地域内の農用地や森林の除染のあり方に関する検討や住民の帰還に関する自治体の計画策定などへの活用が期待される。

基本シナリオで除染した場合の2014年4月1日時点の推定空間線量率と推定除染費用の図
図1 基本シナリオで除染した場合の2014年4月1日時点の推定空間線量率と推定除染費用
 基本シナリオは、農用地は5 cmの表土除去、森林は生活圏20 m以内の落ち葉除去と腐葉土除去、建物用地は屋根と壁面の拭きとり、庭木の刈り込み、表層土壌除去(2~3 cm)、道路はショットブラストを実施すると仮定した。
 中間貯蔵施設については、情報が少ないものの、既存の管理型処分場や遮断型処分場のコストを参考にして、可燃物は焼却による減容化を行い高濃度・溶出性対応型(遮断型処分場)で保管し、土壌(不燃物)は低濃度・非溶出性対応型(管理型処分場)で保管すると仮定して推定した。なお、除染などに関わる放射線管理業務や間接経費、仮置き場から中間貯蔵施設への輸送費、最終処分場費用は含んでいない。

研究の社会的背景

 東京電力福島第一原子力発電所から放出された放射性物質による汚染に対して除染が進められている。放射性物質による汚染はできる限り原状復帰を目指すことが望ましいものの、一方では、現状の技術では除染を実施しても、事故前の状態に戻すには時間が必要な地域が存在することが、独立行政法人 日本原子力研究開発機構などによる除染モデル事業からもわかってきた。

 このような状況において、除染特別地域全体を対象とした除染後の空間線量率や累積外部被ばく線量の分布、除染廃棄物の発生原因・除染コストの構造を解析することは、現状の全体像を把握し、国や地方自治体の施策を検討するうえで参考となり、有意義であると思われる。しかし、これらについて俯瞰的に評価した例は少ない。

研究の経緯

 産総研は、これまで化学物質のリスク評価や土壌汚染の環境リスク評価(2006年3月17日 産総研プレス発表)に関する研究を進めてきた。また、福島県内における放射性セシウムの環境中での濃度や挙動に関する研究(2013年2月4日 産総研主な研究成果)や放射性セシウム含有植物の減容化2012年11月12日 産総研プレス発表)に関する研究も推進している。

研究の内容

 図2に研究の全体像を示す。地理情報システム上に整理した空間線量率・土地利用・人口密度データをベースに、除染技術ごとのコスト・除染効率・廃棄物発生量のデータや暴露評価モデル(空間線量率と外部被ばく線量率の関係)を用いて、複数の除染シナリオによる空間線量率の低減効果と除染費用を推定した。

研究の全体像の図
図2 研究の全体像

 図3に示す除染特別地域(福島県の双葉郡大熊町、同郡双葉町、同郡楢葉町、同郡浪江町、同郡葛尾村、同郡富岡町、相馬郡飯舘村の全域と南相馬市、伊達郡川俣町、田村市、双葉郡川内村の一部を含む地域。約1,117 km2)について解析を行った。地理情報データとしては、2009年の100 mメッシュの国土数値情報の土地利用細分メッシュデータ、2011年の文部科学省による第4次航空機モニタリング結果を基に1 kmメッシュの分布を推定した空間線量率データ、2005年国勢調査による1 kmメッシュの人口密度データを用いた。また土地利用ごとに除染方法に関わる基盤情報(除染による空間線量率低減率、廃棄物発生量、除染費用)について、福島県内で実施された除染モデル事業などの結果や既存の焼却施設・管理型処分場などの情報を基に、解析に用いる除染技術データとして標準化した。そして対象地域内の100 mメッシュごとに地理情報(土地利用、空間線量率)に対応する除染技術データ(除染による空間線量率低減率・廃棄物発生量、除染費用)を適用し、除染後の空間線量率と除染費用を試算した。なお、今回の解析では、物理的減衰による空間線量率の低減のみを考慮しており、ウェザリング(風雨などの自然要因の作用)による線量率低減の影響は情報が限定的であることから考慮していない。そのため、実際には試算よりも空間線量率は低減する可能性が高い。また、これらの仮定に基づく除染費用の推計金額は、国や各市町村が策定する除染計画に基づく予算金額の積み上げとは異なる。

地理情報システム上に表示した空間線量率と人口の分布の図
図3 地理情報システム上に表示した空間線量率と人口の分布

 基本の除染シナリオ(基本シナリオ)としては、農用地は5 cmの表土除去、森林は落ち葉除去と腐葉土除去(建物・庭・農地・道路などの生活圏から20 m以内)、建物用地は屋根と壁面の拭きとり、庭木の刈り込み、表層土壌除去(2~3 cm)、道路はショットブラスト(細砂を吹き付けることによる表面を薄くはく離する方法)を実施すると仮定した。

 基本シナリオ以外の除染シナリオとして、農用地では5 cmの表土除去後に客土天地返し(汚染土壌を同一農地内の深部に埋める方法)、反転耕(トラクターなどで30 cm程度耕して表層土と下層土を入れ替え15 cm程度の地下に表層土を移動させる方法)の各シナリオについて、森林では全域を落ち葉除去と腐葉土除去により除染するシナリオについても試算した。

 図4に示すように、除染特別地域の11市町村では、除染により空間線量率は一定程度低減するが、2014年4月1日時点(避難指示解除準備区域居住制限区域における除染完了の目安の時期)では、除染後も依然として3.8 µSv/h(外部被ばく換算係数0.6の場合の年間外部被ばく線量20 mSv)以上の空間線量率と予測される範囲が存在することが確認された。また、森林については生活圏20 mだけでなく森林全域を除染するシナリオでも、本推定方法による除染後の生活圏の空間線量率は基本シナリオと大きく変わらないと予測された。

基本シナリオで除染した場合の2014年4月1日時点での生活圏の空間線量率の予測の図
図4 基本シナリオで除染した場合の2014年4月1日時点での生活圏の空間線量率の予測
1 kmメッシュ内に除染が実施される生活圏(農用地・建物用地・道路)がある場合は生活圏のある100 mメッシュのみについて空間線量率の平均値を、1 kmメッシュ内に除染が実施される生活圏がない場合には1 kmメッシュ内全体の空間線量率の平均値を使用し、1 kmメッシュごとの結果を示した。

 事故以前の2005年国勢調査時には、除染特別地域に約9.2万人が居住していた。除染後の2014年4月1日時点で、外部被ばく線量が年間 20 mSv未満(外部被ばく換算係数を0.6とした場合の空間線量率: 3.8 µSv/h:図4のの境界)の地域の事故前の人口は約8.5万人、年間10 mSv未満の地区の人口が5.1万人、年間5 mSv未満の地区が3.3万人と推定された。なお、これまで外部被ばく換算係数を0.6とした計算が行われているが、種々の実測結果から、それよりも相当低い値であるとの指摘もあり、0.3とした場合の外部被ばく量と人口の関係は、年間20 mSv未満の地区が9万人、年間10 mSv未満の地区が8.5万人、年間5 mSv未満の地区が5.1万人となる。

 しかしながら、除染が完了し帰還が認められたとしても、一部の人々は帰還しないと考えられる。そこで、除染特別地域における避難住民について、例えば、浪江町、葛尾村、富岡町、大熊町で2011年12月~2012年9月に行政機関などによって実施された避難住民へのアンケート結果を参考にすれば、避難住民の帰還率は、年間追加被ばく線量がない場合には60~68%程度、年間追加被ばく線量が1 mSvでは26~62%程度、20 mSvでは5~6%程度となった。

 基本シナリオによって試算した除染費用の内訳を図5に示す。除染費用の単価については、独立行政法人 日本原子力研究開発機構や福島県などの除染モデル事業・実証試験データ・ヒアリング結果などの公開情報や類似技術情報から、除染費用、保管容器、仮置き場、可燃物減容化の土地面積あたりのコストを推定した(表1)。中間貯蔵施設については、情報が少ないものの、既存の管理型処分場や遮断型処分場のコストを参考にして、可燃物は焼却による減容化を行い高濃度・溶出性対応型(遮断型処分場)で保管し、土壌(不燃物)は低濃度・非溶出性対応型(管理型処分場)で保管すると仮定して推定した。これらの推定された土地面積あたりのコストに除染面積を乗じて総費用を推定した。

基本シナリオにおける除染に関わる費用の推定結果の図
図5 基本シナリオにおける除染に関わる費用の推定結果

表1 除染費用の推定で使用した費用の根拠
除染費用の推定で使用した費用の根拠の表
1)JAEA(2012)除染モデル事業報告書、福島県(2011)除染対策事業実施要領、福島県(2012)福島県面的除染モデル事業
2)フレキシブルコンテナ:0.8万円/個(公表資料):容量0.9 m3で計算
3)仮置き場:2万円/個(ヒアリングおよび環境省 除染特別地域における除染など工事暫定積算基準)
4)-1減容化コスト:中間貯蔵施設コストに含む。可燃物の減容化コスト0.2万円/個、減容化率95%とした。
4)-2中間貯蔵施設コスト:低濃度・非溶出対応型(不燃物):3万円/個、高濃度・溶出性対応型(可燃物の減容化後の焼却灰):10万円/個、低濃度非溶出対応型→管理型処分場、高濃度・溶出性対応型→遮断型処分場のコストとして算定。
5)除染などに関わる放射線管理業務や間接経費、仮置き場から中間貯蔵施設への輸送費、最終処分場費用は含んでいない。

 総費用は1.2兆円超と推定され、そのうち農用地の除染費用が総費用の約80%となり、森林と建物用地がそれぞれ10%以下、道路は1%以下となった。特に農用地からの除染廃棄物の中間貯蔵や仮置き場などにおける保管費用が約0.8兆円以上と推定され、全費用の60%以上を占めた。

 本推計には、除染などに関わる放射線管理業務や間接経費、仮置き場から中間貯蔵施設への輸送費、最終処分場費用は含んでいない。中間貯蔵施設の設計条件、さらに可燃物の減容化の有無により、費用が大幅に上昇する可能性がある。

 最も除染費用が必要な農用地除染について、基本シナリオの表土除去のほかに、表土除去後に客土するシナリオや、汚染土壌の搬出を必要としない天地返し、反転耕による除染シナリオについて除染費用を試算した結果を図6に示す。基本シナリオでは保管・貯蔵に大きなコストがかかるが、天地返し、反転耕では、汚染土壌の搬出が不要で保管・貯蔵コストもかからないため、除染費用を10分の1以下に抑えられると推定された。しかし、天地返し、反転耕による除染については、農用地や生産される農作物への長期的な影響も含めて、議論されるべきである。

農用地の除染シナリオごとの費用の推定結果の図
図6 農用地の除染シナリオごとの費用の推定結果
天地返し、反転耕は、汚染土壌の搬出が不要なので保管容器・仮置き場・中間貯蔵施設の費用は発生しない。

 なお、本研究を行うにあたり、地理情報システムによる解析では、国立大学法人 京都大学大学院 橋本 禅 准教授、岩崎 有美 氏に協力いただいた。また、独立行政法人 放射線医学総合研究所 川口 勇生 研究員、国立大学法人 東京大学 村上 道夫 特任講師(当時)、公立大学法人 福井県立大学 岡 敏弘 教授にも協力していただいた。さらに、産総研安全科学研究部門 岸本 充生 研究グループ長、吉田 喜久雄 招聘研究員、および、中西 準子 フェローにも協力いただいた。

今後の予定

 今回の解析結果は、現状の限られた情報を基に推定したものであるが、社会的重要性を鑑み、速報として発表した。今後、各種データの検証や数値モデルの精緻化を進め、複数の除染シナリオの比較、作物生産への影響なども含めた評価を進める。更新した評価結果を随時、安全科学研究部門ウェブサイト上で発表する予定である。

問い合わせ

独立行政法人 産業技術総合研究所
地圏資源環境研究部門 地圏環境リスク研究グループ
研究員  保高 徹生  E-mail:保高連絡先

安全科学研究部門 リスク評価戦略グループ
主任研究員  内藤 航  E-mail:内藤連絡先



用語の説明

◆放射性セシウム
核分裂を起こし、放射線を発するセシウム原子の総称。東京電力福島第一原子力発電所の放射性物質漏洩事故による半減期の長いセシウム134(半減期約2年間)とセシウム137(半減期約30年間)が、長期間にわたり放射線を発している。[参照元に戻る]
◆除染特別地域
国が除染の計画を策定し除染事業を進める地域。事故後一年間の積算線量が20 mSvを超えるおそれがあるとされた「計画的避難区域」と、東京電力福島第一原子力発電所から半径20 km圏内の「警戒区域」を指す。[参照元に戻る]
◆外部被ばく
人体の外部に存在する放射線源から発生する放射線により体外から被ばくすること。[参照元に戻る]
◆地理情報システム
コンピューター上で位置情報とそれ以外のさまざまな情報の統合、解析、表示が可能なシステム。英語でGeographic Information Systemということから、GISと略されて使われる。[参照元に戻る]
◆避難指示解除準備区域
避難指示区域のうち、年間積算被ばく線量が20 mSv以下となることが確実と確認された地域。[参照元に戻る]
◆空間線量率
空間の単位時間当たりの放射線量のこと。[参照元に戻る]
◆減容化
植物体などの可燃物を焼却するなどの方法によりその体積を減らすことで、放射性セシウムを含有する廃棄物の量を削減すること。[参照元に戻る]
◆メッシュ
地域を格子状に区切った単位のこと。[参照元に戻る]
◆客土
他の土地から土を持ってくること。[参照元に戻る]
◆天地返し、反転耕
天地返しは、汚染土壌を同一農地内の深部に埋める方法であり、反転耕はトラクターなどで30 cm程度耕して表層土と下層土を入れ替え15 cm程度地下に表層土を移動させる方法である。いずれの方法とも、線量低減、農作物への放射性物質の移行低減が可能であり、汚染土壌の搬出が不要のため、保管容器・仮置き場・中間貯蔵施設の費用は発生しない。[参照元に戻る]
◆居住制限区域
避難指示区域のうち、年間積算被ばく線量が20 mSvを超えるおそれがあり、避難を継続することが求められる地域。[参照元に戻る]
◆外部被ばく換算係数
モニタリングポストなどで計測した空間線量率を外部被ばく線量に換算する際に乗じる計数。建屋や自動車などの遮蔽の効果により屋内の空間線量率は低下するため、空間線量率がそのまま外部被ばく線量にならない。環境省は屋外8時間、屋内16時間滞在、建屋の遮蔽率を60%として計算した換算係数0.6を採用している。一方、1986年のチェルノブイリ原子力発電所事故においては、0.2~0.3が係数として報告されている。[参照元に戻る]
◆高濃度・溶出性対応型、低濃度・非溶出性対応型
国が発表している中間貯蔵施設のイメージ図では、「高濃度・溶出性対応型」と「低濃度・非溶出性対応型」について、それぞれ濃度・溶出特性に応じて異なる保管方法をとることが示されている。これは土壌などからは放射性セシウムの水へ溶け出す量が少ないことに対して、焼却飛灰などの放射性セシウムは水へ溶け出す量が多いことを考慮した分類である。[参照元に戻る]

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