2020年4月、史上初めて原油先物価格がマイナスにまで下落しました。

理由を簡単に言えば、貯蔵するコストを支払って保有しておくよりもお金を払って別の人に引き取ってもらう方が得だという考えが大勢になったため。さまざまな要因が重なった結果ですが、世界に衝撃が走りました。

石油が日本で普及したのは20世紀中頃のこと。それまで家庭の調理や暖房は木炭が広く使われていました。さらにさかのぼって、江戸時代で使われていたのはもっぱら薪。

時代が下って木炭に移り変わったのは火力が高い、煙が出ないなどの利点があるためでした。しかし、木炭のそうした性質は何によるものなのでしょうか？

本記事では、炭焼きで起こる化学変化、そして木と木炭の構造の違いについて解説していきます。

木炭の作り方

木炭を作る工程は炭焼きと呼ばれます。焼くとはいっても、木が燃えるのとは少し違う現象。

木炭を作る炭焼きは、化学的には熱分解と呼ばれます。これは酸素をシャットアウトした密閉空間で木材を熱することで起こる化学反応。

ポイントは酸素をシャットアウトすること。酸素がある環境だと、木に含まれる炭素と酸素が結びつき燃えてしまいます。こうなればできるのはただの消し炭です。

炭焼き、つまり熱分解の場合は酸素がごく少ないため、大部分の炭素が酸素と結びつかないまま残ります。

炭焼きで起こることはある意味で燃焼とあべこべの現象です。つまり、木を構成する組織から炭素以外のものがなくなっていきます。

炭焼きの過程で木材を構成するセルロースやリグニンなどの繊維物質が分解され、分子の中から水素や酸素が取り除かれていきます。加えて、木に含まれる酢酸やメタノールなども熱によって蒸発していきます。温度を管理して十分時間をかければ、やがて木材は高純度の炭素の塊になっていくのです。

こうしてできるのが木炭というわけ。

薪と木炭の違い

では、ただの薪と木炭は具体的にどう違うのでしょうか？

煙の有無

薪は自然の木をそのまま使うのではなく、ある程度乾燥させてから燃やすもの。しかし乾燥したとはいえ、薪にも20%ほど水分が残っています。薪を燃やすと木に残った水分や、さらにアルコールやタールなどの有機物が熱で蒸発し、煙となって空気中に舞い上がります。

一方、木炭を燃やしても煙はほとんど出ません。

その理由は、蒸発するような成分が炭焼きによって取り除かれているため。木炭は水分含有量5~10%、炭素含有率80~90%とほぼ純粋な木炭の塊なので、燃焼したときに発生するのは一酸化炭素と二酸化炭素がほとんどなのです。

どちらの気体も無色無臭なので、木炭は燃えても見た目上何も出ません。

熱量

さらに木炭は水分が少ない分、同じだけの量を燃やして得られる熱量が薪よりも多いのです。

何かを燃やして発生する熱量はジュールという単位で測ります。

たとえば樫の木の薪を1kg燃やすと、得られる熱量は2千万ジュール（=20MJ）。1MJで0℃の氷を3kg溶かせるので、樫の木の薪を1kg燃やせば0℃の氷を60kg分溶かせることになります。

これが水分含有量3%の木炭1kgになると、熱量は30MJに。炭焼きの工程を踏むことで熱量は1.5倍になるのです。

こうした性質から当然、木炭の保存は湿気を避けて行われます。湿ったまま放置すれば割れることもあるのだとか。