火災現象を正しく理解するうえで欠かせないのが「燃焼」の仕組みです。
燃焼は単に「物が燃える」現象ではなく、元素レベルで起こる化学反応です。
本記事では、木材の燃焼を例に、
炭素（C）・水素（H）・酸素（O）といった元素記号を用いて、燃焼の本質を詳しく解説します。
消防士・防災関係者・火災を学ぶ学生にも役立つ内容です。
燃焼（Combustion）とは何か
燃焼とは、燃料が酸素（O₂）と反応し、熱と光を放出する酸化反応のことです。
この反応が連続して起こることで、炎が持続します。
燃焼が成立するためには、次の３つの要素が必要です。
- 燃料
- 酸素（O₂）
- 熱
いわゆる燃焼の３要素です。
木材はどんな物質でできているのか
木材は主に、以下の元素からなる有機化合物で構成されています。
- 炭素（C）
- 水素（H）
- 酸素（O）
代表的な成分はセルロース（C₆H₁₀O₅）ₙで、
C–C結合、C–H結合、C–O結合によって分子が形作られています。
燃焼の前段階「熱分解（Pyrolysis）」
木材にマッチやライターの熱が加わると、
いきなり燃えるわけではありません。
最初に起こるのは熱分解（Pyrolysis）です。
熱分解とは、
熱によって分子内の結合（C–C、C–H、C–O）が切断され、
可燃性ガスが発生する現象です。
このとき発生する主な物質は次の通りです。
- 水素（H₂）
- メタン（CH₄）
- 一酸化炭素（CO）
- 揮発性炭化水素（CxHy）
つまり、炎が燃えている正体は木そのものではなく、木から出たガスです。
可燃性ガスと酸素の燃焼反応
発生した可燃性ガスが、
高温かつ十分な酸素（O₂）と混合すると燃焼します。
代表的な化学反応は以下の通りです。
炭素の燃焼反応
C + O₂ → CO₂ + 熱
水素の燃焼反応
2H₂ + O₂ → 2H₂O + 熱
この反応で生じた熱が、
さらに木材を加熱し、新たな熱分解を引き起こします。
これが燃焼が連鎖的に続く仕組みです。
完全燃焼とは何か
理論上、条件が完璧にそろうと燃料は次の物質だけになります。
- 炭素（C） → 二酸化炭素（CO₂）
- 水素（H） → 水（H₂O）
この状態を完全燃焼と呼びます。
実火災で完全燃焼はほぼ起こらない理由
現実の火災では、次の問題が必ず発生します。
- 酸素不足
- 温度のムラ
- 可燃性ガスと空気の混合不足
- 反応時間の不足
その結果、炭素や水素は完全に酸化されず、
不完全燃焼が起こります。
不完全燃焼で発生する危険物質
不完全燃焼では、以下の物質が生成されます。
- 一酸化炭素（CO）
2C + O₂ → 2CO - 窒素酸化物（NOₓ）
N₂ + O₂ → 2NO（高温時） - 未燃炭化水素（CxHy）
- すす（ブラックカーボン：C）
- 微粒子（PM）
煙（Smoke）の正体とは
煙とは、
CO・NOₓ・未燃ガス・微粒子などが混ざった
不完全燃焼生成物の集合体です。
煙は、
- 一酸化炭素中毒
- 酸素欠乏
- 呼吸器障害
- 視界不良
を引き起こし、火災における最大の致死要因となります。
消防・防災の視点で重要なポイント
- 炎は「木」ではなく熱分解ガスが燃えている
- 実火災はほぼすべて不完全燃焼
- 危険なのは火炎より煙（CO・微粒子）
- 換気・放水・空気流入は燃焼状態を大きく変える
まとめ
燃焼を理解するには、
「火」ではなく元素（C・H・O）と化学反応を見ることが重要です。
この視点を持つことで、
- 火災成長の理解
- フラッシュオーバーの予測
- 換気・放水戦術の判断
が、より理論的にできるようになります。
参考文献・参考資料
- Introduction to Fire Dynamics
Drysdale, D.
火災における燃焼・熱分解・煙生成の基礎理論を体系的に解説した定番書。
https://www.wiley.com/en-us/Introduction+to+Fire+Dynamics%2C+3rd+Edition-p-9781119975464
- SFPE Handbook of Fire Protection Engineering
Society of Fire Protection Engineers（SFPE）
セルロース燃焼、不完全燃焼、CO・NOₓ・PM生成メカニズムの実務的解説。
https://www.sfpe.org/page/Handbook
- National Fire Protection Association（NFPA）
NFPA Fire Protection Handbook
実火災における燃焼挙動と煙の危険性を扱う権威ある資料。
https://www.nfpa.org/codes-and-standards/all-codes-and-standards/list-of-codes-and-standards/detail?code=FPH
- National Institute of Standards and Technology（NIST）
Fire Dynamics Simulator (FDS) – Technical Reference
セルロース系材料の熱分解・燃焼モデルに関する技術資料。
https://pages.nist.gov/fds-smv/
- An Introduction to Combustion
Turns, S. R.
C・H・Oの燃焼反応、CO生成条件など燃焼化学の基礎を解説。
https://www.mheducation.com/highered/product/introduction-combustion-turns/M9781260124219.html
- World Health Organization（WHO）
Air Pollution and Health
不完全燃焼で発生するCO・微粒子（PM）・ブラックカーボンの健康影響。
https://www.who.int/health-topics/air-pollution
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