岸壁の亜鉛ブロック、あれ何個必要か即答できる？

港の岸壁ジャケットや船体の水中部にボコボコと取り付けられた銀色のブロック——あれが犠牲陽極だ。亜鉛やアルミの塊を鋼材にボルト留めしておくだけで、本体の鉄が腐食する代わりに陽極側が溶けてくれる。電源も電子回路も不要、取り付けるだけで動く実にシンプルな防食装置である。

ただし設計となると話は別で、「この貯蔵タンクに何kgの陽極を何個付ければ15年もつのか」を自分で計算できる日本語Webツールは意外と少ない。メーカーのカタログはあっても計算例は断片的、英語の専門計算ソフトは有料、教科書の式は手計算には面倒——そんな状況で「たぶん4〜5個でいいだろう」と勘で決めた結果、5年で本体が腐食貫通した、という話は現場でよく聞く。

このツールは面積と環境と年数を入れるだけで、NACE SP0169 / DNV-RP-B401の手順に従って必要電流・総質量・個数を一気に弾く。設計初期のスクリーニングから現場での再計算まで、ブラウザだけで完結させたい人に向けて作った。

なぜ作ったのか――日本語Web計算ツールが本当にない

犠牲陽極の設計計算を探すと、最初に出てくるのは海外の陽極メーカー（Farwest、MATCOR、Cathodic Protection Co.）が公開するExcelテンプレートか、英語の学術PDFだ。日本語で探すと腐食防食協会の論文や大学の講義資料はヒットするが、そのままブラウザで動く計算ツールはほぼない。あっても「電流密度一覧表だけ」「容量換算だけ」といった部分的なものが多い。

実務で困るのは、たとえば次のような場面だ。

客先から「このタンク底板の犠牲陽極、何個入れれば20年もつの？」と電話で聞かれる
既設配管の補修で陽極を追加したいが、表面積と被覆率から概算を出したい
外注したガルバニック計算書のレビューで、オーダーが妥当か即座に確認したい

こういう時に電卓と紙で計算するのは面倒だし、Excelを開くほどでもない。「面積、環境、年数、材質」の4要素を選ぶだけで結果が出るツールが欲しかった。既存のガルバニック腐食チェッカーや配管保温厚さ計算と並ぶ、防食シリーズの1ピースとして作った。

犠牲陽極とは何か――電位列と電子の流れで理解する

犠牲陽極の原理

異なる金属を電解質（海水・土壌水など）中で接触させると、電位の卑（いや）な金属が溶け出し、貴な金属は保護される。これがガルバニック腐食の現象であり、それを意図的に利用したのが犠牲陽極方式（Sacrificial Anode Cathodic Protection, SACP）だ。

鉄の電位は海水中で約-650mV（SCE基準）。ここに亜鉛（-1050mV）を接触させると、亜鉛が溶け、鉄の表面には電子が供給される。鉄は電子を受け取る側（カソード）になるため、酸化反応（Fe→Fe²⁺+2e⁻）が止まる。亜鉛が身代わりになって溶けるから「犠牲（sacrificial）」陽極と呼ぶ。

身近な例で言えば、ハンフリー・デービーが1824年に英国海軍の銅板張り戦艦に亜鉛片を取り付けたのが最初の実用例とされる（詳しくはWikipedia：陰極防食）。電気化学の発展前に経験的に発見された防食手法だ。

電流密度という考え方

防食に必要な電流量は、鋼材の露出面積に比例する。「1m²あたり何アンペア流せば腐食が止まるか」を防食電流密度と呼び、環境ごとに経験値が決まっている。

海水(裸鋼)     : 0.1   A/m²
汽水・港湾     : 0.06  A/m²
淡水           : 0.03  A/m²
土壌(埋設管)   : 0.02  A/m²
コンクリート内 : 0.005 A/m²

海水がもっとも腐食性が強く、コンクリート内の鉄筋はほぼ不動態化しているため必要電流がごく小さい。これはNACE SP0169やDNV-RP-B401といった規格で推奨値が示されている。

陽極材質の選び方

犠牲陽極には主に3種類の合金が使われる。

アルミ合金（Al-Zn-In）: 容量2500 A·h/kg と最大。海水・汽水で主流。軽い
亜鉛合金（Zn）: 780 A·h/kg。海水・土壌の万能選手。歴史も長い
マグネシウム合金（Mg）: 1230 A·h/kg。電位が卑なため淡水・土壌・コンクリートで活躍

同じ1kgでもアルミが出せる電気量が亜鉛の3倍以上。ただしアルミは淡水では不動態化して電流が出にくく、マグネシウムは海水では過剰消耗する。環境と材質の相性が設計の要だ。

なぜこの計算が大事か――たった数キロの読み違えが配管貫通を招く

陽極不足が招く実害

埋設ガス導管で犠牲陽極の質量を半分に見積もり、10年目に孔食で漏洩事故が起きた——経産省の事故事例集にはこうした案件がいくつも載っている。犠牲陽極の「足りない」は即座に見えないため、10〜20年後に貫通や底板剥離として顕在化する。その時点での補修コストは初期投資の数十倍になることが珍しくない。

逆に過剰設計もまた問題で、1基数十万円する高容量陽極を倍付けすれば、大型タンクでは数百万円の無駄になる。しかも陽極が過剰だと電位が卑に寄りすぎて水素脆化を起こすリスクもある。適正量を算出することが重要だ。

ICCPとの比較

防食対象が非常に大きい場合（例: 数千m²の貯蔵タンク、数十kmのパイプライン）は、犠牲陽極ではなく外部電源方式（Impressed Current Cathodic Protection, ICCP）を選ぶことが多い。本ツールでも必要陽極数が100個を超えるとICCP検討を推奨する表示に切り替わる。ICCPは初期投資が大きいが、長期的には陽極交換コストが不要になる利点がある。

法令面では、危険物規制（消防法）で地下タンクの電気防食が求められ、ガス事業法でも埋設導管の防食が義務づけられている。JIS F 8101（船用犠牲陽極）、JIS G 0596（鋼構造物の電気防食）、NACE SP0169といった規格が設計の拠り所になる（日本防錆技術協会も参考になる）。

活躍する場面

船舶・小型ボート: プロペラシャフト・船外機脚部にZnやAl陽極を取り付け、電蝕を防ぐ
貯蔵タンク底板: 地下タンクや屋外タンクの底板下面に亜鉛リボンや鋳込み陽極を敷設
埋設配管: ガス・水道・石油パイプラインの外面防食。亜鉛やマグネシウム陽極を一定間隔で埋設
海洋構造物: 岸壁ジャケット・桟橋杭・水門の水中部にAl-Zn-In合金陽極をボルト留め
温水器・給湯器: 電気温水器の内部にMg陽極棒を挿入し、タンク内面の腐食を防ぐ（ユーザー交換部品）
鉄筋コンクリート構造物: 塩害を受けた橋梁・海岸構造物の鉄筋防食にMg陽極を埋設

基本の使い方

防食対象: 表面積(m²)と被覆率(%)、環境(海水/淡水/土壌など)、設計防食年数を入力
陽極材質: Al/Zn/Mgから選択し、1個あたりの質量を入力（プリセットボタンあり）
結果確認: 必要電流・総質量・個数と、材質-環境適合性判定を確認。警告があれば材質を変更

具体的な使用例

ケース1: 海水中50m²の小型構造物／Al陽極15年

裸鋼50m²を海水中で15年防食する場合。電流密度0.1 A/m²、Al陽極(2500 A·h/kg, 利用率85%)、1個12kg。

必要電流: 50 × 0.1 = 5.0 A
総電気量: 5.0 × 15 × 8760 × 1.1 ≈ 722,700 A·h
総質量: 722,700 / (2500 × 0.85) ≈ 340 kg
個数: ceil(340 / 12) = 29個

中型プレジャーボートや小型岸壁で典型的なオーダー。

ケース2: 埋設ガス管100m²／被覆90%／Zn陽極20年

塗覆装90%で露出10%、土壌環境(0.02 A/m²)、Zn(780, 90%)、1個10kg。

露出面積: 100 × 0.1 = 10 m²
必要電流: 10 × 0.02 = 0.2 A
総質量: 約55 kg
個数: 6個

埋設導管は塗覆装のおかげで陽極数がぐっと減る。被覆率を正しく反映することが重要。

ケース3: 淡水タンク20m²／Mg陽極10年

給湯タンク内面や消火水槽を想定。淡水(0.03)、Mg(1230, 50%)、1個5kg。

必要電流: 20 × 0.03 = 0.6 A
総質量: 約94 kg
個数: 19個

淡水域ではアルミが不動態化するためMg一択。利用率が50%と低いのはMg陽極が自己腐食しやすいため。

ケース4: 大型LNGタンク底板1000m²／Al陽極20年

海浜立地の大型石油・LNGタンクを想定。裸鋼近似(0.05 A/m²とする)、Al、1個24kg。

必要電流: 50 A
総質量: 約 11,360 kg = 11.4トン
個数: 474個

この規模ではツールも「ICCP検討推奨」を表示する。実際、大型タンクはICCPか犠牲陽極+ICCPの併用が一般的。

ケース5: 電気温水器のMg陽極棒(内径60cm、1.5m²)

家庭用電気温水器の内部。淡水想定、Mg、1個5kg。

必要電流: 1.5 × 0.03 = 0.045 A
総質量: 約7 kg(5年計算)、1本2個

温水器のMg陽極棒は3〜5年ごとの点検交換が推奨されるのはこのため。住宅設備としては地味だが重要なメンテナンス項目。

ケース6: 橋梁鉄筋コンクリート300m²(塩害補修)／Mg陽極30年

塩害を受けた海岸橋梁の補修工事。0.005 A/m²、Mg、1個5kg。

必要電流: 1.5 A
総質量: 約515 kg
個数: 103個

30年設計だと中間更新の計画も含めるべき。ツールは30年超で中間更新警告を出す。

仕組み・アルゴリズム

候補手法の比較

犠牲陽極のサイジングには大きく2つのアプローチがある。

電流密度法（本ツール採用）: 露出面積×経験電流密度で必要電流を決め、ファラデーの法則で質量を算出する簡易手順。NACE SP0169、DNV-RP-B401、ISO 15589などで採用
電位分布解析法: 有限要素法(BEM/FEM)で電位場を解き、陽極配置ごとの保護範囲を検証する手法。DeepView、BEASY-CPなどの商用ソフトが必要

初期スクリーニングから中規模設計までは(1)で十分で、大型構造物の詳細設計で(2)を併用するのが一般的。本ツールは(1)を採用している。

計算フロー

1. 露出面積     A_exp = A × (1 − coating/100)
2. 必要電流     I_req = A_exp × i_c         [A]    ※i_c = 環境電流密度
3. 総電気量     Q     = I_req × Y × 8760 × k  [A·h] ※Y=年数, k=安全率1.1
4. 必要総質量   M     = Q / (C × u)         [kg]   ※C=容量, u=利用率
5. 必要個数     N     = ceil(M / m_unit)           ※m_unit=1個あたり質量

利用率 u が陽極材質ごとに異なるのは、陽極は完全に溶けきる前に形状が崩れて機能を失うため。Al 85%, Zn 90%, Mg 50%というのは経験値で、DNV-RP-B401等にも同等の値が記載されている。

計算例(ケース1の展開)

面積50m²、被覆0%、海水(0.1 A/m²)、15年、Al(2500, 0.85)、12kg
A_exp = 50×1 = 50 m²
I = 50×0.1 = 5 A
Q = 5×15×8760×1.1 = 722,700 A·h
M = 722,700 / (2500×0.85) = 722,700 / 2125 = 340.09 kg
N = ceil(340.09/12) = ceil(28.34) = 29個

実務ではこれに配置検討（均等配置か端部集中か）と電位測定による検証が続く。

他ツールとの違い

海外メーカーの計算ツール（MATCOR、Farwest）は英語で陽極型番が彼らの製品に固定されているため、汎用計算には使いづらい。国内の陽極メーカーは計算表を顧客に提供するがWeb公開はしていないことが多く、ガルバニック防食協会の公式計算シートはExcel配布のみ。

本ツールの差別化ポイントは次の3点だ。

材質-環境適合性の自動判定: 不適合な組み合わせを赤で警告（例: 海水でMg、淡水でAl）
プリセット陽極: よく使う型番(Al 12kg、Zn 10kgなど)をワンタップで入力
個数に応じた方式推奨: 100個超で自動的にICCP検討を促す表示

サインアップ不要・広告なし・無料で、スマホからも使える。現場での概算にも向く。

豆知識：デービーの銅板防食と失敗した理由

犠牲陽極の歴史は1824年、英国の化学者ハンフリー・デービーが英国海軍の依頼で始まる。当時の帆船は船底を銅板張りにして木食い虫から守っていたが、海水中で銅板が溶ける問題に悩まされていた。デービーは亜鉛や鉄の小片を銅板に取り付ければ銅が保護されると予言し、実験で成功した。

しかし実船に適用すると意外な問題が起きた。銅板の腐食は止まったが、銅イオンが溶け出さなくなったことで逆に木食い虫が付くようになったのだ。従来は銅が微量に溶けることで忌避効果を発揮していたため、完全防食が裏目に出た。デービーの防食は原理的には成功したが、実用上は海軍から不評だった。

とはいえ異種金属による陰極防食の有効性は実証され、以降100年以上経って鉄構造物・船舶の防食技術として花開いた。デービーの功績は電気化学の基礎を築いたことと合わせ、今も電気防食の祖として記録されている（The Royal Society: Humphry Davy）。

Tips

電位測定でモニタリング: 防食効果は銅/硫酸銅電極(CSE)で対象金属の電位を測る。海水中で-800mV以下(SCE)なら保護領域
目視消耗判定: 犠牲陽極は1/3程度まで消耗したら交換が目安。完全消耗まで使うと効率が落ちる
被覆率は控えめに: 塗覆装は年数とともに劣化するため、設計被覆率は実測値より5〜10%低めに設定すると安全
配置は均等に: 大きな構造物では陽極を散らして設置する。角や端部に偏らせると保護範囲にムラが出る

FAQ

表面積がわからない構造物はどう計算すればいい？

円筒(タンク・配管)なら側面積=πDL、球形タンクは4πR²で近似できる。既設構造物は図面がない場合、代表寸法を測って単純形状に分割・合算する。被覆率で不確実性を吸収する運用もある。

安全率1.1は小さすぎない？

本ツールの1.1は「陽極の経年劣化と電流密度のばらつき」を吸収する最小値。重要構造物では1.25〜1.5を使うこともある。設計寿命を1.1倍長くして入力するのが実質同じ効果の簡易調整法。

1個あたり質量はどう決めれば良い？

メーカーカタログの標準型番(Al 5/12/24kg、Zn 3/10kgなど)から選ぶ。型番が決まっている現場では実物質量を入力する。ツールの「共通陽極」ボタンから主要サイズを呼び出せる。

海水中でなぜ亜鉛よりアルミが主流になったのか？

アルミ合金(Al-Zn-In)は容量2500 A·h/kgで亜鉛の3倍以上。重量あたり性能が高く、軽量で扱いやすい。インジウム添加により不動態化を防いだのが実用化のブレークスルー。1970年代から海洋構造物で普及した。

計算結果は設計書にそのまま使える？

初期検討や第三者レビューには使えるが、最終設計書には専門コンサルによる詳細計算(電位分布解析・土壌比抵抗測定・陽極配置シミュレーション)を推奨する。本ツールは概算と妥当性チェック用。

まとめ

表面積と環境と年数を入れるだけで、必要陽極個数とICCP推奨まで一気に確認できる。NACE SP0169 / DNV-RP-B401の電流密度法を日本語で使えるWebツールとして、設計初期のスクリーニングから現場の再計算まで幅広く活用してほしい。

関連ツールとして、異種金属の腐食リスクを判定するガルバニック腐食チェッカーや、配管の断熱・保温厚さを検討する配管保温厚さ計算も合わせて使うと防食設計が一通りカバーできる。

使い方や計算結果に疑問があれば、X (@MahiroMemo)から気軽にどうぞ。

犠牲陽極サイジング計算

防食対象

陽極仕様

計算結果