効エネルギー日記

エネルギーの効率的利用を中心に、自分の考えを述べる。

■リチウムイオン電池のコスト大削減?

電極を含めほぼ全てを樹脂で形成する「全樹脂電池」が量産に向かうということだ。全樹脂電池は、製造工程が従来とは全く異なるリチウム(Li)イオン2次電池だ。構造上、工程が簡素で、無駄な部材が不要なために低コスト化しやすいようだ。当面の価格目標は1ワット時当たり15円。定置用蓄電池や電気自動車(EV)用2次電池の長期的な目標である1ワット時当たり10円も視野に入ると報じられている。

既存の2次電池とは製造工程が異なるために、量産に乗り出す電池メーカーはこれまでなかった。考案した慶応義塾大学特任教授の堀江英明氏と共同開発中の三洋化成工業は、パイロットラインで全樹脂電池を試作し動作確認した実績はあるものの、自ら製造することはなかった。量産ノウハウを持たないためだ。そこで同教授は慶応大学が主体のベンチャーキャピタル、慶応イノベーション・イニシアティブ(KII、東京・港)とともに共同出資ベンチャー企業を設立し、三洋化成の子会社とした。新会社の目標は「既存の10分の1以下の設備投資額で高速かつ高歩留まりに大量生産できることを確認し、そのための製造装置と製造レシピを提供可能にする」(堀江氏)ことだというから、これがその通りに進展すれば、電池のコストは大幅に下がることになる。

全樹脂電池を低コストにできるのは、その構造が既存品とは異なり、電気エネルギーを蓄える活物質や、そこに電気を流すための電極が樹脂(高分子材料)であることにある。基本的には、活物質の粉末を電解液に混ぜ込んだペースト状の材料を樹脂フィルムに塗って、そのフィルムを電池構成部材のセパレーターとともに重ねると電池になる。ロールからロールへの方式で素材を作るという、これまでのように乾燥工程のない製造法で作られることでコストが大幅に下がるらしい。本格的な製造が可能になってほしいものだ。

■米国が蓄電設備設置に税控除強化

米国が蓄電設備に30%の税控除をすることになった。これから2021年迄、規模の大小を問わずこの控除を受けることが出来る。蓄電事業所には大きなプラスとなる。日本でも太陽光発電に併設される蓄電池には補助金が今年度から準備されたが、米国の場合には、太陽光発電と一緒である必要はなく、しかも、蓄電池以外の蓄電方式にも適用される。例えば、フライホイール揚水発電、熱にして保存、空気圧縮昇圧などである。これはこれまでの税控除を変更するが、10%の税控除が商用プロジェクトには2021年を超えて適用されるが、家庭用については適用されなくなる。

この税控除は再生可能エネルギーによる発電コストが大きく下がったことを契機として、その利用を促進するために実現したもので、電力業界にも大きな影響を与える。系統制御がやりやすくなるメリットはあるが、電力供給量は減ることになる。これを取り込んだ新しいビジネスが生まれることになるだろう。また、風力発電などの市場が拡大し、新しい雇用を生むことになる。ただし、これに対してトランプ政権がどのような受け止め方をするかは今後の経過を見なければよく分からないだろう。

■急増するか水素利用

水素は燃焼時に二酸化炭素(CO2)を出さないクリーンエネルギーとして期待が大きいが、水素が化石燃料を分解して入手したものであれば、比較的クリーンだとしてもグリーン燃料とはならない。その意味で、再生可能エネルギーを利用して水を電気分解する方式への期待は大きい。しかし、その設備コストがどの位か具体的な数字は知らないが、可成り国などの助成がないと事業性は当分出ないだろう。

水素の利用として実用化しているのは燃料電池で、水素を直接燃料として供給する方式も、燃料電池自動車だけでなく、フォークリフトなどにも普及しようとしている。とはいえ、水素を直接タービンなどの燃料として使えれば、消費量は急増するだろう。いま兵庫県でその方向に向けた実証試験が進んでいる。その一例が川崎重工業大林組などが神戸市の人工島・ポートアイランドで実証している水素発電所。18年4月に市街地で世界初という水素100%燃料での発電に成功している。電力と熱をスポーツ施設、病院などに供給した。水素は天然ガスに比べて燃焼温度が高く、窒素酸化物(NOx)が多く発生する。そのため燃焼器という発電設備の心臓部で水を噴射し、NOxを規制値以下に下げている。燃焼速度も速いため燃焼器の改良や燃焼方法の工夫などを各社が競っている。

川重などは19年度、燃焼効率を上げるため水を使わずにNOxを低減させる技術の開発に入る。30年に国内で大規模な水素発電所を実用化させる目標をかかげ、研究が今後加速する見通しだという。発電での水素利用の実用化に向けた取り組みは県南西部の高砂市でもある。ガスタービンなど火力発電機器の国内最大手、三菱日立パワーシステムズMHPS)は天然ガスに水素を混ぜて燃やす混焼試験に着手している。こちらもすでに技術的には水素100%燃料での発電は可能になっているという。既存の天然ガス燃料の火力発電所で燃焼器を取り換えるだけで水素発電に転換できる技術開発が進む。18年1月には発電用の大型ガスタービンで水素30%の混焼試験に成功した。従来の天然ガス火力に比べて発電時のCO2排出量を1割ほど減らせるという。同社は24年にオランダで既存の天然ガス火力を水素100%燃料に切り替える事業を計画しており、高砂を中心に実証を続ける。

オーストラリアで採掘した低品質で安価な石炭「褐炭」から水素を精製し、現地で液化して専用船で神戸まで運ぶプロジェクトも進展しているが、液化水素運搬船の建設が必要となる。同時に、オーストラリアの褐炭から水素を作り、そこで発生するCO2を捕捉して地中に埋める技術も開発しなければならず、具体化にはもう少し時間がかかるだろう。これが日本に入ると、大量の水素利用技術の普及が不可欠となる。今後この技術開発の競争が進むだろう。

■福島第1原発の炉心溶融機から核燃料取り出し

東京電力は15日、福島第1原子力発電所3号機で、使用済み核燃料プールからの燃料の取り出しを始めたと報じられた。炉心溶融メルトダウン)を起こした1~3号機では初めての取り出しとなる。プール周辺は放射線量が高いため、遠隔操作で約2年かけて取り出す。当初計画から4年以上遅れて動き出したのだが、初めての作業で難航は避けられないだろう。政府の廃炉の工程表では、プールからの燃料搬出と並行して2021年に原子炉内で溶け落ちた核燃料の取り出しを始めることになっている。今回の作業が遅れれば全体に影響することは確実。遠隔操作での取り出しだから、難しい作業となる。

3号機の使用済み核燃料が入ったプールは、炉心溶融と水素爆発を起こした原子炉建屋の上部にある。3号機のプール内には未使用の燃料52体と使用済み燃料514体の計566体が入っている。まずは使用済み燃料より放射線量が低い未使用の燃料から移動させる段取りの最初の工程が開始されたことになる。抜き取り作業をテレビで見たが、瓦礫も落ち込んでいることから、それで燃料棒に損傷が起きないように作業しなければならない。燃料棒に穴でもあいたら、そこで取り出しは停止せざるを得ない。燃料1体あたりの重さは約250キログラムで、輸送容器の重さは燃料を7体入れた状態で50トン弱になる。これをつり上げて横へ移動させるのだが、うまく作業が進んでほしいものだ。

一方、取り出した燃料棒の保管場所は多分臨時に設置されたものであり、これはいずれ処理施設へ送らなければならないが、六ヶ所村にある処理設備自体がトラブル続きで稼働していない。これも今後の原発稼働に大きな影響を与えるものとなる。

 

■再エネ電源から無線給電

新電力のみんな電力(東京・世田谷)は、無線で電力を送受信するサービスの実現に取り組むと報じられている。こうしたサービスには、多重の送受信に正確に対応でき、かつ、十分なセキュリティーの確保が必須になる。この技術コンセプトの検証に向けた研究開発を京都大学と共同で始めたようだ。すでに、関連する特許を共同で出願している。

充電を必要とするものが、携帯機器、電気自動車(EV)、ドローン(小型無人機)など機器が移動するものの場合でも、移動中に電力の送信先や受信元を変えながら、適切に給電を実現できるようになる。いまの携帯電話が発信基地を移動に伴って切り替えるのと同じ方式だろう。EVやドローンにとっても、国内の各地に点在している太陽光発電所を充電所として活用できれば、走行や飛行の距離や時間の制約を超えた利用が可能となる。分散型電源が、こうした移動型電動機器の広範な普及に貢献できる。

みんな電力と共同研究に取り組むのは、京大大学院情報学研究科の梅野健教授。同教授の技術を基に、多対多の間で無線によって送受信される電力に符号を乗せる。この符号には、暗号だけでなく 給電元、給電先、給電量、電力の由来、取引価格、電力選択の優先順位付けなどの取引情報を付加する。これによって、無線による給電の取引や決済まで可能となる。電力に付加した暗号は、指定された給電先だけが復号できるようにすることで、空中を飛び交う多数の電力による「混信」や、セキュリティーの問題を回避できるという。

この報道には述べられていないのだが、少なからず気がかりなことがある。充電できるだけ強い電波が幾つも飛び交うようになるのだが、将来どこへ行っても高いエネルギーを持った多様な電波に身をさらすことになる人間が、気づかぬうちになんらかの被害を受けるということにはならないだろうか。携帯電話の電波についても安全性について問題視されてきたが、その電波とは比較にならないほど強力な電波にいつも身をさらすようになる。無線給電の話が出る度に思うことだが、生物への影響をまず調べて、安全性の確認を十分にした上で実施してほしいものだ。スマートメーターからの電波について文句を言う人達はどう思っているのだろうか。桁違いに大きな出力の電波が発信されているのだから。

■家庭用蓄電システム向け補助金

小型の蓄電池の利用が促進されようとしている。10kW未満の太陽光発電システムを所持する需要家が、災害時に活用可能な家庭用蓄電システムの導入を支援する補助金が新しく設定された。2019年度「災害時に活用可能な家庭用蓄電システム導入促進事業費補助金」だ。補助対象となる家庭用蓄電システムは、災害発生時(停電時)に宅内給電へ切り替えることができ、また災害復旧後には国または電力会社が供給力不足による節電を要請した場合、グリーンモードへ切り替える機能、もしくはグリーンモード固定で運転する機能を具備することなどが要件となる。グリーンモードとは、太陽光発電で作った電力の余剰分は蓄電システムに充電し、太陽光の出ていない夜間等に活用する、自家消費を優先したモードをいう。

要するに、太陽光発電の電力をできるだけ系統に流さないようにするための蓄電池の設置を促進しようというものだ。停電の時にもある程度は電気が使えるということを希望する人には魅力的な補助金となるだろう。蓄電池メーカーにも新たな市場ができたことになる。だが、蓄電池は電力事業の制御システムにも常時つながることになるため、設置された場所の電力使用状況がリアルタイムで分かることになり、プライバシーとの関係が問題になるかも知れない。

■明石海峡大橋にマイクロ風力発電を設置できるか

国際再生可能エネルギー機関(IRENA)は、世界全体の再生可能エネルギーによる発電設備の容量が2018年に171GW(ギガワット)増加し、再エネの力強い成長トレンドが過去10年間継続したと19年4月2日、発表した。それにより、世界の発電容量の3分の1が再エネ由来となったとしている。年間の再エネ増加率は7.9%で、その大半の84%を太陽光と風力の発電所新設が占めるという。アジア地域は新設された全再エネ容量の61%を占めており、設置容量は11.4%増加した。一方、成長率が最も高かったのはオセアニアで、18年に再エネ容量が17.7%増加した。アジアに次いで3番目に成長率が高かったのが、アフリカの8.4%。

太陽光発電に関しては、18年に24%増となる94GWの容量が世界全体で増加した。そのうち、アジアが約70%となる64GWを占め、引き続き世界の成長をけん引している。国別では、中国、インド、日本、韓国がその大半を占める。風力発電は18年に49GW増加している。

これとは全く関係のないことだが、この間から、明石海峡大橋などの橋脚や横桁の部分に、小さな風力発電設備をずらっと取り付けることはできないかと考えている。長い橋の場合、まず風速計が取り付けられている筈だから、その記録を利用するといろいろのシミュレーションをすることができる。数メートル間隔で取り付けることができれば、全体の規模は可成りのものとなる。太陽と違って、風に強弱はあるものの、始終吹いているから、交通標識照明用電源などに使えるだろう。

ただ、既存の橋に取り付けるには、強度計算とか規制の問題などが発生するから、簡単な話ではないとは思う。だが、どのような規制が問題かなど調べて見る価値はあるのではないか。羽根の先に小さなLED照明を付ければ、夜など蛍が一杯いる橋になる。騒音の問題もなく、橋が景観の力を増すに違いない。