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マグネシウムは時代のエネルギーになり得るか?第2回~エネルギーとは?~

『マグネシウムは時代のエネルギーになり得るか?~はじめに~』に続いて、『マグネシウムは時代のエネルギーになり得るか?』の第2回目です。

第1回目『~はじめに~』の

1 マグネシウムエネルギーとは
マグネシウムエネルギーの仕組みを概観し、これまでの化石燃料や、原子力、太陽光発電、燃料電池など、他のエネルギーと比較して何が違うのか、その特徴と可能性について記事にしたいと思います。そもそもエネルギーとは何ぞや、というのも気になりますね。

再生可能エネルギー
(Renewable Energy)
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こちら [1]よりお借りしました。

を受けて、マグネシウムエネルギーの仕組みに入ってみたいと考えていましたが…

その前に、『エネルギーとは何なのか』という、基礎的な問題を考えてみたいと思います。

巷では新エネルギーや再生可能可能エネルギーなど、エネルギーという言葉が先行しているように思えますが、「エネルギーってなにか?」と問われた場合に皆さんはどうでしょうか

私もそうですが、明確に答えられません…。
そこで、皆さんといっしょに『エネルギーとは何なのか』について考えてみたいと思います。

では、本題に行く前に
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【エネルギーとは】
エネルギーとは、外部に対して行うことができる仕事量、つまり、「仕事ができる能力」のことです。また、広辞苑によると「物理学的仕事をなし得る諸量の総称」と書かれています。

「諸量」、つまり一種類だけでなく何種類もあり、その形態としては化学エネルギー・力学的エネルギー(運動エネルギーと位置エネルギー)・電気エネルギー・熱エネルギー・原子核エネルギー・光エネルギー(電磁気作用⇒電磁波)などがあります。そして、重要なのはこれらのエネルギーは変換可能であるということです。

現在の世界のエネルギー消費量が最も多いのは化石燃料(主に石油・石炭・天然ガス)ですが、これらも化学エネルギーを電気エネルギーや熱エネルギー、力学的エネルギーに変換して利用しています。

【エネルギーの保存】
物体はエネルギーが与えられない限り勝手に動き始めることが出来ません。物体は与えられたエネルギーの分しか運動できないのです。そして、そのエネルギーは他から他へ移動することがあっても無くなることはありません。いつまでも一定になっているのです。
これがエネルギー保存の法則です。学校でも習ったように、高いところからものが落ちるとき、位置エネルギーが減少する代わりに運動エネルギーが増加して、全体としてはエネルギーの量は変わらない、ということです。

たとえば、石油を燃やして電気をつくる火力発電では、石油の分子の中に蓄えられている化学エネルギー(原子間の結合エネルギー;原子をつなぐ”バネ”に蓄えられているエネルギー)が熱エネルギー(原子や分子が振動するエネルギー≒運動エネルギー)に変わり、そこから水を沸騰させて膨張させ、蒸気の勢い(運動エネルギー)で発電機を回して電気エネルギーをつくっていますが、この過程で、最初の化学エネルギーの量と最後にできる電気エネルギーの量は等しくありません。
それはエネルギーが形を変えるたびに一部が熱として逃げてしまうからです。しかし、途中で発生する熱エネルギーまで含めて考えれば、エネルギーの合計は一定になっています。

※図をクリックすると拡大します。
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こちら [3]よりお借りしました。

つまり、あらゆる物理変化、化学変化において、これらのエネルギーの総和が保存されることを広義のエネルギー保存の法則と言います。

上記より、エネルギーの特性として以下のようなことが言えます。

 ・ エネルギーは変換可能である
 ・ エネルギーは変換されても絶対量は保存される
 ・ エネルギーが変換される際には熱エネルギーが発生する

したがって、最初のエネルギー(一次エネルギー)から実際に使用するエネルギー(二次エネルギー)に変換される際に発生する熱エネルギー(廃熱)を少なくすれば、エネルギーの変換効率が良くなりますし、逆の発想で廃熱を利用する開発も進みつつあります。

また、このエネルギーを作り出す元となる資源を、エネルギー資源と言います。石油、石炭、天然ガス、ウランや、そして自然エネルギーとして利用することができる水力、風力、太陽光、地熱のことです。
そして現在、日本ではこの自然エネルギー以外のエネルギー資源を輸入に頼っています。

今回、本テーマで扱うマグネシウムエネルギーが注目を集めているのは、資源であるマグネシウムは海中に大量にあること、そして、マグネシウムそのものが燃焼するのではなく、マグネシウム化合物の化学反応によってエネルギーを取り出すため、マグネシウムが循環する点です。
つまり、輸入に頼らないエネルギー資源を確保できるという事です。

では、どのようにしてマグネシウムからエネルギーを取り出すのでしょうか?
次回はこのあたりから追求してみたいと思います。

By 村田 頼哉

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