『マグネシウムエネルギーは次代のエネルギーになりうるか』第９回～実現可能性の検証～
次世代エネルギーとして期待されているマグネシウムエネルギー。
数回にわたりその仕組みを見てきましたが、今回はその実現可能性の検証を行います。
技術的あるいはシステムとして可能性を感じることができても、例えば、莫大な数の装置が必要であったり、設置出来ないほどのスペースが必要であったり、装置を作る原料そのものに限りがあったり、はたまた原子力発電のように自然の摂理に大きく反して人類に対して大きな負の遺産を残すことになるなどなど、本当に実現していくためにはあらゆる角度から検証していく必要があります。
ということで今回は、実際の日本のエネルギー消費量をもとに、その数値的にその実現可能性を検証していきたいと思います。
応援クリックお願いします 
（１）日本の年間エネルギー消費量（将来予測値）
まずは、検証の前提条件となる必要なエネルギー量を設定します。
次世代エネルギーとしての検証なので、将来のエネルギー消費量をもとにします。これは以前当ブログで検証しているので、その数値を用いるすることにします。（『次代を担う、エネルギー・資源』状況編１１ ～まとめ1/2：必要量の予測～）
画像の確認
１９６５年～２０１０年の日本の総人口・総世帯数・ＧＤＰ・そして、最終エネルギー消費の動向から予測した２０３０年の予測値です。
わが国の年間エネルギー消費量 ： １万ＰＪ（ぺタジュール）（２０３０年予測値）
ちなみにこの量は１９７５年の消費量と同程度で、現在の日本のエネルギー消費量の約６割に相当します。
（２）日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なマグネシウム量
マグネシウムのエネルギー密度（重量当りの熱量）は ２５ＭＪ です。よって、日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なマグネシウム量は、１万ＰＪ÷２５ＭＪ/ｋｇ＝４００Ｍｔ（メガトン）となります。
日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なマグネシウム量 ： ４００Ｍｔ（メガトン）
（３）日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要な施設規模
①太陽光励起レーザー発生装置の総合変換効率
まずは、太陽光励起レーザー発生装置の総合変換効率を想定します。
過去の記事でも見てきたように、この装置はまず太陽光をフレネルレンズで集め、レーザー媒質に照射することで太陽光をレーザーに変換します。各過程でエネルギーロスが生じ、変換効率は低下します。
矢部教授は「マグネシウム文明論」の中で、太陽光レーザー発生装置の変換効率についても明記していますが、今回の検証では実用性を考え、これら数値にもう少しシビアな補正を加えることにします。
以上より、当ブログでは、
太陽光励起レーザー発生装置の実用性を考慮した総合変換効率 ： ４％
と想定します。
②日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要な装置数
矢部教授の試算によると、フレネルレンズ４㎡、総合変換効率１０％、つまり出力４００Ｗ（太陽光エネルギーは１ＫＷ/㎡なので、４㎡×１ＫＷ/㎡×１０％＝４００Ｗ）のレーザー発生装置３００基を備えた施設で、年間５０ｔのマグネシウムを精練できるとのことです。
当ブログでは変換効率を、１０％ではなく、実用的な変換効率として４％程度、つまり出力１６０ＫＷ程度と想定するので、年間５０ｔのマグネシウムを精練するには、３００基×１０％／４％＝７５０基のレーザー発生装置を備えた施設が必要と想定します。上記（２）より、日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なマグネシウムの量は４００Ｍｔなので、必要なレーザー発生装置数は、４００Ｍｔ÷５０ｔ×７５０基＝６０億基ということになります。
日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要な装置数 ： ６０億基
③日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要な施設規模
太陽光励起レーザー発生装置１台につき４㎡のフレネルレンズが必要となります。よって、装置を設置するのに必要な施設規模は、６０億基×４㎡/基＝２４０億㎡＝２４０００ｋ㎡となります。
四国の面積が１８３００ｋ㎡なので、四国の約１．３倍の設置スペースを要することになります。
こんなスペース確保出来るのだろうか？ちょっと現実的ではない数字ですね。
日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要な施設規模 ： ２４０００ｋ㎡
（４）日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なレアアースの量
太陽光励起レーザー発振装置のレーザー媒質には、ＹＡＧレーザー媒質（イットリウムとアルミニウムの複合酸化物からなるガーネット構造の結晶）が使用され、ネオジム、イットリウムといったレアアースが使用されています。
矢部教授によると、１ＫＷ出力の太陽光励起レーザー発生装置には直径１ｃｍ以下で長さは１０ｃｍ程度のＹＡＧレーザー媒質が１本（３５ｇ）設置され、そのうちイットリウムの量は４５％とのことです。
今回の試算は、４００Ｗ出力（実用的には１６０ＫＷ出力）の太陽光励起レーザー発生装置で行っているので、３５ｇ×０．４５×４００Ｗ／１０００Ｗ＝６．４ｇとなり、１基当り６．４ｇのイットリウムが必要となります。
上記（３）より日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なレーザー発生装置数は６０億基となるので、必要なイットリウムの量は、６．４ｇ/基×６０億基＝３８４００ｔ、つまり約４万ｔのイットリウムが必要となります。
日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なイットリウムの量 ： 約４万ｔ
同様に、ネオジムの含有量はＹＡＧ全体の１％なので、３５ｇ×０．０１×４００Ｗ／１０００Ｗ×６０億基＝８４０ｔ、つまり約０．０８万ｔのネオジムが必要となります。
日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要なネオジムの量 ：約０．０８万ｔ
日本における各レアアースの年間需要量は、イットリウム ５００ｔ、ネオジム ４０００ｔです。
ということは、イットリウムは現在の年間需要量の８０年分必要ということになります。現在イットリウムの主な利用先は、３波長蛍光灯の蛍光体、コンデンサーやレーザー機器や光ファイバーなどで、現代社会ではなくてはならない製品です。つまり、日本の年間消費エネルギーを賄う太陽光励起レーザー装置を設置するということ８０年間これらの製品を生産出来なくなるということになります。
またネオジムは、現在の年間需要量の０．２年分必要となります。一見「これならなんとかなるだろう」という数値ですが、ネオジムは、現在ハイブリッドカーや各種家電モータにネオジム磁石として使用されており、その需要はここ数年世界的に急激に高まっており、将来的に物量を確保できるか大きな不安が残ります。
（５）装置コストの試算（参考）
矢部教授によると、試作段階の太陽光励起レーザー発生装置は１台５０万円程度とのことです。よって、５０万円/基×６０億基＝３０００兆円必要ということになります。
日本の年間消費エネルギーを賄うのに必要な装置のコスト ： ３０００兆円
日本の１年間の国家予算は約９０兆円とすると、国家予算の約３０年分の費用がかかることになります。
また、これはあくまでも太陽光励起レーザー発生装置だけの費用なので、実際は海水からマグネシウムを取り出す淡水化装置、マグネシウムを回収する施設の費用、装置を設置する土地代などの費用が必要となり、この数倍の費用が必要となります。
これも、現実的な数字ではないようですね。
（６）まとめ
マグネシウムエネルギーで日本の年間消費エネルギーを賄うには、膨大な設置スペース、レアアース、そして設置コストが必要になることがわかりました。また、この検証には日照時間は考慮されていません。矢部教授の試算がベースなので、おそらくモンゴルに設置した場合の試算結果となるのでしょう。ざっと調べると、モンゴルの日照時間は、日本の１．５～２倍となるので、実際マグネシウムエネルギーを日本で自給自足するとなると、単純に今回結果の１．５～２倍かかることになります。これでは、ベースエネルギーとしての実現可能性は、ほぼ皆無に等しいと思われます。
また、レアアースは、現状国内での生産はなく全てを輸入しており、その９０％近くを中国から輸入してます。不安定な価格もさることながら、先日起こった尖閣諸島問題のように中国との間で問題が生じると、供給不能という事態にも陥ります。このシステムを実現するには、国内の都市鉱山にあるレアアースの回収網の整備や、リサイクルシステムの確立まで実現する必要があるのでしょう。
今回はここまでです。
次回は、いよいよシリーズの総まとめを行いますので、楽しみにしててくださいね 😮
トラックバック
このエントリーのトラックバックURL:
http://blog.sizen-kankyo.com/blog/2010/09/778.html/trackback
