2011-07-04

次代のエネルギー紹介~日本人の底力はやっぱりすごい☆~

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福島原発事故以来、原発に変わるエネルギーについては、日に日に関心が高まってきています。またその潮流に後押しされる形で、新しい可能性の模索や、既に実用段階にある新しい技術など、色々と表に出てくるようになりました。また、スゴイと思うのは、これら新技術が大手企業だけから出てくるのではなく、町工場のような中小企業や、普通の企業人などから出てくるところ :D 。このようなアイデアを見るにつれ、日本人の底力を感じずにはいられません

当ブログでも、これまで次代のエネルギー源として、マグマ発電や小水力発電、バイオ資源など、様々な可能性を検証し、今も継続追及中ですが、今回の投稿では、最近ネットなどで取り上げられている可能性ある試みをいくつか紹介したいと思います。

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進化を遂げる火力発電 オールアバウト

ガスタービンと蒸気タービンのコラボで発電
コンバインドサイクル発電の仕組みについておさらいしておきましょう。火力発電には大きく言って2つのタイプがあります。主力は燃料をボイラー内で燃やして蒸気を発生させ、その膨張力で蒸気タービンを回転させて電気をつくる方式で、これを「汽力発電」と言います。そしてもう1つは、燃料を燃やした燃焼ガスでタービンを回して発電する方法で、小型で高い出力が得られるといったメリットがあります。
コンバインドサイクル発電は、ひとことで言えばこの2つの方式を「複合」させたものです。最初に圧縮空気の中で燃料(ガス)を燃やしてガスタービンで発電し、タービンを回し終えた排ガスの余熱を使って蒸気タービンによる発電を行うのです。熱を有効利用できますから、同じ量の燃料からより多くの電気をつくることができ、結果的にCO2排出量なども抑えられることになります。
比較的クリーンな燃料=天然ガス
さて、今回の「ガスコンバインドサイクル発電」では、燃料に天然ガスを使います。実はこのこと自体にもいくつかの利点があるのです。
前回、石炭は世界に広く分布する燃料で、価格も割合安定していると述べました。天然ガスも石油に比べれば供給事情は安定しているのが強み。
加えて石油、石炭に比べると燃焼時のCO2排出量が少なく、SOxやばいじんは出しません。化石燃料の中では比較的「クリーンな」エネルギーなのです。環境負荷の少ない燃料を使って、より効率のいい発電を行う――。「ガスコンバインドサイクル発電」の特徴をひとことで表現すれば、そういうことになるのではないでしょうか。
世界最高水準の発電効率
ちなみに、「ガスコンバインドサイクル発電」はこれまでにも確実な進歩を遂げてきました。ガスの燃焼温度は、高い方がより高効率の発電を可能にします。いわゆる「従来型」と言われるものの燃焼温度は1100℃でしたが、すでに普及している「改良型コンバインドサイクル発電」(ACC)のそれは1300℃。このACCの発電効率はおよそ50%で、1950年代の火力発電に比べると、なんと約2倍~3倍という水準に達します。つまり、同じ量の燃料からそれだけ多くの電気をつくり出せるようになったわけです。
さらに、近年各地に導入されつつあるのは、燃焼温度を1500℃までアップさせた「MACC」と呼ばれるタイプ。発電効率は59%まで高まり、もちろん世界最高レベルです。
現在、全国約22の発電所に導入されている「ガスコンバインドサイクル発電」。いっそうの省エネ、温室効果ガス削減に向けて、その活躍の場は今後も広がっていくことでしょう。

東京都でも導入を検討し、既に実用化に向けて動き出しているようですね。
知事 天然ガス発電所を検討 東京港埋め立て地に新設 

磁力抵抗「ゼロ」の発電機 草津の男性が発明

滋賀県草津市の元建設請負業の男性が、発電機を回す時に生じる磁石の抵抗を大幅に軽減させる仕組みを発案し、解析した京都大准教授がこのほど学会で発表した。簡易な構造だが誰も試みなかった「コロンブスの卵」的発想で発電装置の簡略化が見込め、電気自動車や風力発電などへの応用に期待も高まっている。
 同市平井5丁目、平松敬司さん(72)の連式発電機。永久磁石を用いた発電機は磁石を円盤に並べて相対させ、軸を回転させることで電気を発生させる。しかし、磁石同士が引き合う力が働くため、回転が重くなることが「宿命」だった。
 平松さんは、4台以上の発電機を1本の軸でつなげ、各台の磁石の位置を軸から見て均等な角度でずらすことで、磁石が引き合う力を相殺させることを発案。モデルを試作したところ、発電機を増やすにつれ回転が軽くなることを確認した。国際特許を出願し、現在審査中だ。
 平松さんは民間の試験機関に依頼して解析したデータを基に昨秋、京都大の中村武恒准教授(電気工学)に相談。中村准教授がコンピューターで解析したところ、発電機を8台並べると磁力の抵抗がほぼゼロになることが分かった。このほど茨城県つくば市で開かれた春季低温工学・超電導学会で発表した。
 中村准教授によると、平松さんの発電機で生じる電気は波形がぶれず発熱ロスが少ないため、発電機の「弱点」ともいえる制御装置や廃熱装置が不要になることも見込める。低回転でも電気が取り出しやすいなど利点が多く、ハイブリッドカーや電気自動車の発電機をはじめ風力発電機などへの導入も期待される。すでに企業からの引き合いもあり、本格的な発電機を試作し、応用を検討する。
 中村准教授は「目からウロコの発想だが、どうして今まで誰も気づかなかったのか。多分野への広がりが期待できそうだ」と驚き、平松さんは「自転車の発電機の抵抗を軽くしようと思いついたのがきっかけ。素人の発想を聞いてもらえてありがたい」と、協力に感謝している。

水と油は混ざらないという概念から乳化剤を選んだエマルジョン燃料の歴史 深井環境総合研究所株式会社

我々は大量の油を燃焼させて熱エネルギーを得ています。
しかし、これは完全に燃焼しているように見えてもそうではありません。
平均して約40%の燃料油は燃焼しないまま排出されています。
1900年代から着目され開発されてきたエマルジョン燃料は、水の微粒子を爆発気化(ミクロ爆発)させることで油の粒子を細分化し、酸素との接触面積を増やすことで完全燃焼に導き、燃料油100%の燃焼と変わらないほどの熱エネルギーを得ようというものです。
そのことから、研究者は水と油を混ぜるための乳化剤の研究ばかり推し進めてきました。
水と油は混ざり合わないという共通の概念があったからです。
◆油と混ざる水が未来を拓く
ケミカルフリーエネルギーの開発者は燃焼を研究してきたのではありません。自然を信じ、自然を学ぶことで水の可能性を追求してきました。
そして「創生水」が生まれました。
創生水はエマルジョン燃料の乳化剤として使用されている化学物質(界面活性剤)に負けない界面活性力を持った水です。
そして自然や命を健やかにする水です。
結果、創生水はそのままで簡単に油と混ざり合い(エマルジョン)ます。
◆乳化剤に頼るエマルジョンからケミカルフリーの高効率エマルジョンへ
水は、その特殊な分子の形状から、分子間に水以外の分子を存在させることができます。
エマルジョンで使用するエネルギー転換機能水は、創生水の持つ能力をさらに高め過飽和状態ともいえる溶存酸素と特殊なイオン(H3O2-)の存在により多量の原子状水素(活性水素)を含み、通常のミクロ爆発以上に燃焼を助けます。
こうして誕生したのがFUKAIグリーンエマルジョンです。
初期のFUKAIグリーンエマルジョンは、界面活性剤は使用しないものの、エマルジョンの安定化のために約0.5%の混合植物油を使用していました。
現存するエマルジョン器機のように巨大な施設が必要ではないにしろ、撹拌槽でエマルジョン燃料を作り、それを送り出すという部分では、同じ形態だったといえるでしょう。
数々の実験で、驚くような好結果を示しながらも、企業の協力を得て行った使用中の大型炉での燃焼では、実験とは異なる結果が出て落胆したこともあります。
しかし、この原因の追及から設置状況に影響され難い、理想的な燃焼と画期的な設備の小型化を実現した「ケミカルフリーエネルギー」に辿り着いたのです。
◆この小さな器機が夢をかなえる
最終的に混合植物油も不要。片手で軽々と持ち運べ、アタッシュケースの半分ほどの小さな器機を燃焼器機の近くに設置し、それにエネルギー転換機能水と燃料油の配管を接続するだけで、求めていた熱エネルギーと省エネ効果を得ることができます。
大型施設から極めて小さな施設まで、最少の工事費用で設置することが可能です。

低コストで太陽電池 金沢工大教授が開発

○金沢工大工学部の南内嗣(ただつぐ)、宮田俊弘の両教授は27日までに、銅板と亜鉛を組み合わせた新型太陽電池の基板を開発した。
従来のシリコン製に比べ100分の1の費用で製造できるとしている。
福島第1原発事故を経て政府が「サンライズ計画」を発表し太陽熱エネルギーが関心を集める中、両教授は「低コストの太陽電池をぜひ実用化させたい」と意気込んでいる。
○新型太陽電池の基板は電熱器で焼いた銅板(多結晶亜酸化銅)に亜鉛膜を重ねて作った。太陽光が基板に当たると青と緑色の光を吸収して電気に変える仕組みで、光から電気への変換効率は3・8%。1980年代に同じ手法で米国で製作された基板の変換効率1・8%の2倍程度に高まり、実用化のめどがついたとしている。
○南、宮田両教授によると、従来のシリコン製太陽電池の基板は直径15センチの円盤状で製造に約8千円かかるの対し、今回、開発した基板は数十円で作ることができる。製造コストをおよそ100分の1まで下げることで、一戸当たり約300万円かかるとされる太陽光発電施設の設置費も大幅に抑えることが可能になるという。
研究成果は23日、社団法人応用物理学会の審査を経て同学会報の電子版に掲載され、世界に発信された。
○南教授は宮田教授が金沢工大生のころ指導したという間柄。師弟コンビは「新型太陽電池は希少金属(レアメタル)を一切使わず、無毒の銅や亜鉛が素材で原料が豊富という点でも有効と考える」と語った。

光合成酸素発生の謎を解明-神谷信夫教授(複合先端研究機構)らの研究成果がネイチャー誌に掲載 /大阪市立大学

光合成は、太陽の光エネルギーを利用して,有機物の燃え残りと言える2酸化炭素からブドウ糖を作り出す過程です。ブドウ糖は,我々人間を含め,ほとんどすべての地球生命体が,呼吸によりエネルギーを取り出している栄養源です。光化学系II複合体(PSII,図1)は,太陽からの光を受けて,水を分解して酸素分子を発生させ,同時に電子を発生させています。この電子は,2酸化炭素をブドウ糖まで変化させるために利用されます。これまでPSIIの酸素発生反応は,4個のマンガン原子(Mn)と1個のカルシウム原子(Ca)が複数の酸素原子(O)により結びつけられた金属・酸素クラスターの上で進行しているとされていましたが、そのクラスターの正確な化学組成と詳細な原子配置は明らかにされていませんでした。
今回、我々は、PSIIの結晶の質を従来と比べて飛躍的に向上させることに成功し、大型放射光施設SPring-8(兵庫県・西播磨)を利用してX線結晶構造解析を行いました。これにより、そのクラスターはMn4CaO5の組成をもち,全体として歪んだ椅子の形をしており、ひとつのMnとCaにそれぞれ2個の水分子が結合していることが明らかになりました(図2)。これら4個の水分子のいずれかは、Mn4CaO5クラスターから発生する酸素分子の中に取り込まれるものと考えています。
見込まれる効果
今後、このクラスター構造を模倣した触媒が開発されると、触媒まで太陽の光エネルギーを伝達する部分と、その触媒が水から作り出す電子を用いて水素分子やメタノールを合成する部分を組み合わせることが可能になり、人工光合成を実現できるようになります。

発電チューブ 熱湯や蒸気 流すだけ

パナソニックは20日、熱湯や蒸気を流すだけで発電できる世界初の「熱発電チューブ」を開発したと発表した。普及が期待される地熱発電のほか、温泉や工場、ゴミ焼却施設などの廃熱を使って発電することも可能で、平成30年の実用化を目指すとしている。
 熱エネルギーを電力に変える「熱電変換技術」を利用した。チューブは、熱が流れにくい合金(熱電変換材料)と熱が流れやすい金属を交互に接合して形成。チューブの周囲に冷水を満たした状態で、チューブ内に熱湯や高温の蒸気を流すことで温度差を生じさせて発電する仕組みだ。
 従来型の熱電変換素子と比べて4倍の発電量を実現し、試作した長さ10センチのチューブでは約1.3ワット時の発電に成功。配管に熱湯や高温の蒸気を流し続ければ、太陽光発電システムと同水準のエネルギー効率で24時間発電が可能という。

今後もこれらの動きは加速していきそうですね。ただ、これらの技術が進んでいったからといっても、大量生産・大量消費がそのまま温存され、循環しないシステムなら意味がありません。これらの可能性を見極める為にも、自然の摂理、地球の仕組みなどを学んでいくことが、みんなに求められているのだと思います。 :D
最後まで読んでいただきありがとうございます

List    投稿者 nannoki | 2011-07-04 | Posted in E.次代を担う、エネルギー・資源No Comments » 

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