2013年06月26日

「電池の革新」が自立と共生時代の扉を開く!

先日、妻と大手スーパーに行ったら、たまたまトヨタの展示会がやっていた。
プリウス、アクアなどなど、魅力的な車が立ち並ぶ中、
私が一番注目したのはこれ左斜め下

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一人乗り用電気自動車「COMS」。

すばらしい。

自動車と言っても、法的にミニカー扱い。

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車検や税金等もほとんど原付並みの待遇
(確か自動車税だけは、軽自動車並み)。
維持費がかなり安い。

また、満充電で約120円。約24円で1km走れる。

私の車は、軽自動車のアルト。そしてさらに燃費のよい
ミッション車。燃費でいうとリッター20km走る。

現在、ガソリンの値段がリッター144円なので、
それを20で割れば、1km走るのに7.2円の燃料費がかかることになる。

燃費でリッター20kmも走れば、
最上クラスの省エネカーであり、その車よりも、
3分の1ほどのコストで、走れるのがこの一人乗り用の電気自動車。

私は、ほとんど通勤用として一人で乗っているので、
この電気自動車で十分。しかし、ネックはやはりバッテリーだ。
充電時間が6時間かかり、なお一回の充電で50kmほどしか
走れない。

エネルギー効率という面で、電気自動車とガソリン車を比べてみよう。
ガソリン車などは、ガソリンを燃焼し、その3分の2ほどの熱を捨てている
と聞く。エンジンルームをのぞけば、エンジンを冷やす為、
大きなファンが付いている。さらに、冷却水でエンジンを冷やしている。

「熱を捨てている」という意味では、電気自動車の「電気」にしろ、
原発、火力発電所などの大型発電所で作られる電気というのは、
そのエネルギーの3分の2ほど、これも「熱」として捨てられている。

原子力は、核分裂で得た莫大な熱で、水を沸かして水蒸気に
その蒸気圧で、タービンを回す。火力は、化石燃料を燃やした熱を
利用する。燃料を熱に、熱を水蒸気圧に、水蒸気圧をタービンの回転運動に,
そしてタービンの回転運動から、やっと電気エネルギーへと変わる。
これでは、効率が悪くなる。さらに送電というロスもある。

それでも一番、エネルギーを効率的に使うのは、
自然エネルギーで作られた電気で車を動かすこと。

そうすれば、大量の熱を捨てずに、無駄なく使い切ることが出来る。

風力は、風の力で、
水力は、水が流れる力で、直接タービンを回すため、
かなり高効率なエネルギーに変換できる。

地熱であれば、地球上にくみ上げてきた時にはすでに水蒸気。
熱で暖める必要もなく、そのままタービンを回せる。

太陽光にしろ、20%ほどのエネルギー変換率はそれほど高くないが、
ただ太陽から地上に降り注ぐ太陽エネルギーを直接
電気に変換することができる。

年間、ウラン、石油、石炭、天然ガスなど燃料を20数兆円、
日本が外国から買っている。
それだけ、莫大なお金が外国に逃げている。

その20数兆円のうち、大半が
「熱」として捨てていることになる。

ほんと、もったいない。

また、熱を捨てれば、外気や海水が熱くなる。
暑くなればなるほど、日本中でクーラーをかけて、
せっせと室内の熱を外に捨てることになる。
そうなれば、ドンドンとクーラー依存症となり、
電気を消費することになる。

悪循環ではなかろうか。

「オフ・グリット」という言葉を聞いたことはないだろうか。
これは、環境活動家の田中優氏が提案であるが、
「グリット」とは、電線なので、「もう電線はいらないよ」
ということらしい。

つまり、電線との接続を断ち切り、
エネルギーの自給自足をめざすということだ。

それには、太陽光パネル、蓄電池、電気自動車、
新三種の神器をそろえて、エネルギーの自給をはかる
事を提言されている。

最近、各家庭で急速に普及している太陽光パネル。

私も非常に嬉しく思っていたが、田中氏が言うには
これらのパネルから発電した電気というのは、
ほとんど送電時に、送電ロスで失われてしまうという。

水道の水圧を思いうけべてもらいたい。

水圧が高ければ、蛇口をひねっても、
遠くへ飛ばすことが出来る。

水圧が低ければ、チョロチョロと、下に落ちるだけ。

電気も同じ事で、電圧が低ければ、遠くへ送ることは出来ない。
また日本の送電とは、送電効率をよくするために、かなりの電圧上げて
送電しているので、高電圧なところに送るには、それに見合う電圧が
必要になるのであろう。

一番いいのは、自分の家で作った電気を自分の家で使うこと。
そうすればロスがなく、一番効率よくエネルギー消費できる。

さらに電気自動車でもあれば、その内部に蓄電池があるので、
近くの水路、ごみ焼却場、空き地の太陽光発電、
さらに近くの工場からの廃熱を利用した発電などなど、
それらから作った電気を車のバッテリーに充電して、
家庭内に持ち込むことが出来る。

エネルギーを地域で生産し、地域で補いあう。

まず家庭、そして地域で、エネルギーの地産地消を
行うというのが、この「グリット・オフ」という提言だ。

未だに、化石燃料の宝庫である中東では、戦争が耐えない。
ここ100年の世界の戦争を振り返れば、その根本の原因は
ほとんどエネルギー資源の奪い合いだ。

先の世界大戦の時も、もしエネルギー(石油)が自給できていたら、
あのような無謀な戦争には、踏み込まなかったであろう。

世界の各地域で、エネルギーの自給自足が行われるようになれば、
より多くの民族が「自立」できると思う。

太陽光パネル、蓄電池、電気自動車だけでなく、
省エネ家電、さらに自然エネルギー発電技術などなど、
日本はかなり世界の最先端をいっている分野だ。

しかし、まだまだ一番のネックは「蓄電池」だ。

先ほど、一人の利用の電気自動車のことを紹介したが、
これでも、充電時間が6時間ほど掛かってしまう。

たとえば、近くの水路で作った電気を数時間もかけて
車のバッテリーに充填し、それを家庭に持ち込んでいるのであれば、
なかなか現実的に難しい。

電圧を上げて急激に充電すれば、電池を痛め、
その寿命を短くするし、一回の充電で走行距離を
短くなってくる。

そのようなことを解消するには、電池の予備を持つか、
それとも、急充電、急放電に強く、寿命も長く、ある程度の
電気容量も大きいモノでなくてはならない。

電池の予備を持つには、やはりコストを安くしなくてはならない。

それには、ナトリウムイオン電池などが今後有望になってくるであろう。

急激な充放電に強く、寿命の長い電池、、、。

一つの可能性があるのは、「炭を使った蓄電池」である。

炭電池について、こんな例がある。

実はすでに中国の上海で炭電池でトローリバスが
すでに走っているらしい。

トローリーバスとは道路上に張られた「架線」から
取った電気を動力として走るバスのこと。

上海ではその道路上にクモの巣のように張り巡らされた
架線が景観上よくないということで、
架線を取り除き、その代わり炭電池をバスに載せて運行することにした。

その「炭電池」というのは、
正確に言えば、電気コンデンサー的
性質の方が特徴的で、
キャパシタとかEcaSSとか
言われている。

何がリチウムイオン電池などと違うかというと、
電子を物理的吸着により、蓄電するのか、
それとも、化合物として化学変化によって貯めるのかの違いだ。

たとえば、リチウムイオン二次電池などは、
簡単に言えば、次のような化学的な反応によって、
蓄電されている。


二次電池内で起こる化学反応の例

放電 Li(リチウム)→ Li+ + e−
充電 Li+ + e−  →  Li(リチウム) 

充電したときは、リチウムが電子を受け取り、
放電したときはその電子を解放す。

そういうことを、電池内で繰り返し繰り返し行われる。

そのため、何度も何度も放充電たり、急激な反応させると、
劣化してくる。

炭電池(コンデンサー)とは、このような化学反応でなく、
ただ単に物理的吸着により、電子(e−)を貯めます。

「炭」の大きな特徴として、小さな小さな微細孔が
無数にある。

活性炭などは1gあたり、1000〜2000平方メートルになる。

言い換えるのならば、活性炭たったの1gの中に、
25mプールで4〜8個分の総面積を持つ
数多くの気孔がある。

この活性炭内部の莫大な面積の気孔表面に、
ただ電子を吸着させて保持するだけ。

このリチウムイオン電池などの
「化学作用」
炭電池の「物理的吸着」の
違いというのは、
放充電のスピードが劇的
違いう。

先ほどの上海のトローリバスの話ですが、一回の充電では、5kmほどしか
走らない。

しかし、その充電の時間がほんの1分ほどで可能なために、
なくなりそうになれば、停留所で、客が乗り降りしている間に、
済ますことができる。

これが炭電池の大きな特徴だ。

スピードが速いということは、電気を取り込む能力に長けているので、
少ない電気でも吸い上げることがる。

例えば、太陽光発電で曇りの日や日差しの弱いときなど
発電が微量のときでも、電気を充電することがでる。

また、風力発電においても風が少ない日でも
電気を拾い取ることができる。

このように自然界には、微量の発電が多く存在する。

その微量の電気を取り込むには炭電池が適している。

一つ問題なのは、リチウムイオン電池などに比べて、
容量が小さい。鉛電池ほどにはなったというが、
いまひとつらしい。

ここをもし、ブレークスルーすれば、大きく未来が開ける。

自立と共生社会の扉を開くであろう。

もしかしたら、炭(活性炭)、有機電解液、ある鉱物の組み合わせなどで
出来るのかもしれない。

炭のような多孔質のモノが保有するナノサイズの微細孔。
小さな小さな孔の中では、通常では考えられないような
事が起こる。その微細孔が我々の生活を大きく変えるかも知らない。
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