科エネルギーと科学理（ 1 ）人類の発展とエネルギー

理350︶にて﹁パリ協定﹂採択

21300『転機をむかえる日本のエネルギー』
NHK for School250

写真提供：国立科学博物館◆地球の歴史を 1 年に置き換えると地球の歴史を1年におきかえると…
産業革命

人類の祖先が誕生（700万年前）

ンダーに置き換えると、わたしたち人類の祖先が誕

生物が陸上に進出（4億年前）

1月
10億年

9月 10月 18月

300

5月

7月

大きな影響を及ぼしている。

年までバランスのとれていた自然界の炭素サイクルに年億

地中に固定されてきた炭素を人為的に放出し、これ生命の誕生（39億年前）

4月

350

億30

地球が長い年月をかけて作ってきた化石燃料を使い、多細胞生物の誕生（10億年前）2000︵ 2 ppm︶
CO

しい種である。その人類は 1 年の残り 2 秒の間に、403月られる。人類は地球にとっては生まれたばかりの新400

12月 1月2月生したのは 12 月 31 日の午前
1800
1900 10 時 40 分ころと考え
1950

地球の誕生
（46億年前）6月

地球が誕生してから現在までの歴史を 1 年のカレ

※地球や生命の進化の過程にはほかの説もある。

光合成をする生物の誕生（32億年前）250（出所）IPCC 第 5 次評価報告書 WG Ⅲ Figre TS.2、温室効果ガス世界資料センター資料を基に作成◆脱炭素化に向けた次世代技術とイノベーションの例
主な要素

運輸

車体、システム

産業
1900

プロセス

スマート化の進展（3.1億トン）

製品

化石エネルギー原料（2.1億トン）

燃料

低炭素化を軸とした現状
内燃機関、手動運転、金属車体
化石燃料

1950

民生

熱源

石油、ガス、電気（1.2億トン）

機器

高効率機器

火力

石油、石炭、天然ガス

電力

原子力

第 3 世代＋原子炉（現在の最新型）（5.1億トン） 再生可能
導入に制約がある
エネルギー （導入コスト、調整電源コスト、系統など）※（ ）内は 2015 年度の CO2 排出量※メタネーション…水素と CO2 からメタンを合成する技術

脱炭素化を軸とした将来
電動化、自動運転、マルチマテリアル
電気、水素、バイオ燃料

CO2 回収・貯留技術（CCUS）、水素還元、さらなるスマート化

2000

非化石エネルギー原料
電気、水素など

機器の IoT 化、M2M（機器間接続）制御

CO2 回収・貯留技術（CCUS）、水素発電など
次世代原子炉
蓄電×系統革新※メ
タネーション・水素サプライ

学習のポイント➡放射性物質は、地球が誕生した時からある。
➡化石燃料は、長い年月をかけてできたものである。
➡人類が初めて手に入れたエネルギーは火であり、その後、さまざまなエネルギーを利用する過程で文明を発達させてきた。
➡産業革命前は、自然エネルギーの利用が主であったが以降は、石炭の時代から石油の時代、そして天然ガスや原子力などエネルギーの多様化が図られた。

分野➡イノベーション➡

学習のねらい➡核エネルギーや化石燃料の起源を知り、私たちが今使っているエネルギー源は、地球が長い年月をかけて蓄えてきたものであると理解する。
➡人類のエネルギー利用の変遷と社会の変化について考え、人類にとってエネルギーが果たしてきた役割を理解する。
➡技術が生活や産業で果たしている役割を、エネルギーや資源との関係の中で理解する。 1800
➡化石燃料の大量消費により地球環境に負荷を掛けていることを理解する。

（出所）資源エネルギー庁作成資料を基に作成

科 ❸ エネルギーと科学

・東京オリンピック・パラリンピック開催

400︵ 2 ppm︶CO2020 年・第 回気候変動枠組条約締約国会議︵COP・第3 回気候変動枠組条約締約国会議︵COP3 ︶にて﹁京都議定書﹂採択

2015 年

1997 年

・日本の中村修二が青色発光ダイオードの実用化に成功した
・地球的規模の環境問題を討議する国際会議﹁地球サミット﹂開催

21

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青色発光ダイオード

日本初の火力発電所で使用されていた発電機（エジソンダイナモ）

2000 年代 ・持続可能な社会への変換が提唱される

1993 年
1992 年・二酸化炭素の温室効果について世界的に関心が持たれる・日本の赤崎勇︑天野浩らによって青色発光ダイオードの原理を見つけた

1989 年
1988 年

・省エネルギーの研究開発が始まる︵ムーンライト計画︶

・第二次石油ショック

1979 年
1978 年・第一次石油ショック

・石油に代わるクリーンなエネルギーの研究開発が始まる︵サンシャイン計画︶

1974 年
1973 年

・カラーテレビ︑クーラー︑自動車︵カー︶
が3C とよばれ︑普及した

・日本初の原子力発電所が完成︵茨城県東海村︶

1960 年代

1966 年

・東京オリンピック開催

・エネルギーの主役が石炭から石油に代わった1964 年※化石燃料の採掘・燃料、セメント生産、森林と他の土地利用からの CO2 排出量（Gt ／年）

・世界初の原子力発電所完成
・アメリカでベル研究所がシリコン太陽電池を発明

二酸化炭素の大気中濃度の変化

二酸化炭素の大気中濃度の変化

1960 年代 石油革命

空気抜きポンプ

1954 年

写真提供：関西電力株式会社

・高度経済成長期に入り︑冷蔵庫︑洗濯機︑白黒テレビが﹁三種の神器﹂といわれた・第二次世界大戦終戦

250

日本初の水力発電所（蹴上発電所・京都）

2000

1950 年代

化石燃料を使い続けるとどうなるのか考えてみよう。

・アメリカが日本への石油輸出を停止

凝縮器

弁Cボイラー

考えてみよう1945 年

弁B

産業革命 が起こった

・アメリカのフランクリンが凧を使って雷が電気であることを発見

シリンダー

ピストン
弁A

・イギリスのワットが蒸気機関を発明し︑1752 年

・イギリスのヒュープラットが石炭からコークスを作る

ワットの蒸気機関

18

世紀半ば

1603 年・大型帆船による大航海時代

・ヨーロッパでは風車や水車が動力源として広まった

1400 〜1500 年

・炭焼きが始まり︑炭が燃料の中心になった・水車の発明1000 年

・ギリシャのターレスが布で琥珀︵こはく︶を磨くとほこりが吸い寄せられることを発見︵静電気の発見︶○限りあるエネルギー資源 ･････････････････････････････ P.15
○エネルギー資源の特徴と使われ方 ･･････････････････ P.21
○放射線とは ･･････････････････････････････････････････････ P.42

1940 年1700

け生成されたものと考えられている。

関連する
ページ

1950

・イギリスでラザフォードが核反応の実験をおこなうした。

800 年頃紀元前580 年

300の死がいが泥と一緒に海底につもって地熱を受

紀元前100 年

350︵ 2 ppm︶
CO

2 億年前から 6500 万年前に繁殖していた生物

・風を利用した船の使用︵帆船︶・ろうそくの発明●天然ガス

紀元前3000 年

・農耕や牧畜が始まる

炭に変化したものと考えられている。

・オイルランプの発明

・火を利用するようになった

約 3 億 年前に形成された森林が地中につもって土砂の重みや地熱を受けて石のように固い石

紀元前2 万年

火の発見

熱によって液状に変化したと考えられている。
●石炭

紀元前1 万年

万年前やプランクトンなどの死がいが土砂の重みや地〈天然ガスの利用拡大〉

35

1900

・猪苗代水力発電所から初の長距離送電︵福島〜東京︶が始まる

スを中心に産業革命が起こり、文明も急速に発展

33

2 億年前から 6500 万年前に繁殖していた生物

1800

・電力の動力需要が電灯需要をこえるることとなった。また、石炭が豊富だったイギリ➡電気エネルギーの利用

400〈石油の利用拡大〉

1919 年

それまで暖房用にのみ使われていた石炭が原動力として利用され、その消費量も飛躍的に増大す➡化石エネルギーの利用（石炭が中心）

●石油

考えよう。

➡核エネルギーの利用

然エネルギーにくらべて生産力は大幅に向上した。

➡自然エネルギーの利用考えられている。

〈石炭が中心〉

34

蒸気機関の利用によって、これまでの畜力や自紀元

持続可能な社会を実現するために必要なことをまた、地球温暖化問題を解決するためにも、エネルギーの多様化が求められている。て、経済の成長を支えてきた。

・日本初の製鉄所創業︵福岡県北九州市・八幡製鉄所︶

ため、人間の大脳皮質も発達がうながされたと考がいや大森林が地中にうもれて形成されたものと原子力、自然エネルギーが利用されるようになった。

1915 年1913 年出す能力（放射能）が弱まるのに長い時間がかか50械を動かす燃料として、石油化学製品の原料とし1901 年や風車、帆船などで活用する工夫が重ねられた。

今、わたしたちが消費している石油や天然ガス、おこなわれた。

・ベクレルが放射能を発見
・ドイツのレントゲンがX 線を発見

また、風力や水力などの自然エネルギーも水車によってやわらかくなった肉などは消化しやすい

石炭などの化石燃料は、数億年前の海洋生物の死加の一途をたどってきた。発電方法は水力や火力、・日本初の水力発電所完成︵京都︶は安全性、保存性が高まっただけではなく、加熱ウランやトリウムなどがある。これらは放射線を（出所）「アイザック・アシモフの科学と発見の年表」などを基に作成求められている。

かせない燃料である。また、火力発電や工場の機・日本初の火力発電所完成︵東京︶

から地球を構成している物質であり、主なものに50 万年前はじめとした環境への配慮がなされていることが使っていくことで、安定したエネルギーの供給が1896 年
1895 年すための動力源として利用された。

◆化石燃料の起源などを、それぞれの特性を生かしてバランスよく1891 年

それを暖房や料理に使っていた。火を通した食物利用している。

ること、経済的に見合うこと、地球温暖化防止を

電気エネルギーは、スイッチひとつで簡単に使・アメリカでエジソンが電球を発明

放射性物質は、46 億年前に地球が誕生した時コロンブスが大西洋を横断航海し、新大陸（アメリカ）へ渡った帆船

まず安全であること、安定して利用し続けられに加え、原子力（核エネルギー）や自然エネルギーえる便利なエネルギーであるため、その需要は増1887 年などさまざまな分野に応用されるようになった。

250

そして、石油や天然ガス、石炭などの化石燃料

石油は自動車や船、飛行機などの交通機関に欠いう。

1879 年

万年前といわれている。最初、人は薪を燃やし、地層の中にあるウランを取り出し、核燃料としてさも求めるようになってきた。

・﹁エネルギー保存の法則﹂の発見ていった。その中には放射性物質も含まれていた。

300
め、定住するようになった。牛や馬の力は畑を耕

現代のわたしたちは、地球が生まれたときから石炭から石油へ代わった。これを「石油革命」と1850 年頃

れは工場での動力源のほか、蒸気機関車、蒸気船も地層の中にその多くが残っている。のあり方を大きく変えるきっかけとなった。

・イギリスのグローブが燃料電池の原理を発明

やがて食料を定期的に収穫できる農耕や牧畜を始えられている。

多様化を進めてきた。

ネルギーにパワーだけでなく、快適さやクリーン・ファラデーが発電機を発明

18 世紀半ば、ワットが蒸気機関を改良し、そ人類が火を利用するようになったのはおよそ 50

るため、地球が誕生してから 46 億年たった今でネルギーである。社会の発展とともに、人々はエ

日本でも 1960 年代に、エネルギー資源の主役は理 科 ❸ エネルギーと科学

理 科 ❸ エネルギーと科学32◆蒸気機関と産業革命

火から光と熱を得られるようになった人間は、膨張し、冷えながら、さまざまな物質を作り出しされたりして、石油が大量にとれるようになった。

・ドイツのオームが﹁オームの法則﹂を発表◆自然エネルギーの利用

第一原子力発電所の事故は日本のエネルギー利用

1839 年◆人類と火の発見137 億年前ビッグバンによって誕生した宇宙は、 ○火の発見の資源にたよる危険性を学び、エネルギー資源の1831 年◆放射性物質の起源

350

ルギーを変換して、利用しやすく加工した二次エ1826 年（ 1 ）人類の発展とエネルギー

2011 年に起きた東日本大震災・東京電力福島田が発見されたり、石油の新しい採掘方法が開発➡電気エネルギーの利用◎その他の教科：
・歴史…近世の日本（産業や交通の発達）
・歴史…近代の日本と世界（欧米諸国における産業革命）
・歴史…現代の日本と世界（日本の経済発展）
・技術分野…エネルギー変換の技術◎理科：・科学技術と人間（エネルギーと物質、自然環境の保全と科学技術の利用）
・大地の成り立ちと変化（地層の重なりと過去の様子）◆わたしたちのめざす社会

日本は二度の石油ショックの経験から、ひとつ・イタリアでボルタが化学変化を利用して電流をとり出す電池を発明

エネルギーと科学「火の利用」、「産業革命」、「石油革命」は人類の文明を大きく発展させた。次に時代を大きく変えるエネルギーは何か、考えてみよう。

電気エネルギーは、火力や水力などの一次エネ➡化石エネルギーの利用『転機をむかえる日本のエネルギー』
NHK for School︵ 2 ppm︶
CO科 ❸ エネルギーと科学科◆エネルギー資源の多様化

考えてみよう➡自然エネルギーの利用

400

理◆電気エネルギーの利用○持続可能な社会をめざして･･･････････････････････････ P.11
○一次エネルギー供給の移り変わり ･･････････････････ P.12
○エネルギー資源の特徴と使われ方 ･･････････････････ P.21
○一次エネルギーと二次エネルギー ･････････････････ P.37
○さまざまな発電方法 ････････････････････････････ P.38 〜 41

1950 年ころ、中東やアフリカに相次いで大油1800 年

理

32

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関連するページ

年

その他の教科科 ❸ エネルギーと科学

社会科歴史 …近世の日本（産業や交通の発達）
社会科歴史 …近代の日本と世界（欧米諸国における産業革命）
社会科歴史 …現代の日本と世界（日本の経済発展、グローバル化する世界）
技 術 分 野 …エネルギー変換の技術◎その他の教科：
・歴史…近世の日本（産業や交通の発達）
・歴史…近代の日本と世界（欧米諸国における産業革命）
・歴史…現代の日本と世界（日本の経済発展、グローバル化する世界）
・技術分野…エネルギー変換の技術

理 科 ❸ エネルギーと科学・科学技術と人間（エネルギーと物質、自然環境の保全と科学技術の利用）
・大地の成り立ちと変化（地層の重なりと過去の様子）

科エネルギーと科学

◆石油革命

理

理

科

◎理
科：
・科学技術と人間（エネルギーと物質、自然環境の保全と科学技術の利用）
・大地の成り立ちと変化（地層の重なりと過去の様子）

20億

理

33

理

科

エネルギーと科学残っており、私たちは、これらをエネルギー資源と◆放射性物質の起源して利用している。

放射性物質はもともと地球を構成している元素にも含まれており、原始放射性核種とよばれている。
これらの核種は放射線を出しながら安定した元素◆人類と炭素サイクル（安定核種、安定同位体）に変わっていった。これ

地球の誕生は 46 億年前だが、わたしたち人類のを放射壊変という。しかし、半減期（放射性核種の祖先が誕生したのは 700 万年前である。人類は地数が壊変によってある時点から半数になるまでの時球にとって生まれたばかりの新しい種である。

油革命）。

人類はエネルギーの獲得に応じて、その利用用途また、電気エネルギーの利用が産業部門、家庭部を徐々に高度化・多様化させてきた。エネルギー消門で普及し、消費量も拡大した。発電に利用できる費量もエネルギーの利用用途の拡大に加え、石炭やエネルギー開発が進められ、今日では、石油や石炭、石油、天然ガスなど使い勝手のよいエネルギー源の天然ガス、原子力、自然エネルギーなどエネルギー普及により、一貫して上昇してきた。

源が多様化している。

人類とエネルギーの関係は約 50 万年前に薪など

人類は地球が長い年月を掛けて作ってきた化石燃を使って火を利用し始めたときから始まったといわ料を産業革命以降 200 年ほどの間に大量に消費しれている。その後、農耕や牧畜を始めた人類は、移原子力発電の燃料として利用されているウランのている。長い間、地中に固定されてきた炭素を人為動や輸送に家畜や風力（帆船）を利用したり、穀物「Society 5.0」とは、これからの日本がめざす理

うち、ウラン 238 の半減期は約 45 億年と長く、地的に放出し、これまでバランスの取れていた自然界を製粉するために水力や風力を、暖房や炊事のためべき未来社会の姿として第 5 期科学技術基本計画で科 ❸ エネルギーと科学間）が長い放射性核種は、今も地球上に残って放射エネルギー源としての地位を占めるようになった（石◆人類の歴史とエネルギー

球誕生時に存在した量の半分が残っている。ウランの炭素サイクルに大きな影響を及ぼしている。に主として薪を利用していた。そのエネルギー消費提唱されたものである。

線を出している。

関車等）の動力源として利用された。エネルギーのえる。この未来社会は経済発展と社会的課題の解決

消費量は工業化の進展に伴い急速に増加し、エネルを両立する、人間中心の社会（Society）と位置づギーの利用用途も広がることとなった。これによっけられている。て社会の生産力が上昇し、より便利でより豊かな生（エネルギー分野における新たな価値の事例につい18 世紀に入り産業革命が起こると、石炭をエネ
砂岩砂岩砂岩泥岩泥岩泥岩生物の死がい生物の死がい生物の死がいルギー源とする蒸気機関が工場や輸送機器（蒸気機2.0）、工業社会（Society 3.0）、情報社会（Society4.0）に続く、新たな社会を指すもので、人類社会発展の歴史における 5 番目の新しい社会の姿ともい砂岩砂岩砂岩
油 ガス
油 ガス
油 ガス
水 水
水

天然ガス
天然ガス
天然ガス
泥岩泥岩泥岩

油 油 油泥岩泥岩泥岩水 水 水 （ケロジェン）（ケロジェン）（ケロジェン）

砂岩砂岩砂岩活を享受することもできるようになった。ては 61 ページ参照）

さらに、エネルギーの利用用途が広がるに従って、①生物やプランクトンなどが死んで、海や湖の底に溜まる。

②土砂の重みや地熱によって圧縮されケロジェンとよばれる有機物になり、やがて液状の石油になる。

③圧力によりガス ･ 塩水とともに石油が地表に向かってしぼり出され、すき間の多い地層に溜まる。

エネルギー源にも一層の汎用性が求められるようになった。このため 20 世紀中頃には、石炭よりも使※政府広報 HP：「Society5.0 キャンペーンサイト」

https://www.gov-online.go.jp/cam/s5/
内閣府 HP「Society5.0」：
https://www8.cao.go.jp/cstp/society5_0/index.html

い勝手がよく利用用途を拡大しやすい石油が主要な

火の発見

油

1875 年のイギリス︒
蒸気機関を使用していた︒

16230,000
kcal
63,000 輸送

91,00066,000

工業・
農業

86

家庭・
商業 210,000 食料
一九七〇年

一九〇〇年

一八七五年

一八〇〇年

7,000

12432,000
一七〇〇年

7,000
12,0006,000

141024,000

一六〇〇年

一四〇〇年

一〇〇〇年

（出所）石油連盟資料集より作成

石77,000kcal

26,000kcal 1,000
紀元③天然ガスはすき間の多い岩石の中を水や油よりも軽いため上昇し、逆さにしたお椀のような地層の下に溜まる。

一千年前

泥岩泥岩泥岩水 水 水 （ケロジェン）（ケロジェン）（ケロジェン）

5,000 12,000
2,000 kcal
kcal 4,000
4,000
kcal2,000 2,000 3,000
4,000
五千年前

②泥は圧縮されて泥岩になり、ケロジェンとよばれる有機物となって地熱に分解され、天然ガスができる。

油 油 油

5万

数十万年前

砂岩砂岩砂岩泥岩泥岩泥岩炭14,000

‥

天然ガス
天然ガス
天然ガス

石

1400 年の北西ヨーロッパ︒
暖房用に石炭︑動力に水力・風力を使い︑家畜を輸送に利用した︒

油 ガス
油 ガス
油 ガス
水 水水

10万

薪炭・水車・風車・馬力エネルギー

紀元前5000 年の肥沃三角州地帯︒穀物を栽培し︑家畜を農作業に使った︒

砂岩砂岩砂岩15万

数百万年前①生物の死がいが長い年月をかけて泥とともに海底にたまる。

油 油 油

暖房と調理に薪を燃やした︒

天然ガス

砂岩砂岩砂岩生物の死がい生物の死がい生物の死がい泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩泥岩
水 水 水 （ケロジェン）（ケロジェン）（ケロジェン）

砂岩砂岩砂岩泥岩泥岩泥岩③地下に穴を掘って石炭を運び出す。

20万

10 万年前のヨーロッパ人︒②土砂の重みや地熱によって、石のように固泥岩泥岩泥岩い石炭となる。

天然ガス
天然ガス
天然ガス

エネルギーのみなもとは食糧のみ︒

生物の死がい生物の死がい生物の死がい

油 ガス
油 ガス
油 ガス
水 水
水

100 万年前の東アフリカ︒①木や植物などが枯れて海や湖の底に溜まる。

砂岩砂岩砂岩棒グラフ︻1 人1 日あたりエネルギー消費量︼︵単位 キロカロリー／人・日︶

石炭砂岩砂岩砂岩

25万

火と家畜エネルギー0曲線グラフ︻世界全体の1 日あたりエネルギー消費量︼︵単位 原油換算100 万キロリットル／日︶

人類のエネルギー消費量のうつりかわり‥（出所）総合研究開発機構「エネルギーを考える」
をもとに作成科 ❸ エネルギーと科学◆化石エネルギーの生成過程

狩猟社会（Society 1.0）、農耕社会（Society理ものであった。

石油34

量およびエネルギーの利用用途は、非常に限られた

235 は半減期が 7 億年で、初期の量の 10 分の 1 が◆ Society 5.035