温暖化への対応姿勢と長期技術の開発
茅 陽一（地球環境産業技術研究機構）
２０１０．１２．２

目次
１．温暖化をめぐる懐疑論
２．温暖化対応の基本姿勢
３．原子力とＦＢＲ
４．自然エネルギーの利用
１）電力ー宇宙太陽光発電（ＳＰＳ）
２）熱ー地中熱５．将来の自動車エネルギーとバイオ燃料
６．産業生産の低炭素化
７．まとめ温暖化に関するさまざまな懐疑論
ー３つのタイプー
１．近年の温度上昇は自然的原因ではないか？
（アラスカ大赤祖父など）
２．温度上昇の原因は宇宙線の変化による下層雲の変動が原因ではないか？
太陽黒点周期変化と大気温変化の相関の高さ（デンマークグループ、東工大丸山など）
３．温度上昇がＣＯ２上昇を引き起こしたのではないか？
（温度上昇ーＣＯ２上昇の因果関係が逆？）（槌田など）

実測
温度

図：北半球の過去１０００年の推定大気温度
Source: IPCC AR4 WG1, Technical Summary p.55

大気温

太陽黒点周期

図１：太陽黒点周期と地球温度上昇source: Thejll,P. and K.Lassen, J. of Atmospheric andSolar Terrestrial Physics, 2000, Vol.62

IPCCの基本メッセージ
ー第４次報告からー
１．地球温暖化が起きていることは疑う余地がない
２．２０世紀後半以降に生じた温度上昇の大部分が、人為起源温室効果ガスの濃度増加によるものである可能性が非常に高い
上記については世界の多くの科学団体・国際研究プログラムが合意注１：出所
ＩＰＣＣ第3次報告

図１：ＣＯ２濃度安定化：排出の時間変化シナリオ

温暖化への基本姿勢
１．温暖化の科学についての信頼
ＩＰＣＣの基本メッセージへの大多数の科学者の信頼２．温暖化対応を放置し、将来その影響が顕在化したとき
影響 → 子々孫々
責任 → 現在の人類→ 長期の将来にわたって温室効果ガスの削減に努力すべきその他産業

注：発電以外はすべて非電力
需要からのCO2排出

セメント
鉄鋼

発電運輸
家庭
業務
鉄鋼
セ メン ト 等
その 他 産 業

業務
家庭発電

運輸
図１：日本のＣＯ２排出内訳（ʻ０７）

発電の低炭素化
１．非炭素資源の利用
１）原子力発電
２）自然エネルギーの利用
水力発電
太陽光発電ー風力発電ー波力発電
２．排ガスよりのCO2回収貯留（CCS)高速増殖炉 (FBR)の必要性
１．現状の軽水炉での利用ではウラン資源が不足。
( 利用されるU235 は全ウランの０．７％）
２．残りのU238(99.3%)の利用がしたがって不可欠。
FBR：
U238+ n → Pu239
P239は核反応を引き起こす。

Ｕｒａｎｉｕｍの利用
１．ウラン資源
９９．３％ Ｕ２３８
０．７％ Ｕ２３５ → 軽水炉
２．高速増殖炉Ｐｕ２３９ → 核分裂
中性子
Ｕ２３８→Ｐｕ２３９9.3 tonU
ブランケット燃料

核廃棄物
0.8 ton
高速増殖炉
ＦＢＲ

使用済み燃料
再処理

16.1 tonU
1.9 tonPu

7.9 tonU
1.6ton Pu炉心燃料

0.3 ton Pu

図：高速増殖炉におけるPu生産
資料：鈴木、原子力の燃料サイクルp.54-55

Pu生産現在の軽水炉(once through)
高速増殖炉

耐用年数
（確認U埋蔵量ベース）

耐用年数（究極U埋蔵量ベース）

85 年

270 年

2,500 年

8,500 年

表：ウラン資源の耐用年数
資料: OECD/NEA, Trends in nuclear fuel cycle, 2005

直接処分

核燃料サイク 核燃料サイクル（プルサー ル（FBR)
マル）

燃料利用効率11.18

高レベル廃棄物体積

10.37

高レベル廃棄物放射能有害度（1,000年後）
KWHあたり11/8

処理コスト(円 / kwh )0.9-1.1

1.6

表：使用済燃料処理方法の比較
出所：経済産業省、原子力立国計画等より

約30

1 / 240

自然エネルギーの特性
１．利点
１）フロー型のエネルギー枯渇の心配がない
２）ゼロエミッション
２．問題点
１）高コスト２）出力の不規則変動：間欠性（intermittency)（太陽光、風力、波力など）

図：太陽エネルギーの一日の変動

太陽光発電の間欠性（intermittency)
対応の方策
１．従来型の方策
バッファー貯留装置導入
１）バッテリー２）熱貯蔵＋圧縮空気貯蔵
バッファーの価格低減努力が必須
２．安定出力発電の利用
宇宙太陽光発電の利用

図：マイクロ波輸送による宇宙発電宇宙太陽光発電の利点問題点
利点
１．一年２４時安定な出力が得られる
２．世界どこでも同程度に利用が可能
欠点
１．高コスト
２．マイクロ波・レーザの超長距離輸送の経験がないこと
３．宇宙空間での大型構造物製作の経験不足

発電システム
発電方式

太陽電池発電/マイクロ波変換送電システム規模
パネル
全重量
運行軌道

2.5km ×２．４ｋｍ
26,600 ton
静止軌道（35,800km上空)

地上システム
5.8 GHz
マイクロ波
レクテナ直径 3.5 km
表：１GWのSSPSの構成（USEF,2007)

石炭火力

９７５ ｇ−CO2/ｋｗｈ

石油火力

７４０

LNG火力６１０

原子力発電

２２太陽光発電（地上）５０−８０

宇宙太陽光発電３０

表：各種発電方式のライフサイクルCO2排出量
資料：吉岡他、宇宙太陽発電衛星のある地球と将来、慶大、ｐ１０２

太陽電池コスト

５０円/ KW

レクテナ建設単価

７６億円/ km２

輸送費単価
（打上げ、輸送総和）

0.53 億円 / ton

経済寿命４０年

発電単価

15.9 円/ KWH

表：１GW SSPSのコスト推定（２００７、USEF)
注：諸単価はいずれも将来の大幅低下を前提

将来のＳＰＳ利用
１．マイクロ波による送電
安定なベース電源としての利用
２．レーザによるエネルギー輸送
太陽光によるレーザ発振ー電力/水素利用
利用方式
１）定常出力、ベース電源
２）水素製造とのcoproduction
ある程度の調整運転可能
３）異なる地域への並列供給

ＣＣＳつき石炭火力の役割
１．原子力、太陽光、風力、ＳＰＳいづれもベース電源向き
他に出力調整電源が必要（ＡＦＣ，ＥＬＤ対応）
２．石炭は化石燃料の中でもっとも豊富→
ＣＣＳつき石炭火力はゼロエミッションの出力調整電源として有効

石炭火力へのＣＣＳの例
ードイツＳｃｈｗａｒｚｅ Ｐｕｍｐｅー＃酸素燃焼方式、世界初のＣＣＳ＃30MWth、2008年9月9日運転開始、３年間運用予定＃それ以後実証プラント（650MWth, 250~350MWe）、商業プラントに活用する計画。
蒸気タービン

プロジェクト概要
事業主体：Ｖａｔｔｅｎｆａｌｌ電力会社（スエーデン）
投資額： € 70M
発熱量： 30MWth
燃料： 石炭（褐炭及びハードコール）
貯留場所 ： Zechstein SealにおけるAltmarkガス田（枯渇天然ガス田）※ 距離350kmをローリーで輸送

CO2

電気ボイラー
動力

冷却水

CO2圧縮器

脱硫
復水器
冷却器

集塵

水

窒素
石膏
フライアッシュ燃料

動力

排煙の再循環（CO2・水蒸気）

酸素空気
空気分離

ボトムアッシュ※） Vattenfall社Press Releaseによる出所） http://www.vattenfall.com/www/co2_en/co2_en/index.jsp

具体的計画例ーロッテルダムー
１．ＣＯ２の回収周辺石炭火力発電所のＣＯ２を分布パイ
プラインで収集２．ＣＯ２の貯留
沖合い廃ガス田３．全体規模2,000万トンＣＯ２ / 年

超長距離自然エネルギーの利用
１．アフリカ・南米の水力
２．パタゴニアの風力３．サハラ・アラビア砂漠の太陽光
これら需要地から数千キロ以上離れた
自然エネルギーの利用→ 輸送媒体をどうするか？
電力？ 水素？

浅部地中熱の利用
ー民生暖房給湯への対応ー
原理
ヒートポンプの理想効率 （Tr-To)/Tr
Tr:出力温度 To:地中熱温度＞大気温度
１．利点
周辺にある自然エネルギーで接近容易
都会・田舎を問わず利用可能
２．問題点
地中構築物（含むパイプライン）のコスト

廃熱回収風力発電
0.6 kW

ソーラーコレクタ
8 m2
トリプルアモルフォスシリコン太陽光発電パネル
24 m2 (1.3 kW)

単結晶シリコン太陽光発電パネル
24 m2 (3.1 kW)

水平熱交換機
架橋ポリエチレンパイプ（内径：23 mm）
深さ：2.1 m
全長：100 m x 3

排気スタック地下チューブ
ポリ塩化ビニールパイプ（内径：200 mm）
全長：2.2 m x 2
全長：20.7 m x 2

垂直熱交換機
鋼垂直管（内径：81 mm）
全長：30 m x 2「ローエネルギーハウス」の設備

北大 落藤名誉教授の好意による

地中熱

バイオ燃料の運輸への利用
１．バイオ燃料の利点
１）カーボン中立性
２）現在の自動車に殆どそのまま適用可能
２．現在の問題点
１）高コスト２）食料との競合：特にとうもろこし起源→ 非食料セルロースの利用
高生産性バイオリアクタの利用

ＣＯ２多排出産業のプロセス改善
１．鉄鋼
酸化鉄の炭素還元 → 水素還元
２．セメントCaCO3 → CaO + CO2
CO２ → セメント吸収？
（東大柳沢教授提案）

図．COURSEシステム［コークス炉ガス改質水素の還元剤利用］

石炭

CO2貯留

コークス炉
CO2回収

COG

H2抽出
PCI

溶銑

副生ガス発電

COG
Tar

加熱炉

まとめ
１．温室効果ガスの削減の有用性は多くの科学者の一致した意見。超長期にわたっての削減に努力すべき。
２．超長期の視点からは、原子力におけるＦＢＲ，自然エネルギーにおけるＳＰＳなどの革新的技術に努力を傾注すべき。
３．ＣＣＳつきの石炭火力は自然エネルギー利用拡大に必要な出力調整機能を持ちうる。既存火力との継続性の意味でも重要。