【産業競争力懇談会 ２０２２年度 プロジェクト 最終報告】【超電導で拓くカーボンニュートラル社会】（略称名：熱を含めた統合 EMS の早期実現を目指して）

２０２３年２月９日

【エクゼクティブサマリ】
１．

本プロジェクトの基本的な考え方（１）超電導のカーボンニュートラル貢献と産業競争力強化
超電導は低温下では電気抵抗がゼロのため、環境保全と経済発展に資するソリューションであり、水素の冷熱活用との相性が極めて良い。2050 年のカーボンニュートラル実現に向け、水素社
会への移行が検討されており、海外で製造した安価な水素の輸入が検討されている。水素の輸送形態としては液体水素、アンモニア、メチルシクロヘキサン（MCH）等が検討されており、IRENA（International Renewable Energy Agency）の 2022 年レポートによれば、パイプライン輸送が難しい我が国では輸送距離約 4000km 以下では液体水素がコスト的に有利と分析されている。
本プロジェクトでは、液体水素が国内に集約貯蔵されることを想定し、ふんだんにある液体水
素の冷熱を利用した超電導応用がカーボンニュートラルに貢献している姿を検討した。
また、近年、米国・欧州で新たな超電導の活用（小型核融合炉、航空用軽量モータ、大型洋上風力発電機など）への投資が活発化していることを踏まえ、欧米・中国に大きく後れをとるリス
クが顕在化しているとの危機認識から、超電導応用において、欧米・中国に対する国内産業の優位を構築し、日本国としての持続的発展に資する姿についても検討した。
（２）水素社会における液体水素の冷熱利用
液化天然ガス（LNG）では、冷熱は必ずしも十分な活用がされないまま社会インフラの整備が進み、国内の LNG 冷熱の利用率（冷熱利用した LNG 量/全 LNG 使用量）は約 20〜30%に留まっている。
これからインフラ構築する液体水素では、輸送/貯蔵のために液化に要したエネルギーを最大限に回収し、無駄なく有効に利活用するため、社会全体で冷熱の利用方法をあらかじめ計画し設計すべきである。本プロジェクトでは液体水素の冷熱をあますことなく活用する観点からも検討した。
２．

検討の視点と範囲

本プロジェクトは①成長シナリオ策定、②超電導機器の経済合理性・CO2 削減効果調査、③共通技術調査の３つのタスクフォースを組成し、以下の視点と範囲で、検討を実施した。
表１ 検討の視点と範囲
タスクフォース
成長シナリオ策定

検討の視点

検討の範囲

・カーボンニュートラル貢献

液体水素の冷熱を活用した超電導による成長・産業競争力強化

シナリオの提案

超電導機器の経済合理性、・導入メリットと経済合理性

代表的な超電導応用機器（電力機器、医療装CO2 削減効果

・CO2 削減効果

置、一般産業向け機器、核融合機器）の調査

共通技術

・各機器共通技術の横断調査中心となる技術（線材・集合導体・コイル・・注力ポイントの抽出冷却）の現状レベル調査、要求レベルとの比較評価、注力ポイント評価

i

３．

検討結果

（１）成長シナリオ策定
以下の２つのコンセプトからなる成長シナリオを策案した。図１にこれらのイメージを示す。
①水素・超電導コンプレックス
水素社会において、液体水素の集約貯蔵拠点に、水素を広く利活用するコンプレックスが形成され、そのなかに液体水素の冷熱で冷却した超電導装置が提供するベネフィット(磁場、大電流、放射光、ビーム、中性子など)を利用した新たな価値・プロダクトを創生する産業体の構築が進む姿を描いた。
②超電導発電機を利用した再生エネルギーの広域連系
再生エネルギー大量導入時の季節間変動への対応に、液体水素によるエネルギー貯蔵と水素発電を用いるとともに、液体水素の冷熱を活用した超電導発電機により国内電力系統を広域連系する姿を描いた。超電導の電気抵抗ゼロの性質により、系統全体のインピーダンスを下げられ、送電インフラ増強を軽減し、コスト面で大きなメリットがでる可能性があると考える。

図１ 広域再エネ連系構想と水素・超電導コンプレックスのイメージ図（２）超電導機器の経済合理性・CO2 排出量削減効果の調査の結果
超電導発電機や水素コンプレックス構想で採用が見込まれる各種超電導応用機器の CO2 排出量の削減ポテンシャルの調査例を調べ、超電導を適用するメリットと併せて整理した。
ii

（３）共通技術調査の結果
液体水素の冷熱を利用した高温超電導機器を構成する鍵となる「線材」「集合導体」「コイル」「冷却」について、技術の現状と要求レベルとの比較・対照、産業競争力強化の観点で注力すべき技術を検討して整理した。
４．

産業競争力強化のための提言および施策

今年度は成長シナリオの策案を中心に検討を実施した。個々については、検討を要するが、水素社会における冷熱と超電導の利活用は、今後、世界中で検討が始まるものと考えられ、他国に先駆けた検討と社会実装を進めることが産業競争力の観点から重要と考える。
次年度の検討でさらに深堀し、提言すべき内容に反映することを前提に、現時点のプレ提言を
以下にまとめる。
・水素社会における冷熱の利活用の仕組み、および超電導を利活用した社会インフラを日本が先導して構築するとともに、これらのインフラパッケージを海外輸出することで国内の雇用を創生し、同時に、新たな輸出産業力強化を押し進めること
・将来の社会インフラ構築には、新たな人材の育成が急務な状況にあり、個別企業のモチベーシ
ョンだけでは難しいため、産業界と大学・国研が連携して中長期視野に立った人材育成の機会の創出とモチベーションの向上を押し進めること
・成長の青写真を本プロジェクトで描いた後、産官学連携による国家プロジェクトで運用まで見据えた技術開発を行い、特区等での実規模実証を進めることで必要な技術と人材を育成、実用化と社会実装を進めること
上記を確実に推進するため、官民が以下の役割で連携して進めることが望ましいと考える。
官：国家プロジェクトによる開発枠組の構築と推進、特区等における実規模実証および国内インフラ整備/パッケージ輸出の推進
民：冷熱を利用した持続可能な産業を創出するための魅力的なエコシステムの構築
５．

次年度に向けた課題

本プロジェクトは２年間の取組を計画する。次年度に向けた課題を以下にまとめる。
・提案する再エネ広域連系構想の具体化検討（新規課題レベルの研究が必要。進め方含めて課題）
・「カーボンニュートラルへの貢献」「産業競争力強化」視点での成長シナリオの成立性検討
・効果的な注力ポイントの抽出、製造/運用コストの評価（検討継続）・ベンチマーク深堀による経済合理性樹立の方策検討
・産業競争力強化のために国として研究開発に注力すべき共通技術の抽出、開発計画の提案
以上

iii

【目

次】

１．プロジェクトの背景と目的 ............................................................................................................ 4
１．１．プロジェクトの背景 .............................................................................................................. 4
１．２．プロジェクトの目的 .............................................................................................................. 6
２.本プロジェクトの進め方 ................................................................................................................. 7
３．成長シナリオ策定........................................................................................................................ 9
３．１．成長シナリオの検討結果 .................................................................................................... 9
３．２．次年度に向けた検討上の課題 .......................................................................................... 14
４．超電導機器の経済合理性・CO2 削減効果の調査 ......................................................................... 15
４.１.検討結果 ........................................................................................................................... 15
５．共通技術 .................................................................................................................................. 21
５．１．超電導導体技術の現状 .................................................................................................... 21
５．２．冷却技術の現状 ............................................................................................................... 23
５．３．今後の共通技術の研究開発に向けて................................................................................ 24
６．産業競争力強化のための提言および施策 ................................................................................. 27
７．まとめ ....................................................................................................................................... 29
APPENDIX-1
APPENDIX-2
APPENDIX-3
APPENDIX-4
APPENDIX-5

【プロジェクトメンバー】＃

区分

企業・大学・法人名

1

PJ リーダー東芝エネルギーシステムズ株式会社

来栖 努

2

TFA リーダー

株式会社日立製作所

和久田 毅

3

TFA サブリーダー

三菱電機株式会社

殿岡 俊

4

TFB リーダー

三菱電機株式会社

野元 一宏

5

TFB サブリーダー

株式会社日立製作所

青木 学

6

TFC リーダー

国立大学法人 京都大学

雨宮 尚之

7

TFC サブリーダー

国立大学法人 新潟大学

福井 聡

8

メンバー

東芝エネルギーシステムズ株式会社

中村 英之

9

メンバー

東芝エネルギーシステムズ株式会社

柳

10

メンバー

東芝エネルギーシステムズ株式会社

龍頭 啓充

11

メンバー

東芝エネルギーシステムズ株式会社

小柳 圭

12

メンバー

東芝エネルギーシステムズ株式会社

伊藤 智庸

13

メンバー

三菱電機株式会社

荒金 淳

14

メンバー

三菱電機株式会社

三浦 英明

15

メンバー

三菱電機株式会社

長谷川 満

16

メンバー

株式会社日立製作所

安藤 竜弥

17

メンバー

株式会社日立製作所

田中 秀樹

18

メンバー

古河電気工業株式会社

坂本 久樹

19

メンバー

古河電気工業株式会社

中崎 竜介

20

メンバー

古河電気工業株式会社

山野 聡士

21

メンバー

株式会社フジクラ

大保 雅載

22

メンバー

岩谷産業株式会社

辻上 博司

23

メンバー

住友電気工業株式会社

小林 慎一

24

メンバー

住友電気工業株式会社

永石 竜起

25

メンバー

国立大学法人 九州大学

宮崎 寛史

26

メンバー

国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構

岩田 佳之

27

メンバー

国立研究開発法人 産業技術総合研究所

古瀬 充穂

28

メンバー

学校法人 関西学院大学

大屋 正義

29

メンバー

国立大学法人 東京大学

寺尾 悠

30

メンバー

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

平野 直樹

31

メンバー

大学共同利用機関法人 自然科学研究機構 核融合科学研究所

芦川 直子

32

メンバー

国立研究開発法人 物質・材料研究機構

菊池 章弘

33

アドバイザー

一般財団法人 電力中央研究所

秋田 調

2

氏名

寛

34

アドバイザー

国立大学法人 東京大学

大崎 博之

35

アドバイザー

国立研究開発法人 産業技術総合研究所

岡田 道哉

36

アドバイザー

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構

矢部 彰

37

アドバイザー

国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構

岡田 満利

38

アドバイザー

国立研究開発法人科学技術振興機構

眞子 隆志

39

オブザーバー

三菱電機株式会社

畑

40

オブザーバー

キヤノン株式会社

古川 靖之

41

オブザーバー

キヤノンメディカルシステムズ株式会社

中井 宏章

42

オブザーバー

株式会社日立製作所

仙波 智行

43

オブザーバー

国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構

白井 敏之

44

オブザーバー

国立研究開発法人 理化学研究所

小野 通隆

45

COCN 担当実行委員

株式会社東芝斉藤 史郎

46

COCN 担当企画小委員 三菱電機株式会社

金枝上 敦史47

COCN 担当企画小委員 トヨタ自動車株式会社

佐藤 桂樹

48

COCN 企画小委員

株式会社地球快適化インスティテュート

岩田 一

49

COCN 企画小委員

富士通株式会社

大久保 進之介

50

COCN 企画小委員

株式会社日立製作所

菊地 達朗

51

COCN 企画小委員

ENEOS 株式会社

中山 慶祐

52

COCN 事務局長

一般社団法人 産業競争力懇談会

山口 雅彦

53

COCN 副事務局長

一般社団法人 産業競争力懇談会

土肥 秀幸

54

COCN 副事務局長

一般社団法人 産業競争力懇談会

五日市 敦

55

COCN 副事務局長

一般社団法人 産業競争力懇談会

武田 安司

56

プロジェクト事務局

東芝エネルギーシステムズ株式会社

久米 直人― 以上 ―

3寛一

【本 文】
１．プロジェクトの背景と目的
１．１．プロジェクトの背景
超電導は冷却さえ出来れば電気抵抗がゼロのため、環境保全と経済発展に資するソリューショ
ンであり、水素の冷熱活用との相性が極めて良い。近年の高温超電導技術の進歩により、液体水
素の冷熱（沸点:20K）で冷却する高温超電導機器を、実用レベルとして検討できるようになった。
水素社会に貢献する超電導の特徴とポイントを図 1-1 に示す。

図 1-1 水素社会への超電導の貢献
2050 年のカーボンニュートラル実現に向け、水素社会への移行が検討されており、海外で製造した安価な水素の輸入が検討されている。水素の輸送形態としては液体水素、アンモニア、メチ
ルシクロヘキサン（MCH）等が検討されており、IRENA（International Renewable Energy Agency）の 2022 年レポートによれば、パイプライン輸送が難しい我が国では輸送距離約 4000km 以下では液体水素がコスト的に有利と分析されている。液体水素と相性のよい超電導技術で、カーボンニュートラルへの貢献を検討する。
一方、近年、米国・欧州では、超電導技術の新たな活用（小型核融合炉、航空用軽量モータ、
大型洋上風力発電機など）への投資が活発化している。特に米国の核融合スタートアップでは政府予算に加え、民間資金約 2 千億円が投入される計画で、主要コンポーネントである高温超電導
コイルの技術が大きく向上しようとしている。さらに欧州でも核融合スタートアップが高温超電導コイルの開発を進め、また加速器用高温超電導技術を高度化するため 1 千億円超の予算投入をEU に働きかける産学連携の動きが計画されつつある。中国においても中国製造 2025 で超電導が重点のひとつに定められ、高温超電導や交流応用といった新たな超電導応用に挑戦する企業が増えている。
超電導を応用した実用化されている製品例を表 1-1 に纏める。このうち超電導業界の最大市場である MRI 磁石の領域では、海外企業がシェアの大半を占めている。これは、素材、機器、シス
テムそれぞれの企業間における QCD 要求の摺り合せが不足し、最終顧客への訴求が不足したこと4

表 1-1 超電導を応用した実用化された製品（出展：NEDO 2020 年成果報告書「 戦略策定調査事業/高温超電導の将来像想定とボトルネック課題の検討」）

5

が大きな要因と考えられる。また電力機器の分野では、超電導化に向けた複数の国家プロジェク
ト（発電機、電力ケーブル等）が進められてきたが普及には至っていない。これは、超電導電力
機器を単独導入する場合、冷却に必要なコストや、冷却源喪失による運用停止等のリスク・対策
コストが、導入のベネフィットに見合わないと判断されたことが主な要因と考えられる。これらの経緯もあり、国内では、超電導分野への大型の政府予算投入は閾が高い状況になっている。
上記状況のもと、国内産業として、競争領域の個別活動だけでは、欧米・中国に大きく後れをとるリスクが顕在化していることを課題認識するとともに、今後、水素社会で大量の液体水素の貯蔵が必要となることを想定し、液体水素の冷熱を有効活用した超電導応用が、経済合理性をもって、カーボンニュートラルにも貢献している姿を、産業界の協調領域の取組として検討することとした。
１．２．プロジェクトの目的
本プロジェクトでは、輸入した液体水素が国内サイトに貯蔵されることを想定し、液体水素の冷熱を有効活用した超電導応用が、経済合理性をもって、カーボンニュートラルに貢献している姿を検討する。
2050 年カーボンニュートラル社会の実現に貢献すべく、官・学の協力も得て、成長シナリオ（産業化/事業化）、成長のための枠組み、注力ポイントについて、国への提言としてまとめることを目的とする。
また検討にあたっては、競争領域の個別活動だけでは、今後、欧米・中国に大きく後れをとるリスクが顕在化しているとの危機認識から、超電導応用製品において、欧米・中国に対する国内産業の優位を構築し、日本国としての持続的発展に資することも目的とする。

6

２.本プロジェクトの進め方
背景を踏まえ、本プロジェクトでは、成長シナリオと、その経済合理性・CO2 削減効果、およびそれを実現するための技術の３つの観点で検討を進めるべく、産学連携による以下の 3 つのタス
クフォース（TF）を組成した。
TF-A:成長シナリオ策定
TF-B:超電導機器の経済合理性・CO2 削減効果の調査
TF-C:共通技術調査
各タスクフォースの検討の視点と範囲を表 2-1 にまとめる。
表 2-1 各タスクフォース(TF)での検討の視点と範囲
タスクフォース

検討の視点<TF-A>

・産業競争力強化

成長シナリオ策定

・カーボンニュートラルへの貢献

検討の範囲
・液体水素の冷熱を活用した超電導を利用する社会インフラ・シナジー効果が期待される医療、核融合等での超電導応用<TF-B>

・カーボンニュートラルへの貢献

・回転機（発電機，モータ，同期調相機）

超電導機器の経済合理性・CO2

・海外/国内案件のＰＥＳＴ分析

・電力ケーブル

削減効果の調査・競合とのベンチマーク

・磁気エネルギー貯蔵システム

・目標定量化とアクションプラン

・粒子線治療装置
・核融合・誘導加熱装置<TF-C>

・各機器共通技術の横断的評価

・線材技術、集合導体技術、コイル技術
・冷却技術、液体水素寒冷利用環境

共通技術調査また 2 年間のプロジェクトを想定して、図 2-1 のロードマップと成長ステップとをそれぞれ想定した。

7

図 2-1 想定するロードマップと成長のステップ

8

３．成長シナリオ策定
３．１．成長シナリオの検討結果
タスクフォース A では、(1)で述べる社会課題に関して以下の検討範囲および検討の視点にもとづいて成長シナリオの検討を進めてきた。検討結果を以下にまとめた。
＜検討範囲＞
・液体水素の冷熱を活用した超電導を利活用する社会インフラ
・シナジー効果が期待される医療、核融合等での超電導応用＜検討の視点＞
・カーボンニュートラルへの貢献
・産業競争力強化(1) タスクフォース A が認識する社会課題
2050 年カーボンニュートラル達成に向けては、あらゆる部門での高効率化、低損失化が重要と言われており、経済産業省「グリーン成長戦略」によれば、電力部門の脱炭素化は大前提とされ、かつ、非電力部門においては電化、水素化、二酸化炭素(CO2)回収、および、蓄電池活用による対応が示されている。
我が国において、電力部門の脱炭素化に向けた有力なシナリオの一つは再生可能エネルギー(RE)の大量導入である。日本電機工業会(JEMA)の「2050CN 実現へのロードマップ」によれば、電源における RE の構成比率は 53%と例示され、また日立東大ラボ「Society 5.0 を支えるエネルギ
ーシステムの実現に向けて(第四版)」では、RE 構成比率 100%のシナリオも検討されている。REの中でも特に変動性再生可能エネルギー(VRE)の電源に占める比率が増加すると、電力系統には解決すべき様々な課題が生じることが様々な資料で示されている。
例えば電力広域的運営推進機関(OCCTO)は、第 55 回調整力及び需給バランス評価等に関する委
員会資料 3「『再エネ主力電源化』に向けた技術的課題及びその対応策の検討について」において、VRE の増加に伴って系統に対する同期化力、慣性力、電圧維持等の「アンシラリサービス機能」の不足が課題となることを示している。また、前述の日立東大ラボは、VRE の増加に伴いその出力制御に莫大な蓄電システムが必要となり、かつ、電力貯蔵の必要期間が季節間変動の調整にまで拡大することを述べている。さらには、低炭素社会構築に向けた再生可能エネルギー普及方策
検討会は、「低炭素社会構築に向けた再生可能エネルギー普及方策について(提言)」において、VREの増加に伴い、電力系統の安定化がこれまでより困難になることを前提に、電力系統に要求する
電力品質はこれまでより下げていいのではないかとする議論を展開しているが、一方で、我が国の電力需要家には従来と同等かそれ以上の電力品質(電力品質という言葉が意味する具体的内容
は需要家により異なる)を要求するものが全体の 17%ほどは存在することも示している。
このように、電力部門においては、VRE の増大によって、その出力調整、系統の安定性、電力
品質、ひいてはレジリエンス等に課題が生じ、その解決はカーボンニュートラル実現にとって不可欠なものとなっている。
9

非電力部門では、「グリーン成長戦略」によれば、カーボンニュートラル実現に向けた対応は電化が基本となり、それゆえ、個別の電気機器の高効率化は冒頭に述べた通り、継続的に重要な課題であり続ける。一方、直接加熱のための熱源や製鉄プロセスなどに代表されるような、電化に適さない産業分野においては、水素を用いたプロセスへの転換も求められるとされている。また、これらの取り組みによってもなお避けられない化石燃料利用に対しては、CO2 の回収・再利用による対応が必要となるが、一例として、日立東大ラボは年間数億トン規模(たとえば電力部門でのRE 構成比率 100%のシナリオにおいては年間約 4 億トン)での CO2 回収が必要との試算をしている。
本プロジェクトは、上述の課題を 2050 年カーボンニュートラル達成へ向けた社会課題ととらえ、
タスクフォース A は、以降の節において我が国の成長のためにこれら社会課題の解決に、前章までに述べた、水素社会、とりわけ輸送・保存媒体としての液体水素との親和性の高い超電導技術が貢献するシナリオ、さらには産業競争力強化に資するシナリオを構築して提案する。
(2) 電力部門:広域再エネ連系構想と超電導再エネフロー制御システム(仮称)
電力部門で超電導がカーボンニュートラルに貢献する姿として、電力機器の低損失化により CO2削減する直接的な貢献に加え、超電導同期発電機の導入により系統安定性を改善し大量の再生可能エネルギーの導入を支援する間接的な貢献についても提案する。これを実現するために、以下の『広域再エネ連系構想』を提案する（詳細は Appendix-1 参照）。
『広域再エネ連系構想』は、国内に偏在する風力発電等の再生可能エネルギーポテンシャルを広域連系して利用することにより電力需給バランスの短時間の凹凸を均すとともに、液体水素を製造して蓄積し、必要に応じて超電導同期発電機を介して系統に電力供給することで、広域の電力需給バランス調整を可能にする仕組みである。変動性再生可能エネルギーをいったんエネルギ
ーバッファの水素に変換して集約利用することにより、電力の需給バランス調整を容易にするものであり、このエネルギー貯蔵システムを備え超電導同期発電機を介して電力供給を行うシステ
ムを、『超電導再エネフロー制御システム(仮称)』(Renewable Energy Flow Control System by usinga Superconducting Apparatus)と呼ぶことにする。
『超電導再エネフロー制御システム(仮称)』は、
1) 系統の安定化(慣性力・同期化力の供給と低インピーダンス化による系統安定度の改善)
2) 系統の電力需給バランス調整
3) 季節間エネルギー貯蔵（エネルギー安全保障）の機能を有する。超電導再エネフロー制御システム（仮称）の概念図を図 3-1 に示す。

10

液体水素で冷却した超電導発電機図 3-1 超電導再エネフロー制御システム（仮称）の概念
電力広域的運営推進機関（OCCTO）ではカーボンニュートラルに向け再エネ大量導入とレジリエンス強化のために広域連系系統のマスタープランが検討されている。国内の再生可能エネルギーのポテンシャルは北海道、東北および九州地方に偏在しており、首都圏、関西および中部地方の電力大需要地へ送電するためには、系統の同期安定性を改善する系統容量の増強（系統の低イン
ピーダンス化）が必要とされている。
系統の低インピーダンス化は発電機を低インピーダンス化しても実現できること、および発電機の低インピーダンス化は、無効/有効電力の送電距離と送電量を増やすことから広域系統連系において望ましいこと、さらに送電インフラ増強を軽減しコスト面で大きなメリットがでる可能性があることから、『超電導再エネフロー制御システム（仮称）』の導入による系統増強のコンセプ
トを提案する。
発電量が天候に依存する再生可能エネルギーは季節間貯蔵が必要であり、エネルギー安全保障の観点からも大量の水素を国内備蓄しておくことは有用である。一般に、超電導電力機器には冷却のコストが必要になることに加え、冷却源喪失による運用停止等のリスクがあり単独装置として導入が進まない面があったが、次項で述べる液体水素の広範な利活用のなかに位置付けることで、それらはほぼ解消可能と考える。
(3) 非電力部門: 水素・超電導コンプレックス構想
水素は複数の形態（液体水素、アンモニア、MCH 等）で輸入・貯蔵されることが検討されているが、液体水素による貯蔵は、超電導および冷熱利用との組合せにより新たな価値を創出することができる。本提案では、将来のエネルギーシステムの姿として、常に一定量の液体水素が国内の集積地に備蓄される姿を想定する。水素の液化・貯蔵にはその水素が有するエネルギーの約 311割を必要とすることから、液体水素によって得られる極低温という特殊環境および冷熱ポテンシ
ャルを最大限活用することが肝要であり、ここに以下のようなプロセスまたは産業を集約した水素コンプレックスの構築を提案する（詳細は Appendix-2 参照）。
1) 水素ガスを原材料として直接利用するプロセスまたは産業
2) 液体水素の冷熱を直接または間接的に利用するプロセスまたは産業
3) 液体水素の冷熱を利用した超電導機器を利用するプロセスまたは産業
4) 超電導電力機器によって実現される高品質電力を利用するプロセスまたは産業
5) 超電導加速器によって提供されるビームまたは放射線を利用するプロセスまた産業
水素コンプレックスとは、液体水素の冷熱（極低温環境、冷熱エネルギー）を段階的に利用す
る冷熱カスケード利用およびプラントから排出される排熱の回収利用の組み合わせることにより、コンプレックス全体での熱効率の改善と、液体水素の冷熱利用によって超電導装置を導入しやす
くすることで、超電導装置が提供するベネフィットを享受する産業集合体である。
超電導装置が提供するベネフィット(磁場、大電流、放射光、ビーム、中性子など)により新たな価値やプロダクトの創生が期待され、いわば超電導コンプレックスと呼べる集合体の形成も期待できる。このように液体水素を中心とし超電導の利点を活用した産業集合体のことを水素・超電導コンプレックスと呼ぶことにする。
これを実現するためには、液体水素陸揚げ、貯蔵、利用する設備に加え、その液体水素の冷熱を域内に分配して利用するインフラの構築が不可欠である。例えば域内での極低温環境、冷熱エ
ネルギー利用として
1) 20K 未満： 液体水素を排熱源とした冷凍機冷却（超電導加速器、量子コンピュータ等）
2) 20K：

液体水素冷却（超電導発電機）

3) 20K-60K:

水素ガスもしくはヘリウムガスの循環冷却（一般超電導機器、ネオン等分離回収）

4) 63K:

固体窒素（潜熱利用）

5) 65-80K:

液体窒素循環冷却（超電導ケーブル、空気分離）

6) それ以上： 窒素ガスなどによる循環冷却（常電導ケーブル冷却 CO2 分離回収など）などが考えられ、熱輸送媒体の循環系統と熱交換器による熱的ネットワークインフラの構築等が鍵となる。このコンプレックスの概念を世界に先駆けて社会実装し、また、パッケージ化して輸出することは日本の産業競争力向上にも大きく資すると考える。

12

図３－２ 超電導再エネフロー制御システム（仮称）のイメージ図（APPENDIX-1 参照）

図３－３ 広域再エネ連系構想と水素・超電導コンプレックスのイメージ図
13

３．２．次年度に向けた検討上の課題
広域再エネ連系構想は、超電導同期発電機に関するこれまでの知見をベースに検討しており、大量の再生可能エネルギーとともに系統に導入される場合の具体的な効果等は、それ自体が新規の研究課題になり、本提案の検討を進めるにあたっての課題となる。
次年度に向けた検討課題を以下にまとめる。
（１）提案する再エネ広域連系構想の具体化検討
・超電導同期発電機の系統導入による送電距離拡張効果、系統容量改善効果の定量評価
・超電導再エネフロー制御システム（仮称）を系統に接続すべき最良地点、設備容量の検討
・水素燃焼タービンまたは燃料電池を電力源とするモータに関する開発状況の調査と、それを踏まえた超電導同期発電機の設計
・高温超電導による超電導発電機の技術成立性と経済合理性の検討（２）「産業競争力強化」「カーボンニュートラルへの貢献」視点での成長シナリオの成立性検討
・上記（１）の検討を進め、並行して両視点での確認を行う。

14

４．超電導機器の経済合理性・CO2 削減効果の調査
４.１.検討結果
タスクフォース B では，以下の対象とする超電導機器の経済合理性を調査すべく、下段の検討の視点にもとづいて調査を進めた。また、超電導機器導入による CO2 削減効果と導入メリットに関する調査を実施した。結果を以下にまとめる。
＜対象とする超電導機器＞
・回転機（発電機，モータ，同期調相機）
・電力ケーブル・磁気エネルギー貯蔵システム（SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage）
・粒子線治療装置
・核融合・誘導加熱装置＜検討の視点＞
・2050 年カーボンニュートラルに向けての超電導機器のメリット，期待効果は何か
・欧米・アジアにおける海外市場と国内市場において開発体制や予算規模で違いがあるのかどうか。違いがあるとしたらどのような要因（政策，技術等）によるものか・超電導機器の経済合理性もしくは機能優位性を明らかにし，また競合する超電導以外の方式に対抗する場合の課題は何か
・経済合理性および機能優位性の向上のためのキーパラメータは何になるか，その定量的目標と実現に向けたアクションはどうなるか（１） 国内プロジェクトの整理、および海外の動向の動向調査
超電導に関する国内プロジェクトを整理（図 4-1）し、海外プロジェクトの動向（表 4-1）をまとめた。再エネの普及率やエネルギーインフラ環境も開発投資規模に影響を与えることから、
政治・社会・経済・技術を含めたマクロ分析を実施し、俯瞰的に状況をまとめ、各種検討において参照できるようにした。
（APPENDIX-3）（２）CO2 排出量の削減効果、および超電導機器導入のメリット
CO2 排出量の削減効果および超電導を適用するメリットを整理した（表 4-2）
。CO2 排出量削減
効果は超電導機器投入の効果の試算値（公開資料）を基にした。削減効果の大きい機器は，産業用モータや発電機で、CO2 削減ポテンシャルは、世界規模で、それぞれ年間 2000 万 t 以上（国内はこのうちの約 8%（産業用モータ）、約 2%（発電機））と報告されている。

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（３）競争力強化のための注力ポイントの絞り込み，改善策検討
本プロジェクトは、液体水素の冷熱を利用した高温超電導発電機をはじめとする高温超電導機
器により構成される産業競争力強化策を提案している。これらの社会実装に向けては多くの課題が想定されるが、ここでは競争力強化のための注力ポイントとして、技術面に絞り込んだうえで、
提案コンセプトの鍵となる『高温超電導発電機』と、各種の高温超電導機器に共通する技術課題となる『高温超電導コイル』の２点を抽出し、共通技術調査を進めるタスクフォース C と共有した。以下に補足する。なお、技術面以外の注力ポイントの整理については今後の検討課題とする。
（タスクフォース C ではこれらに加え、冷却技術についても検討を実施している。
）①高温超電導発電機
液体水素の冷熱を利用した高温超電導発電機は、本プロジェクトが提案する『広域再エネ連系
構想』および『超電導再エネフロー制御システム（仮称）』の鍵となる。
過去、超電導発電機については、液体ヘリウムおよび低温超電導線を用いた超電導発電機の開発プロジェクト Super-GM（1988～1999 年 70MW モデル機試作による検証）において、多くの検討が体系的に進められた。この技術資産を最大限に有効活用し、当時の超電導発電機に高温超電導を適用した場合の検討を進めることが合理的であり、注力ポイントのひとつとして抽出した。
②高温超電導コイル
液体水素の冷熱を利用した各種高温超電導機器に共通する技術課題として、高温超電導コイルの実用化が挙げられる。タスクフォース C で調査を進めているとおり、高温超電導線はテープ線
材（図 4-2）が主流となっており、フラットワイズ方向には曲げやすいが，エッジワイズ方向や任意方向には曲げにくく，丸断面の線材に比べて巻線の自由度が小さい。このため多数ターンや複雑な巻線形状のコイルを製作する際にはノウハウが必要となっており，曲げやすさの改善策が求められている。様々な用途の、様々な形状の高温超電導コイルの製造を可能にする技術確立が競争力強化に必須と考え、注力ポイントのもうひとつとして抽出した。

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低温超電導（LTS）

高温超電導（HTS）

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25 H26 H27 H28 H29 H30

発電機

R1

R2

R3

超電導発電機船舶用モータ内蔵

大出力超伝導回転機器

ポッド推進システム

キーハードの開発（NEDO）（JST）

次世代電動推進システム
研究開発（NEDO）
航空機用電動推進システムの3MW超電導モータ 船舶用20MW超電導モータ
交流超電導電力機器
Bi系ケーブルを用いた3kA通電

Bi系ケーブルの系統実証試験と限流器基盤技術開発

基盤研究とシステム化研究

安全性信頼性

高温超電導ケーブル実証（NEDO）

基盤技術（NEDO）

・電力送電用超電導ケーブルシステムの実用化開発

実証（NEDO）

・運輸分野への高温超電導適用基盤技術開発
・高温超電導高安定磁場マグネットシステム開発

ケーブルの安全性・・高温超電導高磁場コイル用線材の実用化技術開発

信頼性実証

高温超電導実用化促進技術開発（NEDO）

産学イノベーション加速事業
先端計測分析技術・機器開発（JST）

MRI

Bi系脳用3TMRI

未来医療を実現する医療機器・
高温超電導コイル基盤技術開発
システム研究開発（AMED） 高磁場コイルシステム研究開発

加速器用高温超電導マグネット開発（JST）

粒子線治療装置

高温超電導
回転ガントリー開発（AMED）

貯蔵システム（SMES）

超電導電力貯蔵システム（NEDO）

超電導電力ネットワーク
制御技術（NEDO）

SMESのコスト低減のための

SMESの実系統連携試験

要素技術開発超電導電力機器

Y系コイルの開発

技術開発（NEDO）

Y系線材を用いた
SMES，ケーブル，変圧器開発

JT-60SA超電導コイル（QST）

核融合

R6

発電機（NEDO）

モータ

磁気エネルギー

R5

液体水素冷却

基盤技術（NEDO）
大型超電導発電機の設計

ケーブル

R4

ITER超電導コイル（QST）
核融合炉用導体開発（NIFS）
導体および接続方法の開発

図 4-1. 超電導機器に関する主な国内プロジェクト

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高機能・高効率・小型加速器システム開発

表 4-1 対象超電導機器に関する海外状況
発電機

（風力用）
【欧州】Eco-Swing プロジェクト(3.6MW)【米国】DOE による低温超電導を用いたプロジェクト(15MW)（航空機用）【欧州】ASCEND ※1 プログラム(Airbus)【米国】3MW 超電導発電機開発(NASA)

モータ

（船舶用）
【欧州】4MW 級モータ開発(Siemens)【米国】36.5MW モータ開発(AMSC)【中国】1MW モータ開発（航空機用）【欧州，米国】1.4MW 級界磁超電導モータ(NASA)。全超電導モータ開発

電力ケーブル【欧州】Essen AmpaCity プロジェクト(1km，10kV)。Best Path 洋上風
力から陸上への送電システム開発(30m，DC320kV)【米国】シカゴプロジェクト(5km，20kV)【中国】上海運転開始(1.2km，35kV)，深圳運転開始(10kV）【韓国】Shingal 運転開始(1km，23kV，154kV)

粒子線治療装置【欧州】HITRI+，SEEIIST，iFAST ※2 プロジェクトによる重粒子線用
超電導シンクロトロン研究開発【米国】陽子線超電導サイクロトロン開発(VARIAN)，陽子線用回転ガン
トリー用超電導電磁石プロトタイプおよび陽子線用超電導電磁石開発(LBL)【中国】陽子線用超電導サイクロトロンプロトタイプ開発

磁気エネルギー【欧州】電磁推進用 0.8MJ パルス電源開発

貯蔵システム【米国】瞬時電圧低下補償 μSMES(1～3MW)，D-SMES 商品化

核融合【欧州】原型炉・商用炉への大型トカマクロードマップ。小型炉球状ト
カマクの開発(Tokamak Energy)【米国】小型炉開発(Commonwealth Fusion Systems)

誘導加熱装置【欧州】ビスマス系超電導コイルを用いた産業用誘導加熱装置の商業販
売（Zenergy）※1 ASCEND: Advanced Superconducting & Cryogenic Experimental powertraiN Demonstrator※2 HITRI+: Heavy Ion Therapy Research Integration
SEEIIST: South East European International Institute for Sustainable Technologies
iFAST: Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology18表 4-2 対象超電導機器の CO2 排出量の削減効果および超電導適用のメリット
機器

CN 貢献度（世界の CO2 排出量の
削減効果）

市場規模
（2030 年までの累積額）

超電導適用のメリット（=うれしさの軸）

発電機
（風力用）

国内 28 億円
海外 3,304 億円[A4]

286 万 tCO2/年[B3]

発電コスト低減（単機大容量化，発電機軽量化）

発電機（航空機用）－

IATA/ATAG ※2 CN 戦略[A2]

高密度化，小型軽量化

発電機
（産業用）

モータ
（産業用）

電力ケーブル

火力・水力・原子力タービ
ン発電機発電量（2050 年）
国内 750TWh
2200 万 tCO2/年[A1]海外 35,208TWh[A1]
国内 899 億円
海外 11,199 億円
2100 万 tCO2/年[A1][A4]
国内 1,047 億円
84 万 tCO2/年[A1]
海外 3,993 億円
9.5 万 tCO2/年(2030 年)[A5][A4]高密度化，コンパクト

高密度化

大容量，コンパクト
損失低磁気エネルギー
貯蔵システム－170～190 万 tCO2/年[A5]長寿命、瞬時大容量出力[H1]

粒子線治療装置

国内 420 億円
海外 420 億円[A4]－

小型化，建設コスト低減
[I26]

核融合

－

9.2-11.3g-CO2/kWh[J6]高磁場が必要国内 162 億円
35～96 万 tCO2/年
海外 535 億円[K1][K2][K3][K4][A4]※1 [ ]は APPENDIX-4 出典 No※2 IATA:国際航空運送協会(International Air Transport Association)
ATAG:航空輸送行動グループ(Air Transport Action Group)

誘導加熱装置（産業用）

19

省エネ（ガス燃焼炉に対して約 60％の省エネ化）[K1]図 4-2 高温超電導線のテープ線材例（出典：フジクラ技報）

４.２.次年度に向けた検討上の課題
本年度の検討結果を踏まえ、次年度に向けた検討上の課題を以下にまとめる。
（１）効果的な注力ポイントの抽出の継続、製造/運用コストの評価
・水素の冷熱を利用した高温超電導機器の競争力強化の観点で、注力ポイントの抽出を継続する。
多くの超電導機器とのシナジー効果を考慮して，産業競争力向上の観点で、効果的な注力ポイン
トを抽出する。
・競合優位性の観点で，製造コスト低減のための検討に加え，液体水素の冷熱活用も含めたシス
テムおよび運用面でのコスト検討も行う。
（２）ベンチマーク深堀による経済合理性樹立の方策検討
・海外に対する日本の優位性を確立するうえで，知財戦略や規制合理化も競争力強化につながることや、海外では開発投資のスケールメリットが出る可能性もあり，海外ベンチマーク評価の深堀りを進めることで，経済合理性を得るための方策を探る。

20

５．共通技術
５．１．超電導導体技術の現状（１）線材技術
応用機器の開発が可能な水準の特性・長さが得られる線材は、Bi2223 多心テープ線材、Bi2212
多心線材、RE123 薄膜テープ線材、MgB2 多心線材である。Bi2223 多心テープ線材の長所は実証された長期信頼性、Bi2212 多心線材の長所は円断面による等方性、RE123 薄膜テープ線材の長所は良好な磁界下臨界電流特性、MgB2 多心線材の長所は円断面による等方性と低製造コストである。
ウェリントン・ビクトリア大学において各種線材の臨界電流特性が測定され、データベースとして公開されている（https://htsdb.wimbush.eu/）。このデータベースから抽出した RE123 薄膜
テープ線材と Bi2223 多心テープ線材の臨界電流（臨界電流が一番小さくなる磁界方向での幅 10 mmあたりの値）を表 5-1 に示す。より詳細な調査結果は APPENDIX-5 図表 3～11 を参照されたい。
表 5-1 RE123 薄膜テープ線材と Bi2223 多心テープ線材の臨界電流（臨界電流が一番小さくなる磁界方向での幅 10 mm あたりの値）（２）集合導体技術
高温超電導線材単線の臨界電流は数十から数百アンペア程度に限られ、大電流容量が要求される場合には、線材を集合した集合導体が必要となる。タービン発電機の界磁巻線および電機子巻線、風力発電用発電機の電機子巻線、超電導磁気エネルギー貯蔵装置、航空機用回転機の電機子巻線などでは、集合導体の必要性が高い。
断面が円形の Bi2212 多心線材、MgB2 多心線材については、低温超電導線材と同様に矩形導体やラザフォードケーブル（図 5-1(a)）のような集合導体を構成できる。
RE123 薄膜テープ線材の集合導体は、スパイラル導体、Roebel（ロエベル）ケーブル、スタッ
ク導体と類別できる。スパイラル導体は、断面が円形の金属コアのまわりにテープ形状の RE123
21

薄膜テープ線材をスパイラル状に多層に巻き付けた導体で、等方な機械・電磁特性をもった導体である。任意の方向に曲げられることはコイル化の際の大きな利点であり、フラットワイズ方向
以外の曲げが難しいという RE123 薄膜テープ線材単線の欠点を克服できる。
CORC®導体（図 5-1(b)）
がスパイラル導体の代表例である。国内では、京都大学が、銅複合多心 RE123 薄膜テープ線材を用いて、交流で使ったときに発生する交流損失が小さく、多心化による局所的欠陥や局所的常電導転移に対するロバスト性低下を抑制した SCSC ケーブル（図 5-1(c)）というスパイラル導体の研究開発を進めている。Roebel ケーブル（図 5-1(d)）は、導体電流密度を高くし易いが、フラットワイズ曲げ以外の曲げは困難で、鞍型などの立体形状のコイルに巻くことは難しい。スタック
導体は、銅やアルミニウムなどの構造部材の中に積層した RE123 薄膜テープ線材を挿入した集合
導体で、構造上、小さなコイルを巻くことは難しく、核融合装置用導体としての開発例がほとんどである。

図 5-1 集合導体：(a) MgB2 ラザフォードケーブル，(b) RE123 CORC®導体，(c) RE123 SCSC ケーブル，(d) RE123 Roebel ケーブル
（３）コイル技術
Bi2223 多心テープ線材や RE123 薄膜テープ線材の単線を用いて製作されたコイルのほとんどが、パンケーキコイル、レーストラックコイル、レイヤー巻きソレノイドコイルといった、主にフラットワイズ曲げで巻くことができるコイルである。応用機器の概念設計例もレーストラックコイ
ルなどを用いたものが多いが、機器として、必ずしも最適な設計とはなっていない可能性がある。
集合導体のコイル化技術には、単線のコイル化技術は異なった部分もある。スパイラル導体は任意の方向に曲げられ立体形状コイルを巻くのに適しており機器応用に向けたポテンシャルは高く、CORC®導体を用いた Canted cosine theta マグネットの製作が報告されている。Roebel ケー
ブルについては、変圧器用のレイヤー巻きソレノイドコイルの製作例がある。MIT において製作・試験されたトロイダル磁界モデルコイルでは、200 本以上の RE123 薄膜テープ線材を積層し、金属プレートにらせん状に切った溝に入れはんだ含浸しており、後述する不完全絶縁コイルである。
高温超電導コイルをクエンチ（熱暴走）から保護するための技術として、無絶縁コイルや不完
全絶縁コイルというコイル技術が開発され、高磁界マグネットのインサートコイルなどに有効に適用されている。しかし、クエンチ時に電源からの電流供給を遮断しても、内部では制御できな
い分布で電流が流れ続け、これによりコイルが焼損してしまうこともあり得る。また、変動／交流励磁には適さないなどの短所もある。
22

（４）超電導導体概念設計
線材技術と集合導体技術について、現状技術水準と要求技術水準を比較・対照するために、Super-GM の同期発電機（70 MW 級モデル機）の界磁巻線用導体の概念設計を行った。Super-GM 実
機の低温超電導界磁巻線の運転温度が 4.2 K であったのに対して、高温超電導の高い臨界温度と水素社会における液体水素寒冷利用の可能性を鑑み、運転温度は 20 K および 40 K を想定した。
導体概念設計結果の代表例を表 5-2 に、全ての設計結果を APPENDIX-5 図表 32～36 に示す。
RBCO 薄膜テープ線材の場合、CORC®型ケーブル、SCSC ケーブル、Roebel ケーブルのいずれを用いても、現状技術水準の線材を用いて、20 K 運転の低速応 A 機・低速応 B 機・超速応機の界磁巻線用導体が成立し得る。MgB2 多心線材の場合、磁界中での臨界電流が十分大きくなく巻線全体を構成する導体はできないが、ハイブリッド巻線の低磁界部を分担する導体は成立し得る。
臨界電流特性が良好な RE123 薄膜テープ線材については、より高い温度での利用可能性を見極めるため、SCSC ケーブルを例にとって、運転温度を 40 K とした場合の導体概念設計を行った。
界磁電流最大値における負荷率が大きくなるものの、低速応 A 機・低速応 B 機・超速応機のいずれについても、40 K 運転の界磁巻線用導体が設計し得る。
表 5-2 Super-GM の同期発電機（70 MW 級モデル機）の界磁巻線用導体の概念設計の代表例

５．２．冷却技術の現状
高温超電導コイルの冷却に関しては、小型冷凍機による伝導冷却（5–数十 K）、液体窒素循環冷却（65–77 K）、液体ネオンによるサーモサイフォンやヒートパイプ（27–30 K）、固体窒素冷却（10K）
、気体ヘリウムの循環冷却（10 K）、液体水素による浸漬冷却やサーモサイフォン（20 K）などの報告例がある。65 – 77 K では磁界下における高温超電導線材の臨界電流が十分大きいとはいえないため、液体窒素冷却を適用できる応用機器は限られる。小型冷凍機による伝導冷却は、小型の直流励磁コイルの冷却には適しているが、大型コイルや交流損失が発生するコイルへの適用は難しい。気体ヘリウムの循環冷却は、大型コイル、熱負荷の大きなコイルを 4.2 K の液体ヘリ
23ウム温度に比べて高い温度領域で冷却するための、現時点での唯一の実用的な技術である。
高温超電導コイルは、広い温度領域での利用が可能となるので、各種の冷媒の特性について知ることが重要である。そこで、気体ヘリウム、液体水素、液体ネオン、液体窒素、液化天然ガスの 1 気圧における沸点、臨界点、密度、潜熱、粘性係数、比熱を APPENDIX-5 図表 42 に示す。
Super-GM の 70 MW 発電機では、NbTi 超電導線を用いた界磁コイルを回転子に組み込み液体ヘリ
ウムで冷却し、定格回転・発電に成功している。回転子への極低温液体の導入、回転部のシール、回転状態でのコイルの冷却など、液体ヘリウムを液体水素に置き換える際に、参考になる技術は多い（APPENDIX-5 図表 45～48）。
低温超電導におけるケーブル・イン・コンジット導体は、コンジットと呼ばれる金属管に低温
超電導線材を撚り合わせたケーブルを収納し、コンジットに超臨界ヘリウムを循環させる。このような技術を強制冷却という（APPENDIX-5 図表 49～51）。強制冷却は、ヘリウム使用のままで、
あるいは、超臨界ヘリウムを超臨界水素に置き換えて、高温超電導コイルに適用できると考えられる。
このほか、高エネルギー物理学研究用の粒子検出器用マグネットにおいては、ヘリウムによる間接冷却を用いたアルミニウム安定化導体が用いられた。このマグネットではヘリウムが循環するチャネルと超電導線は離れた位置にあり、アルミニウムを介した熱伝導で超伝導線は冷却される。この冷却技術も、ヘリウム使用のままで、あるいは、ヘリウムを水素に置き換えて、高温超電導コイルに適用できると考えられる。
表 5-3 に冷媒と冷却方式別に現状技術の状況をまとめた。
表 5-3 冷媒と冷却方式の組み合わせとそれぞれの現状技術の状況
液体

間接冷却

気体冷却

超臨界強制冷却ヘリウム

 現状技術成熟

 現状技術あり

 現状技術成熟

 現状技術成熟窒素

 現状技術成熟

 有効性なし

 有効性なし

 有効性なし

水素

 報告例あり

 報告例あり

 現状技術なし

 現状技術なし

 現状技術なし

 現状技術なし

 現状技術なし

 熱伝達特性デー

タあり
ネオン

 報告例あり５．３．今後の共通技術の研究開発に向けて（１）現状技術水準と要求技術水準の比較・対照
５．１．
（４）において、Super-GM の同期発電機（70 MW 級モデル機）の界磁巻線用導体の概念設計を行い、電流・電流密度・温度・集合導体構成に関しては、現状技術水準と要求技術水準が比較・対照した（表 5-2）
。その要点と表に示した以外の技術の要素について以下に述べる。
a) RE123 薄膜テープ線材の線材技術・集合導体技術：臨界電流・臨界電流密度の点では、現状技術水準は要求技術水準に達している。機械特性については、集合導体にした場合に電磁力・遠心力に耐え得るかという点で、現状技術水準が要求技術水準に達しているか不明である。CORC®
24

型ケーブル製造技術は、CORC®ケーブル・ワイヤの製作例から現状技術水準は要求技術水準に達していると考えられる。SCSC ケーブル製造技術は、4 層ケーブルまでしか製作例がなく、現状技術水準が要求技術水準に達しているか判断できない。Roebel ケーブル製造技術は、素線数の点で、現状技術水準が要求技術水準に達しているか不明である。
b) MgB2 多心線材の線材技術・集合導体技術：臨界電流・臨界電流密度の点では、巻線全体を構成するための要求技術水準に現状技術水準は達していない。機械特性については、集合導体にした場合に電磁力・遠心力に耐え得るかという点で、現状技術水準が要求技術水準に達しているか不明である。集合導体製造技術は、概ね現状技術水準は要求技術水準に達している。
c) コイル技術：RE123 薄膜テープ線材を用いた集合導体、MgB2 多心線材を用いた集合導体ともに、Super-GM の同期発電機（70 MW 級モデル機）の界磁巻線のような大型の鞍型コイルを製作した
実績はなく、要求技術水準は現状技術水準に達していない。
（２）日本の強みと弱みの明確化
応用超電導技術を、上流側から、素材としての線材技術、線材を使った集合導体技術、線材・集合導体を使ったコイル技術、コイルを使った機器・システム技術、という形に分けて検討する。
RE123 薄膜テープ線材の配向中間層を形成するために、日本発の技術である IBAD 法が世界で広く使われていることに例示されるように、高温超電導線材技術は日本の強みであると考えられる。
また、Super-GM において、その後も例がない大型の超電導発電機を作り上げ、設計通りの性能を発揮させ得たことから見ても、機器・システム化技術も日本の強みであると考えられる。
一方、高温超電導の集合導体コンセプトのほとんどが海外発のものであったり、RE123 薄膜テープ線材の応用を開く端緒となった無絶縁・不完全絶縁コイルが海外発のものであったりすることに例示されるように、高温超電導の集合導体技術や高温超電導のコイル技術は日本の弱みであると考えられる。
（３）産業競争力強化のために国として研究開発に注力すべき共通技術の抽出（３－１）超電導導体技術
産業競争力強化のために、日本の強みである、上流側の「素材としての線材技術」と下流側の「機器・システム技術」の間を繋ぐものでありながら日本の弱みでもある、集合導体技術とコイル技術の研究開発には、国として、ぜひ注力すべきである。また、下流に位置する集合導体技術・コイル技術のニーズをしっかり意識した線材技術の研究開発にも国として注力すべきである。国として研究開発に注力すべき線材技術・集合導体技術・コイル技術の要素を表 5-4 に示す。

25

表 5-4 国として研究開発に注力すべき線材技術・集合導体技術・コイル技術の要素
線材の種類

Bi2223 多心テープ線材

RE123 薄膜テープ線材

MgB2 多心線材

線材技術

 高臨界電流密度化

 臨界電流一様化

 磁界下高臨界電流密度化

 低交流損失化

 剥離耐性向上

 歪み耐性向上 小曲げ半径化 低交流損失化

 多心化

 永久電流スイッチ用（常 永久電流スイッチ用（常温時高抵抗化）

温時高抵抗化）集合導体

 集合導体概念

技術

 集合導体構成

 集合導体構成

 高強度化 高強度化・歪み耐性向上

 低交流損失化

 低交流損失化

 集合導体端子・接続

 集合導体端子・接続

 ケーブル・イン・コンジ  ケーブル・イン・コンジ

ット導体
コイル技術

ット導体

 集合導体コイル化

 集合導体コイル化

 立体巻線 コイル間接続（常電導、

 コイル間接続（常電導、

超電導）

超電導）
 安定化・クエンチ検出・クエンチ保護（無絶縁に代わる技術）（３－２）冷却技術
液体ヘリウム温度と液体窒素温度の間の温度領域において適用可能な冷却技術について、冷媒の選択を含め、研究開発が必要であると考えられる。表 5-3 の中で水素を用いた各種冷却技術と、
液体水素との熱交換で冷却した気体ヘリウムによる冷却技術は、特に注目する価値があると考えられる。
Super-GM の発電機開発において、冷媒の吸排装置および循環機構、シールや軸受けといった冷却に関係する要素技術が開発されており、高温超電導機器の設計製造でも参考になる。しかし液体ヘリウム以外の冷媒を採用する場合、その物性の相違から、それら要素技術がそのまま適用できるかについては慎重な検討を要する。特に超電導回転機の冷却技術は、個別の機器に対するテーラーメードで開発される傾向が強く、体系化されていない。技術確立に向けて国として研究開発に注力すべきテーマである。
また、冷凍機に関して、表 5-3 に示したような各種の冷媒に適合した 2 段式冷凍機の開発、小型化、省電力化、蓄冷材の開発なども国として研究開発に注力すべきテーマである。

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６．産業競争力強化のための提言および施策
国内の液化天然ガス（LNG）については、冷熱は必ずしも十分な活用がされないまま社会インフラの整備が進み、国内の LNG 冷熱の利用率（冷熱利用した LNG 量/全 LNG 使用量）は約 20〜30%に留まり、「冷熱発電」、「深冷空気分離装置」での利用が主となっている。
これからインフラ構築する液体水素においては、輸送/貯蔵のために液化に要したエネルギーを最大限に回収し、無駄なく有効に利活用するため、社会全体で冷熱の利用方法をあらかじめ計画
すべきと考える。
超電導によるカーボンニュートラルへの貢献、および欧米・中国に対する産業競争力強化のための施策として、本プロジェクトでは、社会の将来像として、液体水素の集約貯蔵拠点を中心に、広く水素を利活用する水素・超電導コンプレックスが形成されることを想定する。
そのなかで、液体水素の冷熱で冷却した超電導装置が提供するベネフィット(磁場、大電流、放射光、ビーム、中性子など)により、新たな価値やプロダクトを創生する産業体の構築を提案するとともに、超電導発電機を採用した超電導再エネフロー制御システム（仮称）による広域再エネ
連系を提案する。個々の構成要素については、検討を要するが、水素社会における冷熱と超電導の利活用は、いずれ今後世界中で検討が始まるものと考えられ、他国に先駆けた検討と社会実装を進めることが産業競争力の観点から重要と考える。
上記をふまえ、本プロジェクトからの提言として、水素社会における冷熱の利活用の仕組み、および超電導を利活用した社会インフラを日本が先導して構築するとともに、これらのインフラパッケージを海外輸出することで国内の雇用を創生し、同時に、新たな輸出産業力強化を押し進めることを提言する。
また、上記を推進するための枠組みの構築と、技術開発および実用化の推進、それらに必要な人材の育成が課題となる。1990 年代をピークに、超電導・極低温分野では、技術者の人数減少と高齢化が進んでいる。超電導技術者が急激に減少する時期に差し掛かっており、次の世代への技術の伝承には、一刻も猶予がない状況であり、産業界と大学・国研が連携して国の支援をいただ
きながら、多くの人材に魅力を感じてもらえる新しい事業を創出し、様々な機会を通して魅力を発信し、人材を集め、育成していく必要がある。
これを踏まえ、本プロジェクトからの２つめの提言として、
将来の社会インフラ構築には、新たな人材の育成が急務な状況にあり、個別企業のモチベーショ
ンだけでは難しいため、産業界と大学・国研が連携して中長期視野に立った人材育成の機会の創出およびモチベーションの向上を押し進めることを提言する。
本プロジェクトは、提案する基本技術を 2030 年までに確立し、2040 年に先行分野において液体水素冷熱を利用した超電導応用機器を社会実装することを念頭し、カーボンニュートラルへの貢献策と産業競争力強化策とを含む成長シナリオの青写真を 2 年間で描く。
これを踏まえ、本プロジェクトからの３つめの提言として、青写真を描いた後、産官学連携による国家プロジェクトで運用まで見据えた技術開発を行い、特区等での実規模実証を進めることで必要な技術と人材を育成、実用化と社会実装を進めることを施策として提言する。
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また、これらを確実に推進するため、官民が以下の役割で連携して進めることが望ましいと考える。
官：国家プロジェクトによる開発枠組の構築と推進、特区等における実規模実証および国内インフラ整備/パッケージ輸出の推進
民：冷熱を利用した持続可能な産業を創出するための魅力的なエコシステムの構築

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７．まとめ
今年度の主な活動成果を以下にまとめる。
（１）成長シナリオ策定の活動成果
超電導によるカーボンニュートラルへの貢献、および欧米・中国に対する産業競争力強化のための提案として、将来の水素社会において液体水素の集約貯蔵拠点が形成されることを想定し、冷熱の有効活用を前提に以下の２つのコンセプトを策定した。
（１－１）超電導再エネフロー制御システム（仮称）を用いた広域再エネ連系構想
液体水素の冷熱を活用した水素ガスタービン・高温超電導発電機の採用により、国内の変動性
再生エネルギーを広域連系し、超電導発電機による電力系統の安定化（低インピーダンス化）
をはかることで、再生エネルギーの大量導入時に必要とされている送電インフラの増強を軽減する可能性シナリオを提案した。
（１－２）水素・超電導コンプレックス構想
液体水素の集約貯蔵拠点を中心に広く水素を利活用する水素・超電導コンプレックスが将来形成されることを想定し、域内で、液体水素の冷熱で冷却した超電導装置が提供するベネフィッ
ト(磁場、大電流、放射光、ビーム、中性子など)により新たな価値やプロダクトが創生される
成長シナリオを提案した。
（２）超電導機器の経済合理性・CO2 削減効果
成長シナリオ策定、共通技術調査と連携して、超電導機器の経済合理性・CO2 削減効果に関する以下の調査を進め、また共通技術調査の検討における要求水準レベルを設定した。
（２－１）国内プロジェクトの整理、および海外プロジェクト動向調査
超電導に関する国内プロジェクトと海外プロジェクト動向を整理し、政治・社会・経済・技術を含めたマクロ分析を実施し、俯瞰的に状況をまとめ、各種検討で参照するためのデータベースを整備した。
（２－２）CO2 排出量の削減効果、超電導機器導入メリット
超電導発電機や水素コンプレックス構想で採用が見込まれる各種超電導応用機器の CO2 排出量の削減ポテンシャルの調査例を調べ、超電導を適用するメリットと併せて整理した。CO2 削減ポ
テンシャルは、発電機や産業用モータが主となり、世界規模で、それぞれ年間 2000 万 t 以上（国内はこのうちの約 8%（産業用モータ）、約 2%（発電機））と評価されている。

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（３）共通技術調査
液体水素の冷熱を利用した高温超電導機器を構成する鍵となる「線材」「集合導体」「コイル」「冷却」の観点で、共通技術の現状、要求レベルとの比較・対照、産業競争力強化の観点で注力すべき技術について検討した。
（３－１）高温超電導の線材技術・集合導体技術・コイル技術・冷却技術の現状調査
高温超電導の線材技術、集合導体技術について現状を調査し、複数の線材、集合導体について、それぞれの特徴を比較、整理した。コイル技術については、これまでの開発における巻線方式を調べ、それぞれの特徴をまとめた。また冷却技術については、各種冷媒と冷却方式の組み合わせ
ケースごとの、それぞれの現状について整理した。
（３－２）現状技術水準と要求技術水準の比較・対照、日本の強みと弱み、注力すべき共通技術想定される要求技術水準として、Super-GM の同期発電機（70 MW 級モデル機）を参照し、現状技術水準との比較・対照を行い、線材技術、集合導体技術、コイル技術について、それぞれの評価
結果をまとめた。また集合導体技術、コイル技術については海外が先行し、日本の弱みになっていることを整理した。さらに、本提案を実現するために、研究開発として注力すべき共通技術として、集合導体技術、コイル技術、冷却技術を抽出した。
（４）次年度に向けた課題
本プロジェクトは２年間の取組を計画しており、次年度に向けた課題を以下にまとめる。
・提案する再エネ広域連系構想の具体化検討（新規課題レベルの研究が必要。進め方含めて課題）
・「産業競争力強化」「カーボンニュートラルへの貢献」視点での成長シナリオの成立性検討
・効果的な注力ポイントの抽出、製造/運用コストの評価（検討継続）・ベンチマーク深堀による経済合理性樹立の方策検討
・産業競争力強化のために国として研究開発に注力すべき共通技術の抽出、開発計画の提案
以上

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事務局長 山口雅彦