特集 1
論文③

次世代エネルギーシステムを支える蓄電技術 最新動向③

循環社会のアウトプットとしての電池と展開について
熊谷 枝折 K U M A G A I S h i o r i

一般社団法人 マグネシウム循環社会推進協議会 代表理事／東北大学産学連携先端材料研究開発センター

地球に暮らす人類が直面する最大の課題は、 持続可能な方法でエネルギーを生産し、 社会を維持するために消費するということである。その方法として、マグネシウムを新たなエネルギー・キャリアとして利用することを提案する。
そのためには、マグネシウムの広範な利用技術と電池への展開の筋道をつける必要がある。さらに、 材料循環ができるようにするために自然エネルギーや余剰エネルギーを巧妙に使うことが必要となる。マグネシウムをはじめ、 真に循環できる材料をエネルギー・キャリアとし、 持続可能なエネルギー循環システムとして構築することによって、日本国内はもとより世界のどこでも公平に使うことができる技術として啓蒙活動を推進し、 将来にわたって地球環境の維持保全に貢献できる。
最近、 電池という言葉が頻繁に使われるようになったが、「 電池とは､ 電気エネルギーを得るための変換装置の一つ 」を意味する。広義には物理電池と化学電池に分けられ、 熱エネルギー、 原子力エネルギー、 太陽エネルギー、 化学エネルギーを電気エネルギーとしてアウトプットできるものが電池であると定義できる。
2030 年頃から、リチウム電池に代わり金属空気電池が有望とみられている。金属空気電池としてマグネシウム空気電池があり、 資源の豊富さと少ないエネルギーでリサイクルが可能なことから、エネルギー・キャリアとして、さらに環境配慮型の革新的な二次電池として、 循環社会の中で最も有望な電池である。

はじめにバーが集まり、産学連携の活動として、切磋琢磨している＊ 1。

これまでの我々の歴史を顧みると、1760 年代にイギ協議会はマグネシウムを新たなエネルギー・キャリアとリスの産業革命、1830 年代に鉄道による輸送革命、して利用することを提案しており、マグネシウムの広範な1873 年英国で電気自動車が開発、1950 年代の日本利用技術と電池への展開の筋道をつけ、真に材料循

4 大 公 害 病、1972 年ローマクラブ「 成 長の限 界 」、環ができるようにするため、自然エネルギーや余剰エネ

1987 年国連ブルントラント委員会「 持続可能な開発 」、ルギーを巧妙に使う技術を展開している（ 図 2、3 ）。

2000 年ミレニアム開発目標（ MDGs ）、2015 年持続可能な前進のための2030アジェンダ（SDGs）があり、こういった国際動向を私たちの活動指針としている（ 図 1、表 1 ）。
エネルギーと環境の相反するテーマに関して、環境対応ができない部分を海外生産依存とするケースや「 SDGs 」を各企業ではイメージアップのための活動としか捉えていないような場合も多い。
最近、私たちが最も力を入れている活動に「 循環社会の構築、推進、実現 」がある。そして、これからの電池は「リサイクルのできる材料の使用と実現 」になる。
具体的には、「 一般社団法人 マグネシウム循環社会推進協議会 」として約 40 団体の異業種、異分野のメン016

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No. 4

図 1 ／私たちの立ち位置

特集
1

図 2 ／マグネシウムの循環図特集
2

総説シリーズ連載
環境情報

表 1 ／私たちの活動の在り方

図 3 ／マグネシウム循環社会推進協議会・開発部会としての活動

循 環 社 会のアウトプット と しての電 池 と 展 開 について

■持続的発展の在り方としての SDGs
ビジネスの観点から、Society 5 . 0（ソサエティー 5 . 0 ）というコンセプトを推進するための経済界のあり方として、SDGs への取り組みが提言されている。
■地方創生におけるSDGs
SDGsを原動力とした地方創生、強靭かつ環境にやさしい魅力的なまちづくり。
SDGs 未来都市とは、持続可能な都市・地域づくりを目指す自治体の取り組み、「 経済 」、「 環境 」、「 社会 」の三つの観点から持続可能性を高めてゆく。
■世界のトレンド、 SDGsとESGs
持続可能な世界を実現する動きは、世界の投資家を中心としたビジネスの観点からも加速している。
（ Environment ）世界の解決すべき課題を「 環境 」、
「 社会 」（ Social ）（ Governance ）の三つの観点からみた、「 企業統治 」
ものをESGといい、ESGに配慮した責任ある投資をESG 投資という。
EGS 投資の対象は、短期的な収益だけではなく、中長期的企業価値、つまりSDGsの達成に貢献している企業である。
■ Society5. 0 とSDGs
ここに、経済、ビジネスの観点から、経済発展と社会的課題の解決を両立する考え方としてSociety5. 0（ソサエティー 5. 0）というコンセプトが提唱され、これを推進するための経済界のあり方として、SDGs への取り組みが提言されている。

1．蓄電池として最優等生の鉛蓄電池
電池の歴史は、今から約 220 年前の 1800 年、イタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタによって発明された「ボルタ電池 」から始まったとされている。電圧の単位「ボルト」はボルタの名前をとったものである。
自動車というべきものが最初に誕生したのは 1769 年。

現在、我々が使用している化石燃料は、約 2 億年

フランスで、ニコラ＝ジョセフ・キュニョーにより、蒸気で前に宇宙からのエネルギーでつくられたものといわれて走る自動車が発明された。そして 1859 年、フランスのいるが、地産地消のエネルギーシステムを実現し、例えガストン・プランテが鉛蓄電池を発明した。電気自動車

ば 2 日前に海水から汲み上げられたマグネシウムのエネ（ EV ）の歴史はガソリン車よりずっと古く、モーターはルギー（ 電池 ）を使って備蓄することが可能になるかもし1823 年に発明されており、EVは 1873 年の英国かられない。

始まっている。既に電気式四輪トラックが実用化されており、鉛電池を搭載し、史上初の時速 100 ㎞超えを達成していた。これはまぎれもない電気自動車であり、フランスでも1899 年にジャメ・コンタント号が 105 . 9 ㎞ /hを017

特集 1

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論文③

循環社会のアウトプットとしての電池と展開について達成していたと記録されている。
1950 年になると、モータリゼーションの発展に伴い自2．循環社会のアウトプットとしての電池動車用（ 始動用 ）電池が急速に伸びた。密閉形の陰極既存電池の改良だけでなく、新しい材料や構造、蓄吸収式（ 制御弁式 ）小形シール鉛蓄電池が登場し、各種電池原理を使う新型電池の取り組みが進められている。のポータブル機器に採用された。その後、二輪車用や注目されている量子電池や全固体シリコン二次電池等、据置用電池などにも拡大していった。この電池はスタン民間の独自開発も少なくないが、NEDO（ 新エネルギー・バイユース（エンジン始動用などを含む）だけなく、サイクルユー産業技術総合開発機構 ）などの国レベルの取り組みが中心とス（ EV 用など放電充電をくり返す仕様 ）としても長寿命のものがなっている。高容量の全固体リチウムイオン電池、リチ開発され、さらに 2009 年にはアイドリングストップ車用にウム硫黄電池、リチウム空気二次電池、亜鉛空気電池鉛蓄電池が採用され、広く普及している。

二次電池、マグネシウム空気二次電池、高価イオン電

これら一連の開発によって、鉛蓄電池が現在までに池（マグネシウム金属負極電池 ）等がある。

二次電池の大容量蓄電池の主流となっている。そしてリチウムイオン電池はセル当たりの起電力が高く、エいつの時代でも、電池の開発には電気自動車のニー

ネルギー密度が鉛蓄電池の 5 ～ 6 倍に達すると表現さズ・開発と関わりがある。持続可能なエネルギー循環シれ、エネルギー密度サイクル特性等にも優れていること

ステムとして構築するには、リサイクルできる材料の使用が報告されている。しかしながら、多くの電池セルを接と実現が必要であり、その意味で鉛電池は歴史からみ続した大容量となる定置型蓄電システムとしての導入、ても紛れもなく最優等生である。

実用化事例は少ない。

日本国内では既に 100％近くリサイクルが実現できて全固体電池については、経済産業省 自動車課を中（ 鉛を含有しない）という言葉いる（ 図 4 ）。最近「 鉛フリー」

心に官民協調で、2050 年に向けた基本方針と具体的が発信されているが、電池の分野では普通に自動車や（NEDOアクションについて検討している。
「SOLiD-EV」

非常電源に搭載されている。言い換えれば、電池としの先進・革新蓄電池材料評価技術開発プロジェクト）では全固体電て最優等生の鉛電池を搭載してガソリン車に引けを取ら池が対象で、高温での放電性能（ 100 ℃ 1 , 500 C ）など、ない効率の良い自動車が開発されれば、EVは実用化技術の概要と開発動向、開発体制とし、充放電反応できるといえる。

中の解析技術の展開があり、次世代電池として有望で一般的な概念として、ガソリンのエネルギー密度は鉛ある。

蓄電池の約 500 倍、現在の電気自動車に搭載していしかし、リサイクルや循環社会、電池は組電池であるるリチウムイオン電池でも、監視装置等の重量を入れてことなど、電池としての実用化に向けての対策に関わる

しまうと鉛蓄電池の 3 倍程度である。

事項については現実的なものとして報告されていないのが現状である。今後は、広義としての各電池の長所を生かし、制御技術を駆使して複数の種類の電池の組み合わせ、ハイブリット電池システムとして構築することになる。

図 4 ／鉛電池の国内市場規模とリサイクル（ マグネシウムとの比較 ）

図 5 に「 循環社会のアウトプットとしての電池 」として今後の展開についてまとめた。自動車用搭載電池の将来見通しとしてもみていただきたい。

3．マグネシウム空気電池とは私たちは、マグネシウム（ Mg ）をエネルギー・キャリアとして位置づけて循環社会を構築・実現することを継続している。マグネシウム空気電池（ 図 6 ）は約 40 年前以上も前に海水電池として発売された時期があったが、一次電池の高容量化やリチウム電池の高性能化で陰に隠れてしまっている。東日本大震災の教訓から、持ち運びが容易なことや電解液を入れなければ長期保存がで
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1

図 5 ／循環社会のアウトプットとしての電池

特集
2

総説
シリーズ連載環境情報

図 6 ／マグネシウム空気電池とは（ 循環社会のための一次電池として）循 環 社 会のアウトプット と しての電 池 と 展 開 についてきることから、携帯電話の充電用電池とて実用化されている。材料にはレアメタルを使わず、電解液には有機

図 7 ／マグネシウム空気電池の優位性 リチウムイオン電池と金属空気電池の比較

溶媒を使用せず、紙容器を採用しており、一般ゴミとして廃棄可能な電池である。
また、構造材として使用されているマグネシウム合金の廃材を電池に使用することも実証され、まさに素材の循環、リサイクルが可能となっている。
図 7、図 8 にマグネシウム空気電池とリチウムイオン電池、各燃料電池との比較について示す。

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特集 1

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論文③

循環社会のアウトプットとしての電池と展開について

図 8 ／各種燃料電池とマグネシウム空気電池の比較

他にAFC（ アルカリ）、 MFC（ バイオ）図 9 ／再生可能エネルギー、 余剰エネルギーの利用

図 10 ／サイエンスパーク事業とは（ 三好市、 久米島町ほか ）020

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図 11 ／久米島プロジェクト

特集

4．地産地消のエネルギーシステムについてしている。この部分はマグネシウムに限らず、健全なる循環社会の構築と展開に必要な事項と考えている。

特集

21 世紀に入り、再生可能エネルギー･余剰エネルギー1つくるという図式の合理性、独自性が重要 」として展開の利用が叫ばれてきた。国内の発電量（ 2015 年 ）の状
況をみると、総発電量で 10 億 4 , 000 万 kWh、その中の水力発電を含む再生エネルギーは 8 , 557 万 kWhであり、全体の約 8％でしかない。
を示す（ 図 9 ）。

5．地産地消の電気自動車開発が必要
現在、私たちのプロジェクトは沖縄県久米島に集中して実現しようと進めており、その成功例をもって、徳島県、宮崎県、宮城県、福島県等にも展開しようと計画して線がなく、各離島はディーゼル発電で賄われており、電等の弊害がある。そして再生可能エネルギーの発電地力会社としても経済的に厳しい状況にある。今後、電（ 生産地 ）にはそれを使う産業が少なく、電力の多消費地力会社と連携して再生可能エネルギーをうまく取り入れ、に新幹線で移動する距離の規模で送電されている。当

地産地消のエネルギーシステムを構築することが叫ばれ然「 超電導による送電 」はないので、遠くに行くほどロている。沖縄県や山岳の少ない南の地方には水力発スが出てしまい、辿り着くまでの大きな熱が放出されてい電所はつくれないが、久米島では海洋深層水プラントる。エネルギーを地産地消に近づけていく活動と技術が既に稼働し、海水による温度差発電所がある＊ 2。

環境情報いる。久米島町と本島との間には電力を融通する送電シリーズ連載再生エネルギーでの発電施設は地方に多く、大きな電力消費地の送電線で送られるが、送電線建設コストが持続性に即していることがわかる。

総説

現在の国内発電量と主な発電システムの出力量比較

2

海洋深層水にはミネラルが豊富に含まれ、それを使った産業がすでに展開されている。その副産物として残っ力の消費場所があったように、再生可能エネルギーのた苦汁（にがり）からマグネシウムの製錬が可能になる（ 図

利用には地産地消の促進が必要であり、私たちの活動13 ）。その材料を使って電池にすれば、離島仕様の電においても、地産地消エネルギーの上手な利用、地域気自動車にもタイムリーに充電できる。温度差発電や再の活性化、産業の創出について要望がでている（ 図 10 ）。

生可能エネルギーと余剰時の電力を蓄電し、計画的に世界的に真水をつくることが重要になっている中で、利用すれば、サトウキビを運ぶ電気自動車の軽トラック淡水化の過程で出る苦汁（にがり）からマグネシウムをつくの燃料代（ 電気代 ）が無償になる可能性も出てくる（ 図 14 ）。

ること、日本各地の海洋深層水事業の中で、現在取り電気自動車にはその車が使われる地域に合わせた組もうとしている久米島モデル（ 図 11、12 ）は、「 工業より（ 電池搭載量や充電等の ）仕様が必要となる。電池搭載容も農業・水産業や生活を扱う複合産業化を行っていると量を増やせば増やすほど、走行の終わりに近づくとたいう独自性と、そのカスケード利用の中でマグネシウムをだの電池運搬車になってしまう。過去にクラシックカーが循 環 社 会のアウトプット と しての電 池 と 展 開 について

最も環境に優しいといわれる水力発電所の近くに電図 12 ／日本独自のマグネシウム生産拠点の確立

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特集 1

次世代エネルギーシステムを支える蓄電技術 最新動向③

論文③

循環社会のアウトプットとしての電池と展開についてそうであったように、パワーユニット（ 電池など ）は、その通システムの構築と実現に繋がる。充電スタンド（マグネシ車が使われる地域での開発、組み立て、そして生産ウム空気電池 ）からでも充電できる小型電気自動車の開発が可能である。他の地域や離島も同様であり、そのモが目標である。

デルは国内どこの地域にも適応できる。「 海洋深層水マグネシウムエネルギー（ 電池 ）は、地球上に住む人々からの発電 」を「 水力発電 」に、または「ゴミ焼却場所が誰でもどこでも平等に使える可能性がある。電気自動でのタービンによる発電 」等に置き換えれば、再生可能車エコラン競技大会が各所で開催され、当時参加したエネルギーからの電力供給となる。離島や遠隔地では学生たちは社会人となり、電力機器の高効率化や環境ガソリン代が高いので、電気自動車はその地域に貢献型次世代自動車開発に貢献している。このような、次する（ 図 15、16、17 ）。

世代自動車技術の担い手の発掘と育成が可能になる＊ 3。

現在、電気自動車のエコランレースから育ったメン

久米島では、そうしたものづくりにおける戦いの場をバーが集まって、「エネルギーの地産地消＋小型 EVの提供しようと、エコラン競技大会を計画している。久米沖縄県・島内製造 」をテーマに掲げて活動が始まろうと島モデルである海洋深層水プラントを周回する一般道をしている。主に離島で使われる電気自動車・エコノムー使ったコースである（ 図 18 ）。各チームの競技車両を運

バーは、農山漁村及び離島の振興、観光の振興を図ぶコンテナの費用が賄えれば、国内のメンバーを全員る活動等に特色を生かしたものであり、地産地消の交集めて開催する予定である。
いつの時代でも、電池の開発には、電気自動車の

図 13 ／海水由来の MgO 製造ニーズと開発に関わりがある。電気自動車の普及・実用化へ向かう挑戦者たちの活躍がますます期待される。
我々、マグネシウム・ソレイユ・プロジェクト（ 一般社団法人 マグネシウム循環社会推進協議会 ）は、川上から川下（ 原材料から製品の開発 ）までを、産学連携、異業種との連携による健全なる循環社会の推進と実現に向けて活動を継続しています。
＊ 1 http://www.soleil-energy.jp＊2 h t t p : / / w w w . t o w n . k u m e j i m a . o k i n a w a . j p / d o c s /demonstration_facility_panf/＊3 h t t p : / / w w w . s o l e i l - e n e r g y . j p / o u t l i n e / m a t e r i a l /external_announcement/index.html

図 14 ／マグネシウム空気電池搭載車両の利点

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環境管理│ 2021 年 4 月号│ Vol.57

No. 4

特集
1

図 15 ／ 10 kWh のエネルギーで走行できる距離（シミュレーション ）

特集
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総説
シリーズ連載環境情報

図 16 ／離島仕様の EVに求められるもの

図 17 ／次世代 EV 開発テーマ（ 提案名 ）循 環 社 会のアウトプット と しての電 池 と 展 開 について

※東海大、東京電機大、玉川大（ 提案資料別途あり）

図 18 ／ 2021 ワールド・エコノ・ムーブ・グランプリ最終戦予定（ 出場約 30 台 ）023