宮城教育大学環境教育研究紀要

第９巻 (2006)

環境調和型エネルギーシステムへの課題と展望
安江正治 *・橋本良仁 **Study on the Energy System for the Sustainable Society
Masaharu YASUE and Yoshihito HASHIMOTO
要旨 : Web 上に公開されているエネルギー関連の資料に言及しつつ、持続可能な社会にふさわしいエネルギーシステムを最近の情報通信網の自律分散・協調型システムの効率的な運用を手がかりにして考察する。
キーワード : 環境調和型エネルギーシステム、分散型・広域型電力網の共存

１．はじめに

２．「環境のためのオンライン教育リンク集」

エネルギー問題についての社会的な関心の高まりとともに、昨年（2006 年）、「新・国家エネルギー戦略」
１）

からみたエネルギー問題
気候変動に関する国際連合枠組条約の京都議定書がが公表され、そこに提示されている 2030 年までをわが国において 2002 年に批准されて以来、質の高い視野に入れたエネルギービジョンは、人々の関心を集エネルギー関連の記事が Web 上に多数発表されるよめている。将来を担う若手を育てる責務を負う教育分

うになり、この前年に運用を始めていた「環境のため野においても、この方針は、「エネルギー教育ガイドのオンライン教育リンク集」３） に、エネルギー資源ライン」２） の形でエネルギー環境教育情報センターの項目を追加した。このサブ項目としてから発表され、この趣旨に沿って、各地域の教育研修・電気 (46)センター等で、エネルギー教育関連の研修会が始まっ

・化石燃料 / 原子エネルギー (34)ている。このガイドラインで、エネルギー教育におい・新しいエネルギー (136)て学習すべき内容の一つとして「エネルギー問題解決・新技術 (204)に向けての行動」が掲げられている。教育現場の教師を含めた。この各項目のカッコ内の数値は、現在、登からは、この大切な学習内容を子どもたちに伝えるに録されているリンク数である。この数値から分かるよは、3R（Reduce, Reuse, Recycle）的な「ものを大切うに、既存の化石燃料と違った新しいエネルギー資源にする身近な行動」だけではなく、今後人類は、エネやその開発のための新技術に関する情報が多く登録さルギー問題をどのように解決してゆけばよいのかの展れている。その理由は、企業や研究機関において省エ望も知りたいとの切実な期待が寄せられている。

ネルギー技術をはじめナノテクノロジーといった先端
３）

著者達は、
「環境のためのオンライン教育リンク集」

的な開発研究の成果がさまざまな製品、例えば高温ガを開発し、５年間余り運用してきた。このリンク集にスタービンや高性能モータ、リチウムイオン電池、光集められた内容を読み解くことで、教師たちの知りた電変換素子などとなって製品化されているだけでないと願っている「エネルギー問題解決への道」に応えく、エネルギー問題解決に向けての報告となって発表

る形で、表題の「環境調和型エネルギーシステムへのされているからである。
これら登録データの中で、特に注目された事例を２、課題と展望」をここに概観することにする。

＊

宮城教育大学環境教育実践研究センター , ＊＊仙台市立南小泉中学校－ 37 －

環境調和型エネルギーシステムへの課題と展望

３挙げてみる。

ネルの高価格を招いていた。この問題点を解決す

・日本の風環境に適した風力発電機（三菱重工）

る、超薄膜型や集光型球状シリコン太陽電池が開1000k W クラスの世界最高の発電効率。かつ、発され、発電パネルの低価格化が始まっている。

日本の風土に固有の落雷や台風、不安定な風、潮これら個々の基礎技術だけでなく、持続的な開発技

風に含まれる塩分といった厳しい環境に対応した術、今後数十年に渡って開発する長期的技術等につい丈夫さを備えている。て、文献４に紹介されている事柄は、エネルギー危機

このような風車を、欧米の企業に比べ後発の開の叫ばれている中にあって、若人たちに、自分たちの発であったにもかかわらず、青森の竜飛岬に東北努力でエネルギー危機を超えることができるのではと電力が導入しテストした。製造元の三菱重工は、いう励ましを与えてくれる。このような記事を学校関

東北電力と共同試験を経て、上記高性能機の開発係者が目にすることは少ないが、「環境のためのオンに成功。

ライン教育リンク集」は、この記事を登録しておくこ

MW クラスの風車として、世界のベストセラーとで、彼らがこれを閲覧する機会を用意してくれてい機となっている。

る。

・高温複合型ガス発電（東芝）
現在主流の 1300℃クラスのガス発電（発電効３．考察とまとめ率 40％）を超える高温ガス 1700℃クラスの次世

50 年後の世界のエネルギー技術の展望について

代複合型ガスタービン（発電効率 60％）。耐熱性

NEDO( 新エネルギー・産業技術総合開発機構 ) が文をもたすためのセラミックコーティング。燃料の献５の形で報告している。これは、欧州の世界のエネ

ガスは、バイオマス由来のメタンや天然ガス、さルギー技術の展望 WETO H2 の概要報告で、欧州のらには石炭ガス化によって生成された水素ガスやグループが如何にしてクリーンエネルギー技術を進展

メタンガス等も利用でき、多様な燃料に対応したさせ、50 年後の将来のエネルギーと環境問題に取り次世代型発電システム。

組むかという技術的挑戦を記している。この計画の特・ナノテクノロジーを応用したクリーンなエネルギー源：

徴は以下の点である。

代表例として熱電変換素子および高性能リチウ

エネルギー源として、1/3 を原子エネルギーに求め、ムイオン電池、光電素子等があリ、この分野で以クリーンエネルギー、石油、天然ガスには各 20％、下のような画期的な成功がわが国で報告されていそして石炭には６％としている。炭酸ガスを排出するる。

化石燃料を使う装置の半分程度には炭酸ガス隔離を施す。このＥＵの技術開発の動向で、原子エネルギーの熱電変換素子：熱電変換部分を１原子層の厚さで多層構造的に積み上げることで高性能の熱電変換に占める割合の多さに驚かされる。

名大グループが成功したことが報道されている。

わが国においても、文献６にあるように、安全性に自動車の廃熱やガスタービンの廃熱をはじめ、あ配慮した次世代型原子炉が開発されており、今後のらゆる温度差のある熱源から発電することが可能原子エネルギーの動向が注目される。また、クリーになる。

ンエネルギーの占める割合が 20％と、わが国が今後、高性能リチウムイオン電池：信州大学の遠藤守信グ10％程度と想定している値の２倍も多いのにも注意をループがカーボンナノチューブを電極に使うこと払いたい。
前章で指摘したように、わが国において、風力発電

で、リチウムイオン電池の高性能化に成功。
風力発電等の出力の不安定な発電システムへの平ばかりでなく、太陽光発電素子や熱電変換素子の開発準化用蓄電池としての応用が期待される。

研究が進んでおり、今後、バイオマスの利用も地域の太陽光発電：シリコンタイプの太陽光発電において、農林業の活性化を取り込む形で、いかに進めるかが課

高純度シリコン原料の量的不足が太陽光発電パ題といえる。これらクリーンエネルギーは大規模集中－ 38 －

宮城教育大学環境教育研究紀要

第９巻 (2006)

型のエネルギー源ではなく分散型で、小規模形態を特効率は、悪い。現在、水素を使った燃料電池の開発が徴とする。これらのエネルギー源を有効に活用するに遅れている理由の一つは、水素生成時に投入したエネは、個々の独立した電源装置として使うのではなく広ルギーを電気エネルギーの形で取り出そうとすると域電力網に組み入れた電力ネットワークを形成するのき、利用できずに熱エネルギーとして捨てている割合が望ましい。しかし、風力や太陽光発電は、時間的なが多いという熱効率の悪さにある。

変動が多く、広域電力網の出力安定の制御には大きな水素燃料のこの欠点を解決する手法の一つは、動作負担をかけることが問題となり、わが国におけるこれ温度が 700 ～ 1000℃程度で発電効率 40％の固体酸化らの電源の開発が遅れている理由になっている。

物形燃料電池 ( SOFC) の活用である。この燃料電池

この問題を解決する一つの手法は、１）情報ネットを高温ガスタービンの導入部に使うと、タービンのワーク網の運用で確かめられた「自律分散・協調型シ発電効率を大幅に改善できる。例えば、タービン単体ステム」の効率的なよさを取り入れることである。その発電効率が 60％の場合は、システム全体の効率はれには、これらクリーンエネルギーの電源をマイクロ70％程度に改善できると期待できる。

グリッド的に自律的なサブ電力網として構成し、広域

文献７によると、「固体酸化物形燃料電池は、白金網と 30 分程度の平準化機能を有する制御系を介してなどの触媒が不要で、改質器もいらない上に、水素以緩やかな結合をすることが望まれる。

外に天然ガスや石炭ガスなども燃料として使えるメまたは、
２）情報通信の仮想私設網にならった、バーリットがある。一般家庭・業務用の１～ 10k W 級の電チャル電力網を構成するように個々のクリーンエネル源として既に市販されており、火力発電所の代替などギー電源を広域電力網に接続。この場合は、電力平準の用途が期待されている。」と紹介されている。燃料化の制御は広域電力網側にもたせる。

電池は、様々なタイプが知られているが、固体酸化物

この１）、２）どちらの方式も技術的には可能であり、形燃料電池が最も有望である。この電池は、1000℃近運用上の問題点を国内で実証テスト中である。テスト

くの高温で動作するため、高温に耐える電極材料がいの結果、既存の蓄電池は、平準化を行うための蓄電池る。耐熱セラミックスの開発技術を有するわが国のグとしては、性能的に不十分で、高価すぎることが分かループがこの電池の開発に貢献しているのも頼もしくり、高性能で実用的な蓄電池の開発が今後の課題とし思われる。て提示された。しかし、平準化の機能を蓄電池のみに最後に、表題に掲げた、「環境調和型エネルギーシ持たすのではなく、出力制御のしやすい小型ガスターステムへの課題と展望」は、以下のようにまとめるこ

ビン発電機や燃料電池など他の電源との併用によっとができる。て、出力を制御する手法の方が実現しやすいと思われ化石燃料も、本来、太陽エネルギーの閉じ込められたものであり、資源として今後 100 年間は利用可能。５）る。
最後に、将来のエネルギーシステムとして検討してそれ以降の時代のエネルギー源をどうすべきかというおかなければならないのは水素エネルギーの評価であ問題を、この 21 世紀中に解決しておくことが、現代る。結論から言うと、水素は、燃料電池用のガスとしに生きる我々の責務。有限な地下資源に代わるエネルて使う場合はエネルギー効率の悪い資源。その理由をギー源として、人類は、太陽エネルギーの有効活用に以下に記す。

向かうべく、バイオマスや風力、太陽光、水力などを水素分子の結合力が少ないため、水素ガスを生成す使った分散型電源を適切に利用するとともに、核エネるときにメタンガス等の他のガスに比べて、より多くルギーの安心できる利用法の確立が今後の課題としてのエネルギーを投入することになる。燃料電池で水素挙げられる。また、必要なときに必要なだけのエネルガスを使うとき、この投入したエネルギーの一部しかギーを供給できるエネルギーネットワークの構築に向利用できないため、燃料電池の発電効率が見かけ上良けて、企業と利用者が互いに協力あうシステム作りがくても、燃料製造時のエネルギーを含めると総合的な大切と言える。

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環境調和型エネルギーシステムへの課題と展望

それには、学校教育におけるエネルギー教育の果たす役割は、大きく、かつ、社会から期待されている。

miyakyo-u.ac.jp/PUB/env/sub/p3.html
４）茅陽一、21 世紀の環境とエネルギー：その展望
http://www.sfc.keio.ac.jp/sfc-forum/forumnews/

参考文献

news53/forumnews53-1.html

１）経済産業省「新・国家エネルギー戦略」

５）NEDO,

http://www.meti.go.jp/press/20060531004/20060531

世界エネルギー技術の展望

004.html

http://www.nedo.go.jp/kankobutsu/report/993/993-03.pdf

２）エネルギー環境教育情報センター、６）東芝グループ、「エネルギー教育ガイドライン」

新安全設計概念による次世代原子炉の開発

http://www.icee.gr.jp/060526/press.pdf

http://www.nedo.go.jp/kankobutsu/report/993/993-03.pdf

３）橋本良仁、安江正治、

７）フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「環境教育のオンラインリンク集」http://www.curri.の項目「燃料電池」－ 40 －WETO H2 報告書概要