特 集2

サステナブルでしなやかな社会を実現する環境エネルギー分野での取り組み
URL

https://journal.ntt.co.jp/article/24532

DOI

https://doi.org/10.60249/24015102

クリーンでサステナブルな社会を実現する
環境負荷ゼロ技術
NTT 宇宙環境エネルギー研究所では，環境負荷ゼロを実現するため，新たなエネルギーの創出，効率的かつレジリエント性の高いエネルギー輸送，CO2の効果的な吸収，変換の研究開発に取り組んでいます．本稿では再生可能エネルギーを最大限に有効活用する仮想エネルギー技術，高信頼な直流給電を活用した直流グリッドによる次世代エネルギー供給技術，およびカーボンニュートラルの実現に資する，海洋の食物連鎖を活用した海洋中 CO2削減技術について紹介します．

こうざい

ま さ き

香西はせが将樹
わ長谷川
いまむら

今村

はなおか/ 花岡

は づ き

壮輔

直樹

た け べ葉月そうすけ

な お き/ 武部
た な か/ 田中

ひろあき

紘明とおる

徹

NTT 宇宙環境エネルギー研究所

キーワード：# 環境負荷ゼロ，# サステナブル，# カーボンニュートラル

仮想エネルギー需給制御技術の取り組み状況
仮想エネルギー需給制御技術（図 1 ）は，全国に分散する NTT ビル内に設置されたサーバなどのICT 装置で処理する仕事（ワークロード）を時間的・空間的に適切に配置することで消費電力を調整し，再生可能エネルギー（再エネ）の地産地消をめざすもので，NTT ネットワークサービスシステ
ム研究所，NTT ネットワークイノベーションセンタとで連携して技術の確立，実証実験に取り組んでいます（1）．本技術は再エネ

図1

仮想エネルギー需給制御と直流グリッド発電の供給量予測，ビル単位やワークロード単位での電力需要予測，ICT リソースにかかわる各種予測と，先の予測に基づくエネルギー需要やワークロード配置の最適化計算，計算結果を実現するためのワークロードの制御技術など多くの要素技術から構成されます．これまでに市中技術と，開発を行った要素技術とを組み合わせ，単一拠点内での機能検証を実施してきました．2022
年度には本技術の有効性を検証するため，配線長で約 1 km 離れた 2 拠点を10 Gbit/sの回線で接続した検証環境を構築し，実験を行いました．
仮想デスクトップサービスを提供する仮想マシン（VM）を 9 個実行し，CPU およ38

図2

ワークロード移動時の消費電力の時間変化の例

びメモリに複数のパターンで負荷を印加し実験を通じて，負荷の状況と，ワークロー相当する107 W の消費電力調整ができまし

たものをワークロードとしました．これら

ドの移動にかかる時間や調整可能な消費電た．なお，VM の移動開始から完了まではのワークロードを拠点間でライブマイグレー

力量の関係を定量的に確認しました．また，約90秒かかりましたが，その間，ほぼ仮想ション（サービスを実行したまま VM を移例えばすべての VM が高負荷状態（CPUデスクトップサービスの利用者目線での影動）し，その際のエネルギーやサービス，使用率85％，メモリ使用率80％）の条件で響はみられませんでした（図 2 ）．

運用面の評価を行いました．

は，サーバ消費電力（270 W）の約35％に2024.1本検証では 2 台のサーバで実施しました特 集

Sustainable Societ y

図3

バス配線型屋外直流給電システムのシステム構成と短絡保護が，本技術を多数のサーバに適用することす．検討の最初のステップでは，通信ビル幹線と各支線に 1 台ずつ設置し，過電流遮で，ワークロードの移動による大規模な消と各需要家を １ 対 １ で接続したスター配線

断しきい値に関する条件を明確化しました．

費電力の調整につなげられる可能性があり型のシステムにおいて，電⼒融通の基本特図 3（b）のように双方向半導体遮断器をバます．今後はより遠距離や多拠点でのワー性や安全性の検証をしました ．次のス

ス配線に設置し，ある需要家から別の需要クロードの移動によりフィージビリティをテップとして，バス配線型のシステムでの家に向けて給電する方向に遮断しきい値が検証するとともに，本技術の拡大を見込ん検証を進めています．

段階的に小さくなるよう設定します．各双で，各要素技術のスケール性の検証も並行して進めていきます．

次世代エネルギー供給技術（1）

バス配線はスター配線に比べて電力線敷方向半導体遮断器は，片方向の半導体遮断設のコストにおいて経済性に優れる一方，器を逆方向に直列接続したもので，電流のある個所で短絡（電力線のプラスとマイナ方向ごとに遮断しきい値を持つことが特徴スが接触）した場合に，システム全体に大です．例えば，図 3（b）では B 点での短絡時電流が流れて需要家が停電するおそれがあに，短絡点の直近にあり，短絡電流の方向次世代エネルギー供給技術は，安全で高ります．例えば，図 3（a）のようなバス配線（緑色の矢印）に対して遮断しきい値がもっ信頼な直流給電技術を活用し，再エネの有に対し，短絡保護のために従来のようにとも小さい遮断器（ロ）のみが素早く動作

効活用と，災害時にも停電しないしなやかヒューズを挿入した場合は，バス配線に停し短絡点を切り離します．同じように，Aな電力融通を実現する技術です．

電が発生します．短絡する個所によってバ点での短絡時に，短絡点直近の遮断器（イ）近年，自然災害の激甚化が進んでおり，ス配線を流れる短絡電流の方向が変化するが短絡点を切り離します．これは他のC, D,電力融通は新たな形態によるレジリエンス

ため，B 点短絡時の電流（緑色の矢印）はE 点，X, Y, Z 点でも同様に短絡点直近の遮の向上が急務となっています．また，地球短絡点直近のヒューズ（ロ）のみで遮断で断器のみが動作し，短絡点を切り離します．

環境への配慮やエネルギー自給率の向上をきますが，A 点短絡時の電流（赤の矢印）

このように，バス配線のどの地点で短絡が目的として，再エネの導入拡大が求められは短絡点直近のヒューズ（イ）以外のヒュー発生した場合も，短絡点の直近の遮断器のています．

ズが誤遮断する可能性があります．このよみが遮断することで，短絡時の停電の影響

この課題を解決するため，直流グリッド

うに，ヒューズどうしの過電流保護協調＊ 1範囲を最小化し，バス配線の信頼性を向上

における屋外直流給電システムの研究・開がとれず，複数のヒューズが同時に遮断しすることができました．

発を推進しています（図 １ ）．直流給電シてしまい需要家が停電してしまうおそれが今後は，幹線をループ配線とした場合にステムの特徴は，蓄電池が電力線に直結さあります．そこで，短絡電流の方向が変化おいても，短絡時に停電しないシステムにれていることから，故障する可能性のあるしても遮断器どうしが過電流保護協調をと電子部品を介さずに給電できるため，高信り，短絡事故の影響が避けられない需要家頼なシステムであることです．この特徴を以外には電力融通を継続させることが技術活かし，蓄電池を持つ通信ビルと再エネを的な課題として求められます．

持つ複数の需要家間を電力線で接続し，直この課題に対し，電流の方向ごとに過電流380 V で双方向に電力融通するシステム

流遮断しきい値の設定が可能な半導体遮断の電気安全を中心とした検討を進めていま

器（双方向半導体遮断器）をバス配線の各＊1 過 電流保護協調：短絡等の事故電流を検出して事故区間のみを切り離し，他の健全回路の停電を回避するために，複数の保護装置間の動作値や動作時間を相互に調整（協調）すること．ヒューズの場合は，動作値（溶断特性）を電流の方向によって変更することができないため，ある方向の電流に対してのみヒューズどうしの協調がとれます．

2024.139

特 集 2サステナブルでしなやかな社会を実現する環境エネルギー分野での取り組み

図4

関する研究・開発を推進し，さらなるシス取り込むプロセスのことです．これらの藻た有用株育種とその評価に取り組んでいテムの高信頼化により，しなやかで安心・類は食物連鎖の中で直接的もしくは間接的ます．

安全な電力融通の実現に貢献していきます．に魚介類に捕食され，最終的には魚介類の藻類の炭素固定機構に関しては古くから体内に炭素が固定されます．現在 NTT で研究されてきましたが，炭素固定にかかわ海洋の食物連鎖を活用した海洋中CO2削減技術とその応用
近年地球温暖化は深刻な社会問題であ40

海洋の食物連鎖を活用した海洋中 CO2削減のコンセプト

は，この海洋食物連鎖を介した炭素固定プる遺伝子は完全には解明されていません．

ロセスに着目し，海洋中 CO2削減研究に取そこでまず炭素固定能力向上が期待されるり組んでいます（図 4 ）．具体的には，藻遺伝子の選定を行いました．遺伝子機能の類の炭素固定能力と，魚介類の摂餌能力や評価法として，特定の条件下において，単り，その原因の 1 つとされている大気中二成長能の双方をゲノム編集技術などの独遺伝子改変株の増殖を観察するという手酸 化 炭 素（CO2） の 削 減 は 急 務 で す．

遺伝子改変技術で向上させるほか，培養・法があります．例えば，一般的に低 CO2でIPCC（Intergovernmental Panel on Cli-

飼育条件を最適化することで，食物連鎖全は光合成反応の活性が低下することから，

mate Change：気候変動に関する政府間体での炭素固定総量の長期化・最大化をめ

低 CO2条件下で培養すると藻類の増殖は遅パ ネ ル ）の 第 ６ 次 評 価 報 告 書 によると，ざします．本研究は，藻類だけでなく魚介くなります．この低 CO2条件下において，CO2吸収の35.1％を海洋が担っており，海類も標的とすることで，従来の藻類を用いある遺伝子 A を除去した遺伝子改変藻類株＊4

洋は主要な CO2吸収源といえます．海洋にた研究が抱えていた，炭素固定期間が短いの増殖が非遺伝子改変株と比べて顕著に促よる CO2吸収量は，主に海水中に溶存してという問題を解決できると考えられます．

進されれば，遺伝子 A は低 CO2濃度条件にいるCO2の濃度に依存します．したがって，この海洋生物の食物連鎖を活用した相乗的海洋中 CO2が削減されれば，大気から海洋な海洋中 CO2 削減の実現に向け，NTT はへの CO2吸収量が増え，結果として大気中ゲノム編集技術を用いた魚介類品種改良のCO2の削減につながると期待されます．

パイオニアであるリージョナルフィッシュ

自然環境において，海洋中 CO2の一部はと共同で研究を進めています．NTT では

藻類＊ 2 の光合成＊ 3 によって固定されます．

藻類の炭素固定能力の向上をめざし，標的固定とは CO2を有機物に変換し，生体内に遺伝子の選定およびゲノム編集技術を用い2024.1＊ 2 藻類：陸上植物以外の光合成をする生物．
＊3 光
 合成：植物や藻類において，光エネルギーを利用して CO2 から有 機 物を合 成する反応系．
＊4 ゲ
 ノム編集技術：ゲノム上の任意の塩基配列を特異的に改変する技術であり, 遺伝子組換え技術と異なり外来遺伝子が細胞内に残りません．

Sustainable Societ y

フード事業実現に向け，有用藻類を育種・生産する技術を深化させていきます．

図5

特 集

■参考文献
（1） 田中・南・田中・中村・林・香西・樋口・花岡・岩本：“ 環境負荷ゼロの実現に向けた，エネルギー流通基盤技術，” NTT 技術ジャー
ナル，Vol．33，No．4 ，pp．21-25，2021．
（2） h t t p s : / / g r o u p . n t t / j p / n e w s
release/2023/06/27/230627a.html

遺伝子機能の評価法と12種の遺伝子改変株の評価結果

おいては，炭素固定に抑制的に機能していをめざします．また，さらに多くの標的遺ることが示唆されます（図 5 上部）．遺伝伝子を特定し，ゲノム編集技術を適用する

子 A にゲノム編集技術を適用すれば，低ことで，光合成活性などの炭素固定能力がCO2濃度条件で炭素固定能が向上した藻類高い株だけでなく，有用物質を蓄積するなが育種できると考えられます．

どの産業的な有用性を持った株の育種にもNTT では前述の遺伝子機能評価法を応努めます．

用し，培養時の CO2濃度を変化させること

本研究の社会実装に向けて，NTT グルー

で，炭素固定に関与する遺伝子を絞り込みプが有する有用藻類育種技術や通信技術，ました．まず12種類の標的候補遺伝子に対リージョナルフィッシュが有する最先端のして個別に遺伝子改変株を取得し，次にこ魚介類品種改良技術や養殖技術等を基盤とれらの株の増殖を評価しました．その結果，し，合弁会社「NTTグリーン＆フード（G&F

2 種類の遺伝子（遺伝子 4 ， 8 ）に関して，社）」を設立して2023年 7 月 1 日より事業（下段左から）武部  紘明/ 今村  壮輔 / 

遺伝子改変株の増殖が非遺伝子改変株と比を開始しました（2）．G&F 社では「自然の恵田中   徹べて顕著に促進されることが分かりました

みを技術で活かし，地球と食の未来をデザ（図 5 下部）．増殖が促進されるということインする」という理念の下，①環境に配慮

は，単位時間当りにより多くのCO2を吸収・した藻類の生産・販売，②その藻類を餌と固定していると考えられます．すなわち，する環境に配慮した魚介類の生産・販売，遺伝子 4 ， 8 にゲノム編集を適用すること③これらの藻類・魚介類を活用した循環型で藻類の CO2吸収量を画期的に向上させらの陸上養殖プラットフォームの提供というれる可能性があります．この遺伝子 4 ， 8三軸からなるグリーン＆フード事業の実現の発見を基に，炭素固定量向上藻類の育種をめざします．NTT ではこのグリーン＆（上段左から）香西  将樹 / 花岡  直樹/ 長谷川  葉月

地球環境の再生と持続可能かつ包摂的な社会の実現に向けて，従来の視点にとらわれない新たな視点で，環境負荷ゼロに資する研究開発を推進していきます．

◆問い合わせ先NTT 宇宙環境エネルギー研究所
企 画担当TEL 0422-59-7203
E-mail se-kensui-pb ntt.com

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