技術・家庭科

エネルギーと技術

技術分野（ 1 ）ものづくりとエネルギー（ 2 ）作物育成とエネルギー
技術分野

・材料と加工の技術

その他の教科

ついての課題と実践

循環型社会の観点からものづくりを見ると、資源新たな混合剤の開発や材料成分・構成の最適化などフサイクルを通して、資源やエネルギーの利用を最で高炉セメントの弱点を補い、原料由来の二酸化炭小限にし、また、資源の再生利用を最大限にするの素排出量を 6 割以上削減できる。

が望ましい。下の「循環型社会の概念図」は、4 つついての課題と実践を示している。4R に必要とされるエネルギー量は、

家 庭 分 野 …消費生活・環境に矢印の長さ（距離）に比例している。例えば、リサ

ついての課題と実践

イクルは資源の再利用にはなるが、エネルギーの投入量が少なくてすむ。また、設計の段階で廃材が出エネルギーと技術

技術分野（ 1 ）ものづくりとエネルギー
ものづくりでは、資源を材料ものづくりの流れにするとき ､ 材料を加工して製木材資源の循環ギー変換の技術や IoT と栽培のリデュース

エネルギーが使われていたのか

森林考えてみよう。

利用
消費製品

製造
加工

木材
リデュース

リユース

・設計段階で廃材を少なくする

再利用

ギーを活用することで天候や季節に左右されず、計画的に安定した品質と収量の植物を栽培できる。北海道苫小牧市にある植物工場では情報の技術を多たな農業である。

種多様なデータの処理・解析に活用し、温室内の環境を制御している。
出荷直前のミニトマト

あなたのものづくりをふり返り、どんなときにどんなものに燃やす

ごみを出さない

エネルギー

J

ごみ廃棄物

リサイクル
材料の再利用46（パーティクルボード、集成材など）

廃材●部門別電力最終消費のうちわけ（2017 年度）

ものづくりをするときに使うエネルギーを減らす新技術が開発されている。

家庭◎セメントの例◎工業炉の例

産業

36.4％

業務他
33.4％

工業炉は、石油や天然ガスなどのセメント製造に由来する二酸化炭燃料を空気を使って燃焼させる。炉

素排出量は日本全体の約 3％を占め内の温度が高温になればなるほど、ている。高炉スラグ（製鉄製造で発窒素酸化物（NOx）が大量に発生し生する副産物）の混合率を高めればエてしまうため、以前の工業炉の熱利ネルギー消費量と二酸化炭素排出量

用率は約 35% で、残りは燃焼排ガを減らせることは分かっていたが、スとともに大気中に放出されていた。

コンクリートの固まりがおそくなる

現在は日本の工業炉メーカーが共※産業には農林水産鉱建設業及び製造業を含む。
（出所）資源エネルギー庁「総合エネルギー統計」
を基に作成などの課題があった。

同で開発した「高温空気燃焼技術」「ECM セ メ ン ト 」 は、 大 学・ 企を用いた「高性能工業炉」が開発され、業のチームが成分構成から製造法、従来方式炉にくらべてエネルギー消

新しいセメントを用いた建設技術の工場では私たちが生活で利用する費量と二酸化炭素排出量が 30 ％以研究開発をおこない、高炉スラグの電気よりも多くの電気がものづくり

上、窒素酸化物（NOx）排出量が混合率を 60 〜 70％に高めたものでに使われている。

50％以上削減されている。

ある。従来セメントにくらべエネル
ギー消費量と二酸化炭素排出量が 6◎技術分野：・材料と加工の技術割以上削減されている。

◎その他の教科：・家庭分野…衣食住の生活についての課題と実践
・家庭分野…消費生活・環境についての課題と実践

関連するページ●高度栽培制御システム◆天候データ

光照度や風向きを計測●ものづくりでのエネルギーを減らす工夫

運輸 1.8％

28.4％

燃やす
腐らせる

○持続可能な社会をめざして･･･････････････････････ P.11
○太陽光発電のしくみ ･･･････････････････････････････ P.41
○スマートコミュニティと技術 ････････････････････ P.56

◆温室内環境データ
環境センサー・温度・湿度・CO2濃度・培地温度・養液pH◆統合環境制御装置

栽培に最適な環境制御

この工場ではオランダ型高度栽培CO2

技術科 ❹ エネルギーと技術

ルギーが使われている。

エネルギー水分等）を制御して栽培をおこなう施設である。人工的に作り出したエネル

省力・高品質生産を実現する新野菜工場︵北海道苫小牧市／株式会社 ファーム︶技術科 ❹ エネルギーと技術

エネルギー

自然環境

植物工場とは、施設内で植物の生育環境（光、温度、湿度、二酸化炭素、養分、技術を組み合わせることで、超とき、再利用・廃棄するときな制御システムを導入している。温室

光合成の最大化温度

ンサーが日射・風向きなどの天候くのデータを取り込み、植物の生育

水◎天然ガス…天然ガスで発電した電気は施設の機械・照明などに利用し、排熱（温水）は温室の暖房に使う。

ションシステム」という。余った電気は売電できる。

タで制御している。

…もの

天然ガス

ガス
エンジン

木質チップ

バイオマス
ボイラ

温泉熱

ヒートポンプ関連するページ○エネルギーの高度利用 ････････････････････････････････ P.52
○ヒートポンプのしくみ ････････････････････････････････ P.53

調べてみようICT 技術を活用した省エネ農業事例について

電気熱

CO2

◎バイオマス…ボイラで木質チップなどを燃やし、熱（温水）と排ガス中の二酸化炭素を温室に供給する。
◎温泉熱…温泉熱を利用してヒートポンプで温室を加植物工場温室温し、安価な熱源として利用する。
◎技術分野：
・生物育成の技術
・情報の技術◎その他の教科：・家庭分野…衣食住の生活についての課題と実践
・家庭分野…消費生活・環境についての課題と実践

発生抑制（2）（Reduce）

①

家庭環境

製造・加工

製品

利用・消費

⑧

⑥

④

再利用

再資源化

調べてみよう。

社会環境

廃棄廃棄物
③

分別

⑤
⑦

学習のねらい学習のポイント➡ライフサイクルを通じて省エネル
ギー、省資源的な方法を考慮した、材料と加工の技術の選択や管理・運用を考えることができる。

（ 2 ）作物育成とエネルギー

学習のねらい学習のポイント➡生物育成の技術とエネルギー利用の関係に気づく。
➡野菜工場のプラスとマイナスを評価し、条件に応じた栽培の技術の選択や管理・運用を考えることができる。
➡栽培の技術を評価し、条件に応じた栽培の技術の選択や管理・運用を考えるためには、エネルギー消費などの視点も必要であることに気づかせる。

CO2排出量60％以上削減

普通ポルトランドセメント

02550
構成割合

75766
100（％） 0500
1000（kg/ｔ）
二酸化炭素排出量◆植物工場とは
植物工場は、施設内で植物の生育環境（光、温度、湿度、二酸化炭素濃度、養分、水分など）を制御し育のモニタリングを基礎として、高度な環境制御と生育予測をおこなうことにより、野菜などの植物の周年・計画生産が可能な栽培施設である。

最終処分「人工光型」に分類することができる。人工光型は…行為・活動 （出所） 糸山景大 著「循環型リサイクルの創造のために」◆高性能工業炉の開発
工業炉は製造業の幅広い分野で使用されていることから、日本全体のエネルギー消費量の約 18% を占めている。効率改善の方法の一つに「リジェネレ植物工場は「太陽光型」、「太陽光・人工光併用型」、太陽光を使わずに閉鎖された施設である。LED な
どの人工光を利用し、高度に環境を制御して周年・計画生産をおこなう。2011 年には 64 か所だった人工光型植物工場は、2018 年には 183 か所※ まで増加した。
※（出所）日本施設園芸協会（2016）「大規模施設園芸・植物工場実態調査・事例集」

イティブバーナー」と呼ばれる燃焼技術があったが、生が増加してしまうため、工業炉の省エネルギー化➡ものづくりとエネルギー利用の関係性に気づく。
➡ものづくりの設計段階から省資源、省エネルギーの手段を考え、実践できるようになる。

従 来

264⑩

排熱回収率を高めるほど窒素酸化物（NOx）の発（ 1 ）ものづくりとエネルギー

高炉スラグ（60〜70％）

ECMて栽培をおこなう施設園芸のうち、環境、および生②（Reuse）に最適な条件となるようコンピュー

発電時に発生する排ガス中の二酸化炭素は光合成の促進に利用する。このシステムを「トリジェネレー発生抑制（1 ）（Refuse）

再資源化（Recycle）

データや温室内の温度・湿度など多（出所）（株）J ファーム

●植物工場における多様なエネルギー資源の活用⑨

ごみを出さない①47

内外の各所に設置したさまざまなセ➡

資源

ごみを持ち込まない

製鉄所の溶鉱炉

石膏（出所）ECM共同研究開発チーム

循環型社会の概念図●スマートアグリシステムを採用した植物工場

スマートアグリとはエネル

エネルギーの投入

燃料として利用品にするとき、製品を運搬するど製造から廃棄まで多くのエネ『【Society5.0】スマート農業とは…』
BUZZMAFF ばずまふ（農林水産省）◆スマートアグリ（農業）●木材資源による循環

鉄鋼製造の副産物の有効利用ないようにすればリフューズになる。

（ 2 ）作物育成とエネルギー 動画へ GO!

◆ものづくりと循環型社会

ECMによる二酸化炭素排出量削減効果目標ス）によって資源や製品の循環がなされていること入量が多い。一方、リユースは、エネルギーの再投技術・家庭科

ECM（エネルギー・CO2・ミニマム）セメントは、の採取から製造・加工、利用や消費、廃棄の全ライの R（リサイクル、リフューズ、リデュース、リユー

家 庭 分 野 …衣食住の生活にその他の教科

ついての課題と実践

家 庭 分 野 …消費生活・環境に『【Society5.0】
スマート農業とは…』
BUZZMAFF ばずまふ
（農林水産省）削減は難しいと考えられてきた。

◆植物工場のプラス面・マイナス面と環境負荷低減の両立は困難と考えられてきた。し〈プラス面〉植物工場は、外部からの影響を軽減、かし、1990 年代初めに熱回収率を高めても窒素酸もしくは受けずに植物の生産が可能な点である。特化物発生量が増えない燃焼方法を日本の工業炉メーに人工光型植物工場では、植物生産にとって最適なカーが発見し、高性能工業炉の開発・実用化が進んだ。 環境を作り出すことができ、計画的、安定的に周年生産できる、年間をとおして高い品質を維持できる、◆ ECM セメントの開発設置場所を選ばないなどのメリットがある。
〈マイナス面〉設備導入費や光熱費がかかるため露

日本で消費されている主なセメントは「ポルトラ地栽培にくらべて高コストであること、植物工場野ンドセメント」と呼ばれ、石灰石、粘土、珪石、石菜のブランド確立ができていないことなどから、参膏を元に作られている。セメント製造はエネルギー入事業者の経営の安定化が課題である。

技術科 ❹ エネルギーと技術

技術科 ❹ エネルギーと技術

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技術分野

家 庭 分 野 …衣食住の生活に

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・生物育成の技術
・情報の技術多消費産業であるため、大幅な二酸化炭素排出量の◆ものづくりと循環型社会47