地球温暖化防止新技術

1. 地球温暖化防止新技術 • エネルギーの現状と再生可能エネルギー • 洋上風力発電 • 波力・海洋温度差・潮力発電 • 藻類を用いた炭化水素（石油）製造 • 低温エネルギー回収 • シェールガス・メタンハイドレート他 大阪環境カウンセラー協会 副理事長　宇田吉明

2. エネルギー資源の供給過程と利用形態

3. 世界のエネルギー消費量と人口の推移 世界人口 2000年　60億人 現在　　 72億人 2050年　90億人

4. 現在のエネルギー問題～資源調達と地球温暖化対策～現在のエネルギー問題～資源調達と地球温暖化対策～ • ■資源の調達 • ピークオイル・・・・・・・石油は半分消費、未利用のシェールオイル等が注目 • 天然ガス・・・・・・・・・・シェールガスの実現であと可採年数は２００年に延長？ • メタンハイドレード・・・可能性があるも採算が課題 • 化石資源の価格上昇トレンドと紛争による調達困難 • ■地球温暖化への対策 • 急激な気候変動を抑えるために平均気温の上昇を２℃以内に • ＣＯ2を2030年までに半減、2050年までに80%削減が世界の目標 • 化石燃料の使用を抑えるとともに、ＣＯ2の封じ込めが課題 • より効率のよい熱機関（火力発電所、自動車、燃料機器等熱利用設備）の開発 • 自然エネルギーの加速的拡大が急務

5. 資源枯渇と地球温暖化の問題 （出典：「エネルギー白書2013年」）

6. 世界的な温暖化削減の動き • ■京都議定書の成果（～２０１２） • 日本は約束の６％を達成 • ■COP21（2015年末パリ開催）に向けた動き（2020年以降の新たな枠組みつくり） • 経済優先で京都議定書に参加しなかった中国、米国（両国で世界のCO2排出量4割）の削減に向けた動き • 中国がドイツ　ボン開催の国連気候変動会議（6月）で「排出上限を検討」と発言 • オバマ大統領が「国内火力発電所のＣＯ２排出量を2030年までに05年比で30％削減」 世界的に削減に歩調を合わせた動き

7. 世界の自然エネルギー市場のトレンド （約20兆円） 太陽光発電の設置規模 中国＞米国＞ドイツ＞日本 風力発電 出典：認定 NP O法人環境エネルギー政策研究所　

8. 世界の電力供給における自然エネルギーの割合（2012 年） （出典：「自然エネルギー世界白書 2013」）

9. 世界の風力発電と太陽光発電の導入量の推移 １GW＝100万kW≒原発1基分 風力発電 太陽光発電 （出典：「自然エネルギー世界白書 2013」）

10. 世界各国の風力発電の導入量 （出典：「自然エネルギー世界白書 2013」）

11. 世界の太陽光発電の国別累積導入量（2012 年末現在） （出典：「自然エネルギー世界白書 2013」）

12. ＯＥＣＤ諸国の一次エネルギー自給率比較（２０１２年）ＯＥＣＤ諸国の一次エネルギー自給率比較（２０１２年） （出典：「エネルギー白書2013年」）

13. ドイツの再生可能エネルギーの推移 （出典：「自然エネルギー世界白書 2013」）

14. ドイツにおける電力供給の再生可能エネルギーの比率ドイツにおける電力供給の再生可能エネルギーの比率 target for 2020: > 35% ドイツの自然エネルギー法（EEG法） 電力に占める自然エネルギーの割合の目標 2020年までに35%以上 2030年までに50%以上 2040年までに65%以上 2050年までに80%以上

15. ドイツにおける電力供給の再生可能エネルギーの内訳（2012年）ドイツにおける電力供給の再生可能エネルギーの内訳（2012年） 太陽光発電 累積の導入量が5200万kWとなる時点で太陽光に対する買取制度を終了 Source: RenewableEnergy Sources in Figures, FederalMinistryforthe Environment, Nature ConservationandNuclearSafety (BMU), Berlin, July 2013

16. 日本の電源構成（発電量）の推移 出典：認定 NP O法人環境エネルギー政策研究所　

17. 日本の 100% 自然エネルギーシナリオ（WWF ジャパン ,2011 年）

18. 日本の自然エネルギーによる発電量の推計 出典：認定 NP O法人環境エネルギー政策研究所　

19. 都道府県別自然エネルギー電力供給割合 （出典：永続地帯研究会）

20. 日本の自然エネルギーによる発電設備容量と発電量の推計値（2012年度）日本の自然エネルギーによる発電設備容量と発電量の推計値（2012年度） （原発17基分） 出典：認定 NP O法人環境エネルギー政策研究所　

21. 日本の固定価格買取制度（ＦＩＴ）の設備認定設備容量日本の固定価格買取制度（ＦＩＴ）の設備認定設備容量 原発３０基分 原発７基分

22. 環境省の調査による自然エネルギーの地域別導入ポテンシャル環境省の調査による自然エネルギーの地域別導入ポテンシャル

23. 自然エネルギーの利用可能なエネルギー量日本における風力発電の導入ポテンシャル自然エネルギーの利用可能なエネルギー量日本における風力発電の導入ポテンシャル 日本の領海と排他的経済水域（EEZ)を合わせた面積は世界6位 ※自然エネルギーの最有力は洋上風力発電 ※コストを如何に下げるかが課題

24. ＥＰＲ（Energy Profit Ratio）の比較ＥＰＲ＝生産エネルギー / 投資エネルギー 出典：ウィキペディア

25. 洋上発電 ＜洋上浮力発電の経済効果＞ 風力発電に要する部品の数は2万種類以上にも及び、自動車産業に匹敵

26. 海洋エネルギー最大利用発電量 2015年までに40円 2020年に20円 2030年に5～10円 2015年までに40-60円 2020年に15-20円 2030年に8-13円 原発１６０基分 出所：NEDO「海洋エネルギーポテンシャルの把握に関わる業務（2010年）」

27. 洋上風力発電浮体式 福島洋上風力コンソーシアム 10企業＋1大学 総括：丸紅 技術アドバイザー：東大石原孟教授 浮体式洋上風力発電設備の「ふくしま未来」 （出典：福島洋上風力コンソーシアム）

28. 洋上風力発電福島洋上風力コンソーシアム（国家プロジェクト）洋上風力発電福島洋上風力コンソーシアム（国家プロジェクト）

29. 浮体式風力発電 • ■特徴 • 海底油田やガス田開発で取得した浮体式プラットフォーム技術を保有 • 油圧ドライブを採用（ギアによるメカから油圧作動） • 海底送電ケーブル技術を保有 ■メリット ・稼働率が高い30～40％（陸上風力発電は20％程度） ・環境アセスが有利（環境への影響が比較的少ない） ・設置場所の選択肢が多い ・世界をリードできる技術で将来の成長が期待（世界の市場規模、2020年には4兆円以上に拡大） ■デメリット ・建設費が高い→大型化でコストダウン ・メンテナンス費用も陸上より高価 ・漁業保障の問題が発生

30. 日本の洋上風力発電の将来性 スェーデンの洋上風力発電 • 北欧諸国では洋上風力発電が実用化 • 日本は基本技術を要するため数年後には追い付く • 人工漁礁に応用することも可能 • 陸上風力発電より２倍の稼働率で安定した電源のため、2倍のコストは許容される

31. 海洋温度差発電 海洋の表層100m程度までは太陽熱が蓄えられている。一方、極地方で冷却された海水は海洋大循環によって低緯度地方へ移動し、600～1000mの深層に沈み込んでいく原理を応用 表面　25～30℃ 深層　　5～ 6℃ の差を利用して、沸点の低いアンモニアなどを媒体に蒸気タービンを動かして発電 ■メリット ・年間を通じて安定した発電が可能 ・発電ポテンシャルは1兆kWと膨大 ■デメリット ・地熱発電に比べて温度差が小さい ・深層水汲上ポンプの動力として発電の一部を消費

32. 海洋温度差発電の将来性 • １００ｋＷ級の発電容量 • 冷媒にアンモニアを利用 • 発電コストは太陽光発電並 • 離島での活用が中心？

33. 潮流発電～海水の流れを利用する発電～ 発電量＝流体密度×回転面積（ハネの長さの2乗）×流速の3乗 　（空気に比べて水は830倍の密度） • ■利用する自然現象 • 自転による満ち潮・引き潮が1日2回ある（潮の流れは約6時間ごとに計4回、交互に変わる） • 月と太陽の引力が重なる満月と新月には「大潮」が発生（月2回） • こうした海水の流れを利用するのが潮流発電

34. 潮流発電～海水の流れを利用する発電～ • ■メリット • 発電量が予測できる • 水面下で稼働するため景観への影響はなく騒音の影響も小さい • ■デメリット • 潮流が生じる場所は、岬のような突端や海峡のような制約のある海域 • 波力や温度差発電に比べてポテンシャルは小さい（試算：世界で9000万kW開発可能）

35. 波力発電 • ■波力発電の方式 • 波の上下振動を利用する方式 • 波の水平振動を利用する方式 • 遡上波を利用して用水池に海水を貯水し水車を回転する方式 ■仕組み ・波の上下振動で作った圧搾空気を送風 ・送気でタービンを作動

36. 地熱発電 ■特徴 ・地中深くから取り出した蒸気で直接タービンを回し発電 ・地球がボイラーの役目となるのでボイラが不要 ■メリット ・天候・昼夜を問わずに安定した発電が可能 ・火山国日本には貴重なエネルギー資源 ■デメリット ・大容量の発電所ができにくい ・自然の景観に恵まれた場所が多いため十分な環境アセスが必要

37. 地熱で最大級の発電所2019年に秋田県で運転開始地熱で最大級の発電所2019年に秋田県で運転開始 出力：５千kW 深さ30～50キロメートルで1,000度程度 地熱地帯と呼ばれる地域では、深さ数キロメートルの比較的浅いところに1,000度前後のマグマ溜りがあり

38. 主な地熱発電所 2013年３月末現在

39. バイオマス資源

40. 単位面積当りのバイオ燃料の生産量 藻類産業創成コンソーシアム平成23年度「農山漁村における藻類バイオマスファームの事業化可能性調査報告書」

41. 藻類バイオマスの特徴

42. 藻類と石油 ボトリオコッカス オーランチオキトリウム • 石油は太古の昔、地球の海域で繁茂していた藻類が海中深く堆積し、高温高圧下で変性してできたもの • 1億年以上もかけて地球がつくってくれた天然資源 • 現代人はそれをただ採掘して使用しているだけ • 一方で藻類バイオ燃料は、その何億年分を科学の力で超高効率に短縮して生産しようとする人類の壮大なイノベーション

43. 油生成藻「石油を作る藻」 • 油生成藻としては現在「ユーグレナ」、「シュードコリシスチス」、「ボトリオコッカス」の3種類の研究が行われている • 単位面積あたりで生産できるエネルギー量は、同じバイオ燃料のトウモロコシの数百倍 • 日本の藻類研究の第一人者は筑波大学生命環境系・渡邉信教授

44. 藻類によるバイオマス生成メカニズム 埋立 藻類 廃棄物 バクテリア 太陽光による光合成と有機物による栄養源を元に生育 有機物

45. 日本における油生成藻への取組 ◇「藻類産業創成コンソーシアム 平成２２年４月に多くの大学や企業が発起人となって「藻類産業創成コンソーシアム」がスタート ◇IHI バイオテクノロジー・ベンチャーのネオ・モルガン研究所と協力、増殖力が高いボツリオコッカスの探索（細胞内に50％もの油を溜め込み、抽出しやすさにも優れている。増殖力が低く培養の効率が悪いことが難点だｔｔが、2週間→3日間に短縮可能。 ◇重工業大手などのチーム 2018年に日照時間が長く大規模工場の建設用地も維持費も安い東南アジアまたはオーストラリアで、航空機燃料向けにボトリオコッカスの一種の藻類から燃料を量産する計画。1リットル100円の価格を目指す。 ◇つくば市 「つくば国際戦略総合特区」の試みとして、2012年度より、藻類の屋外大量培養技術の確立に向けた実証実験が進められている。 ◇仙台市の南蒲生浄化センター 2013年5月から筑波大学、東北大学、仙台市の共同で、オーランチオキトリウムから炭化水素を得るための「藻類バイオマス実証実験」が始まった。

46. 油生成藻類の課題～コスト低減～ レギュラー・ガソリンが1リットル160円前後 藻類バイオ燃料は現在専攻の米国で1リットル500円以上 ◇米国の政策 ・巨費を投じて民間の研究開発を後押し ・国としての安全保障政策を反映（国防総省は空軍で2016年までに米国内で使う燃料の半分をバイオ燃料に置き換える目標） ・国防総省は現時点で、1リットル650円ほどでバイオ燃料を購入 ・最終的に2018年にはリットル80円にする、という目標を掲げる ◇欧州の政策 ・安全保障 ・温暖化ガスの排出削減を義務付けるため、航空機燃料のバイオ比率を高める政策 ・2020年までに、EUの空港を利用する航空機の燃料の10％をバイオ燃料にすることを義務化（EU域内の空港に乗り入れる日本の航空機もそれに従う義務）

47. ボツリオコッカス藻～光合成で油を生成～ 細胞内に50％もの油を溜め込み 抽出しやすさにも優れている 増殖力が低く培養の効率が悪いことが難点 （ＩＨＩはバイオテクノロジー・ベンチャーのネオ・モルガン研究所と協力、増殖力が高いボツリオコッカスの探索 増殖2週間→3日間 精製前の油で1Lあたり1200円→500円ほど 藻が作り出すのはナフサのような軽質油→改質することでガソリンも １バーレル当たりの生産コストが13万円 事業的諸経費、クラッキング（精製）コスト等を加えると、おおむね30万円／バレル 光合成で増殖するボトリオコッカスを日本で育てて大量の炭化水素を得るには地域的ハンデがある。 「日本の日照時間は短く、東南アジアやオーストラリア西部など海外の適地の半分ほど。気温も、平均15℃以下の月が東北では8ヵ月、九州でも4ヵ月もある。 米国では光合成を行う藻類によるバイオ燃料製造が中心になる可能性が高い。 日本には適地が少なく、実用性は低いと思われる

48. オーランチオキトリウム藻～栄養分で培養～ 光合成でなく、栄養で培養（ブドウ糖等の供与） 2009年に渡邉教授が沖縄で発見 有機排水に含まれる栄養によってオーランチオキトリウム藻は石油生成・排出 オーランチオキトリウムは、わずか4時間で2倍 藻類が乾燥重量あたりつくる炭化水素は1％未満→オーランチオキトリウムは炭化水素を20％ 藻類から精製した油を軽油に70％混ぜ、ディーゼル車を走らせることにも成功（将来は100％も可） 有機物や窒素・リン等藻類の栄養となる資源の賦存量が十分あると仮定すると、日本の休耕田のわずか5％、琵琶湖の3分の1の広さがあれば、日本の年間エネルギー輸入量を賄うことができる 収量の数倍の飼料が必要になるため、安価な飼料の選定・確保や成長速度の速い条件を如何に保持するかなどが大きな課題 エネルギー収支比（EPR：Energy Profit Ratio）＝２？ 「生産エネルギー / 投資エネルギー」 排水処理設備との組み合わせで普及が期待される

49. ボトリオコッカス＆オーランチオキトリウムハイブリッドシステムボトリオコッカス＆オーランチオキトリウムハイブリッドシステム 渡邉教授が提唱 つくば市では「つくば国際戦略総合特区」の試みとして、2012年度より、藻類の屋外大量培養技術の確立に向けた実証実験を開始 出典：渡邉信教授

50. ボトリオコッカス＆オーランチオキトリウムハイブリッドシステムボトリオコッカス＆オーランチオキトリウムハイブリッドシステム • 人間の生活廃水には有機物が豊富に含まれる。 • その有機廃水を処理した一次処理水をオーランチオキトリウムの“餌”とする。 • 下水汚泥や食品工場の廃液など有機物を含む廃棄物なら、ほとんどオーランチオキトリウムの餌になるという。これでまず、オーランチオキトリウムから炭化水素を得ることができる。 • 次に、その先の二次処理水には生活廃水中の窒素やリンなどが残されるので、今度はこれを屋外でボトリオコッカスの培養に活用し、ここでまた炭化水素を得る。 • これで窒素やリンが原因で起きるプランクトンの異常発生も防げる。 • さらに、オーランチオキトリウムとボトリオコッカスそれぞれから炭化水素を得たあとにできる残渣を、家畜の飼料やメタン発酵のための材料に利用。 • あるいは可溶化してオーランチオキトリウムの餌として利用する。このとき残渣を燃やすことになるが、出てくる二酸化炭素をボトリオコッカスの光合成に活用し、熱もオーランチオキトリウムのタンクを温めるのに活用する。 つくば市では「つくば国際戦略総合特区」の試みとして、2012年度より、藻類の屋外大量培養技術の確立に向けた実証実験を開始