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マグネシウム文明論についてのレポート(抜粋)

http://thinkthinkthinkthink.blog112.fc2.com/blog-entry-83.html参照



これを去年の冬に分析した。無断引用しないでね。

この本、404 Blog Not Found(http://blog.livedoor.jp/dankogai/archives/51345106.html#trackback)で知って、絶賛されていたから読んだのだが…。う~ん。
・現状把握
石油の可採年数は40年、天然ガスは60年、石炭は150年、ウランは80年程度
と言われている。技術の進歩や新しい油田、炭田の発見により、可採年数は増えている
が、しかし、2020年ごろにオイルピークを迎えるという予測がされている。エネル
ギー資源が無くなる備えとして、または取って代わるような持続可能なエネルギーが求
められる。
インドや中国らがめざましい経済成長をするにつれ、中産階級が増え、自動車や電化
製品などエネルギーを利用する機械を購入する人が爆発的に増える。それによって、エ
ネルギー消費量はますます多くなる。従来のエネルギー資源以外のエネルギー源が必要
になっている。

・原因究明
何故従来のエネルギーは好まれて利用されてきたのだろうか。第一に、低コストだか
らである。原油は1バレル(160リットル)で77ドルと低価格である。
第二に、発生する熱量が多いことがあげられる。石油、石炭は木炭の2~3倍のエネル
ギー密度を持っている。
第三に、運搬のし易さがあげられる。石油はタンカー輸入される。石炭は貨物で運ぶこ
とが出来る。
第四に、エネルギーへの変換効率が高いことがあげられる。例えば、太陽電池は約15%
に対し、石油燃焼熱を利用した火力発電所は約37%である。

・分析
マグネシウムをエネルギー資源として利用するとどうだろうか。まず、マグネシウム
を精製するコストは高く、一キログラム250円である。現在主流なのは、ピジョン法
と呼ばれる方法で、コークスを大量に利用する。マグネシウム1キログラムに対し、コ
ークス11キログラムが必要となる。
発生する熱量に関しては、マグネシウムの場合は25メガジュール/キログラムで、
石炭の30メガジュール/キログラムに比べ、やや少ない程度である。
運搬をする際には、次世代燃料として考えられる水素に比べて、マグネシウムは反応
し難く、安全性が高いと言える。しかし、腐食しやすいという欠点も持つ。また、マグ
ネシウムは金属固体であるから一キログラム辺りの体積が小さい。よって効率よく運搬
することが出来る。入手に関しては、現状ではドロマイトから生成するので原料の入手
には困らないと思われる。

・技術の導入と実用
太陽光励起レーザーの導入により、太陽光を直接レーザー光に変換することが可能に
なった。これにより、マグネシウムをレーザー法によって精製することが可能になり、
コストが大幅にダウンする。
従来の反応過程、電解法では、海水から塩化マグネシウムを取り出し、電気分解を利
用して金属マグネシウムを取り出していた。しかし、レーザーによって高エネルギーを
照射し、酸素とマグネシウムに分離させることが出来る。マグネシウム精錬には二万度
相当の熱エネルギーが必要だが、レーザーはエネルギーを一点集中できるので、熱くな
るところは局所的であり、高温になることに関する問題は無い。
実際の工程では、海水を加熱し、海水中の含水塩化マグネシウムを酸化マグネシウム
と塩酸に分解する。その酸化マグネシウムにレーザーを照射し、マグネシウムを得る。
発生した熱を奪う冷却装置にも太陽熱を利用出来る。
まず、低気圧化で水を蒸発させ、まわりから熱を奪い冷水を作る。この冷水で装置を
冷やす。蒸発した水蒸気を吸収液で除去する。吸収液を太陽熱温水により分解し、水蒸
気を凝縮させて水に戻す。というプロセスである。
これらの方法により、マグネシウムを精錬する場合、初期投資だけで良いので、最終
的に20~40円/キログラムになると見込まれている。
精製されたマグネシウムをエネルギー源として利用する方法に、例えばマグネシウム
を酸素と反応させ、空気電池を作り、自動車を動かすというものがある。空気電池は、
正極活物質に空気中の酸素を利用し、負極活物質に金属を使うというものである。マグ
ネシウムが酸素と触れると酸化が起こり、電気エネルギーが発生する。ガソリンエンジ
ンなどのように二酸化炭素は排出しない。

・波及効果と評価
マグネシウム燃料にして自動車を走らせる時代になれば、ガソリンスタンドの変わり
にマグネシウムを交換するスタンドが必要になる。そこから精製所にマグネシウムを運
搬するか、またはマグネシウム精製所を各所に作れば良い。充電する電池にはリチウム
イオン電池が主に使われているが、マグネシウムを利用した電池では7.5倍の出力が
見込まれる。
しかし、マグネシウムには腐食しやすいという欠点がある。また、一般に空気電池に
は使用する環境によって出力が変わりうるので、ガソリンなどのように安定した出力は
見込めない。例えば、冬の寒い日には電池の性能が急激に下がる。
これでは自動車を満足に利用することは出来ないのではないか。よって適用出来る範
囲は限られると思う。
また、太陽光励起レーザーの効率は1.67%、酸化マグネシウムを還元する際のエ
ネルギー変換効率は42.5%である。太陽光発電の変換効率を大きく下回っており、
マグネシウムを大量生産することは困難だと思われ、太陽光発電で直接エネルギーを得
た方が、効率が良いと思う。

・参考文献
マグネシウム文明論 矢部孝/山路達也 PHP新書 2010年1月5日第一版
エネルギー変換効率について
http://kotobank.jp/word/エネルギー変換効率 2010年2月19日閲覧
太陽光励起レーザーの効率について
http://www.iri.titech.ac.jp/research/project/pj002.html#top 2010年2月19日閲覧
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Author:Yuki
東京大学理科一類
物理工学科進学
そのまま院進学
医生系海外院行きたい。
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