新・風の谷の生活

食糧自給率の向上を目指して!

カテゴリ:地球温暖化 > 交通機関

EVの性能は、電池で決まると言っても過言ではありません。
では、どれくらいの電池容量があれば、実用的になるのでしょうか。
 
先日、リチウムイオン電池の7倍の性能を持つ電池が開発されたと書きました。
その際、リーフを例に、168kWhの容量なら、1日分を超えるとも書きました。
では、現実的な目標値は、どれくらいでしょうか。
 
タクシーは、一日に400kmも走っていた時代があるそうですが、今は300kmを
超える事はないようです。
また、一般道の平均時速は24km/hだそうですから、400kmは16時間分、
300kmは12時間分に相当します。
どうやら、1日に400kmを走りきれれば、問題は無さそうです。
ただ、実用燃費(電費?)通りの性能は出にくいものですから、余裕を見て500km
が目標値になるでしょう。
 
リーフの燃費は。114Wh/kmですから、57kWhの電池容量があれば、
実用上の問題はないでしょう。
 
 
さて、この電力を太陽電池で充電する場合、どれくらいの面積が必要でしょうか。
太陽電池は、年間を平均すると、定格の8分の1程度の発電量と言われています。 
定格を160W/㎡とすると、期待できる出力は480Wh/㎡・日となります。
57kWhを充電するためには、120㎡近い面積が必要です。
 
実は、これだけでは足りません。
太陽光発電は、昼間にしかできません。
車も、昼間を中心に使用します。
なので、太陽光発電で発電した電力を車で利用するには、蓄電する必要があります。
充・放電では、約10%がロスするので、
太陽光を蓄電する際と、車に充電する際の2回で約20%が無駄に消えます。
それも考慮すると、発電面積は、150㎡近い広さが必要になります。
 
私のようにマンション住まいだと、ベランダに太陽電池パネルを置くにしても
(本当はマンション規約に反する)、5㎡が限界でしょう。
となると、月に一回しか車に乗れない計算です。
(1日に400kmも走る場合ですけどね・・)
 
EVも、なかなか厳しいものですね。
 

京大工学研究科の田中功教授、田中勝久教授、藤田晃司准教授と
シャープの共同研究グループは、
リチウムイオン電池の寿命を6倍以上に伸ばすことに成しました。
大型リチウムイオン電池では、
正極に使われるリン酸鉄リチウムが充電時に大きく収縮するため、
ひび割れなどで劣化し、電池寿命を縮めていました。
共同研究グループは、
量子力学の理論だけを基にした計算手法で、
最適な正極の元素の組み合わせを探し、
リン酸鉄リチウムのうち、鉄の一部をジルコニウムに、
リンの一部をケイ素にそれぞれ置き換えると
体積変化が大幅に減ることが分かりました。
 
現状の性能でも、
電気自動車に利用するにはギリギリ足りていました。
でも、再利用や大型蓄電施設も考えれば、
長寿命化は、省資源化、省エネ化に大きく貢献します。
直接的な関係は低いのですが、
地球温暖化の防止にも貢献する技術です。
更には、量子力学を応用したこの手法は、
新材料の開発に広く応用ができるそうです。
人類活動の地球環境への影響を抑える研究が今後も行われることを
期待したいと思います。
 

東京大工学系研究科の水野哲孝教授らの研究チームは、次世代型の充電池を開発したそうです。
 
この充電池は、従来のリチウムイオン電池の7倍の充電容量を持つそうです。
ただ、現時点では、実験室のモデルで2倍程度で留まっているようです。
実用化の目途は、2030年頃だそうです。
 
       
 
この電池が実用化すると、何が起こるのでしょうか。
例えば、EVに搭載したら、どう変わるでしょうか。
一言でいえば、FCVが消滅します。
 
日産リーフ(初代)の充電池は24kWhですから、7倍だと168kWhとなります。
リーフの燃費は114Wh/kmですから、航続距離は1400kmを超えます。
この航続距離は、ドライバ一人で運転できる距離を超えています。
つまり、長距離ドライブであっても、1チャージで一日を走り切れるのです。
これなら、睡眠中に充電することで、どんな長距離でも走り回れることになります。
EVの欠点だった航続距離の短さはもちろん、充電に時間が掛かる点も、
一気に解決してしまいます。
 
こうなると、FCVの優位性はほぼ無くなってしまいます。
開発の容易性も考えると、EVが圧倒する可能性があると思います。

最近、このblogでは車談義が続いています。
車が(飛行機も船もですが・・・)大好きな私は、ついつい本題を忘れてしまいます。
せめて今日くらいは本題をと思い、バイオエタノールの話題を持ち出す事にしました。
 
バイオメタノールは、
生物から生成したエタノール燃料だと、誰でも知っていると思います。
廃棄する作物等からも生成できますが、
効率良く安価に生産するために、トウモロコシやサトウキビ等の食用・飼料用作物を原料にするのが一般的です。
そこで、自動車用の燃料を全てバイオエタノールに切り替えた場合、
どれくらいの食糧が自動車の排気ガスとなって消えるのかを計算してみました。
 
まず、車の年間走行距離を10000kmと仮定します。
バイオエタノール車の燃費はガソリン車の7割程度ですが、エタノールの熱量は
ガソリンの7割程度ですので、発熱量当たりの燃費はほぼ同じです。
HV車の燃費は106MJ/km(昨日の拙blogを参照)ですから、
同性能のバイオエタノール車なら、年間1060GJが必要となります。
エタノールの熱量は、29.7MJ/kgなので、35700kgを消費します。
 
エタノールの原料は、ジャガイモで生産するものとして計算します。
ジャガイモは、穀物の中では栽培面積当たりのエタノール生産量が最も大きいのです。
ジャガイモ(1t)からエタノール(68.7kg)を生成できるので、
車1台の1年分のエタノールを生産するには、約520tのジャガイモが必要です。
520tのジャガイモは、年2回の作付でも11.5haの耕作面積が必要です。
また、520tのジャガイモは、4億kcalの熱量があります。
これは、ジャガイモだけから必要な熱量を得ると仮定すると、420人の1年分の熱量に相当します。
 
 
まとめると、
車1台分のエタノールを作物から得ようとすると、420人が餓死する計算です。
どうやら、バイオエタノールを燃料にする自動車は、成立しそうにありませんね。 
 

地球温暖化の要因の大半は、化石燃料の利用が原因です。
地球温暖化防止には、化石燃料の使用量を減らさない事には始まりません。
 
化石燃料の三分の一は、交通関係で使用されているそうです。
交通関係で消費する化石燃料を減らすには、個々の改革と総合的な改革が必要です。
総合的とは、例えば長距離輸送をトラックから鉄道とフェリーにするような改革です。
ただ、既得権益の問題で、ほとんど進まないでしょうが・・・
 
 
さて、本題ですが、
個々の交通手段の内、最も身近な交通手段が自家用車です。
動力装置毎の効率を計算するために、100kmを走行するために必要なエネルギーを計算してみました。
 
HV代表のプリウス(3代目)のJC08は、32.6km/lです。
これを基に、100km走行時のエネルギーを計算すると、約106MJです。
一方、FCVは1㎥で10km走るそうです。
100kmでは10㎥が必要ですが、その時のエネルギーは約106MJです。
偶然ですが、走行に必要なエネルギーは、プリウスとFCVはほぼ同等のようです。
 
EV代表のリーフ(初代)のJC08は、114Wh/kmです。
100kmを走行するには、11.4kWhが必要です。
ジュールに変換すると、約41MJとなります。
流石に、充電池の放電ロスとモーター効率だけしかロスがないので、高効率です。
 
 
環境への影響を考える上で、それぞれのエネルギーを供給するためにどれくらいの
化石燃料を使用しているかが問題になります。
ガソリンは、精製や輸送などで、約1.1倍程度の化石燃料が必要だそうです。
燃費に換算すると、29km/lくらいです。
EVに必要な電力は、80%以上を化石燃料に頼っています。
これに送電ロスも含めると、燃費換算で38km/lくらいです。
 
残念ながら、FCVの燃料の水素は、精製に必要なエネルギーは分かりませんでした。
今後、化石燃料を制限し、かつメタンハイドレートの開発も止めた時、EVかFCVを選択するしかありません。
その判断のベースを、私は見失っています。
 

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