大象传媒

システム情報系　秋元 祐太朗 助教

　再生可能エネルギーの大量导入に向けた运用モデル作りから、それを支える蓄电池や燃料电池まで、脱炭素社会の実现につながる研究开発に取り组んでいるのが、秋元さんです。

　秋元さんがエネルギー研究で重视しているのが経済性と环境、安定供给のバランスです。その中でも安定供给の视点から注目しているのがレジリエンスです。非常时にどれだけ柔软に対応できるかという强じん性のことで、太阳光発电と蓄电池を备えた建物のレジリエンスの指标を开発しています。公共施设を中心に太阳光発电と蓄电池を併设した建物が増えています。再エネの导入拡大に加え、自然灾害などで外部からの电源供给が停电しても、自家発电や蓄电池の利用で一定期间、活动を継続できるというメリットがあるからです。多くの建物では、発电设备のコストと设备や蓄电池の容量が导入の指标となってきました。秋元さんは、そこにレジリエンスの観点も取り入れるべきだと指摘します。

　レジリエンスの指標としては ➀冗長性（停電時でも電力供給可能な時間の長さ） ➁余力（電力供給可能時における建物の電力需要量と供給量の差） ➂供給不足量（供給不足発生時における建物の電力需要量との供給量との差）――などの組み合わせが考えらます。今年１月には、大分県内に実在する太陽光発電と蓄電池を備えたゼロエミションビル（年間の温室効果ガスの排出量を実質ゼロにできる建物）を対象に、これら三つの指標でレジリエンスが評価できることを示した論文を発表しました。「将来的には、家電の省エネラベル表示のように誰もが分かりやすいエネルギー?レジリエンスの指標を作り、自治体や家庭での再エネ導入促進につなげたい」と秋元さんは言います。

　この研究と并行し、本田技术研究所と共同で取り组んでいたのが、リチウムイオン电池（尝滨叠）が纯正品かどうかを非破壊で见分ける手法の开発でした。再エネと蓄电池の组み合わせが役立つのは、非常时に限りません。风力や太阳光など発电に伴って二酸化炭素（颁翱2）を排出しない再エネの导入拡大は、地球温暖化対策の基本です。しかし、再エネには季节や天候によって出力が変动します。この弱点を克服する方法が蓄电池との组み合わせです。再エネで発电した电気をためておき、足りない时に补えば、安定した电力供给につながるからです。そして、蓄电池の代表格が尝滨叠です。

　尝滨叠を巡っては、纯正品でない电池（互换品）を使うことで火灾が起きるなどのトラブルが问题となっています。形状の规格化が进んだため、见た目で纯正品か互换品化を见分けることは难しいそうです。メーカーは纯正品にマークや识别用の滨颁チップをつけるなどの対策をとってきましたが、いずれも偽造可能で、根本的な解决にはなりません。

　秋元さんたちは识别の方法として磁场を使うことにしました。尝滨叠内を电流が流れると、それに伴い磁场が発生します。纯正品と互换品で内部构造が违うため、磁场の発生の仕方も异なるはずで、その违い検知すればいいと考えたのです。尝滨叠の外侧に复数の磁気センサーを取り付けて磁场を计测したところ、予想通りの结果が得られました。この手法は、尝滨叠の劣化度合いの诊断にも応用できるそうです。纯正品と互换品が混じると、电池のリサイクルも难しくなると言われていますが、この技术を用いれば、それも防げます。尝滨叠の利用に伴うさまざまなトラブル防止に役立つことでしょう。

　秋元さんたちは、磁気センサーを使った燃料电池の非破壊诊断と制御にも取り组んでいます。燃料电池は水素と酸素を化学反応させて电気エネルギーを取り出す装置です。発生するは基本的に水で、颁翱2を排出しません。再エネで水を电気分解して得られた水素はグリーン水素とも言われ、その主要な活用先の一つが燃料电池です。脱炭素社会を担うクリーンな电源となります。

　しかし、燃料电池にも弱点があります。発电时に発生する水が电池内にたまりすぎると、触媒との反応面积が少なくなり、性能が落ちるのです。一方で、水を除去しすぎると水素が透过する电池内の高分子膜が乾燥し、やはり性能が落ちてしまうのです。

　こうしたトラブルを防ぐため、电池内部に组み込んだ计测装置やさまざまなセンサーを使って水のたまり具合を検知し、制御することが行われてきましたが、コスト高につながっていました。秋元さんたちは、电池の外侧に取り付けた磁気センサーの计测データから燃料电池内の电流分布をリアルタイムで可视化して水のたまり具合を判定し、制御することに成功したのです。今までより低コストで燃料电池の安定稼働を実现できる技术です。

　実は、この技术に注目した本田技术研究所からの诱いで、尝滨叠の纯正品?互换品の识别法开発は始まりました。社会に求められることで、研究が进む好例と言えるでしょう。

　秋元さんは车好きで、もともとは机械工学に関心があり、高等専门学校に进みました。小泉纯一郎元首相が燃料电池自动车に乗るなど、环境に配虑した取り组みに関心が高まり始めた时期でした。「车も电気で动く时代になる」と思ったことが、エネルギー分野の研究に取り组むきっかけになりました。高専修了后は筑波大に编入し、大学院で燃料电池を制御する研究を进めたことが、现在につながっています。

　そんな秋元さんが挑む壁が、カーボンニュートラルです。日本も参加する地球温暖化対策の国际枠组み「パリ协定」は、地球の平均気温の上昇を产业革命前に比べ1.5度に抑えることを目标に掲げています。その実现には、2050年までにカーボンニュートラル（世界全体で温室効果ガスの排出を実质ゼロにする）にする必要があるとされています。しかし、世界の対策が顺调に进んでいるとは言えません。

　「エネルギー分野の研究は社会贡献に直结する。そこにやりがいを感じる。カーボンニュートラルは达成が困难な目标であるが、だからこそ挑まずに后悔したくはない」。そんな思いが秋元さんの研究の原动力となっています。

（文责?サイエンスコミュニケーター）