宇宙エレベーターへの第一歩スタート

現在人間が宇宙に行くにはロケットに乗って行くしかないが、膨大なエネルギーが必要で、且つ多大なコストが掛かる。この問題を解消し、多くの人が宇宙に簡単に行ける様にしようというのが「宇宙エレベーター」である。

宇宙エレベーターの構想自体は1960年に出されているがその後はあまり進展しなかった。しかし1991年日本人が発見した新素材カーボンナノチューブ(CNF)が宇宙エレベーターに必要な超高性能ケーブルを実現出来る可能性が出、急速に検討が進み始めた。

大手ゼネコン大林組は大学などと共同研究をすすめており2050年の完成を目指している。

その基礎実験がいよいよ来年早々にも日本で始まる。

その準備段階として、今月9日に鹿児島県の種子島宇宙センターから打ち上げられた日本の無人補給船「こうのとり」6号機に今回の実験用の超小型衛星が積まれており、13日国際宇宙ステーション(ISS)に到着した。

超小型衛星は静岡大山極芳樹教授らのグループが作製。宇宙でのケーブルの挙動や摩擦など、基礎データを取得する。

衛星の大きさは10cmの箱形を2基合体させた形で片方に0.4mmの釣り糸を巻いたリールが入っている。ISSから放出した後、宇宙空間で二つに分離し糸を最大100m伸ばすのが今回の実験の主な目的。先ずは小さな実験からのスタートだ。

最終的な宇宙ケーブルの実現に向けての課題は、超高性能(軽く高強度)なケーブル素材の開発や宇宙で数万キロメートルに及ぶケーブルを地球から真っ直ぐに伸ばす技術の開発である。

今後の進展を注目して行きたい。

 

 

動き始めたCNF製車体研究

炭素繊維の次の新素材としてセルロースナノファイバー(CNF)の研究が盛んになってきた。CNFは鋼鉄の5分の1の重さで5倍の強度を持つため、強度が必要で重量を減らしたい自動車用途が本命と見られている。

この度京都大学とデンソー、環境省らはCNFを使い自動車の重量を1割軽くする研究を始めた。燃費が改善し走行時の二酸化炭素発生量を減らす。自動車の重量を1割軽くすると燃費が5%向上し、車1台が10万キロ走る時の二酸化炭素排出量を約0.5トン削減出来るそうだ。

環境省は17年度からの3年間で総額120億円規模を支援し、家電や住宅、産業機械にも用途を広げる方針。

共同研究には京大を中心に約20近くの企業や大学が加わる予定。その分担項目はパルプを薬品で効率よくほぐす量産技術を開発するグループ、空調やドアの部品などをシアsクスルクループ、試作車を作るグループに別れる。

実用化の最大の課題は一般の車体に使う鋼材に比べて高い価格の引き下げだ。

政府は地球温暖化対策を目指す「パリ協定」を受け、30年に温暖化ガスの排出を13年比で26%削減する目標を掲げる。削減の為の革新的技術は100件ほど考えられているがCNFは大いに期待されている。

なおCNFの液体としての利用・製品応用については、過去の記事で記述しているのでご参照願いたい。

また今後共CNFを始めとした新素材については新しい情報が入り次第記事を書く予定。乞うご期待。

 

 

水を使わず古紙再生

紙の原料はパルプで日本は大部分を輸入に頼っている。

一度使用された紙は回収されて再生されてまた紙に生まれ変わる。

再生工程では古紙を解きほぐしたり、再生させるためには大量の水を使うというのが普通のやり方だった。

しかしセイコーエプソンは、オフィスで使った用紙等からいろいろな用途の紙を作る装置を開発した。その最大の特徴はなんと水を使わないのだ。

開発した装置では、溶解ではなく機械的な衝撃によって古紙を綿状の紙繊維に戻し印字を消す。

紙繊維を結合する際も粉体の結合素材を使う。

再生して作る紙は密度や厚みを制御でき、用途にあわせて色や難燃性を付与出来るそうだ。

コスト的にまだ新しい紙に及ばないが、顧客情報などの気密性の高い文書などの処理に使われていくと思われる。

しかしなんと言ってもオフィス内に設置した装置で処理が出来るということだ。

現在1分間に十数枚の再生が可能という。

セイコーエプソンは開発した装置を年内に「ペーパーラボ」のブランドで商品化する予定。

 

水素の常温、大量輸送方法

これまでの石油から水素をエネルギー源とする水素社会が到来しようしている。

その水素の製造方法には、①天然ガス採取時に副生する水素を分離膜等で分離補集する。②天然ガスを分解して取り出す。③水を分解して取り出す。等いろいろあるが、①の方法が現在最も現実的な技術とし行われている。

その水素の貯蔵や輸送方法はこれまで水素吸蔵合金に吸収させたり、水素ガスを高圧に圧縮して耐圧性のタンクに入れる方法や水素を摂氏マイナス253度迄冷却して液体にする方法が使用されてきた。しかしこれらの方法で大量の水素を貯蔵したり運搬するには新規な大掛かりなインフラを整備する必要がある。

因みに少量の場合の例となる、トヨタの燃料電池車「ミライ」は70MPa(700kg/cm2)の高圧に圧縮された水素が炭素繊維製のタンクにいれて使われている。

これに対し、従来からも提唱されてきたにもかかわらずにあまり大きく取り上げられなかった方法がいま脚光を浴びている。

それは水素をトルエンに吸収(反応)させてメチルシクロヘキサン(MCH)と言う化合物にすると言うもの。こうすると水素の輸送や保存が常温・常圧で出来るのである。

トルエンはベンゼンにメチル基が1個ついただけの炭化水素分子で、不飽和結合(2重結合)を3個分子内に持つので水素を6個付加することが出来る。この反応で水素ガスの体積を500分の1の液体に変えることが出来る。MCHは修正ペンなど日曜品にも使われているもので日常条件で安全に取り扱える。

ただMCHから水素を取り出す技術がこれまで確立されていなかった。触媒を使う方法はあったが、耐久性が1,2日で工業用としては使えなかった。

千代田化工はプラチナを1ナノメートルよりも細かくすることで耐久性が1年ある触媒を開発し、水素を常温で貯蔵・輸送してから効率的(回収率95%以上)に取り出す手法「SPERA水素システム」を開発し日本経済新聞社の地球環境技術賞の最優秀を受賞した。

想定される水素サプライチェーンは以下の通り

まず資源国で天然ガスを産出する際に水素だけを分離する。→現地のプラントでトルエンと反応させてMCHとする。→タンカーで日本に運びプラントで水素を取り出す。→MCHは再びトルエンとなる→資源国に運ばれてMCHとするため再利用される。このサイクルと繰り返す。

 

 

パワー3倍リチウムイオン新電池

現在あらゆるところに使われているリチウムイオン電池だが、通常のリチウムイオン電池は電解質に有機系液体が使われていて、液漏れや発火の不具合がおきていた。

これに対し、電解質に液体でななく、個体が使えればこれらの欠点はなくなり、更にコンパクトに出来るがこれまで十分な電流を流せる個体が見つかっていなかった。

この度トヨタ自動車と東工大の研究チームは電解質に特殊なセラミック粉末を使い従来の3倍以上のパワーがあり、大幅に小型化出来るリチウムイオン電池を開発した。

開発した個体電解質は、シリコンとリチウム、りん、硫黄、塩素の配分を工夫して作ったもので、電流が常温で3倍、100度で10倍になるという。

今回開発されたのは厚さ1mm以下なので、十分な容量を実現するには何層も重ねる必要があるという。

論文が英科学誌「ネイチャー・エナジー」に掲載された。