かがやけ!みんなのエネルギー

ストーリー5 3, これからかつやくする技術

学習のねらい
  • エネルギーを効率的に使うための技術の開発が進められていることを理解する。
指導上のポイント
  • 中長期的視野に立った革新的技術の技術開発が進められている。
  • しかし現在の技術では課題が多く残されており、エネルギー生産量に占める割合はまだまだ小さく価格も割高である。
  • さまざまなエネルギー利用技術の長所と短所。
関連する単元
  • 4年社会科住みよいくらしをつくる(電気やガスの確保)
  • 6年  理科 私たちのくらしと環境
  • 6年  理科 発電と電気の利用

クイズの答え 正解:③ 1年分

地球に降り注ぐ太陽のエネルギー量は、太陽が放つエネルギー量の22億分の1といわれているが、1時間分だけで世界中が1年間(365日)に消費するエネルギーに匹敵するほど膨大である。

革新的なエネルギー高度利用技術とは

クリーンエネルギー自動車や燃料電池、コージェネレーションシステム、蓄電技術などは、再生可能エネルギーの普及、エネルギー効率の飛躍的向上、エネルギー源の多様化に資する新規技術であって、その普及を図ることが特に必要なもの、と位置づけられている。

クリーンエネルギー自動車

ガソリンに比べて、二酸化炭素や排気ガスによる地球環境への影響をより少なくする燃料を使った自動車で、電気自動車やハイブリッド自動車、天然ガス自動車などの種類がある。現時点では導入初期段階にあり、コストが高い等の課題を抱えている。このため車体購入や充電設備の設置に対する補助(クリーンエネルギー自動車等導入促進対策費補助金)で普及促進が図られている。

電気自動車等の保有台数の推移

燃料電池

燃料電池とは水素と空気中の酸素を化学反応させて、直接「電気」を発生させるシステムである。燃料電池自体の発電効率は約30~60%であるが、同時に発生する熱も利用することにより、エネルギー利用効率を約80%まで高めることができる。また水素を燃料としているため、発電の際に水しか排出せず、二酸化炭素や硫黄酸化物などを排出しないなど、環境面で優れている。そのため、将来の二次エネルギーの中心的役割をになうであろうと期待されている。

家庭用燃料電池コージェネレーション(エネファーム)は、都市ガスやLPガスから取り出した水素を活用して発電や熱供給を行うシステムである。また、水素を燃料として走行し、利用時には二酸化炭素を排出しない燃料電池自動車も2014年に市場投入された。2013年度からは、水素ステーションの先行整備も開始されている。

燃料電池の化学反応

コージェネレーションシステム

コージェネレーションとは、天然ガスや石油、石炭、LPガスを燃焼させ、発電を行うと同時に発生する熱を、温水や蒸気の形で取り出し、冷暖房や給湯として利用するシステム。電気と熱を同時に利用するため、最高で約70~80%という高いエネルギー利用効率を実現できる。需要があるところに近接してシステムを設置できることから、利用用途が幅広く、その導入、拡大が期待されている。

蓄電池

電池には、化学反応によってエネルギーを電気に変換する「化学電池」と、光や熱などによる物理変化で生じるエネルギーを電気に変換する「物理電池」の2種類がある。蓄電池は化学電池のひとつで、二次電池ともよばれる。蓄電池には鉛電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン二次電池などさまざまな種類がある。その中でリチウムイオン二次電池は、体積、重量当たりの電気蓄積量が大きい上に急速充電・急速放電が可能なため、電気自動車から電力貯蔵のための定置用まで幅広い利用が見込まれている。

これまでは、電気は貯めることができないことを前提に、需要の最大値に合わせた発電設備を作る必要があった。しかし近年は、蓄電技術の進展で大容量蓄電池の開発が進んだため、発電量が多いときには大規模な蓄電池へ蓄え、少ないときやゼロのときには蓄電池から出力することが可能になる。また、家庭でも太陽光発電で発電した電力を蓄え、夜間や雨天でも使用することができる。

電池の種類