【理系オタク】

停電対応と非常用発電機兼用ガスコージェネレーションシステム

停電対応ガスコージェネレーションなら、万が一の停電時でも、ガスの供給が確保されている限り継続的・安定的な電力供給が可能。

平常時は、通常のガスコージェネレーションとして発電を行い、施設の省電力・省エネルギー化に貢献。

 

停電を検知すると、コージェネは系統電力から解列して、重要負荷への給電を継続。

 

非常用発電をかね備えたコージェネレーションは…

ガスコージェネレーションシステムを、非常時の防災電力をまかなうための非常用発電機として兼用するシステム。

 

非常用発電機兼用ガスコージェネレーションシステムでは予備燃料不要のガス専焼が認められているでつ。

ガス専焼(都市ガス単独供給)方式は、予備燃料不要のガス専焼が認められており、通常時は都市ガスによりガスコージェネレーションシステムとして稼働し、非常時も都市ガスによる非常用発電機として給電を行うシステム。

 

条件は、供給する中圧導管が400ガルの地震に耐えること(第三者機関の耐震評価が必要)、設置するガスエンジンは消防庁告示「自家発電設備の基準」に合致するものであること(停電発生後40秒以内に給電可能であること 等)

 

予備燃焼方式は…

ガス専焼方式と同じだが、非常時に万が一燃料の供給が断たれた場合のみ予備燃料で非常用発電機として給電を行うシステム。

条件は、都市ガスの供給導管は中圧導管あるいは低圧導管(耐震評価は不要)

予備燃料はCNGまたはLPG(重油などの液体燃料でも可能)

設置するガスエンジンは消防庁告示「自家発電設備の基準」に合致するものであること(停電発生後40秒以内に給電可能であること 等)

両方式とも1台設置が可。

法規とかでは…

消防庁予防課長通達 第137号、第102号によります。

都市ガス単独供給方式の場合、ガス供給系統の評価を行うため、日本内燃力発電設備協会にて技術評価が必要です。

消防庁予防課長通達 79号によります。

「ガル」とは、地震の揺れの強さを表す加速度の単位で400ガル以上が震度7に相当します。

平成18年4月1日施行 消防庁告示「自家発電設備の基準」の一部改正により、要件が緩和されたでつ。

但し、 所轄消防署との協議が必要。

圧縮天然ガス

でつなぁ~

まさにスマートコミュニティの主機でつなぁ~

一度は見たいロケットの打ち上げでつなぁ~

民間へ移管してからは100%ではないかなぁ~

さすがは、JAXAでつなぁ~

指導が行き届いてるでつなぁ~

種子島は、鉄砲が入ってきて革命を起こしたでつなぁ~

宇宙旅行も、間近かなぁ~

その時の発射基地は、種子島なのかなぁ~

宇宙への旅は、訓練とかどうするのかなぁ~

とかいろいろと心配するけど、一度は発射するとこみたいなぁ~

熱供給事業

地域熱供給(地域冷暖房)は、冷水や温水等を一箇所でまとめて製造し、供給するシステム。
”まとめて”製造・供給することによって省エネルギーや省CO2など様々なメリットを実現。

建物別冷暖房方式は、建物ごとに冷暖房・給湯を行う方式で、ビルの屋上や窓にエアコンの屋外機が設置。
建物ごとに冷暖房・供給設備を設置するのでエネルギーや設備のためのスペースがより多く必要。

地域熱供給式は、複数の建物に対して、一箇所にまとめた冷暖房・給湯設備で製造した冷・温水等を供給するシステム。

設備を一箇所にまとめ、供給しますのでエネルギーを効率的に使えます。またスペースに無駄が生じないでつ。

1か所又は数か所の熱供給設備(プラント)から冷水・温水・蒸気などの熱媒を、導管を通して複数の建物等に供給し、冷房・暖房・給湯などを行う事業を『地域熱供給』というでつ。

この中で、複数の建物等に熱を供給し、加熱能力21ギガジュール/時以上の規模を持つ事業は、「熱供給事業法」が適用
個々の建物での熱源設備に比べ下記の特長を有する『地域熱供給』は、優れた省エネルギー性・環境保全性・防災性に加え、スマートシティやBCD(業務継続地区)の構築に必要不可欠な熱エネルギー供給システムとして期待されているでつ。

 

特徴は、熱源設備の集約化・大容量化により、優れた省エネルギー性・環境性を実現。
再生可能エネルギー熱や都市排熱の有効活用が可能。
高度な運転技術による省エネルギーと安定供給を実現。
非常時においても、熱エネルギーや電気を一定期間供給できるシステム構築が可能。

熱源は、ガス、電気、石油などを燃料とするほか、海水、河川水、下水等の再生可能エネルギー熱やごみ焼却場、地下鉄、変電所等の都市にあふれるさまざまな排熱エネルギーを利用が可能。

プラントは、地域全体の冷暖房や給湯のエネルギーとなる冷水、温水、蒸気をボイラー、冷凍機、ヒートポンプなどの設備により集中的に製造する施設。

地域導管は、プラントから直埋設や共同構内の導管を通して、地域内の建物に冷水、温水、蒸気を送るでつ。

クライアントさんは、地域導管からの冷水、温水、蒸気を利用して冷暖房や給湯ができますので、個別の熱源システムは不要になるでつ。

メリットは、地域熱供給(地域冷暖房)は省エネルギー効果を発揮することで二酸化炭素(CO2)の排出を抑え、低炭素社会の実現に貢献するでつ。

地域熱供給(地域冷暖房)は熱源設備をまとめることによって、街の機能面でも様々なメリットを発揮するでつ。

熱源設備が一箇所にまとめられることにより、熱供給を受ける建物は、余ったスペースを様々な用途に転用することができるでつ。

プラントの地下にある蓄熱層の水は、災害時には防災用水として利用できるでつ。

地域熱供給(地域冷暖房)は必要とするエネルギーを都市単位でまとめて製造し、供給することによってより大きな省エネルギー効果があるでつ。

地域に存在する“再生可能エネルギー熱”(太陽熱、地中熱、河川熱、海水熱、下水熱等)や“都市排熱”(清掃工場排熱、工場排熱、地下鉄・変電所排熱等)を地域熱供給プラントに導入し、高効率に熱をつくり、地域全体で利用することにより、大幅な省エネルギーを実現するでつ。

海水、地下水、下水処理水は、外気温に対し冬温かく夏冷たく、しかも、年間を通して温度が安定しているため、この温度差をエネルギーとして利用ができるでつ。

 

連続溶融亜鉛めっき設備

めっき製品品質とめっき性とを共に高位安定に確保することができる連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備及び製造方法。

炉内が通材路上流側から順に、通材される帯状鋼板である鋼帯を加熱する加熱帯、均熱する均熱帯、冷却する冷却帯の全3ゾーンに区分された連続焼鈍炉を、該炉からめっき浴中への鋼帯直送用閉空間路であるスナウトにて溶融亜鉛めっき浴と直結してなる連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、全3ゾーン中の少なくとも何れか1ゾーンに設けた露点計と炉内ガスの吸出口及び吹込口と、炉外に設けた水分除去装置であるリファイナーと前記吸出口及び吹込口とを接続して該接続したゾーン毎に独立に形成したリファイナーとのガス循環路と、スナウトに露点計とスナウト内を加湿する加湿器とを有し、ガス循環路毎に、接続したゾーンの露点計の計測値が目標露点と一致するようにリファイナーが動作し、且つ、スナウトの露点計の計測値が該スナウトの目標露点と一致するように加湿器が動作することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。

連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備は、帯状鋼板である鋼帯を連続焼鈍炉で連続焼鈍した後、引続き連続焼鈍炉出側のスナウトから亜鉛または亜鉛合金のめっき浴中に直送して溶融亜鉛めっきを施す設備。

連続焼鈍炉は通常、気密構造の炉内を搬送中の鋼板を高温ガス雰囲気により概ね800~1000℃に加熱する加熱帯と、次いで低温ガス吹き付けにより概ね300~600℃まで冷却する冷却帯とを有するでつ。

前記加熱後の鋼帯を均熱する均熱帯を前記加熱帯の後段に設置したものもあるでつ。

前記加熱する前の鋼帯を予熱する予熱帯を前記加熱帯の前段に設置したものもあるでつ。

光輝焼鈍炉(スナウトが無い炉のみの設備)に関し、とくに新設炉の操業開始時及び補修後の再開時における立上げ所要時間(シーズニング時間)の大幅な短縮を可能とするために、炉壁の内張り耐火物と外壁鉄皮との境界部に配設した通気パイプを通じて炉内のガスを炉外に排出し、炉外には、前記排出したガスを吸引して同ガス中の不純物成分を除去して清浄化後、炉内に再供給する炉内ガスの循環装置を付帯設置することが記載。

金属帯用連続還元性雰囲気焼鈍装置(スナウトが無い炉のみの装置)において、リファイナー(水分除去装置であり、特許文献2ではリファイニング装置と呼称)を活用して、加熱帯の前段に設置された予熱帯のガスを冷却帯に吹き込み冷却効率向上を図ったり、逆に冷却帯のガスを予熱帯に吹き込んで予熱の効率を向上させたりする技術が記載。

炉内が通材路上流側から順に、通材される帯状鋼板である鋼帯を加熱する加熱帯、均熱する均熱帯、冷却する冷却帯の全3ゾーンに区分された連続焼鈍炉を、該炉からめっき浴中への鋼帯直送用閉空間路であるスナウトにて溶融亜鉛めっき浴と直結してなる連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備において、
前記全3ゾーン中の少なくとも何れか1ゾーンに設けた露点計と炉内ガスの吸出口及び吹込口と、炉外に設けた水分除去装置であるリファイナーと前記吸出口及び吹込口とを接続して該接続したゾーン毎に独立に形成した前記リファイナーとのガス循環路と、前記スナウトに露点計と前記スナウト内を加湿する加湿器とを有し、前記ガス循環路毎に、接続したゾーンの露点計の計測値が目標露点と一致するように前記リファイナーが動作し、且つ、前記スナウトの露点計の計測値が該スナウトの目標露点と一致するように前記加湿器が動作することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備。

国策としてのガスコージェネレーション

クリーンエネルギー〈天然ガス〉を活用し、発電時のエネルギー効率にも優れたガスコージェネレーションシステムはお客さまの省エネルギー・省コストと地球環境の保全をめざしますでつ。
節電・電力ピーク対策や電源セキュリティの向上に寄与する事ができるでつ。

2014年6月国土強靭化推進本部決定でつなぁ~

「鉄道や医療施設、福祉関連施設等の地域の重要拠点に対し、災害時や電力逼迫時にもその活動のためのエネルギーを確保し地域住民の安全や安心を確保するため、再生可能エネルギーやコージェレーション、省エネ設備等の導入を進める。」と記載。

2014年4月閣議決定でつなぁ~

「熱と電力を一体として活用することで高効率なエネルギー利用を実現するコージェネレーションは、ハイブリッド型の二次エネルギーであり、省エネルギー性に加え、再生可能エネルギーとの親和性もあり、電力需給ピークの緩和、電源構成の多様化・分散化、災害に対する強靭性を持つ。」と記載。

省エネ法でも、コージェネレーション等による電気需要平準化対策の取組みを行った場合、プラスに評価できる体系

エネファーム

家庭用の燃料電池でクリーンエネルギーである天然ガスから水素を取り出し、空気中の酸素と化学反応させることで、エコな電気を生み出すのが「エネファーム」。

エネファーム」とは、「エネルギー」と「ファーム=農場」の造語でつなぁ~

燃料電池の燃料は天然ガス。

さてそりからどうやって水素を作るかというと…

水素は、天然ガスやナフサなどの化石資源から水蒸気改質法、部分酸化法、自己熱改質法などの方法で製造するでつ。

水蒸気改質法は、メタンを原料とし、水蒸気を使用して水素を得る改質方法で、最も一般的に工業化されている水素の製造方法。

部分酸化法は、灯油のような炭化水素と空気を反応させて水素を主成分とするガスを製造する改質方法

自己熱改質法は、部分酸化による発熱と水蒸気改質による吸熱を制御し、熱の出入をバランスさせながら水素を製造する改質方法。

中でも、天然ガスの水蒸気改質法については、広く実用化された方法で、触媒を充填した反応器の中で、天然ガスと水蒸気を反応させる過程で、水素を取り出すことができるでつ。

家庭用燃料電池では、都市ガス(メタン(CH4))を燃料とし、水蒸気改質法による「改質」により水素を生成する方法を採用し、既存の都市ガス供給のインフラを活用。

また、必要な所で水素を生成するので、扱いにくい水素を貯蔵、運搬する必要もない。

但し、水蒸気改質法で水素を取り出す場合、炭素を含んだ化石資源からの改質であるため、二酸化炭素(CO2)や一酸化炭素(CO)が発生。 

一酸化炭素(CO)は燃料電池の化学反応に悪影響があるため、水を加えた変性反応や、酸素を加える酸化反応などで、二酸化炭素(CO2)に変えたり、触媒へ吸着させる機構(設備)が必要になるでつ。

そしてそりを燃料処理器で、燃料改質部と、CO変性部、CO浄化部からなるCO処理部で構成して、都市ガス中のメタンと水蒸気を反応させ、水素を生成するでつ。

COは、CO変成部で、改質反応で発生した一酸化炭素と水(水蒸気)によるCO変成反応で二酸化炭素と水素を生成するでつ

さらにCO浄化部では、改質によって発生する一酸化炭素を除去。

残された一酸化炭素に酸素を加え、酸化させることで二酸化炭素へ変化させ、一酸化炭素を取り除くでつ。

さてその手記である燃料電池でつが原理は、燃料電池が発電をおこなう部分は『スタック』と呼ばれ、このスタックはセパレーターにはさみ込まれたMEAの集合体で構成。

個々のセパレーターには、燃料となる水素(水素リッチガス)や酸素(空気)を流すための流路が形成され、MEAの燃料極に水素、空気極に酸素が供給されるようになってて、このMEAにおける電気化学反応により発電をおこうでつ。

その中で家庭用や車に使われてるのが、固体高分子形燃料電池(PEFC)でつ。

水素が発生する燃料極、イオンが移動する電解質、空気が反応する空気極に分かかれてるでつ。

その中で、セルは、燃料極、空気極という2枚の電極が、電解質(高分子電解質膜(まく))をはさんでいるでつ。

電極にはカーボンが使われるでつ。

触媒には白金および白金系合金でつなぁ~。

 

電解質膜には、フッ素系の高分子材料が使われ、水を含ませて使用。

セルをはさみこむように配置されているのが、セパレーター。

電気を通す性質を持った炭素板等でできてるでつ。

その表面には細かいみぞが刻まれていて、そこを水素や空気が通り、電極に供給。

セル単体を積み重ねたものが、セルスタック。

直列に接続することで、高い電圧と、大きな電力が得られるでつ。

特徴は、電解質では、水素イオンの高い電導性を保つため、膜を湿潤状態に保つ必要。 

そのため、燃料や空気を予め加湿して供給するでつ。

撥水処理は、100℃以下で運転を行うため、加湿した際の水や発電によって生成された水が液体の状態で内部にたまり、 ガスが触媒層に十分に行き渡らなくなることがあるでつ。

そのため、一部の構成部材の表面には撥水処理が施されてて、水が効率よく排水されるような仕組みになっているでつ。

固体高分子形燃料電池を整理すると基本構造は、燃料極(負極)、固体高分子膜(電解質)、空気極(正極)を貼り合わせて一体化した膜/電極接合体 (Membrane Electrode Assembly, MEA) と呼ばれる基本部品を、反応ガスの供給流路が彫り込まれたバイポーラプレート (bipolar plate) と呼ばれる導電板で挟みこんで1つの基本単位を構成するでつ。

これを特に単セル (single cell)でつ。

単セルでは運転時に約0.7Vの電圧を発生。

この単セルを積層して直列接続し高電圧を得られるようにした物をセルスタック (fuel cell stack) でつなぁ~

燃料極(負極)では、水素やメタノールなどの燃料が供給され、H2 → 2H+ + 2e-(メタノールを用いた場合はCH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-)の反応によって、

プロトン(水素イオン、H+)と電子に分解。

この後、プロトンは電解質膜内を、電子は導線内を通って、空気極へと移動。

 一般に、カーボンブラック担体上に白金触媒、あるいはルテニウム-白金合金触媒を担持したものが用いられるでつ。

固体高分子膜(電解質)は、燃料極で生成したプロトンを空気極へと移動する働きを持つ。

当初はスルホ系イオン交換樹脂がジェミニ宇宙船に搭載されたでつが、現在では、プロトン伝導性の高さと安定性から、主にナフィオン(Nafion、アメリカのデュポン社の商標)などの

スルホン酸基を持ったフッ素系ポリマーが用いられていることが多いでつ。

この膜中において、プロトンは水和されてスルホン酸基上を移動。

したがって、膜中の水分が燃料極から空気極へと移動することになるでつ。

このままでは燃料極側では水分が徐々に失われてしまうので、燃料には水分を含ませる必要。

この「水を使用する」という条件から、この系は0℃以下、または100℃以上での使用が困難であるというのが欠点であるでつ。

そのため、無加湿・中高温条件において使用可能な高分子膜の開発が急務。

 また、燃料としてメタノールを用いる場合は、メタノールが電解質膜を透過してしまう「クロスオーバー現象」が発生。

クロスオーバーの結果、メタノールは空気極でも反応してしまい、起電力を大きく低下。

特に、出力密度を向上させるためメタノール濃度を高くするとクロスオーバーは顕著となるでつ。

最近ではこのクロスオーバーを抑制するために、多孔性ポリイミドやプロトン伝導ガラスを利用する方法などが研究されているでつ。

空気極(正極)では、電解質膜から来たプロトンと、導線から来た電子が空気中の酸素と反応して、4H+ + O2 + 4e- → 2H2Oの反応により水を生成。

だけど、実際はこの「酸素4電子還元」反応の効率はきわめて悪く、起電力を下げる原因になっているでつ。

 一般に、カーボンブラック担体上に白金触媒を担持したものが用いられるでつ。

以上の反応から、理論上は約1.2Vの電圧が得られるが、電極反応の損失があるため実際に得られる電圧は約0.7V。

また、燃料効率や寿命、触媒である白金が高価かつ希少であるなど改善すべき課題はきわめて多いでつ。

なお、自動車用燃料電池では1台あたり100g以上の白金が必要と言われ、資源的制約が厳しい上、車1台1億円程度のコストがかかると言われているでつ。

だけど、常温で起動するため、起動時間が短い、作動温度が低いので安い材料でも利用でき、コストダウンが可能電解質が薄い膜なので小型軽量化が可能と今、燃料電池のスタンダードとして使用されてるでつなぁ~

コージェネレーションシステムがスマートコミュニティの主機として開発や可能性はまだまだ高いでつなぁ~

未利用エネルギー利用

都市部近傍における未利用エネルギーとして、ゴミ焼却や上下水道から回収可能なエネルギーの適用が期待されてるでつ。

また、新たな未利用エネルギーとして、塗装工程等における揮発性有機を回収・利用するVOC活用方式もあるでつ。

都市部には、清掃工場が近接して設けられており、その焼却廃熱は蒸気として回収され発電等に利用されているでつが、熱が余る場合はその未利用エネルギーをさらに活用することも可能。

その場合、廃熱を高圧蒸気(4MPa程度)等として近隣の地域冷暖房施設へ供給し、蒸気タービンを用いたコージェネとして熱・電供給を行い、あるいは天然ガスコージェネと併用することにより、大きな省エネルギー・CO2削減効果が得られるケースも想定されるでつ。

また、近接した集合住宅群への熱供給事例として、東京都品川区八潮団地地区への供給事例があるでつ。

 

品川清掃工場は、品川八潮地域冷暖房へ焼却廃熱を150℃の高温水(加圧温水)として供給。

同地域冷暖房センターより総合福祉センターおよび住宅棟へ温水を、さらに商業施設には温水・冷水を供給し、年間熱需要(170TJ)の94%を廃熱で賄っているでつ。

 

揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)は、光化学オキシダントの原因物質であり、塗料や有機溶剤を使用する工場などから排出されるでつ。

既存の対策技術は主に蓄熱燃焼炉や触媒燃焼炉で燃焼処理されるでつ。

そのため、VOCの持つ燃焼エネルギーは未利用のまま捨てられるでつ。

更に、排出VOC濃度が低い場合には、安定燃焼のため、LPG等が補助燃料として使用され、これらの燃焼熱も無駄に捨てられることになるでつ。

この廃棄VOCを未利用エネルギーとみなして回収し、ガスタービンコージェネレーションの燃料として有効活用する方法が開発。

これらのシステムの適用により、VOCの排出抑制のみならず、省エネルギー、CO2削減も併せて実現できたでつ。

コージェネレーションとバイオガス

バイオエネルギーは大別すると、下水汚泥・食品廃棄物・畜産廃棄物・農業廃棄物等を原料に嫌気性発酵によってメタンガス化し、ガスエンジンや燃料電池で熱・電供給する方法と、木質廃材・廃棄物・林地残材等の固体をボイラーにて燃焼し蒸気を生産し、蒸気タービンによって電力を得る方法、そして液体のバイオ燃料をディーゼルコージェネに利用する方法があるでつ。

下水処理場や清掃工場、食品工場は都市部近傍に存在することから、嫌気性発酵によって生成するバイオガスを天然ガスと混焼させ、安定的に電力と熱の供給を得ることが可能。

 

またパイプラインがない畜産・農業系バイオガスの場合でも、生成するバイオガスの変動に効率的に対応するため、小型コージェネを台数制御によって複数台設置し対応するシステムの販売が開始されており、再生可能エネルギーの有効活用法としての普及が期待。

農林業や畜産業が盛んな地方では、木屑・製材残材・木地残材、あるいは蓄ふん(鶏糞等)を燃料とした熱電併給が多数採用。

 

収集された廃材・木屑・建設残材・蓄ふん等は、集積場所に貯留された後、ボイラーにて焼却され高圧蒸気が生産される。高圧蒸気は蒸気タービンに送られて発電し、タービン出口の低圧蒸気は燃料の乾燥あるいは外部へ供給するでつ。

次世代製鉄技術でCO2排出3割減、実証炉で効果確認

産業界で最大量の二酸化炭素(CO2)を排出する鉄鋼業。

そうした状況をなんとか打開しようと、官民挙げて排出を抑える次世代製鉄技術の開発が着実に進んでいるでつ。

最終目標は製鉄プロセスの全面的な見直しや最新技術の導入で、現状と比べてCO2を3割削減すること。試験高炉ではメドがつきつつあり、2030年前後に実用化にこぎ着けたい考え。

君津製鉄所(千葉県君津市)。一般的な高炉の4分の1の高さの「ミニ高炉」で世界最先端の製鉄技術の実証試験が進んでいるでつ。

16年3月の稼働後、今年7月中旬までに3回の試験操業を実施。試験高炉ではあるものの、CO2を3割程度削減できることを確認。

鉄鋼業によるCO2の排出量割合は日本の産業部門で最大の約45%。日本全体でも約14%を占めるでつ。

地球温暖化の主因とされるCO2の排出削減に向けて、化学や機械など鉄鋼以外の製造業や家庭部門は小さな削減を積み重ねているでつ。

しかし、鉄鋼業の抜本的な排出削減が全体の排出量を大きく左右するだけに、新技術の確立には大きな期待がかかっているでつ。

 鉄鉱石から鉄をつくるには、酸素分を取り除くための「還元」工程で石炭を蒸し焼きにしたコークスが必要。

高炉ではコークスの炭素(C)が鉄鉱石の酸素(O2)を奪い、CO2が生じる。

300年も続く高炉法で鉄を生産する限り、鉄の生産に比例してCO2の排出が増えてしまうのは避けられないでつ。

新日鉄住金やJFEスチール、神戸製鋼所など国内高炉大手などは08年から新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と協力して次世代技術のプロジェクトに着手。

16年に君津製鉄所に試験プラントを建設し、試験を繰り返し。

「今のところ我々の想定通りで進んでいる」。プロジェクトリーダーを勤める新日鉄住金の荒木恭一製銑技術部長はこれまでの取り組みを振り返るでつ」。

 

 CO2の3割削減を実現するには、主に2つの技術を組み合わせるでつ。

一つ目は石炭の代わりにCO2を排出しない水素で鉄鉱石を還元する手法だ。プロジェクトでは水素で還元する割合を高め、コークスと水素を使用する最適値をみつけ、10%程度を削減。

もう一つはCO2の分離・回収と貯留技術の確立。

経済産業省などは高炉で発生したガスを専用設備に吸着させ、地中や海底深くにとじこめる技術の確立をめざしているでつ。

まずはCO2を1トン当たり2000円程度で分離・回収できる技術開発を急いでいるでつ。

世界の鉄鋼業を見渡すと、日本の高炉メーカーの製鉄技術が現状でも最も効率が高い。地球環境産業技術研究機構(RITE)によると、1トンの鉄をつくるためのエネルギー効率は日本を100とした場合に、中国が117、米国は132になるというでつ。

新技術が確立できれば、国内高炉のさらなる効率の引き上げにつながる。

 課題はやはりコスト。

試験操業では「コスト面はあまり考慮せずに、まずは技術の確立を優先している」

新日鉄住金など日本の高炉は中韓勢とのコスト競争が激しさを増しており、構造的な低収益からの脱却が課題。

新技術を導入する際には海外のライバル企業と競えるだけのコスト競争力も重要。

 NEDOと国内高炉メーカーなどは今後、試験高炉の200~500倍もの生産能力がある実際の高炉で検証作業を進めるでつ。

様々なシミュレーションをしながら実績を積み重ね、まずは30年前後に1基目を稼働、50年ごろに国内すべての高炉で普及をめざす道筋を描いているでつ。

 

 政府は30年に13年比で温暖化ガス排出量を26%削減する目標を掲げ、さらに50年には80%の削減を掲げているでつ。

米国のトランプ政権は地球温暖化防止策の国際的な枠組み「パリ協定」から脱退を表明したが、「脱炭素化」の流れは今後も続く。地道な技術の積み重ねが、将来の国内鉄鋼メーカーの競争力の底上げにつながるでつ。

ドローンは…

最近はカメラ機能がついてというか上空から撮影するのが目的みたいな感じ。

スポーツとか撮影しにくいとかにいいでつなぁ~

だけどマナーとかそういうのも作らないとって感じでつなぁ~

我々と別の宇宙は本当にある

私たちが見ているこの宇宙以外にも無数の宇宙が存在し、今も次々と生まれている。

宇宙は単一のユニバースではなく、多数の宇宙が存在する「マルチバース」。

一見SFのようだが、多くの理論物理学者たちが真剣に考え、研究している理論。

最大のきっかけは宇宙の真空エネルギーの問題。

真空エネルギーというのは宇宙が最も安定したときのエネルギーで、宇宙の性質を決める重要な値だが、宇宙観測によって計測した値が理論からの予測値より120桁以上も小さかった。

あまりに小さいので、物理学者たちは恐らく本当はゼロなのだろうと思って、それを実現する仕組みを懸命に探したが、見つからなかった。

 

1987年にノーベル賞受賞者のワインバーグが、まったく異なる解決策を提唱。

まず、真空エネルギーがもし今より数桁大きければ宇宙には星も銀河も生まれず、空っぽだったこと計算で示したでつ。

さらに、真空エネルギーが異なる宇宙が膨大にあるとの説を唱えたでつ。

膨大な数の宇宙があれば、中には真空エネルギーが理論値より120桁小さい宇宙もあるだろうと。

そして宇宙を観測し真空エネルギーを突き止める人間が存在し得るのは、そんな宇宙だけ。

これを『人間原理』と呼び、この宇宙の真空エネルギーが極めて小さい理由を説明できるでつ。

重力理論と量子力学の統合を目指す超弦理論の方程式を解くと、10の500乗個ともいわれる大量の解が出てくる。

これは実現しうる宇宙の種類が山ほどあって一つに決められないことを意味しており、当初は超弦理論の欠点だと思われていたが、最近、マルチバースとうまく整合するとの見方が出てきたでつ。

 

また、異なる宇宙がどのように生まれるかは、インフレーションの理論によって示されているでつ。

インフレーションとはこの宇宙の誕生直後に起きた加速膨張のことだけをいうのではなく、この宇宙を含む空間全体で起きており、今も続いている。

加速膨張する宇宙が別の宇宙に相転移すると、沸騰する湯の中に気泡が生じるように、もとの宇宙の中に新たな宇宙の泡ができる。

これは量子力学による確率的なプロセスなので、宇宙どうしが量子的な『重ね合わせ』になるでつ。

近年の研究の発展で、マルチバースがどんなものか具体的に明らかになりつつあるでつ。

人間はこれまで、科学を通じて自分が思っていたより小さい存在であることを学んできた。

唯一の大地だと思っていたものが太陽系にいくつもある惑星の一つの表面だと知り、その太陽系も銀河にたくさんある惑星系の一つだと知り、その銀河も宇宙にたくさんある銀河の一つだと知った。

マルチバースはとっぴな考えだと思う人もいるが、むしろ宇宙だけは現在我々が観測しているものしかないと思うほうが革命的な考えでつなぁ~

KAGRAってすごいなぁ~

アメリカのLIGOで、重力波を3回を検出したでつなぁ~
そもそも重力波とは…
重力波は、アインシュタイン博士が1916年に提唱した一般相対性理論で予想された時空の歪みが伝搬する波動現象。
その波動現象は恐ろしく小さくて検出するにはすごく困難なことと言われてて、アインシュタインの最後の宿題と言われているでつ!
重力波を検出する装置としては、「共振型重力波アンテナ」があったでつ。
こりは、重力波によって、金属でできた大きな共振体の共振振動が励起されることで重力波を検出しようとするもの。
アメリカでは「ALLEGRO」、ヨーロッパでは「EXPLORER」「AURIGA」「NAUTILUS」など、様々な共振型重力波検出装置が開発されたでつなぁ~
共振型検出器は、原理が簡単で作成しやすい長所がある一方、検出できる重力波の周波数帯域幅が、その共振体の共振周波数に限られるという短所があったでつなぁ~
そこで、マイケルソン干渉計を改良した装置を重力波検出器として利用することを提案。
干渉計では、その装置の構成が複雑かつ大規模という短所はあるけど、広帯域に重力波を検出できる長所が、重力波天文学の創生には不可欠という理由で、
現在は、ほぼレーザー干渉計型重力波検出器の開発のみとなっているでつ。
基線長が40メートルのレーザー干渉計が開発され、100Hz程度の周波数をもつ重力波に対し、約10-19 [m/rHz]という感度が達成され、その成果をもとに、現在ではLIGO計画(http://www.ligo.caltech.edu/)という基線長が4キロメートルもあるレーザー干渉計型重力波検出器が2台建設されたでつ。
ヨーロッパでも、ドイツやイギリスの研究機関が10mクラスの基線長をもつプロトタイプレーザー干渉計型検出器を開発し、現在では、基線長600メートルのGEO600(http://www.geo600.org/)という検出装置が建設され、LIGOと共同観測を行ったでつ。
イタリアとフランス、のちにオランダも参加し、VIRGO計画(http://www.ego-gw.it/)として、基線長3kmのレーザー干渉計型重力波検出装置が建設され、これもLIGOとの共同観測を行っているでつ。
オーストラリアの研究者たちも、同レベルの重力波検出器の建設を計画。
日本では、KAGRAでつなぁ~
KAGRAの特徴として、感度向上のため、他の装置にはない二つあるでつ。
一つは、旧神岡鉱山内地下200メートル以深という極めて地面振動が少なく、温度・湿度の安定な環境に設置すること。
実は地面は、風や打ち寄せる波、地球自身の固有な振動で常に振動。
それが地下に潜ることにより低減され、旧神岡鉱山内の振動は地上の1/100まで小さくなるでつ。
このことは重力波検出装置を長時間運転し、観測する上で大きな利点。
実際同じ旧神岡鉱山内に設置された、規模は20メートルサイズと小さめだけど、光が走る距離を大型干渉計並みに似せたプロトタイプ検出器(LISM重力波プロトタイプ)では極めて簡素な制御のみで、当時の複雑な制御系を組み込んだどの大型検出器も達成できていないかった1週間以上の連続運転が可能であることが示されたでつ。
二つ目は、検出器にサファイアという光学素子を使用し、かつそれをマイナス253℃(ちなみに、物理の法則上、これ以上冷やせない温度、つまり絶対0度はマイナス273.15℃。)まで冷却することで検出器の感度を制限していた熱雑音をさらに低減すること。
そのプロトタイプとして、すでに同じ旧神岡鉱山内にCLIO(Cryogenic Laser Interferometer Observatory)検出器を建設し、低温鏡を利用した検出器の実証実験が行われたでつ。
鏡を冷却するための装置。

鏡を冷却するには、液体ヘリウムではなく、電気で動く冷凍機というものが使われるでつ。
冷凍機は神岡の静粛な環境を台無しにする振動を発生させるのでつが、メーカさんの努力で世界最低振動の冷凍器が開発され、CLIOで使用されているでつ!
LIGO の記者会見での,日本人記者の KAGRA の今後の役割についての質問があったでつなぁ~
そこで、LIGO の責任者が 
1)KAGRA は唯一地下にある装置である.
2)KAGRA は唯一低温鏡を使う装置である.
3)KAGRA が参加することで,どの方向から重力波が来ても,到来したかわかる体制ができると明確に答えていでつ。
加速器の新粒子探しのように,先に見つけられると終わりという話ではないでつなぁ~
ET(EinsteinTelescope)という将来計画では,地下に腕の長さ 10 km で低温鏡を使ったレーザー干渉計を作る計画。
この装置が動き出すと今回の aLIGO の 10 万倍の数の重力波源が見つかるでつなぁ~
ET の建設のためにも KAGRA の稼働は必須。今回の発見はガリレオガリレイが自作の望遠鏡で初めて月を見たことに対応する。

その後の電磁波によって我々が得た宇宙の知見は膨大。
つまり,重力波によって解き明かされる全く新しい世界の扉を少しだけ開けた瞬間にいるのであり,その奥には膨大な智の宝庫が待っているでつ。
そんなことを読みながらKAGRAのHP見てると…
http://gwcenter.icrr.u-tokyo.ac.jp/
なんか自分って、すごいプロジェクトに関わったんだなぁ~とか思いつつ、東京大学のコンパにも参加したかったなぁ~とか思ってしまうでつなぁ~
ノーベル賞取れる可能性もまだまだあるし、そういうプロジェクトに参加したことを女子大生の前で言ってみたかったでつなぁ~
それより英語ペラペラ喋るのすごいなぁ〜

下水処理ガスで発電も標準になるでつなぁ~

消化ガスは下水汚泥を発酵処理する過程で発生するガスで、バイオマス発電の燃料となるメタンガスを含むでつ。

消化ガスは60%がメタンガスで、汚泥の発酵を促すための熱源として利用し、使い切れない分は燃焼して大気に放出。

 これにより年間約2050トンの二酸化炭素(CO2)を削減できる効果があるでつ。

発電量は年間432万キロワット時を見込み、一般家庭約970世帯の消費電力に相当。

再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度(FIT)を利用し、19年度から20年間売電。

下水処理場などで発生する消化ガスを利用する発電事業は12年にFIT制度が始まったのを受け、全国の自治体に広がっているでつ。

算数オリンピック17-①

さてボチボチと準備でつなぁ~
ということで、算数オリンピックに挑戦で頭を柔らかくするでつなぁ~
【問題】
 長方形ABCDの細長い紙をまん中から折って、ABをDCに重ねようとしたら、図1のように6センチメートルずれてしまいました。
 そこで、もう一度やり直しましたが、こんどは図2のように4センチメートルずれてしまいました。
 このとき、図1と図2の横の長さのちがいは何センチメートルですか

【答え】
 1センチメートル

【解説】
 折った後に広げたようすを図3にすると、次のようになります。

長方形ABCDの横の長さは【1】×2+6(センチメートル)と(1)×2+4(センチメートル)の2通りであらわせます。
 このことから
【1】×2+6=(1)×2+4
(1)×2-【1】×2=6-4=2(センチメートル)
 よって
(1)=【1】+1(センチメートル)
とわかります。
 1回目に折った後の横の長さは
【1】+6(センチメートル)
 2回目に折った横の長さは
(1)+4(センチメートル)=【1】+1+4=【1】+5(センチメートル)
になります。
 1回目に折った後と2回目に折った後の横の長さの差は
(【1】+6)-(【1】+5)=1(センチメートル)となります。
記号使うと展開もわかりにくいけど、数字がでるとわかりやすいでつなぁ~
ちゅうかねぇ~式の展開しても結局必要なのは実数なわけで、数学ではなく算数のは大事な気がするんだけど…
試験も算数的な問題が多いしね!

ハイパーカミオカンデやってみたいなぁ~

ニュートリノの謎を解明するのにさらなる実験施設ということでハイパーカミオカンデが計画されてるでつ。

小柴先生のカミオカンデ、スーパーカミオカンデでノーベル賞を取ってるから、次もとなるでつなぁ~

となると国家予算も取りやすいでつなぁ~

ハイパーカミオカンデは、現行のスーパーカミオカンデを凌駕する巨大水タンクとそのタンクの中に並べる超高感度光センサーからなるでつ。

この実験装置は、素粒子を観察する「顕微鏡」であると同時に、飛来するニュートリノを用いて太陽や超新星爆発を見る「望遠鏡」でもあるでつ。

陽子崩壊の発見やニュートリノのCP対称性の破れ(ニュートリノ・反ニュートリノの性質の違い)の発見、超新星爆発ニュートリノの観測などを通して、素粒子の統一理論や宇宙の進化史の解明を目指すでつ。

 

国際研究プロジェクトとして世界の研究者が協力し、2026年の実験開始を計画。

ハイパーカミオカンデ検出器は、直径74m、深さ60mの円筒形のタンクに超純水を満たしたもの。

タンクの体積は26万トン、有効体積は19万トンでスーパーカミオカンデの約10倍。

 

タンクの壁には大型の超高感度光センサーが40,000本取り付けられ、水中で発生するチェレンコフ光をとらえるでつ。

スーパーカミオカンデのものより2倍も感度の高い、世界最大かつ最高感度の光センサーの開発。

光の量だけでなく検出時間もより正確に測ることができるようになるでつ。

この実験施設、やってみたいなぁ~

CO2削減、複数国で連携構想 アジア型に期待高まる

6月初、米国が地球温暖化対策の国際的な枠組み「パリ協定」からの離脱を表明したが、中国、欧州連合(EU)、日本などはパリ協定の実施を確認しており、懸念された離脱の連鎖は起きていない。不透明さはないとは言えないが、パリ協定実施に向けた準備が本格化。

パリ協定の全29条の中で注目したいのは、排出量削減効果を国際間で融通し削減目標達成に使う仕組みを規定する第6条だ。クリーン開発メカニズム(CDM)など国連が集中管理する排出量取引だけの京都議定書と異なり、日本が進める「2国間クレジット制度」(JCM)など各国独自の排出量取引も可能だ。カギとなるのは削減効果を「輸出」した国と「輸入」した国の両方で削減目標達成に使う二重使用の回避であり、削減目標の意味を実質的に決めるとも言える。

 5月にボンで開かれた初会合では、各国の意見の相違から内容までの議論はなかったようだ。その直後、バルセロナに民間の専門家が多数集まったが、計画通りに2018年の気候変動枠組み条約締約国会議(COP24)で決めるのは難しいとの見方が支配的だった。

 そこで注目されたのが、複数の国が協力して実績を積み重ねる「カーボンクラブ」や「カーボンハブ」と呼ばれる構想だ。貿易に例えれば、世界貿易機関(WTO)による世界全体の統一的な仕組みは理想だが産業構造などが異なる国間の合意は大変なので、2国間協定や環太平洋経済連携協定(TPP)のような経済連携協定を結ぶのと似ている。

 ポイントは2つ。異なる制度間での排出量取引のルールや電子取引などのインフラ整備と、各国の政策を調和し長期的な視点で排出量取引市場の統合を目指す政策協調だ。市場が相互乗り入れすることで流動性を増やし、コストの引き下げや価格の安定を狙う。同じコストでより多くの削減が実現できるともいえる。

 また、企業は国境を越えて二酸化炭素(CO2)排出コストを最小化することができ、また、事実上の標準として国際ルール化が進めば、制度リスクを減らす効果もある。国際展開する企業には選択肢が増える。

 韓国やオーストラリアなどは削減目標達成のためにクレジット(排出枠)を使う独自制度を作ることを検討しており、国際民間航空機関(ICAO)は具体的な作業に入っている。また国内での排出量取引を始めようと注力する中国もCDMをベースにした独自制度を「一帯一路」の協力国やアジアインフラ投資銀行(AIIB)を通じて活用するのでは、との噂もある。米カリフォルニア州はカナダのケベック州などと市場統合を進め、メキシコなどと協力する。

 さまざまな国で独自の制度が進むが、クラブ構想の中心は排出量取引の先進地域である欧州ではなくアジア、太平洋だ。その中で期待されているのが、インドネシア、ベトナム、タイ、フィリピン、メキシコなど17カ国と協力する日本のJCMだ。

 エネルギーと表裏一体のCO2は経済関係が密接なアジア・太平洋諸国とは貿易投資を通じて既に大規模に取引されているとも言える。CO2排出にコストが課されるのは避けがたい流れだ。CO2コストを原材料と同じく取引することでコストを抑え競争力確保が期待できる。クラブ構想をアジアとの経済連携のメニューの1つとして考えたらどうだろうか。

日本らしさ世界にアピール 木で覆う新国立競技場

2019年11月完成を目指して工事が進む新国立競技場。観客席を覆う長さ62mの片持ち形式の屋根架構は木と鉄のハイブリッド構造。

5月から実大屋根鉄骨の作成準備を開始、作業手順や安全確保などを検証するでつ。

 

2020年東京五輪のメーン会場となる新国立競技場。観客の頭上はスタンドに大きく張り出した屋根で覆われる。観客席からの眺めは、巨大な木造建築でつ。

設計者は、「日本の木造の繊細さは巨大建築物であっても生かせる。新国立競技場に足を運んだ観客は、寺社仏閣に訪れたような感覚になるだろう」と語るでつ。

片持ち形式の屋根架構のトラスは2本の上弦材と1本の下弦材、これらを立体的に連結するラチス材で構成される。長さは62mに達する。3層構造のスタンドをすっぽりと覆う大きさ。

屋根の自重はスタンド外周側にある2列の支持柱で支えるでつ。

新国立競技場はスタンドのボリュームや屋根の勾配を抑えて最高高さを49.2mに抑制。

三角形断面の屋根トラスが円周方向に連続するシンプルな構造は、繰り返しの意匠的な美しさと、施工の合理性を追及した結果。

新国立競技場はスタンドのボリュームや屋根の勾配を抑えて最高高さを49.2mに抑制した。三角形断面の屋根トラスが円周方向に連続するシンプルな構造は、繰り返しの意匠的な美しさと、施工の合理性を追及した結果だ。

 

 木材が主役に見える屋根架構だが、実は「木造」ではない。屋根トラスの構造は建築基準法上、鉄骨造(S造)の扱いだ。建基法で規定する長期・短期荷重で生じた応力は、すべて鉄骨で負担する設計となっている。「日本らしさ」を表現するスタジアムは木材の活用を前提とした設計だった。しかし、防火などの制限があり、隈氏は「すべてを木造で構成するのは無理だった」と話す。JVで様々な形状の屋根を検討した結果、鉄骨部材を集成材で挟み込む「木と鉄のハイブリッド構造」の屋根トラスにたどり着いた。

 

木材が主役に見える屋根架構だが、実は「木造」ではない。屋根トラスの構造は建築基準法上、鉄骨造(S造)の扱いだ。建基法で規定する長期・短期荷重で生じた応力は、すべて鉄骨で負担する設計。

「日本らしさ」を表現するスタジアムは木材の活用を前提とした設計。

しかし、防火などの制限があり、「すべてを木造で構成するのは無理だった」と。

JVで様々な形状の屋根を検討した結果、鉄骨部材を集成材で挟み込む「木と鉄のハイブリッド構造」の屋根トラスにたどり着いたでつ。

「強風や地震などの影響で屋根が上下する動きを抑える工夫が必要だった。木と鉄のハイブリッド構造は、木部分が短期荷重による変形を抑制する剛性を付与する役割を果たす」と説明。

H形鋼と集成材を組み合わせたハイブリッド構造の部材は、ラチス材や下弦材として使用。

屋根架構にハイブリッド構造の部材を使うことを想定し、木材がどれほど軸力負担に効果を発揮するかの実験を行っているでつ。

 

「鋼材のみ」と「ハイブリッド材」の剛性を比較。その結果、ハイブリッド材ではラチス材で約10%、下弦材で約25%も鋼材のみに比べて剛性が高かった。木材は「繊維の束」であるため、繊維方向への剛性が高い性質があるため。

「下弦材に使うカラマツの木材は剛性、耐力ともに高い特性がある」と話す。屋根架構に使う木と鉄の体積比率は木材1に対して鉄骨は0.6。つまり、木材を使った部位は、より多く観客の目に映る。

一方、重量比率は圧倒的に鉄骨が大きく、木材の約10倍となる試算。

新国立競技場で使用される木材は一般的な「中断面集成材」(断面の短辺7.5cm以上、長辺15cm以上)が主となる。JVでは屋根架構を設計する際、木材の特徴を出すために大断面集成材(短辺15cm以上、断面積300cm2(平方センチメートル)以上)も考えた。

 

 しかし、大断面集成材は製作工場が限られる。施工サイドからも「大断面集成材は重いため施工に時間が掛かる」との声が上がった。

 

 2016年12月から始まった新国立競技場本体工事の全体工期は36カ月。

2018年2月から開始予定の屋根工事はプロジェクトを円滑進行する肝となるでつ。

そこで、日本全国の集成材工場やプレカット工場を活用できる中断面集成材を用いるでつ。

利用する集成材の最大寸法は、断面の短辺が12cm、長辺で45cmとなるでつ。

 

木と鉄のハイブリッド構造では、性質の異なる2つの部材の一体化に接着剤を用いない。

木材の剛性が引張と圧縮の両方に効くように、木材と鉄骨は部材の軸方向に引きボルトで接合する。部材はナットに緩み止めを用いた落下防止ボルトで取り付ける。

屋根には強風などによる外力が繰り返して加わるため、屋根全体の品質向上のために落下防止ボルトを採用。

引きボルトは伝統建築の修復などにも採用される。新国立競技場はレガシー(遺産)として東京五輪後も数十年にわたって活用する建築物。

経年変化を考慮した末、JVは将来に維持管理がより容易になるよう配慮して、物理的に木材と鉄骨をつなぎとめる手法を選択。

 

 屋根工事は同一断面の屋根ユニットを順次設置する形で進行。

1つの屋根トラスは3つのユニットに分かれており、スタンドの周方向に108列にわたって設置する。屋根トラスは全周で長さ60m、平面形状に従って幅を変えているでつ。

メーンとバックのスタンド側は屋根トラスの根元で約7.2m、先端部で約6.3m。両サイドのスタンド側ではそれぞれ約7.1mと約3.1m。

地組みしたユニットをスタンド内外に配置した大型クレーンで吊り込み、隣り合うユニットを高力ボルトで接合。

2015年11月の技術提案書によれば、屋根架構に母屋材や照明器具などを組み込んだ1ユニットの重さは最大で約50トン。

屋根工事が始まるのは旧国立競技場の青山門があった方角から。

時計回りと反時計回りの2班に分かれて作業を進めるでつ。

1班当たり1日1ユニットを取り付ける計画。

設置した屋根ユニットの分、クレーンの稼働範囲が狭くなるため、設置は工程の後半ほど難しくなるでつ。

1ユニットの地組みには9日かかるでつ。

屋根工事の期間にも地上躯体(くたい)工事や外装仕上げ工事が同時進行。

敷地は限られているため、地組みを行うスピードの向上は目下の課題。

日本スポーツ振興センター(JSC)は、5月中旬から建設予定地の南側に空いたスペースを使って、屋根ユニットの実大モックアップによる施工検証に入ったでつ。

品質と安全を両立しながら、短工期で屋根工事を終えるための手法を練り上げるでつ。

 

JSC新国立競技場設置本部の下野博史総括役は「実大ユニットは2つ作成。

ユニットの接合作業も手順を確認して、安全に早く施工できる方法を検証したい」と説明。

 木と鉄のハイブリッドは施工に細心の配慮が必要。

鉄骨がぶつかると木材が凹んでしまうから。

完成したスタジアムの景観に限らず、施工現場においても、日本的な繊細さが求められているでつ。

ヘリウム不足を救う高温超電導 日本が大きな成果

 多くの病院に設置されている磁気共鳴画像装置(MRI)やリニアモーターカーなどに利用される超電導磁石で、冷却に欠かせないヘリウムの供給不足が懸念されているでつ。

ヘリウムをできるだけ使わずに超電導磁石を実現する技術の確立が重要な課題。

その目標を達成する高温超電導の実用化に向けた研究で日本が大きな成果を上げつつあるでつ。

 将来的にヘリウムを入手しにくくなると、どれほど困るか、一般に想像する以上に深刻。

MRIに組み込んだ強力な超電導磁石は、冷却材のヘリウムが不足すると使えなくなるでつ。

JR東海が2027年に開業予定のリニア中央新幹線もヘリウムが希少な資源として高価になると、運賃に跳ね返る恐れがあるでつ。

先端技術総合研究所では新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)のプロジェクトでヘリウムを使わないMRIの開発が進められている。現在のMRIは、零下269度で液化したヘリウムでニオブ・チタン合金製の超電導磁石を冷やして使う。超電導はある種の金属が低温で電気抵抗ゼロになる現象。線状に加工してコイル状に巻くと、電流が減らず、強力な磁力を出せる。しかし最大の弱点は極めて低い温度まで冷却が必要なことだ。ニオブ・チタン合金を超電導状態にするためには液体ヘリウムが必須になる。

 

 三菱電機では液体ヘリウムが沸騰して気体に変わる温度より高温で電気抵抗がゼロになる銅酸化物系「高温超電導材料」の線材でMRI用コイルの開発に挑んでいる。電気式冷凍機で冷やせる零下253度での使用を想定している。冷凍機の冷媒にはヘリウムガスを使うが、現在のMRIで冷却に使うのに比べると1000分の1の量ですむ。昨年5月までにコイル内径36センチ、検査対象を入れるボアと呼ぶ穴の内径20センチの小型機を試作。3テスラ(テスラは磁場の単位)でマウス胎児の鮮明な断層画像の撮影に成功した。

試作したコイルの内径は、人を撮影するタイプの3分の1。現在、コイル内径56センチ、ボア径50センチの2分の1モデルを開発している。MRIが作り出す強力な磁場が外部に広がらないようとじ込めるため、コイルの外側を覆って逆向きの磁場を発生する外径120センチのシールドコイルを同時に開発。早くて2018年10月に2分の1モデルで動物の断層写真を撮影するのが目標だ。

 2分の1モデルに続いて最終的には病院で使うコイル内径98センチ、ボア径90センチの実機モデルの開発を目指している。「銅酸化物系超電導線材の価格はニオブ・チタン合金製より1桁高い。高温超電導MRIが普及するためにも、同等の価格に下がってほしい」と横山彰一主席研究員は言う。

 零下196度と液体ヘリウムより温度が高く、安価な液体窒素で冷やしても超電導になる銅酸化物が米国と日本で発見されたのは1987年以降。米国で見つかったのはイットリウムを中心とするレアアース(希土類)を含む「イットリウム系」、日本で見つかったのはビスマスを含む「ビスマス系」の高温超電導材料だ。身近な送電線やモーター、超高速コンピューターなど様々な産業分野に応用できるという期待感が高まり、それまで超電導とは無縁だった企業も研究や調査活動に参入した。

 

 ところが銅酸化物は茶わんと同じセラミックスのため割れやすく、いったんヒビが入ったら戻らない。実験室の小さな試験片では魅力的な性能を示しても、長い線材に加工すると途中の欠陥で大きな電流は流れないなど扱いにくい材料だった。産業応用を期待して参入した企業の多くは、ほどなく失望して撤退した。

そうした中で踏みとどまり、高温超電導の線材開発から応用展開まで誰もが世界のリーダーと認めるのが住友電気工業だ。現在、実用的な性能のビスマス系高温超電導線材をつくれるのは世界で住友電工だけ。フジクラ、昭和電線、古河電気工業の米国子会社のほかロシアや韓国のメーカーなども手掛けるイットリウム系線材でも、将来のニーズに応えるため開発を進めている。

 住友電工は線材だけでなく他社と組んでこれまで次々と様々な機器の開発を手がけてきた。最も代表的なのは大電流の送電に使うケーブルだ。これまでに日本だけでなく、米国や韓国のプロジェクトにも参加した。現在の送電網を置き換える交流だけでなく、将来を見据えた直流の送電実験でも成功し、既存の置き換えや新規の敷設を待っている。

 

 しかし既に敷設されている銅ケーブルを全く新しい高温超電導ケーブルに置き換えるかどうかは電力会社の判断しだいだ。銅ケーブルに対して、新たに液体窒素で冷却するシステムが必要だったり、敷設や保守管理の方法も違ったりして、スムーズに置き換えが進むとは考えられない。

そこで住友電工は政府からの支援も受けながら送電ケーブル以外の応用機器の開発も進めてきた。川崎重工業が2013年にNEDOの助成で試作した船用超電導モーターの開発に協力し、ビスマス系超電導線材を製造した。それと前後し、自社でビスマス系超電導線材を使った「冷凍機冷却超電導マグネットシステム」を製品化した。冷凍機で零下約250度まで冷やし、磁力をプラスマイナス6テスラで変化させながら、自動車や音響機器に用いられるネオジム・鉄・ホウ素系など永久磁石の特性評価向けにカタログ商品として販売している。

 

 三菱電機と同様にMRIの開発にも参加した。科学技術振興機構(JST)のプロジェクトで、12年まで神戸製鋼所や京都大学、物質・材料研究機構が開発した3テスラのMRI用高温超電導線材は住友電工製だ。ビスマス系超電導線材はイットリウム系に比べて磁場に弱い。コイル状に巻いて自分で発生した磁場を受け、臨界電流が減る量がビスマス系より多い。そのため同じ3テスラのコイルも巻き数が増えてMRI全体が大きくなると思われがちだ。しかし「3テスラならビスマス系でもMRIの寸法はそれほど変わらない。ビスマス系を使うMRIは将来の製品として特に期待している。

高温超電導ケーブルが市中の送電網でいつ使われるかまだみえない。これに対して鉄道での利用が先行する可能性もある。かつてリニア中央新幹線の元となる超電導リニアモーターカーを開発した鉄道総合技術研究所では今、鉄道に送る電力を5%減らせる技術の開発が進められている。従来の銅ケーブルを高温超電導ケーブルに変えた直流送電実験だ。

 銅は電気抵抗があるため長距離の送電中に電圧が低下する。電車の走行中はある一定以上の電圧を保つ必要があり、数キロおきに電気を供給する変電所を設けている。変電所1カ所を維持する費用は様々だが、だいたい年間2000万円ほどかかるという。高温超電導ケーブルは電気抵抗が無いため電圧が下がらない。その結果、変電所間の距離を延ばし、変電所の数を減らすことができるのだ。

 さらに電車が減速するときに回生ブレーキで発電する電気も利用しやすくなる。現在は発電した電気はすれ違う電車にしか送れないが、電気抵抗の無い超電導ケーブルを使えば、距離の離れた電車に供給できるようになる。

 これまで政府予算の支援を受け、東京都国立市にある研究所に設置した310メートルの超電導ケーブルを使い、最大電流1000アンペア、電圧1500ボルトで予備的な実験を進めてきた。超電導の効果があることを確認した。「いよいよ都市部での利用を想定した実験に着手できる」。

 

 東京都日野市にある実験所に408メートルの超電導ケーブルを敷設した。最大電流をこれまでの8倍の8000アンペアに高めた実験に間もなく着手する。21年3月までに基本的な実証試験を済ませる。「できるだけ早い時期に採用されることを期待している」

1987年から世界中で始まった高温超電導の研究で生き残った企業や研究機関は少ない。今のところ応用研究は日本が最も進んでいるとみられるが、韓国や中国、ロシア、米国がすぐ後に続く。今話題の有機ELの研究で最初に日本企業がリードしたが、途中で息切れして製品化で韓国企業に先行された。高温超電導でこの轍を踏まずに、産業利用でも日本が世界をリードできるか。産業界の最後の追い込みとともに、手遅れにならないうちに開花に向けた政府の支援を期待したい。

気象予測

まだまだ自然の謎を解くのは難しいでつなぁ~

天気予報もなかなか…

地震もだけど完璧に予知する技術はまだまだ先だなぁ~

テンソル①

スカラーとは大きさ。

例えば距離、例えば重さ、そういうものを数学用語でスカラーというでつ。

ベクトルとは大きさと向きがあるもの。

座標というものベクトルで考えることができます。それは原点をどこかにとれば、座標への向きと大きさが決まるでつ。

スカラーもベクトルもテンソルというものに属しているのでつ。

テンソルとその階数という概念を使えばスカラーを0階のテンソルといい、ベクトルを1階のテンソルというでつ。

対数①

対数は「指数」(exponent)と深い関係があります。指数とは何か。

「指数」は、数を累乗するときに、元の数の右肩に載っているあの小さな数のこと。

同じ数を繰り返し掛ける(累乗する)ときの、掛ける回数を表しているでつ。

対数(logarithm)は、実はこの指数のふたつ名、別名。つまり要は指数と同じ。同じならそれでいいじゃないか、どうして別の呼び名があるのか、まぎらわしい――当然そうなるでつ。
違う名前にした理由は、この指数というものを、刺し身のツマみたいな扱いから主役に格上げし、それ自体をクローズアップして、もっと深く研究するため

そのために書き方も、元の数の右肩に載ったままでは小さすぎてあまりにも目立たないので、単体の数値として取り出して、舞台の真ん中に出てきてもらい、そこでソロで唄ってもらってるでつ。

だけどたとえば2の3乗の「3」を単独で取り出しても、ただの数と同じで、「累乗の回数」を示す数であることが分からなくなってしまうから、その性格が計算式の中で消えないように、専用の表書き、荷札を設けて、なんの数を累乗したものなのか、いっしょに書き込んでおくでつ。

それが「ログ何々」で、この考え方は、三角比のサインコサインの表記のときと同じ

そしてこの、「専用の名札をつけて単独表記された指数」「対数」という特別な名で呼んでいるわけ。

将棋でいえば、元の「歩」と同じだけれどもパワーアップしてはるかに強力になった「と金」みたいなもの、といってもいいでつなぁ~


対数は指数と同じもので、指数を主役に格上げして単独表記したものが対数である――

三角形の面積①

【問題】
 図の三角形ABCの面積は12平方センチメートルです。角ADBが150度、角BDCが90度、AD=CDで、三角形DBCと三角形ADCの面積が等しいとき、三角形ABDの面積はいくつですか。

 

【答え】 2.4平方センチメートル

【解説】

 まず図1のようにCDの延長上にCD=DEとなるような点をEとします。角ADCは120度なので角ADEは60度です。ADとDEは同じ長さなので三角形ADEは正三角形であるとわかります。

 次に図2のようにDEの真ん中の点をFとします。角AFDは90度になります。角BDCは90度だったので、AFとBDは平行です。このとき三角形ADBの面積は三角形BDFの面積と同じになります。

 

 ここでFDはCDの半分の長さでした。三角形ADBの面積は、三角形BDCの面積の半分になります。三角形BDCと三角形ADCの面積が等しいので、三角形ABCの面積は三角形ABDの5個分です。三角形ABDの面積は、12÷5=2.4平方センチメートルとなります。

インド式教育 3ケタかけ算

日本の小学校では、「3ケタ×3ケタ」の3ケタ同士のかけ算は教えていない。現在の指導要領では「3ケタ×2ケタ」までは教えることになっているが、少し前の「ゆとり教育」(2002~08年度ごろ)では2ケタ同士のかけ算で終わっていた。

 2ケタ同士のかけ算と3ケタ同士のかけ算――。一般の方にはあまり変わらないように思えるかもしれないが、算数の教育においては決定的な違いがある。その理由を述べよう。

 2ケタや3ケタのかけ算はドミノ倒しに例えることができる。ドミノの駒はかける数やかけられる数を表す。図の左のドミノの駒2個だけでは倒すものと倒されるものだけの関係であるが、3個になると真ん中のものは倒されると同時に倒す働きをもつ。それを理解することによって、ドミノ倒しは次々と続くことが分かる。

 縦書きかけ算(筆算)の理解でも、ドミノ倒しと同じことがいえる。

 この計算では、2ケタ同士のかけ算では最初に6×9=54を行い、その十の位の5を、次に行う7×9=63に加える。ここでは「5を渡すこと」と「5をもらって加えること」は、それぞれ2個のドミノ倒しで「倒すもの」と「倒されるもの」に相当している。

 ところが3ケタ同士のかけ算では、最初に3×8=24を行い、その十の位の2を、次に行う9×8=72に加えて74となり、さらにその百の位の7を、次に行う4×8=32に加える。要するに、9×8のところでは、「2をもらって加えること」と、「7を渡すこと」の2つの作業をしていて、それは3個のドミノ倒しで「倒されると同時に倒す真ん中のもの」に相当している。

もちろん、4ケタ同士のかけ算になっても3ケタ同士のかけ算と根本的に異なる作業が増えることはない。一方、2ケタ同士のかけ算では、下から繰り上がってきた数を受け取りつつ上に数を渡すという仕組みを学ぶことができない。これでは3ケタ以上のかけ算で戸惑うことになる。

 従って、縦書きかけ算の仕組みを理解させるためには3ケタ同士のかけ算を理解することが特に重要なのである。図のように、紙が次々と出てくるティッシュボックスでも説明できる。3ケタ同士のかけ算が小学校の算数教育において大きな意味を持つことを理解いただけたと思う。

 では、どうして「ゆとり教育」で3ケタ以上のかけ算を教えるのをやめてしまったのだろうか。02年度の学習指導要領の改訂では、「2ケタ同士のかけ算ができれば、3ケタ同士のかけ算などもできる」という理由を掲げていた。こうした例は過去にも海外にもなく、無責任な考え方といえる。

 当時、教科書研究センター付属教科書図書館(東京・江東)に通い、昔の日本の教科書や諸外国の教科書を調べた。

 国民学校時代の「初等科算数 六」では、筆算の問題として

    44.9×428.7  65.2×73.29  7.61×853.7

が載っていた。3ケタ同士のかけ算をしっかり教えていた。外国の教科書を見ても同様だった。

 もちろん、4ケタ同士のかけ算になっても3ケタ同士のかけ算と根本的に異なる作業が増えることはない。一方、2ケタ同士のかけ算では、下から繰り上がってきた数を受け取りつつ上に数を渡すという仕組みを学ぶことができない。これでは3ケタ以上のかけ算で戸惑うことになる。

 従って、縦書きかけ算の仕組みを理解させるためには3ケタ同士のかけ算を理解することが特に重要なのである。図のように、紙が次々と出てくるティッシュボックスでも説明できる。3ケタ同士のかけ算が小学校の算数教育において大きな意味を持つことを理解いただけたと思う。

 では、どうして「ゆとり教育」で3ケタ以上のかけ算を教えるのをやめてしまったのだろうか。02年度の学習指導要領の改訂では、「2ケタ同士のかけ算ができれば、3ケタ同士のかけ算などもできる」という理由を掲げていた。こうした例は過去にも海外にもなく、無責任な考え方といえる。

 当時、教科書研究センター付属教科書図書館(東京・江東)に通い、昔の日本の教科書や諸外国の教科書を調べた。

 国民学校時代の「初等科算数 六」では、筆算の問題として

    44.9×428.7  65.2×73.29  7.61×853.7

が載っていた。3ケタ同士のかけ算をしっかり教えていた。外国の教科書を見ても同様だった。

 

7月24日公開の「インド工科大に日本人学生 学術人材の交流、不可欠」である。インド工科大学(IIT)はIT立国インドを支える最難関大学の一つだ。この連載「おとなの数学」の2回前の記事で日本の大学入試におけるマークシート問題の弊害について説明したが、IITの00年度の入試問題は何と16題全てが証明問題であった。優秀な人材を集めたいという大学の意気込みが伝わってくる。

 今回はIITの試験問題を一つ紹介しよう。99年度の問題で、IITの入試では並みのレベル、日本の理系進学の高校生も解くことができるだろう。理系だった方は挑戦してみてはいかがだろうか。(スマートフォンの場合、パソコンモードで見てください)

【問題】

関数fx)は次のように与えられる連続関数とする。


xy座標平面上で、直線8x+1=0の左にある第3象現で、曲線x=-2y2yfx)で囲まれる部分の面積を求めよ。

 

 

【答え】

 y=2xのグラフは(1,2)、(-1,-2)を通るので、yx2axbがそれらの2点を通るようにabを定めれば、関数fx)は連続関数になる。
       2=1+ab, -2=1-ab
を連立させて、
       a=2, b=-1
を得る。
 曲線x=-2y2yx2+2x-1の交点を第3象現で求めると、
         4y4-4y2-1=0
      4y2y+1)(y-1)-(y+1)=0
      (y+1)(4y3-4y2-1)=0
から、(-2,-1)のみが第3象現におけるそれらの交点であることが分かる(y≦0において4y3-4y2-1は常に負)。
 また、曲線x=-2y2と直線y=2xの交点を求めると、
        x=-8x2
        (8x+1)x=0 から、
(0,0)と(-1/8,-1/4)がそれらの交点であることが分かる。
 したがって、求める面積の領域は次の図の灰色部分である。
 曲線x=-2y2の第3象現の部分は、

 

 

なので、

 

を得る。

 最後に今回の記事の参考になる拙著を紹介したい。3ケタ同士のかけ算については、近著「反『ゆとり教育』奮戦記」(講談社)、IITの問題については、「新体系・高校数学の教科書(上・下)」と「出題者心理から見た入試数学」(いずれも講談社ブルーバックス)を読むと、より深く理解できる。

プロポーザル方式

主に業務の委託先や建築物の設計者を選定する際に、複数の者に目的物に対する企画を提案してもらい、その中から優れた提案を行った者を選定すること。「プロポーザル(proposal)」は「企画、提案」の意味

LED投光器

東京オリンピックも近いし、スポーツ照明もLEDが普及してきましたなぁ~

感覚はどうなのかなぁ~

まぁ~慣れだと思うけど…

バネ

パルスジェネレータ

最近のごみ処理は…

2017年6月新製品情報

神戸市向けにごみ処理発電施設

「神戸市第11次クリーンセンター整備事業」の、「第11次クリーンセンター建設工事」で、当社と株式会社大林組とのJV(特定建設工事共同企業体)が建設しました。引き続き、本年4月より「設備管理委託契約」に基づき、当社が20年間の設備管理業務を行います。

本施設は、ごみ焼却発電施設(600t/日:200t/24h×3炉)、破砕施設(20t/日)および資源ごみ積替施設にて構成されています。

ごみ焼却発電施設は、当社独自のストーカ式並行流焼却炉に、ろ過式集じん器(バグフィルタ)や排ガス再循環システムなど、高度な排ガス処理システムを設置することにより、ダイオキシン類やCO(一酸化炭素)などの有害物質の排出抑制や排ガス量の低減を実現します。また、高温高圧ボイラと排気復水タービンを組み合わせて高効率発電(最大発電量15,200kW)を行い、施設内の消費電力を賄うとともに、余剰電力を売電することで温室効果ガス(CO)の排出量削減に貢献します。

さらに、災害拠点としての強靭化を図るため、災害などで外部電源が途絶した状態でも、非常用発電機を用いて自立稼動ができ、一定期間のごみ焼却が可能な施設となっています。

なお、本施設の建設地は臨海部(ポートアイランド第2期)にあることから、港町神戸の景観に配慮し、モダンかつコンパクトなデザインを採用することで周辺環境との調和を図っています。

当社は、廃棄物処理技術において、今回納入したストーカ式焼却炉をはじめ、各種焼却技術を有しており、今後とも、多様化する環境問題やニーズに応えるため、積極的な技術開発と販売活動に取り組んでいきます。

 

■ 神戸市第11次クリーンセンター整備事業の概要

【建設工事の概要】

       
  発注者   神戸市
  受注者 川重・大林特定建設工事共同企業体
  工事名 第11次クリーンセンター建設工事
  建設場所 神戸市中央区港島9丁目12-1
  設備概要 ①焼却設備 ストーカ式並行流焼却炉600t/日(200t/24h×3炉)
      ②排ガス処理設備 ろ過式集じん器、有害ガス除去設備他
      ③飛灰処理設備 重金属類溶出防止処理
      ④余熱利用設備 蒸気タービン発電機15,200kW×1基
      ⑤破砕設備 せん断式破砕機20t/日(10t/5h×2基)

バイオガス会報

アウトレットだなぁ~

最近、携帯電話のカメラ機能がアップしたので、デジカメが…
ワープロとかと同じ道へ行きのかなぁ〜
とかいってるとマイカメラが…
ということで、電機屋さんへ…
予算的には5千円位…
見てると乾電池仕様でも、万超え…
決算セールも期待したけど…
う〜んカメラマニアでもないし、写真撮ればいいわけで…
万は出したくないなぁ〜とか…
中古でもいいかなぁ〜とか…
そんなこと考えてると、そういえば奈良ヤマダのアウトレットがあることを思い出して…
行ってみると、知らないメーカーだけど5千円以内…
ということで…

デジカメをゲッツ〜したでつ!
まぁ〜それなりには撮れるのでまぁ〜満足かなぁ〜
でも機能を集約しちゃうと専門機って何か持ってないと残れないでつなぁ〜
スマホもいいけど…

そういえば最近、ビデオってどうなるのかなぁ〜
録画とかも最近はしなくなったのかなぁ〜
車やテレビって最近の若い人には必需品ではないみたいでつなぁ〜

人と車のテクノロジー展

鉄道博物館

新潟市の新津地区は鉄道の拠点だったでつなぁ~

いろんな懐かしい電車があったでつなぁ~

電車の進歩もすごいなぁ~

エネサーブ

省エネのデータン監視でつなぁ~

サーボモータは…

インバータの性能がアップしたけど、やっぱり高精度を求めるとサーボでつなぁ~

ごみ処理発電は…

最近は海外多くなってきたでつなぁ~

防災機器

17.05新製品情報

放射線は…

いろんな影響があるでつなぁ~

耐震

サージアブソーバとか…

式を…

式の展開がいろいろと書いてるとわかりやすいでつなぁ~

でも工業系の高校はなぜ、微分積分やらなかったのかなぁ~

理系必須なのに…

テクノフロンティア

省エネとかバックアップがメインだなぁ~

ワイヤレス

この技術の安全性と安定性が充実してくれるといいんだけど…

プレミアムモータは…

高効率化、省エネの切札だけど、なかなか市場には…

だけど開発進んでますなぁ~

あと5年くらいかなぁ~

雷から…

ネットワーク社会だからこそ、雷対策重要でつなぁ~

2017.04新製品情報

省エネ建設でつなぁ~