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『風力発電により海水から石油代替エネルギーを回収し、CO2と廃棄物
“ゼロ” を目指した持続可能な社会を構築しよう』と言う概念から出発
① 海には食塩が在り、大陸には岩塩がある。この様に、世界中に均等に分布し、しかも枯渇の心配が全く無い燃料資源はナトリウムをおいて他に無い。
② 偏在する石油と世界中に均等に存在する海水。海水の中で最も多い金属元素・ナトリウム。このナトリウムを石油の代替エネルギーとして海水から回収し、その副産物を利用して食料やバイオエタノールを生産する。
③ 洋上風車は陸地設置と異なり「地域住民への騒音や低周波の影響」も殆ど無く、しかも陸上より安定した強い風を得ることができる。さらに洋上で‘その場’生産されたナトリウムは「電力系統」を考慮する必要はなく、固体燃料として陸の電力消費地に輸送され、「分散型電源」施設としての発電所で水と反応させ、生成した水素は水素燃焼発電用に供し、副産物の苛性ソーダはソーダ工業の原料として供給できる。また洋上工場で副産物として生産される工業用水、硫酸、塩酸などは発電所で生産される副産物・苛性ソーダと共に化学工業の基礎原料として産業を支える。
④ この様に無駄の無い「革新的技術開発」は「水素社会」の到来を早め、文字通り「低炭素社会」を建設するに足る技術であり、これらの製造プロセスは、生産・貯蔵・輸送時におけるエネルギーロスを低減し、かつ、システム全体の効率を向上させ、持続可能で資源戦争の無い世界を作ることができる。
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「食料か燃料か」
その解決策を風力発電と海に託し、 CO2や廃棄物“ゼロ”を目指す
石油の代替エネルギーとして海水から固体燃料・金属ナトリウムを回収し、その副産物を利用して食料やバイオエタノールを生産する。このような「洋上統合工場」は、生産・貯蔵・輸送時におけるエネルギーロスを低減し、かつ、システム全体の効率を向上させ、水、農水産食料、エネルギーを一括製造する。さらに、これら洋上で回収した資源は、消費地で電力や工業原料に変換して、産業を支え、持続可能で資源戦争の無い世界を作ろうとするのが本研究の骨子である。
① 資源の世界的枯渇は、資源高をもたらし、これによる資源供給国の台頭は国際社会での影響力を拡大し、しいては需要国を脅かすような資源大国が台頭して来ている。まさに資源ウオーズの始まりである。偏在する資源。埋蔵量も少ない資源。 資源は陸地だけに在らず。地球の65.7%は海洋である。海水には地球上の全ての元素が存在する。しかも均等に。分析技術が進歩した昨今では、電気分析、化学分析、熱分析を使って資源を回収するのは夢ではない。海水の95%は水であり、3.5%が塩分、残りが金属原子。水を分離した後の濃縮海水には、ナトリウム、マグネシウム、硫黄、カルシウムが存在する。（幸いにも我が国は４面を海に囲まれ、200海里の大陸棚の外周を考えると豊富な資源国に成り得る可能性を持っている）
② 偏在する石油と世界中に均等に存在する海水。海水の中で最も多い金属元素・ナトリウム。洋上風力や潮流から得られた電力と真下に在る海水を原料として、飲料水や工業用水、ナトリウム、硫酸、塩酸、苛性ソーダ、水素、酸素、燃料用エタノール、深層水ビール、野菜、魚貝類などを生産する洋上電解・エタノール・野菜・養魚統合工場。 これら統合工場をメガフロート上に建造する。
③ 金属ナトリウムは石油の代替エネルギーとして陸上の火力発電所で水と反応させ、生成した水素は水素燃焼発電用に供し、副産物の苛性ソーダは、従来のソーダ工業の最終製品である。さらに、金属ナトリウム製造工程で得られる副産物の真水、硫酸、塩酸、金属マグネシウムは、これまで大電力を使って製造していた代物。
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| まえがき 「食料か燃料か」その解決策を風力発電と海に担わせたい。幸いにも我が国は、４面を海に囲まれ、200海里の大陸棚の外周を考えると豊富な資源国に成り得る可能性を持っている。自然的・地理的条件あるいは気象条件や場所に制約されない洋上での風力・潮汐などの流体エネルギー発電や太陽熱・海底温泉・海岸温泉と水との温度差を利用した熱電子発電。これらから得られる電力とその場採取した海水を原料として電気分解を行い、飲料水や工業用水、火力発電所や都市ガス製造施設の代替石油としての水素発生源・ナトリウム、軽金属合金材料としてのマグネシウム、化学工業用原料としての苛性ソーダあるいは塩酸、硫酸、塩素、水素、酸素などを生産する「洋上電気分解工場」。そしてこれら電気分解から得られた薬品や真水と、海底の海草あるいは陸積みされたセルローズ材や穀物などを発酵させて生成する燃料用エタノールや深層水ビールを製造する「洋上エタノール工場」。さらに、このアルコール発酵で発生する二酸化炭素と人工光あるいは淡水深層水や表層水などを原料として光合成で野菜を生産する「洋上野菜工場」、この光合成で発生する酸素を海水の酸素濃度補充に供して、魚貝類の生育を促進させ、かつ海洋の低酸素地帯を削減し、赤潮発生を抑制する役割をも担う「洋上養魚工場」。さらには排他的経済水域内の比較的浅い海底に分布している熱水鉱床やマンガンクラスト、あるいは深海底のマンガン団魂などを風力や潮流から得られた電力で採掘し、金・銀・銅・亜鉛・鉛・コバルト・マンガン・モリブデン・チタン・ニッケルなどを含んだ鉱物資源を確保する「海底資源採掘工場」。このような「洋上複合工場」構想は、生産・貯蔵・輸送時におけるエネルギーロスを低減し、かつ、システム全体の効率を向上させ、穀物の価格破壊を阻止し、水、農水産食料、エネルギー、鉱物資源を供給できる。環境に優しく、資源戦争のない世界を作るための提言としたい。 |
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目 次 まえがき................................................. i 第1章. トウモロコシは燃料か食料か............... 1 1.1... トウモロコシで優位に立つアメリカ................ 1 1.2... 世界最大のトウモロコシ輸入国日本................ 3 1.3... 本気でバーボンウイスキーを車に飲ませてもいいの？...................................... 6 第2章 トウモロコシ燃料の代替エネルギーは海水から ....... ＜海に隠された莫大な資源＞............. 9 2.1... 地球の成因と海水の誕生そして ・ 何故、水の惑星・地球と言われるのか.......... 10 ・ 塩は何故海に在るのか・海水の誕生............ 11 ・ 海水から塩を採る............................ 12 2.2... これまで利用されていた資源と採算に合わないとされてきた資源....................... 13 ・ 海水中の資源の回収方法...................... 13 ・ 食塩の回収と淡水化.......................... 16 ・ 淡水化後の廃液から金属を回収................ 18 2.3... 未開発のまま海底に眠る希少金属................. 19 ・ 排他的経済水域に眠る金属資源・熱水鉱床...... 19 ・ マグマが山に噴出するか海底に噴出するか...... 20 ・ コバルトの宝庫マンガンクラストは如何にして生まれたか........................ 22 ・ マンガン団塊の成因.......................... 22 2.4... 栄養豊かな水深200ｍ以下の海洋深層水............ 23 ・ 海洋深層水と一般海水との違い................ 23 ・ 海洋深層水を利用した新しい産業.............. 24 第3章. 海水から得られた資源をどのように使いこなすか............................ 26 3.1... 日本を真水の輸出国にしよう..................... 26 ・ 海水を熱してできた蒸気から真水を採る蒸発法.. 27 ・ 海水を冷凍しできた氷を暖めて真水を採る冷凍法...................................... 29 ・ 真水の製造コストが最も安い逆浸透膜法........ 29 ・ 食塩を効率よく分離回収できるイオン交換透析膜法................................ 30 3.2... 金属ナトリウムを燃料に使う火力発電所........... 32 ・ 我が国の発電所発展とオイルショック.......... 32 ・ 水素は炭素の4.4倍のエネルギーを持っている.. 36 ・ 水素発電所構想.............................. 37 ・ 火力発電所のエネルギー源は水と酸素と金属ナトリウム.............................. 38 ・ ナトリウム漏洩事故 高速増殖原型炉“もんじゅ”が教えるもの.................... 39 ・ 金属ナトリウムから水素を作る................ 40 3.3... 発電所の廃棄物はソーダ工業の原料に............. 42 ・ 何故苛性ソーダが必要か...................... 42 ・ 苛性ソーダの用途............................ 43 3.4... 金属マグネシウムと軽量合金ジュラルミン......... 45 ・ 金属マグネシウムの用途...................... 45 ・ 数奇な運命に翻弄されたマグネシウム.......... 46 ・ マグネシウムとナトリウムの上手な使い分け.... 48 3.5... 硫黄を使わない硫酸製造......................... 51 ・ 何故硫酸が必要か............................ 51 ・ 従来の硫酸製造法と今後の製法................ 52 第4章. 資源回収エネルギーは石油に頼らない自然エネルギー〈風力・海流発電〉........ 54 4.1... 洋上風力発電所................................. 55 ・ 陸から海へ向かう風力発電.................... 55 4.1.1... 洋上風力発電所建設の現状と将来.............. 56 ・ 風力発電先進国・欧州各国が歩んだ道....... 56 ・ 欧州各国の風力発電量目標................. 57 4.1.2... 洋上風力発電所建設技術と問題点.............. 59 ・ 建設場所をどこに......................... 59 ・ 風力発電所を湾港・沿岸に建設する......... 60 ・ 海岸浅瀬に風力発電所を建設する........... 60 ・ 沖合に風力発電所を建設する............... 61 4.1.3... 我が国の洋上における風エネルギー賦存量と利用の可能性................................ 61 ・ 陸上の10倍以上風力が強い沖合............ 61 ・ 沖合風力可能面積と風車の基数および発電量予測............................... 62 ・ 洋上風力発電の利点と解決が必要な課題..... 63 ・ これから解決を急がなければならない事項... 64 ・ 設置後陸上の風車で起こった問題点および解決策................................... 66 ・ 直線翼垂直軸型風車の採用と解決を必要とする問題点および解決策................. 68 4.2... 海流・潮流発電所............................... 71 ・ 莫大な電力を生む黒潮........................ 71 4.2.1... 海流発電の現状と将来........................ 71 ・ 風力の854倍のエネルギーを持つ水流発電... 71 ・ 海洋基本法制定と排他的経済水域........... 72 4.2.2... 海流発電導入の技術と課題.................... 73 ・ 海流発電方式............................. 73 ・ 国内外の海流発電装置の研究開発........... 74 ・ 海流発電は水平翼型プロペラを採用するか垂直軸型水流タービンか................... 75 4.2.3... 海流のエネルギーの賦存量と発電.............. 77 ・ 排他的経済水域の海流の流れ方向とエネルギー賦存量......................... 77 4.2.4... 直線翼垂直軸型水流タービンの実用化と水流エネルギーの回収........................ 79 ・ 直線翼垂直軸型水流タービンの特徴......... 79 ・ 水流エネルギー回収に有利な直線翼垂直軸型水流タービン............................. 79 4.2.5... 日本近海の海流の速度や波浪条件.............. 80 ・ 海洋環境条件............................. 80 ・ 外洋の海流条件と波浪条件................. 81 ・ 内湾の潮流条件と波浪条件................. 81 4.2.6... 海流発電所の設置場所と構造.................. 82 ・ 水車を設置する最適深度................... 82 ・ タービンの支持構造物の型式............... 83 4.3... 現在進行中の洋上風力発電プラント............... 85 ・ 国立環境研究所調査報告...................... 85 ・ 海上技術安全研究所調査報告.................. 86 ・ 東大・東京電力調査報告...................... 87 4.4... 温度差発電所................................... 88 ・ 深層水と表層水の温度差発電.................. 88 ・ 太陽光と海水の温度差半導体熱電子発電........ 89 ・ 太陽熱温水器発電............................ 90 ・ 温水器内を循環する水を油に換えて高効率発電.. 92 第5章. 再生可能なエネルギーを用いて洋上で産業を興す 5.1... 海に浮かぶコンビナート・洋上複合工場........... 95 ・ 各洋上生産工場間の連携...................... 95 5.2... 洋上電気分解工場の生産品と製造方法............. 99 ・ 洋上電気分解工場の特徴...................... 99 ・ 海水から苛性ソーダを経由してナトリウムを製造する................................... 100 ・ 海水から直接ナトリウムを製造する........... 103 ・ 海水を煮詰めて作った食塩でナトリウムを製造する................................... 105 5.3... 洋上エタノール工場で製造する深層水ビールと燃料用アルコール.............................. 107 ・ 何故エタノールを海洋で製造するのか......... 107 ・ アルコール濃度4％の深層水ビールを造る...... 108 ・ アルコール濃度100％の燃料用エタノールを製造する................................... 109 ・ 飲料用と燃料用を区別して製造する洋上エタノール工場............................. 110 ・ 海水の淡水化処理の厄介者カルシウムを分離する蓚酸の製造............................. 112 5.4... 洋上・野菜工場................................ 113 ・ 我が国は何故野菜工場が必要か............... 113 ・ コンピューターで管理された野菜工場......... 117 ・ 洋上・野菜工場の仕組み..................... 117 5.5... 洋上・養魚工場................................ 120 ・ 我が国は何故養魚が必要か................... 120 ・ 海水の赤潮発生を食い止める酸素............. 126 ・ 洋上養魚工場の仕組み....................... 128 5.6... 海底資源の採掘は風力発電と黒潮発電で.......... 130 ・ 何故海底の開発が可能になったか............. 130 ・ 開発が急がれる海底熱水鉱床................. 131 ・ コバルトの宝庫マンガンクラスト開発の意義... 133 ・ 主要国が公海上の鉱区を争うマンガン団塊..... 133 5.7... 洋上に浮かぶメガフロート・海洋複合工場の規模と能力.................................... 135 ・ メガフロートの原動力・自然エネルギー発電... 135 ・ 海水から得られる資源の量と回収順序......... 137 ・ 電気分解工場で必要とされる電力の試算....... 140 第6章. 旅をしながら考える夢“ここに海洋工場を作ろう”............. 145 6.1... 地平線から垣間見る太陽とストックホルムのレストラン.................................... 145 ・ 人工太陽が必要な冬の北欧................... 145 ・ 北欧型野菜工場............................. 147 6.2... ノースダコタの修道院にある風車と行けども行けども続く広大な ・ ハリケーンと風車........................... 148 ・ 農閑期も無駄なく働く風車................... 149 6.3... 憧れのインド洋航路と航海・公海工場............ 152 ・ 若き日の追憶............................... 152 ・ 貿易船型航海・公海工場..................... 153 6.4... 壱岐でアスパラガス栽培に挑戦する元レーザー会社社長･ ・ アスパラガスを育てる....................... 155 ・ 植物工場計画............................... 157 ・ 電力の化石アルミニウム..................... 158 ・ 風力を利用したアルミニウム精錬工場......... 161 あとがき............................................... 163 参考文献............................................... 165 |
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あとがき トウモロコシ・エタノール特需は世界の食料物価を吊り上げ、これまでの輸出国が、輸入国に転じるなど、食糧危機は他人事では済まされない時代になってきた。「数字で見る・日本の百年」（日本国勢図会）によると、2005年の我が国の総人口は約１億２千８百万人であるから100年間で2.74倍増えたことになる。人口増は社会経済
のバロメーターであり、人口増が労働力を高め、国の経済発展を支える筈である。ところが人口構成を見ると、この50年で将来の労働力であるべき14才以下の年少人口が35.4％から13.7％に激減した。これに反比例するかのように、65歳以上が4.9％から20.1％と「高齢者社会」を呈してきた。さらに、悪い方向へ拍車をかけるように、農林漁業関係の就業者数は50年前の1,630万人の18％にまで激減してしまった。私たちが生きていくための食料を生産する労働力の激減はこれまで以上に輸入食料依存度を増やし、貿易のバランスを崩し、これまで以上に資源大国が台頭する時代に成って行くものと考える。こうした人為的な穀物の価格破壊を阻止し、水、農水産食料、エネルギー、鉱物資源を安定供給できて、環境に優しく、資源戦争のない平和な世界を作る救世主として風力と海に託したい。 大学受験時代、化学と人文地理が好きで、あじけない丸暗記的学習を面白くするために自分で編み出した、鉱物資源の産地・精錬方法・製品の消費地とを立体的に組み合わせて作り上げた「世界鉱物産地と私の工場建設予定地図」。これが影響したのか資源と言うキーワードに魅せられ、鉱山学科から名称変更したばかりの資源工学科に入学することになった。当時、新聞紙上を賑わしていたのが、海洋に都市を作ると言う、海洋開発や黒部第４発電所建設をテーマにした映画「黒部の太陽」。それと黒鉱・熱水鉱床という専門用語だった。私はこれらのキーワードに将来を夢見、来る日も来る日も図書館に通った。当時、山陽新幹線の工事が岡山付近まで差し掛かった頃だった。掘っても、掘っても進まない硬い花崗岩地帯。折しも、時を同じくして敗戦時ＧＨＱ（連合国軍最高司令官総司令部）に没収され、後にアメリカ政府から日本政府に返還された16ミリフィルム「広島に投下された原子爆弾の学術調査記録」がＮＨＫのテレビで放映された。爆心地近くの歩道に敷き詰められた御影石（花崗岩）の石畳を、調査員がハンマーで叩くと、脆く砕ける映像を見た。ダイヤモンドカッターでも硬い花崗岩が原爆の輻射線でぼろぼろになってしまう。この映像がトリガーとなって「炭酸ガスレーザーで花崗岩地帯のトンネルを掘ろう」が私の卒業論文、さらに博士論文へとエスカレートしていった。そして『レーザー工学』が私の本職になり、私のレーザー研究室から200人以上の学生が社会に巣立っていった。大学に赴任した当時は、レーザー光線は時代の花形であり、神奈川県平塚市で開催された七夕祭りの余興にレーザーを持ち込み、赤や緑の光を夜空に放って市民から喜ばれた。その時、風車を持ち込んで共に大学の名をＰＲしたのが本書の共著者・関和市先生だった。そして四半世紀。二人とも年金を貰う年になり、私は久しぶりに関先生に会った。そして意気投合した。私が学生時代にやり掛けたままのもう一つのテーマ「海洋開発と熱水鉱床」と関先生の「風力発電」を結び付けて一緒にやろうと。 |
