マグネシウムが変えるか、日本のエネルギー問題
（日々坦々）より
●マグネシウムが変えるか、日本のエネルギー問題 (1/3)
「電気は貯められない」。現在のエネルギー政策は、この主張が大前提になっている。
だが、東北大学未来科学技術共同センター教授の小濱泰昭氏は、この主張に真っ向から異議を唱える。
太陽光でMg（マグネシウム）を精錬し、Mgを組み込んだ燃料電池に加工する……、こうして、電力を物質の形で蓄え、輸送し、新しいエネルギー循環を作り上げられるという。
同氏は実際に機能するMg燃料電池も開発した。
[畑陽一郎，＠IT MONOist]
燃料電池は何らかの物質を酸素と反応させて電気エネルギー（と水など）を取り出す発電装置だ。
モノ（燃料）を入れると電力が出てくるという点で、火力発電といくぶん似ている＊1）。
ただし火力発電よりも効率が高く、CO2（二酸化炭素）の排出を減らせる。
＊1） 一方、リチウムイオン二次電池などは電力を入力し、蓄え、電力を出力する装置だ。モノを入れる必要はないが、最初に電力を入力しなければ機能しない。
燃料電池はモノを入れなければ動かない。現在広く使われている燃料電池は低分子の炭化水素や水素を燃料として用いる。例えば家庭用の設置型装置である「エネファーム」はCH4（メタン）を主成分とする都市ガスなどを使い、燃料電池車（FCV）ではH2（水素）を主成分とするガスを利用する。いずれも原料物質を酸化する過程で電力を取り出し、水などを排出する。
燃料電池が大規模に普及し、成功するかどうかには、さまざまな要因が関係する。例えば燃料の流通インフラや燃料電池のコスト低減などだ。
しかし、地球全体のエネルギー循環まで考慮すると、長期的には投入するモノが再生可能かどうかによって決まるだろう。
CH4は化石燃料であり、H2は現時点では再生可能になっていない＊2）。
＊2） 水素は水の電気分解で作り出せるため、原理的には再生可能エネルギー（例えば太陽光発電）で量産できる。
しかし、現在量産されている水素は製鉄の副産物（関連記事：市街地に水素を供給、北九州市で燃料電池の実証実験始まる）やメタノール分解、都市ガス分解などを使って作り出しており、化石燃料が必要だ。
Mg燃料電池が登場
東北大学未来科学技術共同センター教授の小濱泰昭氏が2012年1月26日に発表した「Mg燃料電池」は、再生可能であるところに特長がある。
「太陽エネルギーを使ってMgを精錬するめどがついており、効率よく量産可能な燃料電池が実現する」（小濱氏）。
Mgは地球上で8番目に多い元素であり、海水にもMgCl2（塩化マグネシウム、にがりの成分）として大量に含まれている。
レアメタル問題を起こすこともなく、人体にも無害だ。
小濱氏の開発品は、燃料電池としてどのような点で優れているのだろうか（図1）。
3点ある。
図1 Mg燃料電池 写真のセルは60Ah、6V。
これを2つ直列にして使う。セルの寸法は幅約20cm、奥行き約23cm×高さ約15cm。
重さは約4kg。
出典：東北大学小濱研究室
まず、第1に電池としてのエネルギー密度が高く、小型化に向くということだ。
小セルでの実験値は1464mAh/gであり、これはリチウムイオン二次電池の5倍以上に当たる。
今回開発したMg燃料電池はまだ小型化の取り組みが十分進んでいないが、鉛蓄電池（35Wh/kg）や、ニッケル水素二次電池（60Wh/kg）を既に上回っており、リチウムイオン二次電池（120Wh/kg）がすぐ目の前に見えている性能だ＊3）。
＊3） 充電可能な鉛蓄電池やリチウムイオン二次電池と、1回ごとに使い切るMg燃料電池のエネルギー密度を直接比較する意味は薄いという意見もある。
Mg燃料電池は、二次電池というよりも充電できない一次電池と似ている。
しかし、非常用など、使用時に再充電ができず、1回限りで利用する場合には比較に意味が出てくる。
次に低コスト化が可能であることだ。
原料金属が安価であることなどから「電池の実装について協力を求めた古河電池によれば、60Ah、12Vという開発品と同じ容量のPb電池（2万円）を示して、この半分にはできる」（同氏）という。
つまり1万円が目標になる。
最後に、「寿命」が長いことだ。ここで言う寿命とは、いわゆるサイクル寿命ではない。
電池内部にエネルギーを蓄えたまま、どの程度の時間、放置できるかという意味での寿命だ。
二次電池は自己放電を起こすため、満充電状態にしても数カ月単位でエネルギーを失ってしまう。
「Mg燃料電池は電解液を入れない状態で放置すれば50年、100年持つと考えている。
このような性質は非常用電源として優れている」（小濱氏）＊4）。
＊4） 電池全体の反応はMgと酸素、水が反応してMg（OH）2（水酸化マグネシウム）が生成するというものだ。
正極の反応は1/2O2＋2H＋＋2e－ → 2H2O。負極の反応はMg＋2H2O → Mg（OH）2＋2H＋＋2e－。
電池全体の反応は、Mg＋1/2O2＋H2O → Mg（OH）2だ。
羽の生えた鉄道の研究から始まった
Mg燃料電池が生まれたきっかけは何だったのか、何がブレークスルーなのか、小濱氏に電話でインタビューする機会を得た（図2）。
＠IT MONOist（MONOist） Mg燃料電池が生まれた背景を教えてほしい。
小濱氏 私の専門はそもそも電池とは無関係の流体力学だ。
長年、乗り物の効率向上に取り組んでおり、高速輸送が可能な乗り物「エアロトレイン」（図3）を提案してきた。
約20年前に最初のモデルを発表している。ただし、研究の当初から、輸送機関のエネルギー問題が気になっていた。
リニアモーターカーのような高速輸送機関はエネルギーを大量に消費する。
いわば原子力発電所を前提とした輸送機関であり、エネルギー問題の今後を考えるとこれではだめだ。
そこで自然エネルギーだけで時速500kmで走行できる輸送機関の研究を続けた。
図2 東北大学未来科学技術共同センター教授の小濱泰昭氏
MONOist エアロトレインにMgが必要だったのか。
小濱氏 そうだ。軽量化が必要だった。Mgを取り入れたエアロトレインのモデルを2010年に開発できた。
産業技術総合研究所基礎素材研究部門（九州センター）の協力を得て、難燃性Mg合金を見つけ出すことができたからだ＊5）
＊5） Mg（比重1.74）はAl（アルミニウム、比重2.7）の3分の2と軽い。しかしMgは、発火、燃焼しやすく、成形加工が難しいなどの理由から、これまで構造材としての利用が広がっていなかった。関連資料：「産総研のハイテクものづくり（第10回）」（PDF）。
図3 エアロトレイン 新幹線の2倍、時速500kmで浮上走行しながら、新幹線の3分の1以下の消費電力を目指したもの。
航空機と鉄道を融合したような大量輸送機関である。
出典：東北大学小濱研究室
MONOist しかし、このMg合金は電池とは無関係なのではないか。
小濱氏 エネルギー問題について常に考えていたため、新しいMg合金の電気的特性を調べることにした。
2010年の暮れに基礎実験を始めたところ、非常に良い特性を持っていることが分かった。
例えば、純粋な金属Mgを使って燃料電池を構成すると、1日で電池としての性質が失われてしまう。
Mgを電解液に入れると水素を出して溶けてしまうからだ。
電流を取り出すことがほとんどできない。
溶け出さないようにすると、表面に酸化被膜などができてしまい電池として役に立たない。
ところが、新しいMg合金では電池として3週間機能した。
MONOist 成功の秘密は何なのか。
小濱氏 Ca（カルシウム）だ。
もともとはMgの発火、燃焼を抑制するためにCaを添加したものであり、なぜ電気化学特性が良くなるのかは不明だ。
しかし、水素の発生などの不具合が起きなくなった。
Mg電池の実装については、これまでMg燃料電池に取り組んだ経験がある古河電池に協力を仰いだ。
だが、古河電池は従来のMg燃料電池がものにならないことを理解しており、当初は「ダメだろう」という対応だった。
しかし、新Mg合金を試した結果、「これは違う」ということになった。
今後は正極、負極ともにさらに内部抵抗の低減が必要であり、電池としての耐久性も高める必要がある。
古河電池と協力して取り組む予定だ。
MONOist Mg燃料電池はエネルギー問題に対してどのような意味を持つのか。
小濱氏 これまでは経済発展のために原子力発電は仕方がないことだ、というのが国全体の方針だった。
このような方針の前提は、電気は貯められないものだという主張である。
だが、私のMg燃料電池は、太陽エネルギーをMgの形に貯めることができる。
Mgはモノだから、輸送も可能だ。
送電線で長距離送電する場合と異なり、効率低下もない。
MONOist 今後の研究方針について教えてほしい。
小濱氏 これからは「燃料を作る時代」に入ったということを主張したい。
化石燃料や原子力はもう50年もたない。
その後は燃料物質を作るしかない。
ちょうど食料を調達するために、当初は直接採取だったものが生産（農業）に変わっていったようなものだ。
燃料を作る際、太陽エネルギーを利用すれば、Mgを作り出して消費しても、元のMgに復元できる。
このようなサイクルを成り立たせる研究を続ける。
どうすればMgサイクルを作り出せるのか
インタビューを終えて感じたことは、小濱氏の議論が燃料電池単体だけで小さく閉じていないことだ。
研究の発端が輸送機関にあったためか、一国、さらに世界のエネルギー循環をどうすれば作り上げられるかを考慮した形になっている。
同氏の構想は、欧州と中東、北アフリカの各地に分散する再生エネルギー発電所（風力、太陽熱、太陽光など）を長大な送電網で結ぶDESERTEC（デザーテック）構想と似ている。ただし、日本向けに改良を加えた形になっている。
地球上で太陽エネルギーを得やすい場所は限りないが、いずれも熱帯や乾燥地帯に位置する。欧州はこのような条件を満たす国と地中海を挟んで隣り合っており、無理のないエネルギーネットワークを形成できるだろう。
一方、日本はこのような条件を満たす国から遠く離れている。
小濱氏によれば、太陽エネルギーを得やすいオーストラリアでは70km四方の土地＊6）を使うだけで日本が消費する全エネルギーを得られるという。
残念ながらオーストラリアと日本の直線距離は6000kmにも及び、送電は非常に難しい。
＊6） オーストラリアの国土面積は2770km四方に相当する。
なお、オーストラリアは世界有数の日照条件を誇る（関連記事：成功するメガソーラーの条件とは、日本商社がドイツで取り組む）。
ここで小濱氏の構想が生きてくる。オーストラリアで金属Mgを作り出し、日本に送る、さらに日本から使用済みのMgO（酸化マグネシウム）をオーストラリアに送るという物質循環であれば送電とは異なり、実現可能だ（図4）。
数千km離れた地点からエネルギー源を大量に運び利用する。
これはまさに中東から原油を運んで燃やしている現在の姿と重なる。
図4 Mgの物質循環 小濱氏が提案する持続可能な「Mg・Soleil」社会の概念図（一部を抜粋、全体は同氏のWebページを参照）。
臨海砂漠地帯（図左）では太陽熱を利用してMgを精錬する。
日本国内（図右）ではMgを受け取り、電力源、構造材料などさまざまな用途に用いる。
その後、使用済みのMgを送り返す。
出典：東北大学小濱研究室
小濱氏は「砂漠が燃料工場になる」と主張している。
具体的にはどうやって金属Mgを作り上げるのだろうか。
このような疑問にも回答を用意している。
例えば、2011年10月には凹面鏡を使った金属Mg精錬技術を発表している（図5）。
リニアモーターカーの走行実験に使われていた実験施設内（宮崎県日向市）に設置した凹面鏡を利用したものだ。
Mg燃料電池の性能改善とともに、低コストで金属Mgを作り上げる技術の改善が進めば、石油などの化石燃料の置き換えが進むだろう。
Magnesium and the Sun
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太陽光と海にほぼ無尽蔵に含まれるマグネシウムを使って、石油も石炭も天然ガスもいらない持続型エネルギー社会を実現する…。
そんな「マグネシウム・エネルギー社会」の構築を提案している矢部孝東京工業大教授に、ベンチャー企業から自動車会社、さらにはオイルマネーまで世界中から問い合わせや見学が殺到している。
実証実験も順調に進んでおり、これはひょっとすると、ひょっとするかもしれない。
（引野肇）
【クリーンで無尽蔵】
高温のマグネシウムに水をかけると水素が発生する。
さらに高温にすると、この水素が爆発的に燃えて再び水となる。
水素を使えば燃料電池の燃料になるし、爆発力を利用すれば発電機を動かしたり、自動車のエンジンに使える。
このシステムは二酸化炭素も窒素酸化物も出さずクリーンだし、太陽光、水、マグネシウムは無尽蔵だ。
矢部教授は「海水には千八百兆トンものマグネシウムがある。石油に換算すると三十万年分にもなる」と言う。
【夢の循環システム】
矢部教授が提唱するマグネシウム・エネルギー社会はこんなイメージだ。
海岸に建設された淡水化・マグネシウム精錬プラント。
屋根には太陽に向かって大型プラスチックレンズが並び、精錬に必要な高温を作り出している。
ここで海水から農業用水を生産する一方、海水に含まれる大量の“にがり”から金属マグネシウムを取り出す。
生産されたマグネシウムはトラックや船で、各地の発電所や家庭、コンビニなどに運ばれる。
発電所では、マグネシウムを石炭代わりに燃やす。
家庭に運ばれたマグネシウムは燃料電池の燃料として家庭用電源となる。
燃料電池の排熱は、風呂や暖房に使われる。
コンビニで売られているのは真空パックに包まれたマグネシウム。
これは燃料電池車やパソコン、携帯電話などのバッテリー補充用マグネシウムだ。
マグネシウムは使い捨てではない。
使用後の酸化マグネシウムは、回収車によってリサイクルセンターに集められ、精錬プラントにあるのと同じ「太陽光励起レーザー」で再び金属マグネシウムに変換される。
【太陽光レーザー】
現在、マグネシウムの精錬は、鉄とケイ素の合金を触媒に大量のエネルギーを投入して行われる。
マグネシウム一トンを製造するのに石炭十トンを使う。
こんなにエネルギーを大量消費しては、マグネシウム・エネルギー社会など成立しない。
矢部教授が提案するのは、大型レンズで集めた太陽光を、イットリウム、アルミ、ネオジム、クロムのセラミックによって赤外線レーザーに変換し、さらにレンズで集光して約二万度という高温を実現。
この高温でマグネシウムを精錬しようというのだ。
このため矢部教授は二年前、北海道千歳市に太陽光励起レーザーの実験施設を作った。
二メートル四方の透明プラスチックレンズで集光、その焦点にセラミックのレーザー素子を置いた。
ここでの成果に自信を得た矢部教授は、実際にマグネシウムの精錬を行うため今年、沖縄県・宮古島に大型の施設を建設する計画だ。
【安全な燃料電池】
現在、世界中で水素を使った燃料電池車の開発が進められている。
コストの問題もさることながら、軽くて漏れやすく、爆発しやすい水素をどうやって運ぶのかという大問題がある。
七百気圧の高圧ボンベに詰めるとしても、ボンベはあまりに重い。
一方、マグネシウムなら六百五十度以下では発火しないし、長期保存も簡単。「マグネシウムは石炭と同じ固形燃料と考えていい。
マグネシウム燃料電池は、いまのリチウムイオン電池の約七・五倍の重量当たり出力がある。
コンビニで真空パックのマグネシウムを買い、電池に差し込めば一回の充電で千八百キロくらい走る」と矢部教授はいう。
【実験で裏付け】
マグネシウム・エネルギー社会がもし実現したら、火力発電所も原子力発電所も核融合炉もいらない。
ガソリンスタンドも石油タンカーも不要だ。
矢部教授にその実現性を聞くと「百パーセントこれは実現する。すべて実験の裏付けがあり、何も失敗するところがない」と、自信満々の言葉が返ってきた。
マグネシウムの特徴としては
①海水中に無尽蔵にあること。
海水中には1800兆トンのマグネシウムが含まれている。
②常温では反応しないため安全で持ち運びが可能なこと。
水素もガソリンも常温で反応してしまう。
③650℃程度の温度で水と反応し反応熱及び水素を発生すること。
マグネシウムの水和反応 Mg＋H２O→MgO＋H２＋86kcal
水素燃焼分は56kcalになるので、全体で144kcal／モル
重量あたりの、水素燃焼も加えた反応熱は25MJ／kg
これは石炭の燃焼熱30MJ／kgとほぼ同等。
④反応後は安定して自然界に存在する酸化マグネシウムになる。
精錬過程と同じ方法で再生できるため、石油のように浪費するだけではないこと。
実用化に向けての課題としては、
①精錬や再生過程のエネルギー効率を上げること。
②そのためのレーザー技術の高度化が必要。
というところのようだ。
これらを、マグネシウムという材料とレーザーとの複合システムと捉えてみると、特徴が良くわかる。
《矢部孝氏のレビュー論文：マグネシウムとレーザーを用いた再生可能エネルギーサイクルを参考に作成。》
システムの特徴① 変化する自然エネルギーの貯蔵が可能になる。
太陽光発電などの変化する自然エネルギーの利用には、必ずエネルギーの貯蔵システムが必要になる。
発電時間帯と電力需要の時間帯は異なるからだ。
たとえば、晴れた昼間に発電した電気は、どこかにためておかないと夜間には使えない。
そのための蓄電池は太陽光発電パネルより高価で、規模が大きくなると大爆発に危険性さえある。
それに対して、太陽光励起レーザーを用いたマグネシウムの精錬（還元）過程そのものが、自然エネルギーを貯蔵していることになる。
あとは、必要に応じてエネルギーを取り出せばいいだけになる。
これは、一日の変動だけでなく、夏と冬の地球上での太陽エネルギーの差を平準化することにもなる。
システムの特徴② 植物の葉緑素のような反応でCO２の削減が可能になる。
CO２の削減が温暖化にどうのような効果があるのか懐疑的だが、これがエネルギー浪費対策の一つの指標になることは確かだろう。
通常の生産ではCO2発生の方向の反応ばかりだ。
これと逆の反応として環境を維持しているのが、植物の太陽エネルギーによって炭酸ガスを吸収する反応だ。
この反応と酷似した反応をマグネシウムは示す。反応によって生成した酸化マグネシウムは炭酸ガスを吸収し、炭酸マグネシウムとなって固定化される。
以上が大きな特徴だ。
これらの技術は着々と進化を遂げているようだが、問題点もある。
それは、ここにも市場の影が忍び寄っていることだ。
現在行われている大規模な実証実験は、日本の国家補助金ではなく、外国企業による投資で実現されている。
当然、実用化の暁には、外国資本の影響をうけることになるだろう。
先に書いた様に、これからの技術は単に市場の覇権をにぎるために必要なのではなく、脱市場という文脈の中で、本当にそれを必要としているところに提供すべきだと思う。
そのような意味で、このように重要な技術開発は国家支援の下に行われるのが本来の姿ではないかと思う。
●「世界は、石油文明からマグネシウム文明へ（1）」(09/09/28)
「マグネシウムがエネルギーを生む社会！！」(206517)で紹介されていた、矢部孝教授の取組みについて、現在の状況とより詳しい質問と矢部教授の回答を紹介してくれているサイトがあったので紹介します。
マグネシウムという新エネルギーがどこまで実現可能なのか？
非常に興味深い内容です。
以下、引用は「山地達也のエコ技術者に聞く」の「世界は、石油文明からマグネシウム文明へ（1）」2009年7月の記事
リンクからです。
＞化石燃料の枯渇が迫っているが、自然エネルギーだけで今の世界経済を支えることはできない。
理想のエネルギーと言われる核融合への道もまだ遠い……。
だが今、エネルギーや資源の問題を一挙に解決するかもしれない研究が進んでいる。
その鍵はマグネシウム。海水に無尽蔵に含まれるマグネシウムを取り出し、エネルギー源として利用。
生じた酸化マグネシウムは、太陽光レーザーを使ってマグネシウムに精錬する。
この壮大な計画に取り組むのが、東京工業大学の矢部孝教授である。
■マグネシウムを燃やして、エネルギー源にする
金属マグネシウムは、携帯電話を始めとする電子機器や飛行機、自動車などで広く使われる。
──次世代エネルギーとして、マグネシウムを用いる研究を進めているとお聞きしました。
マグネシウムがよく燃えるのは知られていますが、なぜ今までエネルギー源として使われてこなかったのでしょうか？
ほとんどの金属は粉末にすればよく燃えて、燃料として使うことができます。
昔から、金属燃料エンジンの研究はどの自動車会社もやってきていますし、実際にマグネシウムを配合したロケット燃料も作られています。
では、なぜマグネシウムが一般的なエネルギー源として使われていないかといえば、マグネシウムを作るのに莫大なエネルギーをかけなければならないからです。
触媒を使う今までの技術だと、マグネシウム1トンを作るために石炭が10トンも必要になります。
石炭の発熱量が30MJ/kg、マグネシウムは25.5MJ/kgとほぼ同じ。
これでは誰もマグネシウムをエネルギー源に使うはずがありません。
それならば、自然エネルギー、例えば太陽光を集める太陽炉を使って酸化マグネシウムや塩化マグネシウムからマグネシウムを直接精錬してはどうかということになるわけですが、これも困難でした。酸化マグネシウムからマグネシウムを精錬するには2万℃という超高温に相当するエネルギーが必要で、仮に太陽光を集めてそれだけの温度にできたとしても、炉が耐えられません。製鉄炉の耐熱温度が千数百℃ですから。
マグネシウムをエネルギー源にできるなど、誰も考えていなかったのです
■太陽光を直接レーザーに変換する「太陽光励起レーザー」
──それなのに、なぜマグネシウムをエネルギー源にできると思われたのですか？
きっかけになったのは、7年前です。
私は30年以上レーザー核融合を研究しているのですが、それを応用して、飛行機を飛ばす実験を行いました。
──レーザー核融合と飛行機にどういう関係があるのでしょうか？
レーザー核融合では、レーザーを使って数千万度の超高温を作り出します。
レーザーがすごいのは、時間的にも空間的にもエネルギーを集中できるということ。
つまり、少ないエネルギーであっても、一瞬だけ一点に集中させることで、大きな効果を得ることができるのです。
私たちは、長さ5cmくらいの小さな模型飛行機に水タンクを載せ、外からレーザーを照射しました。
水は一瞬で水蒸気に変わって飛行機の後方へ吹き出し、その反作用で飛行機が進みます。
つまり、水蒸気ロケットができたということになります。
この実験で使用したレーザーの出力はたったの5W。
5Wなんて懐中電灯並みですが、レーザーにすれば模型飛行機を飛ばすこともできるのです。
では、人が乗れるような飛行機を飛ばすには、どれだけの出力を持ったレーザーがあればよいのか。
計算してみたところ、1GW（1ギガワット＝100万キロワット）という答えが出ました。
これは大規模発電所の出力に相当しますから、こんなレーザーを電気で作ることはできません。
どうしたらよいかと考えた時に思い当たったのが、太陽光をそのままレーザーに変換する、太陽光励起レーザーです。
1995年、我々のグループの一人、吉田國雄特任教授がクロムとネオジムからレーザー媒質を開発していました。
日本のある会社はこれをさらに改良し、2005年には効率が42％のレーザー媒質を作ることに成功しました。
太陽光をこのレーザー媒質に当てると、レーザー光線が出ます。
──このレーザー媒質は大量生産できるのですか？
クロムとネオジムを混ぜて焼き固めるだけですから、大量生産するのは簡単です。
ただ、レーザーで飛行機を飛ばすといっても、そんな実験にはどこもお金を出してくれないので、別の応用を考えました。
それが次世代エネルギー、レーザーによる酸化マグネシウムの還元だったのです。
もっとも、今ではこちらが本命になってしまいましたが（笑）。
●世界は、石油文明からマグネシウム文明へ（2）上
(09/09/28)
■海水中には無尽蔵のマグネシウムが含まれている
―─マグネシウムを燃やしてエネルギーを生み出し、できた酸化マグネシウムは太陽光励起レーザーで還元して、またマグネシウムに戻すわけですね。
しかし、リサイクルを綿密にやったとしても、エネルギー源になるほどの量があるのでしょうか？
この地球上には、マグネシウムが無尽蔵といってよいほどあります。
海水中には石油30万年分に匹敵するマグネシウムが含まれています。
──ですが、海水からマグネシウムを取り出すにもエネルギーが必要になるでしょう？
そう思うでしょう（笑）。ここにもう1つのポイント「淡水化」があります。
2025年には、30億人分の淡水が不足すると言われています。
最も広く使われている逆浸透膜方式で30億人分の淡水を作ったとすると、現在世界で使われている電気の半分が必要になります。
そこで、太陽光を使った淡水化装置を作り、特許を取りました。
私たちは「エレクトラ」というベンチャー企業を興し、この装置を海外に販売しています。現在、アジアの二カ国から国家レベルの発注が来ています。
──太陽光を使って淡水化するということは、光を集めて水を蒸発させるということですか？
そういうことです。
しかし、単純に熱を加えて蒸発させようとすると大量のエネルギーを消費します。
みんな、水は100℃にならないと蒸発しないと思っていますが、私たちが汗をかいたら自然に乾きますね。洗濯物も自然に乾きます。
──湿度が関係しているのですか？
はい。湿度のバランスをうまく調整することで、エネルギーをほとんど使うことなく淡水を作ることができます。
現在の逆浸透膜方式は、装置コストを1とすると、20年使った場合のランニングコストは20。
これに対して、私たちの装置は装置自体のコストも1桁安いですし、エネルギーもほとんど必要としません。
スピードも速く、1台当たり1日10トンの淡水を作れます。
2Lのペットボトルなら5000本分です。
──あとには、塩やその他の物質が残るというわけですね。
マグネシウムはどう取り出すのでしょう？
淡水を取ったら、あとには塩（塩化ナトリウム）と、にがり（塩化マグネシウム）が残ります。
塩とにがりを分離するのは、エネルギーが不要な昔ながらの方法を使います。
塩化ナトリウムと塩化マグネシウムの混合物に、上から少し水を掛けると、ぽたぽたと液体がしたたってくるのですが、これがほとんど塩化マグネシウムなのです。
塩化マグネシウムは塩化ナトリウムより水に溶けやすく、この性質を利用するだけで簡単に塩化マグネシウムだけを取り出せます。
●世界は、石油文明からマグネシウム文明へ（2）下（09/09/28）
■マグネシウムがエネルギー源になると、世の中はどう変わる？
──あとは、太陽光励起レーザーで塩化マグネシウムをマグネシウムに精錬するというわけですね。それでは、マグネシウムは世の中でどう使われるのでしょうか？
まず、火力発電所です。現在の火力発電所では、石油や石炭で湯を沸かし、その蒸気でタービンを回して発電しています。
マグネシウムの場合、水と反応させることで水素が発生し、この水素を燃やせば高温高圧の水蒸気が発生します。
これでタービンを回して発電すればよいのです。
これまでの火力発電所の設備は、タービンも含めてほとんどそのまま流用できます。
発生した水素と酸素を反応させれば水になりますから、二酸化炭素も出ません。
自動車用の燃料電池も研究が進んでいます。
例えば、米国のベンチャー企業は亜鉛燃料電池で動く自動車を2003年に開発しました。
この自動車は百数十kg弱の亜鉛を積み、走行距離は600kmです。
マグネシウムなら亜鉛に比べて3倍のエネルギー密度がありますから、10kgあれば200kmは走れるでしょう。
燃料となるマグネシウムは、コンビニで売ることを想定しています。
爆発もしませんし、少々水がかかっても大丈夫です。
マグネシウムの価格は現在kg当たり300〜400円ですが、太陽光励起レーザーによる精錬で価格が下がれば、マグネシウム燃料電池自動車以外はすべて消えることになるでしょう。
──マグネシウム燃料電池も水と反応させるのですか？
火力発電の場合は水と反応させますが、燃料電池の場合は酸素と反応させます。
酸素と反応させると水素が発生しないため、安全だからです。
水素は軽いために自動車のどこかに貯まる可能性があり、引火すると爆発してしまいます。
また、燃料電池の電極に水素が付くと、電極の性能が著しく低下します。
現在の燃料電池は、高価な白金で水素を吸着しようとしていますが、それくらいなら最初から水素が発生しない反応を使えばよいのです。
マグネシウム燃料電池の技術的課題はほとんど解決されており、今は燃料待ちの段階。
マグネシウムの価格が安くなれば一挙に実用化が進むでしょう。
燃料電池を使って生じた酸化マグネシウムは、やはり太陽光励起レーザーを使ってマグネシウムに精錬できます。
■400Wの太陽光励起レーザーを今年中に実現
──太陽光励起レーザーを使って、いかに低コストでマグネシウムを精錬できるかにかかっているのですね。
2007年に北海道の千歳にレーザーの実験施設を作り、実験を重ねてきました。
現在4㎡のレンズで集めた太陽光をレーザー媒質に当て、80Wのレーザーを出力できています。
80Wのレーザーでもステンレス板に一瞬で穴を開けるほどの威力があります。
しかし、4㎡に当たる太陽光は4kWですから、80Wというのは2％の変換効率でしかなく、このままでは商用化できません。
目標の出力は400Wですが、すでに目処はついており、今年中には達成できるはずです。
──5倍の出力アップをそんなに簡単に実現できるものなのですか？
まず、レーザー媒質に混ぜるクロムの割合を増やします。
理論的には、これだけで変換効率を3倍にできます。
また、太陽光励起レーザーではこういうプラスチックレンズを使っているのですが、この設計を改良します。
──えっ、こんなプラスチックレンズなんですか？
はい、これのサイズを大きくしたものを使っています。
金型でどんどん作れますから、大量生産すれば製造コストはタダみたいなものですよ。
ただし、現在のレンズは気泡が混じっていたりして、太陽光を半分くらいしか集められていません。
金型を作り直してレンズの精度を上げれば、太陽光の透過率は2倍にはなるでしょう。
レーザー媒質とレンズの改良を合わせれば、5倍の出力アップはそれほど難しくないと考えています。
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淡水化も、マグネシウム発電も、矢部氏の研究成果である太陽光励起レーザーという技術が前提となっています。
つまり、太陽エネルギーを高密度に集約した自然エネルギー技術の一環であることが解ります。
マグネシウムは触媒としての位置づけですから、一定の物量を確保できれば、その後の酸化還元反応は太陽光だけで済みそうです。
世界は、石油文明からマグネシウム文明へ（3）（09/09/28）
■太陽光励起レーザーの発生装置は1台50万円
──酸化マグネシウムからマグネシウムを精錬するには2万℃の超高温が必要になるとおっしゃっていました。これに耐えられる炉は実現できるのでしょうか？
そこでレーザーの長所が発揮されます。レーザーなら、1mmのスポットだけ2万℃にするということが可能です。
その周辺はすぐに冷えますから、炉全体が2万℃に耐える必要はありません。
──細いレーザー1本では、大量の精錬が難しいのでは？
だからこそ、太陽光励起レーザーの装置をたくさん作るのです。
何百台という装置を並べてレーザーを作り、各装置から光ファイバーで精錬所に伝えます。酸化マグネシウムにレーザーが当たると、0コンマ数秒でマグネシウムを精錬できます。
──レーザーの発生装置は高価になりませんか？
現在東工大の屋上で実験装置を稼働させており、太陽の位置を自動追尾して最適な出力を得ることができます。
水道用のパイプなどを利用して組み立てたら、1基当たり50万円ほどで制作できました。
──太陽光がいつもあるところでないと、精錬はできませんね。
アリゾナやモンゴルの砂漠など、1年中雲のない地域は世界中どこにでもあります。
こういう地域でマグネシウムを精錬して、日本に持ってくればよいでしょう。
■淡水化事業からスタートし、マグネシウム循環社会へ
──マグネシウムの循環社会は、どういうステップを経て実現すると考えていますか？
まずは、海水を淡水化する事業で利益を上げます。
先に述べたとおり、すでに海外から淡水化装置の発注が来ており、この事業だけでも十分に利益を出せます。
今後、世界の淡水ビジネスは年間150兆円規模になると言われています。
次は、マグネシウムの精錬ですが、最初はエネルギー源としてではなく、資源としてマグネシウムを売ればよいでしょう。
携帯電話のボディなど、マグネシウムの需要はいくらでもあります。
マグネシウムは今1kg当たり400円と高価ですからここでも利益を得られ、そうすれば太陽光励起レーザーの装置をもっとたくさん作れるようになります。
ちなみに、マグネシウムに限らず、鉄やアルミ、シリコンも、レーザーを使って同様に精錬可能です。
金属産業の構造を根本的に変えてしまう可能性もあると思っています。
そうして十分にマグネシウムの値段を下げられるようになったら、エネルギー源として、発電所や家庭、自動車に使えばよいでしょう。
燃料として使った後にできる酸化マグネシウムは、太陽光励起レーザーで精錬してマグネシウムに戻します。
──これからのロードマップはどうなっていますか？
ある外国の企業が出資してくれることになり、この資金を使って今年中には沖縄の宮古島に実験施設を作ります。
この施設では、海水の淡水化からレーザーによるマグネシウムの精錬まで全サイクルの実験を行います。
投資を得られたので、政府からの補助金も必要なくなりました。
■マグネシウム循環社会は、2025年に実現する
──エネルギー生産から、産業利用、リサイクルまで、1つの街で完結するんですね！
はい。宮古島の施設が成功したら、東南アジアの各所に同じような施設を作り、もっと大規模な実験を行う予定です。
うまく行けば、2025年頃にはマグネシウムをエネルギー源とした社会を実現できるのではないでしょうか。
みなさんが考えるより、早いペースで進むと思っています。
──少し前には、水素社会という言葉がもてはやされました。
マグネシウムではなく、水素をエネルギー源にしてもよいのではないでしょうか？
水素は、保管場所が問題になります。
700気圧で保管すれば場所を取らないという人がいますが、700気圧に耐えられるタンクはごくごく小さいものしか作れず、結局は1気圧で保管するしかありません。
日本が必要とするエネルギーをすべて水素にしたとすれば、日本中の地下が水素タンクになるでしょう。
──マグネシウム循環社会の実現可能性をどう見ていますか？
私は30年間レーザー核融合の研究をしてきました。
レーザーを出す、金属を溶かして反応させる、そうした研究はマグネシウムの精錬や淡水化にすべて活かされています。
そして、吉田國雄特任教授によるレーザー媒質。
こうした要素が今この時期にすべて合わさったのはとても不思議で、自分はこれをやるために生まれてきたのではないだろうかという気すらします。
実験を繰り返して実証データも蓄積されており、実現には絶対的な自信がありますよ。
