彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと
伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え（戦国時代の井伊
軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと）と兜（かぶ
と）を合体させて生まれたキャラクタ－。
【季語と短歌：10月28日】
秋風も伊吹の色も軒並みぞ 
高山 宇 （赤鬼）
【完全循環水電解水素製造技術概論⑰】
バイデン大統領政の元、9月19日、米国エネルギー省の高等研究計画局
(ARPA-E)の資金提供をうけ、エクエイティック社 加州サンディエゴで
酸素選択性負極生産開始しているというから、偶然だが、この連載と軌
をいつにしているから不思議で面白い。本日は、米国の研究・開発状況
を取り上げつつ開発動向を考察する。
尚、米国の「地中埋蔵されている水素」の採掘計画なども掲載している。
⬛ 塩水から高効率でマグネシウム回収
エチレンジアミン四酢酸(EDTA)をキレート剤として使用して、リチウムを
他の鉱物、特に塩水に多く存在し、除去が困難なマグネシウムから選択的
に分離するナノろ過システムの一種。この研究は、中国江蘇省のモナッシ
ュ蘇州研究所およびとオーストラリアのクイーンズランド大学研究グル－
プはは、従来法のほぼ2倍の性能である90%のリチウム回収を達成し、抽
出に必要な時間を数年からわずか数週間に短縮。リチウム抽出工程の環境
問題にも対処。乾燥地域でのな水資源枯渇懸念を避け、淡水を製造し、同
時に、マグネシウムを精製回収しする。この技術研究は、中国の龍武湖と
東台湖の塩水で行われ、Nature Sustainability誌掲載。
図1. 電池の設計:(a)既存の300 Whkg商用リチウムイオン電池の質量構成
(b)活性電極材料のエネルギー密度の増加と補助材料の質量の減少によ
る実用的なリチウム電池のエネルギー密度の増加、(c)この作業に関与
する700 Whkg電池の大量構成（via Constructing a 700 Wh kg−1-level re
chargeable lithium-sulfur pouch cell）
⬛ エネルギー密度700Wh/kgのリチウム硫黄電池
中国のGeneral New Energy(GNE)は、リチウム硫黄(Li-S)電池技術の大幅な
ブレークスルーを発表し、エネルギー密度が700Wh/kgのプロトタイプを
発表。GNEの新製品は、既存のリチウムイオンバッテリーのエネルギー密
度だけでなく、走行距離・安全性の両方で大幅に改善。リチウム硫黄電池
は、硫黄を正極、リチウム金属を負極として使用する、従来のリチウムイ
オン電池の有望な代替品です。理論的には、Li-S電池は最大2,600Wh/kgの
エネルギー密度を達成、これはリチウムイオン電池の5倍以上で、硫黄は
豊富で安価で環境に優しいため、コストと持続可能性の優位。
しかし、リチウム硫黄池は大きな技術的課題に直面。硫黄の電気伝導率の
低さはバッテリーの高速性能を妨げるが、電解質に溶解するポリスルフィ
ッドリチウムの「シャトル効果」は、電解質の粘度の増加、イオン伝導率
の低下、および容量減衰の加速につながります。さらに、硫黄と硫化リチ
ウムの密度差が大きく、充放電サイクル中に体積が収縮し、構造安定性が
損なわれます。
カナダ王立協会科学アカデミーなどの共同研究グル－プは、ナノ材料コー
ティングや電解質添加剤を用いることで、硫黄の伝導性とイオン輸送性を
向上させ、シャトル効果を効果的に緩和。また、バッテリーのサイクル寿
命と安全性の両方を向上させる新しい電解質材料も開発した。これらのイ
ノベーションは、リチウム硫黄電池の商業化のための強力な基盤を築いた。
2022年に設立されたGNEは、効率的で環境に優しいエネルギー貯蔵ソリュ
ーションの開発する。、GNEは、Li-S電池技術に関連して、カソード、ア
ノード、セパレーター、電解質などの材料を含む複数特許を取得。また、
Li-S電池とその補助材料の高度な生産ラインを持ち、研究開発から製造ま
での生産プロセス全体を完全に管理。GNEはまた、製品品質と性能保証のテ
ストチーム設立している。
⬛ 「地中水素」の研究に総額約30億円の助成
エネルギー省が2007年に設立したエネルギー高等研究計画局（ARPA-E）に
よると、政府は総額2000万ドル（約30億円）の助成金を16のチームに分配
し、地中水素の採掘テクノロジーの開発を支援するという。この金額はさ
ほど大きなものとはいえないが、この助成プログラムは、天然の水素を対
象とした初めてのものという。
地中水素がどのように地下で生成されたかについてはさまざまな説がある
が、熱と水が酸化状態の鉄と混ざり合う連続的な化学反応の副産物である
という説が有力。地中水素は、米国の中央部を走るミッドコンチネント・
リフトなどの断層付近で多く発見され、米国地質調査所の初期推定では、
非常に豊富であることが示唆されている。（via Forbes）
⬛ エクエイティック社 加州サンディエゴで酸素選択性負極生産開始
Equatic社は、米国エネルギー省の高等研究計画局（ARPA-E）からの資金
提供により、複合炭素除去とクリーンな水素生産をこれまで以上にスケー
ラブルで持続可能で、かつ海水の電気分解できる酸素選択性アノード(OS
A)を生産を開始する。最初の製造施設は、カリフォルニア州サンディエゴ
にある。
「従来の電気分解は、世界的な資源がますます不足している純水によって
のみ可能だったが、EquaticのOSAは、プロセスの純水への依存を排除し、
代わりに世界で最も豊富な水資源である海を利用するもの。2021年、塩素
ガスを生成しない海洋ベースの電気分解炭素除去および水素製造プロセス
の作成に着手。塩素ガスは、環境や人の健康に悪影響を及ぼし、大規模に
安全管理が難しく、海水の電気分解の障壁となる。22年6月、3年間で300
万ドル相当のARPA-E助成金を受け取った。研究の第一段階では、海水中の
塩と反応しない微細構造の触媒を用いた電極を開発。その結果、塩中の塩
素は安定して安全に保たれ、水素ガスは生成・回収され、クリーンエネル
ギーとして利用されます。このブレークスルーはまた、アノードの寿命を
延ばし、それらをよりリサイクル可能にします。3年後、アノードは、手頃
な価格で地球に豊富に生息する元素から作られた新しい触媒コートけで、
新品同様に良くなり、何十年も持続。「このブレークスルーは、Equaticが
ギガトン規模に拡張する能力の核心であり、世界的な影響を及ぼす」と、
Equaticの最高執行責任者であるEdward Sanders氏は「私たちの方法は、炭
素除去とクリーンエネルギー生産にの最大の障壁、つまり、地下帯水層、
CO2パイプライン、海水淡水化プラントなどの特定の地層の利用可能性と
いう高コストを取り除く。OSAの生産を開始したEquatic社は、世界中の沿
岸地域が地球の気候目標を達成するために重要な役割を果たすのを支援準
備ができている。」
Equatic社のプロセスは、電気分解と直接空気回収を組み合わせて2つの貴
重な製品を提供し、二重の収益源を生み出す。そのクリーンな水素生産は、
素除去のコストを助成するのに役立ち、2030年までに1トンあたり100ド
ル未満に急速に削減する。
OSAは、サンディエゴの電気めっき施設で製造。この施設には、電子およ
び医療機器業界で使用される重要なコンポーネントのコーティングの製造
に精通した高度に専門化されたチームがすでに配置されており、年間4,000
個を生産し、2024年末までにフル稼働する予定。製造規模が拡大するに
つれて、施設は拡大し、南カリフォルニア全体でトレーニングと雇用機会
を創出する。また、同社は、シンガポールに近日オープン予定の実証規模
プラントであり、ケベック州初の商業規模プラントであるEquatic-1にOSAを
組み込む。この施設は、早ければ2026年に年間109,500トンのCO2を除去
し、初期段階で3,600トンのグリーン水素を生成することができ、継続的
な研究により、OSAのコストを削減しながらパフォーマンスを継続的に向
上させ、製造のための持続可能な国内サプライチェーンを確保する（24.9.
19）
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【関連特許】
1. 特表2022-537100 ＣＯ２をミネラル化し地球規模で炭素を管理するた
めのアルカリカチオン濃縮及び水の電解 ザ リージェンツ オブ ザ ユ
ニバーシティ オブ カリフォルニア
【要約】本明細書では、水流またはガス流からの二酸化炭素の除去方法で
あって、二酸化炭素を含む上記ガス流を、存在する場合、不溶性炭酸塩を
形成することができるイオンを含む水溶液と接触させることと、二酸化炭
素を含む水溶液を、そのアルカリ化を誘導する電気活性メッシュと接触さ
せ、それにより上記溶液から炭酸塩固形物を沈殿させ、それにより、電解
によって溶存する無機炭素を除去することと、沈殿した炭酸塩固形物を、
上記溶液、または上記炭酸塩固形物が沈着している場合がある上記メッシ
ュの表面から除去することとによる上記方法が提供される。また、本明細
書では、電気活性メッシュを備える回転円筒と流体接続された取り込み装
置と、上記メッシュの表面または溶液から固形物を分離するための掻き取
り装置及び／または液体噴霧に基づく装置とを備える、流通式電解反応器
も提供される。
図7. ＣＯ２のミネラル化と処理を達成するための単一ステップ炭素隔離
及び貯留の概念図を示す図
図4A 例示的な拡張可能な二酸化炭素鉱物化リアクターの断面図
オンラインｐＨモニタリングシステムが、印加される電流を制御して、大
気ＣＯ２回収及び鉱物化を可能にする一定の陰極液ｐＨを達成する。この
リアクターは、回転されて生成物の除去及び収集のためにスクレーパを通
過する、回転ディスク陰極（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｉｓｃ ｃａｔｈｏｄｅ）
（３１６Ｌのステンレス鋼メッシュ）を使用する。
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み可能だったが、プロセスの純水への依存を排除し、代わりに世界で最も
豊富な水資源である海を利用とする」と、初期段階でゲームを変える可能
性のあるエネルギー技術に資金を提供と同様に重要なことは、この米国の
発見は、サンディエゴの高度なスキルを持つ技術者のチームによって製造
され、国内のクリーン経済を促進し、世界中に感じられる波及効果を生み
出すことである。2021年、塩素ガスを生成しない海洋ベースの電気分解炭
素除去および水素製造プロセスの作成に着手。塩素ガスは、環境や人の健
康に悪影響を及ぼし、大規模に安全に管理することが難しいため、海水の
電気分解の障壁となる。2022年6月、UCLAの研究チームは、3年間で300
万ドル相当のARPA-E助成金を受け取った。⓵研究の第一段階では、海水
中の塩と反応しない微細な構造の触媒を用いた電極を開発。②その結果
、塩中の塩素は安定して安全に保たれ、水素ガスは生成・回収され、クリ
ーンエネルギーとして利用さている。このブレークスルーはまた、アノー
ドの寿命を延ばし、それらをよりリサイクル可能にします。3年後、アノ
ードは、手頃な価格で地球に豊富に生息する元素から作られた新しい触媒
コートを必要とするだけで、新品同様に良くなり、何十年も持続可能。
Equaticは、二酸化炭素除去とグリーン水素生成の組み合わせで業界をリ
ードする炭素除去企業です。エクアティックは、特許取得済みの海水電解
プロセスを用いて、UCLAサムエリ工学部の炭素管理研究所で開発・開発
された技術を用いて、大量の炭素を吸収・貯蔵する海洋固有の能力を活性
化し、増幅します。Equatic は、業界のパイオニア、国家機関、政府のリ
ーダーシップと協力して、気候変動対策を前例のない速さで拡大。同社は
、信頼性の高い炭素除去クレジットを販売し、これまでにない確実性で除
去を測定する唯一の海洋ベースの炭素除去会社。
https://www.equatic.tech/the-equatic-process#measurement-reporting-
and-verification
ネルギーの使用による排出量(例:電力のグリッド排出係数、電極製造など)
、およびドローダウンCO2換算＝赤道溶解、CO2e ＋赤道固体、CO2e－
https://cdn.prod.website-files.com/63b2d261224d1f4f233c389b/664dccbd8cafd0d77cbcb182_EcoEngineers-Equatic-Methodology-05152024.pdf
以上、詳しくは、上記pdfを掲載されたし。
図1.実証運転のシステム構成（協力：相馬市）
⬛ 蓄熱式電気ボイラーによる余剰太陽光発電の貯蔵
東京の重工業メーカーである株式会社IHIは、太陽光発電所の余剰直流電力
をカーボンフリーの蒸気に変換できる熱利用システムを開発しました。4
月に開始されたテストプロジェクトは、発電されたすべての電力を使用し
、安定して稼働していると同社は述べた。（2024年9月23日）
日本のIHIコーポレーションは、太陽光発電所で以前に廃棄されたすべての
余剰直流(DC)電力をカーボンフリー蒸気に変換する熱利用システムのパイ
ロットが「安定したシステム性能を実証した」と述べる。
図2. 再エネ熱利用システムの電力利用状況の例（2024/6/29 協力：相馬市）
IHIは、再生可能エネルギー熱利用システムは、再生可能エネルギーを経
済的かつ柔軟に熱エネルギーに変換し、後で使用するために節約すると述
べた。これは、一日を通しての日射量の変動性により余剰電力を生成しや
すい太陽光発電所に特に役立つと説明しています。福島県相馬市の下水処
理場で実証実験が4月に開始した。
IHIは、下水処理場に300kWの太陽光発電所と200kWのコンディショナー
を設置し、最大200kWの交流(AC)発電を行いました。熱利用システムの構
築にあたっては、子会社のIHIインスペクション&インストルメンテーショ
ン(株)製の常紀源蓄熱式電気ボイラーを7台導入しました。IHIは、ボイラー
をわずかに変更して、DC電源とAC電源の両方で動作するようにしたと述
べている
。IHIは、最大189kW(27kW/台)の直流電力を吸収できる熱利用システムを
発見しました。4月以降、発電した電力をすべて使用し、安定して稼働し
ている。6月には、発電所は23.16MWhのAC電力と11.86MWhのDC電力を
消費した。IHIグループのウェブサイトによると、現在、オンサイト熱利用
システムの市場拡大を見通しており、実用化に向けて計画している。ペロ
ブスカイトタンデム太陽電池は、ソーラーフューチャリズムで大流行して
いる。これらの次世代セルは、モジュールの効率を現在の一般的な22%か
ら25%、さらには35%、さらには45%まで向上させることを約束。ペロブ
スカイトの長期的な耐久性については疑問が残る一方で、最近の試験では
、ペロブスカイトとシリコンのタンデムパネルは従来のシリコンモジュー
ルと同様に劣化することが分かっており、これらの懸念の一部が緩和され
ている。
この技術を新たな高みへと引き上げるため、ポツダム大学のフェリックス・
ラング博士が率いるチームは、ヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリンと
ベルリン工科大学の研究者と共同で、2種類のペロブスカイト・タンデム
太陽電池を宇宙で試験する初の衛星ミッションを開始した。セルには、ペ
ロブスカイトシリコンとペロブスカイトCIGS(セレン化銅インジウムガリウ
ム)が含まれており、どちらも高放射線や激しい温度サイクルなど、宇宙の
極限条件での性能がテストしている。
図1. シリコンフォトニクスで求められる光半導体の実装
⬛ 光半導体の高速実装、東レが実現する技術開発
23日、東レはシリコン基板上に光回路を形成するシリコンフォトニクスに
使う光半導体を実装する技術を開発したと発表した。インジウムリンなど
の光半導体をレーザーで高速転写する際の材料と、一度に多量のチップを
基板上に移送して正確に配置する技術を開発して高速実装を実現した。
2025年までに実デバイスを使った技術確立に取り組み、28年ごろの量産化
を目指す。インジウムリンなどの光半導体をレーザーで高速転写するため
の転写材料と、転写されたチップをキャッチしてシリコン基板上に直接接
合が可能なキャッチ材料を開発した。転写材料は耐衝撃性制御を、キャッ
チ材料は耐熱性と耐薬品性をそれぞれ向上させた。30年ごろに関連製品と
技術で100億円規模の売り上げを目指す。
図2. 東レが提案する光半導体の高速実装プロセス
また東レエンジニアリングのレーザー転写装置を活用し、高速実装プロセ
ス技術を開発した。これにより光半導体の実装速度が従来の毎分４個から
同６０００個に高まった。今後は位置精度のさらなる向上と他の異種材料
のチップの実装に取り組む。
図3. シリコン基板上にチップを接合した様子
カバー曲集 『白日/King Gnu 花村想太（Da-iCE・Natural Lag）』
●今日の寸評：日本の政治家は何を守ろうとしているのだろうか。
今日1日、1食か2食しか食えない若者が増える中で
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