先端技術とその周辺

ITなどの先端技術サーベイとそれを支える諸問題について思う事をつづっています。

中国の自動車輸出台数、世界首位!

2023年12月30日 10時13分33秒 | 日記

2023年12月29日、日経が表題の記事を載せており、今後、中国が自動車工業でも世界をけん引するのかと驚いて記事を読んだが、LI電池ベースのEV 車で、レシプロエンジン車を抜いて、世界のトップに出たという事で一安心。というのも、Li電池のEV車は、

1.寒さに弱くい。特に、北海油田輸出で稼いだ金を、CO2対策で、補助金を出して、国内の自動車をEV車にしたノルウエイ、冬になると充電ステーションに行列ができて不便に問いうなっていることが知られている。

2.価格が高い。Li電池EV車は、同一サイズのガソリン車に比べ倍近く高くなる。

3.電極のLiが複雑な合金になっているため、Li再生ができない。

4.Li 電池は、衝撃で発火する。電解溶液が発火するとかで、これを固定化することでLi電池の安定性が上がるというが、個体Li 電池は、トヨタでも実用化は2027年でまだ先の話。

5.1994年開発のトヨタのHV車 プリウスは、当時は不完全なEV車と思ったが、Li電池の特性を生かすには、電池利用を小容量にすれば、十分使えるという事で、完全なEV 車なら、100kWhの容量がいるが、ガソリンエンジンとモーターを並列活用するHV車の電池容量は、8kWhくらいで10分の一以下で済むから、いろいろなLi 電池の欠点を避けられる。いまさらながら、トヨタのHV は、下記的な発明だったのだ。

 

以下の日経記事の様に、中国のEV 車の輸出先は、自動車利用度の低いところばかしで、しかも、中国は数年前に、Li 電池の欠点を克服した個体電池やNa電池を開発したと言っているが、」いつまでたっても実用化する気配がない。権威主義の政治の配下では、自由な発想が出来ないから、液体電解方式のLi 電池のEV車だから、中国は自動車産業で世界のトップになったと言えども、うたかたの花火である。日本が自動車産業で後れを取ったと思う必要は全くない。

 

以下日経の記事の概要:::::::::::::::::::::

中国の自動車輸出台数が2023年、日本を抜き初めて世界首位になる見通しだ。欧米が撤退したロシア、北米の足がかりとしてのメキシコ、電気自動車(EV)シフトが進む欧州や東南アジアなど世界に販売地域を広げたことが背景で、30年の輸出台数は23年比倍増の1000万台を超えるとの指摘もある。

 

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世界の自動車市場で中国勢の影響力が強まる一方、中国製EVの購入補助金を減らすといった流入を警戒する動きも、自国産業の保護や雇用の維持を目指す欧州などで広がり始めている。

自動車の業界団体、中国汽車工業会によると1〜11月の中国の輸出台数(速報値)は前年同期比58%増の441万2千台だった。2位の日本からの輸出は1〜11月時点で15%増の399万台で暦年でも430万台程度にとどまる見通し。

中国は既に上半期の輸出台数で日本を抜いており、年間でも首位が確実となる。比較可能な国別のデータでみると、輸出台数で日本が首位から転落するのはドイツが首位となった2016年以来。

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いつまでLi電池?

2023年12月28日 16時30分36秒 | 日記

Li電池は、不安定で衝撃にあうと発火することが知られている。スマホを落としたら、燃えだしたとか、初期のトヨタのプリウスが燃えたなどがよく知られている。Li電池の特性を熟知しているトヨタがEV車に慎重であるのは、現在のところ、大容量で合理的な価格のLi電池しかなく、それが不安定であるからであろう。衝撃に弱く発火するのは電解物質が液体で発火しやすいからだという。それで、トヨタは、個体電池を開発中で2027年までに開発完了とか。で、固定電池は何かと思ったら、Li電池の電解物質を液体から個体化し、セル化し対衝撃性を大幅に改善したものとか。

詳細な構造は、NEDOが以下の様に解説していた。

NEDOは、世界各国でモビリティの電動化に向けた動きが活発化する中、高エネルギー密度化と安全性の両立が可能な蓄電池として注目されている全固体リチウムイオン電池を早期実用化するための研究開発プロジェクトの第2期をスタートさせました。

本プロジェクトでは、自動車・蓄電池・材料メーカー23社および大学・公的研究機関15法人が連携・協調し、全固体リチウムイオン電池のボトルネック課題を解決する要素技術を確立しつつ、プロトタイプセルを用いて新材料の特性や量産プロセス・EV搭載への適合性を評価する技術を開発します。また、日本主導による国際規格化を念頭に置いた安全性・耐久性の試験評価法を開発します。さらに、研究開発と並行して、電動車両が大量普及する将来の社会システムのシナリオ・デザインを検討します。

全固体リチウムイオン電池構造図解
図1 全固体リチウムイオン電池の構造
  • EV用バッテリーの技術シフト想定図
    図2 EV用バッテリーの技術シフトの想定

1.概要

今後、主要各国で自動車のCO2排出・燃費規制が強化される見込みであり、モビリティの電動化が進展することが予想されます。そのため、多くの自動車メーカーが2020年代には年間数百万台規模で電気自動車(EV)およびプラグインハイブリッド車(PHEV)を販売する計画を発表しています。こうした中、EV・PHEVの利便性(航続距離、充電時間など)と価格の支配要因となっているのが車載用バッテリーであり、高エネルギー密度化による性能向上とコスト低減が強く求められています。

現行のEV・PHEVには、有機の電解液を使用するリチウムイオン電池(LIB)が適用されていますが、そのエネルギー密度と安全性はトレードオフの関係にあり、一歩間違えると発煙・発火の危険性があります。これに対して、図1に示すように、無機の固体電解質を使用する全固体LIBでは、固体電解質の難燃性および熱的・化学的安定性を活かし、エネルギー密度を高めても安全性・耐久性を確保できます。また、バッテリーパックの冷却システムや発煙・発火時の排気システムなどを簡素化し、体積エネルギー密度を向上させることができます。さらに、EV充電時間が10分以下となるような超急速充電の実現可能性があります。その一方で、期待どおりの性能を発現させるためのボトルネック課題が多く、加えてセルの構造、材料構成、製造プロセスなどの基本コンセプトが固まっていないため、実用化に向けた研究開発が非効率的に進められている状況にあります。

そこで、NEDO事業「先進・革新蓄電池材料評価技術開発」の第1期(2013~2017年度)においては、全固体LIBの標準電池モデル(200mAh級単層ラミネートセル)と同モデルを用いた材料評価技術を開発し、企業や大学などが全固体LIB用に開発した固体電解質や電極活物質などを受け入れて評価を行って、その評価結果をサンプル提供者にフィードバックする取り組みを行いました。

今般、スタートした第2期の事業においては、第1期の成果を発展させて、大型化・高容量化した標準電池モデル(Ah級積層ラミネートセル)と同モデルを用いた材料評価技術を開発します。第1期の評価技術は材料の基本特性を把握するものでしたが、第2期ではEVへの搭載可否や量産プロセスへの適合性も含めて評価可能な技術として高度化します。そのため、委託先である「技術研究組合リチウムイオン電池材料評価研究センター」(LIBTEC)には、組合員として自動車・二輪車メーカー4社、蓄電池メーカー5社、材料メーカー2社が新たに参加します。また、大学・研究機関14法人も新たに委託先として参加し、LIBTECと連携します。

なお、図2に示すように、EVバッテリー市場においては、現在、研究開発が先行している硫化物系固体電解質を用いた第1世代全固体LIBが2020年代後半より主流になり、その後、高イオン伝導性の硫化物系固体電解質または化学的安定性の高い酸化物系固体電解質を用いた次世代全固体LIBが2030年代前半より主流になると想定しており、第2期においては、第1世代全固体LIBと次世代全固体LIBの両方を対象として研究開発に取り組みます。

 

以上がNEDOの解説::::::::::::::::

 

個体電池といっても、Liがベースであり、液体電解質の場合は、Liが溶け込んだりして、寿命が切れたら再利用できないというが、個体化しても、Li電極にいろいろなものを混ぜて使っているから、再生可能性は低いのでは?

ましてや、電荷が三荷なので、充電容量も少ないだろうし、充電時間も長いという特性は電解物質を変えても変わらないのでは?

下記の物質の周期表を見ればわかるように、電荷の多い物質は山のようにある。Na電池が実験室で試験されているというが、其れでも、電荷が11もあり、Liよりもはるかに馬力があるのではなかろうか? さらにもっと電荷の多い物質は使えないものだろうか?

元素周期表【受験のミカタオリジナル!】一番見やすい、分かりやすい周期表

 


深海から石油や貴金属!

2023年10月23日 09時55分48秒 | 日記
 
 

日本の太平洋側大陸棚には、膨大な化石燃料や鉱物資源が埋まっていることを、優に半世紀前に海洋研究者が明らかにしている。そこで、2000年代の初めに経済産業省が策定した海洋資源開発計画.、次に最近NHKが放映した深海から金属、そしてロイターが述べたノルウエイの海底資源開発計画を概略してみた。

まず、日本の開発計画は、平成20年3月に「海洋基本計画」がされ、以降、改訂され、最新版「海洋エネルギー・鉱物資源開発計画」(平成31年2月)に至っている。日本の領海・排他的経済水域(EEZ)・大陸棚から国産資源を調達することが目的であるというが、以降、5年ごとに改版を出しているが役人が飯の種を自分らで作っているだけだ。初版からすでに10年以上たつというのに、国はやる気がなさそう。中国は、太平洋回路開拓もあるが、尖閣諸島近辺や、南沙諸島周辺には膨大な海底資源が寝むっていることがわかると、無茶苦茶な侵略政策を始めている。

ロイターによると、国際水域における海底鉱物資源関連の活動を監督している国連国際海底管理局(ISA)は、30件の海底探査契約を承認していて、最多は5件の中国だという。政府、早く手を打てと言いたい。

さて、開発計画は大きく3つに分かれ、「メタンハイドレート」と「石油・天然ガス」「鉱物資源」である。

石油と天然ガスの開発については、図2のような工程表を示した。2013~2018年度の期間、基礎試錐(試掘)と2種類の探査を進める。探査にはいずれも音波探査を利用する。毎年面積に換算して平均約6000km2の三次元探査を続け、2018年度までに約6.2万km2を調べる予定だ。商業化に至る計画は立てておらず、資源の有無を調査する段階にとどまっている。

 
 

鉱物資源

 開発計画が対象とした鉱物資源は、「海底熱水鉱床」と「コバルトリッチクラスト」「その他のエネルギー・鉱物資源」である。

 海底熱水鉱床は、海底深部に浸透した海水がマグマなどの熱で高温になり、地殻中の金属元素などを溶かし込みながら海底で噴出し、海水で冷やされて沈殿したものだ。銅や鉛、亜鉛、金、銀などが確認されている*4)。国内では水深700~1600mの海底で見つかっている。開発スケジュールは図3の通りだ。

*4) 三井物産戦略研究所のレポート「海洋権益と新たな資源開発の動向」(2010年12月)によれば、海底熱水鉱床の推定賦存量は7.5億トン、推定回収可能量は4.5億トンであり、金属量1.7億トンの地金価値は80兆円相当だという。同様にコバルトリッチクラストは24億トン、11億トン、2.2億トン、100兆円だとした。

図3 海底熱水鉱床の開発に向けた工程表 出典:経済産業省資源エネルギー庁

 コバルトリッチクラストとは、海底にそびえる山(海山)の斜面や頂部に見られる団塊状の岩だ。表面にコバルトや白金が含まれている。コバルトはリチウムイオン蓄電池の正極などに多用されており、比較的高価な金属。2013年7月には南鳥島沖の公海域で探査鉱区を取得しており、15年間をかけて調査し、採鉱・精錬技術を検討していく。

 

海洋資源の活用をめざして、「海洋エネルギー・鉱物資源開発計画」を改定(2019年2月15日)

 

 

ここで言う「海洋エネルギー・鉱物資源」とは、どのようなものが含まれているのでしょう?海洋エネルギーとしては、「メタンハイドレート」のほか、石油・天然ガスがあります。また海洋鉱物資源としては、「海底熱水鉱床」や「コバルトリッチクラスト」「マンガン団塊」「レアアース泥」などがあります。いずれも深い海の底にあり、これらを回収して利用するにはさまざまな技術や工夫が必要となります。

各資源の特徴をまとめた図です。

 

砂層型(すなそうがた)メタンハイドレート開発・調査の流れを図解しています。

 

 

おもに日本海側に存在する表層型(ひょうそうがた)メタンハイドレートは、海洋の環境を保全しつつガスを生産するための技術の開発や、メタンハイドレートの分布と海底の状況を把握するための調査、海域の環境の調査などをおこないます。

表層型(ひょうそうがた)メタンハイドレート開発・調査の流れを図解しています。

 

 

石油・天然ガス探査に関するこれからの国の取り組みを図で示しています。

NHKの2023年10月19日放映

「青ヶ島沖の深海から高濃度の「金」回収成功 銀も吸着 今後は?」、というテーマで海底資源開発を報道していた。

 

発掘場所は2015年、東京大学の研究チームが東京の都心から南へ400キロにある青ヶ島沖の水深700メートルの海底の、高温の熱水が噴き出す「熱水噴出孔」だという。

 

しかし残念ながら、研究グループによりますと今回の方法を使って水深700メートルを超える深海から金を回収するためには1回の潜航あたりおよそ700万円の費用がかかるため、現状では採算は合わないと考えています。日本は、資源がないが故、高濃度の金銀が取れるのなら、頑張って実用化してもらいたいものだ。

石油から海底鉱物へ、ノルウェーが目指す採掘シフト(ロイターの10月12日号記事)

 ノルウェーは油田・ガス田のおかげで世界有数の富裕国となった。だが、今夢見ているのは、深海探査によって石油・天然ガス以外の資源を発見することだ。ノルウェー政府が目指しているのは、海底に眠る銅や亜鉛などの金属の採掘で主役になることだ。こうした資源に対しては、環境に優しい技術、いわゆるグリーン・テクノロジー分野で旺盛な需要が見られる。ノルウェー石油エネルギー省がロイターに語ったところでは、早ければ2023年にも深海採掘の認可を企業各社に与える可能性があるという。電気自動車のバッテリーや風力発電のタービン、太陽光発電に用いられる鉱物を海底から採掘する最初の国の1つということになりそうだ。

とはいえ、ノルウェーはこうした動きによって、世界中の手付かずの海底を開発することによる環境リスクをめぐる論争の最前線に立たされる可能性もある。

ノルウェーは12日、自国の海底を鉱物資源探査・生産に開放すにあたって必要な環境影響調査に向けた準備を開始すると発表した。

この環境影響調査に先立って、ノルウェーは3年かけた調査により、銅、亜鉛、コバルト、金、銀を含む深海の鉱床を確認してきた。調査を実施したノルウェー石油理事会が明らかにした。

ノルウェー科学技術大学(NTNU)の研究者らによる推測値では、ノルウェーの大陸棚における埋蔵量は、銅が最大2170万トン(2019年の世界全体での銅生産量より多い)、亜鉛が2270万トンとされている。

ただ、推測値の平均ははるかに低く、それぞれ690万トン、710万トンとなっている。

「ノルウェーが管轄権を有する水域内での銅採掘事業は、陸上での採掘量に匹敵するものにはならないかもしれないが、将来のグローバル需要に応じる上で大きく寄与する可能性がある」とNTNUのスタイナー・ロエベ・エレフモ准教授は、ロイターに語った。

「深海採掘が、地政学的な条件を変化させる可能性もある」と同准教授は語る。

鉱物は多金属硫化物、いわゆる「ブラック・スモーカー」という形で発見される。海水がマグマに到達して熱せられ、溶解した金属・硫黄を伴って海底に噴出することで形成される。

ノルウェー石油理事会によれば、調査では、岩盤上に形成されるマンガン鉱床中に、エレクトロニクス製品や合金に用いられるリチウム、レアアース金属のスカンジウムも高い含有率で発見されたという。

こうした鉱床は、陸地から最大700キロ離れたノルウェー海の、ヤンマイエン島とスバールバル諸島の間に伸びる大西洋中央海溝沿いに分布している

<日本も追随へ>

ノルウェー政府は環境影響調査の完了後、2022年末までに、この調査結果と、探査・生産に向けて水域を開放する提案について市民の意見を求める予定である。その後、2023年第2四半期までに国会で審議と採決が行われる。

「国会が水域開放を可決すれば、探査に向けた認可を出せるようになる。恐らく2023年下半期か2024年になるだろう」と石油エネルギー省は話している。

ティナ・ブル石油エネルギー相は、ロイターに対し「私たちはこの件で前進している。気運は盛り上がっている」とし「大きな可能性を秘めた産業だ」と述べた。

日本も同様の計画を進めているが、ロイターの取材に応じた資源エネルギー庁の当局者によれば、民間企業と提携したプロジェクトの開始は2026─2028年になると見られる。

この当局者は、開始時期は金属市場の価格水準と深海採掘のコスト削減次第であると話している。

国際水域における海底鉱物資源関連の活動を監督している国連国際海底管理局(ISA)は、30件の海底探査契約を承認している。最多は5件の中国。

ジャマイカに本部を置くISAでは、COVID-19のパンデミックにより、昨年予定されていた深海での鉱物資源生産に関するルール承認を2021年に先送りせざるを得なかった。

もっともノルウェーの場合、国際水域に眠る資源ではないため、こうしたルール策定を待つ必要はない。

<環境面での懸念も>

海底鉱床からもたらされる金属への需要をけん引するのはクリーン・テクノロジーだが、海底での鉱物資源探査は、それ自体が環境負荷になる。

英国のデビッド・アッテンボロー氏などの環境保護活動家は、海底に生息する生物種と、深海での採掘がそうした種に与える影響がさらに解明されるまで、深海底での採鉱を一時停止するよう求めている。また、グリーンピースは最近の報告書で恒久的な禁止を求めた。

ISAによれば、ジャイアントチューブワーム、二枚貝やカニ類、微生物などはすべて、海底鉱物資源が発見されている熱水噴出孔から湧出する化学物質をバクテリアが酸化することで得られる有機物に依存している。

<石油開発からの転換>

ノルウェーを富裕国にしたのは石油と天然ガスだが、人口540万人の同国は、国内主力産業を徐々に転換していくための選択肢を見つけ、エネルギー資源のグリーン化とそれに伴う成長に貢献しようと意欲を燃やしている。

オスロに本拠を置くコンサルタント会社、リスタッド・エナジーの試算によれば、ノルウェーにおける深海鉱床の開発は2050年までに年間最大200億ドルの収益をもたらし(2019年の石油・天然ガスによる収益は約610億ドル)、約2万人の雇用を創出するという。

油田・ガス田用の海底地図を作成するシーバード・エクスプロレーションは、2021年第1四半期に、深海探鉱関連の子会社を、小型株を扱う証券取引所のユーロネクスト・グロース・オスロに上場する計画だ。

キプロスに本社を置くシーバードは、2020年代末には生産が始まる可能性があり、石油・ガス分野で用いられている技術を応用できると考えている。

シーバードのスタール・ロダール執行会長は、ロイターに対し「生産システムをゼロから考案しなければならないだろうが、基本的な要素はすでにある。鉱山と油田の技術を融合したものになるだろう」と語った。

また、ノルディック・マイニングも探査認可を申請する予定だと話している。一方、ノルウェー最大手のエネルギー企業エクイノルと石油産業中心の投資グループであるアケルは、参入するか否かを決定していないと話している。

日本の石油天然ガス・金属鉱物資源機構(JOGMEC)は2017年、世界に先駆けて、日本近海において深海の鉱物資源を掘削し、水面まで引揚げる実験を成功させている。

複数の石油企業の共同創業者であり、スタートアップ企業ローク・マリン・ミネラルズのCEOを務めるウォルター・ソグネス氏は「鉱物資源を求めて深海に潜るというのは夢のような話だが、過去50年間に石油・天然ガス産業が達成してきたことを忘れてはならない。その成果を利用することができるのだから」と語る。

 

 


日米大企業の研究開発費

2023年10月20日 09時49分08秒 | 日記

アメリカの大企業の発明は、世界中に影響を及ぼすことが多いので、その理由を考えて見た。

首相官邸ホームページ
https://www.kantei.go.jp/jp/singi/keizaisaisei/miraito... に、適切な資料があった。2018年度のデータだが、5年後の今も大差ないと思う。


 
 

(出所)財務省「法人企業統計」、経済産業省「企業活動基本調査」、 U.S Census Bureau「Quarterly Financial Report」、National Science Foundation 
「Business Research and Development and Innovation」を基に作成。




GAFA・の売上高の推移(中国のBATの売上高も記載されているが)

これらの表を見ると、

研究開発費の大きさは、製品の世界的な影響力だけでなく、売り上げ高にも直影響している。Gafa売り上げ最下位のFacebookは、Meta Platformsと社名変更して以来、売り上げを伸ばし2022年度は、1200億ドル、日本円で18兆円。一方、日本はトヨタが20億ドル、ソニー、日立は7億ドル近辺で、研究開発費の大きさが売り上げにも影響することが明白。

 

研究開発費は、いきなり増やせるものでは無いから、日本企業は、アメリカと競合するものは避け、得意分野に絞り込むことが不可欠だろう。


生命のある地球の寿命

2023年10月08日 12時25分43秒 | 日記

地球の生命は、太陽が進化して、100億年後に巨大な赤色巨星になって、太陽系を吸収するまで安泰かと思っていたら、2.5億年後には、現在の5つの大陸が、1個のパンゲア・ウルティマ超大陸になり、その間の地球自体の活動により高温になり、現在の地球上の生命は消滅するという。唯その後は冷えたり、あるいは高温のまま、新たな宇宙人のような生命体が発生するのかも。

まず、太陽系の進化の時系列は、Wikipediaのを引用すると、太陽系は46億年前に誕生し、100億年後に赤色巨星になった太陽に吸収されることになる。

Projected timeline of the Sun's life.

 

次に、パンゲア・ウルティマ超大陸であるが、エコノミスト 2021年2月12日号に鎌田さんという方が「日本列島はいずれ消滅する?「パンゲア・ウルティマ超大陸」とは何か?」という記事にづかいしておられたので引用する。

 
このパンゲア・ウルティマ超大陸は、「プレート・テクトニクス」理論に基づく地球物理学の100年前からの常識だとか。