再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー ～ 科 学 教 育 マ ニ ュ ア ル ～ （ 日 本 語 訳 ）
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翻 訳
坪 田 幸 政 ， 教 育 学 博 士 桜 美 林 大 学 自 然 科 学 系 教 授
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第一章 環境と気候変化
1.1 は じ め に
1.2 世 界 の エ ネ ル ギ ー 需 要 1.3 地 球 温 暖 化
1.3.1 温 室 効 果 1.3.2 海 面 レ ベ ル
1.3.3 地 球 温 暖 化 の 影 響
1.3.4 私 た ち は 地 球 温 暖 化 を 止 め ら れ る か ? 1.4 現 代 の エ ネ ル ギ ー 技 術 の 不 利 な 点 1.5 革 新 的 グ リ ー ン テ ク ノ ロ ジ ー 1.5.1 太 陽 電 池
1.5.2 風 力 発 電 1.5.3 電 気 分 解 1.5.4 燃 料 電 池
1.6 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー の 組 み 合 わ せ に よ る 水 素 ク リ ー ン エ ネ ル ギ ー 経 済 の 未 来 像 1.7 結 論
参 考 文 献 図 の 出 典
夜 明 け の 地 球
第一章 環境と気候変化
1.1 は じ め に
エ ネ ル ギ ー は ， 現 代 の 社 会 に お い て 必 要 不 可 欠 で あ る ． エ ネ ル ギ ー は ， 日 没 後 の 生 活 や 人 々 の 移 動 や 物 流 ， そ し て 技 術 の 連 続 的 な 発 展 を 可 能 に す る ． 原 油 や 天 然 ガ ス の よ う な 現 在 利 用 可 能 な エ ネ ル ギ ー 源 は ， 定 住 人 口 の 増 加 と 人 々 の 移 動 の 目 的 で は 有 利 で あ っ た ． し か し ， 発 電 に 化 石 燃 料 を 使 用 す る こ と は ， 負 の 副 作 用 を 多 く 引 き 起 こ し た ． そ れ ら に は ， 深 刻 な 汚 染 ， 世 界 の 地 下 資 源 の 広 範 な 開 発 ， 豊 富 な 資 源 を 有 す る 国 々 の 政 治 的 支 配 や 優 位 性 な ど が あ る ． 更 に ， 地 球 的 な エ ネ ル ギ ー の 需 要 は ， 世 界 の 人 口 の 連 続 的 な 増 加 の た め に 急 速 に 増 加 し て い る ．
化 石 燃 料 に は 供 給 面 で の 限 界 が あ る ． そ し て ， 世 界 の 限 ら れ た 地 域 に だ け 産 出 す る ． こ れ ら の こ と が 平 和 を 脅 か す 戦 争 や 地 域 的 な 紛 争 に 発 展 す る ．限 り あ る 供 給 と 大 き な 需 要 は ， 化 石 燃 料 の 価 格 を 連 続 的 に 高 騰 さ せ る ． そ れ 故 ， 低 価 格 の 石 油 時 代 は ， 急 速 に 終 局 に 近 づ い て い る ． 化 石 燃 料 は ， 私 た ち の 現 在 の 生 活 状 態 を 維 持 す る た め に 必 要 と さ れ て い る ． し か し ， 化 石 燃 料 を 利 用 す る こ と で ， 人 類 ， 植 物 ， 動 物 は そ れ ら の 副 作 用 に 苦 し め ら れ て い る ． こ れ ら 化 石 燃 料 か ら 生 成 さ れ る 廃 棄 物 は 地 球 の 大 気 を 加 熱 し ， 大 気 と 水 と 大 地 を 汚 染 す る ． そ し て ， こ の こ と が 地 球 上 全 て の 種 の 生 活 環 境 を 低 下 さ せ て い る ． 代 替 エ ネ ル ギ ー 技 術 を 開 発 す る 経 済 的 ， そ し て 環 境 的 理 由 が 存 在 す る ．
代 替 エ ネ ル ギ ー 源 へ の 強 い 関 心 が 最 初 に 起 こ っ た の は ，1970年 代 に 原 油 が 突 然 供 給 不 足 に 陥 っ た 時 で あ る ． 当 時 ， 私 た ち は 未 だ 多 く 化 石 燃 料 が 埋 蔵 さ れ て い る と 認 識 し て い た ． こ の 出 来 事 は そ の よ う な 状 況 下 で 起 こ っ た の で あ る ． こ の こ と は ， 世 界 に 化 石 燃 料 の 供 給 に は 限 度 が あ り ， 最 終 的 に 無 く な る と い う 事 実 に 気 づ か せ た ． 過 去 10 年 間 ， 環 境 に 優 し く ， よ り 効 率 の 良 い エ ネ ル ギ ー 生 産 へ の 関 心 が 高 ま っ て き た ． こ の 関 心 は 代 替 燃 料 や エ ネ ル ギ ー 資 源 に つ い て の 研 究 を 急 速 に 拡 大 さ せ て い る ． 化 石 燃 料 燃 焼 へ の 依 存 は ， 酷 い 大 気 汚 染 と 世 界 の 石 油 資 源 の 広 範 な 採 掘 と い う 結 果 を も た ら し た ． 私 た ち の生 態 系や 多 く の 種 の 健 康 へ の 危 険 が あ る と い う こ と に 加 え て ， 汚 染 は ま た 世 界 の 大 気 を 変 化 さ せ て い る ． 増 加 す る 世 界 の 人 口 を 維 持 す る た め の 電 力 を 供 給 す る た め に ， 化 石 燃 料 の 燃 焼 を 増 加 さ せ る こ と で ，地 球 温 暖 化と 呼 ば れ る こ の 傾 向 は ， 連 続 的 に 悪 化 し て い る ． 世 界 は ， 増 加 す る 世 界 人 口 に 対 し て ， 汚 染 物 質 の 排 出 量 が 少 な く ， エ ネ ル ギ ー 効 率 の 良 い 燃 料 を 無 尽 蔵 に 供 給 で き る エ ネ ル ギ ー 資 源 を 必 要 と し て い る
多 く の 代 替 エ ネ ル ギ ー 技 術 が 研 究 さ れ ，開 発 さ れ て い る ．こ れ ら に は ，太 陽 ，風 ，水 力 ， 生 物 エ ネ ル ギ ー ， 地 熱 エ ネ ル ギ ー な ど ， そ の 他 多 く の も の が 含 ま れ る ． 太 陽 電 池 は 発 電 に 太 陽 を 利 用 す る ． 風 力 発 電 は 風 の 運 動 エ ネ ル ギ ー か ら エ ネ ル ギ ー を 取 り 出 す ． 生 物 エ ネ ル ギ ー は 植 物 か ら 抽 出 す る ． ま た ， 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー に は ， 生 物 学 的 な 廃 棄 物 か ら 気 体 と し て 抽 出 す る も の も あ る ． そ し て ， 海 洋 の 波 の エ ネ ル ギ ー を 利 用 す る こ と も あ る ． こ れ ら の 代 替 エ ネ ル ギ ー ひ と つ ひ と つ に ， そ れ ぞ れ 有 利 な 点 と 不 利 な 点 が あ り ， こ れ ら の エ ネ ル ギ ー は そ れ ぞ れ 異 な る 開 発 段 階 に あ る ． 図 1-1～ 図 1-3 に ， 風 力 発 電 と 水 力 発 電 と 太 陽 エ ネ ル ギ ー 利 用 を 示 し た ．
図 1-1. 風 力 発 電 図 1-2. 水 力 発 電 図 1-3. 太 陽 熱 利 用
私 た ち の 地 球 と そ こ に 住 む 全 て の 生 物 種 が 使 う エ ネ ル ギ ー を 認 識 す る こ と は ， 有 益 な こ と で あ る ． 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー キ ッ ト を 利 用 し て ， 風 と 太 陽 ， 電 気 分 解 槽 ， プ ロ ト ン 交 換 膜 型 燃 料 電 池 ， 水 素 貯 蔵 シ ス テ ム と い う 基 本 的 な 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 技 術 に つ い て 探 求 で き る ．こ の キ ッ ト は 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー を ど の よ う に 変 換 し ，利 用 で き る か を 演 示 で き る ． こ れ ら の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー は ， 私 た ち の 環 境 に よ っ て ， 自 然 に 補 充 さ れ る ． 実 験 を 通 し て こ れ ら の 技 術 に つ い て 学 ぶ こ と で ， 生 徒 は こ れ ら の 技 術 が ど の よ う に 機 能 す る か を 正 し く 学 習 す る こ と が で き る ． 私 た ち は ， 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 教 育 キ ッ ト を 利 用 し た 実 験 指 導 を す る こ と で ， こ の キ ッ ト に 含 ま れ る エ ネ ル ギ ー 技 術 に つ い て 学 ぶ だ け で な く ， 将 来 の 代 替 エ ネ ル ギ ー 技 術 に つ い て 探 求 し ， 考 え る こ と が で き る ． こ れ ら の 技 術 を 調 べ る 方 法 と し て は ，TV の ニ ュ ー ス 番 組 や 科 学 番 組 （ サ イ エ ン ス ・ チ ャ ン ネ ル ） を 見 る と か ， 友 人 と そ れ に つ い て 話 し 合 う こ と な ど が 考 え ら れ る ． こ の キ ッ ト で エ ネ ル ギ ー 技 術 を 学 ぶ こ と で ， 学 習 者 に よ り 大 き な 実 験 器 を 製 作 し た い と 思 わ せ る か も し れ な い ． あ る い は ， い つ の 日 か 技 術 者 や 科 学 者 と し て こ れ ら の 技 術 を 改 良 す る こ と に 関 わ る か も し れ な い ．
1.2 世 界 の エ ネ ル ギ ー 需 要
20 世 紀 の 間 ， 化 石 燃 料 の 使 用 量 は 急 激 に 増 加 し ，1970 年 代 か ら 2000 年 で 4 倍 に な っ た ．地 球 上 の 人 類 は ，石 油 製 品 が 形 成 さ れ る 10万 倍 の 速 さ で ，そ れ ら を 消 費 し て い る［1, 2］． 現 在 ， 中 国 は 石 油 の 世 界 3 番 目 の 大 消 費 国 だ が ， も し も ， 中 国 の 国 民 一 人 ひ と り が 米 国 の 国 民 一 人 と 同 じ 量 を 消 費 し た な ら ，中 国 は そ の 需 要 に 応 え る た め に 一 日 に 9 千 万 バ レ ル の 石 油 が 必 要 と な る ．資 料［1］に 従 え ば ，1 日 の 典 型 的 な 石 油 生 産 量 は 約 8千 万 バ レ ル で あ る ． 明 ら か に こ の 方 程 式 に は ， ど こ か 誤 り が あ る ．
英 熱 量 単 位 （ BTU）：英 熱 量 単 位 と は ， 仕 事 率 ， 蒸 気 生 成 ， 暖 房 と 空 気 調 節 産 業 な ど で 使 用 さ れ る エ ネ ル ギ ー 単 位 の こ と で あ る ． 英 熱 量 単 位 は 多 く の 場 合 ， 国 際 単 位 系 （SI） の エ ネ ル ギ ー 単 位 で あ る ジ ュ ー ル （J） に 取 っ て 代 わ ら れ た が ， 英 国 と ニ ュ ー ジ ー ラ ン ド ， カ ナ ダ ， 米 国 の よ う な 国 々 で は 未 だ に 使 わ れ て い る ．
図 1-4 は 1980年 か ら 2030年 ま で の 現 在 と 将 来 の 予 想 エ ネ ル ギ ー 消 費 量 を 示 す［1］．国 際 的 な エ ネ ル ギ ー 消 費 は ，2003 年 か ら 2030 年 ま で 年 率 2.0％ で 増 加 す る と 見 積 も ら れ て
い る ．世 界 全 体 で の エ ネ ル ギ ー 総 エ ネ ル ギ ー 使 用 量 は ，2003年 の 421千 兆 BTU か ら 2015 年 の 563 千 兆 BTU，2030年 の 722千 兆 BTUに 増 加 す る と 予 想 さ れ る ．
2003年 か ら 2030年 ま で の エ ネ ル ギ ー 需 要 の 最 も 急 激 な 増 加 は ，中 国 と イ ン ド を 含 む ア ジ ア ， 中 央 ア メ リ カ ， 南 ア メ リ カ ， 中 近 東 と ユ ー ラ シ ア で 予 想 さ れ て い る ［1, 2］． こ れ ら の 国 々 に 対 す る エ ネ ル ギ ー 必 要 量 は ， 平 均 し て 年 率 5％ で 増 加 し て い る ． 国 ・ 地 域 別 の エ ネ ル ギ ー 需 要 を 図 1-5 に 示 し た ．
図 1-4. 世 界 の エ ネ ル ギ ー 消 費 ， 1980～ 2030
図 1-5. 地 域 別 一 次 エ ネ ル ギ ー 需 要 （ 1980～ 2030 の 平 均 年 成 長 率 ， ％ ）
平 均 年 成 長 率（ AAGR，％ ）：平 均 年 成 長 率 と は ，1 年 間 に 亘 る 成 長 率 の 平 均 で あ る ．平 均 年 成 長 率 は ， 各 年 の 年 成 長 率 の 算 術 平 均 を 取 る こ と で 計 算 さ れ る ． 例 え ば ， あ る 地 域 の エ ネ ル ギ ー 需 要 が 1 年 間 で 10％ の 成 長 が 予 想 さ れ ， 次 の 1 年 が 20％ の 成 長 予 想 の 場 合 ，2 年 間 の AAGR は 15％ と な る ．
そ れ ぞ れ の 国 に は ，化 石 燃 料 の 消 費 を 削 減 す る た め に 化 石 燃 料 税 を 支 持 す る 集 団 が い る ． ま た ， 代 替 エ ネ ル ギ ー 技 術 を 主 張 す る 集 団 も い る ． 多 く の 専 門 家 は ， 工 業 国 で の 化 石 燃 料 消 費 の 削 減 を 奨 励 し ， 持 続 可 能 で 再 生 可 能 な エ ネ ル ギ ー 源 を 利 用 す る 社 会 基 盤 構 築 を 促 進 す る ．
世 界 人 口 の 約 43％ は ，電 気 エ ネ ル ギ ー を 獲 得 す る た め の 主 要 な 手 段 と し て 石 炭 を 使 用 す る （ 図 1-6）． そ し て ， 天 然 ガ ス が 22％ で こ れ に 続 く ． 水 力 を 中 心 と し た 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー が 14％ で あ り ， 原 子 力 が 13％ で ， 残 り の 8％ が 石 油 と な る ［1, 2］．
18 世 紀 と 19世 紀 ， 産 業 革 命 の 間 は 石 炭 が 主 要 な 燃 料 で あ っ た ． 自 動 車 と 家 庭 用 電 気 製 品 が 一 般 的 に な る 20 世 紀 に は ， 石 油 が 主 要 な 燃 料 と な っ た ． し か し ， 過 去 数 年 の 間 で ， 中 国 に お け る 化 石 燃 料 消 費 の 増 加 の た め に ， 石 炭 は 利 用 量 が 最 も 急 速 に 増 加 す る 化 石 燃 料 と な っ た ． 現 在 ， 再 生 可 能 な 形 態 の エ ネ ル ギ ー は ， 全 エ ネ ル ギ ー 消 費 に お け る 割 合 が 小 さ い け れ ど も ， そ れ ら は 図 1-7 に 示 し た よ う に そ の 他 の エ ネ ル ギ ー 形 態 と 比 較 し て ， 最 も 高 い AAGR を 有 す る ．
図 1-6. 世 界 の 燃 料 別 発 電 量
図 1-7. 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー と 化 石 燃 料 由 来 の エ ネ ル ギ ー の 平 均 年 成 長 率 （ ％ AAGR）
1.3 地 球 温 暖 化
地 球 温 暖 化 と い う 言 葉 は ，ほ と ん ど の 人 が 聞 い た こ と の あ る 言 葉 で あ り ，そ れ が 惑 星「 地 球 」の 気 温 上 昇 を 意 味 す る こ と を 知 っ て い る ．し か し ，私 た ち の 多 く は ，そ れ が 何 で あ り ， 正 確 に 何 を 意 味 す る か ， あ る い は そ れ が ど の よ う に 定 量 化 さ れ る の か を 理 解 し て い な い ． 地 球 温 暖 化：人 間 活 動 の 結 果 と し て ， 短 時 間 に 地 球 の 気 温 が 急 激 に 上 昇 す る こ と ．
1世 紀 で 0.4℃ の 気 温 上 昇 は か な り 大 き い ．そ し て ，地 球 温 暖 化 は 1 世 紀 で 1℃ の 上 昇 と 考 え ら れ る ［3，4］． 気 候 の 変 化 は ， 普 通 数 千 年 の 時 間 を 要 す る ．1℃ あ る い は 2℃ の 変 化 は 大 き く は 思 え な い が ， 小 さ な 気 温 の 変 化 が 大 き な 影 響 を 与 え る こ と が あ る ． 氷 河 時 代 に つ い て 聞 か れ る と ， あ な た は 恐 ら く 世 界 中 が 雪 や 氷 で 覆 わ れ る と 考 え る だ ろ う ． 氷 河 時 代 は5万 年 か ら10万 年 の 周 期 で 起 こ る が ，氷 河 時 代 の 全 球 平 均 気 温 は ，現 在 に 比 べ て 僅 か5℃
低 い だ け で あ る ［3，4］．
気 候 変 動 に 関 す る 政 府 間 パ ネ ル （ IPCC）は ， 世 界 中 か ら 集 ま っ た 2,500人 以 上 の 科 学 者 集 団 で あ る ． 彼 ら は 気 候 研 究 を 進 め る た め に 2007 年 の 会 合 に 参 加 し た ． 気 温 と 海 面 レ ベ ル の 変 化 に 関 す る IPCC の 発 見 を 図 1.8 に 示 し た ．こ の 会 合 の 一 つ の 結 論 は ，過 去 15 年 間 は 1850 年 以 降 で 最 も 暖 か か っ た と い う こ と で あ る ．
こ の 会 議 中 に ま と め ら れ た そ の 他 の 事 実 に は ， 次 の こ と が 含 ま れ る ［3，4，5］：
・ 氷 河 と 雪 は 北 半 球 と 南 半 球 で 減 少 し た ．北 極 の 平 均 気 温 は ，過 去 100年 間 に 全 球 平 均 の 2倍 の 大 き さ で 上 昇 し た ．
・ 降 水 量 は ア メ リ カ ， 北 ヨ ー ロ ッ パ と ア ジ ア の 一 部 で 増 加 し た ． 南 ア メ リ カ と 地 中 海 は 乾 燥 傾 向 を 経 験 し た ．
・ 暑 い 日 の 日 数 が 増 加 し ， 寒 い 日 の 日 数 が 減 少 し ， そ の 度 合 い も そ れ 程 で は な く な っ た ．
火 山 活 動 や 太 陽 か ら の 放 射 ，大 気 の 化 学 組 成 な ど の 変 化 に よ る 自 然 起 源 の 気 候 変 化 で は ， 僅 か 1℃ の 変 化 に 時 と し て 数 千 年 を 要 す る ［3，4，5］．
図 1-8. 気 温 (上 )と 海 面 レ ベ ル （ 下 ） の 変 化 に 関 す る IPCC の 結 論 1.3.1 温 室 効 果
地 球 温 暖 化 は温 室 効 果の 強 ま る こ と が 原 因 で あ る ．温 室 効 果は 地 球 上 の 生 命 の 生 存 を 可 能 に す る よ う に ， 地 球 の 暖 か さ を 保 っ て い る の で 一 般 的 に は よ い 現 象 で あ る ． 太 陽 の エ ネ ル ギ ー が 地 球 大 気 に 入 射 し た と き ， 約 70％ は 惑 星 に 留 ま り ， 残 り の 30％ は 宇 宙 に 向 け て 反 射 さ れ る ［5］．
地 球 温 暖 化 実 験 惑 星 に 残 る 熱 は 陸 地 ， 海 洋 ， 植 物 に よ っ て 吸 収 さ れ ， 最 終 的 に 海 洋 や 大 陸 に よ っ て 放 射 さ れ る ． 雲 は 宇 宙 へ の 反 射 の 原 因 で あ る ． 熱 の い く ら か は 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 ， メ タ ン ， 水 蒸 気 な ど の 気 体 に よ っ て 吸 収 さ れ る ． こ の 閉 じ 込 め ら れ た 熱 が 惑 星 を 暖 か く 保 っ て い る ． 図 1-9 は 太 陽 エ ネ ル ギ ー の 収 支 と 温 室 効 果 を 示 す ． も し も 地 球 が 温 室 効 果 を 持 た な い と す る と ， 地 球 は 恐 ら く 火 星 の よ う に な る だ ろ う ． 何 人 か の 科 学 者 は ， 火 星 の 大 気 に 十 分 な 二 酸 化 炭 素 と 水 蒸 気 を 注 入 で き れ ば ， 地 表 面 で 植 物 が 生 育 で き る ほ ど に ， 気 体 （ 大 気 ） が 十 分 に 厚 く な る と な る と 提 案 す る ． こ れ ら の 計 画 は 最 終 的 に 酸 素 を 生 成 す る ． 火 星 の 現 在 の 状 況 を 図 1-10 に 示 し た ．
図 1-9. 太 陽 エ ネ ル ギ ー と 温 室 効 果
図 1-10. 探 査 機 バ イ キ ン グ に よ る 火 星 表 面 の 様 子
産 業 革 命 以 降 ， 大 量 の 気 体 が 大 気 中 に 放 出 さ れ ， 温 室 効 果 が 強 ま っ た ． こ れ ら に は ， 次 の 気 体 が 含 ま れ る （ 図 1-11）［5］：
1. 二 酸 化 炭 素（ CO2）：二 酸 化 炭 素 は 無 色 の 気 体 で ，化 石 燃 料 を 燃 焼 し た 時 の 副 産 物 の ひ と つ で あ る ． 現 在 ， 大 気 中 に あ る 二 酸 化 炭 素 の 大 部 分 は ， 数 百 万 年 前 の 火 山 噴 火 に よ っ て 噴 出 し た も の で あ っ た ． 長 年 ， 私 た ち は 二 酸 化 濃 度 増 加 に 加 担 し て き た ． 二 酸 化 炭 素 は 赤 外 線 を 吸 収 す る の で ， 地 球 温 暖 化 の 主 要 な 原 因 物 質 で あ る ． 二 酸 化 炭 素 の 排 出 は ， 地 球 全 体 で 1900 年 の 10 億 ト ン か ら 2000 年 の 80 億 ト ン に 増 加 し た ．IPCC の 推 定 で は ，二 酸 化 炭 素 の 濃 度 （ppm） は ，1800年 代 の 280ppm か ら 2005年 の 379ppm に 増 加 し て い る ［5］．
2. 二 酸 化 窒 素（ NO2）：排 出 さ れ た 二 酸 化 窒 素 レ ベ ル は ，二 酸 化 炭 素 レ ベ ル よ り も 低 い ．し か し ，二 酸 化 窒 素 は 二 酸 化 炭 素 の 約 270 倍 の 強 さ で 赤 外 線 を 吸 収 す る［5］．二 酸 化 窒 素 も 燃 焼 の 副 産 物 で あ り ， 燃 焼 に よ り 大 量 の 二 酸 化 窒 素 （ 窒 素 酸 化 物 ） が 排 出 さ れ る ．
3. メ タ ン（ CH4）：メ タ ン は 天 然 ガ ス の 主 成 分 で あ る ．メ タ ン は 石 炭 の 副 産 物 で あ り ，廃 棄 物 の 分 解 ， 大 規 模 な 家 畜 の 群 れ な ど か ら も 生 成 さ れ る ． メ タ ン は 二 酸 化 炭 素 の 約 20 倍 以 上 の 強 さ で エ ネ ル ギ ー を 吸 収 す る ． そ れ 故 ， 地 球 を 加 熱 す る ［5］．
4. 水 蒸 気（ H2O）：水 蒸 気 は 温 室 効 果 を 強 め る ．し か し ，そ れ は 人 間 活 動 に よ る 排 出 よ り は ， む し ろ 気 候 変 化 の 結 果 で あ る こ と が 普 通 で あ る ． 地 球 が 加 熱 さ れ る と ， 水 蒸 気 が 発 生 し ， 上 昇 す る ． 下 層 大 気 の 気 温 は 上 空 ほ ど 低 い ． 結 果 と し て ， 水 蒸 気 は 再 び 液 体 の 水 に 戻 る ま で 十 分 に 冷 却 さ れ ， 再 び 落 下 す る ． 水 蒸 気 が 上 昇 し ， そ の 多 く は 雲 と し て 凝 結 し ， 入 射 す る 太 陽 放 射 を 反 射 す る ． そ れ 故 ， 地 球 表 面 に 届 く エ ネ ル ギ ー 量 を 減 少 さ せ る ． 水 の 蒸 発 と 凝 結 ， そ い て 降 水 と い う 水 の 循 環 を 図 1-12 に 示 す ． 増 加 し た 水 蒸 気 の 正 確 な 地 球 へ の 効 果 に つ い て ， 科 学 者 は 確 信 が な い ． し か し ， 彼 ら は 水 蒸 気 の 濃 度 が 二 酸 化 炭 素 量 の 増 加 と 相 関 が あ る と 信 じ て い る ．
図 1-11. 気 体 分 子 （ 左 か ら 二 酸 化 炭 素 ， 二 酸 化 窒 素 ， メ タ ン ， 水 蒸 気 ）
図 1-12. 蒸 発 と 凝 結 と 降 水 か ら 成 る 水 の 循 環 1.3.2 海 面 レ ベ ル
全 球 温 度 の 上 昇 に よ り ， 氷 河 や 棚 氷 が 図 1-13 に 示 し た よ う に 融 解 す る ． 大 規 模 な 氷 塊 の 減 少 は ， 太 陽 エ ネ ル ギ ー の 反 射 が 減 少 す る と い う 事 実 に よ り ， 地 球 温 暖 化 を 加 速 す る こ と に な る だ ろ う ． も ち ろ ん ， 氷 塊 の 融 解 は 海 面 レ ベ ル 上 昇 の 原 因 に も な る だ ろ う ． 最 初 の 上 昇 は ， 僅 か 2.5cm あ る い は 5cm ほ ど で あ る ． し か し ，2.5cm あ る い は 5cm で も 海 岸 地 方 の 低 地 で は ，洪 水 の 原 因 と な る こ と が 予 想 さ れ る ．も し ，南 極 大 陸 の 西 側 の 氷 床 が 融 け ， 海 の 中 に 崩 壊 す る と ， 海 面 レ ベ ル が 約 10m上 昇 す る だ ろ う ［2, 3, 5］． こ れ に よ り 多 く の 沿 岸 地 域 が 海 洋 の 下 に 消 え 去 る で あ ろ う ．
世 界 の 最 大 の 氷 塊 は ，南 極 大 陸 に あ り ，世 界 の 氷 の 約 90％ を 占 め る ．こ の 氷 の 厚 さ は 約 2,133ｍ で あ る ［5］． も し ， こ の 氷 が 全 て 融 解 す る と 海 洋 表 面 は 約 61m 上 昇 す る ［5］． 南 極 大 陸 の 平 均 気 温 は －37℃ で あ り ，そ れ 故 ，南 極 大 陸 が 氷 点 以 上 に な る こ と は 困 難 で あ る
［3, 5］．
北 極 の 氷 は 南 極 ほ ど 厚 く な く ， 水 の 中 に 浮 い て い る ． も し ， こ の 氷 が 融 け て も ， 海 面 レ ベ ル は 影 響 を 受 け な い ． グ リ ー ン ラ ン ド も ま た 大 規 模 な 氷 床 で 覆 わ れ て い る ． も し ， こ れ が 融 け る と 海 面 レ ベ ル は 約 7m 上 昇 す る だ ろ う［5］グ リ ー ラ ン ド は 赤 道 に 近 い の で ，氷 点 よ り も 高 く な る 可 能 性 が あ り ， そ れ 故 ， 最 初 に 融 解 す る こ と が 予 想 で き る だ ろ う ．
図 1-13. 海 洋 と 大 気 と 氷 河 の 間 の 水 循 環 1.3.3 地 球 温 暖 化 の 影 響
地 球 温 暖 化 の 生 態 系 へ の 影 響 を 予 想 す る こ と は 困 難 で あ る ． 多 く の 生 態 系 は ， 非 常 に 繊 細 で あ り ， 小 さ な 変 化 が 生 態 系 を 劇 的 に 変 化 さ せ る こ と が あ る ． 生 態 系 は ま た ， 相 互 に 関 係 し て い る ． そ れ 故 ， ひ と つ の 生 態 系 へ の 変 化 は ， 確 実 に 別 の 生 態 系 に 影 響 す る だ ろ う ． 気 温 の 上 昇 あ る い は 雨 の 増 加 は ， 穀 物 の 成 長 に 影 響 を 与 え る ． 地 球 温 暖 化 に よ り ， 穀 物 生 産 が 1 年 間 に 約 50億 ド ル 減 少 す る と 予 想 さ れ る ．温 度 が 1℃ 上 昇 す る 毎 に ，穀 物 生 産 が 3
～5％ 減 少 す る こ と が 予 想 さ れ て い る ［5, 6］．
生 態 系：生 態 系 と は ， あ る 環 境 に お け る 全 て の 生 命 体 （ 植 物 と 動 物 ， そ し て 微 生 物 ） と 相 互 に 協 調 し て 機 能 す る 非 生 命 体 で あ る 物 理 要 因 か ら 構 成 さ れ る シ ス テ ム で あ る ．
1.3.4 私 た ち は 地 球 温 暖 化 を 止 め ら れ る か ?
温 室 効 果 気 体 の 排 出 は ， 健 康 問 題 や 酸 性 雨 ， そ し て オ ゾ ン の 形 成 に 直 接 的 に 関 係 す る ． 中 国 と イ ン ド の 多 く の 地 域 で は ， 大 気 汚 染 が 一 般 市 民 の 健 康 問 題 と な っ て い る ． 大 気 中 の 二 酸 化 硫 黄（SO2）と 三 酸 化 硫 黄（SO3），そ れ に 二 酸 化 窒 素（SO2）が 化 学 反 応 を 起 こ し ， 酸 性 化 合 物 を 生 成 す る 時 に 酸 性 雨 が 生 じ る ． こ れ ら の 物 質 は 雲 の 中 で 水 滴 に 吸 収 さ れ ， 地 球 に 落 ち ， 生 態 系 の 酸 性 度 を 上 昇 さ せ る ． こ の こ と が 植 物 生 命 体 や 土 壌 ， 建 物 に 被 害 を 及 ぼ す ． ほ と ん ど の 酸 性 化 合 物 は 汚 染 源 近 く に 沈 着 す る が ， 大 気 中 を 数 百 ， 数 千 キ ロ も 輸 送 さ れ る こ と も あ る ． こ の こ と は ， 米 国 で 生 成 さ れ た 汚 染 物 質 が 中 国 ま で 運 ば れ る こ と や ， ま た そ の 逆 の こ と も 起 こ り 得 る こ と を 意 味 す る ．
現 在 の 二 酸 化 炭 素 濃 度 は ， 氷 床 コ ア か ら 決 定 さ れ た 過 去 65 万 年 間 に 亘 る 自 然 変 動 の 範
囲 （180～300ppm） よ り も か な り 高 く な っ て い る ［3, 6］． も し ， 二 酸 化 炭 素 濃 度 が 400
～440ppm ま で 上 昇 し ， そ の レ ベ ル を 維 持 す る と 仮 定 す る と ， 最 終 的 な 気 温 上 昇 は 約 2.4
～2.8℃ に な る だ ろ う ［3, 4, 6］．
百 万 分 率 （ パ ー ト ・ パ ー ・ ミ リ オ ン ， ppm）：百 万 分 率 と は ， 非 常 に 低 濃 度 の 物 質 を 表 現 す る 単 位 で あ る ．同 様 の 表 現 に 100セ ン ト に 1 セ ン ト（ 米 国 通 貨 ）が あ り ，百 万 分 率（ppm）
は ， 百 万 分 に 占 め る 割 合 で 表 現 す る ．1ppm は 1ℓの 水 に 対 し て 1mg（=0.001g） に 相 当 す る （mg/ℓ）． あ る い は 土 壌 中 1kg に あ る 物 質 1mg が 含 ま れ る 濃 度 が 1ppm（mg/kg） で あ る ．［ 訳 注 ］1ℓの 水 の 質 量 は 約 1000g（ ＝1kg） の こ と で あ る ．
二 酸 化 炭 素 濃 度 を 安 定 化 さ せ る た め に は ，排 出 量 の 極 大 と そ れ に 続 く 減 少 が 必 要 で あ る ． こ れ が よ り 早 く 達 成 で き れ ば ， よ り 低 い 極 大 と 安 定 化 レ ベ ル が 期 待 で き る ．IPCC に 従 え ば ，CO2換 算 濃 度 で 445～490ppm 周 辺 に 安 定 化 さ せ る た め に は ， 二 酸 化 炭 素 の 排 出 は ， 最 も 遅 く て 2015 年 に は 極 大 に す る 必 要 が あ り ， そ の 後 ， 減 少 に 転 じ ，2050 年 に は 2000 年 レ ベ ル か ら 50～85％ の 間 ま で 減 少 さ せ る こ と が 必 要 で あ る ［3, 4］． 極 大 が こ れ よ り も 遅 れ ， よ り 高 濃 度 と な る と ， よ り 大 き な 気 温 の 上 昇 を 招 く ． 図 1-14 は ， 二 酸 化 炭 素 濃 度 の 年 変 化 に 伴 う 全 球 平 均 気 温 の 上 昇 を 示 す ．
図 1-14. 二 酸 化 炭 素 濃 度 と 排 出 量
地 球 温 暖 化 は ， 大 気 中 に 既 に 放 出 さ れ た 温 室 効 果 気 体 に よ り ， 数 世 紀 の 間 継 続 す る ． 多 く の 被 害 が 既 に 発 生 し て い る よ う に 思 わ れ る が ， 私 た ち は 色 々 な 方 法 で 私 た ち の 排 出 を 削 減 す る こ と が で き る ：
・エ ネ ル ギ ー 効 率 の 改 善：エ ネ ル ギ ー 効 率 は ， 次 に 示 す よ う に 装 置 に 入 力 し た エ ネ ル ギ ー に 対 す る 出 力 さ れ る エ ネ ル ギ ー の 割 合 の こ と で あ る ． そ し て ， こ の エ ネ ル ギ ー 効 率 の 改 善 に よ り ， 温 室 効 果 気 体 の 排 出 を 削 減 で き る ．
エ ネ ル ギ ー 効 率 ＝ エ ネ ル ギ ー 装 置 の 出 力 ÷入 力 し た エ ネ ル ギ ー
全 て の 種 類 の 道 具 は ， 要 求 さ れ る サ ー ビ ス を 提 供 し つ つ ， そ の 効 率 を 改 善 で き る ． そ の 結 果 ， 化 石 燃 料 の 使 用 を 減 ら し て ， 温 室 効 果 気 体 の 排 出 を 削 減 す る ． エ ネ ル ギ ー 効 率 を 改 善 す る 一 つ の 方 法 と し て ， あ な た の 運 転 す る 自 動 車 を 点 検 し ， 適 切 に 整 備 す る こ と が ， 結 果 と し て ， 排 気 ガ ス の 発 生 を 低 減 で き る ．
・省 エ ネ ル ギ ー：省 エ ネ ル ギ ー と は ， エ ネ ル ギ ー を 必 要 と す る サ ー ビ ス の 利 用 を 控 え る こ と で ， エ ネ ル ギ ー 使 用 量 を 減 ら し ， そ れ 故 ， 排 出 量 を 低 減 す る ． 例 え ば ， 不 必 要 な 電 灯 を 消 灯 す る ． エ ア コ ン で は な く 扇 風 機 を 利 用 す る ． あ る い は ， 熱 湯 で は な く ， ぬ る ま 湯 の 利 用 な ど ， 省 エ ネ ル ギ ー の 方 法 は 無 限 に あ る ．
・低 炭 素 強 度 の 化 石 燃 料 の 使 用：も し も 石 炭 浄 化 技 術（ ク リ ー ン・コ ー ル・テ ク ノ ロ ジ ー ） を 利 用 せ ず に 石 炭 を 使 用 し た 場 合 ，単 位 エ ネ ル ギ ー 当 た り 天 然 ガ ス よ り も 75％ 以 上 ，石 油 よ り も 33％ 以 上 多 く の 炭 素 を 排 出 す る［5］．そ れ 故 ，石 炭 を 使 用 す る か わ り に ，天 然 ガ ス を 使 用 す る こ と は ， 消 費 さ れ る 単 位 エ ネ ル ギ ー 当 た り の 排 出 を 削 減 で き る ．
・ゼ ロ ・ カ ー ボ ン ・ エ ネ ル ギ ー 資 源 の 利 用：風 や 太 陽 の よ う な 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 資 源 と 原 子 力 発 電 は ， 全 く 二 酸 化 炭 素 を 発 生 し な い ． も し も 持 続 可 能 な 方 法 で （ 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 教 育 セ ッ ト の よ う に ）水 素 が 獲 得 で き れ ば ，燃 料 電 池 も ま た 二 酸 化 炭 素 を 排 出 し な い ． こ れ ら の エ ネ ル ギ ー 源 は ， 水 を 加 熱 し ， 水 泳 用 プ ー ル で 使 用 し た り ， 一 般 家 庭 に 電 力 を 供 給 し た り ， 商 業 活 動 の た め の 電 力 を 供 給 で き る ．
・二 酸 化 炭 素 の 固 定 と 貯 蔵：化 石 燃 料 を 燃 焼 し た と き に 排 出 さ れ る 二 酸 化 炭 素 を 固 定 し ， 貯 蔵 す る 多 く の 技 術 が あ る ． こ れ ら の 技 術 は 燃 焼 前 も し く は 燃 焼 後 ， あ る い は 前 後 共 に 利 用 で き る ． 二 酸 化 炭 素 を 貯 蔵 で き る 場 所 に は ， 枯 渇 し た 油 田 や ガ ス 田 ， 岩 塩 洞 窟 ， 採 掘 不 可 能 な 石 炭 層 な ど が 考 え ら れ る ．
私 た ち の 汚 染 物 質 排 出 を 十 分 に 削 減 す る 最 善 の 方 法 は ， 非 化 石 燃 料 資 源 を 開 発 す る こ と で あ る ． 太 陽 や 風 や 燃 料 電 池 の エ ネ ル ギ ー の よ う な 代 替 エ ネ ル ギ ー 資 源 は ， も し そ れ ら が 広 く 使 用 さ れ る な ら ， 温 室 効 果 気 体 の 大 規 模 な 削 減 を 実 現 で き る ．
1.4 現 在 の エ ネ ル ギ ー 技 術 の 不 利 な 点
現 在 の エ ネ ル ギ ー 技 術 に は ， 熱 機 関 と 電 池 ， そ し て 石 炭 ， 石 油 ， 天 然 ガ ス な ど の 化 石 燃 料 が 含 ま れ る ．世 界 の 人 口 が 急 激 に 増 加 し ，化 石 燃 料 使 用 量 が 増 加 す る の で ，石 炭 と 石 油 ， そ し て 天 然 ガ ス は ， 近 い 将 来 に 供 給 不 足 と な る こ と が 予 見 さ れ る ．
化 石 燃 料 の 可 採 年 数 の 見 積 り に は 大 き な バ ラ ツ キ が あ る ．2005年 の 使 用 率 が 継 続 さ れ る と 仮 定 す る と ， 従 来 型 の 原 油 の 可 採 年 数 は 約 40年 ， 石 炭 で は 約 150年 で あ る ［4, 5］． 残 り の 埋 蔵 量 が 次 第 に 少 な く な る と ， 生 産 量 が 急 激 に 減 少 す る の で ， ど ち ら も 実 際 に 枯 渇 す る こ と は な い だ ろ う ．2005年 の 年 間 石 油 消 費 量 は 0.18ZJ で あ っ た ［8］．
こ れ ら の 値 に は か な り の 不 確 実 性 を 伴 う ． 可 採 埋 蔵 量 に 今 後 11ZJ の 追 加 が あ る と す る の は 楽 観 的 で あ ろ う ［8］． 図 1-15 は 地 球 上 の 57ZJ に 及 ぶ 原 油 の 内 訳 で あ る ．
ゼ ッ タ ジ ュ ー ル （ ZJ）：ゼ ッ タ ジ ュ ー ル は ， エ ネ ル ギ ー の 単 位 で あ る ． 1ZJ = 1,021 J．
ジ ュ ー ル （J） は 国 際 単 位 系 （SI） の エ ネ ル ギ ー の 単 位 で あ る ．1 ジ ュ ー ル の 大 き さ は ， １V の 電 位 差 の 中 を ，1 ク ー ロ ン の 電 荷 を 移 動 さ せ る 時 に 必 要 な 仕 事 の 大 き さ と 定 義 で き る ．1ジ ュ ー ル は ま た ，1 ワ ッ ト で 1 秒 間 に す る 仕 事 の 大 き さ と も 定 義 で き る ．
図 1-15. 地 球 上 に 残 さ れ た 57 ZJ と 推 定 さ れ る 原 油 の 内 訳
私 た ち は 既 に 化 石 燃 料 の 不 利 な 点 に つ い て 何 回 も 議 論 し た が ， こ こ で は 再 び 繰 り 返 す ． 化 石 燃 料 の 不 利 な 点 に は 次 に 示 し た こ と が 含 ま れ る ：
・ 再 生 不 可 能 ：化 石 燃 料 は ， 生 成 さ れ る の に 数 百 万 年 を 要 す る 再 生 不 可 能 な 資 源 で あ る ． そ れ 故 ， 埋 蔵 資 源 が 一 度 枯 渇 す れ ば ， そ れ 以 上 獲 得 す る 方 法 は な い ．
・汚 染：化 石 燃 料 に よ っ て 排 出 さ れ る に 二 酸 化 炭 素 は ，温 室 効 果 を 担 う 中 心 的 気 体 で あ る ． 石 炭 は 二 酸 化 炭 素 と 二 酸 化 硫 黄 ，そ れ に 三 酸 化 硫 黄 を 排 出 し ，そ れ ら は 酸 性 雨 を 形 成 す る ． 酸 性 雨 は 森 林 破 壊 を 引 き 起 こ し ， 石 造 建 造 物 や 岩 石 を 浸 食 す る ． 原 油 は 有 毒 な 化 学 物 質 で あ り ， こ れ を 燃 焼 す る と 大 気 汚 染 の 原 因 と な る ．
・ 土 地 の 破 壊 ：石 炭 の 採 掘 は ， 土 地 の 破 壊 と な る ．
・ 危 険 ：石 炭 の 採 掘 は ， 世 界 で 最 も 危 険 な 仕 事 の 一 つ で あ る と 考 え ら れ て い る ．
・ 施 設 の 立 地 ：送 電 系 統 に 電 力 を 供 給 す る た め に ， ま た 化 石 燃 料 を 継 続 的 に 燃 焼 さ せ る た め に は ， 定 期 的 な 貨 物 に よ る 燃 料 輸 送 が 必 要 と な る ． そ れ 故 ， こ の こ と は 施 設 が 化 石 燃 料 の 貯 蔵 庫 の 近 隣 に 設 置 さ れ る べ き で あ る こ と を 意 味 す る ．
・ 原 油 流 出 ：原 油 流 出 が 発 生 す る と 周 囲 を 汚 染 し ， 環 境 被 害 を 引 き 起 こ す ． そ れ ら は 海 洋 生 物 に 長 年 に 亘 る 壊 滅 的 な 影 響 と な る ．
・ 政 策 ：油 田 を 有 す る 多 く の 国 家 は 政 治 的 に 不 安 定 で あ る ． 油 田 を 持 た な い け れ ど も ， 原 油 に 依 存 す る 国 家 は ，自 国 の 有 利 に な る よ う に こ れ ら の 国 々 へ の 政 治 的 な 影 響 を 模 索 す る ． 燃 料 電 池 と 電 気 自 動 車 （EV） は 内 燃 機 関 か ら 汚 染 物 質 を 生 成 し な い ． 電 動 自 動 車 で は ， 蓄 電 池 を 充 電 す る た め に ， 発 電 目 的 で 化 石 燃 料 が 使 用 さ れ る ． 燃 料 電 池 自 動 車 で 利 用 さ れ
る 水 素 は ， 一 般 的 に 化 石 燃 料 か ら 作 ら れ る ． そ れ で は ， こ れ ら の タ イ プ の 自 動 車 は ， ど の よ う に 私 た ち に と っ て 利 益 が あ る の だ ろ う か ？
も し も ， 電 力 あ る い は 水 素 が 化 石 燃 料 か ら 生 産 さ れ た と し て も ， 炭 素 の 排 出 は 半 分 で あ る ． そ し て ， も し も 電 力 あ る い は 水 素 が 太 陽 パ ネ ル や 電 気 分 解 層 の よ う な 再 生 可 能 資 源 か ら 生 成 さ れ る な ら ， 炭 素 の 排 出 は 1％ 以 下 に 削 減 で き る ． そ れ 故 ， 蓄 電 池 に よ っ て 駆 動 す る 電 動 自 動 車 は ， ガ ソ リ ン 駆 動 型 の 車 よ り も ク リ ー ン で あ る ． そ れ に 加 え て ， 必 要 な 電 力 あ る い は 水 素 の 生 成 の 価 格 は ， 現 在 の ガ ソ リ ン 1 ガ ロ ン よ り も 低 価 格 で あ る ． 図 1-16 に 電 動 自 動 車 と 燃 料 電 池 車 を 示 し た ．
図 1-16.（ a）ス バ ル R1e 電 気 自 動 車 は 一 般 家 庭 の 電 源 か ら 一 晩 で 充 電 で き る ，（ b）本 田 FCX コ ン セ プ ト ・ カ ー ，（ c） ホ ラ イ ゾ ン 社 の 6kW 燃 料 電 池 を 使 用 し た 都 市 用 燃 料 電 池 車 ．
様 々 な タ イ プ の 自 動 車 か ら の 炭 素 排 出 を 計 算 す る こ と は 複 雑 で は あ る ． し か し ， 自 動 車 の タ イ プ 別 の 炭 素 排 出 量 を 比 較 す る た め に 使 用 で き る 簡 単 な 関 係 が い く つ か あ る ［9］：
DPF AF
Eg
PEF 15
. 0
1
こ こ で ，Eg は 電 力 要 因 に 対 す る ガ ソ リ ン 相 当 の エ ネ ル ギ ー 定 数 ，
15 . 0
1
は 燃 料 使 用 係 数 ，AF は 石 油 基 礎 ア ク セ サ リ ー 係 数 ， そ し て ，DPF は 運 転 行 動 係 数 で あ る ． こ の 方 法 論 は ， 伝 統 的 な ガ ソ リ ン 車 と ハ イ ブ リ ッ ド 車 ，そ し て 電 気 自 動 車 の 燃 料 経 済 性 を 比 較 す る た め に ， 米 国 エ ネ ル ギ ー 省 に よ っ て 開 発 さ れ た ．
自 動 車 か ら の 排 出 を 計 算 す る 単 純 な 方 法 は ，燃 料 タ イ プ を 基 礎 と す る ．燃 料 排 出 係 数 は ， 燃 料 の 熱 含 有 量 ， 酸 化 さ れ る 燃 料 内 の 炭 素 の 割 合 ， 炭 素 含 有 量 を 基 礎 と す る ． こ れ は 次 式 で 計 算 さ れ る ［9］：
二 酸 化 炭 素 の 排 出 量 ＝ 燃 料 消 費 量 ×発 熱 量 ×排 出 係 数
こ の 方 程 式 は 二 酸 化 炭 素 排 出 量 の 概 算 値 を 得 る た め に し ば し ば 利 用 さ れ る ． 1.5 革 新 的 グ リ ー ン テ ク ノ ロ ジ ー
セ ク シ ョ ン 1.1 で 言 及 し た よ う に ， 再 生 可 能 な 「 グ リ ー ン テ ク ノ ロ ジ ー 」 に は 多 く の 種 類 が あ る ． こ の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー キ ッ ト で 実 験 で き る テ ー マ は ， 燃 料 電 池 ， 太 陽 電 池 ， 風 力 発 電 ， 電 気 分 解 で あ る ． こ れ ら の 技 術 に 関 し て ， 次 か ら の セ ク シ ョ ン で 簡 単 に 説 明 す る ．
1.5.1 太 陽 電 池
太 陽 か ら の 熱 と 光 は ， 無 限 の エ ネ ル ギ ー を 提 供 し ， 様 々 な 形 で 利 用 で き る ． こ の 太 陽 エ ネ ル ギ ー の 利 点 を 活 か し た 多 く の 技 術 に は ， 太 陽 熱 の 集 光 シ ス テ ム ， 受 動 的 な 太 陽 加 熱 ， 日 々 の 照 明 と し て の 利 用 ， 太 陽 光 発 電 ， 太 陽 給 湯 シ ス テ ム ， 太 陽 加 熱 シ ス テ ム ， 太 陽 に よ る 冷 暖 房 な ど が あ る ．
太 陽 光 発 電 は ， 大 規 模 で も 小 規 模 で も 利 用 が 可 能 で あ る ． ビ ジ ネ ス と 産 業 は そ の エ ネ ル ギ ー 源 を 多 様 化 し ， 効 率 を 改 善 し ， 太 陽 技 術 を 選 択 す る こ と で 支 出 を 削 減 し て い る ． 住 宅 所 有 者 は 太 陽 エ ネ ル ギ ー を 暖 房 と 冷 房 ，生 産 活 動 ，電 源 ，温 水 器 な ど に 利 用 で き る ．ま た ， 住 宅 所 有 者 は ま た ， 太 陽 技 術 を 暖 房 ， 冷 房 ， 給 湯 シ ス テ ム と し て 利 用 す る だ け で な く ， 場 合 に よ っ て は 家 庭 用 電 源 と し て 利 用 す る 程 十 分 な 発 電 量 が あ り ， 地 域 の 電 力 プ ロ グ ラ ム に 依 存 す る が ， 余 剰 電 力 を 電 力 供 給 会 社 に 販 売 す る こ と も で き る ． 一 般 家 庭 や 商 業 ビ ル を よ り 効 率 よ く 維 持 し ， 生 活 あ る い は 働 く 場 所 と し て よ り 楽 し く 快 適 な 場 所 と す る た め に ， 太 陽 の い ろ い ろ な 利 用 形 態 や 戦 略 が あ る ．
こ れ ら の 太 陽 エ ネ ル ギ ー の 地 域 的 な 利 用 だ け で は な く ， 公 共 事 業 と し て の 発 電 施 設 は ，
太 陽 の 豊 富 な エ ネ ル ギ ー 資 源 の 利 点 を 活 用 し ， そ の 顧 客 に 太 陽 エ ネ ル ギ ー の 利 益 を 提 供 す る ． 集 光 型 太 陽 エ ネ ル ギ ー 施 設 は ， 太 陽 か ら 電 力 を 大 規 模 に 取 り 出 す 発 電 施 設 の 運 用 を 可 能 と す る ． そ の た め ， 個 人 が 太 陽 技 術 シ ス テ ム に 投 資 す る こ と な く ， 顧 客 に 太 陽 光 発 電 の 利 点 を 提 供 す る こ と が 可 能 と な る ．
集 光 型 太 陽 発 電 シ ス テ ム （ CSP）：集 光 型 太 陽 発 電 シ ス テ ム と は ， 太 陽 を 追 尾 し ， レ ン ズ や 鏡 を 利 用 し て ， 広 い 範 囲 の 太 陽 光 を 小 さ な 領 域 に 収 束 さ せ る 施 設 で あ る ． 光 の ビ ー ム は 伝 統 的 な 発 電 所 の 熱 源 と し て 利 用 さ れ る ． そ こ に は ， ト ラ フ 式 や タ ワ ー 式 ， そ れ に パ ラ ボ ラ 式 の 太 陽 集 光 装 置 な ど ， 多 く の 集 光 技 術 が 利 用 さ れ る ．
1.5.2 風 力 発 電
風 力 発 電 機 は ， 発 電 に 風 を 使 う ． 風 力 発 電 機 は 高 い タ ワ ー に 設 置 さ れ ， ほ と ん ど の エ ネ ル ギ ー を 獲 得 す る ．地 上 か ら 30mあ る い は そ れ 以 上 の 高 さ で は ，よ り 強 く ，乱 れ の な い 風 と い う 利 点 を 活 用 で き る ． 発 電 機 は 風 の エ ネ ル ギ ー を プ ロ ペ ラ の よ う な ブ レ ー ド に よ っ て 獲 得 す る ． 一 般 的 に ，2 枚 あ る い は 3 枚 の ブ レ ー ド が シ ャ フ ト に 固 定 さ れ ， ロ ー タ ー を 構 成 す る ．
ブ レ ー ド は 航 空 機 の 翼 と 同 様 の 原 理 で 働 く ． 風 が 吹 き 付 け る と ， ブ レ ー ド の 風 下 側 に 空 気 の 低 圧 部 が で き る ． こ の 空 気 の 低 圧 部 が ブ レ ー ド を そ の 方 向 に 引 き 付 け ， ロ ー タ ー を 回 転 さ せ る ．こ れ は 揚 力 と 呼 ば れ る ．ブ レ ー ド の 前 面 に 働 き ，風 圧 と 呼 ば れ る 風 の 力 よ り も ， こ の 揚 力 は 実 際 に 強 い ． 揚 力 と 風 圧 の 組 み 合 わ せ が ， プ ロ ペ ラ の よ う に ロ ー タ ー を 回 転 さ せ る ． そ し て ， シ ャ フ ト が 発 電 機 を 回 転 し ， 電 気 を 発 生 さ せ る ．
風 力 発 電 機 は 単 独 で 利 用 す る こ と も で き る が ， 一 般 の 送 電 網 に 接 続 す る こ と や ， あ る い は 太 陽 光 発 電 シ ス テ ム と 組 み 合 わ せ て 利 用 す る こ と も で き る ． 一 般 に 送 電 目 的 （ メ ガ ワ ッ ト の 規 模 ） の 風 力 発 電 施 設 で は ， た く さ ん の 風 力 発 電 機 を 設 置 す る こ と で ， ウ ィ ン ド フ ァ ー ム を 構 成 す る ． 今 日 ， 一 般 の 電 力 供 給 会 社 の い く つ か は ， 自 分 た ち の 顧 客 に 風 力 発 電 施 設 か ら 電 力 を 供 給 し て い る ． 単 独 の 風 力 発 電 機 は ， 揚 水 ポ ン プ あ る い は コ ミ ュ ニ ケ ー シ ョ ン 用 電 源 な ど と し て 利 用 さ せ る こ と が 一 般 的 で あ る ．
し か し ， 風 の 強 い 地 域 の 住 宅 所 有 者 や 農 夫 ， 牧 場 主 は ， 電 気 料 金 を 低 減 す る た め に 風 力 発 電 機 を 利 用 す る こ と も で き る ．
1.5.3 電 気 分 解
電 気 分 解 は ， イ オ ン 媒 体 中 の 電 流 の 働 き が 関 係 す る ． 電 流 は 電 極 に お い て 化 学 反 応 を 引 き 起 こ す ． 金 属 の 電 極 は 電 気 を よ く 通 す の で ， 電 解 槽 の 電 極 と し て 一 般 的 に 使 用 さ れ る ． そ こ に は 固 体 と 液 体 の イ オ ン 化 合 物 が あ り ， 遊 離 し た イ オ ン が 両 方 の タ イ プ の 中 で 電 気 を 伝 え る こ と が で き る ．
イ オ ン：イ オ ン と は ， 電 気 的 に 帯 電 し た （ 正 あ る い は 負 の 電 荷 を 有 す る ） 粒 子 あ る い は ， 電 子 を 余 分 に 獲 得 あ る い は 放 出 し た 原 子 ま た は 分 子 の こ と で あ る ．
水 の 電 気 分 解 は ， 電 気 を 利 用 し て 水 分 子 を 水 素 と 酸 素 に 分 解 す る ． 純 水 の 電 気 分 解 は ，
海 水 の 約 100 万 分 の 1 と い う 伝 導 率 の 極 端 な 低 さ か ら 非 常 に 困 難 で あ る ． 電 気 伝 導 率 は ， 酸 や 塩 ， そ れ に 塩 基 の よ う な 電 解 質 を 加 え る こ と で 高 め る こ と が で き る ．
電 源 装 置 か ら の 電 気 は ， 水 の 中 に 置 か れ た 二 つ の 電 極 に 接 続 さ れ る ． 水 素 は 負 に 帯 電 し た 電 極 に 発 生 し ， 酸 素 は 正 に 帯 電 し た 陽 極 に 発 生 す る ． 発 生 す る 水 素 と 酸 素 の 量 は ， 水 の 中 を 通 す 電 荷 の 量 に 比 例 す る ． 水 素 と 酸 素 を 集 積 さ せ る た め に エ ネ ル ギ ー が 要 求 さ れ る の で ， そ れ ぞ れ の 電 極 で 電 気 分 解 が 生 じ る ．
1.5.4 燃 料 電 池
燃 料 電 池 は 化 学 エ ネ ル ギ ー を 直 接 ， 電 気 と 熱 に 高 い 効 率 で 変 換 す る ． こ れ ら の 装 置 は ， 水 素 が 供 給 さ れ る 限 り ， ど ん な に 長 時 間 で も ， 必 要 で あ る な ら い つ で も ど こ で も 使 用 す る こ と が で き る ． 燃 料 電 池 は ， 電 化 製 品 を 利 用 す る た め に 使 用 で き る 数 少 な い 代 替 エ ネ ル ギ ー 装 置 の １ つ で あ る ． そ れ は 移 動 式 電 気 製 品 ， 自 動 車 ， 家 ， 高 層 ビ ル や 宇 宙 船 （ 図 1-17 に NASA が 開 発 し た 燃 料 電 池 を 示 し た ）に さ え 電 気 を 供 給 で き る ．燃 料 電 池 の 背 後 に あ る 基 礎 技 術 は 単 純 で あ り ， 燃 料 電 池 は 「 挟 ま れ た 」 多 く の 層 か ら で き て い る ． 燃 料 電 池 は ， 電 解 層 と そ の 両 側 に 多 孔 質 の 陽 極 と 陰 極 が 接 し た 構 造 体 で あ る ．
陰 極：電 流 を 供 給 す る 燃 料 電 池 ま た は バ ッ テ リ ー の 正 に 帯 電 し た 端 子 ． 陽 極：電 流 を 供 給 す る 燃 料 電 池 ま た は バ ッ テ リ ー の 負 に 帯 電 し た 端 子 ．
図 1-17. 米 国 航 空 宇 宙 局 （ NASA） が 開 発 し た 燃 料 電 池
水 素 は 陽 極 側 で 陽 子 と 電 子 に 分 離 さ れ る ． そ し て ， 酸 素 は 陰 極 で 水 を 生 成 す る た め に 結 合 さ れ る ． 陽 子 は 陽 極 か ら 陰 極 に 電 解 層 を 通 し て 輸 送 さ れ る ． 電 子 は 陰 極 へ 外 部 回 路 を 通 し て 運 ば れ る ．陰 極 で は ，酸 素 が 陽 子 と 電 子 に 反 応 し ，水 を 形 成 し ，熱 を 生 み 出 す［10］．
陽 極 と 陰 極 の ど ち ら も ， 電 気 化 学 過 程 を 加 速 す る た め に 触 媒 を 含 ん で い る ．
図 1-18 に は ， 次 の 反 応 を 利 用 す る プ ロ ト ン 交 換 膜 （PEM） 型 燃 料 電 池 の 例 を 示 し た ．
陽 極 ： H2 (g) →2H+ (aq) + 2e–
陰 極 ： ½ O2 (g) + 2H+ (aq) + 2e– → H2O (l) + 廃 熱
全 体 ： H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) + 電 気 エ ネ ル ギ ー + 廃 熱
反 応 物 は 拡 散 と 対 流 に よ り ， 電 気 化 学 反 応 が 生 じ る 触 媒 作 用 の あ る 電 極 表 面 に 輸 送 さ れ る ． 半 電 池 の 反 応 は ， そ の 他 の 燃 料 電 池 の タ イ プ と 異 な る け れ ど も ， 全 体 と し て の 電 池 の 反 応 は ， 前 述 し た 全 体 の 反 応 と 同 様 で あ る べ き で あ る ． 燃 料 電 池 よ っ て 生 成 す る 水 と 廃 熱 は ， 継 続 的 に 除 去 さ れ な け れ ば な ら な い ． こ の 水 と 廃 熱 の 除 去 が 特 定 タ イ プ の 燃 料 電 池 利 用 上 の 重 大 な 課 題 で も あ る ［11］．
燃 料 電 池 は 電 気 を 得 る た め に 水 素 を ， メ タ ノ ー ル ， 化 石 燃 料 ， バ イ オ マ ス 由 来 の 物 質 な ど さ ま ざ ま な 燃 料 を 利 用 で き る ． 水 素 生 成 基 盤 施 設 が 構 築 さ れ る ま で は ， 燃 料 電 池 の 利 用 に お い て ， 水 素 を 生 成 す る た め に メ タ ン ， メ タ ノ ー ル あ る い は エ タ ノ ー ル な ど の 化 石 燃 料 を 使 用 す る こ と は ， 中 間 の 方 法 と 位 置 付 け る こ と が で き る ． ま た ， 燃 料 は 都 市 廃 棄 物 ， 下 水 泥（ ス ラ ッ ジ ），森 林 間 伐 材 ，ご み 廃 棄 物 ，農 業 と 畜 産 業 の 廃 棄 物 な ど か ら の メ タ ン を 含 む 多 く の バ イ オ マ ス 資 源 か ら 取 り 出 す こ と が で き る ．
図 1-18. プ ロ ト ン 交 換 膜 （ PEM） 燃 料 電 池 の 構 造
1.6 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー の 組 み 合 わ せ に よ る 水 素 ク リ ー ン エ ネ ル ギ ー 経 済 の 未 来 像
現 在 ， 世 界 の エ ネ ル ギ ー 需 要 の 大 部 分 は ， 化 石 燃 料 に よ っ て 賄 わ れ て い る ． 大 規 模 な 資 金 が シ ス テ ム を 計 画 し ， 構 築 し ， 維 持 す る た め に 使 わ れ て き た の で ， 化 石 燃 料 は 容 易 に 獲 得 で き ， 貯 蔵 で き ， そ し て 輸 送 で き る ． 現 在 の 燃 料 配 給 シ ス テ ム が 利 用 で き た の で ， 技 術 は こ れ ま で の 長 い 歴 史 の 中 で も ， 過 去 二 世 紀 中 に よ り 早 い ペ ー ス で 進 歩 し た ． 化 石 燃 料 が 私 た ち の 社 会 に 提 供 す る す べ て の 優 位 性 に も か か わ ら ず ， そ れ は ま た 負 の 影 響 を 環 境 面 に 持 つ ． そ れ ら の い く つ か は 未 だ に 顕 在 化 し て い な い も の も あ る だ ろ う ． こ れ ら の い く つ か は ， 排 出 ガ ス に よ る 大 気 汚 染 と 酸 性 雨 ， 原 油 の 流 出 と 漏 出 に よ る 水 と 土 壌 汚 染 ， 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 の 蓄 積 な ど を 含 む 危 険 な 影 響 で あ る ．こ れ ら の 汚 染 物 質 は ，地 球 の 大 気 を 暖 め ， 多 く の 種 を 消 滅 さ せ る ．
世 界 中 の ほ と ん ど の 国 は ， も し も 化 石 燃 料 の 供 給 が 途 絶 え た ら ， そ の 経 済 活 動 全 体 が 停 止 す る ． そ こ で は ， 人 々 は 働 き に 行 く た め に 自 動 車 を 運 転 す る こ と も ， 自 宅 あ る い は 職 場 で 電 力 を 使 用 す る こ と も で き な い ． し か し ， 自 動 車 は ガ ソ リ ン を 燃 焼 し ， 大 気 汚 染 の 原 因 と な る ． ガ ソ リ ン を 燃 焼 す る 過 程 で ， 一 酸 化 炭 素 ， 二 酸 化 窒 素 と 燃 焼 し な か っ た 炭 化 水 素 な ど を 大 気 中 に 排 出 す る ． 触 媒 装 置 は 汚 染 物 質 の 大 部 分 を 削 減 で き る が ， そ れ ら を 完 全 に 削 減 す る こ と は で き な い ． 現 在 ， 多 く の 都 市 は 大 気 中 の オ キ シ ダ ン ト 濃 度 が 危 険 な レ ベ ル と な っ て い る ．［ 訳 注：日 本 の オ キ シ ダ ン ト 濃 度 は ，1970年 代 を ピ ー ク に 低 下 傾 向 に あ る ．］
こ れ ら の 化 石 燃 料 を 使 用 す る こ と の 環 境 へ の 負 の 影 響 に 加 え て ， 化 石 燃 料 の 供 給 が 有 限 で あ る こ と は ， 必 然 的 に 別 の エ ネ ル ギ ー 源 の 使 用 に 向 わ せ る ． エ ネ ル ギ ー の 需 要 も ま た ， 世 界 人 口 の 定 常 的 な 増 加 の た め に ， 連 続 的 に 増 加 す る ．
未 来 の エ ネ ル ギ ー 経 済 は ， 組 み 合 わ せ て 利 用 さ れ る 多 く の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 技 術 か ら 構 成 さ れ る ．燃 料 に 関 す る 限 り ，水 素 は 最 も 出 力 が あ る 燃 料 の ひ と つ で あ る ．こ れ は ，NASA の 宇 宙 船 で 水 素 が 主 要 燃 料 と し て 利 用 さ れ て い る こ と で も 明 白 で あ る ． 水 素 は 宇 宙 に 最 も 豊 富 な 元 素 で あ る ． し か し ， 地 球 上 に は 純 粋 な 形 で は 存 在 し な い ． そ れ 故 ， 水 素 は 一 般 的 な 燃 料 ，あ る い は 水 か ら 抽 出 し な け れ ば な ら な い ．最 も 頻 繁 に 行 わ れ る 水 素 の 抽 出 過 程 は ， 天 然 ガ ス 蒸 気 か ら の 抽 出 で あ る ． 水 素 は 石 炭 ， 原 子 力 ， バ イ オ 燃 料 あ る い は 廃 棄 物 な ど か ら も 抽 出 で き る ．
水 素 は 電 気 分 解 の 過 程 を 利 用 す る こ と で ， 化 石 燃 料 な し で も 生 成 で き る ． 光 電 池 ， 風 ， 水 力 そ し て 地 熱 な ど の 再 生 可 能 な エ ネ ル ギ ー は ， 電 力 生 産 へ の 使 用 が 増 加 し て い る ． こ れ ら の 電 力 は ， 水 を 水 素 と 酸 素 に 分 離 す る た め の 電 気 分 解 に 使 用 す る こ と が で き る ． エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム に お け る 水 素 利 用 の 具 体 例 を 図 1-19 に 示 し た ．
図 1-19. エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム に お け る 水 素 の 連 関
再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー を 基 礎 と す る 社 会 に す る た め に は ， 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー が 断 続 的 で あ る た め ， エ ネ ル ギ ー を 貯 蔵 す る 方 法 が 必 要 と な る ． 太 陽 と 風 の エ ネ ル ギ ー は ， ど ち ら も 自 然 資 源 か ら エ ネ ル ギ ー を 獲 得 す る た め の 優 れ た 方 法 で あ る ． し か し ， 日 射 の レ ベ ル と 風 の 強 さ は 変 動 す る ． こ れ ら の 資 源 が 利 用 で き な い と き ， 電 力 を 生 産 す る こ と は で き な い ． 多 く の 量 の エ ネ ル ギ ー が 生 産 さ れ た と き ， 水 か ら 水 素 を 生 成 す る こ と が で き る ． こ の 水 素
は ， 後 で 使 用 す る た め に 貯 蔵 さ れ る （ 図 1-20）．
燃 料 電 池 は ， 商 用 あ る い は 住 宅 用 と し て ， 固 定 し た 使 用 形 態 で 既 に 数 十 年 間 使 用 さ れ て い る ． ラ ッ プ ト ッ プ コ ン ピ ュ ー タ ， カ メ ラ ， 携 帯 電 話 の よ う な ポ ー タ ブ ル 家 電 製 品 で も ， 水 素 を 使 用 す る こ と で 10～20 倍 長 く 継 続 使 用 す る こ と が で き る ． 主 要 な 自 動 車 メ ー カ ー の 全 て が ， 既 に 水 素 の 燃 料 電 池 技 術 を 利 用 し た 自 動 車 へ 重 点 的 に 資 本 投 資 し て い る ． 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム の コ ス ト は 未 だ か な り 高 価 で あ る が ， 技 術 的 な ブ レ イ ク ス ル ー と よ り 大 量 に 生 産 さ れ れ ば ， 毎 年 劇 的 に 価 格 を 低 減 で き る ．
こ れ に 加 え て ， 化 石 燃 料 の 価 格 は 近 い 将 来 継 続 的 に 上 昇 す る だ ろ う ． 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 技 術 の コ ス ト が ， 上 昇 す る 原 油 価 格 と 一 度 競 争 可 能 に な れ ば ， 化 石 燃 料 を 基 礎 と し た 経 済 は 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 経 済 に 置 き 換 わ る だ ろ う ．
将 来 の エ ネ ル ギ ー 経 済 に お い て ，個 々 の 家 庭 は そ れ ぞ れ が 独 自 に エ ネ ル ギ ー を 生 産 す る ． 世 界 的 な 石 油 会 社 は そ れ ほ ど 多 く の 富 や 資 源 を 制 御 で き な い の で ， こ れ は 電 力 の 再 配 布 を 助 け る ． 個 々 の 家 庭 は ， 自 分 た ち の エ ネ ル ギ ー を 送 電 網 と 共 有 し ， 気 象 条 件 に よ り エ ネ ル ギ ー 生 産 が 少 な い 地 域 に エ ネ ル ギ ー を 配 分 す る こ と を 可 能 と す る ．
図 1-20. 再 生 可 能 物 を 利 用 し た 再 生 可 能 水 素 循 環 と 電 化 製 品
将 来 ， 自 動 車 は 家 庭 や 事 務 所 の 電 源 に 接 続 さ れ ， 自 動 車 と 家 屋 の 両 方 の た め に 電 気 を 生 産 す る ． 一 般 家 庭 は ， 全 体 で も 平 均 で 僅 か 10kWの 電 力 が 必 要 な だ け で あ る ． 一 方 ， 自 動 車 は 40kW の 電 気 を 生 産 す る こ と が で き る の で ，自 動 車 は 家 屋 や 事 務 所 の 発 電 所 と な る の で あ る ． 利 用 者 は 自 動 車 で 仕 事 に 出 か け ， 職 場 で は 自 動 車 を 電 柱 に 接 続 し ， 建 物 に 電 力 を 供 給 す る ．水 素 経 済 へ の こ の 転 換 は ，重 要 な 挑 戦 と 機 会 を 提 供 し ，21世 紀 の 偉 大 な 機 会 を 提 供 す る ．
水 素 経 済 へ の 転 換 は 既 に 始 ま っ て い る ． 今 日 ， 私 た ち は 化 石 燃 料 を 基 礎 と し た 経 済 で あ
る ． 私 た ち は 現 在 ， 水 素 経 済 に 関 連 し た コ ス ト を 低 減 す る こ と に 取 り 組 ん で い る ． そ こ に は ， 未 だ 改 善 さ れ る べ き こ と が あ る ． し か し ， 私 た ち は 素 早 く 学 習 し て い る ･･･．
1.7 結 論
エ ネ ル ギ ー は 私 た ち の 近 代 的 生 活 様 式 を 維 持 す る た め に 必 要 で あ る ． 化 石 燃 料 は 私 た ち の 技 術 ，交 通 ，そ し て 近 代 的 生 活 の そ の 他 全 て の 点 で ，私 た ち の 成 長 と 進 化 を 支 え て き た ． ま た ，エ ネ ル ギ ー は 極 度 の 汚 染 ，広 範 な 世 界 の 地 下 資 源 の 採 掘 ，化 石 燃 料 資 源 を 有 す る 国 々 の 政 治 的 優 位 性 と い う よ う な い く つ か の 負 の 影 響 も 残 し た ． そ し て ， エ ネ ル ギ ー に 対 す る 需 要 は ， 世 界 人 口 の 増 加 の た め に 増 大 し て い る ． 残 さ れ た 化 石 燃 料 の 可 採 年 数 に 関 す る 見 積 り は 変 動 す る が ， 多 く の 専 門 家 は 残 り 約 30～40 年 と い う 値 で 一 致 し て い る ． そ れ 故 ， 石 油 の 低 価 格 時 代 の 終 焉 は 近 づ い て い る ． 化 石 燃 料 の 利 用 に よ っ て 発 生 し た 汚 染 は 地 球 の 大 気 に 影 響 し ， 空 気 と 水 と 大 地 を 汚 染 す る ． そ れ 故 ， 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 技 術 を 開 発 す る 経 済 面 か ら の 理 由 と 環 境 面 か ら の 理 由 の 両 方 が あ る ． そ れ で 多 く の エ ネ ル ギ ー 技 術 が 研 究 さ れ ， 開 発 さ れ た ． そ れ ら に は ， 太 陽 ， 風 ， 水 力 ， 生 物 エ ネ ル ギ ー ， 地 熱 や そ の 他 多 く が あ る ． 太 陽 電 池 は 太 陽 を 利 用 し て 発 電 す る ． 風 力 発 電 は 風 の 運 動 エ ネ ル ギ ー を 獲 得 す る ． 生 物 エ ネ ル ギ ー は 植 物 か ら 抽 出 す る ． こ れ ら の 代 替 エ ネ ル ギ ー 資 源 に は ， そ れ ぞ れ 利 点 と 不 利 な 点 が あ り ， そ れ ぞ れ 異 な る 開 発 段 階 に あ る ．
再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー キ ッ ト は ， 太 陽 と 風 ， そ し て 電 気 分 解 槽 を 組 み 合 わ せ た 燃 料 電 池 な ど の 複 合 的 な 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー シ ス テ ム を 演 示 で き る ． こ の 教 育 キ ッ ト は ， 未 来 の 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー 経 済 の 背 景 に あ る 基 本 原 理 を 小 さ な 規 模 で 演 示 す る こ と が で き る ．
現 在 ， 私 た ち は 未 来 の エ ネ ル ギ ー 経 済 に 関 す る コ ス ト を 低 減 す る よ う に 努 め て い る ． そ こ に は ， 実 現 さ れ る こ と が 必 要 な 改 善 点 が 未 だ 多 く 存 在 す る ． 私 た ち は こ れ ら の 技 術 を ど の よ う に 改 善 す る か 急 速 に 学 習 し て い る ． 何 故 な ら ， 未 来 は も う 直 ぐ そ こ ま で 来 て い る か ら ．
参 考 文 献
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