化石燃料から太陽エネルギーへ 米国の大転換構想
池中徳治会員
去る4月17、18日パリで開催されたフランス主催の「エネルギー安全保障と気候変動に関する主要国会合」直前の4月16日、ブッシュ米大統領が「2025年までに温暖化ガスの排出量の伸びをゼロにする」という地球温暖化防止に向けた新目標を発表しました。これまで「温暖化ガス排出削減の義務化」に前向きな欧州に対立してきたブッシュ大統領も、温暖化ガス削減に関して軌道修正をせざるをえなくなったと思われます。今日は、日経サイエンスの4月号に掲載された演題のような記述を参考にして、米国のエネルギー大転換構想について話したいと思います。
私はかねがね、将来の電力供給は、地球上に無限に供給されている太陽エネルギーを利用するのが最も理想的であると考えていました。そのこともあって、十数年前、平成4年4月6日の堺南ロータリークラブの卓話で「太陽電池」について話しました。水力発電は、ダム建設のために多くの環境破壊を伴いますが、発電所ができてしまえば、環境破壊はなく理想的な電力供給源になりますが、我が国では建設の余地は殆ど無いと言えます。火力発電は、石油、石炭、天然ガス等の化石燃料を使用するため、二酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物などの温暖化ガスが放出されるので、現在、世界中で問題になっていることは皆さんご承知の事と思います。さらに、化石燃料は有限であり、いつかは枯渇するに違いありません。最近、中国、インドなど、新興国の急速な経済発展のため、石油の需要量が増加し、石油価格の高騰は止まる気配がありません。これらの事情から、原子力発電が脚光をあびているようですが、原子炉の安全性、更に核燃料使用後の核廃棄物の処理に大きな難点があり、我が国に於いても最終廃棄物の貯蔵する場所が決まっていない状況です。それらの事を考えて、ドイツでは将来、原子力発電を中止する取り組みをしていると聞いています。
米国では、電力供給用並びに、毎年増え続ける自動車用燃料として、莫大な量の石油を消費し、毎年何百万トンもの汚染物質や温暖化ガスを大気中に放出し、地球を汚染しています。これを解決するため、さまざまな対策が提案されましたが、結果的に太陽光発電を中心とする太陽エネルギー（光と熱）の利用こそが理論的な答えであると確信するに至ったようです。
40分間地球に照りつける太陽エネルギーは、世界の1年間のエネルギー消費量に匹敵します。米国にはソーラー発電の建設に適した土地が、南西部（カリフォルニア、ネバダ、アリゾナ、ニューメキシコの各州）だけでも65万㎢（日本の面積の1.72倍）あり、その地に注がれる太陽エネルギーのわずか2.5％を電力に転換するだけで、2006年の米国の総エネルギー消費量に匹敵するエネルギーが生産できます。
米国の必要電力をソーラー発電に切り替えるには、広大な土地に太陽電池モジュールを設備する必要があります。さらに、その電力を米国全土に送るため、送電効率のよい直流送電線を敷設せねばなりません。それでは、2050年までに米国の電力需要の69％、輸送部門を含めた総エネルギー需要の35％をソーラー発電で賄う計画を紹介します。
1. 太陽光発電ファームの建設─ 太陽電池モジュールの生産コストはここ数年で著しく低下し、大規模利用の道が開かれました。太陽電池としては、廉価に生産できるテルル化カドミウム薄膜太陽電池を利用します。2020年までに6セント/kWhで電力を供給するためには、太陽電池モジュールの発電効率を現在の10％から14％まで高め、発電能力1W当たり1.20ドルのコストでシステムを設置する必要があります。このプランでは、2050年には太陽光発電によって約30億kWの電力供給を目指しています。その為には約8万㎢の面積（北海道とほぼ同じ）に太陽電池ファームを設置しなければなりません。土地の獲得は困難なことではありません。例えば、アリゾナ州の土地面積の80％以上は公有地であり、同州は太陽エネルギーの可能性に大きな関心を持っています。
2. 地下巨大空洞に圧縮空気の貯蔵─ 太陽光発電は、夜間は全く、また曇天の時には殆ど電力を生産できません。したがって、天気のよい昼間に電力を余分に生産し、夜間及び曇天時のために貯蔵しておかねばなりません。バッテリーなどの電力貯蔵システムは、高価で、非効率なので、使用できません。新たな方法として圧縮空気エネルギー貯蔵が考えられました。太陽光発電所で生産した電力で空気を圧縮し、地下空洞、例えば大洞窟、廃坑、枯渇した天然ガス井に注入します。この圧縮空気で必要に応じてタービンを回して電力を生産し、夜間の電力として使います。この方法は既にドイツやアラバマ州で稼働しています。現在、圧縮空気エネルギー貯蔵システムのコストは鉛蓄電池貯蔵システムのほぼ半分で済みます。
3. 高圧直流送電線の敷設─ 米国のソーラー発電所の殆どは南西部に設置されるので、既存の交流送電線では、これらの発電所から各地の消費者まで送電出来るほどの送電容量がありません。さらに、長距離の送電でかなりのエネルギーがロスされるので、送電ロスの少ない高圧直流送電線を、発電所から四方に敷設し、その終点に変電所を置き、ここで電力を交流に切り替えて、既存の交流送電線に送り出すことになります。現在既に、米国国内では約800�劼旅皸議称�送電線が稼働しています。
4. ソーラー発電のメリットとデメリット─ 連邦政府がこの2050年プランを実現するためには向こう40年間で約4200億ドル（約43兆円）を投資しなければなりません。しかしその見返りとして、火力発電所で使われていた燃料が殆どいらないため、毎年数十億ドルが節約できます。また、ソーラー発電は二酸化炭素を出さないため、温暖化ガス排出量を17億トン削減することになります。さらに、ガソリン車をソーラー発電による電力を充電する電気自動車に置き換えれば、ガソリン車から排出される19億トンの温暖化ガスが排出されなくなります。2050年には米国の二酸化炭素排出量は2005年の水準を62％も下回り、大きな地球温暖化防止になります。
5. 太陽熱発電─ ソーラー発電の1/5を担うと想定しているもう一つの技術として、集光型太陽熱発電があります。液体を満たしたパイプに金属製の凹面鏡で集めた日光を照射して液体を熱し、高温になった液体が熱交換器を通るとき発生する蒸気でタービンを回して発電する仕組みです。米国では35万4000kWの発電能力をもつ9ヵ所の太陽熱発電所が長年にわたって電力を生産しています。
この計画は、米国南西部に設置されるソーラー発電による電力供給だけでなく、全ソーラー発電の10％を、分散型太陽光発電（住宅の屋根や商業施設に設置されたいわゆる太陽電池による発電）で賄うと仮定しています。将来、個人用の太陽光発電装置の価格が下がれば、分散型太陽光発電が大きな役割を果たすようになると考えられます。
2050年以後、米国のエネルギー需要は、�‖斥杆�発電所で発電された29億kWを送電網に直接供給し、��75億kWを圧縮空気エネルギーで蓄え、��23億kWを太陽熱発電所で供給します。このほか風力発電の10億kW、地熱発電の2億kW、バイオマスをベースとした燃料の2億5000万kWなども加えると、2100年には、米国の電力需要の100％、総エネルギー需要の90％以上を満たせるようになります。
しかし、米国でこれらを実施する際に最大の障害となるのは技術でも資金でもありません。ソーラー発電が実際的な代替エネルギーであり、輸送用燃料として利用出来るエネルギーであるという事を米国市民が認識していないことです。ソーラー発電の驚くべき潜在能力を米国民、政治家、学会の指導者に対して、いかに啓蒙すべきかが問題であると思われます。
ソーラー発電構想はまさに、“大風呂敷”とも取られかねない構想ですが、「実現しそうにない夢のような目標を掲げ、人々の注目を集めつつ当事者の意欲を高めるというのはきわめてアメリカ的な手法」ということも出来ますが、日射量に恵まれ、砂漠の公有地を無料で利用できる米国では、不可能な事ではありません。
日本でも、米国に比べれば小規模ですが、長期的な視点に立って太陽光発電の利用拡大を目指す同様なプランがあります。その1つが新エネルギー・産業技術開発機構（NEDO）が策定した「2030年に向けた太陽光発電ロードマップ」です。2030年までに家庭用電力のほぼ1/2（全電力の10％）を太陽光発電で賄うと言うもので、最終的には発電コスト7円/kWh程度を実現するために、太陽電池の高性能化、モジュールの低コスト化、機器の耐久性向上など、さまざまな技術開発プランを策定しています。
