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核融合発電所は何が難しく、いつ完成するのかーーベゾス氏ら220億円出資「General Fusion」の可能性

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ピックアップ:General Fusion Closes $65M of Series E Financing ニュースサマリ:核融合発電所の実現を目指す「General Fusion」はシリーズEで6,500万ドルの資金調達を発表した。同社は核融合による発電で商業化を目指すカナダのスタートアップ。累計調達額は2億ドル(約220億円)を超える。資金はプロトタイプ建設に使用され、2025年から実証実…

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Image Credit:General Fusion HP

ピックアップ:General Fusion Closes $65M of Series E Financing

ニュースサマリ:核融合発電所の実現を目指す「General Fusion」はシリーズEで6,500万ドルの資金調達を発表した。同社は核融合による発電で商業化を目指すカナダのスタートアップ。累計調達額は2億ドル(約220億円)を超える。資金はプロトタイプ建設に使用され、2025年から実証実験を行う予定だ。

この調達ラウンドはシンガポールの投資ファンドTemasekがリードを担当し、Chrysalix Energy Venture Capital、Bezos Expeditions、Khazanah Nasional Berhad、Breamar Energy Ventures、Entrepreneurs Fund、SET Venturesなど既存投資家も参加した。

話題のポイント:アポロ計画に由来する言葉「ムーンショット(Moonshot)」を聞いたことがある人は多いと思います。癌の撲滅、環境問題解決、食糧不足問題の解決など、困難で莫大な費用が必要ではあるが、解決したときにインパクトがある社会問題解決に向けたイノベーション創出の総称です。

核融合による次世代エネルギー生成もムーンショットの一種と言えるでしょう。気候変動に影響を及ぼすCO2/SO2/NOxのガスを一切排出せず、火力発電に代わる持続可能なエネルギーを生み出す可能性を持っています。

最近では再生可能エネルギーの発展に期待が寄せられていますが、火力発電に100%代われるかというと現状では見込みが薄いと言えます。環境を相手にする点が不安定であるのに加えて、火力発電は世界の発電の67%に当たる17兆Whを生み出しているため、相当する電力量を埋め合わせる術がないのです。

この点、核融合は電力量の確保の心配はありません。火力発電の数百万倍、原子力発電の約3倍に相当するエネルギーを生成できます。さらに材料は水素であるため海が干上がらない限り枯渇しません(ただし材料の水素は同位体である重水素とトリチウムであり、自然界にはほとんど存在しないため人工的に作製する必要があります)。

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Image Credit:General Fusion HP

大きな可能性に満ちあふれている核融合ですが、挑戦の歴史は古く、実は1930年代から行われてきました。現在、日本を含む35カ国が参加して、250億ドル規模の予算をかけて国際熱核融合実験炉(ITER)の開発が進められています。一方、General FusionはAmazon CEOのジェフ・ベゾス氏を始めとする世界の投資家から2億ドルを集めて実用化へ急速に開発を進めています。

ここまで聞くと実用化まで真っしぐらに進んでいると感じますが、決してそんなことはありません。このまま順調に各プロジェクトが進行したと仮定しても、実用化は2050年前後になると予測されています。

本記事では核融合を実現するのはなぜ難しいのかをご紹介します。今後核融合の話題を見るときの一つの視点にしていただければ興味深く見ることができると思います。

まずは簡単に核融合の原理を説明します。核融合とは原子核同士が合体することです。原子力発電ではウランの原子核が分裂することを利用して発電をしているため、真逆の原理を使っていることになります。

中学理科の復習をすると、原子核は+電荷の陽子と無電荷の中性子で構成されています。核融合には原子核同士をかなり接近させなければならないのですが、原子核が+なので強く反発し合います。そのため、大きいエネルギーを与えて無理やり接近させる必要があります。

この大きいエネルギーは熱として与えます。現在核融合のプロジェクトのほとんど採用されている重水素ートリチウムの場合、約1億℃の熱が必要になります。

難しいのはここではありません。

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Image Credit:General Fusion HP

この温度になると水素はプラズマの状態に変わり、大きな運動エネルギーを持って拡散しようとするのです。拡散して他の材料にぶつかるとプラズマは冷えてしまうため、核融合が行われるように一定の場所に留まらせる必要があります。プラズマを制御する方法、これが核融合を人類の手中に収めるのに最も困難な部分です。また、実験するのも容易ではありません。

核融合研究はプラズマ制御のアプローチで大別することができます。ITERを始めとする多くのプロジェクトで採用されている磁気を使ってプラズマを閉じ込める磁場閉じ込め方式。周りからレーザーを照射する慣性閉じ込め方式。General Fusionでは2つを組み合わせた磁化標的核融合方式を採用しています。

それぞれの長所短所をまとめると下記のようになります。

  • 磁場閉じ込め方式:制御性能が最も高いが、ものすごく規模が大きい
  • 慣性閉じ込め方式:扱いにくい磁場は必要ないが、工学的な課題が多い
  • 磁化標的核融合方式:機械的でシンプルなため安価だが、プロトタイプがないため能力が理論通りかわからない
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Image Credit:General Fusion HP

General Fusionが採用する磁化標的核融合方式は、プラズマを球状に満たされた液体金属の中に入れて、ピストンで液体金属を圧縮するというとてもシンプルな構造です。安価で小さく、目立った欠点はありません。大きな資金を集められているのも頷けるポテンシャルを持っています。

しかし、上の動画で紹介されているプラズマ入射装置、プラズマ圧縮装置(ピストン部分)、音響ドライバーシステムが理論通り駆動できるのかは分かっていません。つまりキーコンポーネントにシミュレーション以上の確証が全くない状況なのです。

今回の資金調達は、構築した理論が机上の空論ではないことをプロトタイプを作製して確かめるために使われます。プロタイプの完成が2025年の予定なので、実用化はさらに10〜20年程度の年月と数十億ドルの追加資金が必要になるでしょう。

果たして核融合は次世代エネルギーとなり、脱炭素化を実現できるのか、そして民間企業がどこまで資金繰りをしながら生き抜いていくのか。長い目で応援していく必要がありそうです。

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風力でスマホやタブレットを充電するポータブル発電機「Trinity」

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アメリカのミネソタ州を拠点とするSkajaquodaが「Trinity」という風力発電可能なポータブル発電機を開発、Kickstarterでプロジェクトを展開している。 このTrinity、普段は、シリンダーの形状に折り畳んで持ち運ぶことが可能。使用時には、折りたたみ式の三脚を広げ、開閉可能な三枚の羽をひらくと、風を受けた羽がタービンを回転させて発電する仕組み。脚には穴が開いており、紐等で結びつけ…


アメリカのミネソタ州を拠点とするSkajaquodaが「Trinity」という風力発電可能なポータブル発電機を開発、Kickstarterでプロジェクトを展開している。

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このTrinity、普段は、シリンダーの形状に折り畳んで持ち運ぶことが可能。使用時には、折りたたみ式の三脚を広げ、開閉可能な三枚の羽をひらくと、風を受けた羽がタービンを回転させて発電する仕組み。脚には穴が開いており、紐等で結びつけて固定もできる。

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本体の底面には、USBポート、miniUSBポートを備える。USBポートからは、スマートフォンやタブレット等に給電、miniUSBポートは外部電源につないでTrinity自身を充電することが可能。

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Trinityの風力発電機は15W、バッテリーの容量は15,000mAhで、一般的なスマートフォンを4~6回分充電できるという。

現在、Skajaquodaは、2015年2月の製品化を目指し、Kickstarterで製品化に向けた資金調達を実施している。プロトタイプが動いている様子も動画が公開されている。

目標額は5万ドルで、最低出資額は249ドルで、通常の販売価格は399ドルを予定。製品化が実現した場合、出資者への製品発送は2015年1月になるという。

小型の風力発電機ということで、実際にはどのくらいの風があれば機能するのか、満充電までにどのくらいの時間がかかるかは気になるところ。また、約1.8kgという重量は、普段から持ち歩くというよりは、車でキャンプに出かける場合などのレジャー時に活躍しそうだ。

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縄跳びを飛んだエネルギーを電気に換える発電ガジェット「PULSE(パルス)」

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クリエイター集団の「UNCHARTED PLAY(アンチャーテッド・プレイ)」が新しいプロダクトを開発した。そのプロダクトとは、発電可能な縄跳び「PULSE(パルス)」。 UNCHARTED PLAY(アンチャーテッド・プレイ)は、以前にボールを蹴るパワーを電力に変換できる発電デバイス「Soccket」を商品化したチームだ。Soccketは、2009年当時、米ハーバード大学の学生だったJessic…


PULSE

クリエイター集団の「UNCHARTED PLAY(アンチャーテッド・プレイ)」が新しいプロダクトを開発した。そのプロダクトとは、発電可能な縄跳び「PULSE(パルス)」。

UNCHARTED PLAY(アンチャーテッド・プレイ)は、以前にボールを蹴るパワーを電力に変換できる発電デバイス「Soccket」を商品化したチームだ。Soccketは、2009年当時、米ハーバード大学の学生だったJessica Matthews(ジェシカ・マシューズ)氏が考案した。

Soccketは、誘導コイルの仕組みを活用し、運動エネルギーを電気に変換できるようにしていた。PULSE(パルス)も同様に、運動エネルギーを電気に変えられる仕組みを内蔵している。

PULSE(パルス)のグリップ部分に内蔵された機器に電力が蓄積される。10数分間ほど運動すると、携帯電話やタブレットを充電できるだけの電気が充電されるという。外見のデザインには3Dプリント技術を用いている。

健康やダイエットのための運動にも縄跳びは効果的と言われており、そのうえ、電力まで生産してくれるなんて一石二鳥!と言いたいところだが、実はこちらの「パルス」が生み出すポジティブ・エネルギーは、これだけではないのだ。

電力インフラの乏しい地域で活用

充電のためにわざわざ縄跳びで運動する人はいないとは思うが、元々UNCHARTED PLAY(アンチャーテッド・プレイ)が開発したSoccketは、電力インフラの乏しい発展途上国における電力不足の課題を解決することを目指して開発されたブロダクトだ。

途上国では灯油ランプが照明として使われることが多く、このランプが出す煙が呼吸器感染などの健康被害につながったり、火事の原因となることもある。こうした課題に取り組んできたデザイナーやエンジニアは多い。

PULSE(パルス)もこうした電力インフラが乏しい場所において活躍することができるプロダクトではないだろうか。

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体内で発電でき、ペースメーカーの電池交換を不要にする小型デバイスが開発中

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中国とアメリカの研究チームが画期的なペースメーカー技術を開発し、現在大型哺乳類で実用化のための実験を行っていると米国ナショナルサイエンスアカデミーが発表した。 ペースメーカーは数年ごとにバッテリー交換手術が必要だった。研究が行われているのは、その問題を解決するために人の体内で発電し、ペースメーカーに電力供給を行うという技術だ。 臓器の生理的運動から発電 発電デバイスは、臓器自体の収縮や弛緩といった…

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中国とアメリカの研究チームが画期的なペースメーカー技術を開発し、現在大型哺乳類で実用化のための実験を行っていると米国ナショナルサイエンスアカデミーが発表した。

ペースメーカーは数年ごとにバッテリー交換手術が必要だった。研究が行われているのは、その問題を解決するために人の体内で発電し、ペースメーカーに電力供給を行うという技術だ。

臓器の生理的運動から発電

発電デバイスは、臓器自体の収縮や弛緩といった生理的な運動から発電する。発電の仕組みは「圧電効果(ピエゾ電気)」の仕組みを応用したものだ。圧電とは物質に圧力をかけることによって、電気エネルギーが生じる現象のこと。

今回の体内発電デバイスは巨大な誘電率および圧電性を持つチタン酸ジルコン酸鉛からできているので、臓器の生理的な動きからてペースメーカーを動かすのに十分な電気エネルギーを発電することが可能になる。これを心臓表面や肺表面、横隔膜に装着することによって、ペースメーカーに電力を供給し続けることができる。

この発電デバイスは数センチ程度の大きさで、体内に入れても拒否反応が起こらないように生体適合性のプラスチックで覆われている。現在はこのデバイスが長期間人体の中にあっても安全かどうか証明するために、牛などの大型哺乳類で実験が行われている。

不整脈患者の負担を大幅に軽減する体内発電デバイス

本来、人間の心臓は洞結節とよばれる身体に備わっている自然のペースメーカーによってコントロールされている

この洞結節や神経系の異常によって脈が遅れてしまう疾患(徐脈性不整脈)が存在する。その治療のために人工ペースメーカーは利用され、この洞結節に人工的に刺激を与えることによって、脈を正常に保つことを可能にしている。日本では現在約30万人がペースメーカーを使用しており、毎年3万8千人が植え込み手術を受けている(※1)。

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現在の一般的なペースメーカー(左写真)は20g程度の本体と2本の導線から成り、非常に小型化されているので日常生活に支障はきたさない。

しかし比較的短時間ですむ手術とはいえ、数年ごとの定期的なバッテリー交換にかかる患者への身体的負担は少なくない。

人体で発電できる技術が実用化され、身体にメスを入れる回数が減れば、患者や国の医療財源の負担が軽減されるだろう。

現在アメリカでは不整脈の診断に使用されるホルター心電図(24時間装着して不整脈の発現をモニタリングする検査機器)のモバイル化したデバイスが実用化され、スマートフォンやPCなどで心電図をモニタリングできるモバイルヘルス分野が注目を集めている。

今後心臓疾患の分野でもハイテクノロジー化が進むことが予測される。


※1→国立病院機構仙台医療センターガイドラインより
出典→PNAS by National Academy Of Science
生体発電についての詳細→Research team uses melanin to make biodegradable battery anode

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