自然エネルギーを学ぶ 初心者ブログ

コーラで発電？

もうすぐ　ＦＣ−ＥＸＰＯ−２０１０ですね。（http://www.fcexpo.jp/）
昨年のＦＣ−ＥＸＰＯでは、ソニーのコーラで動くバイオ電池が話題になったみたいです。
そこで本日は、そのバイオ電池について調べてみました。

以下　SONYさんのホームページから　抜粋
（http://www.sony.co.jp/SonyInfo/News/Press/200708/07-074/index.html）

植物に含まれる栄養源である炭水化物（ぶどう糖）を酵素で分解して活動エネルギーを取り出す生物のしくみを応用し、活動エネルギーのかわりに電気エネルギーを取り出して発電するバイオ電池を開発しました。
　ぶどう糖は、太陽光を受けた植物が、光合成によって合成する物質の１つで、地球上に豊富に存在する再生可能なエネルギー源であり、ぶどう糖で発電するバイオ電池は、環境にやさしい将来のエネルギーデバイスとして期待されます。

【しくみ】
ぶどう糖で発電するバイオ電池は、ぶどう糖を分解する酵素と電子伝達物質を固定化した電極（負極）と、酸素を還元する酵素と電子伝達物質を固定化した電極（正極）で、セパレーターを挟んだ構造になっています。
負極側では、外部からぶどう糖（グルコース）の水溶液を取り込み、ぶどう糖を酵素で酸化分解する際に電子と水素イオンを取り出します。
〔グルコース →グルコノラクトン + 2H+ + 2e-〕
水素イオンはセパレーターを介して、負極側から正極側に移動します。正極側では、空気中の酸素を取り込み、電子と水素イオンによる還元反応によって水が生成されます。
〔(1/2)O2 + 2H+ + 2e- → H2O〕
この一連の電気化学反応を通じて、電子が外部回路を移動する際に、電気エネルギーが取り出されます。
（京都大学大学院農学研究科生物機能化学講座の加納研究室（旧池田研究室）が技術協力）

【試作品の主な仕様】
○　外形寸法 ： 幅39 ×高さ39 ×奥行き39 （mm）
○　電池部容量 ： 約40ｃｃ（筐体を除く実質的なサイズ）
○　最大出力 ： 約50 mW （2007年8月23日現在パッシブ型バイオ電池で世界最高出力）
　　※パッシブ型：ぶどう糖溶液と酸素など反応させる物質を自然拡散で電極に取り込む方式

【感想】
電池の性能、品質、出力、耐久性など、まだ課題が沢山あるみたいですが、実用化されれば電気自動車への応用が期待されますね。そうなれば、ガソリンスタンドからジューススタンドに代わるかも・・。SONYさん、夢のある開発がんばって下さい。

地中海ソーラープラン？

フランスとドイツが官民を挙げアフリカの地中海岸での大規模太陽エネルギー発電に乗り出すそうです。そこで本日はその地中海ソーラープラン（ＭＳＰ）について調べてみました。

以下　ＮＥＤＯ海外レポート ＮＯ.1037から抜粋

MSP（地中海ソーラープラン：Mediterranean Solar Plan）の要点

フランスとエジプトがイニシアティブをとる、欧州連合(EU)と中東・北アフリカ諸国(Middle East and North Africa、：MENA)の連携によるプロジェクト。

(1)背景と目的および効果
気候変動および地球海南岸諸国において増加する電力需要に関する対策が必要とされているうえ、再生可能エネルギーに関する技術（特に太陽光･熱、風力、水力関連技術）の成熟化が進み、ターン・キー(turnkey)形式でのプロジェクトが実施可能になってきており、再生可能エネルギー分野においては設備供給（能力）が需要に追いついていないことも背景にある。
特に、太陽エネルギーについては、地中海南岸地域では「資源」が豊富であり、大規模エネルギー供給事業が経済的にも成立(viable)する可能性が高く、他のエネルギー資源の活用技術（例えば風力タービン設備）に比べて設置・メンテナンスが簡易であることも、MSP においてソーラー・エネルギーに焦点が置かれている要因である。
また、MSP の実施による、つぎのような効果・利点が挙げられていた。
􀂾 気候変動対策
􀂾 EU-MENA におけるエネルギー・セキュリティの向上
􀂾 市場・産業の活性化（MSP に伴う装置・設備産業の活性化等）、競争力強化
􀂾 増加するエネルギー需要（特に北アフリカ諸国における）への対応
􀂾 雇用創出
􀂾 技術移転

(2)MSP の計画内容
􀂾 再生可能エネルギー（ソーラー・エネルギーを主として、風力やバイオマスを含む）
　　による大規模エネルギープラント建設
􀂾 インフラ構築（地中海南岸の主に北アフリカ諸国から北岸の欧州への電力輸送のためのグリッド等）
􀂾 エネルギー効率改善、そのためのキャパシティ・ビルディング（能力構築）等

(3)課題
􀂾 法制やMSP に係る諸システムの体系化についての検討
　「固定価格買取制度」（Feed-In Tariff、以下FIT）、
　　再生可能エネルギー使用義務制度（RenewableObligation、以下RO）、
　　税控除制度、グリーン電力の売買形態等）
􀂾 資金調達、投資に係るリスク回避（リスク分担）
􀂾 認知度の向上（それに伴う投資の促進が狙い）

(4)実現に向けたアプローチ
􀂾 上記の「目的・効果」を梃子（てこ）とした、多種多様な主体の参画と協力関係の構築
　　（政府間、官民、民民、国際機関等の協力等）、またその調整機能の確立
􀂾 マスタープランの策定とパイロット・プロジェクトの実施
　　（潜在的な参画主体を“魅了”し、呼び込むための、先例をつくる。）
􀂾 エネルギー効率の改善については、各国のエネルギー管轄機関間のネットワークを構築する
􀂾 既存システムや先例（FIT、RO 制度、世界銀行や欧州投資銀行などの投資事例）からの教訓を活かす

具体的には、地中海の海水を太陽光反射ﾊﾟﾈﾙによって集熱し高温の蒸気を作り、これで発電をする計画みたいです。海水が蒸気になる過程で淡水化され発電と同時に淡水が出来るので、その淡水をサハラ砂漠に供給するみたいです。2020年までに20GWの発電容量が目標で、実現すればEU諸国の消費電力の15-20%に相当するそうです。

【感想】
すごく壮大な計画を原子力大国のフランスが先頭に立って計画するのは興味深い事だと思います。フランスの未来予想図は、原子力発電は発展途上国に譲って自然エネルギーにシフトして行くのでしょうか？

未来のミラー？

今日の中津川は雲ひとつない快晴です。
そこで本日は太陽光の集光で活躍する鏡について調べてみました。

以下　ウィキペディアから

【概要】
鏡（かがみ）とは、通常、主な可視光線を反射する部分をもつ物体である。またその性質を利用して光を反射させる器具をさす。鏡に映る像は鏡像といい、これは左右が逆転しているように見えるものの、幾何学的に正確に言えば、逆転しているのは左右ではなく前後（奥行き）である。
古くは金属板を磨いた金属鏡が作られたが、現代の一般的な鏡はガラスの片面にアルミニウムや銀などの金属を蒸着したものである。他に、プラスチックやポリエステルフィルムの表面に金属を蒸着したものなどもある。
人が自らの全身を映す鏡を姿見（すがたみ）と呼び、主に身なりを整えたり、確認するために使う。多くは縦に長い長方形となっている。
化粧のために手鏡を立てかける台、もしくは鏡を取り付けられた台を鏡台と呼び、どちらも多くは化粧品などを納める引き出しが付いている。鏡を取り付けられた鏡台の場合、その鏡は手鏡よりは大きな鏡だが、姿見ほど大きくはない。
手に持って使う鏡を手鏡と呼ぶ。

【イタリアの鏡を使った照明】
読売新聞などによれば、イタリア北部のピエモンテ州で、陽の当たらない村、ヴィガネッラに太陽光を届けるため巨大な鏡が設置され、17日（UTC+1）に鏡の稼動式が行われた。
The Sunday Timesによれば、ヴィガネッラは高齢化が進む人口197人の小さな村。アルプス山脈の山々に囲まれた深い谷の中にあり、毎年11月中旬から2月初めまでの83日間にわたっては山の陰となって日中でも太陽の光が当たらない。今回の計画は山肌に巨大な鏡を設置し、村の広場に向かって光を反射させて照らそうというもので、同村によれば世界初の試み。
鏡は縦5メートル・横8メートルの大きさで、重量は1トンを超える鉄製の板。11月中旬、ヘリコプターによって運び込まれて設置された。東京新聞によれば、計画に要した費用は10万ユーロ（約1,500万円）弱。鏡はコンピューター制御され、絶えず村の広場を照らすよう太陽を追跡する。The Sunday Timesによれば一日に最低6時間、250平方メートルの面積に光を届けることができる。
The Sunday Timesの伝えるところによると、計画を立案したのは列車の運転手も務める同村の村長、ピエルフランコ・ミダリ氏。7年前にミダリ氏は、建築家であるジャコモ・ボンザーニ氏に話を持ちかけ、それ以降計画を主導してきた。計画にかかった費用は民間銀行および同村と地方議会が負担した。鏡の製造元は、装置は暴風にも耐えるよう作られており最低30年間は確実に使えることを保証すると語った。
←太陽の光を平面鏡で反射させて一定の方向に送る装置をヘリオスタットと言うらしく、複数枚の鏡で太陽光を追尾する装置をヘリオスタットミラーと表現しているサイトが多くありました。少し鏡とは離れてしまいますが、日本では太陽光採光システム協議会と言う所が、太陽光照明の紹介をしていますので関心のある人はHPをご覧ください→（http://www.sun.or.jp/）

【鏡と環境】以下　鏡なぜなぜ博物館さんのHPから抜粋（http://www.ivybio.com/info/）
従来、家庭で使われる鏡の裏面塗料にはほとんど鉛顔料が使われていました。鉛の化合物は鏡の腐食を抑制する働きが非常に優れており、従来の鏡では裏面塗料からこの成分を抜くと銀膜が容易に腐食し、すぐに反射しなくなってしまいます。しかし、鉛化合物は有害であり、米国では、1990年に鉛に関する環境保護規制法が制定され、鏡の裏止め塗膜中の鉛含有量が厳しく制限されています。こういう時代背景を受けて、日本でも、裏止め塗膜に鉛を使わない鏡が開発され、現在では有害な鉛成分を全く含まない環境に優しい鏡が一般的となっています。また、鏡の裏面に塗布する塗料から有害物質であるホルムアルデヒドが発生しない技術も開発された結果、現在、市販されている鏡は鉛も含まず、ホルムアルデヒドも発生しない「環境配慮型」の鏡となっています。

【感想】
家の前の田畑には太陽光がサンサンと降り注いで、霜の鏡を反射させています。雨水も過ぎた事だし、そろそろ田んぼの準備でも始めようかな。今日一日、おひさまに感謝出来そうな良い天気になりそうですね。（天気の悪い地域のみなさんごめんなさい）

生物濃縮？

今日は昨日、調べていて出てきた、『生物濃縮』について調べてみました。

いつものように　ウィキペディアから

【概要】
生物濃縮（せいぶつのうしゅく）は、ある種の化学物質が生態系での食物連鎖を経て生物体内に濃縮されてゆく現象をいう。生態濃縮、生体濃縮（せいたいのうしゅく）ともいう。
疎水性が高く、代謝を受けにくい化学物質は、尿などとして体外に排出される割合が低いために、生物体内の脂質中などに蓄積されていく傾向がある。特定の化学物質を含んだ生物を多量に摂取する捕食者では、さらに体内での物質濃度が上昇する。食物連鎖の過程を繰り返すうち、上位捕食者ほど体内での対象化学物質濃度が上昇する。魚介類中のドコサヘキサエン酸、フグやイモリなどの毒、貝毒、季節的なカキの毒化なども、生息域の細菌や餌となる生物によって合成された化学物質が生物濃縮で取り入れられたものである。
生物濃縮に類似して生物蓄積の用語があり、英語の Bioaccumulation の訳語とすることがある。これは生物蓄積が有害物質が水などの環境媒体から生物体内へ濃縮される過程（生物濃縮・Bioconcentration ）と食物連鎖により増強される過程（ Biomagnification ）とを合わせたものであるためである。

【環境問題】
生物濃縮による環境被害は、レイチェル・カーソンが著書『沈黙の春』でDDTなどによる生物濃縮問題を論じたことで、よく知られるようになった。すなわち、上記のような生物濃縮されやすい物質の性質を、たとえば一部の農薬や重金属も持っている。農薬の場合、水に溶けにくいことや分解しにくいことは、実際に農地に散布した場合にその効果が長く保てることから、優れた性質と考えられていた面がある。その最初の例であるDDTもこの性質を持っていたため、高次消費者に高濃度で蓄積する結果を招いた。つまり、人為的な廃棄物の中では微量であったものが、重要な影響を与えうる濃度にまで上昇する、というものである。
カーソンの指摘の後、様々な論争があったが、少なくとも農薬に関しては残留しにくいものをできるだけ少量を効果的に用いる、という方向に変換された。
←メチル水銀の生物濃縮が原因の水俣病（みなまたびょう）は、チッソが海に流した廃液により惹き起こされた史上初の公害病であり「公害の原点」といわれる。 世界的にも「ミナマタ」（Minamata disease）の名で知られ、水銀汚染による公害病の恐ろしさを世に知らしめた。水俣病、第二水俣病、イタイイタイ病、四日市ぜんそくは四大公害病とされ、日本における高度経済成長の影の面となった。なお、舞台となった水俣湾は環境庁の調査によって安全が確認され、現在では普通に漁が行われている。

【感想】
生物濃縮が原因の水俣病は、いまだに苦しめられている患者さんがいるみたいで、生物濃縮の恐ろしさを感じます。一方で、微生物の生物濃縮を利用したレアメタルの回収実験も盛んに研究されている様なので、時間のある時に調べてみたいと思います。

Ag？

今日は昨日に続き、銀メダルのAgについて調べてみました。
以下　ウィキペディアから

銀（ぎん。ラテン語：Argentum。英：Silver。）は、原子番号47の金属元素。元素記号はAg。貴金属の一種。

【概要・性質】
元素記号の Ag は、ラテン語での名称「argentum」（輝く物）に由来する。室温における電気伝導率と熱伝導率、可視光線の反射率は、いずれも金属中で最大である。光の反射率が可視領域にわたって98%程度と高いことから美しい金属光沢を有し、大和言葉では「しろがね/しろかね（白銀：白い金属）」と呼ばれた。
延性および展性に富み、その性質は金に次ぎ、1グラムの銀は約2200mの線に伸ばすことが可能である。
973℃において1気圧の酸素と接触する溶融銀は、その体積の20.28倍の酸素を吸収する。凝固の際、吸収した酸素を放出するため、表面がアバタとなるspittingと呼ばれる現象を起こす。純銀の鋳造において、これを防止するには酸素を遮断した状態で行う。
貴金属の中では比較的化学変化しやすく、空気中に硫黄化合物（自動車の排ガスや、温泉地の硫化水素など）が含まれていると、表面に硫化物 Ag2S が生成し、黒ずんでくる。銀が古くから支配階級や富裕階級に食器材料として用いられてきた理由の一つは、硫黄化合物や硫化ヒ素のようなヒ素化合物などの毒を混入された場合に、化学変化による変色でいち早く異変を察知できる性質からという説がある。
銀イオンはバクテリアなどに対して強い殺菌力を示すため、現在では広く抗菌剤として使用されている。例えば抗菌加工と表示されている製品の一部に、銀化合物を使用した加工を施しているものがある。
塩素などのハロゲンとは直接結合しハロゲン化銀を生成する。また酸化作用のある硝酸および熱濃硫酸に溶解し銀イオンを生成する。ただし王水には溶けにくい。また空気の存在下でシアン化ナトリウムの水溶液にもシアノ錯体を形成して溶解する。
3 Ag + 4 HNO3 → 3 AgNO3 + NO + 2 H2O
4 Ag + 8 NaCN + O2 + 2 H2O → 4 Na[Ag(CN)2] + 4 NaOH
アルゼンチンの国名は、国の中央を流れる大河ラプラタ川（スペイン語で銀の川の意味）にちなみ、銀を意味するラテン語名「argentum」から取っている。

【産出】
金とともに、中世ヨーロッパでは新大陸発見までの慢性的な不足品であって、そのため高価でもあった。特に16世紀後半から17世紀前半にかけての日本は東アジア随一の金、銀、銅の採掘地域であり、生糸などの貿易対価として中国への輸出も行っていた。これらの金属は日本の貿易品として有用だったので、銀山は鎌倉幕府以前から江戸の鎖国終了からしばらく、明治に至っても国が直轄する場合が多かった。中でも島根県大田市の石見銀山は有名。その後、日本の銀山は資源枯渇のため、世界の銀産出地から日本の名前は消えた。
16世紀を通じて金の産額には大して変化がなかったのに対し、銀は16世紀中頃よりポトシ鉱山や石見銀山を中心に著しく増大したため銀価格が暴落した。例えば日本および中国においては16世紀前半まで金銀比価は1:5〜6前後であったが、17世紀以降は日本では1:10〜13程度まで銀安となった。16世紀中頃の銀の増産の背景には、アマルガム法や灰吹法の導入があった。新大陸発見後は、ペルーなどで大量採掘された銀が世界中に流れることになった。銀価値の暴落によりヨーロッパの物価は2〜3倍のインフレーションに陥った（価格革命）。さらに近年、採掘技術の向上、および銅の電解精錬の副産物などにより金銀の生産量が増大し相対的に価格は下落している。しかしながら、いまだに銀は高価な金属であって、その光沢とともに、人々に愛好されている。
←1950年当時では世界全体で6000トンであったが、現在では年間1万トンを超える。 日本国内の生産量は年間約2000トン程度となる。

【銀の応用】
○　貨幣としての利用 [編集]
古来、金とともに、貨幣として広く流通した。
○　蒸着利用 [編集]
真空中に於いて銀を高温で熱し、気化させ、目標物に蒸着させる事により、銀の高い反射率を利用する。鏡、反射フィルムなど応用範囲は広い。
○　抗菌性の利用 [編集]
銀イオンはバクテリアなどに対して極めて強い殺菌力を示すので、浄水器の殺菌装置など、近年急速に殺菌剤として普及してきた。抗菌性を持つものとしては、金属銀と金属銅がある、銅に関しては用いられるようになってからは200年ほどの歴史がある。銀は1990年頃から使用されるようになり、大手化粧品会社の資生堂からはそれを応用したデオドラントスプレーが発売された。
銀イオンは感光性があり、普通の塩の状態ではすぐに還元されて黒い銀の単体粒子が析出してしまうため、最近はチオ硫酸イオンなどを配位させた錯イオンを用いて、感光性をなくしたものを使用している。
銀は比較的人体への毒性が低いとされているが、化管法によると事業者が銀または銀化合物を使用するときは使用量の届出が必要なことに留意を要する。
○　公衆浴場での利用 [編集]
日本では公衆浴場における浴槽水の衛生管理が義務付けられているが、銀イオンはその浴槽水の殺菌に利用されている。厚生労働省からは塩素剤による殺菌が推奨されているが、塩素殺菌が不向きな水質も存在している。銀イオンはそのような塩素殺菌が行いづらい水質の一部でも、効果的に殺菌を行えることが確認されている。また、他の浴水殺菌剤や殺菌装置にはない、還元的な殺菌作用（ORPによる比較）から近年注目されている殺菌方法である。
○　写真への利用 [編集]
銀はまた、写真の感光剤（臭化銀、ヨウ化銀など）として利用されている。銀のハロゲン化物が光を受けて銀原子を遊離すること（潜像）を利用し、適当な還元剤と反応させることによりその変化を増幅し（現像）、画像を記録することが可能である。さらに、単独では濃淡しか表現できないが、複数の色素とフィルタ等を組み合わせ、波長に応じて感光の度合いを変化させることにより、カラーでの記録も可能としている。
○　医療用途への応用 [編集]
銀は歯科医療で利用されている。比較的安価な材料として、主に保険診療で使用される。用途は主に歯のう蝕（虫歯）や歯根の患部を削った空洞などに、失った歯牙部分を補完する形で銀合金をかぶせたり、はめ込んだりする方法である。これらはロストワックス鋳造法により製作される。使用される銀は、銀に亜鉛やインジウムを添加したもの、また金やパラジウム等を添加した銀合金であり、そのうち銀の分量は約50%〜70%である。現在はほとんど行われていないが、銀とスズの合金に銅や亜鉛を添加した粉末を水銀で練るアマルガム法を用いたアマルガム修復もよく行われた。有機水銀の毒性が問題となって日本においては廃れたが、現在でも毒性がないといわれる無機水銀を使用して行われる場合もある。
東洋医学の分野では、鍼治療用として、銀を含む材質の鍼が製造されている。金を含む鍼に比べると安価だが、一般的なステンレスの鍼に比べて高価なため、銀の鍼を使うのが効果的とされる症状に対してコスト面で折り合いがつく場合に用いられる。
○　電子工学分野への応用 [編集]
室温において銀は既知の金属の中で最も電気抵抗が低い。そのため、導電性の良い電線として利用されている。もちろん銀そのものが高価なため、特殊な場合にのみ利用される。マニア向けの、オーディオケーブル、スピーカーケーブル等がその例である。また高周波を扱う配線にも用いられることがある。
○　宝飾品としての利用 [編集]
銀は、その白い輝きから宝飾品としても広く利用されてきた。貴金属のなかでは比較的産出量も多く安価であるため、日本では特に若者向けの宝飾品として人気があるが、最近は一般的にも用いられるようになっている。
宝飾品などとして利用する場合、純粋な銀では柔らか過ぎて傷つきやすいため、他の金属との合金の形で利用される。日本では一般的に銅を混ぜるが、加工性や高硬度のため他の添加金属を用いることがある。古代エジプトでは銀は金よりも価値があり、金製品に銀メッキが施された宝飾品が存在する。
プラチナを混ぜたプラチナシルバーや金・パラジウムを混ぜたシルバー、また色合いを変えたイエローシルバー、ピンクシルバー、グリーンシルバーなどもある。
○　食品 [編集]
単体銀は食品添加物の着色料として用いることが出来る。代表的なものとして、糖粒に食用銀粉をつけ銀白色金属粒状の外観を持つように加工したアラザンが菓子装飾用に用いられている。

【銀による環境汚染】（他サイトから）
銀は、その化合物を扱う工場の作業場などを汚染すると共に、それらの工場の廃液や各種廃棄物の処理を通じて一般環境にも放出される。 その量は世界全体で年間約2500トンに達する。 特に貝類への生物濃縮が著しい。 このため一般人が汚染された食品から摂取する銀の量は、1日あたり16[μg]におよぶ。
←余分な銀イオンは、新陳代謝機能や免疫機能により、速やかに体外へ排出されるという生理機能を持っています。

【感想】
銀と水銀を混同してしまい、環境に対してあまり良いイメージが無かったのですが、銀はAgで水銀はHgの全く異なった元素ですね。抗菌作用もあり古くから食器として使用されていますが、私のような貧乏人には縁遠い食器です。自然エネルギー関係では、太陽光の集光用の鏡（銀は可視光線の反射率が金属中で最大）への利用でしょうか←又、改めて調べてみたいと思います。