糸状太陽電池、衣服に織り込み「着る発電所」にトレンド・ボックス2030年に6兆円市場、シリコン系から有機系へ拡大
2016年11月21日（月）
染原 睦美
これまでの常識を覆す、軽くて柔軟性に富んだ太陽電池が相次いで登場している。糸状に加工して生地などに織り込むことで、自由自在に曲げられるようになる。衣服やカーテンなど、身の回りの様々なモノが「発電所」になろうとしている。
太陽光で発電する生地
●福井県工業技術センターが開発した新型電池 「太陽光発電糸」を横糸にして、縦糸とともに織り込んだ生地。柔軟性と伸張性を兼ね備えた発電する生地を作れる（写真＝2点：スタジオキャスパー） 住宅の屋上や日当たりの良い広大な土地で、誰もが目にするようになった太陽光パネル。現在の主流はシリコンの結晶を原料としたもので、太陽光を電気エネルギーに変える「変換効率」は20％を超える。
一方、シリコンの太陽電池には弱点がある。シリコン自体の重さや屋外で耐久性を持たせるための強化ガラスによって、必然的に重くなる。パネルの重量は1平方メートル当たり10〜20kgだ。容易に曲げられないのも難点。その結果、設置できる場所が限られる。
こうした問題を克服すべく、新たな太陽電池の開発競争が熱を帯び始めた。太陽電池が「曲げられる」ようになれば、自動車の窓などにも装着できる。さらに「畳める」太陽電池が実現すれば、衣服やカーテンなど、これまで想像すらしなかった場所で発電できるようになる。身の回りのあらゆる「モノ」が電気を生み出せるようになるわけだ。
シリコンを「球状」に加工 どうすれば従来の太陽電池にない、柔軟性を獲得できるのか。産学官連携の技術支援を手掛ける福井県工業技術センターが、一つの答えを見いだした。シリコン製の太陽電池を糸状に加工した「太陽光発電糸」だ。
上の写真は太陽光発電糸を横糸に、汎用の繊維を縦糸にして織り上げた生地だ。自由自在に折り曲げられるのが特徴だ。
太陽光発電糸の要となるのが、スフェラーパワー（京都市）が開発した直径1.2mmの「球状太陽電池」だ。シリコンを平面ではなく球状に加工することで、様々な方向からの光を受けて発電できるようにした。
この球状太陽電池を、2本の導電線で挟み込む。導電線はロープなどに使う有機繊維を芯糸とし、そこにスズでメッキした糸を2本巻き付けたもの。金属繊維と同等の導電性を持ちつつ、布として加工できる屈曲性と伸張性を保てるという。導電線に、球状太陽電池を一つひとつ数mm間隔ではんだ付けしていく。球状太陽電池の片方がプラス極、もう一方はマイナス極となる。
生地に織り込んだあと、防水・耐久性向上のために、フッ素やポリウレタンなどでコーティングを施す。出来上がった太陽光発電糸は、糸というよりはビーズをつなげたアクセサリーのように見える。
小さな球状太陽電池を糸に
●太陽光発電糸の仕組み シリコン製の「球状太陽電池」を使い、発電できる糸を製造する。上下にプラス・マイナス極を持つ太陽電池を2本の導電線で挟み込む。球状のため反射光も取り込める
[画像のクリックで拡大表示] 糸状に加工することで、様々な用途が広がる。多くの繊維メーカーは衣服単体で心拍数などを測定できる「スマート衣料」の開発を進めているが、電源の確保が課題だった。太陽光発電糸を衣服の生地に織り込めば、その問題は解決に近づく。IoT（モノのインターネット）で利用するセンサーなどの電源としても活躍しそうだ。
アシックスと共同開発したシューズは、つま先が光る仕組み（写真＝スタジオキャスパー） アシックスとはシューズを共同開発した。太陽光発電糸を側面に縫い込み、つま先とかかとから光を発する靴を開発した。福井県工業技術センター新産業創出研究部の増田敦士氏は「災害時の寝袋や毛布などに縫い込んでおけば、発電した電気で携帯電話を充電できるようになる」と話す。
発電量は生地にどれだけの密度で糸を織り込むかで決まる。現時点では、一般的な太陽光パネルと比べて、4分の1程度の効率で発電できるという。
福井県工業技術センターでは太陽光発電糸のみならず、生地加工の技術開発も手掛けている。1m幅の生地を自動で製織できる、特殊な織機を開発した。繊維産業が集積する北陸地域で培われた技術が生きた。同センターの増田氏は「アパレルメーカーなどと共同で用途開発を進め、早期に量産体制を確立したい」という。
シリコンを使わず、本物の繊維に近い形状を保った太陽電池を開発するメーカーもある。カーペットやカーテン製造などを手掛ける住江織物だ。東京工業大学や信州大学と共同研究を進め、2016年3月に「太陽光発電繊維」を開発したと発表した。
金属芯材に電極を「塗布」有機系の変換効率はまだ低い
●主な太陽電池の変換効率 有機系の変換効率は現状ではまだシリコンに追いついていない
出所：米国立再生可能エネルギー研究所（NREL） [画像のクリックで拡大表示] 流通量の多いシリコン、今後は有機系に期待
●太陽電池の種類系統 太陽電池は使う素材によって分類できる。最も普及しているのが結晶タイプのシリコン系。市場の9割を占めるといわれる
[画像のクリックで拡大表示] 開発が進む有機系の太陽電池。薄く柔軟性がある作りにできるのが特徴だ 上図のように、太陽電池は利用する素材から複数の方式に分かれる。中でも注目が集まっているのが「有機薄膜系」だ。半導体としての性質を持った有機材料を何層にも塗布して製造する。使う材料によっては軽く、曲げられるという利点がある。既存の印刷技術などを応用して作れるため、将来的にはシリコン系より安く製造できるようになると見込まれている。
住江織物が開発した繊維は、有機薄膜系太陽電池の一種だ。マイナス極となる金属製の芯材の周りに、表面の電気状態を整える1層目の素材を塗布。その外側に「活性層」と呼ばれる発電部分、さらにプラス極となる「透明電極層」を塗り重ねる。最後に感電防止用の被覆層を塗れば完成だ。
光が活性層に当たると発電が始まり、芯材と電極層を通じて電気が流れる仕組みだ。出来上がった糸の太さは0.25mm。髪の毛2本分に相当する。独特の光沢があり、細い金属糸のようだ。
「有機材料溶液を均一に塗布するのが難しかった。溶液の表面張力を使う方法を開発し、金属製の芯材を溶液から引き上げる速度も工夫した」と、住江織物技術・生産本部の源中修一テクニカルセンター長は話す。開発に着手したのは2011年で、5年近く試行錯誤を続けたという。
室内照明下での発電量は10平方センチメートルで150マイクロワット（マイクロは100万分の1）。一般的な太陽電池に比べると微弱だが、小型のセンサーを稼働させるなどの用途に使えそうだ。シリコン系太陽電池と比べ、蛍光灯やLED（発光ダイオード）照明などの光を効率的にエネルギーに変えられる利点もあるという。住江織物はまず、自社製のカーテンなどに織り込むことを検討している。「昼間は太陽光を、夜間は室内からの光を取り込むことで一日中発電できる」と源中氏は話す。新素材の開発などを進め、2019年の量産化を目指す。
カーテンではなく、「窓」に貼り付ける太陽電池の開発を進めるのが三菱ケミカルホールディングス傘下の三菱化学だ。同社は2015年、透明なフィルムに有機材料を塗布した「シースルー発電フィルム」を開発。オフィスビルなどでの実用化を目指し、既に市場開拓を開始している。
光の透過性は変換効率とトレードオフの関係にあり、向こうが透けて見える太陽電池を作るのは難しい。三菱化学は独自開発した有機材料を薄く、均一に塗布する際に、光ディスクの製造技術を応用した。2016年には変換効率を6％まで高めたという。
軽さも特徴だ。1平方メートル当たりの重さは0.4kg以下と、結晶シリコンを使った太陽電池と比べて50分の1に抑えた。曲げられるという特徴を生かし、今後はビルだけでなくクルマの窓への装着も検討する。
2030年には6兆円市場に 富士経済によると、2014年に約3兆8000億円だった太陽電池モジュールの世界市場は、2030年には約6兆1000億円に拡大する見通しだ。現在は市場の9割超をシリコン系が占めるが、今後は有機系のシェアが高まることが確実視されている。
いつも持ち運ぶかばんから、住居やオフィスビルの窓まで、あらゆる場所で太陽光発電が可能になる時代がすぐそこまできている。
（日経ビジネス2016年5月16日号より転載）
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エネルギーを考える
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化石燃料の枯渇が叫ばれ、原子力発電の危険性が問われる中、果たしてエネルギーを確保するにはどのような道があるのだろうか。それを訪ねるためにこのシリーズを始めることにしました。自分自身の学びのために・・。
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転載元: 
コメント（1）
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http://hbol.jp/83586
積極的に温室効果ガスを削減する。これが昨年末にパリで開催されたCOP21（気候変動枠組条約）で、国際的に合意された内容だ。欧米では、この会議の前から脱炭素をめざした動きは加速し、より多くの二酸化炭素を排出する石炭火力発電所は続々と閉鎖されてきた。 続々と建設される石炭火力発電所日本の石炭火力発電所の新設計画は、温暖化問題がクローズアップされた2009年頃に一旦止まっていた。しかし福島原発事故後、安い燃料で電力を安定供給させたい政府の政策変更がきっかけとなり、東京電力や東京ガスをはじめとして、にわかに全国各地で大型の石炭火力発電所の新設計画が動き出した。その出力の合計は、100万キロワット級原発20基分以上となっている。 ⇒【資料】はコチラ http://hbol.jp/?attachment_id=83590 http://hbol.jp/wp-content/uploads/2016/02/0309d59a50243b58f103039bd6171def-550x301.png
日本の石炭火力発電所の設備容量。青が既存の設備で赤が新規建設予定の分（作成、気候ネットワーク） 事業者が主張するように、途上国で使われている旧型の石炭火力発電所に比べれば、建設が予定されている新型の発電所は汚染物質の排出が少ない。しかしそれは旧型に比べてのことであり、天然ガスなど他の燃料に比べれば2倍もの二酸化炭素が出てくるだけに、決して「クリーン」な電源とは言えない。 特に東京ガスや九州電力が運営して2025年以降に稼働予定の千葉袖ケ浦火力発電所（2基合わせて出力200万キロワット）は、一時は環境大臣も環境面から容認できないと苦言を呈するほど、問題点が指摘されている。 環境コストが除外、一見安く見える事業者がここにきて石炭火力を新設する背景には、今年4月から始まる電力の小売自由化が深く関係している。発電事業だけでは利益が薄くても、安い石炭火力の電気を小売事業につなげることで有利になるからだ。しかしその安さの裏には、温暖化の促進などの環境問題だけでなく、人々の健康への影響も懸念されるなど、犠牲になるものも多い。 ⇒【資料】はコチラ http://hbol.jp/?attachment_id=83591 http://hbol.jp/wp-content/uploads/2016/02/c15d3573a121172577bdf86fcdbd9f30-550x426.png
欧米ではすでに環境対策の規制が増え、再生可能エネルギーが安くなっていることで、事業者の利益が出ないといった事態も起こっている。しかし日本では石炭火力によって犠牲になる環境コストが省かれているので、一見安く見えてしまう仕組みになっている。しかし一度建設したら少なくても40年は稼働する石炭火力発電所を今から作るという選択は、長い目で見て日本の利益になるのだろうか。G7の中で新規の石炭火力発電所の建設を増やしているのは日本だけ。赤が現在稼働中の分で、黄色が今後建設される分。グレーは建設が中止になったもので、緑はすでに稼動を停止した石炭発電所。米国やドイツは現在稼動している量は多いが、順次閉鎖されていく予定になっている。（データは2015年10月時点のE3G報告による） 石炭火力を増やそうとしている先進国は日本だけ「脱石炭」のキャンペーンを進める「NPO法人気候ネットワーク」理事の平田仁子さんは言う。 「世界が脱炭素に進む中で、こんなに石炭火力を増やそうとしているのは先進国で日本だけです。電力自由化で気をつけてほしいのは、消費者の側は安ければ良いという姿勢ではなく、“汚い”電源である石炭火力について厳しい目を持ってほしいと思っています。もちろん、クリーンな電源を選ぶためには、どの電力会社がどういう電源から調達しているのかについて、情報開示が義務づけられる必要があるのですが」 電源をどうするかという問題は、数十年後にどんな社会を作りたいのかということに関わっている。電力会社を選べるようになるタイミングに、石炭火力を使っているかどうかもチェックしたほうが良いだろう。
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化石燃料である石炭。その石炭の思い出として、懐かしい小学校等の石炭に纏わる思い出を書いてみました。それはダルマストーブでした。私の幼児期〜青年期にかけては、石炭が次第に石油にとって代わられる時代でした。現在でも沖縄や関西・中部等での電力会社では火力発電の重要な燃料として使用されていはいますが、相次ぐ閉山にともない一般の目からは石炭は過去のものとなりました。以前、現役教師として修学旅行で道南に付き添った時、夕張に立ち寄りましたが、夕張炭鉱は閉山後、遊園地となっていました。その公園の隅に夕張炭鉱をかまぼこ型のドームに作り、採掘の様子を再現し、学習できる施設を作ってはありましたが、会場は閑散として見学者も少なくこの施設自体も過去のものになりつつあるとその時、感じました。
一般的には石炭は過去のものとなり、忘れ去られつつありますが、実は世界的にはまだまだ需要度が高く、重要な資源なのです。（依存度 米国50％・中国80％・日本27％） とにかく魅力なのは、その埋蔵量の豊富さです。そして他の化石燃料と比べて格安の値段があります。加えて採掘技術の向上もあって近々、世界的には中国を筆頭に需要が高い。原発事故後、円安に伴って原油高が続き、原発の再稼働もハードルが高く、各電力会社も料金値上げと腐心しているようで、石炭に軸足を置くとともにLNGに活路を求めているようです。そこで再度、化石燃料の埋蔵量について書き出してみたいと思います。ネットより一部転載しておきます。
石炭は他の燃料に比べて埋蔵量が多く、かつ石油のような一地域への偏在がなく、全世界で幅広く採掘が可能なエネルギー資源である。50年で枯渇が懸念されている石油に対し、石炭は112年の採掘が可能と考えられている。2000年現在、世界の消費は約37億t、総一次エネルギー消費の27%を占める。確認可採埋蔵量は、世界で約9800億t（2000年）（BP統計2005年版では約9091億t）。1990年のデータでは ウランを含む燃料資源を石油に換算した確認可採埋蔵量の比率は石炭が61.9%に達し、オイルサンド類の16.1%、石油の10.8%、天然ガスの9.7%に比べて圧倒的に多い。また石油が世界の埋蔵量のうち中東地区に70%以上が偏在したり（1999年のデータ）、天然ガスが旧ソ連と中東で70%以上の埋蔵量を占有する状況である（1999年のデータ）のに比べて 石炭は旧ソ連（23.4%）、アメリカ（25.1%）、中国（11.6%）、オーストラリア（9.2%）、インド（7.6%）、ドイツ（6.8%）と政情の安定している国の埋蔵量が大きいことが特徴（1999年のデータ）。
製鉄における石炭の圧倒的有利
鉄鉱石とは錆びた鉄・酸化鉄と脈石の塊であり、製鉄とは還元反応である。現在の高炉法は粘結炭（瀝青炭）を蒸し焼きにしたコークスと塊状鉄鉱石を円筒形の高炉に積み上げ、下から空気を吹き込んで発生する一酸化炭素で銑鉄を作るので、石炭（特に粘結炭）が不可欠である。
天然ガスでも還元できるが温度が上げにくいので、産油国のような石油採掘の時に随伴ガスとして出てきてしまう天然ガスを無駄に燃やしている国以外では、石炭のほうが優位である。石炭で問題になる一番大きな問題は、CO2の排出量ですが、石炭の排出量を100としますと、
石炭*************************************************
石油**************************************
LNG*****************************
●天然ガスは石炭や石油に比べて、二酸化炭素排出量が少なく、比較的クリーンなエネルギーといえます。
化石燃料別に、二酸化炭素（ＣＯ2）排出量を計算すると、同じ発熱量に対し、石炭：石油：天然ガス＝１０：８：６になります。
天然ガスは石炭や石油に比べて、二酸化炭素排出量が少なく、比較的クリーンなエネルギーといえます。 |
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化石燃料といえば、石油と並ぶ燃料として石炭があります。日本では唯一、自前で採掘できる燃料として幾つもの炭鉱が北九州や北海道等で隆盛を極めた時期がありました。その頃、石炭は日常のものとして学校の場に登場。
小学校の冬場の暖房は石炭を燃やすダルマストーブでした。木造校舎のガラス戸の隙間から入ってくる木枯らしなどなんのその、石炭の独特の臭いが教室一杯に溢れ、担任の先生の側で真っ赤になった鋳物のダルマストーブ。そこには、いいようのない暖かさがありました。その時の様子をリノリューム版に彫った事がありました。確か小学5年生の冬だったかと思います。
http://zue.sakura.ne.jp/zipangu/hiraike/takashi/dousoukai/minosyo/hanga/tukahara-hanga-016-w800.jpg 石炭ストーブの時代は、小中高大と続きました。特に思い出深く残っているのは、美術高校に在学していた二年の秋、初めてモデルによる人物デッサンをしましたが、まだ秋というのに教室にはストーブに石炭が入れられびっくりしたことです。裸婦のデッサンだったからです。この頃、ダルマストーブは放課後の団欒の場でした。石膏デッサンを終えた後、木炭デッサンの消しゴム用に残った食パンのヘタをストーブの上で焼いて食べながらの仲間との団欒の場となったのです。このことは、大学に入っても同じでした。当時、彫刻科にいましたから、モチーフは常時ヌードモデル。毎日のようにストーブが焚かれ、放課後も仲間とストーブを囲んで親しく団欒をしました。こう考えると石炭ストーブは、人との仲間とのコミユケーションの場でした。私が22歳の時、中高の美術教師とて都内のある私立校に赴任しましたが、中学校のあった校舎は木造校舎で、道路を挟んで反対側ありました。旧校舎と呼んでいましたが、その校舎には各教室の隅にダルマストーブが置かれていました。冬場は石炭当番決まっていて石炭が不足すると校舎の裏の石炭置き場に石炭を採りに行ったりしていました。ただ、この時、道路一本挟んだ新校舎は鉄筋五階建てで各教室ともガスストーブがセットされていました。今から四十五六年前には石炭ストーブは廃れていったと思われます。石炭に代わり油の登場の時代が来たのです。三池炭鉱・夕張炭鉱等々、炭鉱は油にとって代わられることでその寿命を終えたのです。石油が石炭にとって代わりその徴候を見せ始めたのは、私が小学校の終わり頃、今から60年余り前のことかと思います。
私が小学校の頃、よく祖母に倣って裏山に芝を刈りに行ったことがあります。刈り終わった芝は紐で縛り背中に背負って家まで運んだものでした。その姿は、二宮尊徳さながらだったかも知れません。山で刈った芝は風呂を炊きつける格好の燃料だったのです。飯炊きはもっぱら奥戸さんと呼んでいた『かまど』でした。芝をくべて『火起こし』でフーフーと息を吹きかけ火を起こしました。小学校高学年?の頃、大きなビーカのような容器をひっくり返してセットする石油コンロが登場、カマドにとって代わりました。石炭は石油に比べ値段が1/4〜1/5で安価なのですが、日本の場合、オーストラリアのように露天掘りという比較的浅い場所から採掘することは出来ず、どの炭鉱の地中深く坑道を掘って採掘しなければなりませんでした。鉱夫が全身真っ黒になって掘り進める大変なことでした。石油のようにカロリーが高くなく採掘した石炭を保管する場所も大変でした。加えて石炭の粉塵で時折、大爆発で多くの人命が失われました。急速に普及する発達する中で石炭はお荷物になったのです。その後、石炭の粉砕・微粒化で効率の高い採掘技術も開発されましたが、油に叶わず、何時しか、学校のダルマストーブは姿を消し、ガス暖房機ととって代わられたように日本からは石炭は姿を消していきました。石炭は太古地上を覆っていた植物の化石であり、ほぼ地球上、採掘方法いかんではどこでも採掘出来る化石燃料なのです。石油のように動物プランクトンの死骸が永年降り積もり、太古の大陸の移動で主に限られた地域に眠り、その量も後四十年程で枯渇されると言われているのとは違って、石炭は枯渇まで110年程と云われ化石燃料としては、二酸化炭素の排出の問題を除けば、有力な化石燃料で、今でも中国では石炭が主流となっています。 |
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この間、菜園で雑草刈りをしていた時、畑を通りがかった女性がチラシを私に渡そうとしました。女性は「幸福の科学」ですと云い、私が「幸福の科学」が原発の再稼働・原発推進・憲法改正・軍備増強を明確に謳っているのを知っていましたので、チラシを受け取らず突き返したところ、女性はすかさず「電力が足らなくなっていいのですか」と言ってきた。そこで私は「電力は足りています」ときっぱりと言い返した。
確かにメディアは、今まで散々原発が止まると電力不足になると報道し、再稼働の必要性を間接的に述べていましたが、昨年は、最も使用料が多い時でも八割程度と言われています。電力は足らなかったのではなかったのです。確かに電発が止まった場合は、エネルギー資源は、石油に頼らざるを得なくなり、しかも高騰する原油価格。年間大変な額で油を輸入しています。この限りでは、当面安い費用で原発を再稼働した方が良いという論拠になります。しかし、本当にそうでしようか。現在、福島原発の除染や、原子炉から出た汚染水の保管。そして、廃炉に向かっての費用は膨大な費用ということになり、決して安価なウランが燃料ということはできません。
さて、そのような中、果たして化石燃料はどのようにして生まれきたのでしよう。そのことを少しみてみましよう。
地球は、太陽が形成される中、おびただしい岩石が数限りなく衝突し、土星や木星のようにガス惑星ではなく、岩石惑星として水星・金星・火星とともに出現しました。太陽からの距離が生物に程よい範囲に位置し、加えて巨大な星が地球に衝突することで、40数億年前、月を形成、やがて水の惑星となりました。当初は、窒素や二酸化炭素等で海中に生物が生存出来る環境ではありませんでしたが、そこで二酸化炭素炭素等を取り組みながら植物プランクトンが出現し、八億年余り前からこの植物プランクトンが二酸化炭素を取り入れる代わりに酸素を排出。こうなるといつの間にか、その酸素を取り入れるためにこの植物プランクトンを捕食する動物プランクトンが出現。海の生存体系は大きく変化していきますが、この動物プランクトンの死骸が八億年という途方もない歳月をかけて海中に降り積もり、プレートの移動や圧迫でもって油に変質、地中に油が形成されたと言われています。今、日本はエネルギーの半分近くこの油に頼っています。それも100%と海外からの輸出で・・。当然、その死骸でもって作られた原油には限りがあり、今後半世紀を経ない内に枯渇するというのです。輸出先はもっぱら中近東でずか、枯渇する以上に問題になっているのは、油を燃やすことによる二酸化炭素の増加です。二酸化炭素は、地球温暖化に繋がるというのです。二酸化炭素が蒲団代わりとなり、地球を温めるというのです。当然、南極・北極の氷は溶け出しインド洋に浮かぶ真珠のようなモルジブの島々が海に沈む憂目にあうことも予想され、二酸化炭素のために酸性雨が降って植物を枯らしたり、豪雨と乾燥、高温と低温等々、気候の現れ方が極端になることも考えられます。
さてさて、そんな中、原発がほとんど停止している日本。海外から高騰している原油価格は、高騰する価格の他、上に羅列したような問題点をどのように克服すればよいのでしようか。
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