リチウムとスーパーキャパシタは、私たちの困難を解決できるのでしょうか？

　　バッテリーは最終的に化石燃料への依存を終わらせる可能性がありますが、それには潜在的な環境コストも伴います。私たちの次の課題は、バッテリーそのものと、バッテリーに蓄えられたエネルギーの両方を同じくクリーンなものにする方法を見つけることです。

　　緑の大きな困難

　　私たちは、よりクリーンな電力への移行を加速させている最中で、現在は実に多くのエキサイティングな動きが見られます。しかし、真に電力による未来への飛躍を実現するためには、克服すべき重要な障壁があります。それは、真にクリーンなバッテリーが必要だということです。蓄エネルギー技術は目覚ましい進歩を遂げていますが、バッテリーが環境に及ぼす負の影響をさらに低減するには、まだ道のりが残っています。とはいえ、すでに革新的な企業たちがこの重要な課題の解決に向けて取り組みを始めています……

　　リチウムが私たちが探しているものなのですか？

　　現在、リチウムイオン電池は電気自動車、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコンのメーカーにとって最も好まれるエネルギー貯蔵ソリューションである。その理由は明白だ：高効率で充電が容易であり、アルカリ電池に比べてエネルギー密度が高いからである。投資家らはこれを「白金」と称し、2016年から2018年にかけてリチウムの需要は倍増した。これは、バッテリー製造業者がこの銀白色のアルカリ金属を確保しようとしたためである。地球には4,300万トン（3,900万メトリックトン）のリチウムが存在するが、そのうち採掘可能なのは全体の約3分の1にすぎず、しかもその87％は塩水に含まれており、その大部分は南米のいわゆる「リチウム・トライアングル」に位置している。

　　リチウムの生産プロセス、より具体的には炭酸リチウムの生産プロセスは、塩湖地帯に掘削を行い、塩分を含み鉱物が豊富なブラインを地表へ汲み上げることから始まります。その後、このブラインを蒸発させ、生成した塩類をろ過することで、炭酸リチウムを抽出することができます。非常に単純な工程ではありますが、大量の水を必要とし、さらに18～24か月という長い期間を要します。

　　アウディは、テスト用の電気自動車に搭載されたリチウムイオンバッテリーを動力とする工場内車両を導入しています。回収後のバッテリーは、合理的かつ持続可能な方法で引き続き活用することが可能です。

　　アウディは、リチウムイオン電池の製造をより迅速かつ環境に配慮したものにする取り組みを行っている企業の一つです。たとえば、電池のライフサイクルが終了した段階では、価値ある素材を回収して新たな製品に再利用することが可能であり、場合によってはリチウムイオン電池そのものを二次利用し、輸送車両や工場用車両の動力源として再活用することも可能です。こうした点を踏まえ、廃棄された電池のリサイクルはアウディにとって重要な重点課題となっています。

　　これらの電池は、エネルギー密度の向上余地も残されており、その結果、電池の体積を小さくし、実際のリチウム使用量を削減できるだけでなく、コバルトなどのレアメタルや高価な部品の使用量も減少させることができます。

　　日本原子力研究開発機構の六ヶ所核融合研究所に所属する星野剛史氏は最近、『Desalination』誌において、海水からリチウムを回収するために透析法を活用するという新たなアイデアを提案した。このシステムでは、リチウムイオンのみが透過できる特殊な膜を用いる。まだ商業化の準備は整っていないものの、星野氏は自らの浸透技術について、「優れたエネルギー効率を示し、スケールアップも容易である」と述べている。

　　グラフェンスーパーキャパシタは本当に「スーパー」なのだろうか？

　　リチウムの生産が着実に改善される一方で、専門家らはグラフェン・スーパーキャパシタをはじめとする代替製品の導入を強く推進しています。これらは一見すると宇宙船に搭載される装置のように思えますが、地球のエネルギー問題の解決に寄与する可能性があります。スーパーキャパシタは、電気エネルギーを化学ポテンシャルに基づくアルカリ電池やリチウム電池のように中性な電場に蓄えるのではなく、静電気が風船の表面に集まるのと同様のメカニズムで電荷を蓄えます。

　　「魔法の素材」であるグラフェンを添加することでスーパーキャパシタが創出され、その性能は強力でありながら軽量です。まだ初期段階ではありますが、2022年までにはグラフェン電池市場規模が1億1,500万米ドルに達すると見込まれており、中国およびスペインの企業はスーパーキャパシタを用いてノートパソコンから電動オートバイに至るまでのさまざまな製品に電力を供給しています。

　　しかし、このすべてには大きな問題があります。スーパーキャパシタ——たとえそれがグラフェンであっても——は長時間にわたってエネルギーを保持し続けることができません。スマートフォンのバッテリーが急に低下するとどれほど厄介か、それを想像してみてください。さらに、充電スタンドから何マイルも離れた車の中にいるときには、どれほどひどいことか——！

　　今日、アウディの電子加速器はすでにブリュッセルにあるカーボンニュートラル工場で生産されています。私たちは、クリーンな電気を同じくクリーンなバッテリーに蓄えることができるのでしょうか？

　　実用的でありながら環境にも優しいバッテリー——それはまさに聖杯のように思われますが、オランダのデルフトでは、AquaBellsのイノベーターたちが、まさにそれを発見したと信じています。ブルーバッテリーはエネルギーを貯蔵します——お察しのとおり——水を利用し、オランダで生産されるすべての再生可能電力を100％持続可能な方法で蓄えることができるのです。では、その仕組みはどのようなものなのでしょうか？

　　塩水に電流を流すことで、濃縮塩水と淡水に分解——このプロセスを電気透析と呼ぶ——同時にエネルギーを貯蔵する。第二の排出段階では、このプロセスが逆転し、両者の水が再び混合して蓄えられたエネルギーが放出され、さらに特殊な膜スタックを介してそのエネルギーが電流に変換される。

　　これはシンプルで安全な技術であり、大量の電力を蓄え、必要なときに利用できるようになるという大きな可能性を秘めています——たとえば、都市の電力網が常に需要を満たすのに十分なエネルギーを確保できるようにするといった用途です。デルフトでの実証プロジェクトは現時点では比較的小規模ですが、ウォーターバッテリー部門の責任者であるデイビッド・フェルマース氏は、さらなる展開に大きな構想を抱いています。彼は、オランダの水路など、塩水と淡水が交わる場所において、自社の「ブルーバッテリー」を導入していきたいと考えています。そのエネルギー潜在力は非常に大きいのです。

　　リチウム電池は現在、エネルギーの蓄積において最も実用的な解決策を提供しており、今後も次世代の電気自動車に動力を供給するための重要な要素であり続けるでしょう。しかし、今後およそ10年ほどの間に、皆さんは青いバッテリーで支えられた電力網から再び充電するようになるかもしれません。技術のさらなる高度化が進むにつれ、これらのバッテリーは真の代替手段として機能し、再生可能エネルギーとの私たちの関わり方を根本的に変えることが期待されています。発電にせよ、エネルギーの蓄積にせよ、あるいは電気自動車の動力源にせよ、いずれはエネルギーの利用プロセスのすべての段階が100％グリーンである時代が訪れることが望まれています。

　　原文リンク：https://www.xianjichina.com/special/detail_453292.html

　　出典：賢集網

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