エネルギーをみんなに

そしてクリーンに

電気の発電法はさまざまだ。日本の電源構成は数種類にわたっていて、2019年度は、火力発電が70%以上を占め、ついで水力発電（7.7%）、太陽光（7.6%）、原子力（６%）、バイオマス（2.8％）、風力（0.8%）、地熱（0.2％）だった。（※１）

このうち、発電時に二酸化炭素（CO2）、硫黄酸化物（SOx）などを排出せず、生態系への影響が少なく、放射性廃棄物が発生しないエネルギーが「クリーンエネルギー」と呼ばれている。つまり、一般的に環境にやさしいとされる、太陽光やバイオマス、風力、地熱、小規模な水力などだ。

再生可能エネルギー・グリーンエネルギー・

新エネルギー

クリーンエネルギーに類するものとして「再生可能エネルギー」や「グリーンエネルギー」「新エネルギー」という概念も登場している。

「再生可能エネルギー」とは、太陽光や風といった永続的に利用できる力や熱・モノから得られるエネルギーのこと。こうした環境にやさしいエネルギーは「グリーンエネルギー」と呼ばれることもある。

「新エネルギー」は、化石燃料などを使わないクリーンエネルギーの一種だが、発電コストが高いことから、普及もまだ半ばのものも多い。太陽熱発電や河川水を熱源とした温度差熱による発電、小規模の水力発電や地熱発電、太陽光発電、バイオマスによる発電などが、新エネルギーとして国の政策で推進する対象となっている。

化石燃料の枯渇

近代以降の人類の発展は、石炭や石油などの化石燃料や、ウランなどの核燃料からつくられるエネルギーに大きく依存してきた。しかし、化石燃料や核燃料の埋蔵量は有限であり、近年ではその枯渇が心配されている。

採掘技術の進化や新たな埋蔵量の発見などにより、化石燃料の推定枯渇時期自体が後ろ倒しになっているという事実はあるが、限りある資源であることには変わらない。

また化石燃料を燃やした際に発生する温室効果ガスによる、地球温暖化や核燃料からの放射性物質の漏洩による放射能汚染といった自然環境と生活への影響も深刻な問題になっている。

地球への影響

火力発電所では、おもに液化天然ガス（LNG）・石油・石炭を燃料として使用している。この燃料を燃焼させると二酸化炭素（CO2）、硫黄酸化物（SOx）、窒素酸化物（NOx）、メタン（CH4）などといった物質が発生し、大気中に放出される。こうした化学物質が、地球温暖化や寒冷化などの気候変動、酸性雨などの酸性降下物、大気汚染を引き起こしている。

気候変動においては、2021年に発表された「IPCC 第６次評価報告書」では、地球温暖化の原因は人間の活動の影響だと初めて断定した。2050年ごろに二酸化炭素とほかの温暖化ガス排出量を削減してネットゼロを達成しなければ、21世紀中に1.5℃と２℃の両方を超えてしまうとも示している。（※２） また、酸性雨などの酸性降下物は森林の枯死や淡水の酸性化、大気汚染は呼吸系などの疾患を引き起こす。

生態系への影響

気候変動や酸性降下物で北極・南極の氷が溶けたり、森林の植生が変わったりすれば、そこに住んでいた動物の死滅や住処を追われるなど、生態系に多大な影響が生じる。

発電施設の建設は、その土地の自然や生態系にも影響を及ぼす。例えば、ダム式の水力発電所建設によって周囲の動植物の生息域や人の居住地が水没したり、ダムに砂がせき止められて下流で砂をすみかとしていた生物が激減することがある。

火力発電所や原子力発電所も同様に、建設の際の動植物の生息域や人の居住地への影響がある。また燃料の採掘に伴う燃料による汚染や廃棄物などが、生態系や人の暮らしに大きな害を及ぼすこともある。

近年、化石燃料の影響が大きく取り上げられると、世界各国で環境にやさしいエネルギーを求める声が高まった。しかし国際環境NGOのグリーンピースは、エネルギーの導入について「温室効果ガスを減らすためにはまず、エネルギー効率の改善や省エネを深掘りすることが必要」だとしている。

以下に代表的なクリーンエネルギーを６つ紹介するが、せっかくクリーンエネルギーを導入しても、過度な森林の伐採やそれに伴う土壌の流出、野生生物への影響、地域住民との不和が生じる場合もある。

そのようになれば、持続的なエネルギーとは言い難い。いずれにしても、自然環境に大きな影響を及ぼさない土地で適切な運営を行いつつ、地域住民の理解を得られる方法を選ぶことが大切だ。

１. 安定して発電できる「水力発電」

水が高い所から低い所へ流れる時の位置エネルギーを利用して発電を行う水力発電の設備には、構造や運用法によってさまざまな分類があるが、クリーンエネルギーとして注目されているのは、発電量10,000kW以下とされている小水力発電（※３）である。

小水力発電は一般河川や既設の農業用水、防砂ダム、上下水道などの、従来利用されていなかったエネルギーを有効活用できるため、環境に配慮した発電が可能だ。さらに昼夜・年間問わず安定した発電が可能な点も評価されている。

２. 地球の熱を利用する「地熱発電」

地熱発電は地中から取り出した蒸気でタービンを回し発電する方法だ。火山周辺や天然の噴気孔、硫気孔、温泉といった比較的浅い箇所にマグマ溜まりがある地熱地帯では、この地熱発電が有効利用できる。

地球そのものがもつ熱を利用するためCO2の排出がなく、燃料もいらない再生可能なエネルギーである。

３. 再生可能な有機物を利用する「バイオマス発電」

「バイオマス」とは動植物から生まれる再生可能な有機物の資源のことで、エネルギー源は、木材や生ごみ、海藻、紙、糞尿、プランクトンなど多岐にわたる。バイオマスそのものを燃焼させたり、ガス化させたものを燃焼させて、エネルギーを得る方法はバイオマス発電と呼ばれる。

またバイオマス熱利用という、バイオマスを燃やした際に発生する熱などを再利用する取り組みも盛んに行われている。さらに、バイオマスからつくられたペレットやエタノール、ガスなどもバイオマス燃料として活用されている。

４. 無尽蔵なエネルギーを利用する「太陽光発電」

太陽の光をソーラーパネルに当て電気へと変える太陽光発電は、無尽蔵な太陽光エネルギーを利用するクリーンな発電方法であり、屋根や壁面、休耕田など利用されていないスペースを有効活用しながら発電できる点も大きなメリットだ。

また太陽光の熱を集熱器で取り込んで有効活用する方法は太陽熱利用と呼ばれ、温水プールやマンションの給湯設備として使われている。

５. 山間部や沿岸で活用される「風力発電」

風の力でタービンを回し電力を獲得するのが、風力発電。大規模な設備を導入すれば火力発電並みの発電コストで運営できるため、経済的な面からもメリットが大きい。山間部や洋上など、これまでに火力発電や原子力発電では建設候補地にならなかった場所に設置できるのも特徴だ。

６. 雪や氷がエネルギーになる「雪氷熱利用」

冬の間に積もった雪や氷を保存して、温度を下げる必要がある場合に活用するのが雪氷熱利用だ。雪や氷の多い寒冷地のみで実現可能な取り組みだが、常に冷却が必要なサーバー施設や、温度管理の必要な工場、温室などで活躍している。

未利用地などの活用

耕作放棄地、公共施設や工場の屋根などにソーラーパネルを設置することで、使われていない場所を有効活用できる。ソーラーパネルでつくられた電気はその場で使うだけでなく売電もできて、経済的な助けになる。

また農作物を育てている耕作地にソーラーパネルを設置する「ソーラーシェアリング」を導入すれば、複数の収入源を臨むこともできる。

新規エネルギー源の開拓

河川や火山が多い日本は、小水力発電や地熱発電と相性がいい*。これまでの大型発電施設では利用できなかったエネルギー源でも、これらの発電方法を利用することで活用できるようになる。

また風力発電は、陸上よりも大きな風力を得られる洋上発電を行える。さらに地面に基礎を築かない「浮体式」がノルウェーで2009年に実用化されてから、活用できるエネルギーがさらに増加した。

*地熱発電源の多くは国立・国定公園内や有名な温泉地付近にあり、開発には調整困難と長い年月、生態系への影響が大きな課題となっている。

地域活性化の起点

木の廃材や糞尿などの廃棄物とされていたものを利用するバイオマス発電が普及すれば、循環型社会の構築が促進される。

農村・漁村などにおいては、その土地で発生した間伐材や畜産の糞尿などをバイオマス発電に利用できる。ごみとなっていたものを資源としての価値を持たせて、地域の活性化を図ることもできるのだ。

安価な発電コスト

2020年６月にIRENA（国際再生可能エネルギー）のリリースによると、新規に建設された太陽光や陸上風力によるコストは、既存の石炭火力発電所の操業コストよりも低い。（※４）さらに、1000KWを発電する場合を試算したところ、中国は太陽光発電で33ドル、アメリカが風力発電で36ドルで、日本で最安だった石炭火力の74ドルを大きく下回ったことが報じられている。（※５）

現在、世界では、多くの地域で太陽光や風力などの発電コストが最も安価な新規電源となっているが、日本では高止まりしている状況だ。日本で再生可能エネルギーが安価な電源となるためには、送電網の運用を始めとした課題を解決する必要がある。

環境に優しいクリーンエネルギーだが、供給やコスト面などで、乗り越えるべき課題も存在している。

電力系統の不足

日本の電力網は、高い発電能力を有する発電所とそれを使う需要地を結ぶかたちでつくられた。発電所以外で大量の電力を発生させた場合は、電力を届けるために、多額のコストをかけて新しい電力系統を建設・増設しなければならない。

不安定な発電量

クリーンエネルギーは、日照や風、水の流れといった自然に存在する力や熱を利用している。そのため、季節や天候、昼夜の差などに左右され、発電量は変動してしまう。風力発電を安定させるためには一定の量と強さの風が吹く場所に設置しなければならないという地理的な問題が存在する。

しかしドイツでは「複数の発電機を送電網につなぐ」「送電網のなかで供給量を融通する」などの工夫を施すことで、これらのデメリットは解消されつつある。（※６）

高価格帯の蓄電池

太陽光電池などでつくった電気を夜間に使用するには、蓄電池が必要だ。電気自動車を所有している場合は昼間発電した余りを電気自動車に溜めておく方法もあるが、所有していない場合、蓄電池は現在、高価で場合によっては発電によって得られる利益を超えてしまうこともある。

電池には希少な鉱物や有害物質を含むため、製造と廃棄を含むライフサイクルの確率、リユースやリサイクルの仕組みの整備が、効率化とともに必要となる。

クリーンエネルギーは、その発電量が環境に左右される。発電を行う環境や条件に合わせた方法の検討・選択が不可欠だ。

北欧の再生可能エネルギーシェア

北欧地域では、再生可能エネルギーのシェアが高いが、自然環境に恵まれているためだ。 2017年時点のデータでは、アイスランドの電力は約70%を水力、約30%の地熱、わずかな風力で発電されている。

ノルウェーもまた水力発電の割合が高くてほぼ100%。これにわずかな石炭と天然ガス、風力、廃棄物が活用されている。

アバディーンの風力発電

スコットランドの北部アバディーンの沖合25kmの場所には、2018年、世界初の浮体式で世界最大規模となる風力発電設備が建設された。発電容量は計３万kw。約２万世帯の電力をまかなえるという。

浮体式の発電設備は基礎を築く必要がなく、水深が深い沖合にも設置できる。この発電機を設置するスタトイル社（2018年にエクイノール社へと名称変更）は、スコットランド北東部の「風の条件は最適」としている。

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日本の透明太陽光パネル

都市部には発電所を設置できる場所が少なく、建物そのもので発電できる仕組みが望まれる。NTTアドバンステクノロジ株式会社が無色透明型光発電素子「SQPV（Solar Quartz Photovoltaic）」技術を用いて製造したガラスは、窓にも使えそうなほど透明な太陽電池だ。赤外線や紫外線を吸収して電気に変換する仕組みだ。遮熱もするので、ビルの建材や植物工場などでの利用が期待されている。

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日本のソーラーシェアリング

ソーラーシェアリングとは、耕作地に支柱を立て太陽光パネルを設置し、畑や田んぼで農作物を育てながら上部の空間で太陽光発電すること。「営農型太陽光発電」とも言う。

「太陽光パネルの適度な遮光で作業効率が向上する」「日光量を調節することで作物によっては収穫量があがる」「作物発電による売電と農作物の売買とで複数の収入源が期待できる」などのメリットがある。

一つの土地を２つの用途で活用できる事例だ。農作物の発案者は長島 彬氏とされる。

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