Energy in Future  
 
Dr.-Ing. Dieter Bokelmann

解決策

世界とドイツの概要で示されているCO2ニュートラルな一次エネルギー生成のための解決策は、2つの理由で実行することが困難です。まず、グローバルな相互調整はうまくいきません。これは前提条件となります。なぜなら、太陽光や風力によるグリーンエネルギーを十分に生産できるだけの面積を持たない国があるからです。また、必要以上に生産できるものもあります。そのためには流通を整理しなければなりません。これは、短期的には部分的にしか成功しないでしょう。第二に、現在の太陽エネルギーや風力エネルギーへの投資活動を膨大に増やさなければなりません。

下の図では、まず、ソリューションの世界が示されています。理論的にも現実的にも、CO2フリーの一次エネルギーの生成は可能です。 ただし、上記のような制約があります。

2つ目は、ドイツ向けのソリューションを紹介します。自給自足のエネルギー生産は、左図のように面積が足りないため不可能です(ドイツの面積の20.84%、洋上の係数は1.2)。右の図はその一例です。ここでは、必要な一次エネルギーの約3分の1を太陽光や風力で発電しています。そのために必要な面積は、約150km×150km。

残りの3分の2は、グリーン水素や燃料を使ったガスタービンで発電します。また、小型の原子力発電所を利用することもできます。両発電所とも1基あたり400MWの発電を予定しています。1工場あたりの必要面積は1平方キロメートルを想定しています。ドイツには様々なタイプの発電所が約670基あります。その代わり、約600台の新工場が必要になります。既存のガスタービンの中には、確実に改造できるものがあります。これらのプラントに必要な総面積は、わずか25×25km。このタイプのエネルギー生産に必要な面積は、太陽光や風力に比べて約1%しかありません。また、約6,500万トンの水素(またはそれに類するもの)を輸入する必要があります。水素(または同様の適切なグリーン人工燃料)は、一方ではガスタービンの運転に使用されます。一方、工業用(製鉄所など)や大型輸送用(トラック、場合によってはバス)では、このようなことがあります。これだけの量の人工燃料を輸入するためには、適切な国と契約を結び、ノウハウを移転することが課題となる。

他のシートで計算された面積よりも、画像で要求された面積の方が大きい。一方で、これはエネルギーミックスをまだ最適化できるという事実によるものです。一方で、一次エネルギーが100%必要なわけではありません。電気自動車などは、内燃機関よりもはるかに効率が良いからです。これは他のページでも考慮されています。

画像のデータはその隣の表に入っています。


シナリオには5つの側面があります。


側面1:「表と説明」や「コンパクトデータ」のページでは、現在の太陽光や風力への投資を大幅に増やす必要があると説明されていました。1世代でCO2フリーのエネルギー生産を実現するためには、実に15倍もの差があります。これは理論的には可能ですが、リソースがありません41)。) グリーンエネルギーの容量を加速的に増強するためのリソースを確保することが課題となっています。これを実現するには、効率化と技術の向上が必要です。この問題が解決できなければ、足りない分のグリーンエネルギーは原則として原子力発電でしか生み出せません。しかし、これはできれば避けたいものです。


側面2:仮に1世代でCO2ニュートラルが実現できたとしても、それまでに増えた大気中のCO2は残ります。これはもちろん、すでに起こっている温度低下が続くことも意味します。これが1900年のレベルに達するには、約3分の1に減らさなければなりません。 これは、約800ギガトンのCO2の3分の1にあたります42)。) これは264ギガトンのCO2です。これは、72ギガトンの炭素に相当します。平均的な樹木(DxL=0.3mx10m)の場合、1立方メートルの木材を想定しています。1立方メートルに1トンの重量を想定しています。そして、1本の木が半トンの炭素を蓄える43)。) この量の炭素を蓄えるためには、約2,000億本(10^9)の木を植える必要があります。そうすると、1900年のCO2レベルに再び到達することになります45)。つまり、425ppmではなく300ppm程度になるのです。ちなみに、直径10cm以上の木は、現在世界に約3兆本(10^12)あります。それが3000億の木44)。


側面3:実際には、エネルギー消費の世界はさらに拡大するでしょう。 願わくば、近い将来、核融合が現実のものとなることを45)46)。) しかし、それでは限りある地球に無限の成長をもたらすことはできません。宇宙の適切な惑星に再定住することは、永遠にSFのままである。もし十分なグリーンエネルギー容量が投資されなければ、この世界で6回目の大量絶滅が起こる可能性も否定できません47)。 また、世界の人口は増え続けるのではなく、むしろ減っていかなければなりません。 肉食を含めた消費者の行動を変えなければなりません。しかし、最後の2つの要求は、十分に知られています。


側面4:水素(貯蔵媒体)は、CO2ニュートラルな一次エネルギー供給の成功に大きな役割を果たすだろう。ここでは、生産、輸送、保管、エンドユーザーへの流通を組織化する必要がある。 生産はまだ始まったばかりです。大きな問題は、1kgの水素をつくるのに、少なくとも9kgの水が必要なことだ(水素の原子量は1、酸素は16、水はH2Oなので18。 つまり2kgの水素には18kgのH2Oが必要で、これを1→9と短縮する。現在も水は飲料水でなければならない。問題は、日射量の多い国では飲料水が不足することです。海水淡水化プラントでブリッジするのは、効率がさらに落ちるので意味がない。だから、グリーン電力を使って、海水から安全に水素を製造することができるに違いない。初期のアプローチもあり、「ニュース」ページをご覧ください。しかし、最も効率的かつ経済的な方法は、常にグリーン電力を直接消費することです。グリーン水素の製造は、それが不可能な場合にのみ意味があるのです。


側面5:上に示した計算と画像のデータは、最悪のケースです。ここでは、一次エネルギーの100%を再生可能エネルギーで置き換えています。再生可能エネルギーは化石エネルギーよりも効率的に利用できるため、その必要はない。 ドイツについては、シナリオ4と表「FINTAXD2」の「解説表」のページで最適化された値がすでに算出されています。 エクセルのチャートの左上は、セルB2です。セルE7、F7のバイオマス、グリーン電力のエネルギーは、すでにニュートラルな状態です。土地面積を2.39%追加すると(セルQ30)、404TWhが生産される(セルK4)。残りは水素を輸入し、ガスタービン、燃料電池、産業用ガス、燃焼用など50%程度の効率で使用)、J欄のマークしたセルの合計に原子力230TWhの排除を加えた849TWhに2をかけたものである。これは、2018年に生産するグリーン電力174TWh(セルF7)に加えて、404TWhのグリーン電力をさらに2.39%の土地面積で生産しなければならないことを示している。さらに、約5,100万トンの水素を輸入する必要がある。それが課題です。


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