製造業ニュース
燃料としての水素と電気や電池について
水素について
「水素はエネルギー変換効率が高く、燃焼すると水（水蒸気）となり、
温室効果ガスとされる二酸化炭素や大気温暖化ガスや大気汚染物質を排出しません。」
（「」水素 Wikipediaより引用）
水素は次世代の燃料の最有力の存在です。
電気と水素の相性は良いと言われていて、余剰電力を水の電気分解に使ってグリーン水素を得る手法が注目されたりしています。
最近では中国で石炭火力を縮小した影響で電力が逼迫したりする事例が発生したりしています。
また、天然ガスの価格が高騰していて燃料の安定調達に課題が出ています。
日本も海外で生産した水素系燃料を自国に調達する動きが加速してきています。
日本は国土面積の比較的小さい島国ですので、燃料の調達、再生可能エネルギーの調達は厳しい現実の課題です。
水素の燃料電池車は未だに高価ですが、トヨタ自動車は電池のコストと車体のコストを大幅に減少させる研究開発をしていくと表明しています。
このことはEV電気自動車に対しても優位に働くと予測されます。
電気自動車も価格がおさまれば普及が期待されます。
中国では安価な電気自動車も販売開始されており、EVの普及に一定の効果が見込まれます。
電池の開発
EV搭載向けの電池はコストや価格を抑えるための研究開発が行われている最中です。
コバルトなど価格が高騰している希少金属を使わない仕様の電池が試されています。
当面はリチウムイオン電池が優位であるようです。
全個体電池も次世代の電池として有力視されています。
全個体電池の実用化はまだ少し先の話のようです。
蓄電池による電力を貯めたり使ったりする技術と燃料としての水素の生成や貯蔵、そして使用が期待されます。
EU主導で進む脱炭素化は日本国内でも今後加速すると考えられます。
水素系燃料を賢く使うあらゆる手法が模索されると考えられます。
クリーンでスマートなエネルギーの消費のかたちが新たに現れてくることを期待したいです。
クルマメーカーの在庫の抱え方の変化
2021年9月中旬執筆現在半導体の不足や東南アジアでの部品の生産停滞などをきっかけに日本の自動車メーカーも新車の減産をしています。
半導体の在庫の抱え方については従来のジャストインタイム生産システムを見直す動きが出ています。
クルマの現在・将来はさらなる電動化が進み、その研究開発が加速していくと考えられます。
その中でクルマの頭脳や中核部品として半導体が活躍していくと期待されます。
そんな流れの中、日本の主要な自動車メーカーは半導体在庫の積み増しを実施しているようです。
ジャストインタイム生産システムとは
「ジャストインタイム生産システムは、生産過程において、
各工程に必要な物を、必要な時に、必要な量だけ供給することで在庫を徹底的に減らして生産活動を行う技術体系をいいます。
トヨタ自動車において豊田喜一郎氏が合目的経営の観点から導入した生産方式としてよく知られています。
アメリカの自動車業界でもJITといえばこのことを表します。」
（「」、ジャストインタイム生産システム Wikipediaより引用）
半導体については超微細化だけが開発の目的というわけではないとも考えられます。
さまざまな半導体が求められ搭載され組み込まれていると考えられます。
電動化されたクルマにはさまざまな半導体が活躍すると考えられます。
その昔機械工学的であったクルマはそれだけにとどまることなく、昨今ではとっくに様々な工学と融合して能力を発揮する最終製品の1つとなってきています。
今回の半導体製品の不足は新しい安定調達に向けての取り組みの課題として改めて問題が浮かび上がってきた感があります。
半導体は高い技術力や品質と量産する規模が同時に必要になるものづくりの分野です。
自動車メーカー側も専業の半導体メーカーへのリスペクトは必要なものの、
十分な製品の生産予定を組むためには半導体メーカー側にも自動車メーカーへの配慮が求められていると感じます。
ものづくりはクルマ分野は垂直統合型、超微細な先端半導体などの製造分野などは水平分業型などと代表的に呼ばれたりもしています。
ものづくりの様相はどうなるかは未だわかりませんが、今後、電動のクルマEVをめぐる進化はまだまだこれからなのだろうと考えられます。
EVをめぐる状況の変化
EV搭載向けの製品、部品、素材の状況が変化しています。
日本製鉄とトヨタ自動車は鋼材の取引価格を1トンあたり2万円程度引き上げることになりました。
日本製鉄側は供給制限もありうるとしてトヨタ自動車側に価格交渉を迫りました。
トヨタ自動車は異例の交渉となって日本製鉄以外の調達も考えざるを得ないという反応を示す方もいたようです。
筆者が感じたことは、鋼材をつくるメーカーも電炉や水素による製鉄法など新しい様式の鋼材をつくる工程を脱炭素化して工夫していく必要もあり、
そのための設備の予算も織り込みたいと考えているのではないだろうかということです。
電気自動車搭載向け部品・製品の素材をめぐる状況
EV電気自動車に搭載する部品や製品で扱う希少金属レアメタルをめぐる調達競争も始まっています。
特にコバルトやリチウムなどその他にも、電池に使用する希少金属の値上がりが目立っています。
部品の不足、半導体の不足はしばらく続くのではないか
自動車を巡っては東南アジアでの部品の生産が新型コロナウィルスの感染拡大によって停滞しています。
もともと半導体が不足していたことに加えて、さらに東南アジアで見込まれる部品の生産の停滞によって工場の一部の停止など影響が出ています。
トヨタ自動車の売り上げ業績が好調であっただけに惜しいです。
半導体も値上げ
台湾のTSMCは半導体の値上げを発表しています。
素材や部品、材料や半導体の値上がりは最終製品の価格に影響を及ぼす可能性もあります。
EV電気自動車の生産には半導体などの電子部品が多く必要とされることが想定されます。
クルマについては今のうちにお値打ちな製品を買って2030年を目安に5年10年EVのコスパの良い新型車を待つのもありかもしれません。
いずれにせよ国の政策や規制などによって2030年周辺を目安に自動車のものづくりは変化していくと考えられます。
2030年、またその先の脱炭素に向けて自動車の多くが本当に電気自動車化するのかこれからが正念場です。
再生可能エネルギーの送電調整の難しさについて
最近再生可能エネルギーの電源を求める企業などの顧客が増えています。
大手の電力会社は太陽光・風力、そして日本に豊富にある水資源を活用した水力発電所を新たに建設しています。
今後投資の圧力によって企業、メーカー側は再エネ電源を模索していくことが想定されます。
電力は需給のバランスを崩すと停電になってしまうなどの問題が起きます。
時々刻々と変わる電力需要に合わせて周波数を一定に保って電力を供給する運営が必要不可欠となっています。
時々刻々と変わる再生可能エネルギー電源の発電電力量
太陽光発電は天候など日照具合によって発電量が常に変わります。
電力も吹く風によって発電量が変わってしまいます。
水力発電は水資源が豊富なだけに中小規模でも水力発電所の建設と稼働は必要不可欠と考えられます。
この現在のところ不安定な再生可能エネルギーを主力電源としていくと政府は位置づけました。
送電調整を運営する大手電力会社は創意工夫が求められています。
再生可能エネルギーを主力電源化するにあたって、その送配電網には大規模な蓄電設備が必要との声もあがってきています。
原子力やガス・石炭の火力などで賄う電力の送電調整とは別段の送電調整が再生可能エネルギーには不可欠となってきています。
寒波でアメリカで大手の半導体製造工場が停電に見舞われた被害なども決して他人事ではありません。
送電調整が失敗すると停電するリスクはあります。
再生可能エネルギーによる発電・発電施設の配備は最大限挑戦すべきだと筆者も考えます。
しかし、製造業などの経済の生命線を考える時、二酸化炭素排出量の少ない液化天然ガスLNG火力は
重要なつなぎの役目を当面は担うのが現実的なのではないかとも考えます。
原発事故を経験した日本は可能な限り再生可能エネルギーの質と量を追及していく姿勢が求められていると感じます。
環境規制に厳しい欧州やアメリカの州などの賢者の声に耳を傾ける姿勢もまた必要ではないかとも考えます。
気候変動・地球温暖化の流れの中でどれだけ現状変更できるかやってみるしかありません。
電気自動車向け基幹部品の競争
eアクスルとはeAxleとも表記され、モーターやギアを一体化したEVの心臓部の基幹部品です。
EUや中国などが打ち出している環境対応車・EV化戦略の影響を受けて新車製造にもeアクスルの需要が活況となっています。
eアスクルは自動車メーカー内で内製をするケースと外部調達をするケースと今後結果が分かれていく可能性もあります。
自動車の動向はEUが気候変動対策・環境対応のため積極的にEV化していく方向に規制や決まりの舵をきっています。
それを受けて日本の自動車メーカーも欧州における新車販売・製造計画の練り直しを重ねているようです。
日本の自動車メーカーはホンダがEVとFCVにしていくことを明確に表明しています。
日産もいち早くEVをリリースしています。
トヨタ自動車はクルマの全方位戦略で現実的な自動車の仕様の可能性を探っていこうとしています。
デンソーやアイシン、トヨタが出資するブルーイーネクサスという新会社がEV向けeアスクルやハイブリッド向け動力装置などの
開発・生産を担っています。
上記のようにトヨタは自社グループ内でeアスクルの生産可能としており、EV生産への対応も可能なようです。
日本の自動車の将来は、電力インフラの普及の中身次第ともいわれています。
それはEV化へシフト可能なポテンシャルを持っている自動車メーカーがあったとしても地球温暖化ガス排出削減になっていなければ、
政府の定めた2050年までに地球温暖化ガス排出実質ゼロへつながらない結果となって素直にEV化するわけにいかない複雑な現実があると考えられるからです。
脱炭素化はものづくりの分野においてもとても大きなテーマとなっています。
何も考えずに生産してきた製造プロセスを温暖化ガス排出実質ゼロ若しくは削減に向けて仕事全体を把握し直さなければならなくなってきています。
また他方で電気自動車EV向けの搭載電池はもう外部調達への流れに向かっています。
100年に一度とも言われるクルマの大転換期の現在のものづくりは、
垂直統合型のものづくりと現代で進んできた水平分業型のものづくりを含め未来への挑戦が始まっています。
欧州と米国自動車メーカー新車販売EV本格化
欧米の自動車メーカーが2030年、2035年を目安に新車販売を本格的にEV化することを表明しています。
欧米の電気自動車化の開発トレンドはもう不可避であると考えられます。
安い再生可能エネルギーを賄える体制の上に電気自動車化を推進していく狙いであろうかと考えられます。
日本のメーカーも欧州の拠点で再生可能エネルギー化を果たしている企業もあります。
しかし、国内ではエネルギー供給の電源構成で日本はより厳しい状況にあるのかもしれません。
日本の自動車メーカーの中でホンダは2040年までに明確にゼロエミッション化すると表明しています。
欧米の自動車のものづくりのトレンドについていくためには日本も再生可能エネルギーを主力電源として
大いに賄えるように体制をつくる必要があります。
その上でポテンシャルをフルに活用できる環境を整えて日本の自動車メーカーに電気自動車化に注力してほしいと考えます。
日本の自動車メーカーはエネルギー事情とすべてのプロセスでのCO2の排出低減のためを考えて新車販売の方針を慎重に検討しているようです。
国際エネルギー機関は2035年までにハイブリッド車HVを含むすべてのエンジン搭載車の販売をやめないとカーボンゼロの達成は不可能になってしまうと指摘しています。
この警告を重く受け止めると、電気自動車化は避けられない現実のトレンドであると感じます。
地球温暖化ガス排出による気候変動・地球温暖化の解決および改善は今後人類がよりよく生き延びるために欠かせない注目課題であると考えられます。
トヨタ自動車は2021年5月に2030年に欧州で40％、北米で15％、日本で10％をEV電気自動車若しくは燃料電池車FCVにすることを発表しています。
欧州の厳しい環境対応目線で考えると合成燃料で走るエンジン仕様車も受け入れられ難いと考えるを得ません。
そんな中で温暖化しない燃焼、化合をなせるのは水素エンジンぐらいしか見当たりません。
トヨタ自動車は2030年から2035年までに欧州の60％分、北米の85％分、日本の90％分の販売する新車の具体的な仕様をよく練る必要に迫られているのだということを
国際エネルギー機関の提言を受けて考えざるを得ません。
合成メタンの活用
（画像、煙、イメージ）
メタンとは
「メタンとは、最も単純な構造のアルカンで、1個の炭素原子に4個の水素原子が結合してできた炭化水素です。」
（「」メタン Wikipediaより引用）
ちなみにアルカンとは一重結合のことを言います。二重結合はアルケン、三重結合はアルキンと呼びます。
国内で注目されている「メタネーション」
メタネーションとは水素と二酸化炭素CO2からメタンを合成する技術のことをいいます。
CO2フリー水素と発電所などから排出されるCO2を原料としてメタンを合成することを想定すると、
利用時のCO2排出量が、合成時のCO2回収量と相殺されることがわかってきています。
グリーン水素と二酸化炭素を原料とするため注目が集まっている技術です。
都市ガス大手の東邦ガスがこの合成メタンを2030年にも都市ガスとして供給する計画を表明しています。
温室効果ガスとしてのメタン
「メタンは強力な温室効果ガスでもあります。
同量の二酸化炭素の21～72倍の温室効果をもたらすとされています。
メタンは大気中の寿命が約12年（定時数）で排出量の63.2％は分解され、分解量を超過する分が濃度上昇に反映されます。
このために、排出削減をすれば大気濃度がすぐに減少します。」
（「」メタン 温室効果ガス Wkikipediaより引用）
CO2排出が実質ゼロとなるメタネーションはガスを供給して利益をあげている企業にとっては注目技術であると考えられます。
燃料の改革は喫緊の課題です。
水素やアンモニアだけでなく既存のガス供給事業を何とか政府の環境目標に適うかたちを模索していく必要により一層迫られています。
電気は再生可能エネルギーを主力電源とする。
水素系の燃料を将来的に10％近くで賄う。
そしてガスも合成メタンでCO2排出実質ゼロにする。
など、今日本のあらゆる企業が環境問題解決に向けた創意工夫を迫られています。
賢い消費について産業やインフラの視点でも抜本的な改革が求められています。
CO2の地下貯留についても協力や計画の検討等がもうすでに始まっています。
TSMCが日本に生産拠点を設ける
（画像、イメージ）
半導体製造で世界最先端を行く台湾のTSMCが日本に拠点を設けることが報じられています。
TSMCは最先端技術で2nm（ナノメートル）のプロセスルールでの生産が将来的には技術的に可能になっていくと報じられています。
いよいよ微細化の進化にも限界が来始めているともいわれています。
ムーアの法則も微細化の限界を迎えようとしている近い将来とうとう通用しなくなってくる可能性があります。
最先端半導体の製造にはウェハーやその加工に必要となる様々な材料の調達や、その加工、いわゆる半導体製造の前工程が最重要となっています。
具体的には日本の製造メーカーが得意とする領域は、前工程にもいくつか高い技術シェアを誇っている工程があります。
前工程には今までの最先端半導体の微細化を可能とさせるには不可欠な技術たちです。
そして微細化の限界にまで近づいてきた今、半導体の三次元実装が次世代技術の可能性のある構想の1つだと言われています。
そして将来的に注目が集まっているのが半導体製造における後工程です。
後工程に強いメーカーが日本国内にはいくつもあり、その強みがこれから生かせるのではないかと期待されています。
三次元実装のパッケージングはこれから先の半導体の進化の将来がかかってきそうです。
日本の製造メーカーが強みとする半導体パッケージ基板はコロナ禍の強い半導体需要によって品薄状態であり、底堅いニーズがあります。
ここで半導体の三次元実装の新技術でTSMCと日本のメーカーが良い仕事ができたらという期待があります。
2021年5月執筆現在台湾では水不足が深刻になっていると報じられています。
最先端半導体の製造工程では大量の水が必要で、水不足は半導体の製造スケジュールに影響を与えはしないか心配の声が上がっています。
雨水が不足している時期に何とか工業的な純水を得ることはできないものかと考えてしまいます。
豊富にある海水を工業用向けの純水に変える技術などが生かせはしないかと筆者は考えます。
村田製作所の積層セラミックコンデンサーなど電子部品の積層化を進めているメーカーも日本にはあります。
その一方で、頭脳として働く最先端半導体の三次元実装にはまた格別な別段の高い技術が必要なのでしょう。
微生物を活用した開発
新しいフィルムなどの素材を微生物からつくりだす研究が注目されています。
それは具体的には微生物をゲノム編集して特定の素材をつくらせる技術研究です。
ゲノム編集とは
「特定の配列を狙ってDNA（遺伝子）の切断を行い、これにより意図的なDNAの改変を可能にする技術です。
DNAの切断の後は細胞の本来の機能によりDNA修復も起きます。
この際に、特定の配列を断片として与えると、切断部に挿入するノックインが可能となります。
このノックインをさせずに修復を行ったとしても配列が変わらない限り、
DNAの切断が何度でも繰り返されるため、変異が発生します。
これを利用した特定の遺伝子の機能を止めるノックアウトにも活用されます。」
（「」、ゲノム編集 Wikipediaより引用）
特定の目的の物質を微生物につくらせる以外にも、
特定の素材を分解できる微生物にも注目が集まっています。
例えばプラスチックの分解の課題を解決する、ポリエチレンテレフタレートを分解する微生物が日本で発見されています。
この分解をしてくれる微生物は自然界の土中に存在していたものがそのまま発見されて調べられたことで見つかっています。
他方で目的の物質、素材、材料をつくらせる場合には、微生物をゲノム編集して遺伝子を改変してその微生物につくらせる手法が進められています。
目的とする物質と遺伝子データベース、それをAIに解析してもらって特定の微生物のゲノム編集を施し、培養することで材料・素材を得ます。
微生物を活用した研究は素材や材料の研究領域では最先端の技術研究です。
従来の高分子化学は石油化学系の二酸化炭素を多く発生させてしまう製造工程で出来上がっている一面があります。
二酸化炭素排出量削減を目的に含めると微生物を培養することで素材や材料を得る手法は、
地球温暖化ガス排出削減に働くと見られており有意義であると考えます。
ただ、筆者が考えることは工業的に材料や素材を調達することを考慮すると微生物の手法で量産化できるのか、価格面はどうなるのかが気になります。
脱炭素化に向けて
水素エンジンの飛行機
欧州のエアバス社は2035年をめどに水素エンジンの飛行機の製作に挑むと報じられています。
蓄電池による飛行機の飛行と水素エンジンによる飛行では水素のほうがはるかに動力を得られるといいます。
エアバス社は水素の燃料電池ではなく、水素を燃料としてガスタービンで燃やして飛行する飛行機を想定しているといいます。
水素について考えること
水素は正しい扱いを厳重に気を付ける必要があると考えます。
福島での原発で水素爆発を起こして放射能の被害を受けた苦い教訓があります。
日本の大手電力会社はLNGなどのガス火力を発電に生かす取り組みをしてきました。
水素を燃焼させてチカラを得る際にもきっと厳重な取り扱いの注意が必要となってくるのはまず考えられることです。
開発が進むと目される新しい「燃焼」
筆者は水素・アンモニアなどの水素系燃料の新しい燃焼がこれから試されていくことになるその動向が気になります。
脱炭素化は製鉄などのものづくりの様相も変えてしまうかもしれません。
水素の量産、調達とその活用法はこれから開拓されていく領域です。
水素の活用法だけを工夫して考えるだけではなく、再生可能エネルギーの調達も考える必要があるでしょう。
2021年5月執筆現在、コロナ禍で緊急事態宣言の中、道を模索・開拓するのはたいへんな面もあります。
筆者も直接的な目標を見失いそうなときは、海外で進んでいる目標の目線やフィールドから問題や課題の周辺全体を見直してみるのも一手ではないかと考えます。
例えば国連で定めた17の指標SDGs持続可能な開発目標の目線から周辺全体を考え直すのも良いのではないかと考えます。
営みの中で目線を変えたり視野を広げて配慮するマナーが求められてきているということを最近感じるからです。
水や食料の調達や供給の長期的課題や気候変動などの地球環境問題などの問題も山積みであることも気づかされます。
人の命や生き物や自然界も貴重な存在です。
共存共栄となる科学が求められてくるという目線もあると考えられます。
前向きに脱炭素化が進んでいくことを願う次第です。