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私たちの周りにある機器の多くが電気で動いており、パルス信号はそんな機器において制御に利用されています。制御方法はその用途によりさまざまで、ノイズ対策を含め、電気設計者にとって理解を欠かすことができません。本稿でご紹介します。

電力供給のためのエネルギーとして世界が今注目しているのは、これまでの枯渇性資源に頼る発電方法ではなく、持続可能な再生可能エネルギーです。この再生可能エネルギーの1つに、バイオマス燃料があります。バイオマス燃料とはどのように作られ、どういった特徴から注目されているのでしょうか。バイオマス燃料の概要と種類、注目される理由についてご紹介します。

バスバーは、制御盤や分電盤のパワーエレクトロニクスにおいて重要な電源設計にも深く関わる部品です。ブスバーや銅バーなどとも呼ばれるこの導電体は、どのような役割を持っているのでしょうか、バスバーの特徴やメリット、種類や選定方法をご紹介します。

『フェルール』、いわゆる棒端子ですが、ここ数年で急速に日本でも採用が広がっています。その背景として端子台をはじめ制御盤に使われる機器の多くが、その配線接続を、丸端子やY端子などのねじ接続から、フェルールを使ったプッシュイン方式へと変更していることにありますが、今後フェルールとプッシュイン機器が増えていった時、制御盤メーカーはどうすれば良いのでしょうか？今回はそれを考えてみます。

水や空気の流れは、人の目で確認するのは難しいものです。また、それらが持つ熱がどのように伝わっているかも、直接目で見ることはできません。こういった水や空気などの流体の動き方、熱の伝わり方を可視化できれば、さまざまな課題の解決につなげることが可能です。今回はこれらの流体や熱の動きを視覚化することが可能な、熱流体解析についてご紹介します。

例えば病院の非常用電源として使われる蓄電池は、常に充電された状態を維持していなければなりません。こういった場所では浮動充電という充電方式が使われています。また、別にトリクル充電という充電方式もあります。均等充電についてもあわせて紹介します。

私たちの生活において電気は欠かせません。しかし、今まで私たちが使う電力供給に大きな役割を担っていた原子力発電所や火力発電所は、その危険性や環境への影響から批判が集まるようになりました。そこで注目を集めているのがクリーンエネルギーを使った発電です。しかし、今はまだ発展途上であり、クリーンエネルギーを使った発電だけでは、電力供給を賄いきれません。そこでさらなる研究開発が進められていますが、その中でも洋上風力発電が注目を集めています。本稿では洋上風力発電について、メリットとデメリットや欧州との取り組みの違いをご紹介します。 洋上風力発電とは 洋上風力発電とは？陸上風力発電との違いやその仕組み 風力発電とはクリーンエネルギーの1つである風のエネルギーにより発電を行うことです。風力発電には一定の風速が必要で、風が弱い時、または台風のような強風時には発電ができませんが、昼夜を問わず発電ができる効率の良い方式です。風車は大型になるほど発電効率がよく、世界各国で大型風車の開発が進められています。 風力発電には日本で多く設置されている陸上風力発電と、洋上に風車を設置することで発電を行う洋上風力発電があります。洋上風力は発電に使われるのが一般的で、今後の導入が期待されています。 洋上風力発電の仕組み 風車のブレードにより風を受けることで回転運動を生み出し、そのエネルギーを電気エネルギーに変換します。一般的には、ブレードの回転を主要部品や機器を格納するナセルにある増速機により回転数を増速させ、その回転で発電機を作動させ電気をつくります。 洋上風力発電のメリットとデメリット 洋上風力発電には陸上風力発電に比べ、さまざまなメリットがあります。デメリットを含めご紹介しましょう。 メリット 洋上での風況は陸上より良く、風の乱れが小さいので、安定した発電が可能です。陸上とは違い周りは海なので、土地や道路の制約がなく大型の風車を導入することが比較的容易にできます。また、景観や騒音への影響も小さくできます。 デメリット 海上に作るため陸上より基礎作りが難しく、洋上変電設備や海底ケーブルの設置も必要で、コストや工程への影響は大きくなります。洋上風車の建設費も高くなりますが、それだけでなく維持管理費が高いので、初期費用だけでなく運用費にも注意が必要です。 欧州と日本における洋上風力発電についてそれぞれの取り組み 洋上風力発電は日本だけでなく世界中で研究開発が進められています。その中で、特に洋上風力発電の研究開発が進んでいるのが欧州です。取り組みの内容は日本とどのような違いがあるのかご紹介しましょう。 欧州 洋上風力発電は陸上風力発電と比べると、安定的で効率的な発電や風車の大型化が可能で、欧州を中心に近年急速な導入普及が進められています。欧州では早くから洋上風量発電の実用化がされており、2011年末までに洋上風力発電は約400万kWに達しました。 そもそも欧州は風力発電が進んだ国でした。風況がよく、年間平均風速が強いという特徴があり、風車を動力とする文化が古くからありました。そのため、欧州は風力発電開発について自然環境に優れ、技術力のある風力発電メーカーがあり関連技術も多く有していたのです。欧州はそのような背景もあったことから洋上風力発電についても研究開発を進め、その結果として陸上風力発電より発電コストを下げることに成功しました。 現在欧州では再生エネルギーを推進しており、国主導で洋上風力発電導入を進めています。 日本 2012年の固定価格買取制度の施行から、陸上風力発電の導入が進められてきました。そして、2019年には「海洋再生可能エネルギー発電設備の整備に係る海域の利用の促進に関する法律（再エネ海域利用法）」が施行されました。そのため、今後は多くの洋上風力発電所の設置が見込まれています。 日本は欧州と気象・海象条件などが異なっていることから、欧州の事例をそのまま適用ができないため、課題を見つけ解決していかなくてはいけません。例えば日本海側と太平洋側で自然条件が異なり、その洋上風特性は明らかにされていないので解明する必要があります。また、沖合における洋上風車建設工法の低コスト化も実現できておらず、洋上風力発電の実用化にはまだ課題が多く残されています。 洋上風力発電の今後の展望 多くの洋上風力産業は日本国外に立地していますが、日本のサプライヤーにも潜在力があるとされています。洋上風力発電は再生可能エネルギー主力電源化への切り札です。日本政府は年間約100万kWの区域指定を10年間継続することを目指しています。また、2030年までには1,000万kW、2040年までには浮体式含む3,000万kW〜4,500万kWの洋上風力発電を計画しています。日本における洋上風力発電はまだまだ発展途上です。しかし、日本政府も導入に力を入れるようになった洋上風力発電は、今後さらなる研究開発が進められるでしょう。 関連ブログ：日本と世界各国におけるエネルギーミックス 参考： 風力発電・陸上風力発電 | 株式会社レノバ (renovainc.com) NEDO： 国内初！沖合における洋上風力発電への挑戦―プロジェクト現場レポート―プロジェクト背景 【インタビュー】「将来はヨーロッパで最大の電源に～拡大する風力発電」―加藤仁 氏（前編）｜スペシャルコンテンツ｜資源エネルギー庁 (meti.go.jp) 洋上風力産業ビジョン（第１次）（案） 概要(PDF) | 国土交通省

近年のデジタル化の進歩は速く、さまざまなモノやコトがデジタル化され、活用されるようになりました。今後は現実世界と現実世界を高精度にデジタル化したサイバー空間、この2つの空間が融合した新たなデジタル社会が到来していると言われています。この新しいデジタル社会実現のため、日本電信電話株式会社（NTT）ではIOWN構想を発表しました。本稿ではIOWN構想について説明、その構成の中でも製造業に活用されることが多いデジタルツインコンピューティングについてご紹介します。 NTTにより発表されたIOWN IOWNとは IOWN とはアイオンと読み、Innovative Optical and Wireless Networkの略称です。2019年にNTTより新しいネットワーク、情報処理基盤の構想として発表されました。光を中心とした技術の活用で、高速大容量通信や膨大な計算リソースなどを可能にします。2024年に仕様を確定し、2030年には実現させることを目指し、研究開発が進められています。 IOWNが発表された背景 AIやIoTなど情報技術の急速な進歩により私たちの生活は大きく変わり、多種多様な価値観が持たれるようになりました。他者への理解を深めるためには他者の立場に立った情報や感覚を得る必要があり、その実現には高精細かつ高感度なセンサの開発が必要です。その高感度センサにより多くの情報を得ることができ、他者の感覚や主観にまで踏み込んだ情報処理が可能になります。そのためには既存のインターネット情報通信システムの限界を超えなくてはいけません。世界では今後もさらなるデータ量が必要と言われており、既存のシステムではいつか限界が訪れるとされています。また、データ量の増加は消費電力の増加も伴います。これらの課題を解決することを目的として、IOWNは発表されました。 IOWNの構成 IOWNはデジタルツインコンピューティング 、オールフォトニクス・ネットワーク、 コグニティブ・ファウンデーションの3つから成り立っています。デジタルツインコンピューティングとは実世界とデジタル世界の掛け合わせによる未来予測などを実現できます。オールフォトニクス・ネットワークはネットワークから端末まで、すべてにフォトニクス（光）ベースの技術を導入したネットワークです。コグニティブ・ファウンデーションはあらゆるものをつなぎ、その制御が可能です。 IOWNにおけるデジタルツインコンピューティングとは ツインとは双子の意味で、デジタルツインコンピューティングとはヒトやモノのデジタル表現により、現実世界のツインをデジタル上に構築することです。今までもデジタルツインの考え方はありました。従来は自動車やロボットなど現実世界の個体をサイバー空間へと落とし込み、分析や予測を行い、その結果を現実世界へアウトプットすることで活用してきました。一方で、デジタルツインコンピューティングは多様なヒトやモノ、さらには産業までデジタルツインで自在にかけ合わせ演算を行います。この技術により、今まではできなかった都市部のヒトと自動車など高精度な総合的組み合わせが可能となり、再現することで未来の予測が可能となります。さらに、物理的な再現だけでなく、ヒトの意思や思考など内面までもデジタル表現する試みが行われています。 オールフォトニクス・ネットワークとコグニティブ・ファウンデーション IOWNの構成する3つの要素である残りの2つについてもご紹介します。 オールフォトニクス・ネットワーク 先にも書いた通り、ネットワークから端末までのすべてにフォトニクスベースの技術を導入したネットワークです。フォトニクスベースの技術により、エレクトロニクスベースの技術では困難とされていた大容量や低消費電力、低遅延の伝送実現などが可能になります。 コグニティブ・ファウンデーション すべてのICTリソースを最適化してつなぐことで、ネットワーク内に必要な情報を流通させる技術です。ネットワークや端末を含め、クラウドやエッジなどあらゆるICTリソースを最適に制御します。 製造業界におけるデジタルツインの活用例 製造業界でもデジタルツインには注目が集まっています。その理由は従来では現実世界で行っていた製造やテストを仮想空間で行えるためです。デジタルツインが製造業界でどのように活用されているのか、一例をご紹介しましょう。今までこれらのICTリソースは個別で管理・運用されていることから、ハイブリッドクラウドやエッジコンピューティングのような高度な分散連携実現の障壁となっていました。 ITの運用に必要な設備をラック1台に一括収納～オールインワンサーバーラック Smart Package 試作品の製作と実験 試作品の製作を仮想空間で行うことで、現実世界で製作する際に発生する人件費や材料費が不要となります。また、もし製作段階で問題がみつかったとしても、仮想空間上で修正や改善が容易に行えます。試作品の実験も仮想空間で環境を再現すれば、現実世界で行うコストの削減が可能です。 ゼネラル・エレクトリックの風力発電 世界最大の総合電気メーカーであるゼネラル・エレクトリックで活用されているのが、風力発電のインフラです。風向きによる発電の最大化や風車の劣化予測と寿命の視覚化などが行われています。 シンガポールのインフラ整備 全国土を3Dバーチャルツイン化し、リアルタイムで都市情報を可視化する「バーチャル・シンガポール」計画を実施しており、インフラ整備に活用されています。インフラ整備後の変化をシミュレーションし、リアルタイムで工事情報や交通状況を共有し、工事の効率化や渋滞の緩和を検証しています。 IOWNとデジタルツインコンピューティングの今後の展望 NTTは2030年の実現を目指し、研究開発を進めています。しかし、IOWNは一企業の力だけで実現できるものではなく、さまざまな業種、さまざまな知識を有した人材の協力が必要です。実際にNTTはインテルコーポレーションとソニーとともにIOWN Global Forumを設立し、IOWNの実現を目指しています。今後もIOWNやデジタルツインコンピューティングについて研究や開発を進め、私たちにとって身近な技術へと進化していくのでしょう。 参考： NTT、IOWNの実現に向けて「デジタルツインコンピューティング構想」を策定 | IoT NEWS IOWN構想とは？ その社会的背景と目的｜NTT R&D Website (rd.ntt) デジタルツインコンピューティングとはなにか｜NTT R&D Website (rd.ntt) IOWNってなに？これまでの常識が変わる「スマート」で「ナチュラル」な未来像 | IOWN | 【POWER OF INNOVATION】世界を変えるNTTの最先端通信テクノロジー | 2020. NTTスペシャルサイト 製造業で拡大するデジタルツイン。拡大する理由と事例をご紹介！ | リンクウィズ株式会社 | ソフトウェアによって「ロボット自体が考え、動きを補正する」という新しい価値を提供します。 (linkwiz.co.jp) 実世界の制約を超えて、新しい価値を生み出すヒトのデジタルツイン｜NTT R&D Website (rd.ntt)

CO2を減らすだけでなく、そこから新たなものを生み出せれば、理想的なCO2削減を進められるのではないでしょうか。このようなCO2を再利用しようという考えがカーボンリサイクルです。CO2削減の解決策になると期待されるカーボンリサイクルについて、その概要や技術開発のロードマップ、企業による取り組みの事例などをご紹介します。 カーボンリサイクルとは カーボンをリサイクルするとはどういった取り組みなのでしょうか。カーボンリサイクルの意味と目的から見ていきましょう。 CO2を資源としてリサイクルする取り組み カーボンリサイクルは、炭素を表すカーボンと再利用のリサイクルを合わせた言葉です。 炭素を再利用とはどういう意味でしょうか。この場合の炭素とは、温室効果ガスの二酸化炭素（CO2）を表しています。CO2を資源とみなし、リサイクルすることで有効利用していこうという考え、それがカーボンリサイクルです。 地球温暖化現象の原因となっているのは、熱の元になる太陽からのエネルギーを地表付近に閉じ込め、宇宙への放熱を妨げる温室効果ガスです。この温室効果ガスのうち、75%を占めるのがCO2だと言われています。 CO2を資源として再利用することができれば、CO2排出量の削減に大きな一手となります。このような期待からカーボンリサイクルは注目されています。 カーボンリサイクルが提唱された背景 地球温暖化を含む気候変動問題は、世界で協力して取り組まなければならない共有の課題です。その一因となっているCO2削減は、先進国を中心に各国で目標を定め取り組んでいます。 そういった中で、日本のCO2排出量は2007年から2020年まで世界で5番目の多さを維持し、削減が進んでいないのが現状です。一方で、日本には世界に誇れる優れた技術を持つ企業が多数あり、その中にはカーボンリサイクルに関連する技術も少なくありません。 こういった背景や情勢から、日本でも2019年にカーボンリサイクルの必要性に触れ、資源エネルギー庁にカーボンリサイクル室が立ち上げられ取り組みを進め始めています。 SDGsの目標の1つとしても「気候変動に具体的な対策を」が設定され、炭素の行き先に対する世界の注目度は高くなっています。こういった状況の中で、カーボンリサイクルの取り組みは今後さらに加速していくと予想されます。 カーボンリサイクルへの各国の取り組み カーボンリサイクルは、CO2削減目標を掲げる国であれば注目せずにはいられない、実現すれば大きなメリットのある技術です。世界の国ではどういった取り組みを進めているのでしょうか。 日本のカーボンリサイクルに関する取り組み 日本では、2019年2月に資源エネルギー庁カーボンリサイクル室が設置されたほか、同年6月に実現に向けたカーボンリサイクル技術ロードマップ（PDF）が取りまとめられました。 この中では、CO2分離回収技術の進展について、2030年と2040年を区切りとした3つのフェーズで進めるロードマップが示されています。 フェーズ1：技術開発の着手と重点的な取り組み 2030年までの間は、カーボンリサイクルにつながる技術開発を進め、現状で実現している技術の進展を目指すフェーズとしています。特に、2030年頃から普及が可能となると見込まれる、カーボンリサイクルによって作られた化学品や燃料、コンクリートなどについての開発が重点的に進められます。 フェーズ2：低コスト化と消費拡大 2030年には普及すると見込んでいる、カーボンリサイクルによって製造された製品について低コスト化を目指し、さらなる消費拡大を目指すフェーズとしています。 フェーズ3：さらなる低コスト化と製品の普及 2030年頃に普及すると見込んでいる、カーボンリサイクルによるポリカーボネートやバイオジェット燃料、コンクリートなどのさらなる低コスト化を進めます。また、2040年頃からは別のカーボンリサイクル製品も普及し始めるとい予測し、それらについて需要が多い汎用品に拡大していくとしています。 また、ロードマップではCO2の利用先として次の4種類をあげています。 基幹物質：合成ガスやメタノールなど 化学品：ウレタンやポリカーボネートといった含酸素化合物など 燃料：微細藻類バイオ燃料やバイオマス由来のバイオ燃料など 鉱物：コンクリート製品やコンクリート構造物など CO2をこれらの利用先の物質へ変換するためには、その製造工程において使用するエネルギーが必要になります。しかし、そのエネルギーを、CO2を排出する火力発電に頼っていては本末転倒になってしまいます。 また、一部の物質は生成のために水素を必要とします。現在、天然ガスから生成する水素が普及していますが、この段階でもエネルギーが消費されています。 そこで、基盤技術としてCO2を排出しないゼロエミッション電源の活用と、CO2フリー水素の生成技術確率も、カーボンリサイクル実現において重要な位置づけとされています。 海外のカーボンリサイクルの動向 日本だけでなく、世界各国でもカーボンリサイクルの取り組みは進められています。 日本と米国では、経済産業省と米国エネルギー省の間でカーボンリサイクルにかかる協力覚書が締結されています。この協力体制により、技術情報の共有や専門家の相互派遣による共同研究を進めるという計画です。 このほか、日本とオーストラリア、日本とUAEの間でも、同様の協力体制を結んでいます。 EUではカーボンニュートラルシナリオを策定し、その中の1つとしてカーボンリサイクル技術を活用したCO2削減をあげています。CO2回収の方法として、カーボンリサイクルが最も多い回収量になることを想定していることからも、重要な位置づけとしていることがわかります。 企業におけるカーボンリサイクルへの取り組み例 カーボンリサイクルは、CO2からリサイクルして作り出された製品に需要があり、ビジネスモデルとして成立しなければ普及は進みにくいと考えられています。そのためには、政府が普及を推し進めるだけでなく、企業による積極的な取り組みも必要です。 企業が進めているカーボンリサイクルに関する取り組み事例をご紹介します。 経済性に優れたCO2回収技術と燃料化技術の開発 カーボンリサイクルでは、CO2を何に変えるかも重要ですが、その前工程としてCO2をどのように回収するかも重要です。 CO2を効率よく別の形に変えるためには、空気中に混合ガスとして存在する状態では使いにくく、CO2を単独回収しなければなりません。しかし、CO2の単独回収はコストがかかることが課題です。 そこで、ある企業ではCO2の回収を低コストで行える技術の開発を進めています。また、回収したCO2を水素と反応させることでメタンガスを製造する触媒技術も開発しています。 これらが実用化されれば、回収したCO2をメタンガスに変換して都市ガスのパイプラインに流すことで、一般家庭や工場での炭素循環について前進するとしています。 CO2吸収液の電気分解による低コスト燃料化と資源化 CO2を吸収する液体を電気分解することによって、低コストで資源化できる技術の開発を進める企業もあります。 この低コスト化に合わせ、CO2をリサイクルした製品の販売によってCO2の削減に関するランニングコストをゼロにすることを目標としています。2030年には年間500万トン以上のCO2削減を見込んでいます。 電気・熱・CO2を供給して最適環境を保つスマートアグリ CO2の利用先として、最も自然な形とも言える方法に着目した取り組みの事例です。 この事例では、CO2を植物の光合成に利用してもらいながら、利用するエネルギーのすべてを循環させることを想定した新しい農業のビジネスモデルを提案しています。 温室に送る熱を作るためのボイラーや、電気を作るための発電機から排出したCO2は温室に送り植物に吸収させることで光と熱とCO2という最適環境を植物に与える仕組みです。 このシステムは実際に稼働していて、高糖度のミニトマトやベビーリーフが生産されています。 CO2フリー・低コスト・クリーンな水素製造技術の確率 CO2をメタンのような燃料にできるガスに変換するためには、水素と反応させる必要があります。また、電気分解やさまざまな設備の使用には電気エネルギーが必要です。 水素の直接利用だけでなく、電気を生むための燃料としても水素は注目されているため、カーボンリサイクル実現には水素の製造技術も不可欠です。 こういった新たなエネルギーのもとを製造する最先端の設備が作られたのは、東日本大震災で発生した原子力発電所の事故により大きな困難に見舞われた福島県浪江町です。 国や県、研究機関や再エネの業界団体、民間企業などが参加した「福島新エネ社会構想」の一環として、この地に「福島水素エネルギー研究フィールド」が作られました。ここではCO2を排出せずに水素を製造する研究が進められます。 この世界最大級の水素製造設備により、福島を新しいエネルギー社会のモデルとして復興を後押しすることも目的としています。 カーボンリサイクルが普及する循環を作り出していくためには CO2排出量削減の大きな一手として期待されるカーボンリサイクルについて、その概要や取り組み事例をご紹介しました。 カーボンリサイクルは、CO2の排出量を減らすだけでなく、そこから新たな製品を生み出します。マイナスをゼロにするだけでなく、プラスに変えられる、理想的なCO2対策と言えます。カーボンリサイクルの普及には、それに活用される技術や生み出された製品のマネタイズが必須です。技術開発と低コスト化、製品の普及を進め、さらにCO2消費拡大につなげていく循環を作り上げていくため、これらの技術や製品販売が収益に結びついていく必要があります。 すでに多くの公的機関や民間企業がカーボンリサイクルに関連する技術開発を進めており、カーボンリサイクル社会の実現へ着実に近づいていると考えられます。気候変動問題の対策として期待の大きいカーボンリサイクルの取り組みは、今後も加速していくと予想されます。 参考： カーボンリサイクル｜一般財団法人 新エネルギー財団 温室効果ガスの種類｜気象庁 Japan Meteorological Agency 世界の二酸化炭素（CO2）排出量 国別ランキング・推移（BP）｜Global Note カーボンリサイクル技術による脱CO2・炭素循環型社会の実現への加速(PDF)｜株式会社IHI CO2削減の夢の技術！進む「カーボンリサイクル」の開発・実装｜資源エネルギー庁 2020年、水素エネルギーのいま～少しずつ見えてきた「水素社会」の姿｜資源エネルギー庁 カーボンリサイクル技術事例集(PDF)｜資源エネルギー庁