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イタリアの石油会社Eniは、MIT発のスピンアウト企業であるCommonwealth Fusion Systemsに5000万ドルを投資する。同社はMITと共同で、SPARCと呼ばれる核融合発電実験において、二酸化炭素排出量ゼロのエネルギーを生成するための超伝導磁石の開発に取り組んでいる。ジュリアン・ターナーがCEOのロバート・マムガードから詳細を聞き出す。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の由緒ある学舎の奥深くで、エネルギー革命が進行している。数十年にわたる進歩を経て、科学者たちは核融合発電がついにその真価を発揮する段階に達し、無限のエネルギー、燃焼不要、そして二酸化炭素排出量ゼロという究極の目標が手の届くところにあると確信している。
イタリアのエネルギー大手Eniもこの楽観的な見方を共有しており、MITのプラズマ核融合科学センター（PSFC）および民間企業Commonwealth Fusion Systems（CFS）との共同プロジェクトに5000万ユーロ（6200万ドル）を投資し、最短15年で核融合発電を電力網に導入することを目指している。
太陽や恒星のエネルギー源である核融合を制御することは、古くからの問題によって阻まれている。核融合は膨大なエネルギーを放出するものの、数百万℃という極めて高い温度でしか行えず、これは太陽の中心部よりも高温であり、いかなる固体物質も耐えられないほどの高温である。
極限状態における核融合燃料の閉じ込めという課題の結果、これまでの核融合発電実験は赤字経営であり、核融合反応を維持するために必要なエネルギーよりも少ないエネルギーしか生成できず、したがって送電網に電力を供給することができていない。
「核融合研究は過去数十年にわたり幅広く研究され、その結果、核融合発電に関する科学的理解と技術が進歩しました」と、CFSのCEOであるロバート・マムガード氏は述べています。
「CFSは高磁場方式を用いて核融合の商業化を進めており、大規模な政府プログラムと同じ物理的手法を用いて、より小型の核融合装置を製造するための新しい高磁場磁石を開発しています。このため、CFSはMITと緊密に連携し、共同プロジェクトとして新しい磁石の開発から着手しています。」
SPARC装置は、強力な磁場を用いて高温プラズマ（亜原子粒子からなる気体状の液体）を所定の位置に保持し、ドーナツ型の真空チャンバーのどの部分にも接触しないようにしている。
「最大の課題は、核融合が起こる条件でプラズマを生成し、消費エネルギーよりも多くのエネルギーを生み出すことです」とマムガード氏は説明する。「これは、プラズマ物理学として知られる物理学の一分野に大きく依存しています。」
この小型実験装置は、10秒間のパルスで約100MWの熱を発生させるように設計されており、これは小さな都市が消費する電力に匹敵する。しかし、SPARCは実験装置であるため、核融合エネルギーを電力に変換するシステムは含まれていない。
MITの科学者たちは、プラズマを加熱するために使用した電力の2倍以上の出力が得られると予測しており、最終的には核融合による正味エネルギーのプラス化という究極の技術的マイルストーンを達成することになると考えている。
「核融合は、磁場によって固定され絶縁されたプラズマ内部で起こります」とマムガード氏は述べている。「これは概念的には磁気ボトルに似ています。磁場の強さは、磁気ボトルがプラズマを絶縁して核融合条件に到達させる能力と非常に密接に関係しています。」
「つまり、強力な磁石を作ることができれば、より少ない電力でより高温高密度のプラズマを作り出すことができる。そして、より優れたプラズマがあれば、装置をより小型化し、製造や開発をより容易にすることができる。」
「高温超伝導体を用いることで、非常に強力な磁場を作り出す新たな手段が得られ、より高性能で小型の磁気ボトルを実現できます。これにより、核融合実現がより早まると考えています。」
マムガード氏が言及しているのは、既存の核融合実験で使用されている磁場の2倍の強さの磁場を生成できる可能性を秘めた、新世代の大型超伝導電磁石のことである。これにより、サイズあたりの出力を10倍以上向上させることが可能となる。
イットリウム・バリウム・銅酸化物（YBCO）と呼ばれる化合物でコーティングされた鋼鉄テープで作られた新しい超伝導磁石により、SPARCはITERの約5分の1の核融合出力を、体積がわずか約65分の1の装置で実現できるようになる。
YBCO磁石は、核融合エネルギー装置の製造に必要な規模、コスト、期間、組織的な複雑さを軽減することで、核融合エネルギーに対する新たな学術的および商業的なアプローチを可能にするだろう。
「SPARCとITERはどちらもトカマク型装置であり、数十年にわたるプラズマ物理学の基礎科学研究に基づいた、特殊な磁気ボトル型の装置です」とムムガード氏は説明する。
「SPARCは、次世代の高温超伝導体（HTS）磁石を利用することで、はるかに高い磁場を実現し、目標とする核融合性能をより小型化して達成します。」
「これは、気候変動対策に見合った時間軸で核融合を実現し、経済的に魅力的な製品を生み出すための重要な要素になると考えています。」
時間的スケールと商業的実現可能性という点では、SPARCは、1970年代に始まったMITでの研究を含め、数十年にわたって研究と改良が重ねられてきたトカマク設計の進化形である。
SPARC実験は、世界初の本格的な核融合発電施設の実現を目指しており、その発電容量は約200MWで、ほとんどの商用発電所の発電容量に匹敵する。
核融合発電に対する懐疑的な見方は広く見られるものの（Eniは、この分野に多額の投資を行う最初のグローバル石油会社となるという先見の明を持っている）、支持者たちは、この技術が世界の増大するエネルギー需要のかなりの部分を満たす可能性があり、同時に温室効果ガスの排出量を大幅に削減できると信じている。
新しい超伝導磁石によって実現される小型化は、核融合エネルギーを電力網に供給する、より速く、より安価な方法を可能にする可能性がある。
Eniは、2033年までに200MW級の核融合炉を開発するには30億ドルかかると見積もっている。欧州、米国、中国、インド、日本、ロシア、韓国が共同で進めるITERプロジェクトは、2025年までに初の超高温プラズマ試験、2035年までに初のフルパワー核融合を実現するという目標の半分以上を達成しており、予算は約200億ユーロである。SPARCと同様、ITERも発電を目的として設計されていない。
米国の電力網が、2GW～3GW規模の巨大な石炭火力発電所や核分裂発電所から、100MW～500MW規模の発電所へと移行する中で、核融合発電は厳しい市場で競争力を発揮できるのだろうか？そして、もしできるとしたら、それはいつになるのだろうか？
「まだ研究すべきことはありますが、課題は明らかになっており、新たなイノベーションが物事を加速させる道筋を示し、CFSのような新しい企業が問題に商業的な視点をもたらし、基礎科学も成熟しています」とムムガード氏は述べています。
「私たちは、融合は多くの人が考えているよりも近いと考えています。ご期待ください。」 jQuery( document ).ready(function() { /* 企業カルーセル */ jQuery('.carousel').slick({ dots: true, infinite: true, speed: 300, lazyLoad: 'ondemand', slidesToShow: 1, slidesToScroll: 1, adaptiveHeight: true }); });
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投稿日時：2019年12月18日