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イタリアの石油会社エニ社は、MIT（マサチューセッツ工科大学）からスピンアウトしたコモンウェルス・フュージョン・システムズ社に5,000万ドルを投資する。同社は、SPARCと呼ばれる核融合発電実験でゼロカーボンエネルギーを生み出すための超伝導磁石の開発で、MITと共同研究を行っている。ジュリアン・ターナーがCEOのロバート・マンガード氏に詳細を聞き出した。
マサチューセッツ工科大学（MIT）の神聖なる館の奥深くで、エネルギー革命が起こっています。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日を告げる時が来たと考えています。無限で燃焼を伴わない、炭素を一切排出しないエネルギーという聖杯は、もうすぐ手の届くところにあるかもしれません。
イタリアのエネルギー大手エニ社もこの楽観的な見通しを共有しており、マサチューセッツ工科大学（MIT）のプラズマ核融合科学センター（PSFC）および民間企業のコモンウェルス核融合システムズ（CFS）との共同プロジェクトに5,000万ユーロ（6,200万ドル）を投資し、核融合発電をわずか15年で送電網に迅速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の制御は、古くからの問題によって行き詰まっている。核融合は膨大な量のエネルギーを放出するが、太陽の中心よりも高温で、固体物質が耐えられないほど高温の、摂氏数百万度の極度の温度でしか実行できないのだ。
こうした極限の条件で核融合燃料を閉じ込めるという難題の結果として、核融合発電実験はこれまで赤字で稼働しており、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、そのため電力網に電力を供給することができなかった。
「核融合研究は過去数十年にわたって広範囲に研究され、核融合発電に関する科学的理解と技術の進歩をもたらしました」とCFSのCEO、ロバート・マンガード氏は語る。
CFSは高磁場アプローチを用いた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学的アプローチを用いて、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。この実現に向けて、CFSはMITと緊密に連携し、新しい磁石の開発から始まる共同プロジェクトに取り組んでいます。
SPARC 装置は強力な磁場を使用して高温プラズマ (亜原子粒子のガス状スープ) 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ます。
「最大の課題は、核融合が起こる条件でプラズマを作り出し、消費する電力よりも多くの電力を生み出すことです」とムンガード氏は説明する。「これは、プラズマ物理学と呼ばれる物理学の分野に大きく依存しています。」
この小型実験は、10秒間のパルスで約100MWの熱を生成するように設計されています。これは、小規模な都市の消費電力に相当する量です。ただし、SPARCは実験であるため、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ません。
MIT の科学者たちは、出力がプラズマの加熱に使用される電力の 2 倍以上になると予想しており、最終的には核融合による正味のエネルギーという究極の技術的マイルストーンが達成されることになります。
「核融合は、磁場によって固定され絶縁されたプラズマ内で起こります」とマンガード氏は言います。「これは概念的には磁気ボトルのようなものです。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できるようにする能力に非常に強く関係しています。」
「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生成し、それを維持することができます。そして、より優れたプラズマを作ることができれば、装置をより小型化し、構築・開発をより容易にすることができます。」
「高温超伝導体によって、非常に強力な磁場を作り出すための新たなツールが得られ、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、核融合の実現が加速すると考えています。」
ム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、新世代の大口径超伝導電磁石であり、サイズ当たりの電力を10倍以上に増加させることができる。
新しい超伝導磁石はイットリウム・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テープから作られており、これにより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の装置で生成できるようになる。
YBCO 磁石は、ネット核融合エネルギー装置の構築に必要なサイズ、コスト、スケジュール、組織の複雑さを削減することで、核融合エネルギーに対する新たな学術的および商業的アプローチも可能にします。
「SPARCとITERはどちらもトカマク型で、数十年にわたるプラズマ物理学の広範な基礎科学の発展に基づいた特殊なタイプの磁気ボトルです」とムンガード氏は説明する。
「SPARCは、はるかに高い磁場を可能にする次世代の高温超伝導（HTS）磁石を活用し、目標とする核融合性能をはるかに小型化します。」
「これは、気候に適した時間スケールで核融合を実現し、経済的に魅力的な製品を実現するための重要な要素になると考えています。」
時間スケールと商業的実現可能性に関して言えば、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され改良されてきたトカマク設計の進化形です。
SPARC実験は、ほとんどの商用発電所に匹敵する約200MWの電力容量を持つ世界初の真の核融合発電施設への道を開くことを目指しています。
核融合発電をめぐる懐疑的な見方が広がっているにもかかわらず（エニ社は、核融合発電に多額の投資を行う世界初の石油会社になるという将来を見据えたビジョンを持っている）、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相当部分を満たす可能性があり、同時に温室効果ガスの排出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可能になった小規模化により、核融合エネルギーから電力網へのより高速で安価な電力供給経路が実現される可能性があります。
Eni社は、2033年までに200MWの核融合炉を開発するには30億ドルの費用がかかると見積もっています。欧州、米国、中国、インド、日本、ロシア、韓国の共同プロジェクトであるITERは、2025年までに初の超高温プラズマ実験、2035年までに初のフルパワー核融合実験を行うという目標の半分以上を達成しており、予算は約200億ユーロです。SPARCと同様に、ITERは電力を生産しないように設計されています。
米国の電力網が2GW～3GWのモノリシック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できるのだろうか。もしできるとしたら、それはいつなのだろうか。
「まだ研究すべきことはあるが、課題は分かっている。新たなイノベーションが物事を加速させる道を示しており、CFSのような新しいプレーヤーが問題に商業的な焦点をもたらしており、基礎科学は成熟している」とムンガードは言う。
「私たちは、多くの人が考えているよりも早く融合が実現すると信じています。どうぞご期待ください。」 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