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化学Ｇ１１４回目2014.7.14

エネルギーの過去と未来

梶本興亜

薪

炭

石炭

ガス、LPガス石油、灯油、ガソリン、重油

電気

電池・燃料電池

日常生活のエネルギー源

バーベキュー

焼き肉

ストーブ

レンジ

ストーブ

テレビ・ラジオ

掃除・洗濯

電子レンジ・IH電灯・パソコン

携帯電話・パソコン

火力発電

水力発電

原子力発電

風力発電

太陽光発電

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何がエネルギーの源になっているのか

薪

炭

石炭

ガス、LPガス石油、灯油、ガソリン、重油

電気

火力発電

水力発電

原子力発電

風力発電

太陽光発電

電池・燃料電池

核分裂エネルギーà熱・膨張àﾀｰﾋﾞﾝの回転à電気

落差à運動エネルギーàﾀｰﾋﾞﾝの回転à電気

化学エネルギーà熱・膨張àﾀｰﾋﾞﾝの回転à電気

運動エネルギーàﾀｰﾋﾞﾝの回転à電気

光エネルギーà電気

化学エネルギーà電気

化学エネルギー

（燃焼）

（１次エネルギー）

（２次エネルギー）

再生可能ｴﾈﾙｷﾞｰ

化学エネルギーとは何か

化学反応の際に放出されるエネルギー（発熱反応）

例えば水素の燃焼

2H2 + O2 2H2O

OHH

H H

O

OO

498.36 kJ mol-1435.93

-1370.22

H O H

H HO

913.71

-1827.42kJ mol-1水１モル当たり228.6 kJ mol-1 の

発熱（エネルギー放出）

2 molで457.2

H H

H H

435.93

H O H

H HO

913.71

0

3

物質の酸化で得られるエネルギー：燃焼熱

-1000

300

-500

0

∆fH

0/ k

J m

ol-1

H2C

CO2

H2O

-1500

-228.6-393.5C2H6

2CO2+3H2O

-1512.4

6CO2+6H2O

-3811.8

C=O

-1754.2

2CO2+4H2O

OHOHCHO

C=O

SO2

NO2

SiO2

+3½O2

+9O2 +4O2

32.8 MJ/kg

114.3 MJ/kg

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石炭

・2億8000年前以降の植物が繁茂していた地域の地層から出る。

・世界的分布が偏らない。・埋蔵量が豊富（可採年数150年)。

・低コスト。・鉄鉱には不可欠（コークスの製造）。

・運搬・貯蔵コストが高い。・エネルギー効率が悪い。・SO2、炭酸ガスを排出。

・1950年の日本の生産量は5000万トンであった。現在は釧路炭坑のみで60万トンを生産。

泥炭→褐炭→瀝青炭→無煙炭

<70%(水分多し) 83-90% >90%

圧力と地熱で、セルロース・リグニンから酸素と水素が次第に抜けていく。炭

素含有量

化学式はWikimediaより引用

世界の石炭

経済産業省：平成２５年度「エネルギー白書」より

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石炭の輸入日本は世界第２の石炭輸入国


2大輸出国

石油

生物由来説(有機成因説)：プランクトンなどの遺骸が高温と高圧で分解して生成。石油中に生物由来の物質がある。

無機成因説：惑星誕生の際に大量に存在した炭化水素が次第に地表近くに浮き上がってきた。生物分布より深い地層で石油が見つかる。生物起源でない物質が存在。

石油分解菌説：石油分解菌は石油と酸素がない条件では石油を生成する。

日本では、北海道の勇払油田、新潟県の岩舟沖、南長岡油田で年間100万キロリットル程度が生産されている。

石油の可採年数は53年とされる。1980年頃からずっと40年程度とされてきた。これは年々新しい油田が見つかることと、採掘技術が進歩するためである。

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石油連盟データより引用

石油

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世界の石油の消費量

日本は減少

中国は急上昇

石油情報センター「2010 Oil Now」より引用

化石燃料の価格


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石油備蓄


天然ガス

ブルネイ産の組成

メタンエタンプロパン

組成 90% 6% 3%沸点 -161 -88.7 -42.2

経済産業省：平成２１年度「エネルギー白書」より

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日本は世界最大の天然ガス輸入国天然ガスの輸入


火力発電

水力発電

原子力発電

風力発電

太陽光発電

電力


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発電用一次エネルギー（日本）


火力発電における発電電力量あたりSOx、NOx排出量の国際比較

海外＝排出量：OECD.StatExtracts Complete databases available via OECD's Library発電電力量：IEA ENERGY BALANCE OF OECD COUNTRIES 2012 EDITION日本＝電気事業連合会調べ（10電力+J-POWER)

出典：Ecofys International comparison of fossil power efficiency 2013

各国の石炭火力発電の熱効率推移日本の石炭火力発電

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原子力発電


原子力発電ー核分裂ー

アインシュタインの式 E = mC2

235U + n 95Y + 139I + 2n + 3.2×10-11 J(200 MeV)∆m = 3.5×10-28 Kgにあたる

cf. 中性子1個の重さ：17×10-28

Kg

1g の 235U が核分裂すると8.2×10-10 Jのエネルギーが出るこの量は、良質の石炭3トンの燃焼熱に相当する。100万kWの発電所では、1日に3.7 kgの235Uを燃やすが、これを石炭でまかなうと12000トンが必要である。（福島第2原子力発電所の出力は1基あたり、110万kW）

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軽水炉型原子炉

日本原燃のHPより

沸騰水型加圧水型

日本の主流原子炉

世界の原子力発電


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新エネルギー：太陽光発電


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新エネルギー：風力発電


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エネルギー源をめぐる３つの問題と日本

１．地球温暖化問題－CO2排出の削減（京都議定書）

２．東日本大震災と原発事故－原子力発電の可否

・エネルギー自給率の低下・電気代の上昇

・化石燃料の輸入増加à貿易収支の悪化

・エネルギーコストの増加－国際競争力の低下

àCO2排出の増加

３．シェールガス技術の進歩－アメリカが化石燃料輸出国

（４．中国・インドなどのエネルギー需要の増加）

天然ガス原子力

天然ガス

原子力減少

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オイルシェールガスとシェールガス

・油母頁岩(ｵｲﾙｼｪｰﾙ)の加熱蒸留で生成するガスがオイルシェールガス・ｼｪｰﾙ層から直接加圧水によって取り出すガスがシェールガス

燃えるｵｲﾙｼｪｰﾙ

ｵｲﾙｼｴｰﾙの埋蔵量は石油より多いと言われるが、ｼｪｰﾙからの取りだしに、大量の水と加熱が必要となる。また、ﾒﾀﾝ(温暖化ガス)が放出される。ｼｪｰﾙｶﾞｽ取り出しの影響で、井戸の汚染、地震の発生が問題視されている

図はWikimediaより引用した

シェールガスの資源分布

天然ガス価格変動


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シェールガス採掘の問題点

手放しでは楽観できないとの視点がある１．1つの油井から採掘さ

れる量が少なく次々と油井を作る必要がある。

２．大量の水を必要とし、地域的な水資源の枯渇を生む。

３．地下水が汚染され、汚染水が流出する。

４．メタンガス(温暖化ガス)が大気中に漏れる。

５．高圧水の注入により地震発生が誘発される。

６．シェールガス会社の経営は早晩行き詰まるところが多いのでは。

アメリカでのシェールガス革命の影響

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これからのエネルギー政策

化石燃料

石炭 (S、Cが多い)

石油

天然ガス(Cが少ない)

シェールガス(CH4排出)

地球温暖化

低炭素社会

原子力

自然エネルギー(太陽光・風力)

核分裂廃棄物

分散型・不安定

メタンハイドレート

?

核分裂

核融合

小テスト１４

１．一次エネルギー源とは何かを説明し、例を３つ挙げよ。(2行程度)

２．化学エネルギーがエネルギー源となるメカニズムを書け (3行程度)

３．これからのエネルギー源をどのように選んでいけばよいと思うか。理由を付して自分の考えを

述べよ (5行程度)

氏名と学籍番号を忘れずに記入すること。

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