社会・経済環境との接点から～エネルギーリスク問題～

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きょうすけかやぬま
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1 社会経済環境との接点から ~ エネルギーリスク問題 ~ 岡島敬一

2 実用化段階普及段階研( エネルキー作物 ) 究開発段階ー各種エネルギーの位置づけエネルギー全般石油従来型エネルギーの新しい利用形態石油代替エネルギー石炭天然ガス原子力再生可能エネルギー自然エネルギーリサイクルエネルギー水力発電地熱発電太陽光発電太陽熱利用風力発電雪氷熱利用バイオマス発電バイオマス熱利用バイオマス燃料製造 ( 黒液 ) ( 木屑 ) ( 廃材 ) ( バイオガス ) ( 汚泥 ) ( 糞尿 ) 廃棄物発電廃棄物熱利用廃棄物燃料製造温度差エネルキークリーンエネルギー自動車天然ガスコージェネレーション燃料電池波力発電海洋温度差発電新エネルギ

3 エネルギーリスク問題 ~ 燃料電池等の技術利用 ~

4 燃料電池の種類出典 : 東京ガス基礎研究所資料 (2000)

5 固体高分子形燃料電池の燃料と供給用途燃料供給方法改質器定置用 ( 一般家庭ビル ) 都市ガス既存インフラあり自動車用水素高圧水素タンクなし携帯機器用メタノールカートリッジなし

6 FCHV-BUS

7 燃料電池自動車のリスク車両火災高圧タンクの耐火性配管水素漏れによるタンク引火スタックの耐火性水素漏洩車室内漏洩エンジンルーム内漏洩水素付臭剤

8 FCEV 車両火災試験 NEDO 報告書燃料電池自動車の安全性試験法に関する調査 ( 財 ) 日本自動車研究所 (2005)

10 水素漏れを想定した高圧タンク火災暴露試験 NEDO 報告書燃料電池自動車の安全性試験法に関する調査 ( 財 ) 日本自動車研究所 (2005)

11 水素漏れを想定した高圧タンク火災暴露試験 NEDO 報告書燃料電池自動車の安全性試験法に関する調査 ( 財 ) 日本自動車研究所 (2005)

12 水素漏れを想定した高圧タンク火災暴露試験 NEDO 報告書燃料電池自動車の安全性試験法に関する調査 ( 財 ) 日本自動車研究所 (2005)

13 Technical Progress in the Department of Energy Hydrogen Program (DOE) システムコスト 80kW で $8,800(105~110 万円 ) スタック耐久性 1 日 4 時間としてもわずか 1 年数ヶ月 Fuel Cell Seminar (2006)

14 Technical Progress in the Department of Energy Hydrogen Program (DOE) Fuel Cell Seminar (2006)

15 ニタ電子負荷モリングソフト1kW PEFC(Polymer Electrolyte Fuel Cell) システムロガー PEFC

16 FC スタック性能評価の例スタック構成セルの不均一による影響評価 Cell voltage (V) Fig. Cell voltages Output current 0 (A) Output current 2 (A) Output current 10 (A) Output current 18 (A) Output current 33 (A) Cell number Output power (W) Higher Lower Average Output Output current (A) Fig. output power

17 携帯電話への燃料電池搭載

18 携帯電話の消費電流出展 : 日経エレクトロニクス

各種電源のエネルギー密度比較重量あたりのエネルギー密度 (Wh/kg) 10000 1000 100 NiCd Pb

19 各種電源のエネルギー密度比較重量あたりのエネルギー密度 (Wh/kg) NiCd Pb Ni-MH Li-ion 燃料電池体積あたりのエネルギー密度 (Wh/l)

20 携帯機器用燃料電池のリスクメタノールは劇物高濃度メタノールは消防法に抵触現状では飛行機に持ち込めない購入できる場所が限定される燃料カートリッジの安全性火災遭遇時の耐火性確保事故遭遇時の耐衝撃性確保

21 太陽光発電 (PV) システムの構成クラスタまたはセルストリングスストリングスアレイの構成ストリングスパワーコンディショナ

22 PV システムの故障不具合事例出力分布の差異によるホットスポット現象セルのひび割れ端子部の発火変形

23 ホットスポット現象とバイパスダイオードクラスタまたはセルストリングス

24 モジュールの構造と破損ガラスセル充填材 (EVA) ( エチレンビニルアセテート ) 裏面材 ( バックカバー )

25 PV システム性能評価の例 4kW システム動作計測サーモグラフィ 100 Comparison Graph 4000 Peak Model [%] Output [W] Output time [min]

26 バスタブ曲線故障率 λ Telcordia SR-332 models MIL-HDBK-217 model 初期故障偶発故障期間寿命 ( 摩耗故障 ) 1 year (8760 hours) 時間 t 10 9 hours

27 信頼度予測モデル λ = λπ π π π π p b T S C Q E λ b : Base Failure Rate π T : Temperature Factor π S : Electrical Stress Factor π C : Contact Construction Factor π Q : Quality Factor π E : Environment Factor 環境係数 ( 使用場所の環境を考慮した係数 ) GB: 非移動容易に接近して保全可能温度湿度が制御された環境 GF: 適切な冷却空気が用意され製品は固定され適度に制御された環境 GM: 車輪がついた運行体に設置された製品あるいは人が携行する機器

28 エネルギーリスク問題 ~ リチウムイオン電池 ~

29 概要ソニーリチウムイオン 2 次電池発火事故 2005 年 10 月 :Dell 製ノート PC が東京で発火事故 2005 年 12 月 :Dell 社がソニー製電池パックの自主回収および無償交換開始 ( 対象 3 万 5 千個 ) ソニーと Dell で技術的協議ソニーが生産設備に不備があった認める 2006 年 4 月 :Apple Computer 製ノート PC が大阪で発火事故 ( 後に判明 ) ~ この後 Dell 製 PC で発火事故が相次ぐ ~ 2006 年 8 月 :Dell 社が自主回収対象範囲を拡大 410 万個 Apple も自主回収発表対象 180 万個 2006 年 9 月 :Lenovo 製ノート PC が発火事故東芝富士通日立シャープが自主交換開始 2006 年 10 月 : ソニーが自社製 PC 搭載電池の自主回収開始富士通製ノート PC が発火事故ソニー自主回収済み :960 万個特別損失 510 億円

30 電池の分類 ( 電池工業会 HP より )

31 2005 年総生産と販売額 ( 電池工業会 HP より )

32 リチウム一次電池電池電圧は 3V 電解液に有機系電解液を使用 ( 市販型番 CR- )

33 リチウムイオン二次電池公称電圧 3.7V

34 他の二次電池 ( 参考 ) 鉛蓄電池 : 公称電圧は12V( 単電池では2V) 正極にPbO 2 負極に海綿状のPb ( 放電時 ) ( 充電時 ) 陰極陽極

35 他の二次電池 ( 参考 ) ニッカド電池 ( 公称電圧 1.2V) ニッケル水素電池 ( 公称電圧 1.2V)

リチウム元素リチウム Li 原子番号 3. 原子量 6.941. 銀白色の柔らかい金属. ナトリウムよりは硬い. 体心立方構造をとる. 融点 180.5, 沸点 1350. 密度 0.534g/cm 3 (20 ).

36 リチウム元素リチウム Li 原子番号 3. 原子量銀白色の柔らかい金属. ナトリウムよりは硬い. 体心立方構造をとる. 融点 180.5, 沸点密度 0.534g/cm 3 (20 ). 固体の単体中で最も軽い. 炎色反応は深紅色. 性質はマグネシウムに類似. 少しでも水分があると常温でも窒素と反応し, 窒化物 Li 3 Nを生じる. 空気中で100 以上に熱すると燃焼して酸化リチウムLi 2 Oとなる.

37 消防法上の扱い分類過マンガン酸ナトリウムなどリンなどアルカリ金属など石油類, アルコールニトロ化合物など過酸化水素硝酸など

38 危険物第 3 類自然発火物質及び禁水性物質空気や水と接触して発火したり可燃性ガスを出したりする物質危険性自然発火性物質空気中にさらされると酸素と反応して自然発火禁水性物質水との接触により直ちに発火もしくは可燃性ガスを発生貯蔵方法水との接触を避ける小分けして保存する保護液中に保存する場合は保護液から露出しないように注意消火方法粉末消火剤乾燥砂膨張ひる石を用いた窒息消火

39 ソニー製リチウムイオン二次電池円筒型リチウムイオン電池 (18650 サイズ ; 直径 18mm 長さ 65mm) を組み込んだ電池パック電池パック = 電池セル 5~6 個 + 保護回路 ( 電池セル単体では販売されてない ) 電池パックはPCメーカーが提示してきた使用にあわせて製作電池セルの数や保護回路の仕様もPCメーカーが決める保護回路はリチウムイオン電池パックには必らず備えられる (1) 過充電時の充電の停止 ( 過充電時に電解液溶媒が分解しガスが発生 ) (2) 過放電時の放電の停止 (3) 外部短絡等の大電流放電の停止

40 リチウムイオン二次電池 ( 詳細 ) 正極に主にコバルト酸リチウム負極にはグラファイト ( 層状 ) 電解質は LiClO 4,LiPF 6 等の Li イオンを含んだ有機電解液正極 LiCoO 2 Li 1-x CoO 2 + xli + + xe - 負極 C + xli + + xe - LixC ( 向きが充電 ) ( 放電時 ) ( 充電時 )

41 リチウムイオン二次電池詳細正極正極材料は結晶が層状負極も層状充電時にはLiイオンが層間から脱離し放電時には挿入される過充電があると結晶が崩落熱暴走筑波大学 University of Tsukuba

42 ソニー製リチウムイオン二次電池 ( 詳細 ) ソニーの調査結果 : 金属微粒子混入による内部短絡

43 ソニー製リチウムイオン二次電池 ( 詳細 )

44 ソニー製リチウムイオン二次電池 ( 詳細 )

45 ソニー製リチウムイオン二次電池詳細筑波大学 University of Tsukuba

46 ソニー製リチウムイオン二次電池 ( 詳細 ) 原因の完全究明はまだ既に他の電池メーカー技術者からはソニーの発表に疑問の声生産工程で生じた金属微粒子は本当に電池セル内部に混入するか? 混入するとしたら金属微粒子は大きいはずなぜ見逃されていたのか? 混入する位置によって発火したりしなかったりするのはなぜか? 熱暴走に対しどれほどの設計余裕度があるのか?

第３類危険物の物質別詳細練習問題

第３類危険物の物質別詳細練習問題第 3 類危険物の物質別詳細練習問題問題 1 第 3 類危険物の一般的な消火方法として誤っているものは次のうちいくつあるか A. 噴霧注水は冷却効果と窒息効果があるので有効である B. 乾燥砂は有効である C. 分子内に酸素を含むので窒息消火法は効果がない D. 危険物自体は不燃性なので周囲の可燃物を除去すればよい E. 自然発火性危険物の消火には炭酸水素塩類を用いた消火剤は効果がある

社会・経済環境との接点から ～エネルギーリスク問題～

社会・経済環境との接点から～エネルギーリスク問題～