目の学部 学科注Contents 概説 p60 京都大学手塚哲央教授 エネルギー 資源の研究は 工学的な問題だけでは なく 政治や政策に関わる人間の判断が影響を与え る 研究の重要課題の 1 つは地熱 風力 太陽光などの 再生可能エネルギーへの移行 第 40 回 エネルギー 資源 Column 日本

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1 目の学部 学科注Contents 概説 p60 京都大学手塚哲央教授 エネルギー 資源の研究は 工学的な問題だけでは なく 政治や政策に関わる人間の判断が影響を与え る 研究の重要課題の 1 つは地熱 風力 太陽光などの 再生可能エネルギーへの移行 第 40 回 エネルギー 資源 Column 日本のエネルギー 資源の現状 p62 入試情報 p64 太陽光発電 p66 福島大学齊藤公彦特任教授 主な 5 種類の再生可能エネルギーの中でも 太陽光発 電は発電機が不要で 個人でも電力を得ることが可能 高効率 薄型結晶シリコン太陽電池を研究 産業革命以降 人類は石油や石炭 天然ガスといった化石燃料等を利用し 経済発展を果たしてきた 日本は 国内の石炭が日本のエネルギー供給の中心を担っていたが 1960 年代以降急速にエネルギーの需要が増え 高度成長期には中東から輸入された安価な石油が経済発展を支えた しかし 第四次中東戦争を契機に 1973 年に起きた第一次石油ショック 次いでイラン革命による影響で 1979 年には再び原油価格が大幅に高騰する第二次石油ショックが起こった 一方で 日本のエネルギー自給率は 7.0%(2015 年度 ) と 他の OECD 諸国と比較しても低い水準であり 原油価格の高騰やレアアースの供給が不安定になると 国民生活や産業に大きな影響を及ぼす 日本では 限りある資源を有効活用するため 省エネルギーに関する取り組みも進んでいるが 当面は 効率的で環境にやさしい持続可能なエネルギーの利用方法を探る必要がある そこで 11 月号では エネルギー 資源 をテーマとし まず 概説として京都大学手塚哲央教授に エネルギー 資源問題の考え方を伺った 多様なトピックスの中から 太陽光発電 海底鉱物資源 核融合 の 3つについて その概要や研究内容を伺った また 教育 として 資源開発の専門家を文理融合教育で育成する秋田大学国際資源学部の取り組みを紹介する 海底鉱物資源 p68 東京大学中村謙太郎准教授 日本近海に 4 種類の海底鉱物資源が存在 海底資源 の利用をめざし 複数の技術を組み合わせて場所を 特定 海底資源の研究は地球や生命の進化の過程にもつな がる分野 核融合 p70 京都大学小西哲之教授 2 億 以上のプラズマ状態を 1 秒以上持続させ 水 素からエネルギーを取り出す核融合 核融合炉を使ったバイオマス 核融合ハイブリッド システムを研究 教育 p72 秋田大学国際資源学部 英語は必須 開発技術だけでなく 文理融合教育を 行い 資源開発の専門家を育成 約 1 カ月間の 海外資源フィールドワーク は全員 必修 卒業後の進路 p74 Kawaijuku Guideline

2 手塚哲注目の学部 学科 概説 京都大学大学院エネルギー科学研究科 君たちが決める日本の エネルギー 資源 の将来 日本は化石燃料や金属などの資源の非常に少ない しかも海に囲まれた 工業化国である このような国は世界中探しても他には存在しない そし て日本では 2011 年の東日本大震災以降 原子力と再生可能エネルギーの 利用が大きな問題となっている このエネルギー 資源問題の考え方につ いて 京都大学大学院エネルギー科学研究科手塚哲央教授に話を伺った エネルギー 資源分野の研究産業革命以降 人類は石炭や石油といった化石燃料 そして核エネルギー ( 原子力 ) を活用することにより 国によってその差はあるものの経済発展を果たした しかし そのエネルギーの使い方は 生物の体内でのエネルギーの利用方法とは大きく異なる 生物内では 体温程度の低い温度でエネルギーが使われるのに対して 例えば火力発電では数百度以上の高温が作られる まだまだエネルギーの利用方法については研究の余地があるが 当面はより効率的で環境にやさしい持続可能な利用方法を探る必要がある そのような状況の下での現在のエネルギー 資源に関する研究の重要課題の一つは 地熱 風力 太陽光などの再生可能エネルギーへの移行である しかし 再生可能エネルギーは エネルギー密度が低いため 簡便かつ安価に利用することが困難である そのため国では 2012 年に固定価格買取制度 (FIT) を導入するなど 再生可能エネルギーの拡大を図っている 一方 まだ利用されていない化石燃料や 今ある化石燃料を有効に使うための研究も行われている もし 新しい化石燃料の開発が成功し そちらの利用が進むような政策や人々の行動がとられるなら 再生可能エネルギーの研究開発が停滞することもあり得る つまり エネルギー 資源の研究は 工学的な問題だけではなく 政治や政策に関わる人間の判断が影響を与えるテーマでもある 工学としては エネルギー 資源をうまく使う技術を創り出せばいいのですが そこには 人間としてどう生きるべきか という問題も横たわっています 化石燃料という過去の太陽エネルギーの蓄えで生きていればいいのか 央教それとも今 太陽から降り注いでいるエネルギーのみを利授 人はどう生きるべきか が問われる用して生きようとするのか? もっとわかりやすい例えで いうと 親の残した財産で生きるのか自分の稼ぎだけで生 きるのかという問いです ただ 今すぐには再生可能エネ ルギーのみに頼るのは難しいため それをいつまでにどの 程度利用するのかを決めることが大きな課題になっていま す 決定を下すのは私たち自身ですから エネルギー 資 源の問題は 自分たちがどう生きたいのかを自分で決める という問題につながっているのです ( 手塚教授 ) 民生 運輸 産業で異なる課題 我々のエネルギー消費は 大きく 民生 運輸 産 業 の 3 つの部門に分けられる 民生 は家庭やオフィ スビルなど 運輸 は自動車や船舶 航空機など 産 業 は種々の製造業のことを指す 私たちは 普段 原 油 石炭 天然ガス等のエネルギー資源を 熱エネルギ ーや運動エネルギー 電気エネルギーなどに変換して 種々の目的に利用している 民生部門での利用は電気エネルギーが重要である 現 在 民生部門での注目されているトピックは 電力の自由 化 と 再生可能エネルギーの貯蔵 の 2 つである 電 力の自由化については 制度 政策 政治の関与が大き い それに関連して スマートエネルギーシステム ( 地 域で電力などのエネルギーをうまく利用するシステム ) と いう概念が注目されており 保存の難しい電気エネルギ ーを賢く (= スマートに ) 利用する方法が模索されている これも人々のエネルギー利用 ( ライフスタイル ) の在り方 にも関わっており 研究は端緒についたばかりだ 再生可能エネルギーの利用では エネルギーを貯蔵し て運ぶ エネルギーキャリア の選択が問題になります 太陽電池を家庭で使う場合 例えば 発電する時間帯と 60 Kawaijuku Guideline

3 日本の現状福島大学東京大学京都大学秋田大学の進路電気を使う時間帯が異なるため 何らかの形で太陽光の 第 40 回 エネルギー 資源 < 図 > エネルギーに関わる 3 つの世界 ( 学問分野 ) エネルギーを蓄積しなければなりません また自動車の場 合には エネルギーを自動車に積む必要があります その ためにバッテリーを使うのか 水素を使うのか アンモニ ア (NH 3 ) に変換して利用するのか それ以外にも実にさ まざまなアイデアがあります しかし新しいエネルギーキ ャリアの利用には新しいインフラの整備が必要であり こ れも政策で決定すべき問題です ( 手塚教授 ) ( 注また 自動車に関しては 化石燃料を使う内燃機関 1) か 電気モーターかの大きな岐路に立っている 内燃 機関のエネルギー効率 ( 注 2) は 一定の回転数を維持でき れば 40 ~ 50% に達するが 自動車のエンジンの場合は 加減速があるので平均で 10% 強しかない ガソリンエン ジンと電気モーターなど複数の動力源を搭載しているハ イブリッド車は 回転数の変化を抑えてエネルギー効率 を上げるシステムを採用したが 動力源である内燃機関と 電気モーターを両方積むのでは過渡的な技術といえる 一方の電気自動車も 大容量バッテリーを搭載するの か 電力を無線で飛ばして供給するのか あるいは架線 方式を導入するのか さまざまな方策があります それぞ れにさまざまな技術的な課題があります 燃料電池車の 研究も盛んに行われていますが コスト面も含めて技術的 なハードルが高く うまくいっているとはいえません ( 手 塚教授 ) 産業部門では 資源のリサイクル問題にも関心が集ま っている 日本には金属資源はほとんどないが 現在は安 価に輸入できるため アルミや銅などの一部の金属を除 いてほとんどリサイクルされていない 最新技術に利用 されるレアメタルも供給が不安定ですが 都市鉱山 と 呼ばれる携帯電話などの廃棄家電から金属をリサイクル する方法も コストが問題になって なかなか進展してい ません ( 手塚教授 ) 日本はエネルギー 金属資源のほとんどない国である では どのような発展の方向があるのか 海に囲まれた 資源のない唯一の先進国である日本では もっと海の活 用を考えるべきでしょう メタンハイドレートは利用可能 なエネルギー資源ですし 海底火山からはさまざまな金属 ちょうせき が湧き出しています 海洋エネルギーを使った潮汐発電 も可能性があります こうした新しい分野に挑戦していく ことは もちろん 利用の困難さの問題もありますが 日 本の未来の生き方を模索するうえで極めて重要なことだと ( 手塚哲央教授 ) 考えています もう 1つ エネルギー 資源の研究で忘れてならないのが核エネルギー ( 原子力 ) の研究です 突き詰めれば 自然界のエネルギーは核エネルギーと重力から生まれています 原子力発電所の運転の可否の議論とは別に 核エネルギーを含めてエネルギーに関わる多様な基礎研究を続けていくことは重要です 将来のエネルギー利用技術として何が新しく生まれるかは全く想像できないからです ( 手塚教授 ) 理学部と工学部で本質的な差はない研究室 研究者に注目をエネルギー 資源の問題は 自然科学 社会科学 人文学のあらゆる学問分野からアプローチできるため どの学部 学科に進んでも関連した学びはできる< 図 > 人文学との関連について 手塚教授は エネルギー 資源は 環境問題と極めて密接に結びついているほか 倫理学とも関係が深く 環境倫理 という分野もあります そのため 理工系であっても倫理学や哲学は決して無縁ではありません と指摘する また 大学や学部 学科選択にあたっては 資源開発 再生可能エネルギーなど 具体的な事柄に関心があれば その事柄が学べる学部 学科を選択すればいい 学士課程では理学部も工学部もそう大きな違いはありません ただ 大学院からは大きく方向が異なるため 大学院進学の際には注意が必要です 私が一番よいと思うのは 自分で興味深いと感じる研究を行っている研究者がいれば その学部 学科 大学院を選ぶことです また 単に授業を受けるだけでなく 個人的に質問するなど研究者と直接話せるのが大学の醍醐味であり そうすれば きっと授業だけでは得られない魅力を感じることができるはずです ( 手塚教授 ) 概説コラム入試情報太陽光発電海底鉱物資源核融合教育卒業後( 注 1) 内燃機関 シリンダーの中でガソリン 重油などの燃料を燃焼させ 爆発させること ( 内燃 ) によって得た熱エネルギーを 機械的エネルギーに変える装置 ( 注 2) エネルギー効率 狭い意味では 燃焼したり 反応したりさせるエネルギーのうち どれだけのエネルギーが回収できるかという比率 Kawaijuku Guideline

4 注目の学部 学科 Column 日本のエネルギー 資源の現状 学部 学科や研究内容を見る前に その前提として 経済産業省資源エネルギー庁が発行している エネルギー白書 2017 などを参考に 日本のエネルギー 資源の現状を見ておこう 日本の一次エネルギー自給率は 7% < 図表 1>は 日本の 一次エネルギー ( 詳細は後述 ) の自給率の推移を示している 2015 年度の日本のエネルギー自給率は 7.0% であり 2010 年度の自給率 19.9% に比べるとかなり低くなっている ( 注 1) < 図表 2>は一次エネルギー国内供給の推移をまとめたグラフである 石油の割合は 第一次石油ショック時の 1973 年度の 75.5% から徐々に減少し 石炭 天然ガス 原子力の割合が増加していたが 2011 年の東日本大震災とそれによる原子力発電所の停止により 原子力による供給がほとんどなくなった そのため 2011 年度以降 化石燃料の割合が増加し 図表 1に示すように一次エネルギーの自給率が下がっている ところで エネルギーは生産されてからエネルギー消費者に使用されるまでにいろいろな段階を経ている 一般的に 原油 石炭 天然ガスなどにより各種エネルギーが供給され 発電所や石油精製工場などの発電 転換部門で電気や石油製品などになり 消費者が最終的に消費する流れになっている 発電ロス 輸送中に生じるロス 発電 転換部門で使用する分も含めた 日本で必要とする全てのエネルギー量を 一次エネルギー供給 といい 私たち消費者が最終的に使用するエネルギーのことを 最終エネルギー消費 という 例えば 最終エネルギー消費 は 電気だけではなく都市ガス 熱 ガソリン 灯油 重油といった石油製品なども含まれる 最終エネルギー消費 は 一次エネルギー供給 の 7 割程度に留まっている 一次エネルギーの種類別に見ると 原子力や再生可能エ < 図表 1> 日本の一次エネルギー自給率の推移 年度 エネルギー自給率 ( ) ( 1)IEAは 子力を国産エネルギーとしている ( 2) エネルギー自給率 (%)= 国内産出 一次エネルギー 給 100 ( 3)2015 年はIEAによる 計値である 出 IEA orld Energy alances 2016 Edition を に作成 ( エネルギー白書 2017 ( 経済産業省資源エネルギー庁 )P.140) < 図表 2> 一次エネルギー国内供給の推移 25 (10 18 ) 新エネルギー 地熱 水力 子力 天然ガス 油 % 16.9% 21.3% % % 9.7% 19.6% % 10.7% 16.8% 12.2% 11.5% 16.5% 12.6% 13.8% 18.5% 11.6% 14.8% 20.8% 11.1% 19.2% 22.5% % 3.6% 24.3% 25.9% 化 エネルギー 化 エネルギー % % 69.9% 75.5% 64.7% 55.4% 55.9% 53.6% 49.1% 46.8% 39.8% 41.0% % ( 年度 ) ( 1) 合エネルギー 計 では 1990 年度以降 数値について 出方法が変 されている ( 2) 新エネルギー 地熱 とは 太 力 バイオマス 地熱などのこと 出 資源エネルギー庁 合エネルギー 計 を に作成 ( エネルギー白書 2017 ( 経済産業省資源エネルギー庁 )P.138) ( 注 1) エネルギー自給率 生活や経済活動に必要な一次エネルギーのうち自国内で確保できる比率 62 Kawaijuku Guideline

5 概説日本の現状コラム入試情報太陽光発電福島大学海底鉱物資源東京大学京都大学核融合秋田大学教育卒業後の進路( 注 2) 排他的経済水域 (Exclusive Economic Zone) 沿岸から 200 カイリ ( 約 370 キロ ) までの範囲 ( 海洋法に関する国際連合条約 による ) で 沿岸国が 第 40 回 エネルギー 資源 ネルギーの多くは電力に転換され 消費されているが 石油は電力への転換割合が比較的少なく ガソリン 軽油などの輸送用燃料 灯油や重油などの石油製品として消費され 石炭は電力への転換や製鉄に必要な原料としての使用が大きな割合を占めている エネルギー供給の安定を図りつつ中長期的な政策と技術開発を推進エネルギー自給率の低い日本は 安定したエネルギー供給のために さまざまな工夫を行っている 一次エネルギーは ほぼ全てを海外からの輸入に頼っているため 安定供給のためには 輸入先を多角化して 国際紛争などで供給が止まるリスクを減らす必要がある 原油に関しては産油国の多い中東への依存は高いものの その中でも国を分散させている < 図表 3> LNG( 天然ガス ) はオーストラリアや南アジア諸国 中東 ロシアなどに分散させている また 資源の探査や採掘などに関わる日本の優れた技術を資源国に提供するなど 資源国との関係強化への努力も行っている これらの取り組みとともに 一次エネルギーに占める化石燃料の割合を下げ 再生可能エネルギーの割合を高める試みがなされているが 現在 普及が進んでいる風力発電や太陽光発電は 風や日射といった自然現象に依存するため 安定的に発電することが難しい そのため さまざまな電源と組み合わせたり 蓄電池や電気エネルギーを燃料 に転換して貯蔵したりするなどの工夫が必要になる 技術開発と同時に 電気事業者に再生可能エネルギーを一定割合以上利用することを義務づける制度 (RPS 法 ) や 再生可能エネルギーの固定価格買取制度 (FIT 法 ) などの政策的な後押しを行っている 日本の産業発展に欠かせない鉱物資源海底鉱床などの海洋資源にも注目石油や石炭などのエネルギー資源以外の鉱物資源についても注意を払う必要がある 建材をはじめ ありとあらゆる製品の構造部材などに使われている鉄をはじめとして ベースメタルと呼ばれる銅 亜鉛 鉛 アルミニウムなどの非鉄金属は 合金の材料としてさまざまな素材に使われている 加えて 高性能な電子部品製造に欠かせないのが レアアース と呼ばれる稀少鉱物資源だ 産出国が偏在しているため < 図表 4> 高い税率をかけたり 輸出を規制したりする 資源ナショナリズム に結びつきやすい 国内でレアアースがほとんど産出されない日本では 外交的な努力と同時に 海洋資源の開発にも力を入れている ( 注領海と EEZ( 排他的経済水域 2) ) を合わせた日本の海は世界 6 位の面積があり 近年になって レアアースの海底熱水鉱床が確認され 開発も始まった また メタンハイドレート ( 注 3) と呼ばれる燃料も日本近海で埋蔵が確認されており 新しいエネルギー資源という点でも期待が寄せられている < 図表 3> 2015 年日本の化石燃料輸入先 メキシコ 1% エクアドル 1 % イラク 2% インドネシア 2% イラン 5% クウェート 8% カタール 8% ロシア 9% サウジアラ ア 33% 25% < 図表 4> レアメタルの偏在性 その他 パプア ューギ ア 5% 6% ブルネイ 5% オーストラリア ナイジェリア 5% 22% 6% インドネシア 7% オマーン 3% その他 3% カタール 17% マレーシア 18% ( 日本のエネルギー 2016 年度版 ( 経済産業省資源エネルギー庁 )P.3) 資源の上位産出国 (2016 年 ) 上位 3カ国の合計シェア レアアース 1 中国 83% 2オーストラリア 11% 3ロシア 2% 97% タングステン 1 中国 82% 2ベトナム 7% 3ロシア 3% 92% 白金族 1 南アフリカ 51% 2ロシア 28% 3カナダ 8% 87% リチウム 1オーストラリア 41% 2チリ 34% 3アルゼンチン 16% 91% タンタル 1コンゴ民主共和国 41% 2ルワンダ 27% 3ブラジル 10% 79% コバルト 1コンゴ民主共和国 54% 2 中国 6% 3カナダ 6% 66% マンガン 1 南アフリカ 29% 2 中国 19% 3オーストラリア 16% 64% ロシア 9% 中国 0.9% 国 3.2% その他 0.7% カナダ 4.2% ロシア 8.7% インドネシア 17.3% ( MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2017 より ) オーストラリア 65.1% 水産資源や海底鉱物資源などの探査 開発 保全 保護などに関して主権的権利を持つ水域のこと ( 注 3) メタンハイドレート メタンは天然ガスの主成分であり ハイドレート (hydrate) は 水和物 の意味 メタン分子の周りを 複数の水分子が取り囲んだ包接水和物である 燃える氷 といわれることもある Kawaijuku Guideline

6 注目の学部 学科 入試情報 エネルギー 資源に関する学問は主に工学部や理工学部に設置されているエネルギーや環境 資源といっ た名称を持つ学科で学べるが その数は多くない 今回は 河合塾の分類で エネルギー 資源を含む 材 料 物質 資源 に分類される学科を中心に 入試情報を見ていく 志願者 倍率は減少傾向 < 図表 1> は 材料 物質 資源 の志願者数と倍率 ( 志願者数 合格者数 ) の推移を示したものだ 国公立大 では志願者数は緩やかに減少しており 倍率もこの 5 年間 で 2.6 倍 2.3 倍へダウンした 一方 私立大では 志願 者は隔年現象を繰り返しているものの 倍率で見るとダウ ン傾向にある なお 2016 年度入試では 前年より志願 < 図表 1> 材料 物質 資源志願者数 倍率の推移 ( 人 ) 8,000 6,000 4,000 2, ,125 18,303 16, ,498 19,681 ( 倍 ) ( 年度 ) ( 人 ) ( 倍 ) 25, ,000 15,000 10,000 5, ,435 6,410 5,800 5,590 5, ( 年度 ) 河合塾調べ国公立大は前期日程 私立大は一般入試 ( 一般方式 + センター方式 ) で集計 倍率は志願者数 合格者数 < 図表 2> 材料 物質 資源国公立大前期日程 2 次試験教科パターン 教科数 教科パターン 占有率 4 教科 英 数 国 理 2 2% 英 数 理 小 面 2% 3 教科 英 数 理 16% 英 数 理 2 39% 数 理 調 2% 2 教科 数 理 29% 数 理 2 2% 数 理 面 2% 1 教科 ( 数 理 1) 2% 理 2% 課さない 2% 科目パターンが複数ある場合は それぞれで集計 河合塾調べ 2018 年度入試 (2017 年 10 月現在 ) の募集区分で集計 者数が 4 千人ほど増加しているが これは千葉工業大の志 願者増による影響が大きい 千葉工業大はこの年に 1 回の 出願で複数学科併願可能な制度を導入し 延べ志願者数が 大きく増加した この年の志願者増は学部系統の人気とは 相関が低い 国公立大のセンター試験は 7 科目理型 2 次試験は 3 教科 4 科目が基本 次に入試科目の特徴を見ていこう 国公立大前期日程のセンター試験科目では すべての募 集区分で 7 科目理型 を課している 理科については大 学により科目設定が異なる 約 9 割の大学で理科 22 科目 < 図表 3> 材料 物質 資源私立大一般方式 センター利用方式 (1 期 ) 教科パターン 一般方式教科数 教科パターン 占有率 英 数 理 67% 3 教科 英 数 理 2 9% 数 理 他 2% 数 理 4% ( 英 数 理 2) 2% 数 理 2 2% 2 教科 ( 英 数 国 2) 2% ( 英 数 国 理 2 2) 2% 数 ( 英 理 1) 7% ( 英 理 1)( 数 国 1) 2% センター利用方式教科数 教科パターン 占有率 英 数 2 国 理 2 地公 3% 5 教科 英 数 2 国 理 地公 6% ( 英 数 国 理 地 公 4) 3% 4 教科 英 数 2 理 2 ( 国 地公 1) 3% 英 数 2 国 理 6% ( 英 数 国 理 地公 3) 3% ( 英 数 国 理 3) 6% ( 英 数 国 理 地 公 3) 6% 数 2 ( 英 国 理 地公 2) 6% 3 教科 数 ( 英 理 2 2) 3% 英 数 2 理 2 11% 英 数 2 理 11% 英 国 理 3% 英 数 理 3% ( 英 国 1)( 数 理 1) 3% ( 英 数 2 国 理 2 2) 3% ( 数 2 理 2 3) 3% 2 教科 数 2 理 2 6% 数 2 理 3% 英 国 3% 理 ( 英 数 1) 3% ( 数 理 1) 6% 1 教科 ( 英 国 地公 1) 3% 1 募集区分に科目パターンが複数ある場合は それぞれで集計 河合塾調べ 2018 年度入試 (2017 年 10 月現在 ) の募集区分で集計 を指定しており 理科 1 を 選択できるのは 弘前大 秋 田大 愛媛大 琉球大の 4 大学のみである なお 理 科 22 科目を指定している 大学のうち 科目を指定して いないのは 4 割弱にとどまる 物理 化学必須は 4 割 物 理か化学を必須とするのは 3 割弱である このため 理 科は理科 2 の 物理 化 学 で準備させるのがよい だろう 続いて 2 次試験科目につ いて見ていこう 京都大で は 4 教科 5 科目を課すが 他は 2 教科を課す大学が 3 割強 3 教科を課す大学が 6 割弱と 2~3 教科が基 本となっている < 図表 2> 英語 数学 理科のいずれ かを課す大学が多く 教科 選択パターンを見ると 4 割が英語 数学 理科 2 科 目の 3 教科 4 科目を課し 数学 理科の 2 教科 2 科目 を課す大学が 3 割を占める 数学についてはいずれの大 学も数学 Ⅰ 数学 Ⅱ 数学 64 Kawaijuku Guideline

7 ) 2 次試験合格者 偏差値 概説日本の現状コラム入試情報太陽光発電福島大学Ⅲ 数学 A 数学 Bを出題範囲としている また 物理をの進路第 40 回 エネルギー 資源 < 図表 4> 材料 物質 資源国公立大大学別合格者平均成績 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 河合塾 2017 年度入試結果調査データ より 前期日程合格者を対象に集計 名 50% < 図表 5> 材料 物質 資源私立大一般入試合格者平均偏差値一覧 偏差値帯 大学名 62.5 早稲田 上智 同志社 東京理科 日本 関西 芝浦工業 名城 関西学院 千葉工業 龍谷 東京都市 東北工業 東海 福井工業 河合塾 2017 年度入試結果調査データ より 一般入試合格者を対象に集計 必須とする区分が全区分の半数を占める 学部系統の内容 からも物理重視の姿勢がうかがえる 志望者には物理の準 備をしっかりさせたい なお 名古屋工業大 ( 工 - 創造 - 材料 エネルギー ) で は英語 数学 理科のほかに小論文 面接 滋賀県立大 ( 工 - 材料科学 ) では数学 理科のほかに面接を課す 教 科以外の対策が必要な大学に注意させたい 私立大は一般 センター利用方式とも 2~3 教科が主流 ここからは私立大の入試の特徴を見ていこう < 図表 3> 私立大の一般方式 (1 期 ) では英語 数学 理科の 3 教科 が基本である そのうち理科は 1 科目で受験できる教科選 択パターンが 7 割近くを占め 理科 2 科目が必要な大学が 多い国公立大とは異なる なお 私立大でも早稲田大と関 西大 ( 学部理科 2 科目 ) などは理科 2 科目が必要である ただし 関西大は他に理科 1 科目で受験できる方式がある 理科 2 科目を準備しないと受験できない大学は私立大では ごく一部にとどまる 2 教科で受験できる大学は全体の 4 分の 1 程度である 数学または理科のいずれかを課すパターンが主流だが な かには英語や国語など別の教科で受験できる区分もある 私立大ではアラカルト方式を採用し このような科目設定 をしている大学もあるが募集人員は少ない センター利用方式 (1 期 ) では 2 教科型が2 割 3 教科型が5 割を占める 東京都市大 ( 工 - 原子力安全工 エネルギー化学 )5 教科型は5 教科 6 科目 関西学院大 ( 理工 - 先進エネルギーナノ工 )1 月 7 科目は7 科目理型となっており 科目負担が重い ただし どちらの大学も他に少ない教科 科目数で受験できる方式もあり 必ずしも 5 教科の準備は必要ない センター利用方式では英語 数学 理科をベースに国語 地歴 公民などが選択できる教科パターンが多い 入試難易度国公立大 私立大とも幅広く分布 最後に入試難易度について見てみよう < 図表 4>は国公立大前期日程合格者の大学別平均成績を表したものだ 縦軸にセンター試験の平均得点率を 横軸に 2 次試験の平均成績を取り 右上に行くほど入試難易度が高くなる センター試験の平均得点率は 50 ~ 85% 2 次試験の平均偏差値は 40.0 ~ 65.0 と幅広く分布しており 難易度に差があることがわかる < 図表 5>は私立大一般入試の合格者平均偏差値の分布である 国公立大と同様 偏差値 35.0 ~ 62.5 の間に幅広く分布している もっとも難易度が高いのは早稲田大 ( 創造理工 - 環境資源工 ) の63.8 である 東京大学京都大学秋田大学海底鉱物資源核融合教育卒業後Kawaijuku Guideline

8 齊藤公注目の学部 学科 太陽光発電福島大学共生システム理工学類再生可能エネルギー寄附講座 ( 太陽光 ) 持続可能な社会に必要な再生可能エネルギー安価で高効率をめざす太陽光発電に期待 現在 人類が消費するエネルギーの大半は石油や石炭などの化石燃料に頼 っている だがこれらのエネルギー資源は環境に与える影響が大きい そこ で注目されているのが再生可能エネルギーだ 自然条件によって安定的な発 電が難しいなどデメリットもあるが 持続可能な社会を実現するには欠かせ ないエネルギーである とりわけ 太陽光だけで電気を作り出す太陽光発電 は 安価で手軽な発電システムとして期待されている 太陽光は発電機不要の発電システム再生可能エネルギーとは 有限でいずれ枯渇する化石燃料やウラン燃料などとは異なり 自然界から絶え間ない再生供給によって半永久的に得られ 継続して利用できるエネルギー ということになります 化石燃料は 枯渇するだけでなく CO 2 の放出により地球温暖化を誘発しますし 原子力発電に使われるウラン燃料は 発電設備の安全性や廃棄物処理に大きな課題があります こうしたさまざまなリスクを回避し 持続可能な社会を実現するには再生可能エネルギーの開発が不可欠です 再生可能エネルギーにはいろいろな種類がありますが 主なものは 風力 水力 地熱 バイオマス 太陽光の5 種類です このうち風力と地熱 太陽光はほぼ無尽蔵ですし 水力も地球の水蒸気循環が続く限り河川などを通して安定的に得られます バイオマスはバイオエタノールなどの燃料利用の他 火力発電と同様の発電を行うことができますが 燃料に植物由来の有機物を利用するため 植林などで植物の総量を変えない限り 原理的には地球全体の CO 2 を増加させることはあ りません これらは いずれも電力を取り出すことが主目的ですが バイオマス 太陽光は熱として利用する場合もあります ( 注 1) バイオマスの燃焼熱は地域暖房などに使われ 太陽光は屋根で温水を作る太陽熱温水器などに使われています なお 太陽光の熱利用の場合 巨大な鏡で太陽光を 1 点に集めて加熱し高温高圧にした水蒸気でタービンを回して発電する場合もありますが これは 太陽熱発電 と呼び太陽光発電と区別しています これらの再生可能エネルギーから電力を取り出す際に風力と水力は発電機が必要ですし 地熱とバイオマスは 得られる熱で高温の水蒸気を作り ( 注 2) その高温の気体の力で回すタービンと発電機が必要です ところが 太陽光発電には発電機は必要ありません 光が当たると電気が発生する半導体の光電効果を利用しているため 太陽光を当てるだけで電力が得られます つまり太陽光発電は発電機そのものなのです 太陽光以外の再生可能エネルギーは 発電機などの設備や大規模な施設が必要なため 個人で電力を得ることはほぼ不可能ですが 太陽光発電なら 近年電気量販店でも販売されている太陽電池パネル ( ソーラーパネル ) とパ 彦特任教授ワーコンディショナーを購入すれば電力が得られます この手軽さと政府の普及政策も相まって 住宅の屋根から大型の発電所まで 日本で新規に導入された再生可能エネルギーによる発電量のほぼ 8 割が太陽光発電によるものになっているのです 高い変換効率と製造コストの軽減が太陽光発電のさらなる普及を促進太陽光発電の仕組みは n 型半導体とp 型半導体を接合させたものに光が当たると 接合面から見て n 型半導体に電子が p 型半導体に正孔 ( 電子が不足して相対的に +の電荷を持ったもの ) が移動する性質を利用しています それぞれ半導体に電極をつなげば電流が流れて 電池のような働きをするわけです この2 種類の半導体を組み合わせ 電極を取り付けたものが太陽電池パネルです 太陽電池パネルの材料は シリコンや化合物半導体などのほか 酸化金属 ( 色素増感 ) や 有機などがあります < 図 1> 太陽電池パネルの性能は 太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できる割合を示す変換効率で決まりますが 1つの接合 ( 単接合 ) で得られる電力は理論的に 30% が限 ( 注 1) ちなみに温泉の熱源は地熱のため 見方によってはこれも熱利用である ( 注 2) バイオマスの場合はガス化した燃料の場合もある 66 Kawaijuku Guideline

9 概説日本の現状福島大学東京大学京都大学秋田大学の進路界とされています 現在 最も高効率 第 40 回 エネルギー 資源 < 図 1> 太陽電池パネルの種類 < 図 2> 主な結晶シリコン太陽電池の構造 を誇る材料は ガリウム (Ga) とヒ素 (As) を使った化合物半導体で 単接合で約 28% です この化合物半導体の接合を複数重ねることで変換効率を向上することができ 集光技術と組み合わせることで 実験レベルでは 46% の効率も得られていますが 発電システムが複雑になるなど利用場所は限られます なお ペロブスカイト (NH 3 CH 3 PbI 3 ) を使った太陽電池は 開発から数年で 20% を超えており 現在 有望な材料として盛んに研究開発が行われています とはいえ 市販の太陽電池パネルの材料は 単結晶 多結晶を問わず結晶シリコンを使ったものがほとんどです 半導体産業の発達でシリコン材料が安価に入手できるほか シリコンの主原料であるケイ素 (Si) も 地球上で酸素の次に多い元素のため 枯渇の心配もありません 太陽光発電をさらに普及させるには 結晶シリコン太陽電池の変換効率を限界まで高めることと 製造コストを下げることが重要で そのための研究開発が世界中で行われています 太陽光のエネルギーを有効に使うためヘテロ接合やタンデム化の技術を開発結晶シリコン太陽電池の変換効率は実用ウェハーサイズで 一般に流 通している汎用型で 15% 程度ですが 表裏両面に保護膜を使った改良型では20% を超すものもあります また 保護膜にアモルファスシリコンを使ったヘテロ接合にすると 25.1% になります さらに最近では 太陽光を遮る電極をすべて裏側に配置した裏面電極型ヘテロ接合が登場し 単接合のシリコンとしては世界最高の 26.7% が報告されています < 図 2> この段階ですでに単接合の理論限界値に近いため 現在は吸収する太陽光スペクトルが異なる他の太陽電池をこの単接合シリコンに重ねる方法 ( タンデム化 ) で 効率的に太陽光を利用する技術開発に力が注がれています 私は 主に高効率 薄型結晶シリコン太陽電池の研究に力を入れています 太陽電池の課題として高効率化 低コスト化 長寿命化や新規用途の拡大等が挙げられますが 主流の結晶シリコン太陽電池についてのこれらの追及は増々重要になっています 特に薄型化することにより ウェハーコストを削減できる他 IoT ( 注 3) に用いる各種センサー電源等に用いることができたり また屈曲性が得られるようになることから 例えば 高いデザイン性が要求される建築物や電気自動車などへの応用を広げることができます 結晶シリコン太陽電池のシリコン層が薄くなると出力電流が減少するため 高効率を得るためには 入射光を遮る表面電極の無い裏面電極型ヘ ( 図 1 2 とも齊藤公彦特任教授 ) テロ接合構造の採用が必須であり 高デザイン用途に向けても見栄えが良く望ましいですが 裏面側の電極構造が複雑であり その配線には高価な写真製版 ( フォトリソグラフィー ) 技術が必要でした 私共のグループでは それをインクジェット技術に代替させることに成功し 割れやすい薄い基板にも適用でき かつ 工程数が削減できて簡便で安価に作製できる可能性を見出すことができました また ヘテロ接合をつくるためには アモルファスシリコン膜を危険なガスを用いる真空プロセスで形成する必要があるため 現在は さらなるプロセス簡略化 低コスト化を図るために アモルファスシリコンに代わる 簡便に形成可能な新しいヘテロ接合材料の探索も行っています この他にも 私は 小規模な太陽光発電装置について 太陽電池パネルの故障や微妙な出力低下を伴う劣化などを 簡便に検出できる装置の開発も行っています 太陽光発電を 従来のように電力系統に接続するのではなく データサーバーへの電力供給用独立電源として地産地消型の利用をし このようなシステムをインターネットで複数接続することによって 日射量 ( 発電量 ) の多い地点のデータサーバーで優先的にデータ処理を実施するような仕事分散処理システムの開発も手がけるなど 太陽光発電を利用したシステム応用研究にも挑戦しています コラム入試情報太陽光発電海底鉱物資源核融合教育卒業後( 注 3)IoT Internet of Things の略 あらゆるモノをインターネットにつなげる技術のこと Kawaijuku Guideline

10 注目の学部 学科 深海底に存在する金属資源の利用をめざし海域の絞り込みや探査技術の開発が進む 現在の日本は資源の乏しい国と言われるが 四方を取り囲む海洋に目を転 じれば 銅や亜鉛 レアアース等を含む海底熱水鉱床をはじめとする金属資 源や メタンハイドレートなどのエネルギー資源が豊富に眠っており 開発 に向けたプロジェクトも始まっている 海底鉱物資源の調査をめざす政府主 導の 海のジパング計画 も始動し さまざまな技術開発が行われている 中村謙太郎准教授海底鉱物資源東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻 日本近海でも 4 種類の海底鉱物資源を確認海底鉱物資源の中で 最初に発見されたのは マンガン団塊 です 19 世紀後半に世界中に分布していることが判明しました 以後 さまざまな調査により 海底熱水鉱床 マンガンクラスト レアアース泥 が次々と発見され 現在は この4 種類の海底鉱物資源の存在が知られています マンガン団塊は マンガン ニッケル コバルト 銅などを含む球状の塊で 大きさはさまざまですが 直経数 cmから十数 cmのものが 水深 4,000 ~ 6,000m の大洋底と呼ばれる場所で多く見つかっています 海水熱水鉱床は海底の温泉が作る資源です 地上の温泉で温泉水に溶けている硫黄などの成分が湯の花として沈殿するのを見たことのある人も多いと思います 海底では圧力が高いために 温泉水は 300 ~ 400 もの高温となり 多量の金属が溶けています ( 熱水と呼ばれます ) この熱水が海底に出てきたとたん 2 程度の海水に触れることで一気に金属が沈殿します 沈殿した金属はチムニーと呼ばれる煙突状の構造物や それが崩れて積み上がったマウンド と呼ばれる山を形成します マウンドは 大きなものでは直径数百 m 高さ数十 m 鉱量数百万 tもの規模になります マンガンクラストは 海山と呼ばれる海底に存在する山の斜面に モルタルを吹き付けたような形で存在するマンガンの酸化物です 海山は 深海底の平均水深 4,000 ~ 5,000m からそびえ立つ富士山のような大きな山で 頂上付近の水深 1,000m くらいから山肌に沿って金属が幅広く分布しています 成分はマンガン団塊に似ていますが コバルトの含有量が特に高いものが見つかっており それらは コバルトリッチクラスト と呼ばれ 資源として有望視されています レアアース泥は 水深 4,000 ~ 6,000m の大洋底に広がる高濃度にレアアースが含まれている泥で 2011 年に私たちの研究グループが発見した新しい資源です 広大な海の底に莫大な量が存在し さらに開発の障害となる有害な元素を含まないなど 陸上の鉱床と比べて利点も多いことから 新しい資源として開発が期待されています 近年 これら4 種類すべての海底鉱物資源が 日本の EEZ( 排他的経済水域 ) 内に存在することがわかっ てきました< 図 > 通常 マンガン団塊やレアアース泥は 陸地から遠く離れた大洋の真ん中でしかできませんが 太平洋プレートが移動することで日本の近海へと運ばれます さらに大陸に近づくと 普通は陸から降ってくる砂や泥がその上を覆うのですが 南鳥島付近は海流の影響によって 資源が埋もれることなく海底に直に露出しており すぐにでも採取できる状態で存在していることが 私たちの調査でわかってきました 海底の資源は 場所の特定や埋蔵量の推定に技術的課題海底資源の存在がわかっても それを資源として開発するには大きな課題があります それは 探査の方法が確立されていないことです 資源として利用するには 採掘できる場所 ( 範囲 ) を特定し そこに存在する資源の正確な量を明らかにすることが不可欠です 資源の量が少なければ わざわざ苦労して開発する意味はないからです ところが 海底の様子を知る手段は限られており 範囲と資源量の特定は困難です 地上では 電磁波を使えば何百 km 離れた宇宙からでも地表の正確な地形がわかりますし 波長を分析する 68 Kawaijuku Guideline

11 第 40 回 エネルギー 資源 図 日本の EEZ 内の主な海底鉱物資源 のという成因 は電磁波は使えません 光も深海で がわかれば はせいぜい10m 程度しか届きません まず海底に活 そこで 海中では主に音波を使いま 火山の分布し す しかし 音波の届く距離も限ら ている海域に れており さらに高い周波数を使っ 絞り込むこと て高い解像度を得ようとすれば音波 が可能です の到達距離は短くなり 低い周波数 これにより で到達距離を伸ばせば解像度が低く 探すべき範囲 なります そのため 調査の解像度 は EEZ の 約 を上げるためには 船だけでなく潜 10% まで絞り 水船を使って海底に近づくなど高度 込むことがで な調査技術が必要となります さら きます に 資源量を正確に推定するために 入試情報 ることさえできます しかし 海中で コラム 日本の現状 動でできるも 概説 ことでそこに含まれている元素を知 火山の場所 船の上から数 km も離れた海底の試 いよいよ熱水 料をピンポイントで採取するには 活動の兆候を 多くの時間と手間がかかり どうし 探します 海 ても効率が低くなってしまうのです 底熱水鉱床からはさまざまな金属や 日本近海でもレアアース泥が存在す それらが析出した黒い煙のような熱 ること さらにはその位置までも推 水が噴出しているため 船から降ろ 定できるのです 中村 謙太郎 准教授 成分を検出することで その近くに 資源確保に資するだけではありませ 海底熱水鉱床があるということがわ ん 海底熱水鉱床付近には 太陽光 こうした課題を解決するために さ かります こうして数 km 四方くらい の届かない深海であるにも関わらず まざまな努力が行われています 内 まで範囲を絞り込むことができれば 多様な生物が高密度で生息していま 閣府が進める 戦略的イノベーショ そこに AUV などの潜水船を下ろして す これらは 熱水に溶けている水 ン創造プログラム の一環である より詳しく調査します その際も 音 素 硫化水素 重金属などの酸化還 次世代海洋資源調査技術 海のジ 波探査や磁気探査といった探査の解 元反応によってエネルギーを得る化 パング計画 もその１つであり 探 像度が異なる複数の技術を上手に組 学合成細菌を基盤とする生態系なの 査技術の確立をめざしたさまざまな み合わせることが重要です こうし です こうした熱水噴出孔の環境は 研究 開発が行われています て 広い海から海底熱水鉱床の場所 初期地球や水が存在する地球外天体 を特定できるのです に似ていると推測されており 海底 注１ この計画では AUV 注２ や ROV の開発 音波や磁力を使った探査技 一方 レアアース泥はこれまでの 熱水鉱床付近にいる生物を調べるこ 術の開発 海洋資源の成因から資源 研究によって陸地から遠く離れた大 とで生命の起源や生物の進化 さら の存在する海域を絞り込む手法の開 洋底で生成されることがわかってい には地球外生命の探索にもつながる 発を行っています ます また 太平洋の海底はプレー と期待されています 海底資源の研 例えば 直径数百 m の海底熱水鉱 ト運動によって日本に向かってゆっ 究は地球や生命の進化の過程をより 床を広大な EEZ の中から闇雲に探す くりと移動していることも知られてい 詳細に解き明かす夢のある分野でも ことは あまりに無謀といえます し ます このプレートの動きとレアア あるのです かし 海底熱水鉱床は海底の火山活 ース泥の成因を組み合わせることで 注１ AUV 自律型無人潜水機 注２ ROV 遠隔操作型無人潜水機 Kawaijuku Guideline 卒業後の進路 海底鉱物資源の研究は 将来的な 教育 秋田大学 したセンサーなどを使ってそれらの 核融合 京都大学 海底資源探査の 効率を高める成因研究 絞り込み手法のさまざまな 組み合わせが鍵 海底鉱物資源 東京大学 がわかったら 太陽光発電 福島大学 はサンプル採取が必須です しかし

12 小西哲注目の学部 学科 核融合 京都大学エネルギー理工学研究所 実現が待たれる夢のエネルギー 核融合 発電だけでなく燃焼生産にも利用できる 地上の太陽 とも呼ばれる核融合は 安全に核エネルギーを利用できる 方法として 1950 年代から研究が始まった 現在 国際プロジェクト ITER ( 注 ) が動き出しており フランスに実用規模の世界初の核融合実験炉を建設し 今世紀半ばまでに実験炉を稼働させる計画が進んでいる もし実現すれば 燃料はほぼ無尽蔵 高レベルの放射性廃棄物も出ないという夢のエネルギー となる 核融合は発電だけでなく バイオマスを使った燃料生産にも利用で き 持続可能な発展に大きく貢献する 之教2 億 以上のプラズマ状態を 1 秒以上持続させ水素からエネルギーを取り出す核融合地球上で利用可能なエネルギーの 1つに核エネルギーがあります 核エネルギーには核分裂によるものと 核融合によるものの2 種類があります 核分裂は 重い元素の原子核が分裂して軽い元素になるときに出るエネルギーを利用し 核融合は 軽い元素の原子核が融合して重い元素になるときに出るエネルギーを利用します 核分裂は原子力発電に利用されていますが 核融合のエネルギー利用はまだ実現できていません 核融合は 2つの水素の原子核が融合して 1つのヘリウム原子核を生成する際に 莫大なエネルギーを出す反応です 太陽は同じ原理で燃えており 既に数十億年もの間 地球にエネルギーを供給し続けていますが その仕組みを地上で実現するのは極めて困難です なぜなら非常に難しい制御技術が必要だからです 核融合の燃料は 水素の同位体である重水素 ( 陽子 1 中性子 1) と三重水素 ( 陽子 1 中性子 2) で これ らの原子を高速で衝突させることで ヘリウム ( 陽子 2 中性子 2) と 中性子 1つが生成されます 一般に 物質の温度が高くなると原子の動きが活発になり 固体から液体 気体へと変化しますが 1 万 を超えるような超高温になると 電子と原子核がそれぞれバラバラに飛び回るプラズマ状態になります 核融合反応には 2 億 以上のプラズマ状態を 1 秒以上持続させる必要があります 現在 ITERが進行中で フランスで核融合発電のための実験炉の建設が進められています 日本も建設に参加しており 私もプロジェクトメンバーです ITERで建設中の核融合炉では 強力な磁力線を使ってドーナツ状の容器の中に高温の水素プラズマを閉じ込めることで核融合を起こさせます 生成されたヘリウム原子核はプラスの電荷を持つため プラズマ状態で炉内に閉じ込められますが 電荷を持たない中性子は自由に飛び去り 核融合炉の壁にぶつかります すると運動エネルギーが熱エネルギーに変わり 壁が高温になります この熱で水蒸気を作って発電機を回し発電しようというのが核融合発電です 授( 注 ) 次段階の核融合研究開発として 国際熱核融合実験炉 (ITER = イーター ) 計画が進行中 EU 日本 ロシア アメリカ 韓国 中国 インドが共同 燃料はほぼ無尽蔵で暴走の危険もなく廃棄物の維持管理が可能な持続可能エネルギー核融合発電の燃料である重水素や三重水素のもととなるリチウムは 海水中にほぼ無尽蔵にあります 水から重水素を作る技術は既に確立していますし 三重水素は炉内にリチウムを入れておけば プラズマが燃焼するときに 自動的に生成されます リチウムは 現在 携帯電話やスマートフォンの蓄電池に使われており 埋蔵量は膨大です 海水中からも取り出せるなど リチウムが枯渇する心配はほぼありません また 核融合の生成物であるヘリウムは無害で 環境に負荷を与える影響は無視できます 一方 核融合は放射能と無縁ではありません 例えば 燃料の三重水素は放射性物質です しかし 炉内で生成後すぐ燃やされてヘリウムに変化するため 放射能を心配する必要はありません また 熱を作り出す中性子はそれ自体が放射線で ぶつかった炉壁を放射性物質に変えてしまいます しかし 壁の材質を工 で取り組んでいる ITER は 実用規模のエネルギーを発生する最初の核融合実験炉であり 立地場所であるフランスのサン ポール レ デュランスには 研究者約 300 名が集まる 実験研究を行う客員の研究者や運転支援者を含めると 1,000 名程度になる大規模なプロジェクト 70 Kawaijuku Guideline

13 第 40 回 エネルギー 資源 図 バイオマス 核融合炉エネルギーシステム 夫することで 300 年ほどで放射能 況です その点 を無害化したりリサイクルもできま 核融合発電は ど す 10 万年もの半減期を持つ高線量 んな場所にも設置 の放射性廃棄物を出し続ける原子力 でき 燃料も核物 発電と比べれば 廃棄物処理や管理 質の制約がないこ の負担もかなり低いはずです とから 発展途上 原子炉と異なり 暴走することは原 しながら持続可能 理的にあり得ません 原子炉は炉内 な世界を作ってい の燃料棒の制御が不能になれば燃料 くのに最適なエネ にたまったエネルギーを放出する危 ルギー源なのです 険性がありますが 核融合炉は た るのが難しい上に 燃料は炉内に１ 秒分しかないため 不具合が生じれ ば火が消えてしまいます 作る熱源は何でもかまいませんが 化 石 燃 料 を使 えば CO2 が出 ますの で 熱源として核融合を使おうとい うのが私の研究です 廃棄物は先進 国でも発展途上国でも出ますし 日 本も産油国になれるのです 燃料が無尽蔵で入手しやすいこと 電力としてよりも燃料として使われ 池 電気自動車の蓄電池 バッテリ 環境に負荷を与えず 放射性廃棄物 ることの方が多くなっています 電 ー などが普及し 晴天の日の昼間 の維持管理が可能なことなどは 持 力は再生可能エネルギーでも作れま は太陽電池で作った電気を使い 夜 続可能な社会を作るためのエネルギ すが 燃料は CO2 を排出する化石燃 間や曇天の日は 蓄電池に蓄えた電 ー源として有効であることを意味し 料に頼っているのが現状です そこ 気や 燃料電池で作った電気を使う ています 水力や風力 太陽光など で 私は 核融合炉を使ったバイオ といった 必要なときに必要なだけ の再生可能エネルギーは 発電施設 マス 核融合ハイブリッドシステム の電力を各自が生産し 使う社会に の立地場所が限られる上 定常的な を研究しています なってきます そうなると 各家庭 に応じた給電も難しいのが現状です 能な生物由来の有機性資源のことで 電気を作れるように 燃料や水素の しかし 核融合であれば 再生可能 化石資源を除いたものを指します 形でエネルギー源を提供した方が効 エネルギーに比べて立地場所を選び バイオマスの中には 企業や家庭な 率的になるはずです 燃料としてバ ませんし 常にエネルギーを作り出 どから出る 燃えるゴミ や農産物 イオマスから製造した燃料を使用す せます しかも その発電量は 再 や森林の廃棄物があり これらの大 れば 植物を植え続けている限り 生可能エネルギーはもちろん 石油 半はセルロースなど炭素 水素 酸 大気中の CO2 の総量を増やすことは 石炭 天然ガスなどの化石燃料に比 素の化合物です このゴミに 900 ありませんし 砂漠を緑化したり森 べて莫大です の高温水蒸気を加えると 水素と一 林を作れば減らすこともできます 現在 先進国はエネルギーを大量 酸化炭素ができ 実験室レベルでは 核融合炉は余った熱で海水淡水化を に消費していますが 今後それよりは 乾燥重量１kg のセルロースから して緑を増やすことにも使えます るかに多く使う発展途上国が経済開 0.5 リットルの軽油相当のガス化に 核融合は このように原料の制約 発を進めようとしても 地球環境の面 成功し バイオマスの持っている化 なしに電力を作れるだけでなく ゴ からCO2 を排出する化石燃料の使用 学エネルギーの 97% を変換するこ ミをリサイクルしてエネルギーに転 は推奨されませんし 原子力発電も とができました さらにこのガスか 換し 人類の持続可能な開発という 核兵器への転用の可能な燃料と放射 ら よく知られた反応で軽油を製造 問題を解決できる可能性を秘めてい 性廃棄物の懸念から推進が難しい状 することもできます 900 の熱を るのです Kawaijuku Guideline 卒業後の進路 事業者が必要なときに 必要なだけ 教育 秋田大学 バイオマスとは 一般的に再生可 核融合 京都大学 今後は 太陽電池や家庭用燃料電 海底鉱物資源 東京大学 現在も将来もエネルギー消費は 太陽光発電 福島大学 核融合のこうした特徴 すなわち 電力供給が難しいだけでなく 需要 入試情報 だでさえ高温プラズマ状態を維持す バイオマス 核融合 ハイブリッドシステムで 燃料電池による 個別発電社会を実現 小西 哲之 教授 コラム 日本の現状 国の人々も豊かに 概説 しかも 核融合炉は原子力発電の

14 注目の学部 学科 教育 秋田大学国際資源学部 資源は人類全体の財産 との認識を持ち各国と共同で資源開発を行うことができる人材を育成 日本は現在 エネルギー 資源のほとんどを輸入に頼っている 今後 資源国と共同で資源開発を行うことで 日本に資源を輸入 するルートを構築する必要がある 今回は 日本の大学では数が 少なくなった エネルギー 資源開発に必要な知識やスキルに関 する体系的な教育 研究を行っている秋田大学国際資源学部の教 育内容について 国際資源学部長 副学長 ( 国際戦略担当 ) の佐 藤時幸教授に話を伺った 佐藤時幸学部長海外資源フィールドワークの実習先を示す世界地図を背景に グローバルな視点で資源を捉えられる資源開発の専門家育成こそが重要 炭鉱の閉山やエネルギー自給率の低下に伴って 日本ではエネルギー 資源の開発に関わる学部が少なくなり 技術者も減少していきました しかし 石油価格が高騰したり スマートフォンやパソコン 自動車などに不可欠なレアアースの供給が不安定になったりすると 国内産業や国民生活に大打撃を与えます ですから エネルギー 資源開発に関わる技術者を育成し 各国とのネットワークを強化することで エネルギー 資源の安定確保につなげる必要が出てきたのです と 佐藤学部長は 人材育成の重要性を強調する 秋田大学国際資源学部は 明治時代に設立された旧制の秋田鉱山専門学校が源流の鉱山学部において 鉱山技術者などを育成してきた歴史を持つ そこで 国やエネルギー 資源の業界団体からの要請や支援を受けて 2014 年に工学資源学部を改組し 国際資源学部を設置した 本学部では 資源は人類全体の財産 という認識に立ち 現地の人たちと一緒に技術開発を行い その技術を根付かせ わが国を含む供給 ルートを切り開くといった 日本のエネルギー 資源確保に貢献できる人材を育成したいと考えています ( 佐藤学部長 ) エネルギー 資源の開発技術だけでなく法律や国際協力なども含む文理融合教育国際資源学部は 資源政策 資源地球科学 資源開発環境 の 3 コース制をとる カリキュラムの全体像は< 図 >の通りである 資源政策コースは いわゆる文系の学びが中心になる 資源国 地域の歴史 文化の理解や 資源探査 開発に必要な法律や経済の知識 国際協力を進めるのに必要な条件などについて学び 人文 社会科学的な素養を備えて資源開発を進められる人材を育成する 日本の企業が海外展開を行う場合 現地の歴史 文化の理解が不可欠ですし 国際協力の現場には技術だけでは解決できない問題もたくさんあります 実際 リベラルアーツをベースに技術もわかる人材が求められており それに応えるコースといえます ( 佐藤学部長 ) 資源地球科学コースは 地学を中心とする理学系のコースだ 地球が どのように誕生し どのような経緯を経て現在の姿になったのか その歴史的変化が資源の形成にどのように影響したのかを理解する すなわち石油などのエネルギー資源 金やレアメタルなどの金属資源 ダイアモンドなどの鉱物資源が どこに なぜ どのようにして 生成されるのかを学び 対象とする資源を見つけるための探査技術なども学ぶ 資源開発環境コースは 資源の利用方法を学ぶ工学系だ 探査の結果見つかった鉱物が 資源として利用できる価値があるのか そのためにはどのような生産方法をとるのか その過程で排出される廃棄物や副産物はどのように処理すればいいのかなど 資源開発技術だけでなく 環境保全に関する知識や技術までも含んでいる このように文系 理学系 工学系のコースに分かれているが 互いの専門分野を相互に履修できる仕組みになっており 文理融合カリキュラムを通して 資源開発に貢献できる人材を育成している なお 同学部では 2 年次からの専門教育科目は すべて英語で行われている 日本にはほとんど資源がなく 資源開発が行われるのはほとんどが海外です 本来は現地語を習得すれば 72 Kawaijuku Guideline

15 概説日本の現状コラム入試情報太陽光発電福島大学海底鉱物資源東京大学京都大学核融合秋田大学教育卒業後の進路( 注 1)Intensive-English for Academic Purposes は集中大学英語の略 秋田大学国際資源学部の英語教育プログラムについては P44 も合わせてご覧ください 第 40 回 エネルギー 資源 < 図 > 秋田大学国際資源学部 4 年間のカリキュラム よいのですが そうなると言語が多岐にわたりますし いろいろな国 地域で活躍することを考えると まず国際共通語としての英語を使えた方が幅広く対応できると考え どの科目も英語で教えることにしたのです ( 佐藤学部長 ) 講義を英語で理解できるだけの英語力が必要なため1 ~2 年次にかけて 全員が I-EAP と呼ばれる英語教育プログラムを受講する ( 注 1) 日本語での専門用語の習得や理解も不可欠なことから 必要があれば日本語での説明も行うが 授業中は基本的に英語だ それゆえ 学内は日常的に英語が飛び交うグローバル空間になっている 1カ月間で学生をたくましく成長させる全員必修の 海外資源フィールドワーク 学士課程教育の最大の特色は 3 年次に実施される 海外資源フィールドワーク である 全員必修で 8 月 ~ 12 月末までの間で 約 1カ月間 世界各地の資源開発の現場で実習を行う 実習先はアメリカやヨーロッパから 東南アジア アフリカ 中東まで世界中に広がり 1 期生は 18 カ国 26プログラムに参加した プログラムは 各コースの教員が自分の研究と関係の深い現場を選び 相手先と交渉してその内容を決定する そのため 担当する教員が所属するコースの学生が対象になってい るが 中にはコースを問わないプログラムもある 資源探査 開発というのは 各地域 各現場でまったく状況が違います 例えばイギリスの北海油田では 海底地下の地質探査の結果を解析し その結果と実際に採取した石との関係性を考えたり 採取した石にどの程度の熱と圧力を加えると石油が生成するかを解析させたり 次に掘る場所を考えさせたりするなど 非常に実践的な内容を学んでいます ( 佐藤学部長 ) 現地までの航空運賃 ( 最大 30 万円 ) とビザの取得費用 保険費用は大学が負担するが 現地での生活費や宿泊費は学生負担だ 教員は原則として引率はせず 外務省の海外安全情報を確認し 危険情報レベル2 の場合は中止する ( 注 2) 安全性にやや問題がある場合は教員が帯同する フィールドワーク中 学生は担当教員に1 日 1 回報告し 大学も1 週間に1 回安全確認メールの送信を行うほか 緊急の場合に備えて 24 時間いつでも学生からの連絡が受けられる体制を取っている さらに 危機管 ( 秋田大学広報誌 アプリーレ 2017 No.54 p.3) 理コンサルタントと契約し 365 日 24 時間体制で安全確保に努めている フィールドワークの前後には 英語力強化や 滞在地域の理解 安全講習といった事前学習や 帰国後に英語でのプレゼンテーションやレポートなどを課す 国際資源クリエイティブ演習 も並行して履修し フィールドワークの教育効果を高めている フィールドワークから帰ってきた学生は 実務に接したせいか英語力も向上していますし 自分に何が不足しているかを実感するため 学業に意欲的に取り組むようになります 何よりも 資源開発の現場を目の当たりにしたことで 将来を考える大きな手がかりになっているはずです 実際 2018 年 3 月に卒業する1 期生はエネルギー業界に数多く就職する予定で 就職率はほぼ 100% になる予定です また 理系の2つのコースは約半数が大学院に進学します 彼らの活躍に大いに期待しています ( 佐藤学部長 ) ( 注 2) 外務省から対象地域ごとに 4 つのカテゴリーによる安全対策の目安が示される 危険情報レベル 2 は 不要不急の渡航は止めてください 詳細は外務省海外安全ホームページをご参照ください Kawaijuku Guideline

16 注目の学部 学科 卒業後の進路 学士課程卒業生の 4 割が製造業に就職 文部科学省が発行している学校基本調査等では エネルギー 資源 での統計がないため ここでは 河合塾と朝日新聞の共同調査 ひらく日本の大学 2016 年度調査において 入試情報でまとめた 材料 物質 資源 に分類される学科について集計した この分類は エネルギー 資源だけでなく隣接の学科のデータも含むため およその傾向として参考にしてほしい ( 注 1) 国立大では 73% が大学院等に進学 まず 大学卒業後の進学状況から見ていく 材料 物 質 資源 系統全体では 57% が大学院等に進学し 39% が就職している ただし 設置者別では 国立大 73% 公 立大 38% 私立大 35% となっており 国立大の進学率が 高い < 図 1> 今回の集計では国立大の卒業者数が全体 の半数以上を占めるため 全体の進学率を引き上げている 国立大でも 個別の大学を見るとかなり進学率に差 がある 旧帝国大学を中心に 9 割近い大学もある一方 で 国立大の中にも 立地条件や学科構成の違いなどか ら 進学率が 2 ~ 3 割の大学もある また 私立大の中 にも進学率が 7~9 割の大学もあり 同じ大学でも学科 < 図 1> 学士課程 材料 物質 資源 系の大学卒業後の進路 国立大 公立大 私立大 全 73% 23% 38% 58% 4% 進学 ( 率 ) 就職 ( 率 ) その他 ( 率 ) 4% 35% 59% 5% 57% 39% 4% 100 によって進学率に違いがある また 他の理系学部 学科も同様だが 企業も含めた研究者をめざすのであれば修士課程進学までは想定し 進路選択の際には大学院進学率も確認しておきたい 製造業への就職が半数近い専門的 技術的職業従事者の割合が約 6 割に次に 産業別の就職状況を見ていく< 図 2> 就職者 ( 正規雇用 98% 非正規雇用 2%) のうち 全体の 41% は製造業に就職している 設置者別に見ると 国立大 46% 公立大 27% 私立大 41% と 公立大は低い割合だが 製造業が最多である点は共通している このほかに多い業種は 卸売業 小売業 10% その他のサービス業 14% 情報通信業の9% などで 国公立大で公務などが目立つ以外は 多くの産業に幅広く進出している 職業別の就職状況で特筆すべきは 全体の 58% が専門的 技術的職業に従事していることだ < 図 3> 第 2 位以下の事務従事者 20% 販売従事者 14% を大きく引き離している 修士課程修了者は自動車 鉄鋼 重工業などに進出大学院の場合は ひらく日本の大学 2016 年度調査から研究科名や専攻名にエネルギーの名称が含まれてい < 図 2> 学士課程 材料 物質 資源 系の産業別就職者の割合 1% 1%1% 国立大 4% 46% 2% 11% 2% 6% 4% 3% 9% 11% 1% 1% 公立大 3% 27% 1% 14% 2% 9% 12% 3% 3% 15% 9% 1% 1% 私立大 8% 41% 1% 7% 2% 12% 3% 3% 17% 3% 1% 1% 全 6% 41% 1% 9% 2% 10% 5% 3% 14% 6% 1% 業 業 業 鉱業 業 業 ガス 熱 給 水 業 情報通 業 運 業 業 業 小 業 金融業 保険業 不動産業 物 業 教育 学習支援業 業 保 生 社会保険 社会福 護 業 その他のサー ス業 公務 以外 ( 注 1)82 大学 127 学科を集計 内訳は国立大 39 大学 71 学科 公立大 7 大学 8 学科 私立大 36 大学 48 学科 74 Kawaijuku Guideline

17 概説日本の現状( 図 1 3とも ひらく日本の大学 2016 年度調査 ) の進路第 40 回 エネルギー 資源 < 図 3> 学士課程 材料 物質 資源 系の職業別就職者の割合 国立大 公立大 21% 1% 67% 1%1% 1% 13% 8% 3% 4% 1% 7% 2% 1% 私立大 63% 10% 20% 3%2% 1% 1% 全 58% 1% 20% 14% 3% 2% 1% 的 技術的職業 者 理的職業 者 務 者 者 サー ス職業 者 保安職業 者 業 者 生産工程 者 機械運転 者 その他 68% る4 大学のデータを見ていく ( 注 2) 数が少ない点にご留意就職者の産業別状況を見ると 学士課程卒と同様に製いただきたい 博士課程への進学率は平均で5% であり 造業が多く その割合は平均で約 6 割と学士課程卒より全員が就職している大学もある 2016 年度の学校基本調もその割合が高い 職業別では 当然のことながら 専査によれば 修士課程修了者の進学率は 理学系 16.8% 門的 技術的職業従事者となる割合が8 割と群を抜いて工学系 5.6% 農学系 10.0% となっており 工学系の研究いる 科卒とほぼ同様の状況となっている コラム 大学院に進学して 研究マインド を身につけよう 京都大学エネルギー理工学研究所小西哲之教授 大学院は研究する場所大学で4 年間学ぶと 半年もしないうちに こうしエネルギー 資源の分野をはじめとして 理工系のた研究の世界に飛び込んでいくことになります 大学学部 学科をめざしている高校生の皆さんに ぜひ伝院なんてまだ先のことだと思っていても 意外と早くやっえたいことがあります それは 大学に入学すると てきます ですから 理工系を志望する人は 自分も多くの人が大学院で研究を行うようになるということ研究をすることになるのだということをしっかり認識です 大学院は 勉強するところではなく 研究するした上で 大学に入学してほしいと思います ところ というところがポイントです 研究室によって多少違いがあるかもしれませんが 大学院に入学し普通の人でも研究者になれるて半年間ほどは授業がありますが 以降は論文を読み 大学院に進学すると 一部の人はさらに研究を続け 好きなことだけを勉強してひたすら研究する日々が続博士課程に進学し 研究者になります 研究者と聞くきます と 特別な才能が必要なように思うかもしれませんが 研究とは 誰も知らないことを見つけることです 実際には 普通の人 が大半です 天才のアタマも 死大学院に進んでも 大半の学生は修士課程 (2 年間 ) 修ぬほどの努力も必要ありません 普通の学生が 普通了後に企業などに就職します それでも学生全員が研に勉強しても 研究者になることができます 究するのは 新しいものを創り出す力や 困難な課題研究者は バカではできないが 利口じゃやらない を乗り越える力といった 研究マインド が 社会からと言っています 実験結果を予見して やっても無駄 期待されているからです だと思うような人は研究者には向いていません 愚直大学院では 研究内容を学会で発表する機会もありに実験を重ねていくことができる人が 結果を残せるます 例えば 私の研究室は世界でも最先端の研究をのです その意味で 何度失敗しても挑戦し続ける 根行っており 大学院生の研究でも世界初の結果を出す性 は必須かもしれません ことができます すると 世界のトップ研究者が集ま理工系に進もうとする皆さんの多くは 大学院に進る国際学会に出席し 彼らと並んで研究成果を発表す学することになるでしょう それぞれの分野で ぜひることになるのです 研究ではみんな甲子園やウイン研究の楽しさを味わってください ブルドンレベルです 福島大学東京大学京都大学秋田大学コラム入試情報太陽光発電海底鉱物資源核融合教育卒業後( 注 2) 京都大学 大阪大学 大分大学 早稲田大学 Kawaijuku Guideline