Microsoft PowerPoint - 資源とエネルギー：第4回.pptx

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うのすけかたづ
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1 資源とエネルギー第 4 回人類とエネルギーの関わり平成 23 年 5 月 2 日 ( 月 ) 金子慎治

2 講義資料 u.ac.jp/devenv/ TOPICS 修道大学の学生さん : 講義情報はこちら Password: Shudodaigaku2011

3 世界人口と世界経済の指数関数的増加 40,000,000 7,000 35,000,000 30,000,000 25,000,000, 20,000,000 15,000,000 40,000,000 35,000,000 30,000,000 25,000,000 20,000,000 15,000,000 10,000,000 5,000, ,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1, ,000 5,000 4,000 3,000 and GDP (mil lion 1990 USD) Population ('000) and GDP (million 1990 USD) Per capita GDP (1990 USD) ita GDP (1990 USD) 10,000,000 2,000 Population ('000) Per cap Population thousands GDP million 1990 US dollars GDP per capita 1990 US dollars 5,000,000 1, Population thousands GDP million 1990 US dollars GDP per capita 1990 US dollars

4 世界人口の地域的な分布 100% 7,000,000 90% 80% 70% 6,000,000 5,000,000 60% 50% 40% 4,000,000 3,000,000 Population (.0 000) 30% 20% 10% 0% Total Western Europe Eastern Europe Former USSR Total Western Offshoots Total Latin America Japan Total Asia (excluding Japan) Africa World 2,000,000 1,000,000 0

5 世界の富の地域的な分布 100% 40,000,000 80% 60% 40% 20% 35,000,000 30,000, ,000,000 20,000,000 15,000,000 10,000,000 5,000,000, Geary-Khamis dolloars) GDP (million international 0% Total Western Europe Eastern Europe Former USSR Total Western Offshoots T otal Latin America Japan Total Asia (excluding Japan) Africa World 0

6 図 3-1

7 世界のエネルギー源の推移

8 化石燃料消費の超長期的視点市民のための環境学ガイド ( 安井至 ) より

9 人類史上における 7 回のエネルギー革命第一次エネルギー革命 : 火の利用の開始第二次エネルギー革命 : 牧畜農耕の開始第三次エネルギー革命 : 鉄の生産と利用の開始第四次エネルギー革命 : 火薬の利用と鉄大砲の普及第五次エネルギー革命 : 石炭の利用の開始第六次エネルギー革命 : 石油の利用第七次エネルギー革命 : 原子力の利用の開始エネルギー資源ハンドブックより

10 第一次エネルギー革命 : 火の利用の開始火の使用の証拠が発見されている確かな遺跡は北京の周口店 ( 約 40 万年前 ) フランスのエスカルの洞窟 ( 約 80 万年前 ) などであるが中国には170 万年前にさかのぼる遺跡があるといわれている人類は火を狩猟暖房料理へ応用することにより生活の安定性を著しく向上させた男女間の役割分担をはじめ炉を中心とする数家族からなる定住共同生活集団の発生そしてそれらの間の争いといったその後の人類を特徴づける多くの要素が発生したと考えられているこの安定性ゆえに世界の人口が急速に増加を始め紀元前 2500 年には300 万人を超えた

11 第二次エネルギー革命 : 牧畜農耕の開始人類の第二のエネルギー革命は約 1 万年前から始まる牧畜農耕という太陽エネルギーの積極的利用の開始を指すことが多いこの革命は食料生産力の飛躍的向上をもたらし世界の人口は急激に増加紀元前 6000 年には 8650 万人に達して引き続き増加の一途をたどったと推定されているこの革命により人類は労働によって森を畑にし雑草や灌木をむさぼる家畜の群れを引き連れて草原を横切る生産者へと立場を変えたのであるこの変化により人間は計算をするようになったつまり自然のなかにある周期を読み準備し工夫する存在になったのであるこうした創意工夫の伝統がさらに続く時代に冶金術を生んだこれはある種の石を火で熱すると金属特に銅を手に入れることができることこの銅を溶かして型に流し込むとそのとおりの型をしたもとおり型をのが手に入るという経験にもとづいた技術であるこの技術は明らかに高度の専門性を要求するものであるから分業が成立しそれゆえにさらに技術は高度化していつか青銅が使われるようになった

12 第三次エネルギー革命 : 鉄の生産と利用の開始 (1) 第二次エネルギー革命以降発展してきた冶金術の上に紀元前 1000 年頃から鉄が生産されるようになった鉄は青銅よりもはるかに用途が広くしかも鉱石が広く分布していて簡単につくることができたために急速に軍事部門や農業部門に広まったその結果戦いは高度化し耕地は拡大しそこに畜力風力水力の利用による輸送能力の拡大もあって余剰食料の交易がはじまったこれにより人類は行動範囲を急速に拡大しつつ都市を産み技術者を産んだこうしたエネルギーを使いこなすための道具や技術はその開発コストのゆえに特定の人や集団に集中する傾向がありその結果富を招いた他方その富に基づく壮麗な建築集落が出現し都市文明が築き上げられた一方この時代いわゆるステップ地帯においては農耕と牧畜を営む半定住の集団が成長し馬の家畜化の成功により畜力利用技術を中心とした新技術が産みだされその移動により文明の交流発展に貢献した

13 第三次エネルギー革命 : 鉄の生産と利用の開始 (2) 鉄の生産と利用による影響として森林の後退が指摘されている火の不始末による山火事山火事後の新しい植生の盛んな成長にヒントを得た焼畑農業の流行金属需要の増大による精錬用燃料としての木材採取ヤギやヒツジの家畜化による森林への影響などが理由である風力ではフェニキア人が紀元前 1000 年ごろに帆などに風の力を利用しているその後ギリシャでかなり大きな風車を動力に使った記録がある水力はローマによって世界に広められたと言われる西暦ゼロ年ごろには水車が女性を水汲みや粉ひきから解放すると称賛した詩人がいたことが歴史書に示されているしかしこれが工業的に発展していくことはなかったさらに水車は油絞りビールや大麻の圧搾そして製材所や鍛冶屋紙の製造そして用水や灌漑にも使われるようになったイングランドでは 1086 年にトレント河とセヴァーン河の南側に5624の水車があったという風車による風力利用についても製粉揚水の動力源として普及し上記にとってかわるまで続いた 8 世紀の中国 13 世紀のヨーロッパで丈夫な舵が使われるようになって帆船が風上にも航海できるようになると羅針盤の発明もあって航海術が急速に発展しついには新大陸の発見へと展開していった

14 第四次エネルギー革命 : 火薬の利用と鉄大砲の普及中世ヨーロッパの人々の活動範囲は広く世界に広がっていくことになったがそれは帆船利用羅針盤の改良に加えて鉄砲や大砲が利用できるようになったためと言われる第四のエネルギー革命はそれまでのエネルギー革命とは異なり人類が創り出したエネルギー源によってもたらされた社会的な変革をともなう新たなエネルギー利用と言える名もなき職人が設計制作した大砲がさまざまな権威の象徴であった建物を破壊しこれに立ち向かう兵士を貴賤を問わずまた優れた腕力あるいは精神力の持ち主であるとないとを問わず滅ぼしていき人々のものの見方生き方を大きく変えることになった 9 世紀の中国においてすでに硝石や硫黄をもとにした黒色火薬が知られていたがこれがヨーロッパにもたらされたのは 13 世紀火器を有効に利用した蒙古の侵入によってであるとされるもっともヨーロッパも独自に火薬の存在に気づいていたとする説もある火薬による大砲は1304 年にアラビアで発明され伝来したと言われるそして 1346 年の英仏戦争では英国により 1453 年にはシャルル 7 世により使われ勝利の原動力となったこの時代鉄やその他の金属の精錬には木炭が燃料および還元剤として用いられていた現在の技術で鉄 1トンを製造するために石炭 2~3トン消費されるが当時の小規模で非効率な木炭製鉄ではきわめて多くの木炭が必要であったそのため金属生産量の増大とともに森林の伐採量も飛躍的に多くなったそのため森林資源の不足が目立つようになってきた

15 第五次エネルギー革命 : 石炭の利用の開始 (1) 金属製造によって進められた発展が木材の不足で停滞するようになるそれを救ったのが石炭の利用でありその後石炭の利用は蒸気や電気の利用により飛躍的に増大することになる石炭は 16 世紀中ごろまでは多少は用いられていたが煙と悪臭のためひどく嫌われていたそこで煙を除く目的でコークスがつくられるようになったそのコークスが17 世紀中ごろ木炭の代りに鉄鉱石の還元に用いられるようになったコークスは木炭と違って高い圧力に耐える耐圧強度を持っているそこで大型の溶鉱炉に大量の鉄鉱石と石灰石を一緒に装填して使用することができるのでコークス製鉄になると木材の場合と違って鉄の大量生産が可能となった 18 世紀になると間もなく英国で石炭製鉄つまりコークスを用いる製鉄が大規模に行われるようになった石炭はヨーロッパの燃料危機を救いロッパの燃料危機を救い英国の石炭資源は豊富であったことから石炭は広く工業や蒸気機関の原動力として利用され産業革命を後押しした

16 第五次エネルギー革命 : 石炭の利用の開始 (2) 18 世紀にワットによって実用化された蒸気機関は従来水力や風力の利用できる場所にしか利用できなかった高い密度の仕事をどこでも利用できるようにしたこのため蒸気機関は鉱山の揚水のみならず工作機械織物機械その他その他一般工業の原動機として用いられ商品供給量の急速な増大に貢献し産業革命推進の中心的役割を果たした 1825 年には世界で初めての鉄道会社が営業を開始したまた産業革命が進行中の英国では輸送力の需要がきわめて大きく多数の運河が掘られた蒸気機関を船の原動力にする工夫も同時にはじめられ 1807 年フルトンの船側外車船クラーモントの成功以来次第に小型船を中心にこれを用いる人が現れ 1819 年には米国のサバンナ号が蒸気動力ではじめて大西洋を横断するに至ったしかし蒸気タービン技術が進歩して汽船の帆船に対する優位が確立するにはその後 50 年を要し英国では建造された船の半数が汽船となるに至ったのは1880 年のことであるこの時代の技術では蒸気缶の部分が弱体でしばしば爆発事故を起こしていたことも普及に時間がかかった理由のひとつである英国では 1862 年から69 年の約 20 年間に1 万件の爆発事故があったと記録されている

17 第五次エネルギー革命 : 石炭の利用の開始 (3) 産業革命の進行と同時に発展したのが電気の利用であるこれは 1799 年にボルタによる電池の発明とともに始まるただちに通信への利用が考えられたがこれはエルステッドの発明した電流の磁気作用を利用したものからモールスによる電磁石を利用するものに至って実用化 (183 7 年 ) したこれは鉄道会社の注目するところとなり路線にそって電線が引かれ迅速な通信手段として使われたしかしこれが電話になるのは 1876 年のベルの発明まで待たねばならなかった 1831 年ファラデーが電磁誘導現象を発見するとこれを発電機に応用することに多くの人々が挑戦したそしてこれに成功したのは水力発電機をつくった英国のアームストロング (1840 年 ) でありこれを改良したジーメンス (1867 年 ) であるまたグラムは 1870 年に実用的な動力機をつくり 1873 年にアルタネッタが交流発電機を発明した鉄道の動力源として電動機のエネルギー効率の良いところはすぐに理解されスイスなどで1900 年ごろから使われるようになった電力の需要側では白熱電灯の発明改良がありこれにエジソンが大きく貢献したことは有名この電灯利用をきっかけとして電力網の概念が成立拡大していく

18 ジェームズワットの蒸気機関 (1765) 図 3-2

19 蒸気機関車ロケット号キュニョー仏が発明キ仏が発明した蒸気自動車図3-3

20 蒸気船図 3-4

21 製鉄高炉 = 溶鉱炉コークス石炭を蒸し焼きにしたもの銑鉄 = 鉄のもと硬いが割れやすい図 3-5

22 第六次エネルギー革命 : 石油の利用輸送の需要がますます高まるにつれ以前の蒸気機関より小型で起動停止の容易な輸送用動力源が要求されたこの要求にこたえて産まれたのが内燃機関である内燃機関は当初種々の形式が試みられたが蒸気機関に比べてはるかに高温高圧であったことから耐圧シリンダ気密保持冷却点火など技術的に困難な点が多かったこれらを克服して 1876 年に実用ガソリン機関を完成させたのがドイツのオットーであるまた年には同じくドイツのディーゼルが高圧縮により着火するディーゼル機関を完成している一方 1885 年にはダイムラーがガソリンを燃料とする自動車用エンジンを完成させた自動車王フォードは 1908 年から大量生産方式で20 馬力の T 型フォードを製造しドを製造し 10 年間で 500 万台を販売して自動車を大衆に普及させたこれ以降個人用から産業用まで多くの輸送用動力は石油に依存した内燃機関に急速に置き換えられて行く石油の発見は石炭より古いと考えられるしかし原油 ( ガソリンを含む ) 直接燃やすことによる発火の危険性は高く戦争などの特殊な用途以外への利用は進まなかった一般に使われるようになったのは揮発性の高いガソリンを蒸留機で分流して取り除き引火点の高い安全性の高い灯油をつくり出す技術が発達してからのことである

23 ドレークの油井アメリカペンシルベニアの油田図 3-6

24 図 3-7

25 47 図

26 内燃機関排出物ガソリン機関ディーゼル機関二酸化炭素多い少ない ( 地球温暖化 ) 窒素酸化物排出処理で ( 酸性雨 ) 少なく多い粒子状物質 ( 大気汚染 ) 少ない不完全燃焼で増える図 3-9 機関 : 燃料 : ガソリン軽油又は重油

27 第七次エネルギー革命 : 原子力の利用の開始石油をめぐる勢力争いがピークに達せんとしていた第二次世界大戦前後第 7 次エネルギー革命がはじまったそれは原子力の登場である核分裂の発見はただちにこれがエネルギー生産技術の革命を人々に予感させたが不幸にして時代環境はこれの兵器への応用研究を優先させたそして広島長崎の悲劇と敗戦そして米ソが核兵器を背後に対立する時代が続いた原子力技術の国際管理をめぐって米ソの対立が続く中で 1953 年に米国大統領アイゼンハワーは平和のための原子力と題して演説し原子力を平和目的に利用しこれを国際社会に公開する限りその活動を支援するという方針を打ち出したこれをきっかけにこのたこのための技術情報や核原料物質の提供を行う一方監視活動も行う組織として 1957 年に国連に国際原子力機関 (IAEA) が誕生したこの結果あらゆる技術分野で世界をリードしたいと考えていた米ソ両国のほかスエズ戦争に敗北した英国や自主性の確保を重視するフランスそしてようやく戦後の混乱から独立国としての体制を固めんとしていた西ドイツと日本などでエネルギーとしての原子力の開としての原子力の開発利用が開始された

28 図 5-9

30 図 4-11

31 電力系統図水力発電火力発電原子力発電超高圧変電所 15 万 4 千 V 50 万 ~27 万 5 千 V 大ビルディング大工場 15 万 4 千 ~ 6 万 6 千 V 一次変電所配電用変電所 6 万 6 千 V 6 千 6 百 V ビルディング中工場電柱 100V/200V 図 5-10 住宅商店小工場

北杜市新エネルギービジョン

北杜市新エネルギービジョン概要版平成 18 年 3 月山梨県北杜市 1 新エネルギーとは深刻化する地球温暖化心配される化石燃料の枯渇といった課題への対策として注目されているのが新エネルギーです新エネルギーとは太陽や風森林などの自然のエネルギーなどを活用するもので石油代替エネルギーとして導入が期待されているもののコストなどの制約から普及が十分でないため積極的に促進を図る必要があるもの