ウィルウェイが燃料についてご紹介します。

核燃料

核燃料とは、核分裂連鎖反応を起こし、エネルギーを発生させるために相当期間原子炉に入れて使うものを言う。ウラン233 (233U)、ウラン235 (235U)、プルトニウム239 (239Pu) などを指す。

ウランやプルトニウムなど、核分裂連鎖反応を起こし、エネルギーを発生させるために相当期間原子炉に入れて使うものを核燃料(nuclear fuel)と呼ぶ。 純金属・合金・酸化物等の固体として利用するのが一般的であるが、水溶液・溶融合金・フッ化物等の液体の状態で利用する場合もある。

日本においては原子力基本法第三条で「ウラン、トリウム等原子核分裂の過程において高エネルギーを放出する物質」として核燃料物質(nuclear fuel material)という語が定義されており、天然ウラン、濃縮ウラン、劣化ウラン、プルトニウム及びこれらの化合物ならびにこれらを含む物質で原子炉において燃料として使用できるものを言う。ウラン238及びトリウムは中性子照射によってそれぞれ核分裂性の 239Pu と 233U に変化するので燃料親物質と呼ばれるが、広義には核燃料物質に含まれる。

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トリジェネレーションの概要

トリジェネレーションには、二酸化炭素を農作物の生育促進に使用する「農業トリジェネレーション」と、アルカリ廃液の中和作用に利用するなど工業向けの「工業トリジェネレーション」[1]があり、特に農業トリジェネレーションは世界的に利用が拡大している。

農業トリジェネレーションに関しては欧米、特に温室栽培が盛んなオランダにおいて自家発電やボイラーに含まれる二酸化炭素の利用が早くから推進されてきた。二酸化炭素濃度を、通常の大気中に含まれる360PPMより高い、700~1000PPMに引き上げた場合、葉物野菜で25~30%、果物では20%程度、花きでは40%程度の収穫増となることが研究機関による実証実験で認められている[2]。また近年では、CCS(二酸化炭素回収貯留=二酸化炭素を排気から分離・回収し、地下帯水層に注入して閉じ込めるシステム)の技術を応用し、回収した高濃度の二酸化炭素を農業や工業に利用するCCU(二酸化炭素の回収・再利用)がトリジェネレーションの発展形として注目されるようになっている。

工業用トリジェネレーションでは、建築材料製造(炭酸塩鉱物に二酸化炭素を加えて製造)やコンクリートに二酸化炭素を吸収させる取り組みが行われている。また二酸化炭素と水素を材料にメタノールを製造するプロセスも確立されているが、化学的に不活性な二酸化炭素を経済的価値が有る材料や燃料に変換させる場合にはエネルギーを投入する必要があり、化石燃料を使用した場合、温暖化対策に逆行するため課題も多いのが現状である[2]。そのため、再生可能エネルギーを用いたCCU技術が検討されており、中でも藻類や人工光合成も用いた炭化水素製造の研究技術が注目を集めている。

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トリジェネレーション

トリジェネレーション(tri-generation)とは、コジェネレーション(=熱電併給)に対して、熱源から生産される熱、電気に加え、発生する二酸化炭素(CO2)も有効活用するエネルギー供給システムを意味する造語である。京都議定書発効を契機として、近年導入されるようになりつつある。

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コジェネレーション 導入条件

建物内部で必要となる熱量を電力量で割った値を熱電比という。熱電比は建物の用途によって異なり、ホテルや病院では大きく、オフィスビルやデパートなどでは小さい値をとる。コジェネレーションシステムによって供給される熱電比が、建物の需要する熱電比と大きく異なる場合、コジェネレーションを導入してもエネルギーを有効に利用することができない。また、住宅など熱需要の大きい時間帯と電力需要の大きい時間帯がずれている建物もあり、このような場合も大きな省エネ効果を期待することはできない。そこで、生成する熱電比をある程度変えることのできるコジェネレーションシステムも存在する。

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コジェネレーション(燃料電池システム)

水素と空気中の酸素から電気をつくりだし、副次的に発生する熱を蒸気や温水として回収する。水素はシステム内でガス・灯油・アルコール・バイオマスなどから取り出す。排出されるものは、CO2、水以外ほとんどなく騒音や振動も少ない。大型で高効率のものは実証実験段階にあるが、コストと耐久性が課題となっている。 排熱を利用して更なる発電も可能であり、より先進的、高効率なコンバインドサイクル発電として研究が進められている。 発電効率35%〜65%、総合効率で80%〜90%。

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コジェネレーション(ディーゼルエンジンシステム)

発電用ディーゼルエンジンの排気排熱を蒸気製造や給湯に利用し、エンジン冷却水で水道水を加熱し給湯するもの。

発電効率33%~45%、総合効率で64%~81%。

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コジェネレーション(ガスエンジンシステム)

発電用ガスエンジンの排気排熱ボイラで熱交換を行うもの。

発電効率26%~49%、総合効率で72%~92%。

ガスエンジンでヒートポンプを駆動する形式もある。

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コジェネレーション(ガスタービンエンジンシステム)

発電用ガスタービンエンジンの排気を利用して蒸気を製造するもの。 発電効率23%~39%、総合効率で69%~86%。 ガスタービン発電機とその排熱を利用した蒸気タービン発電機を組み合わせて発電を行うものをコンバインドサイクル発電という。

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コジェネレーション

コージェネレーション、またはコジェネレーション 、英語では“combined heat and power”ともいわれ、内燃機関、外燃機関等の排熱を利用して動力・温熱・冷熱を取り出し、総合エネルギー効率を高めるエネルギー供給システムである。

略してコージェネ、コジェネとも呼ばれ、一般的には熱併給発電(ねつへいきゅうはつでん)または熱電併給(ねつでんへいきゅう)と訳されている。訳語から廃熱発電を用いるものと思われがちだが、給湯や蒸気吸収冷凍機で冷熱を製造するなど発電以外の運用もある。

日本においては、京都議定書の発効に伴い製造サイドとして電機メーカーやガス会社が、需要者サイドとしてイメージ向上の効果も狙うスーパーマーケットや大エネルギー消費者である大規模工場などで関心が高まっている。

コジェネレーションを発展させて二酸化炭素(CO2)も利用するようにしたトリジェネレーションがある。

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