。HP管理者から
No.1501(2023/12/14) 工業生産を支えるエネルギー供給技術の条件
化石燃料以外に工業生産を支えうるエネルギー供給技術は存在しないのはなぜ？
気候変動に関する国際連合枠組条約の第28回締約国会議（COP28）が日程を延長して終了しました。成果文章は将来的に化石燃料からの脱却を行うという非科学的な内容が書き込まれました。
前回の記事で、燃料を化学的・工業的に製造することは無意味であることを述べました。これは熱力学の基本法則であるエネルギー保存則ないしエントロピー増大側からの必然的な帰結であり、普遍的な結論です。これは私たちの住む物質世界を特徴づけている現象の不可逆性を示しています。
工業生産とは、制御された工業的なエネルギーを用いて物を製造する過程です。したがって工業生産の本質とは制御されたエネルギーを供給する技術です。工業を支えるエネルギー供給システムの最低必要条件は、このホームページで繰り返し述べてきたように、エネルギー産出比が1.0を超えることです。
前回述べたように、化学的に燃料を製造することは、熱学的な過程である化学反応の性質から、必然的に製造段階で投入するエネルギー量の方が製造した燃料から得られるエネルギー量を上回ること（＝エネルギー産出比＜1.0）になるので、工業的に無意味です。特に燃料は燃焼熱をそのまま利用する場合を除くと、熱機関を駆動して仕事を取り出す局面で大量の熱エントロピーを発生するため、エネルギーの利用効率が著しく低下することになります。
具体的に考えてみることにします。天然ガス（≒メタンCH4）火力発電のエネルギー産出比は0.4程度です。
これは天然ガスの燃焼熱をQ、供給できる電気エネルギー量をE、発電過程で生じるエントロピーをS>0とするとエネルギー保存則から次の関係になります。
Q＝E＋ST （Tは環境の絶対温度）
E＝Q－ST＝0.4Q
つまり、発電過程で燃焼熱の60％程度が主に廃熱＝熱エントロピーとして環境中に散逸しているのです。
この供給電力Eをメタネーションに投入することによって得られたメタンを燃焼させた場合に得られる熱量をqとします。メタネーション過程で発生するエントロピーをs＞0とするとエネルギー保存則から次式が成り立ちます。
E＝q＋st （t：環境の絶対温度）
したがって、初めに火力発電で燃焼させたメタンの燃焼熱とメタネーションによって得られたメタンの燃焼熱を比較すると次の様になります。
Q－ST＝q＋st
∴ q＝Q－ST－st＝0.4Q－st<0.4Q
つまり、製品として得られたメタンの燃焼熱は、最初に火力発電に投入されたメタンの燃焼熱Qから発電およびメタネーションの過程で熱エントロピーとして散逸したエネルギーを差し引いた量になります。エントロピーは正の値しかとらないため、メタネーションを行うことで製品としてのメタンは必ず投入したメタンよりも少なくなります。メタネーションを行うことで、メタン量は0.4未満に減少してしまうのです。
メタネーションという過程は廃熱によって環境を加熱し、同時にメタンを大量に浪費しているだけなのです。したがって、メタネーションを行えば行うほど有効に使える化石燃料である天然ガスを浪費することになるのです。
これに対して、化石燃料がなぜ工業を支えるエネルギー供給を行えるのか。これは前回も触れたように、化石燃料は、天然資源であり、ほとんど工業的なエネルギーを投入することなくそのまま燃料として使用できる物質として地中に埋蔵されており、これを採掘して多少改質することで燃料として利用できるからです。その結果、採掘・精製段階で投入するエネルギーに対して、生成された化石燃料から得られるエネルギーが圧倒的に大きいため、エネルギー産出比が1.0を遥かに凌ぐ高い値になるからです。
化石燃料以外のエネルギー資源として工業を支えうる可能性のある資源は二つが考えられます。その一つは鉱物資源である核分裂性ウラン235Uです。そしてもう一つは、いわゆる自然エネルギーです。
ここでも工業を支えるエネルギーとしての評価の基準はエネルギー産出比が1.0を超えることです。
235Uは原子炉において核分裂エネルギーを高温熱として取り出し熱機関を運転すること以外に実用的な利用方法はありません。
原子力発電によるエネルギー供給システムのエネルギー産出比とは、原子炉の運用に必要なウラン鉱石の採掘・精錬、ウラン燃料の製造、原子力発電所の建設・運用・廃棄、使用済み核燃料等の放射性廃棄物の数万年に及ぶ保管などに消費される総電気エネルギー量に対して、耐用期間中の原子力発電によって供給する総電気エネルギー量の比率です。
現在の原子力発電は、化石燃料によって運用されています。原子力発電を化石燃料による発電装置の一つとして考えた場合、同量の化石燃料を火力発電と原子力発電に投入した場合、得られる電力量において火力発電の方が優れています。したがって、化石燃料消費量を削減することはできません（No.1483(2023/08/15) エネルギー問題・脱炭素社会について考える⑥
原子力発電の特性について考える その1参照）。投入した化石燃料の燃焼熱に対する原子力発電のエネルギー産出比は前述の天然ガス火力発電の0.4を超えることはありません。
現実には、バックエンドまで含めた原子力発電のライフサイクルは数万年に及ぶため、信頼に足るエネルギー産出比を正確に推定することは困難ですが、恐らく原子力発電による電力供給によって原子力発電システムを単純再生産することは不可能（エネルギー産出比＜1.0）でしょう。したがって、原子力発電は工業生産を支えるエネルギー供給技術にはなり得ません。
自然エネルギーは普遍的に存在する殆ど無尽蔵のエネルギーです。しかし、工業的に利用するためには巨大な発電施設が必要になります。その結果、原子力発電同様、エネルギー産出比が1.0を超えることは不可能です（No.1479(2023/08/08) エネルギー問題・脱炭素社会について考える③ 再生可能エネルギー発電の特性について考える その2参照）。
したがって、235Uも自然エネルギーも工業的に有効に使えるエネルギーを供給することが出来ないのです。
No.1500(2023/12/05) 北九州市の愚かなメタネーション・プロジェクト
脱炭素社会を目指す巨大プロジェクトが単純な科学的な誤りを見えなくしてしまう
今朝のNHKのニュース番組で、北九州市が西部ガス、IHI、そして九州大学と共に メタネーションの事業化を行うことを伝えていました。NHKのニュースウェブの記事を以下に紹介します。
既にこのホームページでは、「工業化社会システムの脱炭素化は不可能～再生可能エネルギー発電・電気分解水素製造・メタネーション」において詳細について検討しています。
メタネーションが全く無意味であることは、初等中等教育の理科の熱力学を理解していれば、中学生や高校生にとって当たり前の事実です。
上図は第一種の力学的永久機関のアイディアとしてよく見かける構造です。第一種永久機関とは、外部から何らエネルギーを供給することなく、外部に対して仕事をなすことのできる機関です。
しかし、外部からエネルギーを加えることなく外部に対して仕事をすることは熱力学の基本法則の一つである「エネルギー保存の法則」から不可能であることが分かっています。
永久機関が実現不可能であることは、誰でも、恐らく小学生でも知っていることではないでしょうか？
そこで、メタネーションについて考えてみます。メタネーションはメタンCH4の燃焼反応によって生成する水H2OとCO2から再びCH4を合成する過程です。
CH4+2O2⇔CO2+2H2O
つまりCH4の燃焼反応とCO2と2H2Oからメタンを合成する反応が繰り返されることで、外部に対してCO2を放出せずに何らかの有用なエネルギーを取り出すシステムの実現を目指しているのです。
しかし実際には、CH4の燃焼によって得られるエネルギー全てをメタネーション・プラントの運用に投入しても、CH4を完全に再生することは不可能であり、必ず目減りしてしまいます。これは熱力学の基本法則であるエントロピー増大の法則からの当然の帰結です。
メタネーションが実用的に有用である（＝何らかの有用なエネルギーを外部に取り出すことが出来る）とすれば、第一種の化学的永久機関が実現することを意味しています。しかしそれは、熱力学の基本法則であるエネルギー保存則あるいはエントロピー増大側に反する現象であり、実現不可能です。
一般に、メタネーションに限らず電気分解水素の製造など化学的に燃料を製造することは、製品としての燃料から得られるエネルギー量よりもその製造段階で投入するエネルギー量の方が大きくなるため、必ずエネルギー収支はマイナス、エネルギー産出比は1.0未満になります。
化石燃料のエネルギー産出比が10.0程度と大きいのは、化石燃料は天然資源であり、ほとんど「手を加えることなく＝工業的なエネルギーを投入することなく」利用できる形で地下に埋蔵されているものを掘り起こしさえすればよいからなのです。
一方、燃料製造以外の化学工業が有効である理由は、製品に求められる機能がエネルギー供給以外の使用価値であるからなのです。
メタネーションとは、莫大な設備とエネルギーを投入して、利用可能なメタンCH4を浪費しているだけのシステムなのです。メタネーションを行わない方がCH4を効率的に利用できるのです。第一種の永久機関が実現不可能であることを理解していれば、メタネーションなどという愚かな発想は即座に却下すべきものです。
近年、非論理的な疑似科学による人為的CO2地球温暖化脅威説の蔓延に伴い、脱炭素化が注目されています。人為的CO2地球温暖化脅威説そのものが非科学的なことは既に明らかです。一旦これは置いておくことにします。
温暖化対策として、脱炭素化を進めるとしています。そこで注目されているのが発電時にCO2を発生させない再生可能エネルギー発電、走るときにCO2を発生しないEV、そして大気中のCO2を回収してメタンを製造するメタネーションなどの技術です。
これらの技術は、運用時にCO2を発生させないこと、CO2からメタンを再生すること・・・という極めて近視眼的な発想に基づいて進められています。
しかし、再生可能エネルギー発電を実現するための装置システムは巨大な工業生産物であり、それを実現するためには莫大な工業的エネルギー消費の増加が必要であり、その結果化石燃料を燃料とする火力発電よりも多くの化石燃料を消費します。それは、再エネ賦課金が電気料金に上乗せされるなど再生可能エネルギー発電の導入に莫大な社会的な追加費用が掛かることから明らかです。同様に、再生可能エネルギー発電によるEVの運用は勿論化石燃料消費を増大させます。
メタネーションはCH4の燃焼によって得られるエネルギーよりもはるかに大量のエネルギーの投入が必要になります。したがって、メタネーションを行えば化石燃料消費は増大することになります。
本来、脱炭素技術とは、人間の社会システムの消費する化石燃料を削減することが目的のはずです。しかし、現実には再生可能エネルギー発電の導入量を増やすこと、EVを導入すること、メタネーションを行うことが自己目的化して、人間の社会システムの消費化石燃料の総量を減らすという本来の目的を見失っているようです。
現在の科学技術はあまりにも細分化されてしまった結果、蛸壺科学者、蛸壺技術者ばかりになり、隣の研究者の使う言葉すらわからないような状況になっているようです。その結果、社会の目指すべき目的について各分野の研究はばらばらな方向を向いているため、部分的に正しくても全体で見ると出鱈目なことを行っていることに誰も気づかなくなってしまったようです。まるでバベルの塔の逸話のようです。
オゾンホール拡大フロン原因説に始まり、人為的CO2地球温暖化脅威説のように誤った自然科学が人間社会の政治・経済的な利害関係と結合することによって、自然科学が営利的な手段となり、捻じ曲げられるようになった現在、科学の危機的な状況がますますひどくなっています。
メタネーションという技術が化学的な第一種永久機関の実現という不可能な目標だということは、中等教育の理科を習った生徒にとって当たり前のことですが、北九州市や西部ガス、IHI、九州大学による巨大プロジェクトとして事業化されるという規模の大きさと技術の細分化が、単純かつ本質的な自然科学的な誤りを見えなくさせてしまっています。
北九州市は血税を企業や九州大学の研究者に掠め取られてしまうだけでなく、その上CH4を浪費することになるのです。北九州市民は怒るべきです。
No.1499(2023/11/30) 小学6年生の姪に書いた手紙
人為的CO2地球温暖化脅威説で崩壊した初等中等教育における科学教育を憂う
人為的CO2地球温暖化脅威説が主張されるようになって以降、初等中等教育で教えられる理科や歴史という、これまで積み重ねられてきた自然科学の基礎的な知見が破壊されています。
人為的CO2地球温暖化脅威説は本来ならば自然科学としてその理論的な背景と共に教えられるべき内容です。
しかし現在の初等中等教育では「人為的に放出したCO2によって気温が異常に上昇して地球環境が破壊されてしまう。」という、自然科学的には確認されていない不確かな、あるいは誤りを含む外形的・断片的な情報だけが教えられています。
これは、人為的CO2地球温暖化脅威説という政治的・経済的プロパガンダによる児童・生徒に対する「洗脳」にほかなりません。
例えば、「パリ協定」では、産業革命当時の気温からの気温上昇が2℃を超えると、異常な高温化であり、地球の自然環境が破壊されると主張しています。これを真に受けたスウェーデンの少女は不安神経症になり、「私たちの家（＝地球）は燃えている！」などという恐怖宣伝によって不安感を煽っています。
しかし、歴史的に見れば、産業革命を含む14～19世紀はGISP2の分析結果でも分かるように、Little Ice Age「小氷期」と呼ばれる完新世で最も寒冷な時期の一つであったことは周知の科学的知見です。
小氷期には西欧では寒冷化による飢饉とペストの蔓延で人口が激減し、日本でも江戸時代には飢饉が頻繁に起こっているというのが歴史的事実です。
GISP2の分析結果から、現在の気温は中世温暖期より低くいことが分かります。ローマ温暖期、ミノア温暖期は中世温暖期よりもさらに高温でしたが、いずれも文明が栄えた時代であり、異常高温のために自然環境が大規模に破壊されていたという事実はありません。パリ協定の主張はこうした歴史的事実を否定するものです。
あるいは、人為的CO2地球温暖化脅威説は、産業革命以後の大気中CO2濃度の上昇は、すべて人為的に放出した化石燃料起源のCO2が大気中に「蓄積」した結果だと主張しています。これは、CO2の放出源毎に大気中のCO2が異なる挙動を示すことを主張しています。
しかし、一旦大気中に放出されてしまえば、CO2分子には区別はなく、速やかに混合するため、「人為的に放出したCO2だけが選択的に蓄積する」ことはありません。人為的CO2地球温暖化脅威説の主張は中等教育の化学の基礎に反する内容です。
IPCCの炭素循環図に示すように、地球の表面環境では大気と陸海との間でCO2が循環しており、陸海からの放出量の合計は220Gt-C/年程度であり、その内人為的な放出量は6.4Gt-C/年であり、全体の3％程度です。したがって、大気中のCO2濃度を400ppmとすれば、人為的な影響は12ppmにすぎません。産業革命当時の大気中CO2濃度を280ppmとすると、増加した120ppmの内の12ppmだけが人為的な影響であり、残りの108ppmは気温の上昇の結果海洋からのCO2放出速度が速くなった結果、即ち自然現象です。
本来は科学的な真実の探求をすべき大学生を中心とする若者たちは、初等中等教育によって洗脳されて、宗教的に人為的CO2地球温暖化脅威説を信奉するカルトの信者のように、自らは正しいことをしていると信じて、人為的CO2地球温暖化脅威説のプロパガンダに利用されているのです。
こうした洗脳は学校教育だけにとどまりません。各種の情報媒体が毎日洪水の様に人為的CO2地球温暖化脅威説を吹聴し、脱炭素化社会の実現を求める「国民運動」を扇動しています。まるで前大戦中の大本営発表のように金太郎飴のような情報統制が進んでいます。
例えば最近の大分合同新聞の記事を紹介します。
水素製造に対する科学技術的な評価は既に「工業化社会システムの脱炭素化は不可能（2021年）」で検討しているのでここでは触れません。記事にあるように、水素製造には莫大な資金投入が必要です。これは見方を変えれば、それに見合う工業生産ないしエネルギー消費が増大することを示しています。これは水素製造によって工業生産規模が拡大し、メーカーがボロ儲けするものの、逆に化石燃料消費が増大することを示しています。その費用負担は全て消費者が負担するのです。
記事に示すような、技術の一面的・断片的な説明によって、大衆は洗脳されていくのです。
このような社会状況、取分け初等中等教育における洗脳教育によって世論が誘導されていく状態は誠に憂うべき状況です。次代を担う子供や若者たちに、何とか正しい情報を届けることが必要ではないかと考えます。
私には宇宙や自然科学に興味を持っている小学6年生の姪がいます。御多分に漏れず、彼女も初等教育における人為的CO2地球温暖化脅威説による洗脳を受けていることが、とても心配です。ごまめの歯ぎしりかもしれませんが、私の思いをつづった手紙を彼女に書きました。以下紹介します。
No.1498(2023/11/27) 2022年の人為的CO2排出量が過去最大
CO2排出量をゼロにすることは非科学的な画餅であることを理解すべきである
EU欧州委員会は2023年10月19日に「GHG emissions of all world countries 2023 report 」を公開し、そのプレスリリースの中で「2022年の温室効果ガス（GHG）排出量について、世界全体では前年比1.4％増加した一方で、EUは0.8％減だった 」と報告しました。これは、コロナ感染症前のCO2排出量を上回り、過去最大の排出量です。
上図に示すように、世界のCO2排出量は社会情勢による工業生産の減少（例えば、ソ連の崩壊、リーマンショックによる世界的不況、コロナ感染症の流行）の時期を除けば一貫して増加傾向を示しています。
CO2温暖化の危機が叫ばれ、再生可能エネルギーの導入や動力装置の電動化が進められていますが、一向にCO2排出量は減少していないことが分かります。この状況を見れば、2050年にCO2排出量をゼロにすることなど到底不可能であることは明らかです。
現在世界では脱炭素社会の構築のために莫大な費用が費やされています。例えば日本について見ると2022年度の再生可能エネルギー導入促進賦課金の総額は3兆円に迫ろうとしています。累積ではすでに20兆円程度が投入されています。しかし顕著なCO2排出量の削減効果は見られません。
工業生産を支えることのできるエネルギー技術とは、エネルギー産出比が1.0を大きく超えることが必要です。しかし、原子力にしろ再生可能エネルギー発電にしろ、生涯発電量で発電関連設備を単純再生産することが出来ない、つまりエネルギー産出比＜1.0なので利用可能な有効なエネルギを一切供給できないという致命的な問題点を持っています。
その結果、エネルギー産出比が1.0を大きく上回る優秀な化石燃料による補助がない限り、再生可能エネルギー発電や原子力発電だけでは工業生産を維持することは出来ないのです。
莫大な追加費用の投入が必要な「脱炭素化」技術を実現するためには、それだけ工業生産規模の拡大が必要であることを示しており、その結果、化石燃料消費量はむしろ増大することになるのです。
最近CCSというCO2を地下に密封貯留する技術が切り札の様に言われています。これは再生可能エネルギーの導入ではとてもCO2排出量の削減効果は期待できないために、化石燃料を使用するが、その代わりにCO2を地中に貯留して大気から隔離しようというものです。
しかし、CO2を高圧で地下に圧入するためには莫大なコスト、つまり装置システムとそれを駆動するためのエネルギー＝化石燃料消費が伴うことになります。したがって、CCSをしない場合に比べて、化石燃料から得られる便益に対して消費される化石燃料は増加することになるのです。
さらに、地下構造に対してCO2を半永久的に密封貯留するだけの完全性を求めることは不可能です。いずれどこからか大気中にCO2は還流することになることは避けられません。
尤も、このホームページで検証してきたように、大気中のCO2濃度に対して人為的に放出したCO2の影響は3％程度に過ぎないため、CCSが失敗してCO2が大気中に還流したからと言って、大気中CO2濃度が顕著に増加することはありませんが（笑）。
結局CCSは無駄なことをして化石燃料を無駄に消費して、金儲けするだけのことです。
そろそろ役に立たない「脱炭素化」技術で巨大な市場を手に入れてボロモウケしている悪徳企業の悪だくみに気付くべきではないでしょうか。