ぼくが理解した現代のエネルギー事情

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17:11 2014/01/16
　植物はどういう仕組みで光のエネルギーを変換してＡＴＰを作っているんだろう。
　葉緑体の中に大量にあるというルビスコ。
　太古の昔、光合成細菌によって誕生した巨大なタンパク質ルビスコ。
　ルビスコ分子（Wikipedia）
　まるで花のよう。
　ルビスコは、まず、二酸化炭素を取り込んだ後、マグネシウムイオンが結合して活性化する。活性化したルビスコは、リブロース1,5-ビスリン酸に新たな二酸化炭素を結合させる。この結果、ホスホグリセリン酸が２分子作られて、そのうち１分子がグルコースの合成に利用される。
　しかし、光が射さなくなると、二酸化炭素を取り込んだ後、酸素が結合してしまうので、ホスホグリセリン酸が１分子しか作られない。
　ルビスコがホスホグリセリン酸を２分子作る反応は、１秒間に３回しか行われないという。反応が非常に遅いので大量のルビスコが必要になるということだろう。
　

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13:55 2014/01/13
　ガワール油田が世界最大の油田だということがわかった。埋蔵量が６４０億バレル、一日掘削量が５００万バレルで、世界の一日掘削量合計は８０００万バレル、世界の年間合計は３００億バレルといわれているから、ガワール油田の埋蔵量だけだと世界は２年しか持たない。
　１バレルは１５９リットルだから、３００億バレルは４８０００億リットルで、地球人口の７０億人で割ると、一人当たり７００リットル（４．３バレル）の石油を一年で消費していることになる。
　原油価格は１バレルで約１００ドルなので、世界の人口一人当たり年間４３０ドル（４万３０００円）支払っていることになる。

　この程度の支払額ならまだ生活は困窮しないが、石油はいつまでも噴出してくれるだろうか。

　そこでぼくは、地球のエネルギーの根源である太陽を調べてみることにした。
　理科年表によれば、地球から１億４９６０万キロメートル離れた太陽は、太陽面１平方センチメートルあたり、波長ごと、次のような輻射エネルギーを放出している。

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　

波長（オングストローム）	色	輻射エネルギー（エルグ）
2000	紫外線	10の8.30乗
2200	紫外線	8.85乗
2400	紫外線	8.95乗
3000	紫外線	9.88乗
3400	紫外線	10.12乗
3700	紫外線	10.20乗
3900	紫外線	10.18乗
4000	紫外線	10.31乗
4200	紫	10.39乗
4400	青	10.47乗
4600	青	10.45乗
5000	緑	10.41乗
6000	橙	10.23乗
8000	赤外線	10.03乗
10000	赤外線	9.71乗
14000	赤外線	9.23乗
20000	赤外線	7.74乗
50000	赤外線	6.56乗
100000	赤外線	5.36乗

　太陽から電磁波が放射される仕組みは（Wikipedia）：
　太陽中心部で水素の核融合がおこり、ガンマ線が発生する。
　太陽中心部では1500万度Kという高温のために電子や陽子が固定されずに飛び交っており、これらがガンマ線の直進を阻害するため外に放射されない。
　直進を阻害されたガンマ線は近くのガスに吸収されてエックス線として放出されるが、エックス線も電子や陽子に直進を阻害される。
　再びガスに吸収され放出される事を繰り返し、だんだんと波長が長い電磁波に変わっていく。紫外線や、それより波長が長い可視光線、赤外線に変わると、外側部（光球）に到達できるようになり太陽光として放たれる。

　なるほどそうか。こうして生物が利用できる紫外線、可視光線、赤外線が地球に届くんだ。

　太陽からの放出時における太陽放射の組成は（Wikipedia）：
　ガンマ線 - ごく微量
　エックス線 - ごく微量
　紫外線(100〜4000オングストローム) - 約7%
　可視光線(4000〜7000オングストローム) - 約47%
　赤外線(7000オングストローム〜100μm) - 約46%
　電波(100μm〜) - ごく微量
　ニュートリノ - 核融合によって発生するニュートリノは、電子や陽子などに直進を阻害されないため、ほぼ全て外に放射されており、地球にも到達している。
　このほか、アルファ線、ベータ線、電子、ヘリウム原子核、陽子などが太陽フレアなどによって発生する。

　太陽定数は（Wikipedia）：
　地球の大気表面に垂直に入射する単位面積当たりの太陽放射の量である。これは可視光線だけではなく、あらゆる波長の電磁波を全て含めた値である。人工衛星の測定によれば、太陽定数は１平方メートルあたり約１３６６Ｗである 。この値は、数年〜数十年の長期的な周期で多少変動しているほか、約27日周期の太陽黒点の活動によっても変化する。この変化は0.1%程度であり、地球の平均気温に与える影響は0.1〜0.2℃程度である。
　太陽から見た地球の角直径は1/11,000ラジアンなので、立体角は1/154,000,000ステラジアンとなる。このことから、太陽が放出しているエネルギーの総量は約3.37 × 10の26乗Wと見積もることができる。

　１平方メートルあたり約１３６６Ｗか。太陽電池を調べてみよう。

　ＪＩＳ規格によれば、
　基準状態は，次による。
　a)モジュール温度 25 ℃
　b)JIS C 8904-3による基準太陽光の分光放射照度分布 エアマス 1.5，全天日射時など。
　c)放射照度 1 000 W/m2

　１平方メートルあたり約１３６６Ｗの太陽光エネルギーのうち１０００Ｗについて、どのくらい発電できるか、ということだろう。
　Ｔ社のモデルでは、最大モジュール変換効率２０．１％とある。
　つまり、１平方メートル当たり２００Ｗの電力が得られる。

　産業用１００ＫＷシステムの仕様を見ると、１５００平方メートルで、年間発電量１００ＭＷｈとある。
　年間日照時間は日本では平均して１８９４時間なので、
　２００Ｗ×１５００×１８９４ｈ＝５７０ＭＷｈ
　これは大きすぎるから、この１／５になるのかな。
　産業用１ＭＷシステムの仕様を見ると、１４０００平方メートルで、年間発電量１０００ＭＷｈとある。
　２００Ｗ×１４０００×１８９４ｈ＝５３００ＭＷｈ
　やはり１／５になる。
　どういうことかな。

　太陽光発電システムの発電量計算式は、

　 　発電量　＝　システム容量　×　日射量　×　損失係数（％）

　損失係数というのが問題の鍵で、太陽光変換モジュールが温度上昇のために発電量が１５％から２０％減少する。これが１／５の訳かな。

　我が家の今月の電力量は４３３ＫＷｈで１２７７８円、１ＫＷｈ＝２５円になる。４３３ＫＷｈを太陽光発電でまかなうとすると、
　１０メートル四方の太陽電池パネルをつけたとき、
　２００Ｗｈ×１００平方メートル×２０％＝４ＫＷｈ
　４ＫＷｈ×３０日＝１２０ＫＷｈ

　１０メートル四方では足りない。これの３倍以上の、３６０平方メートルの土地が必要になる。つまり１１０坪。
　ということは、おおむね１００坪の家の屋根に太陽光モジュールを敷き詰めれば、所要をまかなえることになる。
　

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2014/01/11
　投資銀行家が見たサウジ石油の真実、という本を読んでいる。（日経BP社2007.3.26第一版第一刷）
　中東では石油は何時ごろから使われているんだろう。
　歴史によれば、
　ペルシャ湾西岸では、1920年、バーレーンで最初に発見され、スタンダード・オイル・カンパニーが商業油田を掘り当てた。
　1927年、イラクのキルクークで最初の大規模油田が発見され、約50年間にわたり、イラクの石油の５０％から７０％を生産し続けた。
　1923年、サウジアラビアのアブドルアジーズ国王は、ニュージーランドから来たホームズ少佐に石油採掘権を与え、彼はガルフオイル社に利権を貸与し、ガルフオイル社は採掘権をスタンダード・オイル・オブ・カリフォルニア（SOCAL）に売却した。
　1933年、SOCALとサウジアラビア王国は石油採掘権に関する契約を結んだ。
　SOCALは、埋もれた岩層の表面に見える露頭を調査して、ダンマンドームを発見し、ダンマン第7号油井から大量の石油が噴出して、その後44年間にわたり生産を続けた。
　1940年、SOCALはダンマンドームの南西にあるアブカイク構造で石油を掘り当てた。SOCALはテキサコを共同事業者としてカリフォルニア・アラビアン・スタンダードオイル・カンパニーとなり、1944年、同社はアラビアン・アメリカ・オイル・カンパニー（アラムコ）となった。
　1946年、スタンダード・オイル・カンパニー・オブ・ニュージャージー（後のエクソン）と、ソコニー・バキューム（後のモービル）がアラムコの株主に加わったが、モービルはリスクを考慮して資本参加を１０％とし、他の三社は３０％とした。
　1948年、アラムコはダンマンの南方に巨大な地質学構造を発見し、世界最大のガワール油田を掘り当てた。
　1970年代後半、サウジアラビア政府は、石油掘削の利権を買い戻し始め、アラムコの支配権はサウジアラビア政府に委譲された。
　1989年、アラムコは、サウジアラムコに改称された。

　世界の巨大油田の生産量（万バレル／日）
　　

油田の名称	国名	発見年	1971年	2000年	2006-2010年(Wikipedia)
ガワール	サウジアラビア	1948	206	450	500
アワリ	バーレーン				350
ボリバーコースタル	ベネズエラ	1917			260
キルクーク	イラク	1927	110	90	48
フョードロルスコヤ	ロシア	1971			190
ブルガン	クウェート	1938	90	150	170
カンタレル	メキシコ	1976		121	77
大慶	中国	1959		111
ザクム	アブダビ	1963		80
アフワズ	イラン	1958			80
北ルマイラ	イラク	1958		70
ブリオブスコヤ	ロシア	1982			68
マジヌーン	イラク				50
アブカイク	サウジアラビア	1940		60	43
シャイバ	サウジアラビア	1975		60
プルドーベイ	アメリカ合衆国	1968		55	90
勝利	中国	1962		55
マーリム	ブラジル	1985		53
サファニア	サウジアラビア	1951		50
ズルフ	サウジアラビア	1965		50
南ルマイラ	イラク	1953	48	50	130
ブハサ	アブダビ	1962		45
テンギス	カザフスタン	1979			45
ベリ	サウジアラビア	1964		40
サモトロール	ロシア	1961		32	84
エコフィスク	ノルウェー	1971		31
ロマシュキノ	ロシア	1948			30
ハイバーニア	カナダ	1979			20
リャントルスコヤ	ロシア	1966			17
西クルナ	イラク	1973			18
生産量合計			3,180(1972)		8,358(2012):エネルギー白書

　これを見ると、サウジアラビアの生産量が圧倒的に多く、次いで、イラン、イラクなどの中東諸国やロシア、中国が多い。
　オイルショックを契機として、石油価格の決定権がＯＰＥＣなどの産油国に移り、大手四社であるエクソンモービル、ロイヤル・ダッチ・シェル、ブリティッシュ・ペトロリアム、シェブロンの原油生産シェアは１０％程度と言われている。（Wikipedia）

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