解説

省エネを実現する仕組み「トップランナー制度」ーその1ー (江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 サステイナブルな世界を作るため、いま一番大きな問題は化石燃料由来の二酸化炭素の放出による気候変動への対応である。これには多くの人が同意してくれるのではないでしょうか。では、私達が個人として実践できることは何か。すぐ思いつくのは省エネ機器の導入なのですが、これを政策的に進めるにはどうするのか、というか今現在どのように省エネ機器の導入が進められているのか、というのが今回のお題です。

 たとえば「新しいテレビを買う」場合、省エネのためにどうすれば良いのでしょうか。今と同じサイズのテレビを買うより、より小さいテレビを買う方が省エネですよね。大型テレビを買おうなんてもってのほかです。でもちょっと待ってください。そもそもテレビってそんなに必要なのでしょうか。これを機にテレビをなくしてしまった方が省エネですよね。

 政府としては省エネルギーなテレビの開発を促すべきですが、それ以上にテレビの廃止をすすめるべきではないでしょうか。電波利用を規制してテレビ放送ができないようにすれば簡単に目的が達成できます。

 これは凄いアイデアです。なんでテレビに限る必要があるのでしょうか。エネルギーが消費されるのはそもそも人間がいるからです。一番良いのは人間そのものを減らすことです。「全宇宙の半分の生命を消し去る」のはちょっと大変そうなので、さしあたり人口を半分にしてはどうでしょうか。それを達成したらもう半分。さらに半分にして...。

 まあ、冗談はさておき、このように考えると「地球に優しくする」ことが目的であっても政府にはできないこと、やってはいけないことがあることが分かると思います。

 「省エネ機器を普及させる」という政策目標が議会の承認を得たとして、その目標を実現する際に、人々の他の面での選択(テレビを見るかどうかから、どんなサイズのテレビを所有するかまで)に影響を及ぼしてはならない。少なくとも影響を最小限に抑える努力をしなければならないのです。

 

 さて、テレビの省エネ化を進めるために、実際はどのような政策がとられているのでしょうか。資源エネルギー庁が公開している「トップランナー制度」という資料に基づいて紹介しましょう。 

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世界のエネルギー起源のCO2排出量の動向 ―2016年アップデート版―(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

(以下の記事は2018年7月3日の記事「減少する世界のエネルギー起源のCO2排出量」のアップデート版です。)

 地球温暖化の作用をもつガスはいろいろありますが、人間の活動によってもっとも大量に排出されていて、地球環境にも大きな影響を与えているガスはCO2であるということは良く知られています。なぜCO2ガスが排出されるのか、それは現在の社会では十分なエネルギー供給のためには化石燃料の利用が不可欠だから、ということも知られていると思います。

 では、その化石燃料から発生するCO2ガスの量はどのぐらいなのでしょうか。エネルギーに関する国際機関のIEA ( International Energy Agency ) から正にその点についてまとめた資料が出ています。

”CO2 EMISSIONS FROM FUEL COMBUSTION”

この資料はIEAのWEBサイトのこのページに記載があります。正規の報告書はダウンロード販売されていますが、概要(OVERVIEW)は無料でダウンロードできます。(IEAへの登録が必要。)

 2018年版の資料では2016年までのデータが整理されています。世界の総排出量は 32.31 GtCO2 、つまり 323億1千万トンとなります。日本の温室効果ガス排出量の約30倍で、やはり非常に大きな値というべきでしょう。

 排出量の2015年の値は32.28Gtで2016年の値はごくわずかに増加していますが、ほぼ変化無しと言って良いでしょう。昨年度報告された2015年の排出量はと比較すると 0.1% の減少だったのですが、その傾向は続かなかったということのようです。

 同資料の概要から以下の図を見てみましょう。

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エーテルってなに?(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 今回の記事は昨日のコナン・ドイル著「毒ガス帯」に対する書評に対する追加説明です。「毒ガス帯」は人類滅亡をテーマとして1913年に書かれた小説です。ではなぜ人類が滅亡するのか、小説のなかでの設定について先の記事で私は「地球全体が今までと違う状態にある宇宙の領域に入り込もうとしている」と紹介しました。でも実は本書の内容紹介での説明は

ある日地球の軌道上に突如としてエーテルの毒ガス帯が発生し...

となっているのです。この説明はあまり適切ではない。そう思って書き換えたのですが、その理由を説明したいと思います。

 まず、エーテルとは何でしょうか?いまこの質問をすれば十中八九、「含酸素有機化合物で...」という回答がくるのではないでしょうか。でも本書が1913年に書かれたことに注意してください。ここで「エーテル」と呼ばれているものは光の媒体となる存在として仮定されたものであって、有機化合物のエーテルの事ではないのです。当時、光が波動である、ということは確認されていたのですが波動がある以上はその媒体があるはずだ、と考えられていました。その媒体をエーテルと名付けたわけで普通の物質とは相当性質の異なるものであることは明かでした。

 この意味でのエーテルは目にも見えませんし匂いもしない。凝縮させて液体にすることもできません。物質との相互作用を突き詰めてゆくと次第に物質的な特性が曖昧になり、やがてエーテルという実態を考えるより空間そのものの性質と考える方が適切だと理解され、この意味でのエーテルという概念は放棄されるに至ったのでした。

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二酸化炭素が水に溶けやすい理由、水中の炭酸の存在(片桐教授)

| 投稿者: tut_staff

 二酸化炭素は水に「大変よく溶ける」事は、中学校の教科書にも記載されている事実です。よく振ったコーラが吹き出すイメージですね。

 中学校の教科書には石灰水に二酸化炭素を吹き込むと炭酸カルシウムができ、弱アルカリ性の水溶液に二酸化炭素を吹き込むとフェノールフタレインのマゼンタ色が消えていく様子から、二酸化炭素は水中で「炭酸」になる。そして中和反応により炭酸カルシウムができ、アルカリ性の液体が中和されるとしています。
 炭酸そのものの単離はごく最近です。1991年の論文で単離が報告されています。しかし、このH2CO3の炭酸は理論計算によって、水1分子でも存在すると二酸化炭素と水に戻ってしまう、そうです(Angew. Chem., Int. Ed. 1991, 39, 891‒894.)。
 ちょっと待った!。これまでの常識と最新の研究結果に矛盾があるぞ。

 確かにアルカリ水溶液は二酸化炭素を炭酸の形で固定化するでしょう。この場合は水溶液中に大量の水酸化物イオンがあり、二酸化炭素を炭酸化してさらにその塩をつくるでしょう。しかし、純粋な水は絶縁体として知られています。つまり水酸化物イオンの濃度はごくわずかです。その濃度は1×10-7 mol/L ですね。ごくわずかです。
 中学校の二酸化炭素の水への溶解実験はほとんどがアルカリ条件です。フェノールフタレインのマゼンタ色が消えていく実験について言えば、その変色域は、ややアルカリ性側です。フェノールフタレインはpH8.2未満で無色になります。

 本当に二酸化炭素は水中で炭酸になって溶け込んでいるのでしょうか?。
水と二酸化炭素から炭酸のできる反応式は

H2O(l) + CO2 (aq) ⇄ H2CO3

ですが、文献では、その平衡定数は25℃で1.7×10-3だそうです(J. Phys. Chem. 1969, 73, 3351–3356)。ということは、純水中に炭酸はほとんどないという事ですね。あれっ?。中学校や高校で習った事とちょっと違うぞ!。

 

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再生可能エネルギーのインパクトはどのくらい?(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 先日の記事で2017年(これが最新版です)の日本の温室効果ガスの排出量について紹介しました。温室効果ガスの排出量は4年連続の減少で、その主な原因はエネルギー起源のCO2の排出量の減少です。今回の結果が特徴的なのは2017年度には前年度比でエネルギーの消費は増えたにもかかわらず、CO2の排出量は減少したという点でした。(それ以前の3年間はエネルギー消費自体が減少していました。)

 エネルギーをたくさん使ってもCO2排出が増えない、ということは再生可能エネルギーなど、化石燃料以外のエネルギー源が増えたということでしょう。

 ということで今回は再生可能エネルギー の普及状況について。まずは代表的な再生可能エネルギーである太陽光発電の世界での導入量。元データはエネルギー白書2019から取りました。

エネルギー白書2019より【第222-2-11】世界の太陽光発電の導入状況(累積導入量の推移)

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なお、エネルギー白書2019には注釈として「出典:IEA「PVPS TRENDS 2018」を基に作成」とある。

 

どんどん導入量が増えている様子が見て取れます。では、再生可能エネルギーのもう一つの代表である風力はどうでしょう。

エネルギー白書2019より 【第222-2-12】世界の風力発電の導入状況

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なおエネルギー白書2019には注釈として「出典:Global Wind Energy Council (GWEC)「Global Wind Report(各年)」を基に作成」とある。

 こちらも順調に増加していますね。

 このほかにもバイオマス発電などが再生可能エネルギーと分類されていますが、いずれも大気中の二酸化炭素を増やさない(か、化石燃料に比べてごくわずかしか増やさない)エネルギー源であり、これらの再生可能エネルギーは近年急速に導入量が増えています。

 なるほど「世は正に大 再生可能エネルギー時代!」という印象です。では他のエネルギー源とくらべてこれら(水力以外の)再生可能エネルギー源はどのくらいの存在感があるのでしょうか。

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日本の温室効果ガスの排出量(2017年度版)(江頭教授)

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 最大の環境問題である地球温暖化、その原因物質である二酸化炭素をはじめとする温室効果ガスはだれがどのくらい出しているのでしょうか。温室効果ガス削減のための基本的な指標となるこのデータ、日本国内での発生量については温室効果ガスインベントリオフィス(GIO)がとりまとめて毎年発表しています。最新版はこの4月に発表された2017年度のデータ。少しタイムラグがあり、一昨年度のデータを昨年度のうちに整理して今年度発表する、というながれになっています。

 さて、実はこの記事、昨年もほぼ同じ書き出しで書いた「日本の温室効果ガスの排出量(2016年度版)」のアップデート版です。で、今回の結果は

2017年度の温室効果ガスの総排出量は12億9,200万トン(二酸化炭素(CO2)換算)で、前年度比1.2%減(2013年度比8.4%減、2005年度比6.5%減)でした。

となっています。2014年度から4年連続の減少で、2008年のリーマンショックの影響を受けた2009年とならぶ低い値となっています。2011年の東日本大震災とそれにつづく原子力発電所の停止によって化石燃料による発電に回帰せざるを得なかった状況に対して、それでも温室効果ガスが減少するという状況は継続的に社会が変化していることを示している思われます。

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金星の温室効果(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 「温室効果が問題だ!」と言う人がいますが、では温室効果がなかったら地球はどうなっていたのでしょうか。太陽から来る光のエネルギーで暖められた地球から輻射熱(いわゆる赤外線です)としてエネルギーが逃げる、と考えてエネルギーバランスから計算すると地球の温度は零下20℃程度。ものすごく寒くて多くの場所は人間が生活するのには不向きな場所となってしまうでしょう。地球が現在のように適度に温暖な状態にあるのは、実は大気中の二酸化炭素や水(水も温室効果ガスです)の温室効果のおかげなのです。

 ですから「温室効果」そのものが問題ではありません。温室効果の度合いが変化する(それも人間活動によって)ことが問題なのですね。

 さて、この温室効果、一体どの程度までの温度上昇を起こすのでしょうか。地球を実験台にすることはできませんが、他の惑星と比較することは可能です。水星、金星、地球、火星を比較すると太陽に近いほど温度が高いと考えられるのですが、実は金星の表面温度は400℃程度で水星よりも高温なのです。金星では強い温室効果が起こっているからです。

 金星の大気圧は90気圧程度。その大部分は二酸化炭素です。水も存在しますが400℃ともなればこの大気圧でも完全に蒸発して気体になっています。濃密な二酸化炭素の大気と液体にもどることのない水による温室効果で400℃となった世界、金星では人間はとても生きてゆくことはできないでしょう。

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 さて、金星の状態を念頭に地球について考えてみましょう。二酸化炭素の排出量が増えて地球温暖化が進行する。温度が上がると水蒸気が増える。水(水蒸気)は温室効果ガスなので、その効果によってさらなる温暖化が進行し...、と事態が進行したら温室効果による温度の上昇には限りがないのではないか。ひょっとして地球も金星のような(真の意味で)人の住めない世界となってしまうのではないでしょうか?

 

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「2050年人類滅亡!?」釣りタイトルもほどほどに、という話(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 少し前の話になりますが、ニューズウィーク日本版のウェブサイトに「2050年人類滅亡!? 豪シンクタンクの衝撃的な未来予測」という正に衝撃的な記事が掲載されていました。

 

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 この記事は本当に衝撃的でした。なぜならこの刺激的なタイトルと象徴的なイラストの直下に

<オーストラリアのシンクタンクが、今後30年の気候変動にまつわるリスクを分析し、最悪の場合、人類文明が終焉に向かうかもしれないという衝撃的な方向書を発表した>

という要約があるのです。

 「人類滅亡」と「人類文明が終焉」は全く違う話やないかー!

という、誰かをハリセンで叩いて思いっきりツッコミを入れたくなるような衝撃のボケ展開には正直愕然としてしまいます。私はニューズウィーク日本版はまっとうなメディア、もっというと権威のある情報源だと思っていたのですが、これは酷い。いくら何でも酷すぎる釣りタイトルだと思います。

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「偏差値100」はどのぐらい凄いのか(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 昨日のブログでは偏差値について

偏差値の点数が100点満点の試験の点数とよく似ていて、試験の点数のメタファーとなっている

割には

平均の位置という点で明らかに異なっている。

という点が問題ではないか、と述べました。

 今日のお題はその続きで、試験の点数と偏差値とで分布がどのくらいずれているのか、もっと単純に言うと試験で100点をとるのと偏差値100を取るのはどのくらい難しさが異なるのか、というお話です。

 「きちんと勉強していれば試験で100点が取れるはずだ!」という意見はともかく、試験で100点をとることはまあ、不可能ではないでしょう。では偏差値100はどうか?

 成績の分布が正規分布になっていると考えると偏差値60以上は約16%ほど。偏差値70になると2.3%ぐらいです。

 偏差値80はどうでしょうか。上位0.13%で、700~800人に1人、という計算になります。これが偏差値100になると350万人に1人、という確率に。これはなかなか達成できないのではないでしょうか。日本の受験生の総人数が100万人程度という実情を考えると偏差値100の成績優秀者は数年に一度の逸材。目指すとか目指さないとかのお話ではないでしょう。

 こうしてみると「100点を取るように頑張りましょう」というのは励ましのメッセージですが、「偏差値100を目指して頑張ろう」は単なるイヤミになってしまいます。

 

 

 

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電子レンジでコップ1杯のお湯を沸かすには何分必要か?(江頭教授)

| 投稿者: tut_staff

 電子レンジはとても便利。最近はコンビニで「レンジでチンして」食べる食品が売っています。そんな食品には大抵「500Wで○○分、1500Wで××分」などと記載があるのですが、ではそんな記述のないものを暖めるにはどのぐらいの時間が適当なのでしょうか。

 最も簡単な例として水を加熱してお湯を沸かす場合を考えて見ましょう。電子レンジで消費されるエネルギーが完全に水に伝わる、と考えればこれは熱の仕事当量(1g=1mLの水の温度を1℃上げるために必要なエネルギーの量です)を使って簡単に計算できます。

 まず電子レンジの出力が500Wだとすると1秒で500Jのエネルギーが水に供給されることになります。熱の仕事当量は4.19Jですから1mLの水なら500÷4.19 =119.3より、約120℃の温度上昇があることになります。おっと、これでは沸騰してしまいますね。逆に120mLの水なら1℃温度が上がる、と考えましょう。

 1分間=60秒なら120mLの水を60℃暖められます。水の初期温度にもよりますが、例えば20℃からスタートすれば80℃。いい加減のお湯ではありませんか?

 コップ1杯の水を、例えば180mLとすれば水の量は1.5倍。したがって500Wの電子レンジならコップ一杯で約1分半と言うことになります。

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