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Mar 20, 2023

バッテリーのエネルギー密度の向上は、トラック、船舶、飛行機にとって実際に何を意味するのでしょうか?

Il futuro di tutti i trasporti terrestri e di gran parte dell’aviazione e del trasporto marittimo

すべての地上交通と、非常に多くの航空および海運が電気で、低炭素で、より静かで、臭いがはるかに少なくなる未来は、手の届くところにあります。 手を伸ばして両手で掴まないと失礼です。

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これを書いている現時点で、私はヨーロッパの大手民​​営海運会社の世界的な技術リーダーの大勢の聴衆の前で、船舶のエネルギーを本業とする人々とともにステージに座ってから約 30 時間経っています。 彼らは年次技術サミットを開催しており、海運が実際にどのように脱炭素化するかについて他のパネリストや専門家と議論するよう私を招待してくれました。

もちろん、私が彼らに言うのは、彼らが私がそこで一体何をしているのかと疑問に思うのには十分な理由があります。 この部屋にいる他のほとんどの人たちとは異なり、私は船用の燃料を作ったり、売ったり、買ったりしません。 私は船を買ったり、売ったり、運航したりしません。 私は聴衆の多くがしているように船を設計しません。 私は船の電力要件を指定しませんが、これもまた出席者が指定することです。

給油前の海上輸送メガトン化石燃料、著者によるグラフ

しかし、私がここにいるのは、航空、水素、鉄鋼、V2G、グリッドストレージで行ってきたことを海運でも行ってきたからです。 私は問題空間を観察し、すべての解決策と称するものを比較し、数十年にわたって合理的なシナリオに沿って需要と供給の曲線を予測し、それから自分の考えを裏付けとなる証拠とともに共有することに多くの時間を費やしてきました。 その多くはエネルギーに関するものなので、ある分野で学んだことは別の分野にも応用できるということです。 私は、1 つのドメインの作業にすべての時間を費やしている人よりも、もう少し簡単に洞察を相互影響させることができます。

もちろん、それは私がダニング・クルーガー症候群の主要な例にならないように細心の注意を払わなければならないことを意味し、時々人々から非難されるような間違いを犯すこともありますが、それらはほとんど対処可能な懸念であり、時折屈辱的な副次的順序があるだけです。 。

これはバッテリーのエネルギー密度とどのような関係があるのでしょうか? さて、明日のステージに立つ人の中には、Echandia Marine ABの代表者もいます。 彼らの本業は船舶にバッテリーを搭載することであり、私はこれが海洋脱炭素化の大きなくさびだと考えています。 私の 2100 年の予測では、すべての内陸海運と近海海運の 3 分の 2 がバッテリーで稼働し、それらのバッテリーは低炭素電力またはゼロ炭素電力で充電されることが増えています。 太平洋を横断するために16,000トンのバンカー燃料をバッテリーに置き換えることは、2100年までに実現する可能性は非常に低いため、長距離航行には今世紀も依然として液体燃料が必要です。

Echandia マテリアルは、非常に特殊な海洋範囲のポイントになります。 バッテリー システムは 40 海里 (NM)、約 74 キロメートルの航続が可能です。 大したことではないように思えますが、大きな船や船での旅行がたくさんカバーされています。

このシステムはリチウムチタン酸化物 (LTO) 電池を使用します。 それが、脱炭素化の取り組みの現時点で有用であり、販売可能であると同社が考えているものです。 この化学物質は特に高いエネルギー密度を持っているわけではありませんが、良好なサイクル速度を備えており、大きな電力消費のアプリケーションに適しています。 現在の船舶のトルクと馬力の要件に適しています。

ちょっとオタク的な余談: エネルギー密度とバッテリーについて話すときは、キログラムあたりのワット時 (Wh/kg) について話します。 ディーゼルは約 9,007 Wh/kg で稼働します。 Jet-A 航空燃料は約 7,778 Wh/kg を消費します。 輸送手段で化石燃料を販売または使用する人々は電力の単位を使用しないため、通常はそのように表されません。

大型の船舶エンジンや大型ジェットエンジンは、入手可能なものとほぼ同じくらい、途方もなく効率的な獣です。 何十年にもわたる集中的なイノベーション、要求の厳しい顧客、優秀なエンジニアがそのような結果をもたらす傾向があります。 しかし、カルノー、ディーゼル、ブレイトン サイクルには厳しい熱力学的限界があります。 大型船舶用エンジンは、燃料のエネルギーの約 50% を前進運動に変換します。 最新のジェット エンジンは、少なくとも高度 30,000 ～ 38,000 フィートで最適な巡航速度で走行している場合、飲み込んだ灯油の 55% を有用なエネルギーに変換します。

つまり、船舶エンジンはディーゼルから約 4,500 Wh/kg の有用なエネルギーを取得し、ジェット エンジンはおそらく 4,300 Wh/kg の有用なエネルギーを取得します。 テスラが使用するバッテリーの容量は約 269 Wh/kg で、電気ドライブトレインははるかに効率的ですが、そのすべてが前進運動に変換されるわけではなく、通常は約 85% (おそらく 225 Wh/kg) です。 4,300～4,500Wh/kgと40～225Wh/kgの間には大きな違いがあります。 ディーゼルとジェットAケロシンは、効率の違いを考慮すると、テスラが使用するバッテリーの約20倍のエネルギー密度で動作しており、明らかにエカンディアのLTOバッテリーにとってより大きな要因です。

しかし、ここには語る価値のある物語があります。 テスラが使用するバッテリーは、LTO の 3 倍のエネルギー密度を持っています。つまり、一部の人々がすでに行っているように、船舶で同じバッテリーを使用すると、同じバッテリーサイズで約 120 NM の航続距離が得られることになります。 40 NM ほどエキサイティングではありませんが、もう少し興味深いです。

最近、2 つの異なる企業がバッテリーのエネルギー密度について発表しました。 市場の37％を占める電気自動車用バッテリーの世界的リーダーである中国のCATLと、実際にバッテリー製品を出荷しているシリコンバレーの新興企業であるAmpriusは、どちらもエネルギー密度が500Wh/kgで、テスラの約2倍であると主張した。

海上輸送の場合はダブルテスラ、その 120 NM が 240 NM になります。 ふーむ。 これにより、さらに多くの航路がカバーされることになります。 しかし、まだ終わっていません。

また、米国と中国でも、非常に興味深い躍進がいくつかありました。 シリコンはバッテリーの聖杯化学物質の 1 つです。 2,600Wh/KGの可能性があります。 効率の計算を考慮すると、これは海運と航空が今日得ている収入の約半分に相当します。 これはCATLとAmpriusが発表した数字の約5倍だ。

海上輸送の場合、これはおそらく航続距離 1,200 NM を意味します。 そして、これはすべての内陸輸送距離と短海距離の 3 分の 2 をカバーします。 これでコンテナやバルク船を押して大西洋や太平洋を横断することはできませんが、ロールオン ロールオフ (roro) 船や商船を押して世界中のほぼすべての予定航路を横断することになります。

Stena Sphere の視聴者に「1,200 海里を超えるステナ ラインの予定ルートはありますか?」と尋ねます。 地図上で予定されているルートを確認すると、答えはノーであると確信しています。 しかし、私は彼らのビジネスに詳しくないので、1人か5人はいるかもしれません。 しかし、大多数はそれを大幅に下回っています。

ちなみに、バッテリーはほとんどが輸送用コンテナに入れられる予定だ。 このようにして、テスラ、コンバージェント エナジー + パワー、バルチラなどの大手蓄電池企業は、電力網や大規模なビハインド ザ メーターの導入に向けて、事前にパッケージ化、構成、配線された状態で、スラブ上に設置され、プラグに接続された状態で出荷しています。 、そしてただ働くだけです。 化石燃料であるばら積み貨物の40%が現在の量の数分の1に減少し、粗鉄鉱石の15%が現地でさらに加工されるため、ばら積み輸送が激減するにつれ、海上輸送のコンテナ化される割合はさらに大きくなるだろう。 また、コンテナ船や港では、現在は冷凍用に電力を供給しているものの、コンセントに接続する必要があるコンテナをすでに扱っています。 船舶と列車はコンテナ化されたバッテリーを共有し、主に積替え港で充電されることになるが、列車には回生ブレーキや架線が設置され、バッテリーに電力を供給する時間もある。

さて、エカンディアは 40 NM、海洋用テスラは 120 NM、CATL/Amprius は 240 NM、シリコンは約 1,200 NM です。 240 NM は来年か再来年に出荷される可能性があります。 現在の技術の準備レベルに基づいて、シリコンは 10 年以内に船舶に搭載される可能性があります。 レンジ不安の人はいますか？

これは航空業界ではどうなるのでしょうか? テスラのエネルギー密度は、エネルギーを転換したり予備にしたりすることなく、300 キロメートルの離陸、飛行、着陸を行うのにすでに適しています。 多くの企業がハイブリッド システムを使用しており、持続可能な航空燃料 (SAF) で転用および予備用に発電機に電力を供給できるため、95% の時間バッテリーで稼働できるようになり、これは将来への非常に確実な前進となります。 。

CATLとAmpriusの発表では600キロメートルとされている。 シリコンはそれを3,000キロメートルと見積もっている。 ガンダー、ニューファンドランド、アイルランドがどれくらい離れているか知っていますか? 3,000キロ。 そうです、それは驚くべきことです。 今日実証された技術は、100人ほどの魂を北大西洋を越えて飛ばすことができるだろう。 したがって、2070 年までにバッテリー電気飛行機による大洋横断が完全に実現可能になり、その後 30 年間で燃料を燃やすジェット機の廃止にかかるだろうという私の予測です。

道路貨物についてはどうですか？ さて、テスラセミは現在ペプシによって使用されています。 サードパーティによる証明ではありませんが、適切な組み合わせで積載した場合の航続距離は 800 キロメートルです。 ペプシはチップスを入れて800km、炭酸ビルジ水のフラットで640kmを走りました。 ただし、航続距離 800 km を使用しましょう。 CATL/Ampriusの発表によれば、その航続距離は約1,600kmで、これは現在の米国の大型ディーゼルセミセミの約半分に相当する。 シリコンは 8,000 km の走行可能性をもたらしますが、これはまったく愚かなことです。 バッテリーのエネルギー密度が増加すると何が起こるかというと、トラックのバッテリーが物理的に小さくなり、バッテリー電気トラックの重量に関するこのばかばかしいことはすべてなくなるでしょう。

要約すると次のようになります。

これは魔法ではありません。 それはもはや科学ですらない。 これは単なるエンジニアリングです。 持続可能な道路貨物センターの所長でケンブリッジ大学機械工学教授のデビッド・セボン氏が先週話した際に、重要なのは車両のバッテリーではなく充電器に電気を供給することだ、と語った。 それはコンポーネントではなくシステムに関するものです。

すべての地上交通と、非常に多くの航空および海運が電気で、低炭素で、より静かで、臭いがはるかに少なくなる未来は、手の届くところにあります。 手を伸ばして両手で掴まないと失礼です。

電気航空スタートアップ FLIMAX の諮問委員会のメンバーであり、TFIE Strategy のチーフ ストラテジストであり、distnc technology の共同創設者です。 彼は、受賞歴のある Redefining Energy チームの一員として、「Redefining Energy - Tech」ポッドキャスト (https://shorturl.at/tuEF5) を主催しています。 彼は、40 ～ 80 年後の脱炭素化のシナリオを予測し、経営陣、取締役会、投資家が今日賢明な選択をできるよう支援することに時間を費やしています。 航空燃料補給、電力系統貯蔵、車両間電力供給、または水素需要のいずれであっても、彼の仕事は物理学、経済学、人間性の基礎に基づいており、脱炭素化の要件と複数の領域の革新によって情報を得ています。 北米、アジア、ラテンアメリカにおける彼の指導的地位は、彼の世界的な視点を強化しました。 彼は、イノベーション、ビジネス、テクノロジー、政策に関する複数の媒体で定期的に出版しています。取締役会、戦略アドバイザー、講演活動などにも利用できます。

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