積層造形はエネルギーの未来のカギを握る

2022年9月30日｜読書時間3分

EOSのポッドキャスト「Additive Snack」の3回にわたる特別版では、より強力で効率的、そして持続可能なエネルギーの未来において積層造形技術が果たす役割について掘り下げる。

アディティブ・マニュファクチャリングの強化が、信頼できるエネルギーの持続可能性を指し示す

社会のエネルギー需要が増大する中、二酸化炭素（CO2）をはじめとする温室効果ガス（GHG）の排出量はかつてないほど増加している。しかし、化石燃料を放棄して即座に自然エネルギーに切り替えることは、まだ実現可能ではない。積層造形は、カーボンフリーの未来に向けた革新的なエネルギーソリューションの開発と展開を加速する可能性を秘めた技術である。

持続可能なエネルギーが化石燃料にすぐに取って代わることはできないとしても、化石燃料への依存を減らし、「炭素化」していない世界の基盤を支える、目覚ましい進歩に満ちている。最先端の風力タービンや炭素回収技術から、核融合をクリーンエネルギーとして利用するための取り組みまで、その範囲は多岐にわたる。

ポッドキャスト「エネルギーの未来」ミニシリーズでは、業界の各分野の専門家に話を聞いた。簡単に言えば、私たちが主催させていただいた一連の会話の中で最も興味をそそられるものでした。各エピソードの主要テーマについては、続きをお読みください。

天然ガスにおける持続可能性への付加的アプローチ

パート1では、シーメンス・エナジーのアディティブ・マニュファクチャリング担当副社長クアン・ラック氏と、リンデのアディティブ・マニュファクチャリング担当責任者ピエール・フォレ氏に話を聞いた。フォレもラックも、水素が最もコスト効率に優れたエネルギー源であることを理解するようになった。従来の天然ガスを動力源とするタービンの一部または全部を水素に変換することができ、いずれも石炭燃焼ガスやシェールオイルよりもはるかに効率的である。

水素ガスを大量に分離することの難しさは、水素ガスの主流利用を阻む大きな要因のひとつである：電解槽で水素を水から分離し、圧縮して燃料が必要なタービンに送る（あるいは後で使うために貯蔵する）。しかし、これまでで最大の電解槽は、彼のチームが建設中であるため、フォレもよく知っている機械であるが、最大電力閾値は24メガワットである。水素を電解し、大規模な商業施設や住宅で熱や電力（あるいはその両方）を供給するには十分な電力ではないことは言うまでもない。ご想像の通り、このような取り組みは決して安価とは言えず、水素をグリーン電力の主流にするための課題はさらに深まるばかりである。

ラックもフォレも、さまざまな水素化プロジェクトでアディティブ・マニュファクチャリングを利用している。シーメンス・エナジー社では、ラックと彼のチームは、バーナーアセンブリ、燃焼スワラー、ダクト、その他の部品を3Dプリントした。彼らはまた、廃工場に統合されたグリーン・エネルギー・システムのプロトタイプを設計している。

一方、リンデのフォレと彼の同僚は、従来の製造では不可能な複雑な形状の部品を設計するために積層造形を利用している。これは、熱交換器、ノズル、コネクターなどの熱管理装置にとって特に重要である。フォレは、水素はクリーンエネルギーの決定的な解決策ではないとしながらも、製鉄から航空機製造に至るまで、多くの用途において脱炭素化には欠かせないものになると述べている。

風力タービンと炭素回収における責任ある製造

風力タービンメーカーVestas社の主席エンジニア兼積層造形および先進コンセプトのリードスペシャリストであるJeremy Haight氏は、Additive Snackの取材に対し、同社は小規模な部品交換のためにAMを使い始めたと説明した。最終的に、彼のチームは、サプライチェーンの大不足（COVID-19パンデミックに起因するものなど）がヴェスタスの製造プロセスを大幅に遅らせることがないようになった。ヴェスタスは、レーザー粉末床融合法（LPBF）やその他の積層造形技術を導入して、ドライブトレインや発電部品などを製造している。ヘイト氏は、積層造形は垂直統合と在庫のデジタル化を可能にするため、建設コストを削減し、炭素排出量を削減することで持続可能性への取り組みを活性化させると述べた。

一方、リカーボンのシニア・メカニカル・エンジニアであるステファン・マクレランドは、温室効果ガスの排出を回避するのではなく、排出された温室効果ガス（特にCO2とメタン）を捕捉し、クリーンな水素ベースの燃料に変換することに焦点を当てている。生成されたガスは高温（摂氏2,000度／華氏3,632度）で燃焼するため、リカーボンが独自に開発した「排出ブレード」やその他の主要部品を効率的に製造できるのは積層造形技術だけだ。AMだけが可能にする複雑な部品形状により、ReCarbonシステムは、熱による損傷を受けることなく、温室効果ガス変換時にガスの流れを誘導することができる。マクレランドは、ReCarbonはまだ商業的な準備が整っていないが、プロトタイプの段階には満足していると述べ、"アディティブ・マニュファクチャリングがなければ、我々は水面下で死んでいただろう "と率直に語った。

核融合エネルギーの夢が現実へ

ゆっくりと、しかし確実に、持続可能な核融合ベースのエネルギーは、不可能な夢から潜在的な現実へと変わりつつある。フューチャー・オブ・エナジーのフィナーレには、その目標に向かって努力しているゲスト、TAEのチーフ・マーケティング・オフィサーのジム・マクニールとシニア・メカニカル・プロダクト・エンジニアのヴィンセント・ピラードを招待するのがふさわしいと思われた。

水素ガスを使用するのとは異なり、放射能の危険性を軽減しながらスケーラブルな核融合を実行することは、常に進歩を妨げてきた。核融合が毎日起きている太陽の温度は、摂氏1500万度（華氏2700万度）に達する。ピラードが説明したように、地球上で核融合を実際に再現するには、1億度から10億度の温度が必要となる。TAEは、磁場の中にプラズマを閉じ込めるフィールド・リバース・コンフィギュレーションと呼ばれる独自の技術を使っている。現在のところ、最大で7500万度である。

TAEの両代表は、商業的核融合がいかに複雑なものになるかを軽視していない。しかしピラード氏は、アディティブ・マニュファクチャリングはすでにTAEの取り組みにプラスの影響を与えており、今後もそうなるだろうと説明した：TAEは「ビームダンプ」と呼ばれる冷却部品を完全に再設計し、より軽量で柔軟性があり、より大きな冷却能力を持つようにした。これにより、材料の使用量が削減され、サプライチェーンの最適化が促進される。マクニール氏は、TAEがこれまで行ってきたことは、純粋な核融合から何世代も先のことではあるが、積層造形が40年の歴史の中でどれほど進歩したかを完璧に例証していると付け加えた。

添加物スナックで午前中に集中

これらのエネルギーのトピックは紛れもなく複雑であり、上記の要約は各エピソードから最も魅力的な箇条書きの一部を紹介しているに過ぎない。各エピソードの要約は、各エピソードから最も興味をそそられる箇条書きの一部を紹介したに過ぎません。追加製造のアプリケーションと進歩に関する定期的な会話だけでなく、完全なストーリーについては、すべての主要なポッドキャスト・プラットフォームで利用可能なAdditive Snackをお楽しみください。