碳中和应对为制造业业务持续性提供支持<br>东京工业大学名誉教授 废热利用财团理事长 柏木孝夫氏访谈

在21世纪，改变产业结构的关键字是DX（数字化转型）和GX（绿色转型）的两个。首先进行的是推进工厂中的数字化DX，然后是将其产业结构转移到以清洁能源为中心的GX。直到20世纪，被称为产业基础的是铁，但在21世纪，它已经变成了数据。通过数据化，可以充分利用互联网和IoT，通过连接网络空间和物理空间，可以实现精细的控制。“通过利用数据和网络，可以将生产过程本身构建为IoE（能源互联网）的世界。IoE是Society5.0时代的能源系统，各种能源设备连接到网络，通过信息交换，相互进行能源需求控制和管理的系统”国立大学法人东京工业大学名誉教授 柏木孝夫氏说（图1）。

图1

实现IoE社会需要高性能的电力电子设备进一步促进可再生能源的利用，以及通过IoT中使用的传感器进行无线电力传输，以实现能源管理的精细化和高度化等。当电力电子技术通过半导体进行时，可以实现高速数字转换，IoE社会将变为现实。这样，半导体将取代石油，成为能源系统的核心。

在GX中，节能、电气化和氢能的三个是关键。关于节能，通过减少消耗电力的各种措施，从以前开始一直持续进行。关于电气化，关键是如何有效地使用来自可再生能源的零排放电源。无论哪个国家，都将太阳能、风能、地热、水力、生物质等可再生能源作为主要电源的目标。

“在日本，中小规模的水力变得昂贵，并不是一个明智的选择，地热也因为温泉法的关系而困难。因此，未来10年左右，太阳能和风能将成为中心，但由于天气的影响，发电的电力波动幅度会很大。因此，将DX和GX一体化，尽可能减少波动性至关重要，为此，需要使DX发挥作用，并对其进行严格控制”（柏木氏）

电气化的一个最简单的例子是电动汽车（EV），目前，汽车占日本二氧化碳排放量的17%左右，但如果使用EV，则几乎为零。然后，将稍微劣化的EV电池放在家里，并将其与屋顶的太阳能发电一体化，可以吸收波动性。

同样，如果工厂引入太阳能和风力涡轮机，则必须使用电池。如果它与EV一体化，则之前白天停放在停车场的员工车辆可以作为太阳能发电的控制用电池发挥作用。这样，工厂内的停车场就变成了蓄电系统，通过数字化，可以创建以可再生能源为基础的工厂。

这样考虑的话，DX和GX一体化的想法中，工厂的未来形态也变得清晰了。“氢气在工厂中无法生产，目前在日本也无法大量供应。但是，将其作为一种选择保留下来，并根据未来的社会形势扩大供应是很重要的”（柏木氏）

为了应对电力自由化，制造业必须立即着手的是确保稳定供应所需能源的能源安全。

即使工厂致力于节能，由于设备的电气化进一步发展，整体上消耗电力量不会大幅减少。因此，如果制造业不自己准备电源，将来业务可能无法维持。自备电源的情况下，由于受到零排放的限制，因此会使用发动机、涡轮机、燃料电池、太阳能发电等分散型电源。应该考虑使用Cogeneration系统（热电联产）从热源生产电力和热能，并进行供应（图2）。

图2

Cogeneration系统会排放CO2，但同时也供应电力和热能，因此整体上是节能的。

“发动机和涡轮机将逐步提高效率。此外，通过天然气的甲烷化，效率将进一步提高，CO2排放量将减少，或者如果变成CO2免费的甲烷，碳中和将实现”（柏木氏）