Y. Shirley Meng, professor of molecular engineering, University of Chicago’s Pritzker School of Molecular Engineeringエネルギー転換の鍵として、バッテリー技術への注目が高まっています。 化石燃料への依存から脱却を目指す社会にとって、バッテリーは最も現実的な代替手段であり、輸送や産業プロセスの脱炭素化から再生可能エネルギー発電のバックアップやストレージソリューションに至るまで、あらゆる場面で活用されています。

バッテリー技術はかつてないほど熱くなっていますが、同時に大きな成長痛も経験しています。

「最大の課題は、2つの大きな不足によって引き起こされます。 Y. Shirley Meng教授は、「原材料の不足によるサプライチェーンの問題や、人材不足があります」と述べ、「ほんの数年前でも、バッテリー産業がこれほど急速に成長するとは誰も予想できませんでした。」と続けます。

「Covidは、より強固なサプライチェーンが必要であることを再認識させてくれました」。 「パンデミック以前は、電池の供給をアジアに多く頼っていたが、今は欧米の企業がどこに工場を建て、どのように材料供給を確保するかでしのぎを削っています。」

自然エネルギーへのアクセスは成功の鍵

しかし、Meng教授が指摘するように、バッテリーが環境に優しいかどうかは、バッテリーに電力を供給する送電網があるかどうかにかかっています。

バッテリー技術が持続可能であるためには、グリーン電子が存在する場所である必要があります。

「バッテリー技術が持続可能であるためには、グリーン電子が存在する場所である必要があります」と、教授は言います。 「再生可能エネルギーがあまり含まれていない送電網で車を充電すると、バッテリー自体が地球の二酸化炭素排出量の削減に貢献しないことになります。」

バッテリーの需要が高まる中、Meng教授は適切な場所に工場を建設し、再生可能な電力へのアクセスを拡大することの重要性を強調しています。

「バッテリーの生産は、電化や再生可能エネルギーの利用が容易な場所で行う必要があります」。

このニーズは、加熱などの主要な産業プロセスにも及び、電気加熱ソリューションの使用により、大幅な効率化と持続可能性が期待できます。

効率を改善するための電気ヒーター

「正極材を製造するためには、前駆体を加熱するために非常に高い温度が必要とされるからです」と、Meng教授は説明します。 「非効率的な加熱方法を使用すると、製造プロセス中の排出量が増加します。」

もう1つの問題は、ニッケル、コバルト、銅など、バッテリーの製造に必要な重要な原材料が不足していることです。 1つの解決策は、鉱業会社とリチウム精製所の近代化と効率向上の方法を探すことです。もう1つの解決策は、リチウムイオン電池の代替品を探すことです。

次世代のバッテリー技術

現在、次世代バッテリーのさまざまな代替品が検討されています。 Meng教授は、最も有望なものとして、リチウム金属、固体、ナトリウムイオン電池の3つを上げています。

「リチウム金属電池は、エネルギー密度を高めることができるため、空飛ぶ車などのアプリケーションを実現できる可能性があります」と言います。 「固体バッテリーは、安全性が高い反面、製造コストがはるかに高くなります。 ナトリウムイオン電池の技術はまだ初期段階ですが、ナトリウムは非常に入手しやすいので、非常に有望であると考えられます。」

バッテリーはリサイクルを前提とした設計が必要

また、既存のサプライチェーンへの負担を軽減するために、リチウムイオン電池をより効率的にリサイクルする方法があります。

「現在、リチウムイオン電池は20%程度しかリサイクルされていないため、どうすれば元素を再利用できるかを考えなければなりません」とMeng教授は言います。 「これは最初からリサイクルを前提に設計されるべき製品です。 バッテリーパックは、埋立地に捨てられることなく、地球上で永遠に循環する必要があるのです。」

100倍以上の容量

将来に向けて、Meng教授は、自身が健全なバッテリー産業と呼ぶものを発展させることが重要だと強調しています。

「世界のエネルギー転換の軸となるには、数百テラワット時が必要となります。これは、少なくとも現在の100倍の容量です」と教授は言い、この容量は、天然資源を枯渇させたり、地球を犠牲にすることなく、何とか増やす必要があると付け加えました。

「採掘をどうするか、どこでやるか、リサイクルをどうするか、考えなければなりません」とMeng教授は言います。 「そのためには、計画的に、かつ慎重に要素配分を考える必要があります。 新しいバッテリーメーカーが、再生可能な資源にすぐにアクセスできる場所に拠点を置き、将来的にリチウムに代わる可能性のあるものを検討することを望みます」と、述べています。