発電や送電には多くの材料が使われる。 発電機に欠かせない鉄を中心とする 磁性材料、 送電の電線に欠かせない アルミニウムや銅を中心とする 導電材料、 安全に欠かせない碍子などを構成するアルミナなどの 絶縁材料。 そして太陽電池やパワコンに欠かせない 半導体材料。 鉄塔や電柱などに使われる鉄鋼や コンクリートなどの 構造材料。
パワープラント は、生活に必要な電力を生み出すだけでなく、 工業製品を製造するのに必要な電力をも生み出しています。 電気は、工業原料です。 製鉄所、 石油化学工場、 製紙工場などには、発電設備があり、余剰電力を電力会社に供給しています。
発電や 送電には多くの材料が使われる。 発電機に欠かせない鉄を中心とする 磁性材料、 送電の電線に欠かせないアルミニウムや銅を中心とする導電材料、 安全に欠かせない碍子などを構成するアルミナなどの 絶縁材料。 そして太陽電池やパワコンに欠かせない 半導体材料。 鉄塔や電柱などに使われる鉄鋼や コンクリートなどの 構造材料。
電気エネルギーの サプライチェーンの上流と下流を辿ってみましょう。
電気のサプライチェーンに関連した 磁性材料、 導電材料、 絶縁材料、 半導体材料なのような機能性材料をひとつ選びましょう。 その機能性材料と材料と物性について議論しましょう。
そして、その製造に使われるエネルギーについても考えてみましょう。
例）
発電、送電にかかわる工業製品として、太陽電池（ソーラーパネル）を選んだ。 ソーラーパネルは、発電を担うセルからなり セルを必要数並べて、樹脂や強化ガラスで保護し、屋外で使用できるようにしたものをパネルと呼ぶ。 これらを銅線などでつなぎ、必要な電圧できるようにしたものをストリングと呼ぶ。 * さらに、自家消費したり、送電したりするのに、パワコン（パワーコンディショナ）などの装置が必要になる。
太陽電池のサプライチェンの上流側で出てくる機能性材料として、 太陽電池のセルに使われる半導体材料の単結晶シリコンを選んだ。 太陽電池のセルの半導体材料については、最新工業化学p.68あるいは、現代の電気化学p.236に記載がある。 ちなみに、現代の電気化学の表紙は、太陽光パネルの素子群の写真である。
単結晶シリコンのサプライチェーンの上流をさらにさかのぼる。 単結晶シリコンは、引き上げ法で最新工業化学p.19図2.11で製造される。
単結晶シリコンの原料の高純度多結晶シリコンは、トリクロロシランから作られる。 その原料は、粗ケイ素であり、その原料は、ケイ砂（トン）とコークス（トン）である。 ケイ砂とコークスは、天然資源である。
単結晶シリコンインゴット（本）をスライスして、ソーラパネルモジュール（枚）とする。 ソーラパネルモジュールは20～30年使い続けられ、住宅の解体などで廃棄される。
廃棄された、ソーラーパネルは、 産業廃棄物の中間処理業者に持ち込まれ、 選別や破砕等が行われる。
半導体部分には、有害元素（レアメタル）が含まれているので、 それらの分別にも相当量のエネルギーが消費される。 最終的に、金属やガラス等の一部はリサイクルされ、残りは最終処分場に留置される。
https://www.solar-partners.jp/pv-eco-informations-42356.html?utm_campaign=Y_DAS&yclid=YSS.1000010645.EAIaIQobChMIyNXjxIeW8QIVy8EWBR0TFAT4EAAYAiAAEgLYXvD_BwE単結晶シリコンを使った太陽電池は、効率が高いものの、製造に要するエネルギーが大きい。 大量生産と低コスト化のため、ＣＶＤによる成膜で作るアモルファスシリコンの太陽電池も検討されている。
| 大分類 | 小分類 | 資源 | 用途 | |
|---|---|---|---|---|
| 用水 | 海水 | 🏞 海水 | 火力発電所の冷却 | |
| 淡水 | 🏞 河川水や 🏞 地下水 | 冷却、洗浄 | ||
| 純水 | 河川水や 地下水 | ボイラー 1 ) | ||
| 超純水 | 河川水や地下水 | ボイラー、 半導体洗浄 | ||
| 燃料 | 重油、天然ガス | 加熱炉 、 ボイラー、自家発電、非常動力 | ||
| 蒸気 | 河川水や地下水 | 加熱 、蒸気タービン駆動 | ||
| 電力 | 商用電力、太陽光 | 動力、 照明、自動制御、 コンピュータ 通信 | ||
| 圧縮空気 | 🏞 空気 | 自動制御、調節弁 |
工場では、原料や材料のほか、触媒や溶剤、補助的な薬品なども使われます。 またプラントを運転するために、用水、 燃料、蒸気、 電力、圧縮空気のような用役（ようえき）も必要です 2 ) 。
燃料（重油、ガス）、用水や蒸気を工場に供給するため、 配管設備が必要です。
高度成長期に作られた工場では、設備の老朽化が進み、安全を脅かしています。 工場ばかりでなく、水道管やガス管などの社会インフラの老朽化も問題になっています。
発電や送電には多くの材料が使われる。 発電機に欠かせない鉄を中心とする 磁性材料、 送電の電線に欠かせない アルミニウムや銅を中心とする 導電材料、 安全に欠かせない碍子などを構成するアルミナなどの 絶縁材料。 そして太陽電池やパワコンに欠かせない 半導体材料。 鉄塔や電柱などに使われる鉄鋼や コンクリートなどの 構造材料。
| エネルギー | 物性値 | 対象となる 材料 | 用例 |
|---|---|---|---|
| 💪 力学 （ p V） … | ポアソン比 | コンクリート | コンクリートのポアソン比は0.2です。 |
| 弾性率 縦弾性係数（ヤング率） | 弾性体 （ 鉄鋼・ アルミニウム・ プラスチック・ゴム） | ||
| 粘性率 | 流体 （電解液・スラリー） | ||
| ⚡ 電気（ n F E , e Φ） … | ⚖️ 導電率 〔S/m〕 | 電解液、溶融塩 | |
| ⚖️ 抵抗率 [Ω·m] | 導体 （銅・アルミニウム） |
🏞 アルミニウムの 抵抗率 ρ は、 2.655×10-6 Ω·mです。 *黒鉛 の抵抗率は、面方向で10-3Ωcmで、厚さ方向で0.1Ωcmです *) 。 アセチレンブラック の 粉体抵抗は、0.21Ω·cmです *) |
|
| ⚖️ 誘電率 | u.ac.jp/developer/Asp/Youzan/Physics/Quantity/@Quantity.asp?nQuantityID=34'>⚖️電界の強さ 絶縁体 （ アルミナ・ プラスチック） 圧電体 （マイク、 スピーカー） ・焦電体 | ||
| ⚖️ 透磁率 | 磁性体 | ||
| 🌟 光（hν） … | 屈折率 | ガラス プラスチック | |
| 反射率、吸収率、透過率 | 鏡 色素材料 顔料 染料 | ||
| 感光性・蛍光性・蓄光性 | 蛍光体 フォトレジスト | ||
| 🔥 熱物性 | 融点、沸点 | ||
| 比熱容量 | |||
| 熱膨張（線膨張係数、体膨張係数）、 | |||
| ⚖️ 熱伝導率 * | |||
| 🧪 化学物性 | 濃度 | ||
| 密度 |
バルクには、少なくとも物性が定まる程度の寸法が必要です。 たとえば、原子内部などに、 物性を議論するのは無意味です。
水 の三重点は、物理定数です。
化学工業の製品には、機能性材料ばかりでなく、 建築材料や紙のように量を求められるものもあります。
製品、農畜水産物、 天然資源は、組み立て、加工、管理されて、製品やサービスとなります。 この人、 カネ、 モノ、 情報の流れをサプライチェーンと言います 3 ) 。 製品やサービスに売り手と買い手がつけば、商品となります。
サービスは、モノとしてのカタチがなく、ためておけず、供給と消費が同時でないなどの特徴がある。
電気も、モノとしてのカタチはありませんが財物です。ためておけず、供給と消費が同時です。 今、 使っている電気が、 今、作っている電気です。
米沢キャンパスだけで、 1500kWもの 電力を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。 再生可能エネルギー の太陽光だけでは、電気が全然足りません。
スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、インターネットの通信を使って、発電量を制御します。気候に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を電池に蓄えます。
米沢キャンパスだけで、 1500kWもの 電力を使っています。 太陽光発電で賄えるのは、 昼間の日光があるときで、せいぜい30kW。 再生可能エネルギー の太陽光だけでは、電気が全然足りません。
スマートグリッドでは、 センサーを使って電力を計測し、 インターネットの通信を使って、 発電量を制御します。 気候 に左右されやすい再生可能エネルギーでは、余剰電力を 電池 に蓄えます。
XMLでデータ交換することもできます。
平常演習の配点は、授業1回ごとに、一律加点です。 平常演習には、ワークショップ、意見交換、発表、質疑応答など授業時間内の学習活動を含みます。 そのほかに授業時間外の0.5時間の学習活動を含みます。 平常点は、学期末に WebClass の 成績評価申請書 に申告していただき集計します。
授業時間外の活動の一助としてWebClassへの提出を推奨します。〆切は講義後１週間です。 ただし平常点の加点は、授業時間内の学習活動も含みます。 WebClass への提出のみでの、平常点の申告はご遠慮ください。
WebClass への平常演習提出は、推奨しますが、必須ではありません。 提出されていなくとも、 成績評価申請書 に、各回の授業時間以外の0.5時間の取り組みが申告されれば十分です。未提出だからと心配することはありません。
成績評価申請書 では、それぞれの授業で何を学び身につけたかを申告してもらいます。 WebClass に提出したかどうかより、身につけることを優先してください。 授業で取り上げたトピックや、グループワークの意見交換の内容は、期末までノート 6 ) などに記録しておくことを推奨します。 逆に授業に参加していないのに、WebClassの出席や提出だけの場合は不正行為として扱うことがあります。 平常の取り組みだけで、「到達目標を最低限達成している。成績区分：C」となります。 評点が60点に満たない場合は、不合格となります。 欠席した場合、課外報告書へ取り組むことで挽回してください。 出席が60%に満たない場合、課外報告書を提出しても、単位認定できません。
