エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その５

2022/03/05 2022/03/10

lenemas

「エネルギーを貯めるいろんな方法を比較」シリーズの記事第5弾です（過去の記事はこちらから→その１、その２、その３、その４）。

今回も引き続き、エネルギー密度の具体値を比較してみます。前回の記事では、乗用車を動かすのに必要となるエネルギーとして、ガソリン50 [L]を考え、そのエネルギー量を他のエネルギーキャリアと比較してみました（エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その４参照）。今回は、自動車以外のものを動かす場合に必要となるエネルギーについて考えます。

飛行機

ボーイング777をモデルに考えます。

900 [km]を飛行する場合、燃料の消費量は7.9トンとあります^[1]。航空燃料の主成分はケロシンなどです^[2]。ジェット燃料の発熱量は36.54 [MJ L^-1]、密度は0.76-0.80 [g cm^-3]なので^[3]、ジェット燃料の単位重量あたりの発熱量は約46,000 [kJ kg^-1] （= 36.54 [MJ L^-1] / 0.76-0.80 [kg L^-1]）と分かります。よって、900 [km]を飛行するのに必要となるエネルギー量は363.4 [GJ]（= 7900 [kg] * 46 [MJ kg^-1]）と分かりました。

ちなみに、飛行機の重量は、ボーイング777で191トン、エアバスA340で175トンです^[4]。

トラック

10トントラックなら、燃料タンクの量は300-400 [L]程度らしいです^[5]。前回のポスト（エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その４参照）で見たように、ガソリン 50 [L]（= 37 [kg]）は1.7 [GJ]のエネルギーに相当するので、400 [L]は約14 [GJ]となりますね。

パソコン

Vaio（SVP13219CJB）を例にします。

アイドル動作時で消費電力約5 [W] (=J s^-1)であり、バッテリー駆動時間13時間とあります^[6]。よって、フル充電時のエネルギーは0.234 [MJ]（= 5 [J s^-1] * 13 [h] * 60 [min h^-1] * 60 [s min^-1]）と分かります。

スマートフォン

iPhone XRを例にとります。容量は2,492 [mAh]であり^[7]、電圧4 [V]で計算すると10 [Wh]（= 4 [V] * 2492 [mAh]）となり、これは36 [kJ]に相当します。

飛行機、トラック、車、パソコン、スマートフォンを、様々なエネルギーキャリアで動かしてみると？

ここまでの計算で、飛行機、トラック、パソコン、スマートフォンを動かすのに必要なエネルギー量が分かりました。また、前回のポスト（エネルギー貯めるいろんな方法を比較 -その４参照）では、自動車を動かすのに必要なエネルギーをだしていましたね。これらの値を、一覧表にまとめたものを以下においておきます。

comparison-of-energy-densities-of-carriers-with-examples

あわせてこの図には、ガソリン、液化アンモニア、高圧水素、リチウム電池を使ってそれらを動かす場合を考えてみました。その時に必要となる重量と体積を併記しています。

例えば飛行機を見ると、動かすのに必要なエネルギーは360 [GJ]です。これをガソリンで動かそうとすると、8.1トン、1,100 [L]のガソリンが必要となります。液化NH₃で動かそうとすると、14トン、2,100 [L]となります。これらは、本体重量180トンを考慮しても、許容範囲に見えますね。一方でLiイオン電池を使おうとすると、なんと400トン、170,000 [L]が必要となります。これは飛行機より重たいです。。。

こうしてみると、多くのエネルギーを要するもの（飛行機、トラック、自動車など）ほど、液体燃料が好ましいと分かります。逆に必要エネルギー量が小さいもの（スマートフォンやパソコン）は、電気の利便性を考えて、電池で動かすのが良さそうです。自動車を電動化する場合には、その車体を小さくする方が理にかなっていますね。

参考文献

日本航空株式会社, “航空実用辞典飛行計画　flight plan”, https://www.jal.com/ja/jiten/dict/p316.html#03-06 (accessed on 2021/10/05)
ANAホールディングス株式会社, “ANA Trivia Vol.74 灯油、ガソリン、重油…。飛行機の燃料は、次のどれに似た成分でしょう？”, https://www.ana.co.jp/travelandlife/article/000782/ (accessed on 2021/10/05)
石油連盟, “換算係数一覧”, https://www.paj.gr.jp/statis/kansan/ (accessed on 2021/10/05)
日本航空株式会社, “航空実用辞典旅客機諸元・性能表”, https://www.jal.com/ja/jiten/dict/p435.html (accessed on 2021/10/05)
ディーピーティー株式会社, “知っておきたい！トラックの燃料タンクの容量や増設をする際の注意点”, https://job-con.jp/special/driver/guide/info95 (accessed on 2021/10/05)
ソニーマーケティング株式会社, “SVP13219CJB・S スペック”, https://www.sony.jp/vaio/pre_include/html/VP21/spec_retail1.html#A1 (accessed on 2021/10/05)
Purudo.net, “バッテリー容量一覧”, https://xn--p9j1ayd.net/archives/263 (accessed on 2021/10/05)