Innovation strategies ③　Energy Resources, storage, and use（エネルギー資源・貯蔵・使用）

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京都議定書などで日本でも話題になっていたエネルギー問題。サウジアラビアの王子がシリコンバレーの企業に投資しているように、”資源”というものの限界について今回は勉強しました。

自分の過去とはほど遠いテーマでしたが、相変わらずとっても面白い。

1. What is "Energy"?
2. How is it going?
3. What does matters?
4. Summary

1. What is "Energy"?

According to the big bang theory by an astronomer named Georges Lemaître, the universe started as just a single point 13.8 billion years ago. Nowadays, Energy is essential for our daily lives whatever we do. As reported by the data of Global Primary Energy consumption, In 2015, the world consumed 146,000 terawatt-hours (TWh) of primary energy- more than 25 times more than in 1800. In all but 14 of the years from 1949 to 2007, energy consumption increased over the previous year. Total U.S. energy consumption reached its highest level in 2007. Here are some examples of fundamental energy resources.

• Nuclear fusion in the Sun (solar energy)

• Gravity generated by the Earth & Moon

• Nuclear fission reactions

• Energy in the interior of the Earth

• Energy stored in chemical bonds

In addition, The Department of Energy in the USA defines energy resources as below. The three major fossil fuels—petroleum, natural gas, and coal—combined accounted for about 77.6% of the U.S. primary energy production in 2017.

Clean Energy (from solar, wind, water)
Fossil (Coal, oil and natural gas)
Electric power(a secondary energy source generated by the conversion of primary sources of energy like fossil, nuclear, wind or solar.)
Energy Storage(Batteries, old pumped storage hydropower)
Hydrogen & Fuel Cells

2. How is it going?

According to the U.S. Energy Information Administration, There are five major primary energy consuming sectors. Their shares of total primary energy consumption in 2017 were:

Electric power—38.1%
Transportation—28.8%
Industrial—22.4%
Residential—6.2%
Commercial—4.5%

Since the increase in energy consumption, the temperature of the earth is increasing relatively, which is called global warming. Solving this issue, a lot of countries is trying to reduce greenhouse gas. United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) has been instituted in 1992. Kyoto Protocol in 1997 and the Paris Agreement in 2015 were adopted for this by the Intergovernmental Negotiating Committee. The Paris Agreement’s central aim is to strengthen the global response to the threat of climate change by keeping a global temperature rise this century well below 2 degrees Celsius above pre-industrial levels and to pursue efforts to limit the temperature increase even further to 1.5 degrees Celsius. Additionally, the agreement aims to increase the ability of countries to deal with the impacts of climate change, and at making finance flows consistent with low GHG emission and climate-resilient pathway.

3. What does matters?

The matter of energy is that it ultimately relies on materials on planet Earth. Most of the energy we use today comes from fossil fuels (stored solar energy) which have a disadvantage in that they are non-renewable on a human time scale. We cannot be alive if solar energy stopped since the earth will get extremely cold. Therefore, we need to store energy and use efficiently as long as we could. Constant adjustments to the supply are needed for predictable changes. Energy storage plays an important role in this balancing act and helps to create a more flexible and reliable grid system. In addition, we have to transfer from fossil fuels that are limited to renewable energy. Despite the ratio of renewable energy in Canada is 63.8% in 2015, the one in the U.S and Japan are still under 15% in 2015.

To reduce main greenhouse gases, the world has been paying attention to energy storage technologies. Since some renewable energy technologies – such as wind and solar – have variable outputs, storage technologies have great potential for smoothing out the electricity supply from these sources and ensuring that the supply of generation matches the demand. As energy storage technologies, there are different types such as Thermal Storage, Compressed Air, Hydrogen, Pumped Hydroelectric Storage, Flywheels, and Batteries. However, these technologies have issues due to the fact that these are likely to slowly commercialization. Energy storage is expensive and it is difficult to be cost-effective in the present. Even if Japan, where was the Fukushima disaster, these technologies are not easy to adopt because of the quality of technology and economics. Besides, residents near the proposed renewable energy sites of a huge solar farm in the city tend to mount a last-ditch effort to prevent its construction. Therefore, to establish both economic growth and adopting this technology reusability is the matter of the present.

4. Summary

In conclusion, energy resources that have mainly used now are limited in the world. As a first step, we need to store and use them efficiently by using storage technology. However, fundamentally, transferring from fossil fuels to renewable energy matters nowadays. Although each country procedure the energy strategy such as the Paris Agreement, it is not really enough for the increasing consumption nowadays. Cost-effective and letting the citizens understanding to introduce new technologies might be key factors for our future. Thus, we need to implement a short-term strategy and a long-term strategy for energy simultaneously.

1.　エネルギーって何？

GeorgesLemaîtreという名前の天文学者によるビッグバン理論によれば、宇宙は138億年前にただ一点として始まりました。

今日では、エネルギーは私たちの日常生活に欠かせないものですが、Global Primary Energy consumptionのデータで報告されているように、

2015年の世界エネルギーの消費量は146,000テラワット時（TWh）で、1800年の25倍以上。

米国の総エネルギー消費量は、2007年に最高レベルに達しています。

エネルギーって？って言われると、様々な整理が思いつきますが、基本的なエネルギー資源の例をいくつか示します。

太陽の核融合（太陽エネルギー）
地球と月が生み出す重力
核分裂反応
地球内部のエネルギー
化学結合に蓄えられたエネルギー

教授はこう言います。

ほとんどのエネルギーは「太陽だよ！」と「太陽がなくなったら一瞬だよ！！」と。

また、米国エネルギー省はエネルギー資源を以下のように定義しています。

石油、天然ガス、石炭の3つの主要化石燃料は、2017年の米国の一次エネルギー生産量の約77.6％を占めました。

クリーンエネルギー（太陽、風、水から）
化石（石炭、石油、天然ガス）
電力（化石、原子力、風力、太陽光などの一次エネルギー源の変換によって生成される二次エネルギー源）
エネルギー貯蔵（電池、旧揚水発電）
水素＆燃料電池

2. 現在、どうなっている？

米国エネルギー情報局によると、5つの主要な主要エネルギー消費部門があります。 2017年の一次エネルギー総消費量に占める割合は次のとおりです。
電力 - 38.1％
交通機関 - 28.8％
工業用 - 22.4％
住宅 - 6.2％
コマーシャル - 4.5％

エネルギー消費の増加以来、地球の温度は相対的に上昇しており、これは地球温暖化と呼ばれています。この問題を解決するために、多くの国が温室効果ガスを削減しようとしています。 1992年に国連気候変動枠組条約（UNFCCC）が制定されました。1997年の京都議定書および2015年のパリ協定は、政府間交渉委員会によって採択されました。パリ協定の中心的な目的は、今世紀の気温上昇を工業化前のレベルを2℃下回る温度まで維持することによって、気候変動の脅威に対する世界的な対応を強化し、気温の上昇をさらに1.5℃まで抑える努力を追求することです。。さらに、この合意は、気候変動の影響に対処するための国々の能力を高め、資金の流れを低GHG排出量および気候変動に敏感な経路と一致させることを目的としています。

unfccc.int

3. 何が問題なの？

エネルギーの問題は、それが最終的には地球上の物質に依存しているということです。私たちが今日使用しているエネルギーのほとんどは化石燃料（貯蔵された太陽エネルギー）から来ています。それはそれらが人間の時間スケールで再生不可能であるという点で不利です。地球が非常に寒くなるので、太陽エネルギーが停止した場合私たちは生きていけない。そのため、できる限りエネルギーを蓄え、効率的に使用する必要があります。予測可能な変化のためには、供給量を常に調整する必要があります。エネルギー貯蔵は、このバランスをとる行為において重要な役割を果たし、より柔軟で信頼性の高いグリッドシステムを構築するのに役立ちます。また、限られた化石燃料から再生可能エネルギーに移動する必要があります。カナダの再生可能エネルギーの割合は2015年時点で63.8％ですが、米国と日本は2015年にはまだ15％未満です。土地が問題なのかな。。なんなのかな。

教授は言います。

化石燃料はほぼタダなんだ！！再生可能エネルギーは超高いんだ！！だからみんなわかってても使えない。

主な温室効果ガスを削減するために、世界はエネルギー貯蔵技術に注目しています。風力や太陽光などの一部の再生可能エネルギー技術は出力が可変であるため、貯蔵技術はこれらの供給源からの電力供給を平準化し、発電の供給が需要に確実に一致するようにする大きな可能性を秘めています。エネルギー貯蔵技術としては、蓄熱、圧縮空気、水素、揚水発電、フライホイール、電池など、さまざまな種類があります。しかしながら、これらの技術はこれらがゆっくり商品化される可能性が高いという事実のために問題を有する。エネルギー貯蔵は高価であり、そして現在のところ費用効果的であることは困難である。福島の被災地であった日本であっても、技術の質と経済性のためにこれらの技術を採用するのは容易ではありません。その上、市内の巨大なソーラーファームの提案された再生可能エネルギーサイトの近くの居住者はその建設を防ぐために最後の努力をする傾向があります。したがって、経済成長とこの技術の再利用性の両方を確立することは、現在の問題です。

www.theguardian.com

そして教授は言います。

この技術を開発すること、化石燃料の費用対効果に勝るとも劣らない再生貯蓄技術の開発が21世紀の課題だ！！

4.　まとめ

結論として、現在主に使用されているエネルギー資源は世界で限られています。第一歩として、私達は貯蔵の技術を使用してそれらを貯え、有効に使用する必要がある。しかし、今日では根本的に、化石燃料から再生可能エネルギーへの転換が重要になっています。各国はパリ協定のようなエネルギー戦略を採用していますが、今日の消費の増加にはそれだけでは不十分となる可能性が高い。費用対効果が高く、新しい技術を導入することを市民に理解させることは、私たちの将来にとって重要な要素となるでしょう。したがって、エネルギーに関する短期戦略と長期戦略を同時に実施する必要があります。

そして、教授は言います。

家に太陽光発電のソーラーパネルがあるんだけどさ、雨降ったり、天気悪いと全然だめ！

でも天気がいいととっても調子がいいんだ！その好不調も含めてチャレンジを楽しんでるよ！

と。