2017年 11月 の投稿一覧

ガソリンスタンドで久々の遠出のため満タンお願いしたところ、途中でスタンド店員が怪訝そうな顔で「このクルマ大丈夫ですか？漏れていませんか？」と聞いてくる。メーターは６０リッターを超えている。そう言えば何十年前のドッキリＴＶで軽自動車のタンクを大型に改造してスタンド店員を驚かす番組があったことを瞬間思い出した。

最近のクルマはエンジンのダウンサイジングに伴う燃費向上やハイブリッド車の浸透もありＣクラス車ではタンク容量は４５リッター前後になっている。それでも普通はガソリン継ぎ足しなので、６０リッター給油はこの店員からみると異常に映ったのであろう。

４０年前まではタンクは金属製で給油の度にタンク内防錆剤はいかがですか？と迫られていたものである。今は樹脂製であるがその理由はもちろん防錆剤不要が原因ではない。クルマ内でのタンクの設置場所が金属製に比べて自由度があり、居住空間やラゲッジルームが広く取られるデザインメリットが大きい。その上、安全性も高いと書くと金属に比べて樹脂が安全？？とそれこそ納得しない人がいてもおかしくはない。４０数年前はその｛常識｝と格闘していたのだ。樹脂製にすると複雑な形状にできるので、座席、ラゲッジ内のスペアタイヤなどの隙間の空間に設置することもできる。ランドクルーザーではフロアに乗せるのではなく、路上からの石跳ねにも耐える強度があるので、フロアの一部としてタンク露出の設計をすることがある。

当初は樹脂製のタンクといえば灯油缶みたいなモノをクルマに搭載するのか？と言われたが、フォードが樹脂製タンクの開発を始めると情勢は徐々に変化して、金属製と樹脂製を冷静に比較し始めた。金属はガソリン透過性が小さいが樹脂は透過し易い、衝撃強度は樹脂製が高いことを樹脂専門家は理解していても、金属の「なんとなく安心感」を消費者がもっているだけに容易には受け入れられない。

そこで樹脂製タンクにするには第一にガソリン透過性を改善すること。第二にタンクとしての衝撃が高いことを証明することであった。米国では高密度ポリエチレン中空成形のタンク内面をフッ素処理やSO3など化学処理する実証試験が進んでいたが、日本勢は燃料透過性が低い材料をサンドイッチすることに注力した。当初はナイロンを検討し、現在はEVOH（エチレンビニルアルコール）に切り替えポリエチレンとの溶着性改良のための接着性材料をも開発し、合計３種５層～７層構造のタンクにした。現在はこれがグローバルスタンダードになっている。次に衝撃強度に対するタンクメーカーや消費者への安心感対策である。ガソリンの代わりにエチレングリコールを満タンにして極寒地の衝突を想定してー30℃に冷却して3階建物の屋上から鉄板を敷いた地表に落下したところ、破壊せず２階付近まで戻ってきたことで充分な強度があることで受け入れられた。昨日のことのように思い出す。そのガソリンタンク。今度はＥＶ化の動向の中でまな板の鯉状態にある。トータルで見たLCA（素原料発掘―精練・精製―輸送―成形―組立ー使用時各工程での発生する炭酸ガストータルの環境負荷アセスメント）ではガソリン利用車は行き残る可能性が高いと考える。小型化かもしくは食品包装のようなフィルム状になってクルマのピラー（柱）内蔵になるかもしれないが商品発想は継承されるであろう。

尚、医療材料・製品についても機能別の多層化があるかもしれないとの期待を持っている。

写真は日本ポリエチレン資料ガソリンタンク（ポリアセタール製燃料ポンプ内蔵）

パソコン作業を中断するときスリープにするか終了するか悩ましい時がある。パソコンへの負担は立ち上げ回数によると漠然と思っているが、国の電力キャパとの関係まで正直考えなかった。今後益々増加する通信量の消費電力に対するソリューション例を考える

通信ネットワークの通信量は総務省2017年8月統計資料によれば対前年３９％の増加と驚異的な数字が報告されている。今後通信動画の高細緻化が進めば通信ネットワーク容量も現在の１０００倍必要となり、その時のルーター消費電力は2030年には総発電量１１，０００億ＫＷを遙かに超えると予想されている。モバイル、パソコンなど個々の機器の消費電力は小さいと思っていただけに一般消費者としては意外である。

自動車自動走行レベル２でも相当コネクトが進んでおり、レベル３になると飛躍的に増加すると予想される。また遠隔地医療のための精緻画面電送システムの充実も要求されると予想される。

現在のネット利用の時間帯は21時～23時にピークがあり、土日に集中しているとの総務省資料がある。　一方でＥＶ車の割合が高くなる機運にあるが、素直に読めばＥＶ車に充電する時間・日と重なることから①発電所増設＋休眠発電所再稼働　②ネットワークアーキテクチャー抜本構築　③パワーデバイス開発　などを実行しないと社会インフラに重大な危機をもたらす。ここでは③について電力変換や電力制御に利用される半導体について採り上げる。現在の半導体はSi（シリコン）であるが、SiC（シリコンカーバイド）やＧaN（ガリウムナイトライド）半導体の開発がなされ、コンバーターとして徐々に浸透してきた。これらはシリコンに比較してバンドギャップが2～３倍、絶縁破壊電界が６～１０倍、放熱に関係する熱伝導率が１．５～３倍で高温環境下でも性能が発揮するのが特徴である

因みに、ある電子機器の電力損失のうちスイッチオン２０％、オフ時３２％のオン・オフだけで５２％が損失となる（残りは稼働時の損失）が、SiC半導体ではスイッチオフ損失１５％に、稼働損失を入れてもトータル４７％は削減できるとの報告がある。（ローム社カタログ）

今後、例えば自動車の半自動走行レベル２でもピコ秒単位でのオン・オフ切り替えがなされると半導体の発熱による能力低下問題から耐熱・熱伝導性の良い新規半導体に切り替えが進むものと推定される。但し、ウエハーの加工問題や価格問題もあることから、商品の電圧によっては、安価なＳｉ基板の上にGaNを複層するなど種々の組み合わせも提案されている。化学、加工技術、半導体部品製造が一体となった技術開発が求められ日本の底チカラが活かされる時期到来となった。デンソー、東芝も参入してきた。

今回は紳士淑女が愛してやまないウイスキー、ブランデーについて。ウイスキーに水を数滴加えるとすると味が美味しくなるのは経験された人は多いと思われる。アルコール（エタノール）と水は分子構造が似ているので良く混合する。なので数滴といえども加水すれば水っぽくなる筈であるが、逆に美味しくなる理由が分からない。凡人は何故？と考える前に酔いしれるが、世の中には分子動力学によるシミュレーションでアルコールと水がどのようにウイスキーの中で存在しているかをコンピューターで計算した研究者がいる。（オリジナル文献スウエーデン・リンネ大B.C.G.Karlsson,R.Friedma Sci.Rep.,7 6489(2017) 、引用文献 現代化学2017年11月号）

分子動力学シミュレーションはコンピューター上の仮想空間にエタノールと水の分子を配置し、原子に働く力及びポテンシャルエネルギーを仮定しニュートンの運動方程式に従って分子の運動の軌跡を計算する。ウイスキー醸造後のエタノール濃度は５５～６５％であるが、瓶詰めの段階で加水され４０％に調整される。研究者は２７％のエタノール濃度の時にエタノールと水は瞬間的に何処に存在するのか計算し統計的に処理した結果、表面層にエタノールが濃く存在し（平均の４倍）、表面から内部に向かうにつれ水の濃度が高い結果となった。かつエタノールはCH₃-CH_{2 –}OHと表現されるが、液面の最表面ではCH₃-CH₂が並んでおり_、-OHは内側に向いていることを算出した。これに数滴の水を加えるとこの傾向は更に強くなることが計算で求められた。尚、醸造後のアルコール濃度５５～６５％では全く均一であることと様相が異なる。

スコッチウイスキーにはエタノールだけで無く其の他成分（例えば香り成分）も存在している。醸造時に生成する香り成分とエタノール、水との３元系について、同様に動力学シミュレーションをしたところ、この香り成分の特定の箇所がエタノールに積層して存在するが、数滴の加水で表面層のエタノール濃度が高くなると、この香り成分はエタノールから分離揮発して我々が香しいと感ずるメカニズムを明らかにした。

左党にとってなるほどと関心を持って頂けるか、硬水と軟水ではどう違うのか？日本のワイン作りは水で苦労したと聞くが、どのように工夫したのかなど話題は尽きない。

それなら歯科関係のあの材料はどのようになるだろうかと想像を逞しくするのも良いのかも。酔い知れる前に。

東京モーターショウが開幕したので早速見学。往年の大混雑と様変わりでゆっくり見ることができた。中高年と小中学生の団体が多く、中間層のクルマ離れ対策として小中学生にクルマへの関心を持たせる意図も工業会にはあるのだろう。展示はＥＶ（電気自動車）に注目が集まるだろうとの予想は良い意味で裏切られた。ＥＶ化は折り込み済みで関心はＥＶ代替パワートレインとコネクト技術であった。

ＥＶ化が現実的な当面のパワートレインであることは間違いがない。

理由の一つは米国カリフォリニア州のＺＥＶ規制（ゼロエミッションヴィークル：排気ガスゼロ）合格車の割合が決められており、合格しない場合にはクレジットを先行メーカーから購入する必要がある。ハイブリッドは対象外扱いになったのでトヨタは巨額のクレジットをテスラモーターから購入したとの情報があり、一方、三菱、日産は購入必要性が少ないとのこと。両社はＥＶ車を製造しているからである。

理由の2つ目はフランス、英国、中国もエンジン車廃止の政策を打ち出していることも影響は大きい。

しかしながら、自動車に関して目の肥えた日本ユーザーはクルマのパワートレインがエンジン廃止→即ＥＶになると単純には考えていない。技術立国だけに種々の選択肢があり究極のパワートレインはＥＶではなさそうだと見ているからである。

今回の展示で最も注目されていたのがマツダのＨＣＣＩエンジンである。黒山の人だかり。

通常のガソリンエンジンが点火プラグでガソリンを着火爆発させてピストンを押すのに対してディーゼルエンジンは軽油を高圧圧縮して軽油の着火温度に達した時に爆発してピストンを押し下げる。この両方のプロセスしかないとの常識に対して、ガソリンを燃料としてディーゼルエンジンのように高圧圧縮点火させる離れ業をやってのけた。従来のガソリンの半分の濃度で駆動する。

一般に発電所で燃料を燃焼させ電気を取り出す効率は５５％である。それに対して通常のエンジンでは３０～４０％。トヨタのル・マンレーシング用ハイブリッドエンジンでは５０％まで改良されマツダの今回エンジンは恐らく発電所並の効率で走行することになろう。送電ロスが約６％なので、ＥＶよりはマツダ新エンジン、トヨタハイブリッド用エンジンがトータルでは適していることになる。

一方、トヨタとメルセデスベンツは究極のエコカーはFCV（水素燃料電池車）であると考えている。両社はコンセプトカーを展示している。ＥＶは発電所で発電して蓄電池に電気を溜めるのでＥＶ増加につれて発電所増設が必要であるが、FCVはミニ発電所を装備しているようなものなので社会インフラ負担は少ない。FCVも蓄電池は必要であるが、トヨタでは全固体電池の開発をしている。水分や空気に触れると爆発燃焼するジエチルカーボネート電解液利用のリチウム電池を代替する計画はリチウム電池廃棄処理を考えると固体電池が好ましい。その一方でリチウムに代わるマグネシウム利用二次電池の基礎研究も進んでいる（東京理化大）

今回の展示から話題はそれるが水素の原料問題に触れてみよう。

以前はメタノール、LPGからクルマ搭載の分解装置で水素をとる考えがあったが、現在はオーストラリアの褐炭中にある水素を－２８３℃で液化して輸送する方法を川崎重工がプロジェクトを推進しており、岩谷は化学コンビナートでの副生成ガス利用プロジェクトを推進している。アンモニアからプラズマ処理で水素と窒素に分解する手法を中小企業が開発しているなど頼もしい。最近、水に光を照射して水素を得る研究が大阪大学から発表された。真嶋教授グループが黒リン、金ナノ粒子、チタン酸ランタンの3つの材料からなる可視光・近赤外光応答型光触媒を開発、水から水素の高効率生成に成功するなど水素社会に向けて着々と前進していることは期待をもって注目される。

パワードライブEVで決まりか？ その答えはガソリン、水素は侮れない。