人類が今でもガソリン車を使い続けているのには、ちゃんとした理由があります。燃焼にはエネルギーだけでなく二酸化炭素も排出するというマイナス面があるにもかかわらず、ガソリンは他のエネルギー源よりも多くのエネルギーを生み出せるという単純な事実があります。一般的な車は、わずか1ガロンのガソリンで30マイル（約48キロメートル）走行できます。これは驚くべきことです！
近い将来、ガソリンの原料となる石油の生産コストは高騰し、生産が困難になるでしょう。しかしそれまでは、バッテリーなどの他のエネルギー源で動く車は、ガソリンの驚異的な貯蔵容量と戦わなければなりません。そこで、私はエネルギー貯蔵がいかに画期的な技術になり得るかに焦点を当てたいと思います。
貯蔵される総エネルギー量ではなく、エネルギー密度を考慮するのが最善です。エネルギー密度は、単位体積あたりの貯蔵エネルギーをメガジュール/リットル単位で表したものとして定義されます。これは質量密度（体積あたりの質量）と似ていますが、質量ではなくエネルギーを使用する点が異なります。エネルギー貯蔵のもう一つの一般的な特性は、比エネルギー、つまり質量あたりの貯蔵エネルギー（メガジュール/キログラム）です。しかし、ここではガソリン（通常はガロンで測定されます）と比較したいので、エネルギー密度のみを使用します。
では、ガソリン 1 リットルを同じ容量の別のエネルギー貯蔵物質に置き換えるとします。異なるエネルギー貯蔵では、1 リットルのエネルギーで車をどれくらい走らせることができるでしょうか? (はい、体積の単位をガロンではなくリットルに切り替えますが、距離はマイルにこだわります。おかしいですよね?) Wikipedia によると、エネルギー貯蔵としてのガソリンは 1 リットルあたり 34 メガジュールです。車の効率を 25 パーセントと仮定すると、この 34 MJ のうち、車の移動に使われるのはわずか 8.5 MJ です。車が 1 リットルあたり 7.9 マイル走行する場合 (燃費に基づく)、1 マイルあたりのエネルギー比率を取得できます (ガソリンのエネルギーに基づく)。これは、7.9 マイルあたり 8.5 MJ、つまり 1.08 MJ/マイルになります。これは車を運転するためのエネルギー コストです。これはエネルギー源に依存しないと仮定します。
しかし、ガソリンエンジンをリチウムイオンバッテリーと電動モーターに置き換えたらどうなるでしょうか？この場合、2つの点が変わります。1つ目は始動エネルギーです。リチウムイオンバッテリーのエネルギー密度は約2MJ/Lです（バッテリーによってエネルギー密度は異なります）。2つ目は効率です。電動モーター付きのバッテリーはガソリンの爆発でエネルギーを無駄にする必要がないため、全体の効率は約50%です。つまり、1リットルのバッテリーに蓄えられた2MJは、約1MJを車の駆動に活用できることになります。車は摩擦と空気抵抗によって同じ量のエネルギー損失を受けるため、この1MJで車を約1マイル（正確には0.93マイル）走行させることができます。
ご覧の通り、ガソリン車ではなく電気自動車を選ぶ理由はたくさんあるかもしれませんが、航続距離はその理由の一つではありません。ガソリンには膨大なエネルギーが蓄えられていることは否定できません。
わかりました。では、バッテリーを他のもの（石炭、輪ゴム、ハムとチーズのサンドイッチ、プルトニウムなど）に置き換えたらどうなるでしょうか？ 上記の計算を他のエネルギー貯蔵材料を使って繰り返すことができます。グラフを作成しましたので、ご覧ください。はい、効率についてはいくつかの仮定を立て、輪ゴムのエネルギー密度も推定する必要がありました（詳細は今後の投稿に譲るつもりです）。
縦軸が対数スケールであることに気づいていただけると嬉しいです。また、プルトニウムは非常に高いエネルギー密度を有していますが、近い将来、車に搭載されることはないということもご理解いただけると嬉しいです。では、サンドイッチはどうでしょうか？車の未来にとって良い選択肢になりそうです。
