電気船が欲しい？より優れたバッテリーを開発しよう

船舶における爆発リスクを低減するため、SPBESは液体冷却システムを備えたバッテリーコンテナを開発しました。このシステムは、溶融したバッテリーが放出するよりも速く熱エネルギーを逃がします。SPBESの共同創業者兼マーケティング担当副社長であるグラント・ブラウン氏は、「これはバッテリーの故障を完全に防ぐわけではありませんが、爆発につながるような連鎖的な故障を防ぐことができます」と述べています。「当社の技術は基本的に爆弾にも耐えられるほど頑丈です」とブラウン氏は言います。「本当に頑丈なのです。」

SPBESは、個々のセルが故障したり寿命を迎えたりした場合に容易に交換できるエネルギーシステムを設計しました。これは、電気自動車輸送業界の悩みの種となり得るバッテリー廃棄物の処理に役立ちます。貨物船には数十万個のバッテリーが必要になるため、エネルギーシステム全体を廃棄するのではなく、個々のセルを選択的に取り外す能力が、廃棄物の削減に不可欠です。「ほとんどを再利用できるのに、なぜこれほど多くの良質な材料を捨てる必要があるのでしょうか？」とブラウン氏は問いかけます。「環境への影響という点では、これが未来なのです。」

電気船が直面する2つ目の大きな課題は、従来のリチウムイオン電池の化学組成では、貨物を世界中に輸送するのに十分な電力を供給できないことです。現在、NMC化学組成に基づく電池は、フェリーやYara Birkelandのような小型コンテナ船の電動化にしか使用できません。Yaraの船は、最大9メガワット時の電力を供給できる十分な数の電池を搭載しています。これはテスラ・モデルSのバッテリーパック90個分に相当し、3,200トンの貨物を積載しながら最大30海里の短距離航海を行うのに十分な電力です。

しかし、数万トンの貨物を運び、数十ギガワット時のエネルギーを消費する巨大な国際貨物船のエネルギー需要を満たすには、より高度なバッテリーが必要になるでしょう。「貨物船のエンジンは、4階建ての家ほどの高さ、バス3台分の幅になることもあります」と、国連国際海事機関（IMO）の広報担当者、ナターシャ・ブラウン氏は述べています。「現状では、必要なバッテリーのサイズが輸送可能な貨物の量を制限し、商業的に実現不可能な状況に陥る可能性があります。」

次世代電動ボートのエネルギー需要を満たすため、ワシントンに拠点を置くエネルギー技術企業Lavle社は、固体電解質電池をベースとした先進的なエネルギー貯蔵システムを開発しています。Lavle社のセルは、日本の電池メーカーである3DOM社製です。同社は、電池の電極間でイオンを輸送する固体電解質材料の層の間に積層する多孔質樹脂製の新型セパレーターを開発しました。液体電解質を固体電解質に置き換えることで、熱暴走のリスクが低減します。この新型セパレーターを追加することで、リチウムイオンを効率的に輸送し、電池の性能を向上させます。

「エネルギー密度の観点から言えば、市場にある標準的なリチウムイオン電池の3倍に近づいています」と、ラブレ社のCEO、ジェイソン・ナイ氏は述べています。しかしナイ氏は、ラブレ社の固体電解質電池は、より優れたタイプのパワーポーチであるリチウム金属電池への道のほんの一歩に過ぎないと考えています。リチウム金属電池は、一般的な炭素アノードではなく、固体リチウム金属をアノードとして使用します。ナイ氏によると、同社のリチウム金属アノードはセルのエネルギー密度をさらに高めることができ、固体電解質電池よりも量産が容易になるとのことです。

ラブレ社の最高技術責任者であるベン・ガリー氏は、この種のセルをエネルギー貯蔵開発における「聖杯」と表現しています。リチウム金属電池は、リチウム金属アノードが容易にイオンを放出するため、セルのエネルギー密度と充電速度を向上させることができます。しかし、充電中にリチウムアノードが大きく膨張し、電解質との分離を引き起こす可能性があります。さらに、リチウム金属はほとんどの電解質と非常に反応性が高く、これが電解質の劣化を引き起こします。

ガリー氏によると、ラブレ社と3DOM社は、同社の新しいセパレータ技術を活用し、リチウム金属電池の化学的性質に様々な調整を加えることで、これらの問題を克服できたという。ガリー氏はリチウム金属電池製造における同社の「秘密のソース」の詳細については触れなかったが、同社の実験的なリチウム金属セルは、従来のリチウムイオン電池と比較してエネルギー密度が既に3倍向上していることを実証しているという。

充電式リチウムイオン電池の効率は、30年前に商用化されて以来わずか3倍しか向上していないことを考えると、ラヴル社のバッテリーは、世界の船舶の電動化に必要な大幅な性能向上を示していると言えるでしょう。現時点では、これらのバッテリーはまだ実験段階であり、同社は商用船舶での使用が可能であることを実証する必要があります。ラヴル社は、来年半ばまでにフェリーなどの小型船舶に先進的なエネルギーシステムのプロトタイプの導入を開始する予定ですが、ナイ氏によると、将来的には大型貨物船のニーズに対応できる規模に拡張できる可能性があるとのことです。

海洋エネルギー貯蔵システムにおけるこれらの新たな進歩があったとしても、貨物船がバッテリーシステムだけに頼ることは永遠にできないかもしれない。ギリシャのエネルギートレーダーであり、電気船に関する最近の論文の共著者であるアギス・クメンタコス氏は、海運分野の電化に伴う環境的および地政学的課題をいくつか挙げている。

環境面では、貨物船1隻あたり数十トンものバッテリーが必要になりますが、その保存期間は限られています。リサイクル業界は、劣化したリチウムイオン電池の急増に対応する準備が整っておらず、保管や取り扱いにも様々な課題が伴います。貨物船の電動化は、この問題を大幅に加速させる可能性があります。地政学的側面では、バッテリーには大量の採掘材料が必要であり、その一部は児童労働を伴う鉱山から調達されています。たとえこれらの材料を倫理的に調達できたとしても、中国はリチウムイオン電池のサプライチェーンの大部分を支配しており、クメンタコス氏は、政策立案者は海上貨物輸送を中国に全面的に依存することに慎重になる可能性があると述べています。

しかし、貨物船にバッテリーを使用するのは、すべてかゼロかという問題ではありません。むしろ、水素燃料電池、太陽光、さらには風力といった他のクリーンエネルギー源と組み合わせることも可能でしょう。「船舶の推進力において、バッテリーが独占することはおそらくないでしょう」とクメンタコス氏は言います。「複数の技術を組み合わせることになるでしょう。」

貨物船では長年にわたり、電力需要の一部を賄うために太陽エネルギーが利用されてきましたが、太陽光発電技術は船舶を単独で動かすのに十分なエネルギー密度に達することは決してないとクメンタコス氏は言います。もう一つの選択肢は、船舶の推進力の源である風力に立ち返り、大型金属帆や回転翼帆などの技術を用いて大型貨物船を推進し、エネルギーコストを削減することです。そして、今後数十年のうちに伝説的な水素経済が実現すれば、船舶は水素燃料電池を主推進力として搭載し、バッテリーをバックアップとして利用できるようになるでしょう。

船舶向け高性能エネルギー貯蔵システムの開発は、海事分野以外にも幅広い応用が期待されます。ナイ氏は、ラヴル社の技術は、現在エアタクシーとして開発中の垂直離着陸機（VTOV）のような電気航空機にも適している可能性があると述べています。また、ブラウン氏によると、SPBES社は陸上におけるエネルギーシステムの大規模な応用を検討しています。

今年後半に予定されているヤラ・ビルケランド号の処女航海は、世界の船舶の電動化に向けた、ささやかながらも重要な節目となるでしょう。世界で数少ない完全電動貨物船の一つとして、この船は今日の技術で何が可能なのかを示し、未来の電動船舶の青写真となるでしょう。

WIREDのその他の素晴らしい記事

冷戦の首謀者の秘密の歴史
スマートフォンを正しく掃除する方法
藻類キャビアはいかが？火星への旅で何を食べる？
主よ、スタートアップ生活から私たちを救ってください
オンラインアカウントを安全に共有する方法
👁 本格的なチャレンジに挑戦してみませんか？AIにD&Dの遊び方を教えましょう。さらに、最新のAIニュースもお届けします
🏃🏽‍♀️ 健康になるための最高のツールをお探しですか？ギアチームが選んだ最高のフィットネストラッカー、ランニングギア（シューズとソックスを含む）、最高のヘッドフォンをご覧ください