Tohoku Recovery Next-generation Energy Research and Development Project 2014 平成26年度東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト研究成果報告書 Tohoku Recovery Next-generation Energy Research and Development Project 平成26年度東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト研究成果報告書東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト（NET）東北大学大学院環境科学研究科〒980-8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-20 Tel 022-795-7408 Fax 022-795-7392 E-mail net@mail.kankyo.tohoku.ac.jp URL http://www.kankyo.tohoku.ac.jp/net/index.html 平成26年度東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト研究成果報告書本報告書は、平成26年4月から平成27年3月までの主な成果をまとめたものです。平成27年度は、これらの成果をさらに発展させ、スピード感を持って震災被災地の復興に寄与したいと考えます。これからも皆さまの御支援と御鞭撻をお願い申し上げます。はじめに文部科学省東北復興次世代エネルギー研究開発プロ研究代表東北大学大学院環境科学研究科教授田路和幸ジェクトでは、関係する国公私立大学と被災自治体とがコンソーシアムを組織し、東北復興のためのクリーンエネルギー研究開発推進事業をスタートして早3年が経過し、折り返しを迎えている。一方、被災地に目を向けると広大な空き地が展開しており、被災者の高台移転もままならない状況をみると、未だ普及・復興が道半ばのように見受けられる。このような状況下において本プロジェクトでは、再生可能エネルギーを中心に復興への貢献と安全・安心な “ まちづくり ” の一役を担うものとして取り組んできた。その一つは、海洋再生可能エネルギーを活用して、被災地である岩手県久慈市での波力発電と宮城県塩釜市での潮流発電である。26年度の潮流発電においては、既に新聞等で報道されたように塩釜市の浦戸諸島にある寒風沢水道への設置が進んでおり、新年度から試験発電及び送電が予定されており、社会実装のみならず協力企業での事業化も予定されており、塩釜市の復興のシンボルとして、また、漁業振興、観光資源、環境教育教材としても大きな役割を担うものである。 4 二つ目は、微細藻類のエネルギー利用である。このリズムや環境教育にも期待されている。また、石巻市課題では、仙台市の南蒲生浄化センターにおいて、下田代島においては、太陽光発電システムの導入ととも水を用いて微細藻類を培養し、オイル生産と下水処理に、電動自転車及び EV を併せて導入し、離島を利用しを並行して行う世界初の画期的な試みであり、LCA をた EMIMS 試験に着手したところである。モデルにより10ha の培養スペースで70t の藻類炭化水以上のことから、地域のクリーンエネルギーを活用素生産が期待されるほか、下水処理コストの低減にもしたエネルギー管理システムを東北復興の牽引として、大いに期待されるところである。なお、既に屋内プラまた、社会基盤として普及・定着させることが重要でントにより実験を進めており、27年度の屋外実験でのあり、そのためには、これまで同様に地域社会との連成果が期待される。携・協力により、所期の目的を達成して行く所存である。三つ目は、再生可能エネルギーを中心としたモビリまた、本年度は文部科学省環境エネルギー科学技術委ティを含む総合的なエネルギー管理システムの構築で員会での中間評価結果及び本プロジェクトの事業推進ある。この課題では被災地の石巻市及び大崎市を中心委員会の提言等を踏まえ、事業計画の見直しを積極的に太陽光、バイオマス、地中熱、温泉熱等の地域の自然に行い、研究開発成果の社会実装及び事業化を通じて、エネルギーを活用した地域エネルギーマネジメントシ着実に被災地の復興に貢献するものである。ステムとモビリティとの融合によるエネルギー・モビリティ統合マネジメントシステム（EMIMS）の構築を目指している。特に26年度のバイオマス関連では、既に報道されているように大崎市鳴子温泉において、温泉熱を活用した小型高効率メタン発酵システムを開発し、メタンガスを活用したカフェをオープン、エネツー 5 6 はじめに･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 4 中核機関･･･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 8 課題1 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 12 三陸沿岸へ導入可能な波力等の海洋再生可能エネルギーの研究開発課題2 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 18 微細藻類のエネルギー利用に関する研究開発課題3 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 25 再生可能エネルギーを中心とし、人・車等のモビリティ（移動体）の視点を加えた都市の総合的なエネルギー管理システムの構築のための研究開発 3-1 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 25 公共施設用 EMS の研究開発 3-2 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 30 ヒューマンインターフェースとしてのアクティヴ・サイネージの研究 3-3 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 34 エネルギー & モビリティ統合インターフェースの研究開発 3-4 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 38 エネルギーモビリティマネジメントシステムの研究開発 3-5 （1）･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 44 EMS 制御バイオマスエネルギーシステムの研究開発 3-5 （2）･････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 49 EMS 制御複合型微細藻バイオマス生産システムの研究開発 3-6 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 53 EMS 制御地中熱エネルギーシステムの研究開発 3-7 ････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････････ 58 EMS 制御温泉熱利用バイナリー発電エネルギー活用システムの研究開発 7 中核機関概　要中核機関では、プロジェクト全体の進捗の把握や執行に関わる公的書類の準備、関連省庁への対応、研究開発に関わる各種調査といった運営に関する様々な事柄を司ると共に、シンポジウムの開催や次世代エネルギー関連展示会への出展、広報物の発行やウェブサイトなどでの研究成果の広報活動を通じて、プロジェクトの研究開発状況を発信しており、計画が被災地域に受け入れられる形で円滑に実施されるよう務めている。平成26年度は、各課題の進捗を把握し、運営上の問題点について協議する運営委員会を2回開催したことに加え、研究マネジメント体制の強化を図るため、外部有識者から各課題の研究開発に対する評価と助言を頂く事業推進委員会を2回開催したほか、新たに総合企画室を設け、プロジェクト運営上の諸課題の迅速解決を図っている。また、プロジェクトの実施内容を被災地の市民を中心に周知するとともに、再生可能エネルギー関連の研究開発を国内外に発信するため、国際シンポジウムを1回、市民向けフォーラムを2回実施し、環境系・産業系展示会に2回出展した。さらに、情報発信のために各課題の進捗状況の映像による記録化を進めると共に、ウェブ更新管理、報道情報の収集、予算執行管理を日常的に行い、プロジェクトの進行を支えている。担当者実施内容東北大学大学院　環境科学研究科事業の円滑な運営のため、運営体制の強化と各課題教　授　田路　和幸（兼務）の参画機関や自治体との協働体制強化に努めると共特任教授　霜山　忠男に、課題間の連携に努めている。また、シンポジウムや准　教　授　木下　睦フォーラムの開催、記録動画制作配信、パンフレット助　教　梅木　千真（兼務）制作、ウェブサイトの運営、展示会への出展等を通じ、吉田　友美事業を国内外に発信すると共に、連携自治体住民の理室　長　熊谷　功解と参加を得ることで進めることとし、平成26年度の助　手　三ケ田　伸也主な活動は以下のとおりである。物部　朋子研究支援者　早川　昌子 1．広報活動事務補佐員　日下　房子平成26年度は、「次世代エネルギーフォーラム in 石齋藤　智子巻～石巻の復興に向けて～」「東北復興次世代エネル吉田　和美ギー研究開発プロジェクト第3回国際シンポジウム」を開催した。 8 一方、本プロジェクトは東北大学復興アクションの一つとしても位置付けられており、12月4日に開催された東北大学主催の「東北大学イノベーションフェア2014 Dec.」において、特別展示をするとともに、プロジェクトの活動等についてプレゼンテーションを行った。また、3月14日～18日に仙台市内で開催予定の「国連防災世界会議」本会議（国連加盟国、国際機関、NGO 等から、首脳、閣僚級を含む政府関係者など約5,000人の参加が想定されている）を中心に、宮城県内市町村・東北被災4県においてフォーラム、セミナー、展示会等の関連事業が開催される予定であり、本プロジェクトの成果をパネル展示やデモン Fig.1 次世代エネルギーフォーラム in 石巻パネルディスカッションの様子ストレーション等で積極的に発表することとしている。また、本プロジェクトで実施する研究開発の内容をよりわかりやすく公開するため、自治体、地元企業、市民等と連携・協力のもと、実証フィールドへの設置を進めている装置等の状況もついても映像化して、ウェブを通じて公開した。 2．運営関係・調査事業文部科学省環境エネルギー科学技術委員会での中間 Fig.2 次世代エネルギーフォーラム in 石巻　パネル展示の様子評価結果及び本プロジェクトの事業推進委員会の提言等を踏まえ、事業計画の見直しを積極的に行った。ま 2）太陽光発電システム等設置披露式た、新たに設けた総合企画室にて、プロジェクト運営課題 3-1「公共施設用 EMS の研究開発」、課題 3-4「エ上の諸課題の迅速解決を図っている（内容は「3.」参照）。ネルギーモビリティマネジメントシステムの研究開発」では、石巻市と連携し、田代島の開発総合センターに太 3．シンポジウム等実施内容陽光発電設備と蓄電池を設置し、有事の際の非常用電 1）次世代エネルギーフォーラムin 石巻源を確保できるようにするほか、電気自動車や電気自転～石巻の復興に向けて～車の利用も進めていくこととしており、田代島開発総合石巻市において再生可能エネルギーの研究開発に先センターに太陽光発電システム等の設置が完了したため、進的に取り組んでいる大学、自治体、民間企業が、震災石巻市とともに現地見学会及び披露式を開催した。復興と地域の産業振興に貢献することを目指し、その研究活動内容や石巻市の構想等について紹介する講演とパネルディスカッションを行った。また、パネル展示も行った。開催日時：平成26年8月8日㈮ 13：00～16：30 開催場所：石巻グランドホテル　2階天翔の間（A）主　催：東北復興次世代エネルギー研究開発コンソーシアム参加者：約150名 Fig.3 披露式 9 4）東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト第3回国際シンポジウム開催日時：平成26年11月28日㈮ 13：00～17：00 開催場所：ホテルメトロポリタン仙台　3階　曙主　催：東北復興次世代エネルギー研究開発コンソーシアム参加者：計130名 Fig.4見学会開催日時：平成26年10月11日㈯ 11：00～11：30 開催場所：田代島開発総合センター　大ホール主　催：東北復興次世代エネルギー研究開発コンソーシアム、石巻市参加者：約40名 3）おおさき産業フェア2014（ブース出展）「おおさき」でつくられた製品・技術・商品・特産品を広く市内外に宣伝紹介し、出展者相互の連携を深め産業の活性化を図るためのフェア。当プロジェクトが大崎市の協力のもと、鳴子地区や中山平地区において進めている温泉熱等を利用した再生可能エネルギーの研究開発について紹介するために参加。開催日時：平成26年10月24日㈮ 10：00～16：00、　25日㈯ 10：00～15：00 開催場所：大崎市古川総合体育館 Fig.6、Fig.7 第3回国際シンポジウム主　催：おおさき産業フェア実行委員会参加者：24日1,200名、25日4,000名 5）東北大学イノベーションフェア2014Dec. 東北大学の最先端研究シーズと社会のニーズの出会いの場の構築のため地域に密着した産学連携研究・開発の推進と成果還元による地域貢献・震災復興の実現を目指すとともに、社会に開かれ、親しみやすい科学・技術の交流の場の提供と研究への理解醸成を行う。当プロジェクトは東北大学復興アクション8プロジェクトの一つ「環境エネルギープロジェクト」として参加し、来場者に対し活動状況や進捗について報告した。開催日時：平成26年12月4日㈭ 10：00～17：00 開催場所：仙台国際センター 2階橘・萩、3階白橿 Fig.5 おおさき産業フェア2014での展示ブース 10 主　催：東北大学共　催：（公財）みやぎ産業振興機構第1回事業推進委員会後　援：東北経済産業局、宮城県、仙台市、（独）科開催日時：平成26年10月17日㈮ 13：00～17：00 学技術振興機構、（独）産業技術総合研究開催場所：ホテルメトロポリタン仙台　4階　芙蓉所、（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構、（一社）東北経済連合会、（株）イ第2回事業推進委員会ンテリジェント・コスモス研究機構、（株）開催日時：平成26年12月3日㈬ 13：30～16：30 七十七銀行、（株）河北新報社、（株）東北テ開催場所：東北大学東京分室クノアーチ、（一社）みやぎ工業会参加者：計約500名総合企画室会議開催日時：平成26年10月2日㈭ 15：00～平成26年11月6日㈭ 15：00～平成27年1月16日㈮ 15：00～開催場所：東北大青葉山キャンパス機械・知能系共同棟次年度以降への課題これまでのマネジメント体制に加え、課題間のシナジー効果等をより一層高めるため、また、法規制や社会実装などの諸課題の解決を迅速に処理するため、中核機関に研究代表、課題代表等による総合企画室を設け、マネジメント体制の強化を図ることとした。また、事業の評価・助言を一層強化する観点から、事業推進委員会の開催を年1回から複数回に強化した。次年度以降は、本事業のより良い成果・効果を導き出すため、PDCA サイクルを中心とする研究開発マネジメント体制を進める。 Fig.8、Fig9 東北大学イノベーションフェア2014 Dec. さらに、総合企画室及び運営委員会並びに事業推進委員会において、地域住民のニーズや関係自治体及び 6）その他協力企業との連携を図りながら、研究開発成果の被災第5回運営委員会地での社会実装及び技術移転による事業化・商品化を開催日時：平成26年7月2日㈬ 13：30～15：30 すすめることとしており、その方策等について迅速に開催場所：東北大学大学院工学研究科　機械・知能対応する。系共同棟第6回運営委員会開催日時：平成27年2月27日㈮開催場所：東北大学大学院工学研究科　機械・知能系共同棟 11 課題 1 三陸沿岸へ導入可能な波力等の海洋再生可能エネルギーの研究開発概　要産学官の協力により、新しい海洋再生可能エネルギー発電システム（波力発電、潮流発電）を開発し、久慈市、塩竈市の地元企業等により製作し、発電した電力を地元に供給する（地産地消）。これにより、新ビジネスを育成し、東北復興に貢献することを目的とする。本課題の東北復興への貢献ポイントは以下の通り。 ① 新技術開発によるブレークスルー ② 社会実装（規制、制度）上の諸問題のブレークスルー ③ 技術・ノウハウの地元企業への移転 ④ 新ビジネス展開への支援東北地域では、復旧・復興関係の公共工事費の高騰、人材不足の影響が顕著なため、一層のコスト抑制を図った結果、潮流発電装置はほぼ計画通りに海域に設置できた。しかし、波力発電装置では計画の一部（部品製作、海域設置等）を平成27年度以降に延期する等の見直しを行った。具体的には、平成26年度には以下を実施した。・波力発電ベンチ試験装置により試験を実施し、定格出力（43kW）まで発電できること、変換効率70％を達成できることを確認した。さらに、波力発電装置の効率・信頼性向上のための改良を行い、ベンチ試験を行い、発電制御ロジックの開発を行った。波力発電用の海洋構造物の詳細設計図を完成させ、現地設置状況（完成予想図）の3次元 CG を作成した。これらをもとに、各種の手続きを行った。また、詳細設計図をもとに、海洋構造物の一部（上部構造物、手すり等）を製作した。・潮流発電潮流発電装置（5kW）を完成させるため、油圧発電装置の様々な部品（油圧ポンプ、油圧タンク、発電機、海洋構造物用部材、ロータ、鉛直軸、フロート、アクセス桟橋等）を製作し、塩竈市の地元企業に搬送した。大型クレーンを備えた地元企業の工場内において、搬送された海洋構造物部材を組立て、主要部品を艤装した。経産省の工事計画認可申請書等の必要な手続きを行い、認可を得た後、潮流発電装置一式を塩竈市・浦戸諸島・寒風沢水道へ作業船にて運搬し、海域に設置した。東北電力との系統連系申込等の諸手続きを行い、受電・送電（逆潮流）作業等を行った。電気事業法の定める保安規定の提出、東北電気保安協会との契約（電気主任技術者）等を行い、日本初となる潮流発電の試験送電を行った。 12 担当者た結果、潮流発電装置はほぼ計画通りに海域に設置で東京大学　生産技術研究所海域設置等）を平成27年度以降に延期する等の見直し教　授　林　昌奎を行った。平成26年度は、岩手県、久慈市、宮城県塩竃特任教授　丸山　康樹市の協力を得て、以下を実施した。きた。しかし、波力発電装置では計画の一部（部品製作、名誉教授　木下　健特任研究員　小林　豪毅、永田　隆一、広部　智之規制・制度等への対応シニア協力研究員　高橋　毅、瓦谷ロバート孝一、広瀬　学・電気事業法の定める工事計画認可申請書（経産大臣承認）の申請（潮流発電）。（寒風沢潮流発電装置では平成26年9月29日に認可を得る。）研究計画・潮流発電装置については、電気事業法の定める保 5カ年の研究計画（表1）に従い、波力発電装置、潮流安規定の提出、電気主任技術者の外部委託を実施。発電装置の開発を進める。波力発電装置については、・公有水面利用申請（塩竃市）を実施、認可を得る。平成27年度の夏期（予算制約から28年度に延期の可能・海上保安庁への説明（宮城海上保安部、八戸海上保安部）。性あり）の静穏時に、久慈市の玉の脇漁港外側に設置し、・東北電力との系統接続協議（潮流発電、波力発電）発電した電力を地元（玉の脇漁協組合）に試験供給するを実施。（寒風沢潮流発電では平成27年1月19日に（地産地消）。潮流発電装置については、平成26年度に、系統接続許可を得る。）防潮堤等の復旧工事の邪魔にならない工夫を行い、塩竈市・寒風沢水道に設置し、発電した電力を地元（浦戸波力発電東部漁協）に試験供給（地産地消）する。 ◯波力発電装置の部品の改良、性能評価ベンチ試験装置により、波力発電装置の性能評価試平成26年度の実施内容験を行い、定格出力（43kW）まで発電できること、変換東北地域では、復旧・復興関係の公共工事費の高騰、ルギーが小さい場合、畜圧器1本（設定圧10MPa）では、人材不足の影響が顕著なため、一層のコスト抑制を図っ油圧変動の平滑化が不十分なことが分かった（図1）。 H24年度（2012）効率70％を達成できること等を確認した。入射波エネ H25年度（2013） H26年度（2014） H27年度（2015） H28年度（2016）波力発電システム実証試験（久慈市） 43kW 発電装置工場テスト波浪レーダ設置水深測量玉の脇漁港周辺調査要素技術開発（43kW）：陸上ベンチ試験、simulation 等 43kW 構造物製作夏期の静穏時 43kW 海域設置（28年度延期可能性あり）電力試験供給総合性能評価潮流発電システム実証試験（塩竈市）流速・深浅測量調査 5kW 1台製作要素技術開発（水槽実験、陸上ベンチ試験等） 5kW 海域設置電力試験供給 11月海域設置年度内試験送電総合性能評価表1　海洋再生可能エネルギー研究開発（波力、潮流）概略スケジュール：コンセプト実証 13 （若干の脈動あり）図1　畜圧器（1本、設定圧10MPa）によるオイルの平滑化このため、波力発電装置の効率・信頼性向上のため、蓄た。これらをもとに、各種の手続き（工事計画認可申請圧器の増強（低圧、中圧、高圧）、海水冷却オイルクーラ書、公用水面利用申請、八戸海上保安部へ事前説明等）への変更、発電機出力超過防止（インバータ設定を見を進めた。詳細設計図をもとに、海洋構造物の一部（上直し45kW で解列）等の改良を行った（図2）。ベンチ試部海洋構造物、手すり等）を製作した。残りの部品（防験装置については、パワコン（逆変換装置）からの出力水キャビン、アクセス桟橋、下部海洋構造物、ラダー等）電力を系統に送電（逆潮流）せず、加振器用の電力としの製作・組立は、予算制約から平成27年度に延期した。て再利用する配線（系統保護のため絶縁遮断器50kVA を追加）を行い、現地に近い条件で、改良した波力発電潮流発電装置のベンチ試験を行った。さらに、波高計の不規則 ◯潮流発電装置の部品の改良・調整波データから波エネルギーを推定し（図3）、その信号塩竈市・浦戸諸島・寒風沢水道に設置する潮流発電装を用いて発電装置を最適制御するロジックを開発した。置（5kW）を完成させるため、油圧発電装置の部品（油圧 ◯波力発電用海洋構造物の製作・部品の艤装ポンプ、油圧タンク、発電機等）、陸上サブステーション波力発電用海洋構造物の詳細設計図（図4）を完成させ、設置状況（完成予想図）の3次元 CG（図5）を作成し取外した空冷式オイルクーラの冷却ファン（パワコン、配電盤等を艤装）一式を塩竈市の地元企業の工場に搬送した。海水冷却式オイルクーラの採用増設した畜圧器（2、5、 10MPa）図2　油圧発電システムの改良 14 図3　現地波浪データ（不規則波）の処理方法 ◯潮流発電装置の組立・据付・調整大型クレーンを備えた工場内において、搬送された海洋構造物部材を組立て、主要部品（油圧ポンプ、油圧タンク、発電機、鉛直軸、ロータ、航路標識等）を艤装した（図6）。完成した潮流発電装置一式を大型クレーンにより作業船上に積出し（図7）、寒風沢水道に作業船にて運搬した（図8）。発電装置の固定用として 8本の杭を打設し、潮流発電装置（2セット）をクレーンにて据付け調整した（図9）。アクセス桟橋を発電装置と既設の物揚げ場（寒風沢水道の旧浮桟橋跡）の間に据付けた（図10）。図4　波力発電設備全体配置図 S ＝1:100 ◯潮流発電装置の送電システムの製作・設置・調整 ◯アクセス桟橋等部品の製作・調整流発電装置の水路での据付け、陸上サブステーショ潮流発電装置の部品としてアクセス桟橋等の部品をンの陸上での据付けが完了した段階で、海上の潮流発製作し、平成25年度に製作・保管（東京大学千葉実験所）電装置から陸上サブステーションまでの配線を行ったした部品2セット（海洋構造物用部材、ロータ、鉛直軸、（図11）。また、東北電力からの受電・送電ケーブルを陸フロート等）と合わせて塩竈市の地元企業の工場に搬上サブステーションへ配線した（図12）。浦戸東部漁協送した。東北地域の資材費高騰・人材不足等の影響のに設置した冷凍冷蔵庫は、陸上サブステーション内にため、2セット（当初計画では3セット）に計画を縮小し移動仮置きし、配線完了後、電気事業法の定める各種のたが、発電出力は当初計画通り5kW を維持できた（た試験（発電機耐圧試験、接地抵抗試験等）、使用前検査をだし、発電電力量は若干低下する見込み）。実施し、日本初となる潮流発電の試験送電を行った。アクセス桟橋（点検・保守）航路標識最大発電量制御用の波高計図5　波力発電完成予想図（3次元 CG） 15 図6　塩竈市ー東京大学合同記者発表：潮流発電装置を公開（2014年11月12日、18日）塩竈市の地元企業（東北ドック鉄工）で組立東北復興のため、技術・ノウハウの地元企業への技術移転図8　作業船による寒風沢水道へ輸送図7　地元企業の工場におけるクレーン積出し図9　クレーン船による据付け・調整（設置中）図10　クレーン船による据付け・調整（設置後） 16 東北電力既設配電柱 200V 動力線（受電、送電） 100V 電灯線（受電） PF保護管（信号線、温度センサー、 100V単相電力供給線）アクセス桟橋上の配線電磁波防止チューブ（200V 三相パワーケーブル）図11　送電ケーブル、信号線等の配線・調整陸上サブステーション（パワコン、制御装置等）図12　陸上サブステーションへ受電・送電線の配線その他次年度以降への課題・課題1の活動報告ウエッブサイトの運営波力発電装置、潮流発電装置について、5年間の研究・波力、潮流発電に関する最新海外情報の収集分析計画（表1）に基づき、以下を実施する。・運営委員会の開催：第1回（東大駒場キャンパス）：6月16 ・電気事業法の定める工事計画認可申請書（経産大臣日、第2回：2月26日（寒風沢予定）・広報活動：塩竈市・東京大学合同記者発表（第1回目： 11月12日、第2回目：11月18日）第1回目（東北ドック鉄工にて）：マスコミ報道（11社）承認）の作成（波力発電）・電気事業法の定める保安規定の提出、電気主任技術者の外部委託手続き（波力発電）・東北電力との系統接続協議等（波力発電）【新聞社】河北新報社、共同通信社、読売新聞社、毎日新聞社 ■波力発電【テレビ局】NHK、宮城テレビ（日本テレビ系）、東北波力発電装置の部品（防水キャビン等）を製作し、久放送株式会社（TBS 系）、仙台放送（フジテレビ系）、東慈市の工場に運搬し、下部海洋構造物等を製作して部日本放送（テレビ朝日系）品を艤装し、装置を完成させる。海域設置までの期間、【その他】アリTV（プロジェクト記録）、塩竈市役所広報保管する。また、陸上サブステーション（A、B の2個）を第2回目（寒風沢島、地元浦戸第2小の生徒17名参現地に設置し、既設の東北電力配電柱からの配線を行加）：マスコミ報道（7社）【新聞社】河北新報社、共同通信社、産経新聞社う。なお、海域設置は、予算制約から平成28年度に延期の見込み。【テレビ局】宮城ケーブルテレビ（塩竈の地元局）、宮城テレビ、東日本放送【その他】アリ TV（東北復興カレンダー：2015年1月 13日） http://www.re-tohoku.jp/movie/29587 ■潮流発電地産地消のための冷凍冷蔵庫を保管する簡易なコンテナを新設し、電力供給システムを完成させ、潮流エネルギーで発電した電力を冷凍冷蔵庫に試験供給する。現地（寒風沢）にて発電効率等の集中観測を行う。塩竈市と協力し、防潮堤復旧工事の期間中、工事の障害になる部品（アクセス桟橋、陸上サブステーション等）を移設し、保管する。防潮堤の復旧工事の完成後、部品を元の位置に戻し、配線等の再設置を行い、電力供給を再開する。 17 課題 2 微細藻類のエネルギー利用に関する研究開発概　要水処理は下水に含まれる固形有機物の除去、有機物の活性汚泥によるCO2への分解、有機窒素やリン酸などの分解、除去により行われている。微生物群集である活性汚泥は、沈殿濃縮され産業廃棄物として多量の化石燃料を消費して処理されている。有機物を利用して増殖するAurantiochytrium などのオイル産生従属栄養性藻類と、窒素・リン酸等の富栄養化因子を利用して増殖するBotryococcus などのオイル産生独立栄養性藻類とを、組み合わせて用いることにより、新エネルギーを創生する技術を東日本大震災により甚大な影響を受けた仙台市の南蒲生処理施設において確立する。ラボスケールでの実験により、藻類バイオマス生産に関する基礎的知見と個別基盤技術を開発するとともに、南蒲生浄化センターにおいてパイロットプラントを建設して、将来的に仙台市の下水処理場で活用可能な実規模プラント設計の基盤技術を確立する。具体的には、実用化に向けて、以下の研究項目を実施する。 ⑴ ラボスケールでの基礎研究および基盤の整備 ⑵ 屋内ベンチプラントによる藻類バイオマス生産システムの開発に不可欠な要素技術・システムの開発 ⑶ 屋外パイロットプラントの設計・構築・運転担当者筑波大学生命環境系東北大学大学院東北大学大学院工学研究科附属教　授　渡邉　信工学研究科超臨界溶媒工学研究センター井上　勲教　授　青木　秀之教　授　猪股　宏白岩　善博冨重　圭一准教授　佐藤　善之石田　健一郎准教授　中川　善直福島　康裕鈴木　石根松下　洋介助　教　大田　昌樹准教授　田辺　雄彦助　教　齋藤　泰洋研究員　野中　利之助　教　吉田　昌樹田村　正純宇敷　育男研究教育支援者　小野　巧出村　幹英研究員　福田　真也東北大学大学院恵良田　真由美環境科学研究科甲斐　厚教　授　スミス　リチャード　Jr. 渡辺　秀夫助　教　相田　卓多田　清志 18 用化の観点からも有意義である。また、連続培養にお研究計画 H24年度（2012）ける培地の灌流速度を変化させることにより、炭化水 H25年度（2013）培養・抽出・利用の最適化 H26年度（2014） H27年度（2015） H28年度（2016）高次システム構築に向けての基礎実験藻類オイル生産利用の大規模化のための基礎実験野外施設の設計エネルギー効率化のデータ取得素とトリグリセリドの生産比率が変化し、連続培養においては炭化水素産生能を最大化するための下水灌流速度の極大値が存在することが示唆された（図2）。下水中で良好に増殖し、かつ付加価値として高脂質生産能を有する株を選抜するため、昨年度までに独自藻類オイル生産の最適化のためのデータ取得に確立した全855株のうちナイルレッド染色により細 LCAモデルの精緻化生センターにて採取した処理途中の下水（最初沈砂池胞内に脂質の蓄積が確認された153株について、南蒲越流水）自体を培地として培養し、増殖特性の確認、藻実施内容体からの脂質抽出および TLC・GC により分析した。ま 2-1）ラボスケールでの基礎研究および基盤の整備らの株は下水中で概ね良好に生育し、半数以上で藻体 2-1-1）藻類生産への処理水の利用性の評価と　乾燥重量が500mg/L を上回ったことから、その栄養塩安価な補助培養液成分の探索た、32株について脂肪酸組成の分析が終了した。これ除去（すなわち水質浄化）能力についてはそれなりに平成 25 年度から引き続き、下水から富栄養化有効であることが示唆された。総脂質含量は、1.9％～因子となる無機窒素やリン酸を除去し、安定的に 42.9％で株によってかなり差異がみられた。さらにこ Botryococcus braunii BOT-22を培養できる連続培養をれらの株について TLC 分析を行ったところ、6株にお行った（図1）。B. braunii BOT-22は下水で良好に生育すいてスクアレン様炭化水素をもつ可能性が示唆された。るだけでなく、長期間安定的に継続的な培養できるこ 2-1-2）固形有機成分の可溶化技術の開発、評価とを示しており、持続可能な藻類バイオマス生産の実本年度は筑波大学から提供されたB. braunii BOT-22 とAurantiochytrium の脂質抽出残渣に加え、仙台市南蒲生浄化センターから提供された下水汚泥など、様々な固形有機成分の可溶化実験を東北大学で行った。脱水汚泥（乾燥紛体）の可溶化においては窒素、リン、多糖、図1　下水（南蒲生浄化センター流入水）および人工合成培地（AF-6）による連続培養図１下水（南蒲生浄化センター流入水）および人工合成培地（AF-6）による連続培養図2　下水による連続培養の滞留時間と炭化水素産生量の相関図3　脱水汚泥の可溶化（A）脱水汚泥の可溶化率の反応時間依存性（B）熱水処理後の窒素およびリン収率（C）熱水処理における残渣中の多糖残存率図２下水による連続培養の滞留時間と炭化水素産生量の相関 19 A B 図4　下水からのAurantiochytrium 培地調整工程（A）と汚泥可溶化液を用いた培養（B）図４下水からのAurantiochytrium培地調整工程（A）と汚泥可溶化液を用いた培養（B）単糖収率の反応条件依存性に関する検討を行った。熱 2-1-3）下水処理施設に適した品種改良水処理による脱水汚泥の可溶化率は27～67％であり、南蒲生において B. braunii の野外大量培養を実施す処理温度が高温、反応が長時間ほど増大した（図3A）。る場合、培養水温が本藻類の増殖最適温度である25℃ 可溶化液の窒素収率はおおよそ50～65％（図3B）であり、を夏季には上回り、冬季には下回ることが予想される。高温において反応時間の増大とともに減少することが冬季は焼却炉からの排熱水によって水温をコントロー明らかとなった。リン収率は、5～20％（図3B）であり、ルすることが可能であるが、夏季の温度上昇を制御す熱水処理が低温ほど増大する傾向を示した。熱水処理るにはチラーを培養槽に付置する必要があり、これに後の残渣における多糖含有率は、処理温度、時間の増大は相応の運転コストがかかる。夏季にも低コストで安にともない減少した（図3C）。これは、脱水汚泥中の多定したバイオマスを確保するシステムを構築するため、糖が加水分解し、熱水中に可溶化したことを示してい（ボ筑波大学において維持しているB. braunii の Race B る。一般に、多糖の加水分解は単糖を生成するが、いずトリオコッセン系炭化水素を産生するグループ）に属れの熱水処理条件においても単糖収率が1％未満であっする63株を用いて35℃で増殖する株の高温耐性株選た。このことから、脱水汚泥に含まれる多糖は、熱水処抜試験を行った。その結果、この温度下では当プロジェ理により単糖を生成する一方で、その過分解も進行しクトの指標株である BOT-22の増殖を上回る株（IKU-8 たことが示唆された。以上の検討より、汚泥の熱水処株）を見出した（図5）。この結果は、本株を BOT-22と共理を低温（225℃、15分）で行うことで、汚泥に含まれる存させる野外大量培養システムを構築することにより、窒素、リンを可溶化することで水溶液中に回収し、多糖を残渣中に残すことで各成分の分離・回収が可能であると思われた。そこで、上記熱水処理可溶化液（225℃、 15分）と、同じく汚泥を硫酸加水分解する事によって得られる酸糖化液を別々に作製して混合し培地とすることを試みた（図4）。その結果、Aurantiochytrium の細胞濁度（OD660）が26程度にまで到達した（図4B）。今後はこの培地を上記の淡水順化株培養に適用するための検討と大規模化に向けた研究を行う予定である。本成果は、汚泥の熱水可溶化と培養システムに関する特許として申請し、本年度、特許査定をした。 20 図5　各種B. braunii 株の高温条件での増殖夏季にも低エネルギーでバイオマスを取得できること 2-1-4）藻類オイル等有用成分の特定と　を示唆するものである。一方、低温培養（10℃）におい抽出技術の開発て増殖するスクリーニングも行ったが、現時点でこの B. braunii の連続培養系を考慮に入れた場合、生細胞温度で良好な増殖を示す株は見つかっていない。を連続使用しながら炭化水素を回収可能なプロセスが Aurantiochytrium は汽水域より単離された株で、安構築できれば有用である。このような目的のもと種々定的に増殖・物質生産するためには海水の50％程度の抽出実験を検討した結果、液液抽出実験よりヘプタン：濃度の NaCl を含む培地で培養する必要がある。そこ培養液 =2：1［v/v］、抽出時間を5min とした場合に細胞で我々は、淡水で生育可能な Aurantiochytrium 18W- の増殖に甚大な影響を与えず油分を抽出できること 13株の作出を目指した。長時間かけて塩分濃度を漸がわかった。次に、連続培養系の培養周期を検討した次減少させ低塩濃度環境に順化させた結果、海水のところ、脂質含有率は培養周期5日間で抽出前の約9割 1/6,400の塩濃度においても良好な生育を示す淡水順まで回復したことからこの間隔を採用した。このミル化株を得ている。さらにこれを受けて本プロジェクトキング培養法を30日間繰り返した結果を図6A ならびの舞台となる仙台市の南蒲生浄化センターより下水に図6B に示す。図6A より、各回細胞濃度の到達平均は（二次処理水）を取り寄せ、実際の下水での淡水順化株 1.1g/L とコントロール試料とほぼ同様であったにも関の生育を試験した。その結果、淡水株は培養で野生型わらず、炭化水素は多少ばらつきがあったものの図6B よりも最終到達濁度で2.9倍、比増殖速度においては1.5 に示すように各回5wt％程度抽出された。このミルキ倍優越した。ング培養法の構築により、B. braunii において合目的的 Aurantiochytrium のスクワレン合成はメバロン酸経な循環利用の可能性と効率的な炭化水素回収の可能性路と呼ばれる脂質代謝経路を介して行われる。この経が示唆された。路の律速酵素としてヒドロキシメチルグルタリル CoA 2-1-5）オイルおよびオイル抽出残渣の　レダクターゼ（HMG-CoA 還元酵素）が知られており、 A 我々はこの酵素活性の発現とスクワレン蓄積量の関係前年度までにスクアランの水素化分解による低分子を調べている。その結果、18W-13a 株は、これまで報化に有効であることを明らかにしていたRu 触媒を用い、告されている他の生物がもつ活性と比較して約100倍高い HMG-CoA 還元酵素活性を有し、この高い活性が A B プロジェクトで生産したボトリオコッセンの水素化分解を行った。Ru/SiO2触媒を用い、約60％のガソリン留スクワレンの蓄積に寄与している可能性を示唆した。分収率を得た。得られた生成混合物は、2,3- ジメチル現在、スクワレンの蓄積は培養時期に依存しているが、ブタン（RON 104; 収率7.1％）や2,3- ジメチルペンタン今後は本酵素が常に発現するような変異体を得ること（RON 91; 収率6.1％）といった高オクタン価成分を比により、安定した生産が可能となると予想された。 B A 有効利用システムの開発 A 細胞濃度 [g/L] 較的多く含んでいた（図7）。低融点ジェット燃料成分 B B 抽出率含有率 [wt%] 図6　B. braunii の細胞濁度の変化（A）、抽出率、炭化水素含有率の変化（B）図６ B. brauniiの細胞濁度の変化（A）、抽出率、炭化水素含有率の変化（B）図６ B. brauniiの細胞濁度の変化（A）、抽出率、炭化水素含有率の変化（B） 21 の合成に適していたスクアランと比較し、良質のガソしい。そこで本研究では、タンパク質のアミノ酸組成リンを得る原料としてボトリオコッセンが利用可能に分析に常用される塩酸加水分解による残渣から有用なることが示唆された。一方、Ru/C 触媒や、スクアラ成分・元素回収を試みた。残渣バイオマス（n -hexane ン基質で特に位置選択性が高かった Ru/CeO2触媒では、による抽出後）10g を6N 塩酸200mL で18h 煮沸還流 C=C 二重結合の水素化のみが進行し、水素化分解によした場合、バイオマスの可溶化率は～35wt％、元素る低分子化は全く進行しなかった。ボトリオコッセン収率は炭素ベースで23.6％、窒素ベースで73.4％であをまず Pd 触媒を用いて C=C 二重結合の水素化をあらり、特に窒素（を含む成分）が高い回収率で分解液にかじめ行っておいてから Ru/CeO2触媒の水素化分解に可溶化されている事が示された。この可溶化液の分適用してもやはり反応は進行しなかった。スクアラン析結果より、残渣の塩酸分解物中の全有機炭素およに限らず n - ヘキサデカンやヘキサン類でも Ru/CeO2 び全窒素は、大部分がアミノ酸由来であることが示は活性を示していることから、藻類から抽出したボトされた。また、全アミノ酸含有率は40％弱であり、こリオコッセンは何らかの触媒毒となる物質を含んでいれは Aurantiochytrium の培養に際して窒素源としてると考えられる。Ru/CeO2は Ru/SiO2に比べオクタン価通常用いるトリプトンや酵母抽出物よりも高い。まの高い分岐炭化水素を得やすい位置選択性を有するたた、アミノ酸組成の結果より、残渣の塩酸加水分解め、抽出したボトリオコッセン中の触媒毒物質を適切物のアミノ酸組成は酵母抽出物のそれと良く類似しに除去できればさらにオクタン価に優れたガソリンをていることが示された。以上より、B. braunii のオイ製造できることが期待される。ル抽出残渣バイオマスの塩酸加水分解により高効率 B. braunii BOT-22のオイル抽出残渣バイオマスは、でアミノ酸を可溶化・回収可能であり、従属栄養性の陸生バイオマスや他の藻類バイオマスに比して非常 Aurantiochytrium の培養培地成分（窒素源）として援に C・H 含有率が高く（その分 O 含有率が低く）固体燃用できる可能性が示された。料（石炭）に匹敵する高い発熱量を有しており、熱分解 2-1-6）南蒲生浄化センターにおける　やガス化などの化学変換を通じたバイオ燃料生産の藻類バイオマス研究基盤の整備原料として有力である。他方、この残渣には、タンパ平成27年度のシステム設置にむけ、計画を一部前倒ク質や多糖などの炭水化物が含まれており、これらをしして南蒲生浄化センター内にビニールハウスを設置過分解することなく回収し有効利用することが望まし、小型レースウェイ培養槽6台の導入を行った。 Gasoline Jet Diesel 重質分メシチレン (回収溶媒) 7.1% 6.1% Botryococcene 水素化体 C34H70 n-C28 (Internal standard) 0 30 60 90 Retention time [min] 120 150 Reaction conditions: Wbotryococcene = 1.16 g (2.5 mmol); Wcat. = 100 mg (5 wt% Ru/SiO2); H2 6 MPa; T = 513 K; t = 6 h; 450 rpm. 図7　Ru/SiO2によるボトリオコッセン水素化分解図７ Ru/SiO2によるボトリオコッセン水素化分解 22 2-2）屋内ベンチプラントによる　要素技術を研究する研究者が、各操作に使用するエネ藻類バイオマス生産システムの開発に　ルギーに意識を払い、いかに削減できるように試みる不可欠な要素技術・システムの開発かを意識することが今後必要である。 2-2-1） Aurantiochytrium などの　培養槽内に設置する熱交換器の概念設計を行うた従属栄養性藻類ベンチプラント培養実験に　めに、気象データに基づいて熱交換器の負荷容量を算不可欠な基盤技術開発出し、必要となる冷熱および温熱を評価した。さらに、ラボスケールの大型ジャーファーメンターを用いた系全体の伝熱量を算出し、チラーの夏季および冬季の Aurantiochytrium の培養システムでは、投入するエネ負荷容量を算出した。その結果、培養面積約1m2あたルギー量が回収できるエネルギー量に比べて大きく上り夏季は320W、冬季は600W の負荷が掛かることを回ってしまうため、濾過滅菌により滅菌のエネルギー示した。また、南蒲生浄化センターを想定した名取実コストを抑制し、撹拌も通気による混合に置き換える験施設において小型レースウェイにおける温度制御ための培養槽の形状の検討と試験を行っている。が可能であるかを調査した。平成26年9月9日快晴時 2-2-2）低温地域におけるBotryococcusなどの　に培養液を模した約150L の水道水を入れた小型レー独立栄養性藻類の　スウェイ（面積約1m2）に伝熱面積約0.25m2 の熱交換屋外大量培養システム構築に向けた検討器を埋没させ、EYELA 社製チラー（冷凍能力600W）をこれまでの培地の供給、培養から抽出、改質までの用いて気温および日射量の上昇に伴う培養液相の温各工程の要素技術に基づき、Life Cycle Assessment 度変化を調査した。その結果、設定温度5℃、冷媒相流（LCA）を行った。特に Aurantiochytrium の培養にかか量11.0L/min の運転の場合に培養液相の温度が低下傾る蒸気滅菌、撹拌、制御等に膨大な電力を必要とする向を示し、夏場の太陽熱による影響を制御可能であること、B. braunii の培養においても撹拌にかかるエネルことを示した。ギーが大きいことがわかった。Aurantiochytrium の培 2-2-3）大量処理に向けた藻類オイル等の抽出および養については新規な培養システムの構築を目指し、電有効利用システム構築力の消費を低減させる見込みであり、B. braunii の培養藻類の高濃度収穫法の確立を目指して、藻類培養液に関しては将来的にスペースの拡大により相対的に使の連続的な脱水処理が可能な膜分離装置として中空用電力量を抑制できると見込まれている。それぞれの糸膜モジュールおよびシリコンカーバイド膜を選定し、 A B C D 図8　ビーズミルおよびジェットペースターを用いた場合のオイル抽出率（A,B）と消費エネルギー（C,D）。図８ビーズミルおよびジェットペースターを用いた場合のオイル抽出率（A,B）と消費エネルギー（C,D）。ビーズミルビーズミル（A,C）、ジェットペースター（B,D）（A,C），ジェットペースター（B,D） 23 B. braunii を対象とした実験装置を製作した。膜分離のろ過性能を評価するための指標として透過流束を次年度以降への課題評価しており、その評価法の妥当性を検討している。 B. braunii の連続培養における滞留時間と炭化水素機械的な抽出分離法の確立を目指して、前年度ま産生性を検討し最適条件を見出す。並行して高温条でに高圧ホモジナイザーを用いて微細藻類を破砕し、件で増殖性の高い IKU-8株の炭化水素産生性の検討、オイル抽出率を検討した。今年度はこれに加えて破および重イオンビーム照射を用いた変異体作成に基砕装置としてビーズミルおよびジェットペースターづく品種改良による低温・高温耐性炭化水素高産生株を選定し、その評価を行った。それぞれの装置の操作の探索を行う。新たに単離を進めている株について条件を変化させ、オイル抽出率を算出した。どちらの下水での生産性、生産物の特殊性を考慮して有望株装置も未処理試料と比較してオイル抽出率が10倍以を選定する。特にスクアレン様の炭化水素を蓄積し上高いことを示した（図8AB）。前年度および今年度ている株については同定を行う。Aurantiochytrium の結果から B. braunii の細胞を破砕する手法はオイルについては、低塩濃度順化株を活用し、下水有機物を抽出率を向上させる方法として適していることが示利用した簡便な培養法を構築する。下水有機物の可唆された。さらに、電力計によりこれらの装置の電力溶化において、塩酸以外の酸やアルカリ（固体酸・ア量を計測し、破砕に必要なエネルギーを算出した（図ルカリを含む）を用いた残渣の分解処理の最適化を 8CD）。その結果、連続処理するビーズミルのほうが試みる。回分処理するジェットペースターよりも消費電力量 B. braunii のミルキング培養法における LCA を行が小さいことを示した。い、エネルギー的にも最適な手法を見出す。また、 2-3）屋外パイロットプラントの設計・構築・運転 Aurantiochytrium からの炭化水素抽出条件の最適化これまで得られている各要素技術にもとづいて、屋に取り組む。外パイロットプラントの設計を仙台市南蒲生浄化セ B. braunii から抽出したボトリオコッセンに含まれンターの設計にも関わった専門業者に依頼し、詳細なると推測される触媒毒物質の除去方法の確立が早期に設計を行った。望まれる。また、Aurantiochytrium 由来スクアレンの分解についても実施し、触媒の活性や位置選択性のさらなる向上にも取り組む必要がある。熱交換器の概念設計を行うための伝熱計算においていくつかの仮定をおいた計算を実施したため、実際の場合と異なることが予想される。そこで、実験データを取得しながら、伝熱計算の確度を高める。今年度実施した LCA で得られた知見を各研究者がそれぞれの要素技術において意識し、エネルギーの低減に繋がる手法技術の検討を試み、全体としてエネルギー収支がプラスとなる条件を見出すよう努力を続ける。藻類の高濃度収穫法の検討において、ろ過膜の孔径および材質がろ過膜の透過流束に及ぼす影響を定量的に評価し、高濃度に藻類を収穫可能な方法を選定する。機械的な抽出分離法の検討において、各種装置の消費電力量を可能な限り揃えて実験を行い、最小の消費電力量でオイル抽出率が最大となる装置を選定する。 24 課題 3-1 公共施設用EMSの研究開発概　要本課題では H25年度までに非常時も再生可能エネルギーにより電源供給可能な太陽光発電・蓄電システムを石巻市立鹿妻小学校、仙台市内住宅展示場、鳴子中山平実験サイト、石巻ひがし保育園に設置すると共に、その機能の一部に焦点を当て、より効率良くより使いやすい電源供給システムの開発を行ってきた。今年度はその太陽光発電・蓄電システムの設置場所に石巻市田代島を選んだ。石巻市田代島は東日本大震災の津波により、送電用海底ケーブルが壊滅的な打撃を受け、離島の住民は不自由な生活を強いられた。この事例により公共施設に太陽光発電と蓄電池を一括管理する EMS、エネルギーの移動体としての EV と電動自転車の導入が必要と考え、これらを統合管理するエネルギー・モビリティ統合マネジメントシステムの設計・制作・実証を石巻市田代島で行った。そしてこの3つの拠点の発電量・蓄電池残量などのエネルギー状況を監視・制御、さらにモビリティの位置情報、蓄電池残量情報を監視し、拠点情報とモビリティ情報を一括管理し遠隔監視する EMIMS の設計・制作と実証試験を行った。また、再生可能エネルギーにより蓄電池に充電された直流電力をノート型パソコンや携帯端末などへ電源供給する方策として、非接触型二次元電力供給システム用インバータ電源装置を試作し、最低限の照明しか点灯されない災害時においてもケーブル等の接続が不要な非接触方式による電力供給が行えることの可能性を実証評価した。担当者東北大学大学院環境科学研究科教　授　田路　和幸准教授　馬奈木　俊介古川　柳蔵高橋　英志佐藤　義倫助　教　梅木　千真吉田　友美助　手　三ケ田　伸也研究計画平成27年度からは課題3-a「EMIMS の創出」へ統合 H24年度（2012） H25年度（2013） H26年度（2014）学校向け EMS システムの開発とモデル校への設置 EMS 制御エネルギーの複数住宅共有システムの研究開発離島用エネルギーマネジメント太陽光発電・蓄電システムの設置公共施設用 EMS 制御太陽光発電・蓄電システム設置エネルギーシェアシステムの研究開発非接触認証型直流コンセントシステムの研究開発 H27年度（2015） H28年度（2016）モビリティ・エネルギー拠点情報の統合・見える化非接触型二次元電力供給システム用インバータ電源の試作・モビリティ・エネルギー拠点の情報を統合・公共施設用多目的給電ステーションの設置多目的給電ステーションの試作・設置 25 実施内容実際には非常時に避難場所になり得るのは田代島開発 1．‌離島用 EMS 制御太陽光発電・蓄電システム室を石巻市漁業協同組合に貸し出しているため、一定本課題では H24年度に石巻市立鹿妻小学校、H25年の負荷が期待出来る。さらに、今年度中には女川原発度に仙台市内住宅展示場、石巻ひがし保育園、鳴子中向けの核シェルターを田代島開発総合センター大集会山平実験サイトに非常時も再生可能エネルギーで電源室に設置予定との事で、田代島開発総合センターを設供給可能、かつ平時も蓄電池制御により再生可能エネ置場所に選択した。ルギーを有効利用出来る公共施設用太陽光発電・蓄電屋上に太陽光パネル4kWを設置し、蓄電池（4.5kWh）、システムを設置してきたが、今年度はこのシステムのパワーコンディショナー、切替盤、EMS を2F 倉庫に設設置場所に石巻市田代島を選んだ。置した。また、蓄電池からの供給により点灯させるこ石巻市田代島は東日本大震災の津波により、送電用海とが可能な LED を屋外の道路沿いに3本、1F ロビー2本、底ケーブルが壊滅的な打撃を受け、離島の住民は不自大集会室1本、事務室1本、1F トイレに計3本、2F 倉庫に由な生活を強いられた。この事例により公共施設に太陽 1本設置した。また、100V コンセントを大集会室と事光発電と蓄電池を一括管理するEMS、エネルギーの移務室に設置した。EV 充電用100V コンセントは屋外に1 動体としての EVと電動自転車の導入が必要と考え、これ点設置した。らを統合管理するエネルギー・モビリティ統合マネジメこれにより非常時は蓄電池供給による最低限の明るントシステムの設計・制作・実証を石巻市田代島で行った。さを確保しながら携帯電話やラジオ、TV 等の通信機器田代島にはマンガアイランドという公共の宿泊施設の充電を可能にし、非常時の生活や情報収集等に活用がある。そこには震災後寄付により大規模な太陽光発できるものとなった。電装置と蓄電池が設置されたが、実際には負荷はそこまた、田代島開発総合センター隣にあるプレハブをまで大きくなく、発電量のほとんどが売電されている。お借りし、電動アシストつき自転車と充電システム、総合センターであり、市の職員は常駐していないが一 LED 照明を設置した。猫島とも呼ばれる田代島は観光客が多い。ほとんどは徒歩で散策するが、マンガアイランドでも電動アシストつき自転車を貸し出しているため、利用する人は少なくない。しかし、経年劣化により蓄電池がすぐなくなってしまうなどの問題があるそうだ。港にも近い田代島開発総合センターで再生可能エネルギーにより充電可能な電動アシストつき自転車田代島開発総合センター Fig.1　田代島マップ 26 Fig.2　田代島開発総合センター Fig.3　プレハブ内非常用コンセント＆EV 充電コンセント Fig.4　屋外 LED 照明の貸し出しがあればぜひ利用したいという声が多く、見える化が可能となっている。一般向けへの貸し出しを検討している。今年度は最終目標であるエネルギー・モビリティ統田代島には EV の導入も検討している。まずは田代合マネジメントシステム（EMIMS）の実現に向けて課題島の住民に EV の利便性や走り心地などを体感して頂 3-4の EV 管理サーバーとの連携を見据えてサーバー構くためにシステム設置前の住民説明会の中で EV 乗車成を再構築した。EV 管理サーバーとの連携はタイミン体験を行い、かなり良い評判を得た。EV 自体は今のとグ的に来年度以降になるが、先駆けて EV 管理サーバーころ大学の資産であるため、住民や観光客への貸し出から統合管理サーバーへアップロードするためのインしは保険や管理方法、管理団体などが決まれば実現すターフェースを開発した。また、電力管理サーバーとると考えている。 EV 管理サーバーの役割を切り分けるため、電力管理サーバーと EV 管理サーバーの親サーバーとして統合管理 2．‌EMS 統合化システムサーバーを設置し、電力管理サーバーとEV 管理サーバー H24年度の石巻市立鹿妻小学校、H25年度の仙台市からデータを受け取る構成とした。これにより、拠点内住宅展示場、石巻ひがし保育園、鳴子中山平実験サ情報を確認するときも、モビリティ情報を確認するとイト、H26年度の石巻市田代島開発総合センターの発きも統合管理サーバーへアクセスすれば見える化可能電量、蓄電池残量、消費量等のデータは現在電力管理ということになる。また、仙台市内の重要なエネルギーサーバーへアップロードされ、管理されている。この拠点となり得る東北大学大学院環境科学研究科本館のサーバーは Web サーバーとしても機能し、外部からこ DC/ACハイブリッドシステムの情報も統合管理サーバーのサーバーが持つ URL にアクセスすることで各拠点の経由で見える化可能にした。 Fig.5　サーバー構成 27 3．‌非接触型二次元電力供給システム用　生活に深く浸透しており、直流化を進めることは容易でない。そこで、直流送電を用いてロスを最小限に抑インバータ電源の試作直流送電は、実行電圧が同じ交流よりも最高電圧がえつつも利便性の高い電源供給システムは不可欠と考小さく絶縁が容易であり、表皮効果を生じないため導え、非接触型二次元電力供給システム用インバータ電体利用率がよく、電力あたりの電流が小さいため電圧源を試作することとした。降下・電力損失が小さい等の利点がある。今回試作したシステムの伝送効率は、Table.1に示一方、太陽電池、蓄電池等の電力側、PC、テレビ等す、直流間の伝送効率（伝送効率 A）と、これからインの負荷側も直流で動作するものが多く、交流に変換バータ伝送効率を差し引いた高周波と直流間伝送効する必要は無い。加えて、これらを結びつける直流電率（伝送効率 B）である。従来システムが30〜50％の圧変換素子である DC/DC 変換器は高効率で低コスト変換効率であったことを考えると今回の計測結果は化しており、直流の使い勝手が向上してきている。に送電最小エリアで76.2％（伝送効率 B）が得られているもかかわらず配線にはアダプタが氾濫しており、変ことは大きな改善が出来たことになる。これはコスト換ロスが無視できない。UPS を用いる場合には AC/ 面などの問題がクリア出来れば十分に実用可能な値 DC 変換、DC/AC 変換が必要になるため、さらに損失である。が大きくなる。このため、交流配線方式に代わって直流電力線方式 4．‌多目的給電ステーションの必要性が叫ばれている、だが、交流配線方式は社会これまで石巻市立鹿妻小学校、仙台市内の住宅展 Fig.6　非接触型二次元電力供給システム測定範囲直流入力電圧［V］直流入力電流［A］入力［W］直流出力電圧［V］直流出力電流［A］出力［W］送電最少エリア 41.8 1.09 45.6 29.1 0.737 21.4 47.0 54.7 全エリア 41.7 1.56 65.5 29.0 0.689 20.0 30.5 35.8 Table.1　受電体の伝送効率計測結果 28 送受間伝送効率 A 伝送効率 B ［％］［％］ Fig.7　多目的給電ステーション全体図示場、石巻ひがし保育園、鳴子中山平実験サイト、田代島開発総合センターに設置してきた太陽光発電・蓄次年度以降への課題電システムは太陽光パネルが4kW 以上という大規模次年度以降は本プロジェクトのメインテーマであなものであったが、地域にはもう少し小規模なシスるエネルギー・モビリティ統合マネジメントシステテムが望ましい場合がある。そういった状況には省ムの基本システムの完成を目指し、課題3-4で行ってスペースであり、また移動が出来るシステムが不可いる EV 関連の研究開発データサーバと連携し EV と欠であると考え、多目的給電ステーションを試作すエネルギー拠点の情報を一括管理するデータベースることとした。やインターフェース等を確立する。また、最終年度に本システムは屋根に太陽光パネルを1kW 程度搭載し、は各地域で生産されるエネルギーの情報も取り込み、蓄電池は1.2kWh とこれまで設置済のシステムの約1/4 被災地域全体のエネルギー管理システムとして機能程度の規模となっている。また、系統電力による EV 充させる。電コンセントを備え、平時は EV の充電にも使用可能それに加えて本プロジェクトメインの研究開発拠となっている。また、平時・非常時には再生可能エネル点となっている大崎市と石巻市を EV で往復できるギーと蓄電池により USB 電源への供給が可能となっよう、EV 中速充電器と非常時に再生可能エネルギーており、非常時には携帯端末やラジオなどの通信機器による電源供給が可能な小規模の多目的電源供給スの充電に使用可能となっている。テーションを設置してインフラを整備し、震災復興また、夜間には LED 照明を点灯させ、系統停電によに貢献する。り外灯が消灯してしまった場合でもこの多目的給電ステーションの場所が確認できるようになっている。見える化ディスプレイも備えており、発電量や蓄電池残量等が確認できるようになっている。 29 課題 3-2 ヒューマンインターフェースとしてのアクティヴ・サイネージの研究概　要本課題では次年度以降の被災地域におけるエネルギーサイネージの設置にむけたヒューマン・インターフェースの最適なハード・ソフトウェア・デザインについて検証を行い、被災地域においても関心が高まっている再生可能エネルギーに関する有用情報の表示手法や利用者との各種インターフェースの最適化を主なターゲットとして制作・実証を進めている。エネルギーの「見える化」は多様性・個別性の尊重が進む今後の社会において、新しい都市のエネルギー需給の在り方の提示と共に、多面的な低炭素型社会と次世代のライフスタイルを牽引するための学習コンテンツとしても期待される。テクノロジーの効用が上位の技術開発や一部の利用者への限定的な恩恵に留まらず、広く人々の暮らしに豊かさを与えるための新たな展開・きっかけであることを示すことは、広範な意味での我が国における再生可能エネルギーの発展的活用に寄与すると考える。本年度は、次年度以降、被災地域に設置予定の統合型サイネージの制作にむけた検証の最終段階として、リアルタイムのモニタリングデーターの見える化画面のコンテンツ制作の他に、コントローラーや画面展開をソフト・ハード両面で利用者視点から検証し、制作を行った。担当者東北大学大学院工学研究科教授　石田　壽一助手　藤山　真美子井上　宗則研究計画平成27年度からは課題3-a「EMIMS の創出」へ統合 H24年度（2012） H25年度（2013）統合型サイネージの開発蓄電池・機器制御ルームによるコアセンター版サイネージ開発ハード環境整備 H26年度（2014）チャージ、スポットとのリンクプログラム・コンテンツ整備ソフト環境整備分散型サイネージの開発東北大学キャンパス内におけるチャージスポット開発チャージスポットA整備 H27年度（2015） H28年度（2016）統合型サイネージの被災地への展開統合型サイネージのプロトタイプ化チャージスポットB整備先進事例調査と研究情報発信エネルギーの「見える化」・被災地への実地展開に関するサンプリングリサーチ SWWスマートウィークの展開（研究情報発信および専門家と被災地住民によるワークショップなど） 30 被災地への実地展開にあたっての現地リサーチ実施内容グで自動的に照明が落ち、同時にサイネージコンテン実施プロジェクト1 へ誘導するための一連のアクティビティを構成した。ま ○東北大学大学院環境科学研究科蓄電池・　た、昨年度制作したコンテンツに個別の効果音を加えツが立ち上がるプログラムとし、利用者をサイネージることで、よりアンビエント性を高めることができ、利用機器制御ルームコントローラーコンテンツ等制作者のサイネージに対する没入感を強化することができた。東北大学大学院環境科学研究科研究棟／蓄電池・機ナレーションの制作では、音声に合わせてシステムの器制御ルームをフィールドとし、前年度のサイネージ説明図におけるアイコンにフェードや点滅等の動作をコンテンツの制作整備に引き続き、利用者とのインター加えるとともに、コントローラーでは英語表記を行うなど、フェースについて、コントローラー筐体及びコントロー複数のインターフェースを用いて広範の情報が複雑化ラーソフトウェアとネットワークの制作・室内人感センすることなく、簡潔に情報の相互のフォローを行う為のサーとの連動・ナレーションおよび音響の制作を行った。各種インターフェースの特異性を検証することができた。本設備は、来年度以降、展開を進める被災地域でのサまた、床置の蓄電池制御盤のゾーニングごとの機能イネージ設置において、複数のエネルギー情報を統合・解説にコントローラーの操作によってアクセスすること発信する統合型サイネージコンテンツを想定した実証のできるインタラクティブなコンテンツ、サイネージコとして制作を進めてきた。複数のコンテンツを一連のンテンツをリアルタイムデータとの連動と切り離して、グラフィックスに取りまとめストーリー性ともたせる天候や利用状況によって様々に変化する画面の推移をとともに、利用者が恣意的に個別情報へアクセスする際利用者にデモンストレーションとして理解・体験してもらの視認性・操作の直感性を検証した画面構成及びコントうことを目的として編集したデモコンテンツ、本設備以ローラーの操作展開を実現し、一定の完成物が出来た。外に昨年度設置を行ったチャージスポットの位置情報蓄電池室内に初年度設置を行った人感センサー及や施設情報を取り入れたサブコンテンツも合わせて制び照明器具との連動では、プロジェクターの起動時間作を行い、様々な角度から情報伝達手法の可能性を探をフォローする為に、利用者が入場し蓄電池室内を一ることができ、次年度以降の被災地域における統合型瞥するための照明を立ち上げた後、一定時間タイミンサイネージへの展開に有用な検証を行うことができた。図1. 蓄電池・機器制御ルームにおけるサイネージ完成写真 31 実施プロジェクト2 ○東北大学大学院工学研究科チャージスポットサイネージ筐体とコンテンツ制作本プロジェクトでは、東北大学大学院工学研究科の屋外空間をフィールドとして、自然エネルギーの利用を広く一般に無料開放するための屋外チャージスポットと屋外型サイネージの一体的な制作・実証を進めている。工学研究科では青葉山キャンパスの南側斜面を用いた太陽光発電を行っており、隣接するホール内に供給している。同施設で発電した自然エネルギーをベースに、発電と消費を身近に体験できる本フィールドをベースとして、リアルタイムデータと連動したサイネージ筐体及びコンテンツの整備を行う。東北大学大学院環境科学研究科研究棟／蓄電池・機器制御ルームの実証では、アンビエント性の高いインターフェースの在り方を検証するため、プロジェクションマッピングによる特注型のディスプレイ形態を用いた。一方図2. 蓄電池・機器制御ルームにおけるコンテンツで今年度までの経緯から、次年度以降に展開を進めるこのことから、蓄電池・機器制御ルームの実証で未被災地域でのサイネージ設置において、複数のエネル検証となっている汎用的な液晶ディスプレイを用いたギー情報を統合・発信するサイネージコンテンツが想定サイネージ筐体の制作およびサイネージコンテンツをされており、リンク先のローカルサイネージについても整備することで、次年度以降の実装へのサイネージコ一般的な画角サイズの液晶ディスプレイへの投影を前ンテンツ画面の構成及びデザインの汎用性の検証を行提としたサイネージコンテンツの制作が進んでいる。うことを目的としている。図3. 蓄電池・機器制御ルームにおけるコントローラーとチャージスポット 32 図4. 東北大学大学院工学研究科チャージスポットサイネージコンテンツ検討案また合わせて次年度以降の統合型サイネージコン一貫して伝えることを目的とする。3.11以降、被災地テンツの検証として、地図情報への導入部構成や蓄電においては再生可能エネルギーの有効的な利用に対す池・機器制御ルームのようなコンテンツサイズがディる関心が高まっているが、実際に利用を行っている現スプレイと異なる場合のサブウィンドウの取り扱い、場でもあっても対外的に見学可能でない場合や、身近コントローラーを用いない自動での画面展開の可能な環境に事例となる施設が見つからないなど、再生可性、周辺照度の高い環境に設置されたディスプレイに能エネルギー設備を実装した施設のリアルタイムでの最適なカラースキームなど、利用者の多様な公共空間エネルギー状況と施設情報を同時に知ることのできるにおける統合型サイネージを取り扱うことで課題と機会は少ない。なるであろう、細かな項目の表現についても検証を進そのような状況の中、誰でも簡易に立ち寄ることのめている。できる市役所で、遠方も含めた複数のプロジェクトデータを得ることの出来る統合型サイネージによる俯瞰的次年度以降の課題な情報閲覧機能を最大限化するため、複数プロジェク本年度までのデモプロジェクトで得られた成果を元各種情報へのスムーズな導入を実現するため、利用者に、次年度は石巻市役所に設置予定の統合型サイネーとのインターフェースを詳細に検証し、最適デザインジコンテンツについて、複数箇所のサイネージ情報をの制作を進めていく予定である。トの位置関係やバックグラウンドを直感的に提示し、どのように効果的に市民に情報提供するかという点を課題とし、主に画面のデザインを静止画像データの検討をベースとして提案・制作を行う。具体的には、画面の展開構成およびトップ画面・サブ画面の基本デザインを行い、統一的なカラーやロゴ等のフレーム明示を通して、複数箇所のサイネージを 33 課題 3-3 エネルギー&モビリティ統合インターフェースの研究開発概　要本研究開発は、地域の多様なニーズに対応できる EMIMS 開発に必要な直流配電技術の基本的な構成要素の技術確立が目的である。商用電力のみならず、太陽光発電やリチウムイオン電池などの直流電源を入力として、汎用 AC / DC 電力装置の多様な出力形式に対応できる電力給電装置用の直流配電デバイスを小型で効率よく安全に使用できる技術の開発が目的である。直流配電でのアーク放電対策を重要課題として取り上げた。本プロジェクトでは、提案した過渡電流スイッチ回路により種々の配電デバイスのアークフリー化を実現した。しかし提案回路には同期動作する付加スイッチが必要で、小形化に限界があった。今回、付加スイッチをダイオードと抵抗で置換する回路を提案し、実験的に動作を確認し特許提案した。デバイスの小型化と設計の単純化を実現した。新回路により電磁リレー、スイッチ、ヒューズのアークフリー化と小型化できる。それらを組み込んだ E&M 統合インターフェースとして、石巻市の（有）尾張技研が『ユニバーサルモバイルコンセント』を試作した。AC / DC の広範囲な入力に対応し、リチウムイオン2次電池3kW を具備し、出力として DC300V、AC100V、USB、シュガーソッケットに対応できる。研究成果は、2014年8月8日に石巻市で開催された『次世代エネルギーフォーラム in 石巻』で披露した。担当者石巻専修大学　理工学部教　授　若月　昇研究計画平成27年度からは課題3-a「EMIMS の創出」へ統合 H24年度（2012） H25年度（2013） H26年度（2014） H27年度（2015） H28年度（2016）工藤　すばる准　教　授　佐々木　慶文水野　純直流高電圧大電流の実験環境の整備無アーク放電配電用スイッチングデバイスの設計試作非常勤職員　斎藤　孝志配電デバイスの安全・信頼性向上設計と試作 E&M 統合インターフェース機能確認試作（ユニバーサルモバイルコンセント試作） 34 EMIMS 対応の E&M 統合インターフェース試作（2）開閉電気接点の信頼性に関する研究実施内容従来、開閉接点の電流遮断時の現象は、接触抵抗エネルギー＆モビリティ統合インターフェース（E 増加→接点金属溶融→金属蒸発→アーク放電の過程＆ M インターフェース）の研究開発は、EMIMS 開発にと考えられてきた。過渡電流スイッチ回路の適用で、必要なターミナル装置用の直流配電技術にかかわる。金属溶融現象とアーク放電現象を分離した測定が実 AC、DC の多様な入力と、使いやすい汎用の出力形態に現できた。溶融現象は、開閉電気接点の信頼性の向柔軟に対応でき、小型で安全と信頼性を確保できる直上に深くかかわる。図2に示す汎用電磁リレーを改造流配電を実現できる基本的な構成手法の確立が目的でした機構で Ag クロスロッドでの接点開離時の電流ある。種々の配電デバイスで電流遮断時に発生するアー電圧特性を精確に測定した結果が図3である。接点ク放電を抑止のための過渡電流スイッチ回路を基本技が開離する直前の接点電流と接点間電圧波形は独特術として、以下のようなデバイスと装置の研究開発をな応答を示す。この複雑な電圧応答解析に、金属の行った。溶融エネルギー（僭熱）に対応した溶融電圧 Ulh の概念を導入して、特異な挙動の物理現象を解析できた。（1）直流配電デバイスの安全性と　小型化に関する研究融点における固相と液相の繰り返しが、電気的特性に大きな影響を与える。その現象解析の説明を図4に直流電流遮断時に発生するアーク放電を抑止する手示す。同一温度（融点）における抵抗率の異なる固相・法として、過渡電流スイッチ回路を提案してきた。アー液相の状態変化が図3に示す特異な電気的で特性をク放電抑止によって、安全性が確保され、交流用汎用示すことがわかった。デバイスの直流大電流高電圧使用などを可能にした。本年度の電磁リレー試作品は、10万回の開閉実験後しかし、従来回路では2個のスイッチの動作に時間差の動作は正常だったが、電極金属の数十μ m の正極のを設定するので、試作メーカから設計・製造の煩雑さ凹化、陰極の凸化が観察された。次年度は上記の解析を指摘された。この対策として、図1の新回路を提案し結果などをふまえ高信頼化の検討を行う。た。本回路は、付加スイッチの代わりにダイオードと抵抗によって、電流遮断時の過渡電流を蓄積するコンデンサの放電を対象とするスイッチ自身の次回の通電動作時に行う。通電電流の開閉に加え、コンデンサの放電をスイッチ自身が行うので、付加スイッチが不要となった。なお、回路の電気的絶縁はコンデンサが担う。平成26年7月に特許出願した。本回路は、電磁リレー、スイッチ、サーマルスイッチに適用でき、300V / 30A 対応デバイスでのアークフリー電流遮断を実現した。図1 新アーク放電抑止用過渡電流スイッチ回路図2 電気接点の開離時溶融現象の測定機構図3 接点開離直前の電流 ( 青 ) 電圧 ( 赤 ) 波形 35 図4 開閉電気接点の溶融現象解析に融点での固相と液相の抵抗率変化を導入した説明図（3）装置の安全性に関する研究多様な入力条件に対応して、多種の出力形式のコン（4） E＆Mインターフェースとしての　『ユニバーサルモバイルコンセント』試作セントを具備するために、多ルートの配電路が必要と直流配電デバイスとしてアークフリーを実現したなる。それらの安全性を確保するための最も単純なデ DC300V、30A 対応のスイッチ、電磁リレー、ヒューズバイスはヒューズである。しかし、直流配電では、ヒューなどを組み込んで、ユニバーサルモバイルコンセントズは溶断時のアーク放電発生や、寿命があるという点（緊急電源つなぐ君）を試作した。2014年8月8日に石巻が課題である。まず、過渡電流スイッチ回路を適用して、市における『次世代エネルギーフォーラム in 石巻』でアークフリー化を行った。亜鉛細線をガラス管に装着市民に披露した。その時の会場での撮影写真およびパした定格10A ヒューズは図5のような溶断特性を示しンフレットの一部（製作仕様と製品コンセプト）を示す。た。過電流に対してはアークフリーでの安定な応答を示し、直流用で簡易なガラス管ヒューズが適用できる。なお、短絡電流を想定した100A 以上では、数百μ s の短時間放電後に溶断し安定な電流遮断を実現した。図5 アークフリーヒューズの溶断電流と溶断時間 36 図6 石巻フォーラムでの試作品展示の様子ユニバーサルモバイルコンセントの製作仕様図7 試作したユニバーサルモバイルコンセントの製品コンセプト次年度以降への課題る直流の蓄電・配電制御・分配などにユニット化した機 EMIMS を実現するために、各種の再生可能エネル必要である。これまで研究開発したアークフリー電流ギーの取り込みが可能で、不足分を商用電力で賄う EV 遮断技術の信頼性と寿命を確認し、装置の安全性を担ステーションを構成に寄与する技術開発を目指す。関保する回路プロテクター（ブレーカ機能やヒューズ機連機能をユニット化して、地域ニーズに対応させて組能の集積）技術を開発し、試作装置の地域自治体などみ合わせたユニバーサル・モバイルコンセント（UMC）での実証実験を行い、地域企業へ技術移転が可能なレを試作する。EMIMS 開発での EV ステーションにおけベルに高めることが課題である。能で対応できる小形で安全性・信頼性に優れた技術が 37 課題 3-4 エネルギーモビリティマネジメントシステムの研究開発概　要本課題では、エネルギーマネジメントシステムの開発に留まらず、EV などに代表されるモビリティの要素を取り込み、エネルギーマネジメントシステムが活用される具体的な技術開発を行い、エネルギー・モビリティ統合マネジメントシステムの創出に向けて取り組んでいる。小課題「エネルギー・モビリティマネジメントシステムの研究開発」では、都市圏レベルでの交通状況や電力消費状況を再現する EV 交通シミュレーションの開発、スマートフォンアプリの交通行動モニタリング検証を行った。また、システムの実装に際しての事前評価として青葉山フィールドにて EV、給電ステーションの運用に関する評価実験も行った。小課題「表現・情報提供システムの研究開発」では、 EV 車内に表示する情報のインタフェース開発ならびにシステム実装後のビジョン化のための仮想化都市空間の構築を行った。小課題「先進モビリティにおける人間行動解析システムの研究開発」では、運転中に災害に際した時のドライバの運転・挙動をシミュレータにて計測し、避難行動の把握を行った。さらに EV のエネルギー動特性のモデリングも行い、i-MiEV 車両の実走行データとの比較から、シミュレータで実験する上で十分な精度が得られた。担当者東京大学　次世代モビリティ研究センター教　授　須田　義大助　教　平沢　隆之特任助教　WANG Zhipeng 池内　克史特任助教　鄭　仁成杉町　敏之大口　敬林　世彬タンジェフリートゥチュアン准　教　授　中野　公彦 MIN Lu 特任研究員　佐藤　啓宏大石　岳史藤原　研人鎌倉　真音特任准教授　小野　晋太郎岡本　泰英 ZHENG Bo HUANG XiangQi 東北大学　未来科学技術共同研究センター 38 教　授　長谷川　史彦教　授　一ノ倉　理客員准教授　西澤　真裕桑原　雅夫青木　孝文助　教　原　祐輔鈴木　高宏内田　龍男三谷　卓摩松木　英敏小菅　一弘助　手　片岡　源宗内山　勝准　教　授　大野　和則田所　諭山邉　茂之研究計画平成27年度からは課題3-a「EMIMS の創出」及び課題3-b「モビリティ関連技術開発」へ統合 H24年度（2012）・移動型計測システム設計・フィールド選定・移動型計測システム設計・フィールド選定・エネルギー・モビリティ車両の動特性計測・解析およびシミュレータの策定 H25年度（2013）・DB の構築・TSの開発（EV機能）・エネルギーモビリティマネジメントシステム機能の開発（充電行動分析）・移動型計測システム設計・フィールド計測・MRシステム試作・エネルギー・モビリティ車両の動特性を実現可能なシミュレータの構築 H26年度（2014） H27年度（2015） H28年度（2016）エネルギー・モビリティ統合システムエネルギー・モビリティ統合システムエネルギー・モビリティ統合システム・統合 DB 構築・交通シミュレーション開発・青葉山地区での実証実験表現情報提供システム研究開発・DS 用実時間表示手法開発・MR システム構築・MR システム試作人間行動解析システム研究開発・仮想化都市空間の実装・DSシナリオ作成・人間行動解析 DS 実験・EV 交通シミュレーションの拡張・交通モニタシステム構築・検証・石巻市での統合実証表現情報提供システム・EV 車運転システム開発・被災地域の4D 仮想化空間の構築・公開人間行動解析システム・人間行動パターンの EMIMS への組み込み・被災地域への社会実装表現情報提供システム・各システムの改良・実運用検討・他地域展開検討人間行動解析システム・社会実験における効果評価実施内容 ●エネルギー・モビリティ統合マネジメントシステムの研究開発都市圏レベルでの EV 交通シミュレーションの開発では、将来の EV 普及率および給電 STN の配置を考慮し、 EV 交通シミュレーションを実行（図1）することで、電力消費量や旅行時間の変動を把握し、シナリオ間の評価を行うことが可能となった。これにより、仙台・石巻都市圏を対象範囲、カーナビによる給電アドバイス機能やピークカットによる電力平準化といったマネジメントシナリオを設定した場合のシミュレーション結果を図2に示す。給電アドバイス機能の利用（ナビ利用）や、図1　仙台・石巻都市圏の EV 交通シミュレーション実行画面ピークカット（電力平準化）といったマネジメントに対する電力需要量の変動を把握し、その効果について評価可能なシステムを構築することができた。スマートフォンアプリの交通モニタリング検証では、 Flowsアプリ（図3）を利用した交通行動モニタリング検証を実施した。Flowsアプリは、スマートフォンの GPS 機能を用いることで交通情報を収集することが可能であり、その検証は、青葉山および仙台都市圏で移動する50 名を対象に、6か月にわたりおこなった。スマートフォン図2　充電ステーションでのシナリオ別時間帯別電力量アプリを利用した位置データの収集状況を図4に示す。さらに、実装に向けた実証実験では、仙台市青葉山 Flowsアプリにより被験者に負担なく、長期にわたるEV モデル地区（東北大学青葉山キャンパス内及びその周に関する情報収集が可能であること示すことができた。辺道路）における EV 実証試験において、充電ステーショ 39 図4　スマートフォンアプリを利用した位置データの収集状況図3　スマートフォンによる車両位置情報の収集例ン側からの充電制御の実証試験を行った。実証試験は、行った。連絡船による積載輸送や起伏が強い狭幅道充電にあたってステーションと EV との間の物理的な路が多い島内の移動手段として、小型 EV の有用性を接続を必要としないことから充電開始・終了時期や充現地にて検証した。また次年度の連携統合実証とプロ電継続時間をステーション側から任意に制御できる利ジェクト後も持続可能なモデル構築に向けて、島内に点がある非接触充電ステーションを使用して行った。おける小型 EV の実運用に向けた体制づくりの協議を送電装置にあたる非接触充電ステーションを東北大学行なった。青葉山キャンパス内の屋外駐車場に設置し、小型 EV に被災地域に広く普及展開可能なモデル構築のため、は受電装置を取り付け、ステーション側に充電開始・これまでの研究開発や実証実験の成果、および国内外終了ならびに充電継続時間を設定できるようにし、充各地域での先行事例等を踏まえ、EV 活用を含めた地域電を含めた EV 走行試験を行った。型交通システムにおける持続可能なビジネスモデルを被災地域での本格的実証試験に向けた小規模実証検討し、プロジェクト後も地域主体で持続性を有しうる試験として、石巻市田代島内で小型 EV の試験走行を体制づくりを含めたモデル整備とその展開を進めている。図5　非接触充電ステーション　（左）送電装置　（右）充電時の様子図6　充電継続時間の設定パネル　（左）充電率　（右）送電時間 40 図7　石巻市田代島による EV 試験走行 ●表現・情報提供システムの研究開発およびデジタルサイネージ向けの表示においては、同被災地の実空間の計測データを実時間表示する手一の仕組みで平時向け・非常時向けどちらのコンテン法の開発では、前年度までに開発した車載型三次元計ツも提供できるよう、システムのアップグレードを行っ測システムを改良するとともに、得られた被災地の計た。表示プログラムに商用システムである Unity を導測データを実時間表示する手法を開発した。精細な三入し、ネットワーク通信や画像処理モジュールを組み次元データについては、クラウドサーバによる描画シ込んだシステムを開発した。これにより、ネットワークステムを開発した。多重解像度構造に変換したデータを介したデータ取得などの独自機能を実現しつつ、広をサーバ上に保持し、ユーザの操作に応じてクライア範な形式のデータの読み込みや映像効果の実装、デバントから閲覧リクエストを送ると、必要最小限のデーイスごとの実行プログラムの最適化を低コストで行うタが送信され、それらを再構成することにより、低ネッことが可能となった。計測により取得した3次元建造物トワーク負荷・リアルタイムに表示を行う仕組みであデータ、市街地の全方位映像、可視化された各種交通る。これらは後述の MR システムにおけるコンテンツデータなどをシームレスに切り替えを実現している。への活用が考えられる。また、連続的な二次元映像にエネルギー・モビリティ統合マネジメントシステムついては、ドライビングシミュレータ（DS）の運転映における情報提供については、平時においてはエネル像として活用するため、データ計測時および DS 自車ギー・交通情報や地域活性化のための情報が、非常時の位置・姿勢情報に応じて適切な方向の見えを提示すにおいては想定される被害状況や避難情報などが提供る仕組みを構築した。課題3-4-3と連携し、この仕組みされ、課題3-4内の各課題で開発が進められている。そを東京大学生産技術研究所および東北大学多賀城拠のシステムの公開デモンストレーションの一環として、点の DS に実装し、石巻市などのシナリオを稼働でき MR（複合現実感）技術を用いた可視化表示システムをる環境を構築した。用いて、過去の災害状況や沿道状況を電気自動車の乗表示システムにおける平時・非常時の切替機能の実車中に提示するデモンストレーションを行い、動作検現では、MR （複合現実感）による可視化表示システム、証や実運用への課題を整理した。図8　石巻市田代島の三次元計測データの例図9　クラウド型表示システム図10　平時・非常時など様々なコンテンツをサポートする表示システム 41 ●先進モビリティにおける人間行動解析システムの災害時では、倒壊や停電などの影響により信号が滅研究開発灯する可能性が高い。そこで、安全かつ効果的な避難本研究開発では、ドライビングシミュレータ（DS）を誘導の実現のために、ヘッドアップディスプレイ（以下：用いて平時だけでなく災害時を含めた人間行動の解析 HUD）を表示装置とした新たな車内信号モードを提案を行うとともに、適切な避難誘導や情報提示の方法のするとともに、DS 上での実現を行った。また、石巻市評価や本システムの人への受容性など必要となる要素石巻駅付近の実在する道路を対象として DS による被について評価、解析を実施している。まず、DS を用い験者実験を実施し、HUD による車内信号表示の有効性たヒューマンファクタの解析のために必要となる EV について評価を行った。車内信号は運転への支障は見のエネルギー動特性のモデリングを行った。EV 車両モられないことと地上信号機滅灯時に有効であることがデル作成のために正確な初期 SOC を計測可能である確認できた。ことと、計測期間が短いために電池の劣化などは考慮災害時の避難方法の検討として、東日本大震災時にが難しいため、クーロンカウント法を用いて EV のエネ車で避難された方に協力いただき、石巻市を対象としルギー動特性のモデリングを行った。また、i-MiEV 車て DS の被験者実験を行った。DS 実験では、東日本大両の実走行データとの比較から DS で実験する上で十震災で実際に行われた避難の1つとして対向車線走行分な精度が得られていることが確認できた。による避難方法の有効性の確認と避難をドライバに図11　EV のエネルギー動特性のモデリング図12　HUD を利用した車内信号 42 行ってもらうための情報提示による行動への影響、な向けてモビリティマネジメントシステムの展開を図る。らびに平時から地震による災害時に変化する際のドラまた、モビリティマネジメントシステムと EMS（エイバ行動の計測を行った。その結果、3つの実験パターネルギーマネジメントシステム）との連携統合のため、ンから有効性を示した。何も情報提示なし、または他石巻市田代島における小型電動モビリティの実運用下車両である先行者が対向車線を走行するだけでは、対での連携統合実証実験を行なうとともに、他地域への向車線を走行していち早く逃げるという発想を誘発さ展開を考慮したモデル化を含め、プロジェクト後も持せることが震災を経験している方でも難しく、車内信続可能な体制の整備を進める。号機など情報提示をすることで対向車線を走行して避表現・情報提供システムの研究開発では、表現・情報難が行えることが分かり、情報提示により車による避提供システムの実運用を想定して対象フィールドを調難誘導が行えることが明らかになった。整し、被災地域の広域四次元仮想化空間を生成する。また、エネルギー・モビリティ統合マネジメントを構成する他の課題との連携動作に必要なユーザインタフェースを開発する。MR 表示システムの評価を行い、将来的、システムを運用する際の課題を抽出し、運用方法を検討する。先進モビリティにおける人間行動解析システムの研究開発では、EV のエネルギー動特性のモデルの高度化を行うとともに DS への組み込みを行い、平時における EV を運転するドライバに対するヒューマンファクタの解析を行うことが課題である。また、災害時の図13　実験シナリオ（石巻市）避難誘導およびドライバ・アウェアネスを考慮した HMI についても本年度で得られた知見をもとに高度化を行う。次年度以降への課題エネルギー・モビリティマネジメントシステムの研究開発においては、EV 交通シミュレーションの開発は、改良の最終段階として、対象エリアの拡大（大崎市）やマネジメントに影響を与える要素をさらに組み込んだ上で、EV 交通シミュレーションの精緻化を行い、平時の省エネルギー化への貢献を定量的に明らかにするための施策シミュレーションを実施する。交通モニタリングのためのスマートフォンアプリの開発においては、広く地域への普及展開を可能とするために、ユーザの能動的な協力による移動情報のモニタリングが可能となるようにアプリの改修を行い、青葉山地区で検証を行い、リアルタイムに活用可能な交通解析システムの構築を進める。それとともに、石巻市・大崎市のエリアへそれらアプリを適用し、最終年度に 43 課題 3-5（1） EMS制御バイオマスエネルギーシステムの研究開発概　要東日本大震災による被害は未だ甚大で、津波被害の大きかった沿岸地域のみならず、内陸部に対しても復興支援が必要である。宮城県大崎市は豊富なバイオマスや有名な鳴子温泉など、再生可能エネルギーが豊富に存在する地域であり、災害時に備えて地域自立型のエネルギー安定供給システムが強く求められている。本課題では内陸部における地域に密着した高効率的バイオマスエネルギーの産出を目指し、EMS 制御ハイブリッドメタン発酵システムおよび、温泉熱を利用した小型・高効率のメタン発酵システムの開発を目指す。まず EMS 制御ハイブリッドメタン発酵の開発では、牛ルーメン液の持つセルロース分解能に着目し、これまで未利用であった草本木質系バイオマスからのエネルギー生産とその効率化を目指す。また鳴子温泉の温泉熱活用メタン発酵システムの開発では温泉地を活用したエネルギー生産と省エネルギー化を目指し、温泉熱を利用した小規模メタン発酵槽を用いて、旅館からでる生ゴミをエネルギー化することで、観光客・地域住民参加型エネルギー生産による地域経済の活性化を目指す。担当者東北大学大学院　農学研究科東北大学大学院　環境科学研究科秋田県立大学　生物資源科学部教　授　中井　裕准　教　授　李　玉友教　授　稲元　民夫准　教　授　多田　千佳岩手大学　農学部志村　洋一郎助　教　福田　康弘教　授　佐野　宏明研究支援者　鈴木　崇司佐藤　繁研究計画平成27年度からは課題3-c「EMSと地域エネルギー関連技術開発」へ統合 H24年度（2012） H26年度（2014） H27年度（2015） H28年度（2016） EMS ハイブリッドメタン発酵システムの草本系バイオマス分解特性の把握と最適化 EMS ハイブリッドメタン発酵システムの実証試験 EMS ハイブリッドメタン発酵システム内の微生物叢解析と機能性植物の検討による最適化実証プラント内の微生物叢解析と機能性植物の実証試験温泉熱メタン発酵の温度特性の解明 44 H25年度（2013）温泉メタン発酵システムの作成と立ち上げ温泉メタン発酵システムの実証試験と高効率化実施内容たうち4種で約90％を占めた（図2）。セルロースを内側 EMS 制御ハイブリッドメタン発酵システムの開発されたうち2種で全体の約90％を占めた（図3）。植物バイオマスの発酵利用には、主成分であるセルバイオガス生産に役立つ細菌叢を明らかにすることロースおよびヘミセルロースの加水分解が重要である。を目的として、木質バイオマス利用の観点から樹皮等昨年度までに、われわれはルーメン処理6時間目に、セの木質を食するエゾシカのルーメン細菌叢の網羅的解ルラーゼおよびヘミセルラーゼ活性が高まることを見い析を行った。だした。6時間目の微生物群集構造を明らかにするため、ウシルーメン液で確立した DNA 抽出方法（IV 法、MIV 16SrRNA 遺伝子の V3-V4領域（460bp）を標的とし、次世法）は、エゾシカルーメン液ではそのままでは適用でき代シーケンサー Miseq を使用してメタゲノムシーケンスない事が判明したため、DNA 抽出方法の再検討を行っ解析を行った。各サンプルから50〜100万リードが得らた結果、ルーメン液の懸濁・洗浄に使う緩衝液濃度を変れ、群集構造解析に十分な情報が得られた。これらの更する事によりIV 法で適用できることが分かった。これ配列を、イルミナ社のパイプライン BaseSpace を使用しにより獲得した菌体を用いて IV 法を含む抽出対象や溶て、RDP classiferアルゴリズムに従い、GreenGenes デー菌方法の異なる7方法で DNA を抽出後、細菌とメタンタベースを参照して同定を行った。まず、門レベルの比菌の16Sリボソーム RNA 遺伝子を用いた変性剤濃度勾較をしたところ、ルーメン処理0時間目と6時間目では最配ゲル電気泳動（PCR-DGGE）により細菌叢解析を行っ優占門は異なることが判明した（図1）。ウシルーメン内た。細菌のバンドパターンは類似していたがバンド濃（in vivo ）では、植物細胞壁分解産物（有機酸）は胃壁か淡の異なるものがあり、抽出法による違いが明確になっら吸収されるため、恒常性が保たれる。一方、本研究（in た（図4）。メタン菌の場合にはバンドパターン及びバンは、有機酸が蓄積し続けるため pH が低下するなど、 vitro ）ド強度ともほぼ同じであった。 in vivo とは環境が大きく異なった。このため、in vitro 詳細な細菌叢解析における機器変更の必要性から、独自の微生物群集構造を有していることが考えられた。新たな機器（MiSeq、イルミナ社）にてルーメン細菌叢つぎに、植物バイオマスの分解過程を担う微生物をの網羅的解析を行った。門レベルの解析において、キッ酵素活性ごとに分類した。ルーメン処理0時間目と比ト使用の場合には Bacteroidetes が多く検出され、IV 法較して、6時間目において菌叢は特定の種に偏る傾向では Proteobacteria が多く見られた（図5）。いずれのがみられた。すなわち、ヘミセルロース（主成分キシラン）方法においてもウシでは3.5％程度そしてエゾシカでを分解するキシラナーゼ生産微生物は、10種検出されは0.07％程度メタン菌の配列が検出された。ウシルー図1　ルーメン処理の0時間目と6時間目における門レベルの推移から切断するエンドセルラーゼ生産微生物は6種検出図2　ルーメン処理の0時間目と6時間目におけるキシラナーゼ生産細菌の推移 45 メン液では約55％が、抽出方法により若干の差は見ら平成26年度に導入したメタン分析器（VA-3000A、堀れたもののエゾシカルーメン液では65〜75％が未分場製）の性能調査と給与飼料の影響を明らかにするため、類の配列であり、遺伝子増幅、配列解析、宿主やエサ由ヒツジ6頭を用い開放型ガス交換法により延べ28日間（う来の配列、そしてデータベース検索などの条件を再確ち14日間連続的測定）メタン放出量を測定した。運転の認している。今後、このようなバイアスを加味して抽間、メタン分析器は順調に作動したが、吸気口の直径が出方法を選択する必要のあることが確認された。小さく、吸気のため機器に負荷が掛かるため、吸気口にエゾシカルーメン液を利用したメタン生産および菌接続するホースの直径を大きくするなどの改善を行った。株のスクリーニング方法の検討を行った。給与飼料の影響を観察するために、ヒツジ6頭を用いて、ヒツジにおけるメタン放出量に及ぼす給与飼料の影解析を行った。乾草のみを給与するR100％区、濃厚飼料響の検討を行った。と粗飼料を6：4で給与するC60％区を設定した。実験は1 期21日間のクロスオーバー法により実施し、飼料給与量は維持量とした。実験21日目にルーメン発酵性状（pHアンモニア、揮発性脂肪酸（VFA））を測定した。メタン放出量の測定は開放型ガス交換法を用い、動物の頭部を覆うアクリル製フード（700x350x50mm）を用い、2日間にわたり連続的（1秒毎）に測定した。ポンプを用いてルーメン内ガスを含むフードからの呼気を吸引し（50L/min）、呼気中メタン濃度はメタン分析器を用いて測定した。ルーメン発酵性状を表1に示した。ルーメン pH は R100％区よりもC60％区が低かったが（P ＜0.001）、アン図3　ルーメン処理の0時間目と6時間目におけるセルラーゼ生産細菌の推移モニア、VFA 濃度は飼料間に差はなかった。メタン放出量は、ヒツジ1頭あたり24時間で約30ℓであり、飼料間に差はなかった（表2）。従来、反芻家畜のメタン放出量は給与飼料によって影響され、粗飼料多給時は濃厚飼料多給時よりも多いことが報告されている。ルーメン発酵性状は従来の報告と同様であったが、メタン放出量の結果は異なり、相違の原因を解明する必要がある。図4　DNA 抽出方法の再検討表1　体重およびルーメン発酵性状に及ぼす給与飼料の影響飼料区粗飼料区濃厚飼料多給区 SEM P-value 体重 55.5 52.7 2.2 ＜0.001 pH 6.9 6.4 0.04 ＜0.001 アンモニア（mg/dl） 26.6 27.8 0.05 0.08 VFA（mmol/l） 76.7 77.8 2.3 0.65 ルーメン表2　メタン放出量に及ぼす給与飼料の影響飼料区図5　DNA 抽出における抽出方法の影響（門レベルでの菌叢比較） 46 粗飼料区濃厚飼料多給区 SEM P-value メタン放出量（l/ 日） 32.3 34.4 1.4 0.21 濃厚飼料多給牛におけるルーメン微生物叢の解析をメタン発酵の効率効率化のためには、供試するルー行った。前年度に引き続き、ホルスタイン種去勢育成メン液に含まれる微生物が、高いセルラーゼおよびヘ牛4頭を供試し、濃厚飼料を多給（粗濃比2：8）あるいはミセルラーゼ活性を有することが重要であることが、乾草を多給する飼養試験を1週間隔で2回反復実施しこれらの研究で示されている。今後は、高い活性を得てルーメン液 pH を連続測定するとともに、各7日目にることを目的として、供試動物種および給与する飼料ルーメン液を採取し、変性剤濃度勾配ゲル電気泳動法成分の検討を進める。（DGGE 法）により細菌叢構成を解析した。その結果、細一方、現地においてメタン発酵プラントの一部機器菌叢構成は濃厚飼料多給時と乾草給与時で大きく、まの設置を行った。また、周辺農家の調査を行った結果、た、1回目と2回目でわずかに異なり、濃厚飼料多給時に牛舎の敷料にワラを使っていることが多いことが明らはルーメン液の細菌叢が単純化する傾向が認められた。かとなった。ワラをそのまま投入すると、攪拌機やポ牛個体ごとの系統樹解析では各飼料給与時とも類似しンプなどに悪影響が予想されたため、牛ふん搬入予定ていたが、2回目には1回目に比べてわずかに異なる傾農家に対しては、敷料をオガ粉に変更することを打診向を示した。なお、ルーメン液 pH の1日平均値と1時間し、変更が可能であるとの返答を得た。また、メタン発平均値（日内変動）の推移は、いずれも濃厚飼料多給時酵槽への投入時には、加水を行うことなど、具体的なに乾草多給時に比べて低値で推移する傾向が認められ発酵原料の調製法の検討を行った。　た。これらのことから、ルーメン液の細菌叢構成は、濃厚飼料多給時に単純化するが、濃厚飼料の給与量ばか温泉熱を活用したりでなく給与期間も影響することが示唆された（図6、7）。 EMS 制御小型・高効率メタン発酵システムの開発 1.4m3の小型メタン発酵システムを温泉の廃湯を用いて加温し、地域住民から持ち寄られた生ゴミのメタン発酵を行った。季節変動におけるタンク内の加温状況をモニタリングし、夏や冬によって湯量調整が必要であることがわかった。また、タンク内温度が35℃で安定することにより、メタン生産率も安定する事が明らかになった。生ゴミ負荷量を徐々に増加させた結果、最も多い負荷では、生ゴミ負荷3.9kgCOD/m3でメタン収率87％を達成した。消化液は N 0.15-0.3％、P 0.02％、 K 0.04-0.08％となり、液肥利用が可能であった。実際図6 にプチトマトを液肥のみを使用して栽培した結果、通常の園芸用肥料を用いたものとほぼ同様にトマトの収穫が可能であった。また、液肥利用者も募り、最終的にはのべ465名の人に液肥を使用していただけた。利用者は、トマト、茄子、ピーマン、花壇の花等に、液肥を利用しており、良好な生産があったとのことであった。生ゴミも地域住民から自然に集まるようになり、これらの事から、地域の生活の中にバイオマスエネルギーと資源循環が受け入れられたことが明らかとなった。さらに、本システムができたことによって、得られた図7 エネルギーでお茶を提供するカフェの形にしたことで、 47 半年で800名のシステム見学客があった。また、その他、ら、MiSeq における多検体同時解析に用いるタグ配列多くの企業や各種団体の見学も増え、地域の活性化にの影響を検討した。タグ配列の影響はほぼ確認されなつながっている。本システムの導入に関する問い合わかった。エゾシカの春ルーメン液は芝のような草本がせも増え、コンビニエンスストアからのゴミをメタン多く含まれ、ルーメン液が緑色であった事から細菌以発酵するといった新しい事業化に向けた共同研究も開外の植物や藻類などの色素由来 DNA の存在が疑われ始された。る。今後、葉緑体やミトコンドリア、そして宿主由来の遺伝子情報を加味して評価する必要がある。次年度以降への課題給与飼料の影響に関する実験において、DGGE 法を EMS 制御ハイブリッドメタン発酵システムの開発飼料原料および野草等給与時におけるルーメン内メタ植物バイオマスの発酵利用に重要なセルラーゼおよン産生量を in vitro 条件下で測定する。得られた結果びヘミセルラーゼ生産微生物は、in vitro という特殊なをもとにヒツジのルーメン発酵性状、微生物叢および環境において、特定の種に偏ることが明らかとなった。メタン産生量を in vivo 条件下で測定する。よって、明らかになった優占種の分離菌株を使用して、今年度の試験においても、濃厚飼料多給時には粗飼酵素活性がより高まる条件を見いだすことができれば、料多給時に比べて牛ルーメン液の細菌叢構成が単純化ルーメン処理の効率化に対しても寄与することが期待することが示唆された。次年度には、濃厚飼料多給牛される。でメタン産生量が低下するか否かを明らかにするため一方、メタン発酵プラントの建設については、早期に、定量的 PCR 法によってメタン産生菌数を検討するの降雪などにより、工期が遅れているが、プラントの必要がある。早期稼働に向けて進める予定である。これら、ルーメン微生物群集の解析および給与飼料エゾシカは季節により食物が変わりそれに伴いルーの試験結果を、メタン発酵の効率向上に繋げるよう、メン細菌叢も変化すると考えられているため、セル検討を深める予定である。用いてヒツジのルーメン内微生物叢を測定する。また、ロース系のバイオマスを利用するには都合のよい試料と考え、食餌成分の異なる春（5月）と秋（11月）のエ温泉熱を活用したゾシカルーメン細菌叢を比較する事を計画したが、 EMS 制御小型・高効率メタン発酵システムの開発野生シカのルーメンの安定した確保が課題となる。より効率を高めるために、タンク内の微生物担体の本年度、北海道斜里町の野生エゾシカ肉加工会社に増量、また、粉砕生ゴミによる効率の検証も行う。消化ルーメンサンプルを依頼し、春サンプルは確保でき液の窒素、リン、カリウム、重金属以外の他の成分の分たが、秋サンプルは確保できなかった。特に今年度は析、また、液肥としての利用について、地域住民との情 10月下旬から急激に季節変化し降雪したため確保す報交換のプラットホーム化を行い、地域の中でのエネることは出来なかった。来年度は安定的にサンプルルギー生産と資源循環をより促進するための方法を構を確保するため、同業者に依頼するとともに以前に築する。これまでのメンテナンス費の試算、メタン発連絡をとった別の業者にも依頼する予定である。エ酵システム利用のマニュアルづくりを行い、今後、本ゾシカに関わらず同地域内で得られるシカルーメンシステムの地域内の定着、また、他の地域等への導入について食餌成分の変化による細菌叢変化をとらえに向けてソフト面の整備も行う。て、セルロース系バイオマスの利用に有用な細菌叢を考察したい。網羅的解析に用いる機器が GS Junior（ロシュ社）から MiSeq（イルミナ社）へ変更する必要性があることか 48 課題 3-5（2） EMS制御複合型微細藻バイオマス生産システムの研究開発概　要今年度（H26年度）においては、H24、25年度に得られた小容量（＜250mL）培養実験結果をもとに中容量（＞35L）培養実験及び微細藻から脂質を抽出するための予備実験が実施された。 ①年間を通した微細藻の中容量培養（＞35L）試験年間を通した安定的大量培養（＞1t）法を確立するために、中容量のフォトバイオリアクター（PBR, ＞35L）を用いて培養試験を継続した結果、変動はあるものの年間を通した培養が可能であることが確認された。使用した微細藻の株はナンノクロロプシス（Nannochloropsis ）の野生株、低温耐性株および高温耐性株である。夏季において一部の高温耐性株の増殖が認められており、低温耐性株は、現在も培養試験を継続中である。添加栄養塩として食品工場廃液再生培地を使用した中容量 PBR 培養試験の結果、増殖促進効果が確認された。 ②マイクロ波照射法による微細藻脂質成分の抽出試験 PBR 培養により収穫された微細藻生産物は濃縮後、マイクロ波照射法による脂質成分の抽出試験に供された。その結果、粗バイオディーゼル燃料油（BDF）の抽出に成功した。さらに夾雑物を除去し精製することにより BDF の生成が可能であることが確認された。担当者石巻専修大学教　授　佐々木　洋准　教　授　太田　尚志ポストドクター　真壁　竜介野坂　裕一研究計画平成27年度からは課題3-c「EMSと地域エネルギー関連技術開発」へ統合 H24年度（2012） H25年度（2013） H26年度（2014）コンテナ実験棟の設置 H27年度（2015） H28年度（2016）コンテナ実験棟の整備・使用基礎培養実験、耐性株作成試験 PBRの試作、改良、予備培養試験 PBRを利用して、野生株と温度耐性株を用いた廃液処理再生培地による大量培養廃液処理水を用いた培養試験マイクロ波照射法による微細藻生産物の分離・抽出法の開発 49 実施内容添加栄養塩として食品工場廃液再生培地を使用し ①年間を通した微細藻の工場廃液は石巻市内、及び女川町内の食品加工工場中容量培養（＞35L）試験から提供された鮮魚体洗浄後の一次廃液である。廃年間を通した安定的大量培養（＞1t）法を確立するた液の原液を200L 容器に入れ、約3-4週間外気温環境下めに、中容量のフォトバイオリアクター（PBR, ＞35L）でマイクロバブル通気法により栄養塩類を再生させ、を用いて培養試験を継続した。PBR はコンテナ実験棟その濾過溶液を使用した。再生培地を用いた PBR 培内に設置され（図1）、エアコンを使用せず、室温は半自養試験の結果、人工強化培地（f/2）とほぼ同等の増殖然条件を維持させた。1日の平均水温は冬季の約8℃か促進効果が確認された（図4）。しかし、食品工場の違ら夏季の約36℃の範囲で変動した。栄養塩として人工い（魚種の違い）によって増殖促進効果に差が生じる強化倍地（f/2）を使用し、CO2はマイクロバブル空気をことが分かった。実用化のためには、廃液を供給する供給した。天然光に加えて24時間 LED 光源による照射工場との事前打ち合わせや再生培地作成時の栄養塩を行った。培養に使用した微細藻の株はナンノクロロ濃度などの調整が必要である。た PBR による中容量の培養試験を行った。使用したプシス（Nannochloropsis sp.）の野生株、低温耐性株お 50 よび高温耐性株である。その結果、増殖速度を小容量 ②マイクロ波照射法による培養と比較すると、PBR を用いた培養微細藻の増殖速微細藻脂質成分の抽出試験度に変動はあるものの、ほぼ同等であることが確認さ PBR 培養により得られた微細藻生産物は、高速遠れた（図2）。高温期において行われた N. salina の高温心機によりペースト状に濃縮され、これらから脂質耐性株の培養試験の結果、野生株よりもやや増殖速度成分の分離・抽出試験を行った。試みた抽出法は、（1）は速いが、野生株のN. oceanica とほぼ同等の増殖速度有機溶媒抽出法、（2）亜臨界水抽出法、（3）マイクロを示した（図3）。季節ごとに適する培養株を選択する波抽出法である。（1）法は有機溶媒としてメタノーことにより、より安定的な PBR 継続培養が可能になるル + クロロフォルム混液を使用する通常の化学的手ことが示唆された。低温耐性株については、現在も培法である。（2）法は容量約20ml の圧力容器内で濃縮養実験を継続中である。試料溶液を約180℃の高温高圧下で処理した。（3）法図1. 円筒型の35L フォトバイオリアクター（PBR）を用いた微細藻培養。左側には LED 人工光源を設置した。図2. ナンノクロロプシス（N. salina ）を用いて行った、PBR（35L）による中容量培養実験（■）、およびフラスコ（250mL）を用いた小容量培養（▲）実験における増殖速度と水温の関係を比較した。PBR 培養の水温は実験期間中の平均値である。フラスコ培養の水温は設定されたインキュベーター内の気温である。PBR を使用した場合においても、小規模培養で得られた増殖速度とほぼ同等の増殖速度が得られた。は微細藻濃縮試料に有機溶媒と触媒を混合した溶液数％以下であった。一方、（3）法により（図5）、比較的を細管に流してマイクロ波を照射する方法であるが、簡便な操作を通して粗 BDF の抽出に成功した。同抽出プロトタイプの照射装置は独自に設計し組み立てた効率は30-40％であった。さらに夾雑物を分離、除去すものである。ることにより BDF の生成が可能であることが確認さバイオ燃料の一つであるバイオディーゼル燃料油れた。この方法を旧来の（1）、（2）法と比較すると、総（BDF）を生産する場合、（1）法による総脂質抽出効率は合的な効率性において優れるため実用化の可能性が示高いが、BDF への化学的変換（メチルエステル化）のた唆された。しかし使用したプロトタイプ装置は小規模めに操作が追加される。微細藻試料の乾燥重量当たり実験用であり、またポンプなどの部品の性能が十分での粗 BDF（色素などの夾雑物も含む）への抽出効率ははなかった。実用化のためには、より多量の試料の処 30-40％であった。（2）法は粗 BDF への抽出効率は低く、理が可能な装置に改良する必要がある。図3. PBR を使用して行った高温耐性突然変異株（N. salina ）の増殖特性。比較のために、野生株2種（N. salina と N. oceanica ）の増殖曲線も示した。実験期間中の平均水温は約30℃であったが、実験後半には最高水温は40ºC に達した。高温下においてN. salina の耐性株は野生株より増殖能は高いが、N. oceanica の野生株も高温下で増殖した。図4. PBR を使用し、食品工場廃液再生培地による N. salina の増殖曲線（●）。比較のために人口強化培地（f/2）による同種の増殖曲線（◆）を示した。廃液再生培地使用時においては、人工培地使用時とほぼ同等の増殖促進効果を示した。図5. 微細藻の脂質成分抽出用のマイクロ波照射装置プロトタイプの概略図。微細藻濃縮試料は有機溶媒に懸濁させガラス細管を通して①、ポンプによりマイクロ波照射部②に流される。照射後、粗 BDF に返還され③、外部の保存容器に戻される。 51 研究成果報告成功した。しかしこれは小規模試験用であるため、試原著論文各部品の性能不足のために実験回数が限られた。より 1. 有用海産微細藻類 Nannochloropsis の大量培養法に効率的抽出法を開発するためには実験を積み重ねて関する基礎研究Ⅲ：突然変異誘導法による低温およ知見を蓄積することが必要である。そのために H27年び高温耐性株作製の試み、2015、真壁竜介、臼井利度は、改良されたより大型のマイクロ波抽出装置を製典、竹谷聡、野坂裕一、太田尚志、佐々木洋、石巻専作して BDF 抽出実験を行う予定である。修大学紀要（印刷中）。学会発表 1. 有用微細藻培養における水産食品工場廃液利用の試み、2015、真壁竜介、臼井利典、太田尚志、佐々木洋、平成26年度日本マリンバイオテクノロジー学会、三重大学、津。次年度以降への課題 1.年間を通した微細藻の中容量培養（＞35L）法の効率化 PBR（35L 培養装置）を用いて、微細藻ナンノクロロプシスの野生株と温度耐性株を使用した培養試験を継続する。H26年度においても同様の PBR 培養実験が実施されたが、その結果は使用した複数の株が季節により異なる増殖特性を示したことである。つまり、年間を通して微細藻類の収量効率を高めるためには、異なる水温環境に対して、最適な株を選択する必要があることが分かった。H27年度の実験の目的は、季節ごとの最適株を選別して PBR 培養をより効率化することである。 PBR 培養用の添加栄養塩として工場廃液再生培地が適用可能であることはほぼ確認されたので、上記の実験と並行して、季節ごとに最適な株との組み合わせを調べる予定である。また、廃液を供給する工場に隣接して設置可能な廃液処理装置の実用化を検討する。 2.マイクロ波照射法による微細藻脂質成分の　抽出法の開発 H26年度において、小規模のマイクロ波照射装置プロトタイプによる微細藻脂質（粗 BDF）の抽出試験に 52 験試料も少量に制限され、また使用したポンプなどの課題 3-6 EMS制御地中熱エネルギーシステムの研究開発概　要地中熱利用ヒートポンプシステムは、地中を熱源として熱交換を行うことで省エネルギーを実現するシステムである。図のように、本システムは熱交換を行うための井（熱交換井）と、ヒートポンプ、熱供給を行うための装置（本研究では、室内に設置したファンコイル）で構成される（図1）。このシステムの特徴としては、（大気を熱源としているシステムに比較して）システムが高効率（熱源の温度がほぼ一定）であること、ヒートアイランド現象に代表される環境影響が小さいということがあげられる。しかしながら、熱交換を行うための井戸（熱交換井）の掘削コストが導入コストを押し上げる原因となっている。このコストを下げるために、地下水流を活用した高効率の熱交換井を開発した（青葉山地区（平成19年））、本プロジェクトでは、この高効率の熱交換井を石巻地域に設置・実証試験を行い、本システムの他地域での設置可能性を探るものである。担当者東北大学教　授　長谷川　史彦新堀　雄一技術専門職員　前田　桂史研究計画平成27年度からは課題3-c「EMSと地域エネルギー関連技術開発」へ統合 H24年度（2012） H25年度（2013）地中熱利用ヒートポンプシステムの設置 H26年度（2014） H27年度（2015） H28年度（2016）地中熱利用ヒートポンプシステムの稼働データ収集及び定期点検実施内容本課題で実証試験を行っている地中熱利用ヒートポンプシステムは、平成24年度に石巻実証サイト（石巻市中島）に設置し、平成25年度から稼働を開始した。概要でも触れたが、本システムは①熱交換を行うための井（熱交換井）と、②ヒートポンプ、③熱供給を行うための装置（本研究では、室内に設置したファンコイル）で構成される（図1）。本研究グループでは、熱交換井に着目して実証研究をすすめている。この熱交換井は、様々な構造が提案図1　地中熱利用ヒートポンプシステム 53 されているが、この実証研究では、①地中へ熱交換用換井は、通常、掘削抗の中に、U チューブ（不凍液など、の配管を埋設し、その中に循環流体（不凍液）を回しそ熱を移動させるための流体を循環させるパイプ）を入れ、の循環流体をヒートポンプで熱交換する方式（以下、周囲に埋め戻し材を入れる。この埋め戻し材に、あるブライン方式）、②地中へ銅管を埋設しその中に冷媒程度の透水性をもたせたものを選択することで（周囲ガスを入れ、直接地中と熱交換を行う方式（以下、直膨に比較して透水性が良好な）周囲の地下水を呼び込み、方式）の2つの方式で行っている。この地下水が流れることで熱を運ぶ効果が起きる。すまた、これらの熱交換井が地下に与える温度影響をなわち、冷房期・暖房期のバランスが良くない運転状モニタリングしている。そのほか、機器の各部に温度・態でも、極端に地中温度が上がったり下がったりはせ流量・圧力センサを設置している。ヒートポンプの制ず、安定した運転が行え、システム寿命を長くするこ御は、一般的な事業所の空調負荷を考慮し、週5日（8：とが出来るものである。ただし、透水性を良くしすぎ 00～20：00）稼働させ、これらの地下影響を確認していると、地下水流れが少ない時期に、埋め戻し材に空隙る。また、必要に応じて、遠隔地からの発停を行うシスが発生し、断熱効果によって熱伝導性が悪くなるともテムも組み込んでおり、連続負荷試験などを行う事が考えており、保水性も考慮した、最適な埋め戻し材の出来るようになっている。選択も重要な項目となっている。ここで、本研究グループが実証試験を行っている熱本年度は冷房期・暖房期の期間中、2種類のヒートポ交換井を紹介する（図2）クローズドループ方式の熱交ンプ方式（ブライン方式、全直膨方式）と接続している図2　熱交換井の構造 54 熱交換井（25m ×2、50m ×1）を週替わりで切り替え、最終的にはシステムの稼働が出来なくなるほど地中温その制御・熱交換井の違いが、どのような影響を及ぼ度が低下する可能性が高くなる。寿命の短いシステムすかを確認している。そのほか、初年度に熱交換井のになり、初期導入コストを回収する前にシステムが停上部に埋めておいた銅管を電子顕微鏡で観察し、1年止してしまう事も考えられる。このことから、同じよう経過後の銅管の表面状態を確認した（後述する）。な条件下では、周囲からの地下水の移流効果を積極的今年度の運用実績としては、ブライン方式（ヒートに活用した熱交換井の設計が重要であることがわかる。ポンプ性能10kW。熱交換井25mx2,50mx1：Double-U）この2年間稼働して、この実証サイトにおける地下では、冷房期（7～9月）、暖房期（11～3月）の地下に与え温度がどのように推移しているかは、図3、4のとおりる負荷は、おおよそ冷房期で31kWh/ 日（8：00～18：00 である。先に述べたように、この実証サイトでの運転は、まで稼働。1ヶ月20日稼働で期間合計1.86MWh）、暖房冷房期負荷に比較して暖房期負荷のほうが過大である期で50kWh/ 日（冷房期と同じ条件で期間合計 5MWh）ものの、運転が停止すると速やかに地中温度が回復しと見積もられる。このように、冷房負荷より暖房負荷安定している。が2.6倍程度の負荷がかかっている。また、参考まで仙台市青葉区（青葉山）での実証試験そのため、当該地域では蓄熱（冷房期は地下に放熱のデータも図5示す。こちらも、石巻の実証試験に先んし、それを冬期に回収する）効果に期待した熱交換井のじて同じような構造の熱交換井を実証試験している設計を行うと暖房期の負荷が過大で地中温度が低下し、（2007.11～）が、約8年間の稼働においても大きな温度図3　地中温度（ブライン方式）図4　地中温度（直膨方式） 55 の変化は無い。システム寿命を検討するうえで重要なされるところがあり、今年度はこの点も評価した。初データである。年度に熱交換井に銅管を埋めておき、約1年間経過後また、システム寿命に関わる部分で特記すべき点がに取り出したものを電子顕微鏡の観察およびエネルある。今回の実証試験では、直膨式といわれる地中熱ギー分散型 X 線による元素分析を行った。図6にそのヒートポンプシステムも対象としている。これは、地結果を示す。この図から分かるように銅管表面には銅中に銅管を入れ、ここに冷媒ガスをとおすこことで、に加え、炭酸と酸素が分布していることが確認された。ヒートポンプが直接地中と熱交換を行うシステムでまた、各元素のモル比より、これら生成物は炭酸銅ある。冷媒ガスを熱媒体とすることで、ブライン方式 CuCO3あるいは塩基性炭酸銅 CuCO3・Cu（OH）（緑青） 2 に比較して熱交換能力が大きくなり、急激な熱負荷にであることが示唆された。これらは、湿った条件下で対しても対応が可能なシステムである。しかしなが酸素、二酸化炭素および水分が銅と反応することにら、地中に銅管を埋設するため、銅管の腐食が発生しより生成する結晶性の錆であり、銅管の腐食は、これガスリークが起きることでシステム寿命の点で懸念ら炭酸銅が抑えている可能性が示唆される。なお、試図5　地中温度（青葉山）図6　錆（緑青） 56 験に用いた銅管の重量は埋設前では35.3g、埋設後取り出した際には35.0g であり、Cu の溶出は現段階では顕著でない。また、実証サイトの地下水の状況については昨年度の報告書にも記載したが（図7）実証サイト付近でも複数の帯水層がある事が分かっており、最も深い位置にある帯水層については、河川の水位とほぼ近いことか図8　雨水浸透枡ら関係性があると考えている。こちらも昨年度の報告書にも報告したが、帯水層付近では、みかけの熱伝導率が大きくなることから地下水流れは熱交換井の効率次年度以降への課題に大きく影響を与えることが分かっている。そのため、このように、本研究グループが狙っていた地下水利本年度は地表からの雨水の流入が熱交換井に与える影用の高効率地中熱利用ヒートポンプシステムについて響を検討するため、図8のように熱交換に地表から水は、システムは完成し情報を蓄積している段階である。の流入が少なくなるよう雨水浸透枡に蓋をし、同じよ現段階では、良好なデータが取れており、今後のデーうな条件で稼働させる熱交換井の地中温度がどのようタ蓄積と解析を継続して行う事でこの地域での熱交換に変わっていくかをモニタリングしている。この温度井のモデル化が可能になってくると考えている。現段変化については、現在データの蓄積中である。雨水浸階でも、石巻地域でも本研究プロジェクトの目指して透枡が熱交換井にどのように影響を与えているのかがいる高効率の熱交換井の導入可能性は十分に高いもの分かれば、熱交換井の設計についてあらたな知見を得と考えている。最終的には、標準的なモデル化ができ、られるものと考えている。簡単な熱設計が出来るようにすることで、この地域での地中熱利用を積極的に行われるようにしていきたい。実証試験場所（ログハウス） 0m 風化帯 10m 湧水による池地下水位 20m 帯水層 30m 粘板岩・砂岩の互層（古生層）帯水層 40m 河川 or 海水面と予想される場所図7　実証サイト付近の地下水の流れ 50m 57 課題 3-7 EMS制御温泉熱利用バイナリー発電エネルギー活用システムの研究開発概　要宮城県大崎市鳴子温泉地区において、高温の温泉源泉を利用し、熱エネルギーをまず発電に用い、さらにカスケード利用を行って付加価値の高い農産品の生産や加工食品の製造にも利用することで温泉の魅力を損なうことなく鳴子温泉の対外的な発信力を強化し地域の活力を高めようとするものである。一方で、このような地産エネルギーは非常時のエネルギー不足解決策の一つとして再生可能エネルギーを中心とした、人・車等のモビリティ（移動体）の視点を加えた地域のエネルギー管理システムを構築するために有効利用できる。本課題では、鳴子地域の特色を活かし温泉熱利用バイナリー発電方式の開発を行う。同時に、いくつかの方法で生成された再生可能エネルギーを EMS で制御／管理し、利用先に供給することを目的とし、下記の3項目について研究開発を進める。 ①温泉熱マイクロ発電システムを中心としたエネルギー供給系の構築に関する研究 ②エネルギー供給多様性システム開発 ③ EMS 制御温泉エネルギーカスケード利用研究開発 26年度は、25年度に引き続き、①のバイナリー発電システムを実用レベルで利用するための装置開発を行った。 ②③については、最終的に①の主たるエネルギー供給先となる予定のスマートアグリシステムについては、温泉熱を利用して小規模の熱帯植物の園芸栽培を行っている企業の事例を調査し、これらを参考に設置した。担当者東北大学多元物質科学研究所教　授　村松　淳司研究計画平成27年度からは課題3-c「EMSと地域エネルギー関連技術開発」へ統合 H24年度（2012） H25年度（2013）バイナリー発電実証機の製作東北大学大学院環境科学研究科特任教授　霜山　忠男准教授　木下　睦助　教　梅木　千真助　手　三ケ田　伸也物部　朋子 58 太陽電池パネル設置 EV 充電器設置マイクロ水力発電試験機の設計マイクロ水力発電試験機の製作および発電試験 H26年度（2014）スケール抑制等温泉熱利用周辺技術の開発 H27年度（2015） H28年度（2016）バイナリー発電の移設・改造全体システムへの統合とEMS 制御並びに見える化スマートアグリシステムの設計製作果樹等の試験栽培実施内容当初計画していた3本の井戸を統合して発電量を確保 ①温泉熱発電システムを中心とした熱量で発電できる小型のユニット開発に切り替えた。こエネルギー供給系の構築に関する研究のため、発電機を駆動する回転機構を小型化したことバイナリー発電システムは、アンモニア・水混合媒で変換効率が上がらない軸流タービン形式からスクロー体による熱機関を採用する。アンモニア・水混合物かル膨張器形式に変更し、1台で5〜7kWクラスの発電機らなる熱媒体は、既存の有機ランキンサイル式バイナ 1台を駆動するシステムとした。これにより、システムとリー発電で多く採用されている代替フロン等の低沸点して発電出力の設計段階での弾力性が生じ、利用でき溶媒に比べ地球温暖化係数が低くオゾン層破壊にも寄る温泉井の湧出条件が低湧出量サイドに緩和された。することよりもローテーションで使用し、温泉井1本分の与しないので地球環境保全の面からも優れている。宮城県大崎市鳴子温泉の㈱鳴子ラドン温泉殿が所有 ②エネルギー供給多様性システム開発する温泉井 G1号、G2号、G3号から湧出する温泉熱水温泉からの湧水による発電形態では、常時一定の発を熱源とした小型バイナリー発電実証設装置を製作し、電量となることが予想される。そこで、様々な形態の実用レベルに向けた開発を行った。発電システムと組み合わせ、エネルギー供給の最適化これまでの試験により、本試験で利用する温泉井からを図るための多様化の検討を行うことと、将来的に、湧出する温泉熱水は、各井戸の1本毎の湧出量でも約これらを統合したエネルギーシステムを中心に体験型 120kW の交換熱量が得られることがわかっているが、エネルギーパーク（仮称）とする設備、システムの構築その反面、井戸配管内で析出し附着する無機物（スケーを行う。パークの全体イメージを図1に示す。26年度ル）により、放置すると1〜数か月で閉塞に至る。このこまでには、予定地に、太陽光発電設備、EV 充電器、園芸とから、本研究では発電の継続性を確保するために、栽培用温室を設置した。図1　体験型エネルギーパーク（仮称）のイメージ 59 図2　㈱ FRUSIC のドラゴンフルーツ温室 ③ EMS 制御温泉エネルギーカスケード利用研究開発部に設けた樋に温泉水を流しており、樋の上部を開放スマートアグリシステムの開発することで加温すると同時に湿度を保持することも＜先進進事例調査＞目的としている。温泉水は、温室入口で60℃以上あり、岐阜県高山市の奥飛騨温泉郷栃尾温泉で行われてい出口側でも40℃程度まで低下するが、室内は一年を通る、㈱ FRUSIC によるドラゴンフルーツ等、同地区で㈱じて25℃以上に保たれているとのことである。奥飛騨ファームが行っているバナナの温室栽培施設をいずれの温室も冬期は最低気温が -15℃を下まわり、見学し、それぞれ運営担当者との意見交換・情報収集真冬日が1ヶ月近く続くこともある寒冷地に設置されを行った。ているが、生育には平均21℃以上が望ましいとされて㈱ FRUSIC は、主にドラゴンフルーツを栽培し、果実いるバナナを始め種々の熱帯植物の育成に成功しておおよび加工品の販売と温暖な環境を要する植物の受託り、温泉水を利用することにより、低コストで商品を栽培を行っている。温室内の床面はコンクリートで、生産することを可能にした事例である。ポット状に設けた孔にドラゴンフルーツの株が植えられている。コンクリート部分には加温用のチューブが多数埋設され、温泉水から熱交換で加温した浄水が循環して植物の根の部分を温めているが、ドラゴンフルーツは比較的乾燥を好む植物であるため、適度に外気との交換で換気しているのみで湿度のコントロールは不要とのこと。図3、4は温室内でバナナを栽培し苗木の販売を主としている㈱奥飛騨ファームの温室である。こちらは、常時温室内 60 図3　㈱奥飛騨ファームのバナナ栽培温室外観図4　温室内部の様子＜園芸栽培用温室の設置＞宮城県大崎市鳴子温泉の体験型エネルギーパーク（仮称）予定地に、面積100m2 の温室を設置した。図5 に温室の外観を示す。ここでは、発電に利用した温排水を利用して暖房等の熱源に利用し、熱帯／亜熱帯系植物の園芸栽培や、冬季にも収穫ができる作物の栽培を目指す。上記の調査を参考に、将来的に対象作物のフレキシビリティを持たせるため、室内の加温は土間に温水を通水するチューブをコイル状に配置し、その上にシート養生を行うのみとし、基本的には、鉢植えによるポット栽培や、棚型の水耕栽培システムを導入することを想定している。さらに、室内の加温に使った温排水図5　スマートアグリシステム温室外観を温室周囲に埋設して巡らせたパイプに通水して冬季の融雪に利用する。実際に温泉と加温用設備との接続は27年度を予定しているが、現状でも屋根部分の積雪次年度以降への課題はほとんど滑り落ちて残らず、特別豪雪地帯である鳴子バイナリー発電システムの実用性を高めるための実温泉地区であっても維持管理可能な設備となっている。証運転試験を進めるとともに、システム統合に向けたまた、自動運転設備としては、特に夏季の利用が想 EMS による各設備の統合、エネルギーの負荷として予定される換気のためのフィルム巻き上げモーターおよ定しているスマートアグリシステムでの果樹栽培を進び夜間の電照用 LED 照明が設置されており、電源には、める。また、最終的な全体システム構築のためのバイ温泉熱発電および太陽電池により生成された電力がナリー発電システム移設を始めとして、地域との協力 EMS で制御され静置型あるいは移動体ストレージを介およびシステムの統合による社会実装を進め、EMS 制して供給される予定である。御と画像情報等の見える化を行う。 61 本研究は文部科学省「東北復興のためのクリーンエネルギー研究開発推進事業」の支援を受けて実施されたものです。平成26年度東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト研究成果報告書平成27年3月 Tohoku Recovery Next-generation Energy Research and Development Project 平成26年度東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト研究成果報告書 Tohoku Recovery Next-generation Energy Research and Development Project 2014 平成26年度東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト研究成果報告書東北復興次世代エネルギー研究開発プロジェクト（NET）東北大学大学院環境科学研究科〒980-8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-20 Tel 022-795-7408 Fax 022-795-7392 E-mail net@mail.kankyo.tohoku.ac.jp URL http://www.kankyo.tohoku.ac.jp/net/index.html