コラム114： 環境と熱力学第二法則

「ゼロエミッション」という言葉があります。工場などで廃棄物などを原料化して，外に出さないというものです。しかしながら，熱力学第二法則によれば，無駄なエネルギーが出ることになります。そこで，「ゼロエミッション」なんて原理的にはありえません。但し，その無駄なエネルギーを別のエネルギー源として活用することはできます。例えば，火力発電や原子力発電で出た熱を有効利用することは可能です。捨てる熱を新たな熱源として使うことは可能なのです。例えば「コンバインドサイクル」という天然ガスを用いた火力発電の方式があります。第一段目として，ジェットエンジンのような仕組みで発電をします。そこから出た熱で水蒸気をつくり，発電します。このことによって，少しでも無駄な熱を少なくすることができます。

様々な熱機関を水力発電のモデルで説明しました。この時，水の流れが止まってしまうと，水車が動かず発電できません。その流れた水でさらに水力をすることも場合によっては可能です。このようにして，富山県の黒部川の流域では，黒四ダムで有名な黒部第四発電所をはじめとして11箇所の発電所が稼働しています。

水力発電は，エネルギー変換効率が80%と圧倒的に高く，二酸化炭素の排出量が少ないので，環境に優しいと言えそうですが，小規模の水力発電を除いて現在増やすことは難しいのが現状です。

　水力発電のエネルギー変換効率は80%と，他の発電方式とくらべて非常に優れています。（LNG複合［コンバインドサイクル］55%，火力蒸気タービン43%，ガスタービン35%，原子力33%，風力25%，太陽光10%，地熱8%，海洋温度差3%，バイオマス1%）と非常に優れたものです（関西電力のHPhttp：//www.kepco.co.jp/corporate/energy/water_power/shikumi/index.htmlから引用，元データは「新エネルギー大事典」）。さらに，水力発電の1 kWhあたりの二酸化炭素発生量は，すべて設備関係によるもので，11 gと他の発電方式に比べて小さいものです。ちなみに石炭火力943 g（燃料864 g，設備 79g），石油火力738 g（燃料695 g，設備43 g），LNG火力599 g（燃料476 g，123 g），LNGコンバインドサイクル474 g（燃料376 g，設備98 g），太陽光38 g（以下すべて設備），風力25 g，原子力25 g，地熱13 g，水力11 gです（出典関西電力HP，元データは「原子力・エネルギー図面集」2014）。