中国、電気自動車で密やかな優位

バッテリー供給網を囲い込む戦略

ボリス・ジョンソン英首相は、10年以内にガソリン車とディーゼル車の新車販売を禁止することを計画しているとされ、その禁止は5年前倒しになるとの報道がある。これは、2月に首相が2040年から2035年へと販売禁止時期を変更したことに続くものだ。

フィナンシャル・タイムズ紙の報道によると、ジョンソン首相は来週、多くの新しい環境政策の中でこの政策を発表すると予想されている。

英政府は、この政策が英国の電気自動車市場を活性化させ、2050年までに温室効果ガスの排出量をゼロにするなどの気候目標の達成に貢献することを期待している。科学者、環境運動家は、政府や企業に対し、より野心的になるよう促し、可能な限り安全なレベルまで「気候の回復」に取り組むよう呼びかけている。

このような動きは欧州では珍しいものではない。自動車の電動化の流れはすでに不可逆点を超えている。ノルウェーは2025年までに100%の車を電気自動車かプラグインハイブリッド車にすることを目標としており、オランダは同年までにガソリン車とディーゼル車の販売を全面的に禁止する計画だ。ドイツは2030年までに内燃機関を禁止する計画で、フランスとイギリスは2040年までにガソリン車とディーゼル車の販売を終了することを目標としている。

2019年の電気自動車の販売台数は世界で210万台を突破し、すでに過去最高を記録した2018年を上回り、電気自動車のストックは720万台に達した。最も積極的な電気自動車の目標は、世界の電気自動車在庫のほぼ半分を持ち、2018年に110万台の電気自動車が販売された中国が設定したものである。

電動化がどこまで進むかは、主に電池技術という1つの要素にかかっている。電気自動車とガソリン車を比較すると、電気自動車のデメリットはすべてバッテリー(電池)に起因する。購入価格、航続距離、充電時間、寿命、安全性など、すべてバッテリー主導のハンディキャップである。一方、電気自動車は、電気自動車を支える電力網が再生可能エネルギーであれば、温室効果ガスの排出量が少なくて済む。さらに、電気自動車はガソリン車に比べて運転・維持費が大幅に安い。

現在では、タクシーのような年間走行距離の多い車の場合、購入価格、保険、燃料、メンテナンスを含めた電気自動車の総所有コスト(TCO)は、ガソリン車よりもはるかに低くなっている。このことは、地域のサービスに使用される政府機関や商用車は、コストを節約するために電気自動車に転換する可能性が高いことを意味しており、これは電動化への大きな一歩となる。一般的に年間12,000~15,000マイル走行する個人用ガソリン車とコスト平準化するためには、バッテリー価格が現在の180~200ドル/kWhから100ドル/kWh近くまで下がる必要がある。世界的に電気自動車とガソリン車のコストが同等になる年は、2022年から2026年と予測されている。その時点では、経済学が電動化の主な推進力となり、電気自動車が交通機関の覇権を握る道を歩むことになるだろう。

エネルギーシステムへの影響

電気自動車はグリッドから充電する必要があり、2050年までに電力需要が 20~38%も増加する可能性がある。先進国では、これが電力会社に収益をもたらし、広範なエネルギー貯蔵庫を備えたグリッド接続型の再生可能エネルギーシステムへの転換とデジタル・エネルギー管理への転換を加速させることになるはずである。発展途上国では、電力需要の増加により、先進国の古く機能性の低いグリッドの遺産に邪魔されない近代的なグリッドの設置に拍車がかかる可能性がある。電気以外にも、電気自動車には充電ステーションの大規模な展開が必要であり、これは地域の経済と雇用の成長を刺激する可能性がある。

電気自動車はまた、エネルギーシステムに歓迎すべき柔軟性をもたらすはずだ。石油やガソリンから解放された電気自動車は、太陽光、風力、天然ガス、原子力、水力発電など、グリッドに供給されているものなら何でも走ることができる。これにより、多くの国で相当量の外国産石油を含む輸送手段の石油への根本的な依存が取り除かれる。電気は基本的に地場産品であり、長距離貿易には対応できないため、国内経済は現在、外国の石油利権者が保持している経済的・雇用的利益を享受すべきである。

輸送と電気の一体化は、グリッドにも新たな可能性をもたらす。電気自動車は、少なくとも1,000GWhの分散型エネルギー資源であり、これは1億台の自動車のバッテリー容量の10%に相当する。この分散型エネルギー資源のデマンドレスポンスやグリッドストレージの可能性については、まだ真剣に検討されていない。

地経学への影響

交通機関の電化はエネルギー経済学の分水嶺である。一世紀以上にわたり、石油は輸送の生命線であり、工業化と生活水準の向上に伴う輸送の拡大に伴い、石油産業は着実に成長してきた。しかし、石油が豊富な国は比較的少なく、輸送用の石油が社会的に重要なニーズであることから、これらの国は地経学的にも非常に重要な位置を占めている。一方、太陽光や風力はどこにでもあり、発電はほとんどが国内企業である。交通機関の電化は、石油が重要な市場の一つを失うことを意味し、それに伴い国際的な経済的・政治的な力の一部を失うことを意味する。

輸送の生命線としての石油に取って代わるものは、バッテリー技術(エネルギー貯蔵技術)である。電池は、電気輸送の鍵であり、進歩の焦点であり、電気自動車の将来を決定する開かれた機会でもある。購入価格の低下、充電の高速化、航続距離の延長、寿命の延長、安全性の向上を実現するためには、バッテリーのイノベーションが必要とされている。これらの課題にはまだ明白な解決策があるわけではないが、それを発見した人は、バッテリー市場において大きな力を持つことになるでしょう。

電池開発

最も有望で破壊的な電池のイノベーションの一つは、リチウム金属負極と固体電解質の組み合わせである。現在、リチウムイオン電池に使用されている黒鉛負極材では、エネルギーを蓄えたり放出したりできるのは原子の14%(炭素6個につきリチウム1個)に過ぎないのに対し、リチウム金属負極材は、充放電サイクル中にエネルギーを蓄えたり放出したりすることができる。リチウム金属負極の容量が大きくなれば、リチウムイオン電池のエネルギー密度が約2倍になり、電気自動車の航続距離が伸びてガソリン車と競合する可能性がある。

固体電解質は、リチウムイオン電池にいくつかの利点をもたらす。リチウムイオン電池の安全上の最大の問題である熱暴走反応(電池の温度が約150℃を超えると破裂して炎上する)を解消することができる。固体電解質には、硫化物やガーネットなど、常温で高いリチウムイオン伝導率を持つものがあり、急速充電に必要な高出力性能を発揮する。また、固体電解質は液体電解質に比べて熱伝導性に優れているため、劣化の引き金となるホットスポットの発生を防ぎ、電池寿命を延ばすことができる。さらに、固体電解質の機械的剛性は、リチウム金属負極表面に形成されたデンドライトの成長を阻止し、液体電解質を横切って正極へと成長し、電池をショートさせることができる。ただし、電位窓の狭さ、リチウム負極との反応性の高さ、長期安定性など、まだ解決されていない研究課題が転がっている。

現在、リチウム金属負極材と固体電解質の開発に向けて、学術、政府、産業界の研究室を横断して激しい動きがある。トヨタは、リチウム負極材と固体電解質を用いた電池を電気自動車に搭載する考えを表明している。この組み合わせは、リチウムイオン電池開発における最初の破壊的な一歩となり、これまでの性能とコストの着実な向上という3年間のパターンを打ち破ることになるかもしれない。

材料供給チェーン

リチウム、コバルト、マンガン、ニッケル、黒鉛は電池技術に不可欠な元素であるが、これらの元素の一部は、石油と同様に世界のごく一部の場所にしか存在しない。電気自動車の販売台数が急増すると予想されるため、短期的には新材料の生産を開始するのに必要な時間と、地理的に供給源が相対的に不足しているため、リチウム、コバルト、黒鉛のサプライチェーンが脅かされる可能性がある。長期的には、リチウムイオン電池がリサイクルされれば、地殻内に十分な資源が存在する。現在、鉛蓄電池の99.5%以上がリサイクルされているのに対し、リチウムイオン電池のリサイクル率は5%未満である。リチウムイオン電池のリサイクル技術の研究開発が急務である。

電池とそのサプライチェーンは「新しい石油」であり、電池・電気自動車市場をリードするためには、電池技術だけでなく、電池材料のサプライチェーンを戦略的に確保することが必要である。リチウムイオン電池のサプライチェーンを確保する上で、リサイクルは大きな役割を果たすことができ、コストを20%も削減し、必要な材料の50%も供給することができる。電池技術をリードし、サプライチェーンを確保した国や地域は、地球経済や世界の発展に大きな影響を与えることになる。

中国がリードを築いている

欧州では、将来の自動車の炭素排出量規制が厳しく、電気自動車にチャンスを与えている。一方、米国では炭素排出量規制の緩和が提案されており、交通機関の電動化の目標時期は先延ばしにされている。これがバイデン大統領の就任以降、どのような政策が立案されるか注視する必要があるだろう。

国際エネルギー機関(IEA)の新政策シナリオでは、欧州では2030年までに新車販売台数の26%を電気自動車が占めると予測されているが、米国では8%にとどまっている。中国は2030年の電気自動車の目標シェアが28%と、欧州をややリードしている。また、中国はバッテリーのサプライチェーンを確保するために戦略的に動いている。中国は現在、世界最大の電気自動車市場と世界最大のバッテリー製造企業を有しており、世界の生産能力の60%に相当する。中国は、来るべき世界的な交通機関の電動化から経済的にも政治的にも恩恵を受けることができる立場にある。

交通機関の電動化はまだ完全ではない。バス、長距離トラック輸送、航空タクシー、リージョナルフライトは、比較的未開拓の機会が残っている。電気自動車が市場を席巻するためには、バッテリーは、コスト、航続距離、充電速度、安全性、寿命などの課題を克服しなければならない。リサイクルは持続可能なサプライチェーンにとって重要だが、まだ黎明期にある。これらの根本的な課題に対する解決策を発見するためには、イノベーションの機会が大いにある。革新的な国と地域は、永続的な経済的・地政学的利益を得ることができる。

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