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はてなキーワード: LCAとは
MIDREXとか知らなくて書いてないの？
事情通気取ってるけど、こういう基本抑えてないあたりが半可通ぽいぞ。
お前、多分このレスを最後まで読んだら、二度とMIDREXの話を持ち出せなくなると思うぞ。だから覚悟して読めよ。
まずね、わかってて書いてるのかもしれないけど、今のMIDREX（MIDREX NG）はNG=natural gasと冠されている通り、LNGを使う還元製鉄プロセスなのね。「今の高炉法より2〜3割程度はCO2を減らせます」ってだけで、MIDREX NGではゼロカーボンスチールは作れないし、化石燃料消費もあるんだよ。
MIDREXの将来的な展望として、「グリーン水素の供給が潤沢になれば、そのうち①部分的な水素還元製鉄（MIDREX NGプロセスの水素部分置換）ができるかもしれないし、もしかしたら②完全な水素還元製鉄（MIDREX H2プロセス）も実現できるかもしれないんですよ！」というファンタジーが提唱されてるだけで、しかもこれって、俺が前に書いた水素還元製鉄のコスト課題の話から一歩も進んでないんだよ。以下の「水素製鉄の課題」についての指摘を読んでみればわかるでしょ。
https://www.kobelco.co.jp/technology-review/pdf/70_1/081-087.pdf
水素製鉄を実現させるための最大の課題は，グリーン水素のコスト低減と供給の安定化である。世界的に現在，ほとんどの水素は水蒸気リフォーマを用いて化石燃料から製造されている。いっぽう，グリーン水素は水を電気分解することによって製造されており，その電気にはCO2フリーの電気が利用されている。水の電気分解技術は新しいものではなく，電気分解槽に多くの開発が行われている。しかしながらどの技術を用いても大量の電力が必要で，電気分解槽の運転コストのほとんどが電気代である。したがって，現在の価格の天然ガスから置き換えるには電気料金が＄0.01／kWh程度に低下しなければ経済的に成立しない。さらに，現在確立している技術をもってしても，DRプラントに必要な量の水素を供給することができない。最近欧州で発表されている最大のプロジェクトでは，100 MWのアルカリ電気分解によって水素を製造する計画がある。しかし，ミドレックスプラント 1 基に必要な水素を賄うには，この 6～8 倍の規模が必要である。また，電気料金が＄0.01／kWhになったとしても，化石燃料から製造した水素の価格と同等になるためには，電気分解槽の設備費を現在の1/3～1/4 にまで下げる必要がある。電気分解槽の大規模化に向けた開発も進められているが，大規模化で設備コストを下げるとしても，経済的に成立するにはまだ時間を要しそうである。
水素が安定供給されて水素経済が実現するためには，水素製造コストの課題に加えて水素の貯蔵や輸送のような水素インフラの課題にも挑戦していく必要がある。
水素経済実現のもう一つの課題は発電である。たとえば，スクラップとMIDREX H2で製造したDRIを50:50で電気炉に供給することによって現在の我が国の粗鋼量を生産することを考える。この場合，DRプラントに必要な電力だけでも約25 GWのグリーン電力，すなわち300,000 haのソーラーパネル，あるいは40,000ユニットの発電風車（7,500 haの敷地），もしくは20基の原子力発電所が必要となる。このように膨大な量のグリーン電力が必要であり，これは国家レベルでの対応を要する課題と考える。
ここまで読んでどう思う？ 今の日本に、衰退する鉄鋼産業の高級鋼製造のためだけに原発20基なり風力発電ユニット4万基を新設する力があると思うか？ （これMIDREX親会社の神戸製鋼技報からの引用だから、ここで指摘されてる課題にはお前もケチのつけようがないと思うけど、何かあるならどーぞ）
前にも書いた通り、「水素還元製鉄でグリーンスチールを製造して自動車を作ればいいんだから、アルミのメガキャスティングなんて駆逐できます」なんてシナリオは、今の技術水準では到底不可能なレベルの莫大なグリーン電力の供給が可能にならない限り、経済的に成立しないのよ。お前はアルミのことを「電力食い」って批判してたけど、そのお前が推してる水素還元製鉄によるグリーンスチール製造ってのは、そういうほとんどファンタジーみたいな条件が整わない限り絶対に成立しない、桁違い（それも1桁どころじゃない）の電力食いプロセスなんだよ。そして、もし仮にその条件が整う時代が来るとしたら、その時はアルミがコモンメタルの中で一番安価な金属素材になることもまた明白なわけ。
鋼材には鋼材にしかない特性、鋼材にしかできない仕事があって、そういう用途分野では、たとえグリーン化に伴うコスト増が進んでも、鋼材利用が廃れることはないだろう（特に建材がそうだ）。でも、現時点ですでに他のメタル材（端的にアルミ）と競合が始まっていて、LCAも対等に近づいてきてるような分野では、鋼材は今後コスト面でどんどん不利になっていく。アルミを押しのけてコスト優位性を回復できるグリーン化シナリオが存在しないからだ。
①グリーンな高級鋼材は、膨大なグリーン水素がないと作れない。
②グリーン水素は、安価で潤沢なグリーン電力がないと作れない。
③安価で潤沢なグリーン電力があれば、グリーンアルミを安く潤沢に作れる。
新地金生産量では鉄に次いで2位、埋蔵元素量では鉄を凌いで1位。つまり素材としては鉄より持続可能性が高い。
＞なんなら、カーボン、アルミ、鉄のコスト、スペック、使用量の違いとか。
それをわかってるから「自動車業界では圧延性・加工性などの事情から、高炉法で新規製造した高純度鋼材が主で、電炉普通鋼（リサイクル鋼材）はほとんど使われていない」って書いてるんだけど…。高級鋼は高炉×バージン材でしか作れないうえに、高炉製鉄は脱炭素問題に対応できないからもう将来性がない。三菱総研は「2050年までに国内高炉は全廃されて電炉化される」と予測してる。水素還元製鉄については、これやらないと国内鉄鋼業界が死ぬのが確定してるから「やれるし、やる」という流れにはなってるけど、本当に屏風の中から出せるのか、現在のような産業規模で操業できるのか、誰も確信が持てていない。
https://weekly-economist.mainichi.jp/articles/20210713/se1/00m/020/022000c
＞お前みたいに生産可能な量やコスト無視すれば、アルミじゃ無くて、カーボンで良いじゃんってなるし、
＞アルミみたいな中途半端な材料使わずチタンやカーボンで全部済ませるようになるだろ。
あのね、最初から繰り返し言ってるんだけど、LCAベースのコストで見るとアルミ合金キャスティングでモノづくりした方がスチールで作るより安くつくんだってば。テスラの現時点での実績でも、フロント/リアアンダーボディの製造コストが40%減だよ。小ロットのプレミアムEVを作ってる会社だけじゃなく、新興系の自動車企業が挙って導入を始めていて、（うかつにギガプレスに手を出せば系列関係の崩壊に繋がりかねない）トヨタですら寺師研で研究を始めてるのは、根本的にはそれが理由。コストを無視できないからこそ、アルミへの移行が始まってるんだよ。
アルミはボーキサイトからインゴットを作る時にはめちゃめちゃ電力を使うけど、再精練するときは驚異的にエネルギー効率がいいんだよ（新規精練の3%しかエネルギーを使わない）。だからリサイクル向きの素材だし、リサイクルの王と言われている。メガキャスティングの歩留まり問題が業界であまり重大視されていない理由もそれ。
新規製造時の電力消費がマッシブなので、アルミの新地金の生産は安い電力を使える国が中心になっている。そのひとつは石油やガスが出る資源国グループ（中国・ロシア・アラブ首長国連邦・オーストラリア・バーレーン・米国など）。もうひとつは再エネで電力限界費用が安い再エネ先進国グループ（水力＋地熱発電のアイスランド、水力発電のノルウェーなど）。今後はLCAでのカーボンフットプリント評価が必須なので、自動車産業に限らず、世界的に後者から調達した「グリーンなアルミ」の導入量が増えるだろう。中国や米国も再エネ拡大で後者のグループへの移行が進んでいるね。
LCAで評価すれば、多数の下請け企業で冷間なり熱間なりで作った100個のパーツを1ヶ所に運送して溶接でガチャンコするより、メガキャスティングのほうがCO2排出量は低くなる。自動車産業というのは多段ティア間の部材配送のボリュームがすごく大きい。だからティア1のほぼ全てとティア2の多くが自社系列の配送子会社を抱えている。これがコストにも環境負荷にもなっている。
また、前にも書いたがアルミ合金のリサイクル率は非常に高い。ボルボは現時点でほぼ100%リサイクルしており（熱間鍛造部材は55%しかリサイクルできない）、その半分を二次合金として再利用している。これも製造サイクル全体で見た場合のCO2フットプリント低減に効いてくる。ボルボの場合は最低でも35%減を実現している。
Mega-casting also helps to increase the material utilization as well as the use of secondary (scrap) aluminum. According to Volvo, 100% aluminum will be utilized (versus 55% of stamped steel parts), and half of the aluminum can be secondary alloy, leading to at least 35% CO2 emissions reduction.
このレポートはメガキャスティングの将来性について不透明な点なども指摘してるフェアな内容だけど、少なくともCO2フットプリントに関してはメガキャスティングが鍛造より有利だと認めているように見える。
少なくとも乗用車としてのFCVには全く未来がない。以下は7年前の増田に2年前の追記をしたものだが、ほぼこの予言通りになった。もう業界でFCV乗用車に将来性があると思っている人間はいない。事実上の敗戦処理をしている状態だ。
https://anond.hatelabo.jp/20150504101626
「FCVはバストラック分野ではバッテリ重量が爆増するEVと比べてコスト優位」という予測もあったが、これもテスラのSemi（EVトレーラーヘッド）投入によって覆されつつある。Semiの500kmバージョンの15万ドルという価格は、日本国内のディーゼルトレーラーヘッドの新車価格（1600〜2100万円）と大差ない。さらにLCA（ライフサイクルアセスメント）で見ると今のディーゼル車トレーラーヘッドよりも3000万円近く安くなるという、驚愕のコスパを実現している。
https://blog.evsmart.net/ev-news/2022-tesla-semi-update/
俺が増田で前から繰り返し言っているけど、なかなか理解してもらえないのが、今後EVは「環境にいいから売れる」わけではない、ということだ。EVは今後数年以内に「CVよりも安いから売れる」ようになるのだ。中国の宏光MINI EVもいよいよ日本発売が決まったが、当然爆売れするだろう。https://togetter.com/li/1963736
Semiもこれと同じ理由で物流分野でのシェアを大きく伸ばすだろう。契約企業は、Semiの環境負荷がいいから、イメージが良くなるから、切り替えるわけではない（お題目としては大々的にアピールするだろうが）。不断のコスト圧力にさらされる物流業界に貴重なコスト減の機会を与えてくれるから売れるのだ。EVという技術システムの本質的なシンプルさが、それをもたらしている。
一方、FCVという技術システムはEVに燃料電池とタンクをくっつけた複雑な機構で、今のディーゼル車よりコストを下げられるような技術的アドバンテージがどこにもない。今の化石燃料よりも高い燃料を、今の液体燃料タンクよりも高い高圧気密タンクに詰め込んで、それを車内で高額な燃料電池に突っ込んで電力に変えて、それでEVと同じモーター（eアクスル）を廻して走る。高くつくに決まっている。
https://www.mazda.com/ja/innovation/technology/gihou/2021/
これについてちょっと色んな感情を抱いたわけで感想というか考察というかなんかそういうのを書きます。
電池制御屋さん(?)なのでメインはEV関連のところだけピックアップしてみます。本当は全部やろうと思ったけどエンジンとか分からなくて書くことなかったです。
普段こういうことやらないので読みにくかったら見なかったことにしておいてください。
あと、そもそも私は社員でもE&Tさんや販売店さんでもないですので間違ってたりしたらごめんなさい。
去年に比べてボリュームも多く、メインのトピックとしてMX-30のEVが挙げられていますね。マツダ初のEVですからそりゃあ力を入れますよね。(デミオEV?あれは量産されてないからノーカンで)
では順に見ていきます。
こういった経営戦略は専門外ですし特にないです。頑張って下さい、という感じです。でも、スモールプレイヤーであることを自覚しているならなぜスバルさんのようにEV開発にトヨタの力を借りなかったのかが不思議ですが極めて高度な経営戦略的判断なのでしょう。
私はEV反対でもEV賛成でもなく、ユーザが好きなものを買えばいいと思いますが以下の件、エンジニアとしてずっと疑問に思ってますよ。
https://www.mazda.com/ja/csr/environment/lca/
ところで、技報は直近だと技企が担当っぽいんですがどういう基準で毎年内容とか選んでるんですかね。分かりません。
両開きドア、必要だったんでしょうか。使いにくいと思うんですが…
車格的にこれ以上大きくできないけど四人乗りだし特徴出さないといけないという苦肉の策でしょうか。
私は美術の成績が2くらいしかないのでデザインはよくわかりません。
あ、でも、インテリアのコルクの件は誰が思いついたんでしょうか?どういうコルクでどういう工夫がされているかわかりませんが、熱衝撃でボロボロにならないんですかね。ぜひそういうのを技報で取り上げて欲しかったなぁ。
書かれていることは難しくて分かりません。商品企画って大変だと思います。
みなさん、一回乗ってみるといいと思います。思いの外普通の車です。
制御って難しいですよね。まず式が多くて難しい。
この手の制御は実車でのフィーリング評価が多いでしょうからそれだけ走らないといけないだろうし大変だと思います。
Fig.4ってどう見ればいいんですかね。そりゃ制御切ってる赤線が0なのは当然だと思うんですが。GVCのリクエストに対してモータのリクエストトルクが遅れているのはなにか意図があるんでしょうか。私には分かりません。てかこれ実トルクじゃないのね。
Fig.6ではGVCの有無による加減速が記載されてますね。GVCの有無で横Gは変わらないけど前後方向は、「ターンイン時に減速」「ターンアウト時に加速」と。いやこれ、運転してる人には誤差みたいなレベルのGだけど(たぶん、普通に運転してたら0.1~0.4Gくらいでこのデータだと最大0.4m/s^2≒0.04G)いるのこの制御?
この辺で読むのやめたけど、Fig.20はどうかと思う。基準値おかしいでしょそのグラフ。
この辺も専門外だから流し読み。ペダルの味付けの話かな(適当)
Leafとかi3とか回生がキツくて慣れるまでなんか気持ち悪かったけど、MX-30はその辺まだ運転しやすかった気がする。
これもよく分からない。感想としては、エレキシフトである必要ないよねって思う。
電子制御にすれば車側からの介入がかけられるってこと書いてあるけど、ソフトウェアのバグのリスクを抱えることになりそうだし、そもそもどういうヒューマンエラーを想定してんの?って素人的には思うんですよねぇ。
でもそれよりもあの変なシフトの形状の方が気になる。
LCA(ライフサイクルアセスメント)の件はいったん不問にするわ。
ふむふむ、LiBの温度管理をしっかりして容量と入出力を使い切ると。むしろそれ以外にはないわな。
「クーリング・ヒータシステム」うん、こういうのでいいんだよ、こういうので。
なるほど、冷媒冷却なのね。Fig.8を見ると温めるのにはヒートポンプ使わないのか。もっぱら冷却専門って感じね。そりゃあ電池が動かないくらい寒いときに温めるんだから効率の悪いヒートポンプ使わないのは当然か。Hondaさんはモータ系の冷却水を電池に回して加温にも使ってた気がするけど冷媒だと難しいんでしょう。
ところで、車室内が暖房で電池が冷却を求めている場合(真冬の高速連続走行)とかの時はどうなるんでしょうね。ヒートポンプ一個しかないけど。
冬場はヒータを使って電池を温めて充電時間短縮に貢献しているんですね。
あ、そういえば低温の充電についてはこんな記事ありましたよ。
https://insideevs.com/news/486109/mazda-mx-30-battery-pack-heating-issue/
マツダさん、色んなところでMBDのお話してるのでやっぱりありました。
元々シミュレーションで研究やってたんで、モデルベースとかシミュレーションとか僕は好きですよ。
これを見るとHILSがメインなんですかね。HILSって物できてから色々するものだと思ってるんですがこれはMBDなんでしょうか。まぁHILSにはモータとか電池とかのモデルが入っているのでその意味ではMBDか…
ゴリゴリの計算化学的なのはないんでしょうか。EVだから電池系でその辺もあるかと思ってたんですが。
気になるのは4.1の説明で「ユニット間通信もPCMとの Peer to Peer通信を基本とした」と書いてますね。だいたい今の車載系のネットワークはCAN通信なのでP2PっちゃP2Pなんですが、わざわざ書いてるということは何か特別なことがあるんですかね。
Fig.5らへんでは「充電みたいに特定の機能しか使わないときは他の機能を切って余計な電源使わないようにしたよー」って書いてますが、充電してるなら誤差みたいな電流では…?てかまぁ、関係ないユニットをそもそも動かさないのは当然だと思うんですが。
4.3はよくソフト系の品質検証である直交表ですかね。私も何度か作成したことあります。MBDでやるにしてもテスト数絞らないといけないからこういう感じで管理してるんですね。でも、機能毎の組み合わせをみるだけでも効果あるんでしょうか?不具合が見つかったとしても書けないでしょうから記載なくても仕方ないか…
市場での適合性とか考えると特に大変そう。でも気になるのは「1.はじめに」に書かれている「MX-30は約40分でSOC 80%まで充電できる」の文言。
え?40分?いつの車?35.5kWhしかないのに?もしかして急速充電器の出力30kWとかで想定してる?市場の急速充電器は大部分が(少なくとも日本は)50kWだと思うんですが。
外部充電関連やってる人はホント尊敬してます。だって仕様書難しいし仕様書曖昧なときあるし。COMBOとか仕様書自体なんか怪しいし。
本文中でも「HILSだけでは発見できない」って書いてあるけど本当にそうだと思います。
2.1見ると電池は電子部品扱いなの…?なんか共振点が被らないように工夫しました的なこと書いてある。
でも電池って重量あるし、特に考慮とかいらなそうなんだけど、マツダさんでは電池も細かくモデリングしてるのかしら。あとこれ疑問なんだけど、EVで使われるモータとかってエンジンよりも高周波成分持ってそうなんだけど言うほどないのかね、知らんけど。
2.2には不思議な式が載っている。ダメージ量というのはマツダさん独自の概念だと思う。少なくとも俺はいままで振動とか疲労とかの勉強していてであったことはない。疑問なのはFig.4の加速度に通常ひずみに対して使われるレインフロー法を適用していることになってるんだけどあってるこれ??加速度と応力は比例関係にあるけど周波数成分考慮しないと意味なくない??まぁ、そこはマツダさん独自の手法が隠れてるってことなんだろうか。
そして3.1には気になることが書いてある。
いや、とんでもない超過剰品質じゃん。強度半分でいいから車両価格下げてくれ。
3.2はモデルの話。しかし、写真を見るとマツダさんのアッパーケースは樹脂。これどうしているんだろうか。樹脂のシミュレーションなんてあまり精度よくできるとは聞かないし熱とか湿度とかの影響をもろに受けるはず。この辺もシミュレーション出来ているならすごいと思うんだけど特に書かれてない。一番壊れたらやばそうなのに。
ボデー屋さんじゃないからよくわかんない。でも、MX-30って両開きだから剛性保つの大変そう。
2.1には前突時の話が載ってて、電池を守らなきゃいけないから大変だとか。電池ってR100でメカニカルショックの試験あるからそれなりに大丈夫だと思うんだけどそうでもないのかな。あるいはR93/94で代替してるのか。ところで、実車見たことある人は分かると思うんだけど、MX-30ってモータルームスカスカでバカでかい支柱みたいなのがあるんだけどあれどうにかならなかったのか。てかバランス悪すぎるだろあの構造。内燃仕様も作る都合で仕方なかったのかもしれないけど他の車みたいに充電器入れとかにすればよかったのに。てか充電口とかフロントに持ってくればハーネスとか安くなりそう(モータ/インバータ系と同じところからバッテリパックに入れればいい)のになんであんな構造なんだろう。
3.1は側突の話。MX-30は両開きだから大変そう。ところで、これ全部解析の画像しかないけど、実車のやつはやっぱり画像写せないんだろうか。シミュレーションの研究やっていた身としてはシミュレーションが完璧でないことは分かっているので逆に不安なんだけど、こういうでか物はシミュレーションで十分ということなのかな。(認証試験は実車だろうけど)
よくわかんない。たぶん難しい。
日本語でおk。なんだそれは。とりあえず読んでない。
電池もEVも関係ないけど私が元々分子動力学シミュレーションやってたから。
でも、ほとんどMDの話が書いてない。シミュレーション条件も特に書いてないけど、写真を見る限り大した分子数で計算してなさそう。
これで精度が出るんだろうか。その辺を詳しく書いて欲しかった。
この手の計算は結果自体は出る。シミュレーションしてるんだから計算自体はできるものだから。ただ、現実の実験結果と定量的に合わせるのは非常に難しい。定性的傾向は出ても、定量的な比較はMDでは非常に難しい。
これは経験的なもので私が研究していたのは何年も前だけど傾向は変わっていないと思う。4.1でいちおう妥当性検証が書かれているけど、MDの結果については定量的に比較されているわけではない。紙面の都合もあるから仕方ないか。
ということでマツダ技報2021年度版の感想・勝手な考察でした。適当に読んだから読み間違えてたりしたら申し訳ないです。私はマツダ車乗ってるしこれからも頑張ってください。
続き楽しみにしてます。
単純に蓄電技術として比較した場合、Lib等に比べて水素の劣る点が「変換ロスが多い」なんだけど、ロスの大部分は電気→水素の部分で発生するから、水素の状態からそのまま消費するのと発電して消費するのを比較した場合は、水素の欠点は殆どないと言えるのがポイント。
ここなんですが、自分の認識だと電気分解プロセスは吸熱反応、燃料電池プロセスは発熱反応で、後段の「水素→電気」のほうがエネルギーロスが多いと思ってました（PEM電解とか高温水蒸気電解は、吸熱反応を利用しているから効率がよい）。
前増田でも書いたけど、電気と一緒に発熱をコジェネ的に利用できればエネルギー効率は80%程度、発熱を捨てて純粋な電気エネルギーとして取り出せるエネルギーで見ると効率は50%程度で、今後技術革新を進めて60%を目指す、という感じだと思います。
この効率は利用する化学反応自体に拘束されており（その意味では今でも十分高率だと言える）、今後の劇的な向上は見込めず、そうなると純粋な蓄電システムとして普及させるのは厳しいんじゃないかと思ったりします。昼間の余剰電気を水素にしてその日の夜に売るだけでも6割以下に目減りしてしまうわけですから、今の卸電力取引市場の仕組みだと、この技術にbetする余地は低い（メリットオーダーで見た場合、他の方法で発電または蓄電された電気のほうが割安になる可能性が高い）のではないかと…。
具体的に他の蓄電システムと比較すると、揚水ダム発電だと電気を位置エネルギーに変えて、後で電気に戻したときのラウンドトリップのエネルギー効率が70%程度。レドックスフロー電池も同じく約70％。最近複数ベンチャーが取り組んでいる重力利用型蓄電（タワーや縦杭にコンクリートブロックなどの重量物を吊して上げたり下ろしたりして蓄電/放電する）だと、設置コストも管理コストも安く、施設寿命は35〜50年、ラウンドトリップ効率は揚水発電と違って流体摩擦損失がないので80-85%と、これが案外本命かなと思ってます。固定電池系は、LiBだと95%ぐらい出るけどLCAが悪すぎるので、非コバルト・非リチウム系で良いものが出てくるのを待つ状態かと思います。
水素のエネルギーキャリアとしての性質を活用せず、蓄電技術としてやっていくとなると、競合システムに対する優位性が乏しいなあと感じます。廃熱の二次利用ができるところならワンチャンあるけど、季節問わずに廃熱を利用できるロケーションとなると、はたしてそんな都合のいい場所があるかいね？と思ってしまうわけです。製鉄所の溶鉱炉を電炉化するぐらいでしょうか。
車の脱ガソリンの記事が出る度に、はてなでは、「🗾のメーカーは終わりだ。EV化に遅れている。」っていうブコメで溢れ帰るけど、本当にEVに進むかっていうのは分からないんだよね。
というのも、環境規制っていうのはすでにビジネスになっていて、自分達の国のメーカーの有利になるように設定していってるから。
元々欧州ではディーゼルに力をいれてたけど、日本のHVにやられて、うまくいかなかったから、急激にEVにシフトさせているだけで、EV化がうまくいかなかった場合、ライフサイクルアセスメントを出してくる。これはその製品が生産してから最後の処理するまでのCO2排出量を評価するもので、EVは確かに走るときにCO2を出さないけど、電池を作るときに大量にCO2を排出するらしく、これがライフサイクルアセスメントによる規制をクリアできない。当然欧州メーカーでEVがうまくいった場合、ライフサイクルアセスメントは出してこない。なので日本メーカーがEVに力を入れて欧州メーカーに勝ったとしても、また次の戦いが始まるという。。
ICEは効率の点ではEVに遥かに及ばないよ。印象だけでは語るとデマになるので、少し計算した方が良い。
原油⇒精製(90%)⇒輸送(98%)⇒エンジン(30-40%)⇒変速機(80-90%)
=20%-35%程度
一番の問題は、熱機関は最良でもカルノーサイクルの壁を超えられないこと。つまり入力と出力の温度差による限界が来るわけ。
エンジンの素材は金属なので、良くても数百度とかにしかできないわけで、予算度外視でどんなに効率をよくしても量産車で60%に至ることはありえない。
エンジンはアルミか鉄なわけで、そこまで高温にできない。それで30-40%止まりと言うわけ。最近50%近いエンジンができたーとか言うニュースもあるが、もう熱力学上、天井は見え始めている。これは物理学なので、どうしようもならない。
(ちなみに、燃焼温度を上げると今度はNOxなどの問題が顕在化してくる。そのため、むしろEGRなどにより温度を下げるのがトレンド。エンジン開発はいろいろなトレードオフなのだ。)
ディーゼルエンジンは効率が比較的高く、CO2の排出もガソリンエンジンよりも少ないとされるが、NOx/PMなどの排出が多い問題がある。NOxについてはマツダが頑張って尿素SCRなしのエンジン作ったけど、結局、PMについては、DPFを用いて微粒子を捕獲している。そのDPFの煤焼き運転必要だったりするので、その分の燃料は無駄になるわけだよね。
で、エンジン車の問題として、トルクバンドが上のほうにあるので、クラッチ、トルクコンバーター等と変速機が必ず必要となる。その際にロスが出てしまう。AT/MT/DCTは段数が少ないとパワーバンドを生かしきれない。段数が多いと重い。CVTは滑るし、CVTフルードは温まるまで粘度が高くてロスになる（ダイハツはCVTサーモコントローラーとかで頑張ってるけど）。
エンジンの熱効率が50%に達したという記事（JSTの「革新的燃焼技術」）で反論する方がいらっしゃるが、そのエンジンは実験室の563cc単気筒エンジンだ。もちろん単気筒なんて自動車では振動などで使い物にならないから、最低でも3気筒からとなる。そうしたときに、気筒が増えて動弁系などのフリクションの発生によって効率は下がるはずなので、そのまま量産車に適用することは難しい。実用車では気筒数増加による動弁系の負荷、オルタネーターなど補機系の負荷などもかかってくることも頭に入れておきたい。
日産が45%のエンジンを開発しているとの記事もあるが、これはe-Powerの「発電専用」エンジンだ。ハイブリッドなので、こういう芸当が可能だ。
45%からは数%上げるだけでも相当血のにじみ出るような開発の労力がいるだろう。
燃焼温度はアルミや鋳鉄の融点よりも遥かに高いと言う指摘があった。その通りです。
しかし、熱力学を説明したかっただけで、例えば入口・出口の温度差を数万度にしたならば、熱効率はかなりのものとなるが、そんなものは物性的に不可能ということを示したかった。
原油⇒火力発電(超臨界発電) 50-60%⇒送電 (95%) ⇒バッテリへ充電(90%)⇒変換(96%)⇒モーター(95%)
=39-45%
PHEV, BEVの場合、上に示したうちで一番効率の悪い「火力発電」の部分を再生エネルギーや水力に転嫁することで、CO2削減を目指せる。もちろん、原発にしてもCO2は減らせる。
なお日本の火力発電所のSOx/NOx排出は海外に比べてもとても少なく、優秀である。
発電所の部分では、現状でも50-60%の効率は稼げる。なぜ熱機関なのにここまで効率が出せるかと言うと、巨大なプラントで高温に耐えるコストの高いタービンを回してるから。
それによって熱機関の効率が高められるから。車のエンジンは小さくてスケールメリットが働かないよね。でも発電所レベルなら巨大で、コストも充分かけられるのでこう言う芸当ができる。
で、電気の輸送に関しては送電線なので一度つなげたらしばらくはCO2を出さない。送電の効率も超高圧送電(100万ボルト以上)によって高まっている。
また、インバーターとかモーターに電気を流す部分はパワーデバイス(GaN等)の発展によってどんどん効率が上がっている。
なお、モーターのトルク特性としてエンジン車のように変速は不要のため、クラッチ・トルコン・変速機などによるロスはない。将来、インホイールモーターが実用化されれば、モーター→タイヤへの伝達効率はさらに上昇する。
ちなみに、xEVは回生充電もできるために、ブレーキ時に運動エネルギーがICEほど熱に変わらない。
（一方ICEはエンジンブレーキを使ったとしてもエネルギーに変えているわけではないので（多少オルタネータの充電制御は入るが）、ブレーキ時には運動エネルギーを熱にしてしまう。せっかく石油を燃やして運動エネルギーを得たのに、そのエネルギーを回収しないで熱に変えるわけ。）
まあxEVが回生できるとはいえ回生時にパワーデバイスとかの充電ロスがあるから、実はコースティング（回生も何もしない）で空走した方が距離を稼げる。なので、前の信号が赤にかわったとき、EVに関していえば、ブレーキも何も踏まないで空走状態を維持し、空気抵抗だけで0kmにするのが一番効率が高い。まあ、そんなことしていたらノロノロすぎてウザがられるので、妥協点として回生ブレーキを使ってちょっとはロスするけど、エネルギーを回収しながら止まるってことだね。
（ICEだと、エンジンブレーキを積極的に使って、ブレーキを踏まない運転を心がければ良い。やってはいけないのは、Nに入れて空走すること。Nに入れるとエンジンはアイドリングを維持するために燃料を消費する。ギアを入れたままエンジンブレーキをかけると、その間は燃料噴射をやめても回転が維持できるので、エンジンは燃料噴射をやめて、実質消費はゼロとなる。）
バッテリーの製造時の負荷は確かに高い。しかし、製造には電気を使っているので、電力構成によりCO2の排出は変わる。つまりグリーンなエネルギーを使えば問題なくCO2を減らせると言うこと。
なお id:poko_pen がマツダのWell-to-Wheel理論を持ち出しているが、あれば古い時代のバッテリー製造時のCO2データを使っていて、CO2排出を過大評価している。最近のテスラのLi-ion電池工場では、再エネを利用して製造しているのでCO2は少なくできる。こうした、製造時のCO2排出の問題は工場や電源構成をアップデートしていけば減らせる問題だ。
（マツダはBEVよりもICE派で、SPCCI（圧縮着火）とかで頑張ってるから、バイアスがかかってるのは仕方ないと思うね。私は内燃機関とデザイン周りで頑張るマツダは大好きだけど、SKYACTIV-Xが思ったよりも微妙だったから株売っちゃったわ。）
Li-ion電池に10%含まれるリチウムは、採掘時に水を大量に使ったりする問題はある。ただ、これは「製造時」に限った話であり、内燃機関を使うたび、原油のために油田をあちこち掘り返したり、オイルタンカーが座礁して原油を撒き散らしたりするのに比べれば遥かにマシというものだろう。
xEVには必要となる貴金属類には依然として供給リスクとか採掘時の「児童労働」とかの問題を孕んでいる。ここら辺は全世界的に解決するしかなさそう。需要が増えれば、世界の目がこう言う問題に向くはずなので、我々技術者はそれを期待するしかない。
例えば沖縄は石炭火力の比率が高いため、EVの効率を持ってしてもCO2の排出がHVとかより高くなる。しかし、それ以外の都道府県ではICEよりBEVの方がCO2が低い。原発が動いていない現時点でもね。
PHEVはもちろんICEより遥かにCO2を出さないが、BEVには勝てない。ただ、電力構成によっては逆転もありうるが、ほとんどの都道府県ではBEVの方がCO2を出さない。
(追記: anond:20200211034316 に FCEV vs BEV の効率比較を書いた)
燃料電池車に関していえば、無用の長物と言える。水素を製造する場合にも電力が必要だが、まあこれを再エネで行ったとしても、水素の輸送とタンクに注入する際の水素の圧縮時のロスは非常に大きい。その圧縮の際に再エネを使ったとしても、結局そのエネルギーでBEVを充電した方が効率がいいのだ。
そもそもBEVならば、送電線さえあればいいわけで、わざわざ水素のように輸送する必要がない。
また燃料電池は化学反応なので、アクセルレスポンスが遅いと言う欠点があり、反応のラグを補うために燃料電池車には結局バッテリーが積まれている。
ただ、航続距離は長いために、俺は現代におけるタクシーとかのLPG車みたいに細々と残るとは思う。航続距離が重要なトラックやバス、タクシーなどには燃料電池が使われるかもしれない。
効率以外にも、めんどくさい高圧タンクの法定点検とか、割と問題は多い。水素ステーションは可燃性の水素を貯蔵するわけだから、EVの充電スタンドよりも法的なめんどくささがあるのも確か。
これは燃料電池車より論外。カルノーサイクルに縛られてしまうので、電気分解よりも効率が悪くなる。水素の使い方としては燃料電池よりも悪い。
再エネは不安定と言われる。確かに自然相手なので、予測も難しい。しかし将来的にEVが普及すれば、EVをバッファとして利用することで、不安定さを吸収しグリッドを安定させられる。
これは再エネを導入する動機にもなる。職場に着いたらEVにCHAdeMOを挿しておいて、電力の需給バランスに応じて充電開始、とかが普通になるかもね。
BEVは寒さに弱い。リチウムイオン電池の特性上、寒くなると容量が可逆的ではあるが減る。そのためテスラにはバッテリーヒーターが搭載されている。（ちなみに、寒いノルウェーでもテスラが爆売れしているし、なんと新車の半分くらいの売り上げがBEVという。もはや寒さは問題ではないのかも？（まぁ優遇政策があるからだけどね））
FCEVも寒いと反応が弱まって出力が減るので、そこらへんは考慮されている。
一方ICEも、冬になると燃費が悪化するとされる。US DoEによると、理由は、オイルの粘度低下、温度上昇までの暖機、ガソリンの配合が夏と違う（日本でも同じかは謎）など。他には空気密度によるエアロダイナミクスの悪化とかがあるがこれはEVでも同じだ。オイルなどが原因となって燃費が悪化するのはICE特有だろう。
BEVはまた暑さにも弱い。Li-ionは熱によって不可逆的なダメージを受けて、寿命が縮む。そのためテスラにはエアコンを利用する水冷バッテリークーラーが搭載されている。リーフは空冷で、これが問題だったのか、劣化の問題でざわついていたリーフオーナーも多かった。今は改善されているらしい。
URLを多く貼るとスパム認定されるから貼れないけど、US DoEとかCARB、日本だと日本自動車研究所あたりの公開資料を見ればソースに当たれる。
一つだけ、EV vs ICEの効率について、13分程度で詳説してある動画のURLを貼っておく。英語で字幕もないが、割と平易なので、見てみてほしい。論文ソースは動画の中でよく書かれている。
「製造時の負荷」「化石燃料の発電でEVを使うのは利点あるのか？」「リチウム採掘の負荷」の3つで説明されている。簡単に箇条書きにすると：
https://www.youtube.com/watch?v=6RhtiPefVzM
前述のようにマツダはEVと自社のICEについて、Well-to-Wheelでライフサイクルアセスメントで比較している。その比較におけるLi-ion製造時のCO2排出量のデータだが、2010年〜2013年のデータとなっており古い。しかも、Li-ion製造時のCO2の排出量は研究によってばらつきが大きく、いろいろな見方があり正確性があまりないのが現状。また現状を反映していないと考えられる。例えばテスラ「ギガファクトリー」のように太陽電池をのせた自社工場の場合などについては考慮されていないのが問題だ（写真を見ると良い、広大な敷地がほとんど太陽光で埋まっている）。
また、マツダの研究はバッテリー寿命を短く見積りすぎている点で、EVのライフサイクルコストが大きく見える原因となっている。テスラのようにバッテリーマネジメントシステム（BMS）がしっかりとしたEVは寿命が長く、またLi-ionの発展によって将来は寿命を伸ばすことは可能だろう。事実、今まで電極や電解質の改善によってサイクル寿命は伸びてきた。
テスラは現時点で最も売れているわけだし、このことを考慮しないのは少々ズルいと言える。
"Why Hydrogen Engines Are A Bad Idea" でYouTube検索したらわかりやすいが、噛み砕くと
あと補足すると「エンジン」は爆発によるエネルギーを使っているが、全てを使い切れていないこと。十分に長いシリンダーを使って、大気圧まで膨張させるならエネルギーをかなり取り出せるが、そんなものは実用上存在できないので、爆発の「圧力」を内包したまま、排気バルブを開けることになる。この圧力をターボチャージャーで利用することも可能ではあるが、全て使い切れるわけではない。
あーでも、水素エンジンのメリットが1つあった。燃料電池(PEFC)は白金を必要とするため Permalink | 記事への反応(16) | 01:34
