エネルギー
安全なコンパクトな核バッテリーがエネルギー貯蔵を革命する
すべてのものに核パワー?
核パワー発電が実用的な技術になったとき、世界を破壊する爆弾を作るためにのみ使用されてきたエネルギーが、同じ文明を資源枯渇から救うことができるという希望が持たれました。
気候変動が増大する懸念として、核パワーは復活しています。なぜなら、核パワーは利用可能で、拡張可能で、低炭素のエネルギー源であり、化石燃料を代替するために再生可能エネルギーとバッテリーが準備されるまでの間のギャップを埋めることができるからです。また、新しい核発電所の設計が登場し、より安価で、より安全で、より柔軟性の高いものになることができます。詳細については、「SMRs（小型モジュラー・リアクター）についての最新情報 – まだ核パワーの未来」および「核パワーの4世代: 安価で、クリーンで、安全」を参照してください。
しかし、これらの大規模な発電所は、SF作家が初めて核パワーを想像したときのものではありません。アイザック・アシモフのような先駆的な思想家は、より野心的で、列車、自動車、さらには小さな装置に収まるミニチュア化された核発電機を想像しました。そうすると、充電または給油の概念は基本的に無意味になるでしょう。
そのような方向への一歩は、コンパクトな核バッテリーの発表によって踏み出されています。小さな電子機器を動かすのに十分な大きさです。而且、安全に動作します。
この研究は、アメリカ化学会（ACS）の春季会議で、仁秀일氏（大邱科学技術院教授、韓国）によって発表されました。発表のタイトルは「次世代バッテリー: 高効率で安定したC14感光ベータボルテイックセル」です。
ソース: Asia Research News
バッテリーの限界
現在、ほとんどの電子機器は、通常、リチウムイオン技術を使用するバッテリーによって制限されています。これは、スマートフォン、ドローン、センサーなどに当てはまります。
さらに、リチウムの採掘は環境に有害なプロセスであり、将来的にはリチウムが汚染物質になる可能性があります。
したがって、科学者たちは、放射性崩壊を使用して、数百年または数千年にわたるプロセスを使用することを検討してきました。これは、デバイスの再充電が必要ない代替案です。
しかし、こうしたデバイスは放射性物質を含むため、厳格な安全基準を満たす必要があります。
ベータ放射性
放射性崩壊には、いくつかの形式があります。そのうち、ガンマ崩壊は最も危険です。ガンマ線を放出して、ガンやその他の損傷を引き起こすからです。
ソース: Compound Chem
アルファ崩壊とベータ崩壊ははるかに安全で、放射線をアルミニウムの薄い層や紙で止めることができます。
適切な同位体の選択
どの放射性崩壊が発生するかは、放射性元素とその同位体に依存するため、一部の放射性同位体は他のものよりもはるかに安全です。したがって、ウランのような材料は、小型核バッテリーには適さないでしょう。
しかし、炭素14は、自然に発生する炭素の同位体であり、年代測定技術でよく使用されます。小型核バッテリーには適した選択肢となります。
さらに、炭素14は、既存の核発電所によってすでに生成されているため、安価で、入手が容易で、リサイクルも容易です。最後に、
「私はベータ線のみを生成する放射性炭素同位体を使用することにしました。放射性炭素は非常にゆっくり崩壊するため、放射性炭素駆動のバッテリーは理論的に千年間持続する可能性があります。」
ベータボルテイック技術
ベータ崩壊を利用した発電は、新しい概念ではありません。ベータボルテイックと呼ばれ、ベータ粒子が従来の光ボルテイックで使用される光子に代わるものです。
ベータボルテイックでは、電子が半導体に衝突して電気を生成します。
この半導体材料は、全体のエネルギー変換効率率を決定する重要な部分です。現在、ベータボルテイック半導体は効率が非常に低いか、核燃料と同じ期間持続するにはあまりにも脆いです。
二酸化チタン半導体
仁氏と彼のチームは、太陽電池でよく使用される二酸化チタンを使用し、ルテニウムベースの染料を追加しました。染料と半導体の間の結合を強固にするために、クエン酸処理を使用しました。
ルテニウム染料は、ベータ粒子（強力な電子）によって打たれたとき、電子移動反応のカスケード、つまり電子アバランチを生成します。二酸化チタンは、生成された電子を集めて利用可能な電気に変換します。
両方の電極の処理
研究者たちは、ベータボルテイックバッテリーの両方の電極（陽極と陰極）にルテニウム染料を付けることで、効率を大幅に高めることができることを発見しました。
以前の設計では、陽極のみに放射性炭素が含まれていたのに対し、効率は0.48％から2.86％に大幅に向上しました。
応用
このシステムは、通常のバッテリーよりも高価になる可能性があるため、最初の応用は、電源の交換または再充電が最も役立つ場所で見つけることができます。
たとえば、ペースメーカーやその他の医療用インプラントは、ベータボルテイックバッテリーで数千年動作することができます。
原子力発電所、工場、深海、または深宇宙のような、敏感または敵対的な環境にあるセンサーも、この概念から大きな利益を得ることができます。
さらなる改善
この技術と効率の向上は、核反応器を使用せずに放射性崩壊を利用してエネルギーを生成することを目指す他の研究に加わります。たとえば、放射性廃棄物を使用して別の種類の核バッテリーを生成するという考えについて最近議論しました。
仁氏は、ベータ線放出源の形状を最適化し、より効率的なベータ線吸収体を開発することで、バッテリーの性能を向上させ、発電量を増やすことができることを示唆しています。
全体として、この技術は、半導体と希少金属に関する理解が進むにつれて、さらに改善される可能性があります。
核への投資
カメコ – ウェスティングハウス・エレクトリック
(CCJ )
2022年、カメコはウェスティングハウスの49％の支配権を取得することを決定しました。これは、米国の核発電所を建造する主要企業であり、大手投資ファームであるブルックフィールド（51％の支配権）と共同で行ったものです。
この会社には、19億ドルのブルックフィールド・リニューアブル・パートナーズ (BEP )という、巨大な再生可能/低炭素発電部門があります。ブルックフィールド・コーポレーション全体は、ほぼ1兆ドルの資産を管理する巨大な資産管理会社です。
これにより、ウェスティングハウスは、核発電所の建設に必要な大量の資本にアクセスできるようになります。新しいプロジェクトは、設計およびエンジニアリング研究から6年後に収益を生み出し、10年以上の建設プロジェクト期間中ずっと収益を生み続けるからです。
ソース: カメコ
ウェスティングハウスの主力製品は、6基が運用中で6基が建設中のAP1000原子炉設計（カンドゥ標準を使用）です。これは、世界で最も一般的なものの1つです。
また、AP300小型モジュラー・リアクターにも取り組んでおり、スロバキア、フィンランド、スウェーデンで導入される予定です。また、マイクロ・リアクターe-Vinciも開発中です。これは、会社が業界の最新の傾向に沿った継続的な革新を示しています。
ソース: ウェスティングハウス
ウェスティングハウスは、核供給チェーンの大部分で重要な役割を果たしています。厳格な規制のため、このような部品や設備は、従来の発電所やSMRの建設に必要になります。
全体として、ウランの供給問題が解決され、ウラン価格が下がったとしても、ウェスティングハウスの所有権により、カメコは数十年間にわたって進行中の核の復活から利益を得ることができます。
カメコの残りの部分は、ウラン鉱山であり、核エネルギー復活の進行から利益を得ることができます。主要な鉱山資産は、カナダとカザフスタンにあります。
歴史的に、ウランや核反応器の会社は、核事故の恐怖や核廃棄物に関する懸念から苦しんできました。
新しい、より安全な設計が完成し、核廃棄物が問題ではなく、代わりに有価な資源になると、こうした懸念はもうないでしょう。これには、ベータボルテイックのために炭素14を生成することも含まれます。これは、将来的にはウェスティングハウスの発電所の副産物となる可能性があります。
さらに、低炭素発電源の需要の増加や、再生可能エネルギーが間欠的な生産の問題、特に冬季の問題を完全に解決するまで、核エネルギーが強力な復活を遂げるでしょう。
(もし、研究で使用される元素の需要の可能性に興味がある場合は、チタンへの投資に関する報告書も参照してください)
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