飛行機、列車、そして巨大な掘削機: 電力の限界に挑戦する乗り物 (original) (raw)

バッテリーにどれだけのエネルギーを詰め込めるかは、EV がどれだけ大きくなるかの限界の一つだが、巨大なサイズを実現するためにバッテリーを完全に廃止した EV も存在する。

これはゴルフカートではありません。世界最大級の採掘用掘削機です。鉱物が混じった岩石を掘り起こすのに使う爪付きバケットは、3,000個以上のフットボールが入るほどの大きさです。運転手は、平均的な2階建てのイギリスの家の屋根と同じくらいの高さにあるキャビンに座ります。掘削機の頑丈なキャタピラだけでも、高さは3メートル弱で、ロンドンバスと同じくらいの長さです。
総重量は 778 トンで、この巨大なコマツ製 PC8000-11 露天掘り掘削機はディーゼルのような化石燃料でしか動かないだろうと思われても仕方がないかもしれません。このような巨大な機械を動かすには、燃焼という生の汚れた動力が必要なのでしょうか? 実はディーゼル モデルもありますが、コマツは最近、同等の電気モデルを発表しました。そして、それはまったく同じように機能します。
「電動化しても性能は犠牲になりません」とコマツドイツ社のマーケティングマネージャー、トーマス・ジョーダン氏は言う。コマツによると、ディーゼル掘削機は1時間当たり400リットル（88ガロン）以上の燃料を消費するが、電動化では代わりに太い電源ケーブルを使用するため、車両自体が排出ガスをゼロにできるという。
コマツによると、スウェーデンのある顧客が使用している掘削機のディーゼル版と電動版を比較すると、電動版のほうが油井から車輪までの排出量が 95% 少ないという。この顧客は原子力と水力の電力を利用できる。鉱山会社はこうした選択肢にますます関心を寄せているとジョーダン氏は言う。「電動化の傾向は間違いなくあると思います」
大きさと重量で世界最大の電気自動車をいくつか探しました。巨大な採掘機械から列車や貨物船まで、印象的な例が不足することはありません。

掘れますか？
PC8000-11 よりも大きな電動掘削機は存在するが、コマツの車両は特に過酷な作業を行う点で注目に値するとジョーダン氏は強調する。掘削機の油圧システムにより岩石を掘削することができる。このクラスの機械の中で、PC8000-11 はトン数で私たちが見つけた中で最大のものだった。「大きな銅山や金山に行けば、そのような油圧掘削機が必要な硬い材料が見つかるでしょう」とジョーダン氏は言う。
さらに大型の電動掘削機をお探しなら、燃料の種類を問わず、これまでに製造された中で最大の車両のひとつを検討してください。この車両は、最も重い陸上車両としてギネス世界記録に認定されており、ドイツの鉱山機械メーカー Takraf 社が 1990 年代に製造したばかりで、新しいものではありません。この巨大なバケットホイール式掘削機 Bagger 293 は、ドイツの露天掘り作業に使用されており、その重量は信じられないほど 14,200 トンです。これは、空のボーイング 747-400 機 78 機とほぼ同じです。
Bagger 293 は重量では PC8000-11 をはるかに上回っていますが、その仕事は岩石ではなく土を移動させるという点で PC8000-11 より少し軽いものです。しかし、Bagger 293 は大量のエネルギーを必要とするため、PC8000-11 と同様に、オンボード バッテリーを使用するのではなく、ケーブルで電源に接続されます。

"PC8000-11ほど大きなものは、現在の技術ではバッテリーパックの重量が車両自体の半分以上になるため、まだバッテリーで動作することはできません。"

皮肉なことに、炭鉱では電気自動車の導入が何十年も続いていますが、その理由の1つは、炭鉱が独自の小規模発電所を持っていることにあるとジョーダン氏は言います。つまり、非常に汚染の多い電源を使うとはいえ、現場で電気自動車に低コストで電力を供給できるということです。
今日、さまざまな種類の鉱山が、操業による炭素排出量を削減する方法として電気自動車に目を向けています。一部の鉱山では、機械を主に再生可能電力で稼働させていると主張しています。しかし、操業による排出量の削減には限界があります。たとえば、石炭採掘の場合、採掘に使用する機器を電動化しても、その製品を燃焼させることで発生する温暖化の原因となる排出量はまったく削減されません。
鉱業は、世界の多くの地域で依然として汚染と危険を伴う活動です。ある推計によると、世界的に、鉱業を含む採取産業は、毎年推定 4,000 億～ 5 兆ユーロ (4,400 億～ 5.5 兆ドル/3,400 億～ 4.3 兆ポンド) の環境被害を引き起こしています。これは、化石燃料などの製品が燃焼する前の金額です。しかし、鉱業は、ニッケル、銅、金などの鉱物の採取にも重要であり、これらは家電製品、ソーラーパネル、そしてもちろん電気自動車にも使用できます。
「チリやオーストラリアのような大規模な鉱山国は、鉱山産業の電化の可能性に目を向けています」と国際クリーン交通評議会の上級研究員、ジェンイン・シャオ氏は言う。彼女と同僚は、最近電気トラックや電気掘削機を使い始めた鉱山労働者にインタビューした。彼らのコメントは肯定的なものが多く、特に空気汚染や車両による騒音の減少について肯定的だと彼女は言う。「機械を運転するのは彼らですから、それは本当に重要です」
コマツは、ケーブル駆動の車両には限界があると指摘している。PC8000-11 の電気ケーブルの長さは 300 メートル (980 フィート) である。これはかなりの距離だが、掘削機を別の場所に移動させる必要がある場合、電力を供給するために小さな変電所も移動させる必要がある。

路上で
鉱業以外にも、強力な電気自動車の例は数多くあります。特定の用途では、電気自動車がどれだけの荷物を牽引できるか、また、電気自動車自体のサイズや重量が重要になります。イヴェコの電気バンは、それ自体は大きくないにもかかわらず、153.58 トンを牽引することができました。牽引された荷物は、掘削機を積んだ大型トラック、岩石を積んだトラック、空港の消防車をすべて連結したもので、前後に連結されていました。

"2015年に、私はある時点で大型貨物車がバッテリー電気化されることはないだろうと言ったと確信しています。そして5年後、私はその実現に取り組んでいました。 – クリス・ソーン"

しかし重量に関して言えば、大型貨物車は、道路を共有する可能性のある電気自動車の中でも最も重い部類に入る。ボルボの FH 電気トラックは、ダブルトレーラーと積荷を含めると、最も重いバッテリー駆動の電気道路車両候補の 1 つとなる。現在スウェーデンのヨーテボリで試験運用されている車両は、このトラックとトレーラー システムの 74 トン、長さ 13 メートル (43 フィート) のバージョンである。「これらの車両は毎日、商用交通で走行しています」と、ボルボ トラックの電気ソリューション担当ディレクター、ニクラス アンダーソン氏はテストについて語る。

ボルボ FH エレクトリックは、バッテリーで駆動する大型の大型トラックの 1 つです (クレジット: Alamy)

このセットアップのやや軽量な 68 トン バージョンも、フィンランドの 160 キロ (99 マイル) のルートで走行しています。トラックのバッテリーは通常、再充電を必要とせずにその距離全体を走行できますが、天候条件によってパフォーマンスが左右されることがあります、とアンダーソン氏は言います。「寒いときは、路面に 10 センチ (4 インチ) ほどのぬかるみがあり、転がり抵抗が非常に大きくなります。そのため、途中で充電する必要があります。」
アンダーソン氏は、これらのトラックのバッテリーは時間の経過とともに急速にエネルギー密度が高くなっていると指摘する。ボルボ・トラックが2019年に発売したバッテリーの最初のバージョンは、重量が約500kg（1,100ポンド）で、49kWhのエネルギーを提供した。昨年、同社はほぼ同じサイズと重量で、ほぼ2倍の94kWhの電力を提供する新しいバッテリーを開発したとアンダーソン氏は言う。
近年の電気自動車用バッテリーの進歩の速さは、海洋コンサルタント会社UMASの戦略・運営担当ディレクターで、海洋産業向けのさまざまな電源についてアドバイスしているクリス・ソーン氏を驚かせている。
「2015年に、私はある時点で、大型貨物車両がバッテリー電気になることは絶対にないだろうと言ったはずです。そして5年後、私はその開発に取り組んでいました。それは私に厳しい教訓を与えました」と彼は冗談を言います。電動ドライブトレインは、ガソリン車やディーゼル車で使用されるシャフトとギアのシステムを必要としないため、実際には大型機械に適しています。これらのシステムは、時間の経過とともにメンテナンスの手間がかかる可能性があります。
「車両のレイアウトには大きな柔軟性があります。必要に応じて各車輪にモーターを取り付けることもできます」とソーン氏は付け加えた。また、バッテリーは便利なモジュール式であると指摘する。必要な電力が得られるまで、モジュールを追加し続けることができるのだ。
もちろん、実際的な限界はある。例えば、PC8000-11 のような大型車両は、現在の技術ではバッテリーパックの重量が車両自体の半分以上になるため、まだバッテリーで動作させることはできない、とコマツは述べている。

可能性は無限大ですか?
エネルギー密度、つまり一定の容積に詰め込める電力量は、大型航空機など一部の乗り物の電動化にとって依然として障壁となっている。しかし、研究によれば、将来的には最大90人を乗せられる電動旅客機が登場するかもしれない。現在最大の電動飛行機は、最大で約9人の乗客を乗せることができる。

今のところ、バッテリー駆動の電気飛行機は、化石燃料駆動のライバル機に比べるとまだごくわずかだ（クレジット：MagniX）

エネルギー密度の問題も船舶の電化を制限しているが、驚くほど大型の船舶の中にはバッテリー電源で動くものも出始めている。オーストラリアの造船所インキャット・タスマニアでは、現在インキャット・ハル096というフェリーが建造中だ。完成すれば乗客2,100人と車両225台を収容できる予定で、全長は130メートル（427フィート）になる。ウルグアイを拠点とするフェリー運航会社が発注した。
最後に、世界で最も強力な電気列車は、おそらく中国の神24でしょう。この列車は、最高時速120km（75マイル）で1万トン以上の石炭を運ぶことができます。
ソーン氏は、重工業で電気自動車がこれほど普及していることは、それほど驚くべきことではないと指摘する。こうした機械は耐用年数が長く、作業が過酷で、初期費用も高額だ。そのため、例えば地元で調達した再生可能な電力で運転コストを安くし、化石燃料で動く代替品よりも可動部品が少なくてメンテナンスが楽にできれば、すぐに魅力的なものになるだろう。
一方、すべての企業や業界がまだこれらの車両を受け入れる準備ができているわけではない。例えば、車両が衝突に巻き込まれる可能性がある特定の状況では、巨大なバッテリーの安全性に疑問が生じる可能性がある。シャオ氏は、大型バッテリー電気自動車は明らかに非常に高性能だが、一部の企業は依然としてそれらへの切り替えをためらうかもしれないと述べている。
「これは新しい技術です」と彼女は言う。「この業界は長い間ディーゼルに支配されてきました。」