碳中和對策有助於製造業持續營運
東京工業大學名譽教授暨一般財團法人汽電共生中心理事長　柏木孝夫訪談

在21世紀，使產業結構產生變化的關鍵字即是數位轉型（DX）與綠色轉型（GX）。先有推動工廠數位化的數位轉型，而後開始綠色轉型，未來產業結構將轉為以綠色能源為主。截至20世紀之前，產業的基礎皆在於鐵，到了21世紀，則變為資料。透過資料化，可活用網路或IoT，藉由將虛擬區域與實體區域連結，達到更精細的控制。國立大學法人東京工業大學名譽教授柏木孝夫表示：「藉由資料與網路活用，可將生產製程本身建構到IoE的世界，IoE是指Society5.0時代的能源系統，藉由將各式各樣的能源裝置連接至網路並交換資訊，成為可相互控制能源需求與管理的機制」（圖1）。

図1

為了實現IoE社會，必須藉由高性能的電力電子機器進一步促進再生能源的最大利用，並透過無線電力傳輸至IoT所使用的感測器以達到能源管理的精細化與高度化。若使用半導體來執行電力電子技術，就可能達到高速的數位轉換，而使IoE社會成為現實。如此一來，半導體就能夠取代石油成為能源系統的核心。

在綠色轉型當中，是由節能、電氣化和氫3個要素掌握關鍵。在節能方面，從過去就一貫執行減少用電量的各項措施。在電氣化方面，重點在於如何善用來自於再生能源的零排放電源。目前無論哪個國家，目標都是要推動將太陽能、風力、地熱、水力、生質能等再生能源作為主力電源。

「日本中小規模水力的品質與價格不符，並非好的選擇，地熱也因為溫泉法的緣故而難以實行。因此，未來十年左右將以太陽能及風電為主，但由於會受天候影響，發電生產的電力變動幅度較大。在這樣的背景下，如何整合數位轉型與綠色轉型，將變動控制在最小範圍就很關鍵，為此就必須使數位轉型發揮作用，確實做好控制。」（柏木）

在電氣化當中，最容易理解的例子就是電動車（EV），汽車目前佔日本CO2排放量的17%左右，改為電動車後就幾乎為零。另外，在電動車使用的電池當中，可以將稍微劣化的電池放在自家，使其用於屋頂的太陽能板發電，吸收其變動性。

同樣地，在工廠如果要導入太陽能及風車，就一定需要電池。如果與電動車一體化，過去員工白天停放在停車場的車子，就可以作為太陽能發電的控制電池作用。藉由這樣的方式，工廠內的停車場就成為蓄電系統，並藉由數位化打造出以再生能源為基礎的工廠。

像這樣子，在考慮將數位轉型與綠色轉型整合的過程當中，就可以看到工廠未來的型態。「氫無法在工廠製作，目前在日本也無法源源不絕地供應。但可以留待作為一個選項，配合今後的社會情況擴大供應會相當重要。」（柏木）

為了因應電力自由化，製造業必須立即面對的，就是能夠穩定確保所需能源的能源安全性。

即使積極採取工廠的節能對策，由於一邊也推動設備電氣化，因此整體用電量並不會減少。再加上，在製造業中，如果沒有預先準備自用電源，未來可能就無法完成作業業務。自用電源由於受到零排放的限制，因此會是利用引擎、渦輪或燃料電池、太陽能發電等的分散式電源。建議應考慮利用汽電共生系統（熱電聯產）從熱源產出電力與熱後供給（圖2）。

図2

汽電共生系統雖會排放CO2，但同時會供應電力與熱，因此整體仍為節能。

「引擎與渦輪將來都會越來越高效率。再加上，瓦斯甲烷化後效率會變得更好，有助於減少CO2的排放量，或是成為沒有CO2的甲烷，就能達成碳中和。」（柏木））