最新のマッキンゼー テクノロジートレンド展望 2022 では、現在世界に影響を与えている最も重要な 14 のテクノロジートレンドと比較して、クリーンエネルギーテクノロジーへの投資が 2021 年に 2,570 億ドルに達し、トップを占めていることが示されています。
マッキンゼー・テクノロジー・カウンシルの専門家らは、ゼロカーボン・ソリューションを推進し、温室効果ガスの排出を緩和するクリーンエネルギー技術への投資額が、2035年までに1兆5000億ドルに達する可能性があると結論付けた。クリーンエネルギーは、モビリティ（2360億ドル）、人工知能（AI）（1650億ドル）、5Gおよび6G（1660億ドル）、Web3.0（1100億ドル）、メタバース技術（300億ドル）など、すべての分野を圧倒した。
しかし、この巨大な世界的な投資の波を牽引しているのは、一体どのようなクリーンエネルギー技術なのでしょうか？この分野はどのような課題に直面しているのでしょうか？そして、今後、この分野はどこへ向かうのでしょうか？
クリーンエネルギー：急速に進むエネルギーの進化
エネルギーは私たちのグローバル社会の基盤です。2022年までに世界のリーダーたちが二酸化炭素排出量の削減に取り組む中、エネルギー分野は化石燃料や非再生可能資源から新たなグリーンエネルギー源へと急速に進化しています。
クリーンエネルギー技術分野は、地球規模のネットゼロ排出の達成に貢献する新たなエネルギーソリューションの設計、開発、運用に重点を置いています。これらのソリューションは、発電から貯蔵、配電に至るまで、エネルギーチェーン全体にわたって実装される必要があります。
Inside Climate Newsは2022年9月1日、エネルギー転換が急速に進んでいると報じました。カリフォルニア州では、規制当局が2035年までにガソリン車の新車販売を禁止する新たな規則を制定しました。カリフォルニア州は歴史的に、後に他の州で制定される法律の先例となることが多いのです。
ワシントン州、マサチューセッツ州、バージニア州、そしてコロラド州、コネチカット州、メリーランド州、ニュージャージー州、ニューメキシコ州、ペンシルベニア州、ニューヨーク州を含む他の12州は、カリフォルニア州の新法の独自バージョンを実施すると予想されている。
マッキンゼーによると、米国、中国、欧州では2年足らずで環境規制が20%増加しました。このエネルギー変革を推進する圧力は、太陽光、風力、原子力、海洋、そして核融合などの代替エネルギー源の開発にかかっています。さらに、エネルギー貯蔵と配電も重要なセクターとなっています。
参照: エッジおよびフィールド IoT ストレージ戦略 (TechRepublic)
エネルギーグリッドとエネルギー貯蔵技術
マッキンゼーの最新レポートでは、2050年までに世界の電力需要の84%が再生可能エネルギープロジェクトによって満たされると予測されています。太陽エネルギーが60%を供給し、風力発電が24%をカバーすると予想されています。
航空、海運、重量貨物輸送業界も、水素などの持続可能な燃料への移行を進めています。一方、世界中の家庭、企業、組織、産業に電力を供給する電力網は、クリーンエネルギーへの移行への準備が整っておらず、大幅な改修が必要です。
停電やネットワークのダウンを回避し、継続的なエネルギー供給を確保するために、エネルギーネットワークの需給バランスを調整できるAIスマートグリッド管理システムの開発が進められています。しかし、グリーンエネルギーの配電における最大の問題は、エネルギー貯蔵です。
太陽光と風力は非連続的な発電技術です。風が吹かず太陽が照らないと発電能力が低下します。余剰エネルギーを貯蔵することが解決策となります。
しかし、電気は貯蔵することができないため、後で使用するために別の力に変換する必要があります。バッテリー技術は効率的であることが証明されていますが、大規模なエネルギー貯蔵プラント用のバッテリーを建設するにはコストがかかります。
米国では現在、水力発電の揚水発電がエネルギー貯蔵の主流となっています。米国政府のエネルギー効率・再生可能エネルギー局によると、揚水発電（PSH）は電力を貯蔵し、必要に応じて放出できるため、巨大なバッテリーのような役割を果たします。
2021年版水力発電市場レポートによると、アメリカの全公益事業規模のエネルギー貯蔵設備の93%はPSH（揚水発電）によるものです。アメリカには43のPSH発電所があり、新規発電所の増設により容量を倍増させる可能性があります。
これらの大規模な技術プロジェクトは、ダムと貯水池のような役割を果たします。エネルギーが余剰になったときに水を上流に汲み上げ、需要があるときにタービンを通し、発電します。
注目を集めている他のエネルギー貯蔵システムには、重力式エネルギー貯蔵技術があります。Energy Vaultはこの新しい分野に取り組んでいる企業の一つです。同社は、環境に優しい廃棄物を再利用した材料を用いて、重力式貯蔵のハイテク施設を建設しています。同社は、公益事業会社、独立系発電事業者、大規模産業用エネルギーユーザー向けのエネルギー貯蔵に特化しています。
同社は2022年2月にニューヨーク証券取引所に上場しました。同社の重力エネルギー貯蔵システムは、エネルギー需要が高まると大きく重いブロックを持ち上げ、需要が高まるとブロックを解放して落下させることでエネルギーを生成します。
マッキンゼーは、再生可能エネルギー導入の鍵はエネルギー貯蔵技術にあると説明した。この技術がなければ、需要を満たすためにクリーンエネルギー技術を拡大するという世界の計画は、単なる空虚な夢に過ぎない。
マッキンゼーは、「長期エネルギー貯蔵技術は再生可能エネルギーの導入を約20%促進し、約2.4ギガトン（Gt）の再生可能エネルギー削減を可能にすると予想されています」と述べています。「短期から中期の貯蔵技術は、再生可能エネルギーの普及率を30%から80%に引き上げ、間接的に最大約6Gtの削減を可能にすると予想されています。」
電力網や蓄電システムの強化が求められるのと同様に、ガソリン車・グローバル充電ステーションネットワークも前例のない進化に直面しています。数億台の電気自動車（EV）の普及には、EV充電ステーションのグローバルネットワークが必要です。
「2030年までにバッテリー需要は、モビリティ用途の電動化により年平均成長率30％で成長すると予想される」とマッキンゼーの専門家は付け加えた。
イノベーション：エネルギー技術と課題
太陽光発電技術の年間発電量は2020年から2030年にかけて8倍に増加し、風力発電技術による発電量は5倍に増加すると予想されています。しかし、どちらの分野も課題に直面しています。
風力発電分野では、水深60メートル以上の新規サイトへのアクセス性を向上させる新技術の開発が進められています。これらの新しい洋上風力発電所では、浮体式基礎の革新的な導入が進んでいます。
ノルウェーのスタートアップ企業World Wide Windは最近、Sea Tradeの報道によると、コスト削減と生産規模の拡大によって業界に革命をもたらすと期待される革新的な浮体式風力タービン技術を発表しました。また、Odfjell Oceanwindは、水深60メートルから1,300メートルで稼働する深海用半浮体式風力発電基礎設計のDNVクラス認証取得に向けて順調に進んでいます。
これらは、洋上風力発電業界に革命をもたらしている数々の新しい風力・太陽光発電技術のほんの一例です。風力技術は、低風時でもより多くの電力を発電できるように革新を続けています。
太陽光発電分野もまた、様々な課題に直面しており、中でもコスト効率の高い製造、安定性の向上、そして性能向上が最も顕著です。太陽光パネルのコストは低下しており、技術の進歩に伴い効率も向上しています。しかしながら、コストと効率は普及のピークを迎えるには程遠い状況です。
Nature誌に掲載された科学論文によると、先進的な太陽光パネルは47.1%の変換効率を達成できます。しかし、これらのパネルは製造コストと評価コストが高額です。現在市場に出回っているほとんどの太陽光パネルの変換効率はわずか20%です。つまり、1平方メートルあたりに照射される太陽エネルギーの20%しか利用可能なエネルギーに変換できないということです。
太陽光パネルの製造に使用される原材料も高価であり、他の技術材料と同様に混乱の影響を受ける可能性があります。こうした混乱は、様々なクリーンエネルギー分野において、機会と需要のボトルネックを生み出しています。
ロシア・ウクライナ戦争が長期化し、ガソリン価格が史上最高値に急騰する中、EVメーカーは需要の増加に直面しています。また、CNNの報道によると、欧州では、ロシアが「ガス供給を縮小」したことで、太陽光発電設備の設置が20%増加しました。
参照: 人工知能倫理ポリシー (TechRepublic Premium)
エネルギー発電部門に変革をもたらす可能性のあるもう一つの産業は、核融合技術です。これは、既に確立されている核分裂発電部門とは別物です。ワシントン・ポスト紙は2022年8月、科学者たちが核融合発電施設の完全稼働まであと数年だと報じました。
ベンチャーキャピタルは、2030年までに稼働開始が見込まれるこの分野に数十億ドルもの投資を注ぎ込んでいます。各国政府もインセンティブを駆使して核融合イノベーションを推進しています。米国では、インフレ抑制法とエネルギー省が、大幅な還付金や税額控除によって核融合開発を支援しています。
コモンウェルス・フュージョン、ヘリオン・エナジー、ジェネラル・フュージョン、TAEテクノロジーズは、トカマク型核融合炉の試験や安定した原子炉の建設競争に取り組んでいる、トップクラスの原子力スタートアップ企業です。科学的な進歩、より優れた磁石、そして技術革新が、この新しいエネルギー分野を牽引しています。
マッキンゼーの専門家によると、35の核融合プロジェクトに40億ドルの投資が行われており、工学的課題の解決に注力している。マッキンゼーはさらに、このトレンドが規模を拡大するには、太陽光、風力、原子力エネルギーの不確実性を解消する必要があると付け加えている。
リーダーが注意すべきこと
米国エネルギー情報局は、グリーンエネルギー源が主導権を握るまでには、まだ長い道のりがあることを明らかにした。2021年までに米国で発電された電力の約38%は天然ガスによって生産された。石炭火力発電は約22%で、2番目に大きなエネルギー源であった。原子力発電は米国の全エネルギーの5分の1（19%）を生産している。
再生可能エネルギーを合わせた電力は全体の約20％に過ぎず、水力発電所は6.1％、風力発電所は9.2％、太陽光発電はわずか2.8％だった。
マッキンゼーは、2025年までにネットゼロを実現するために必要な年間資本支出は発電に1兆2000億ドル、送電網に1兆ドル、エネルギー貯蔵に2000億ドルに上るため、リーダーはクリーンエネルギー技術に注目すべきだと述べている。
さらに、世界の電力需要は飛躍的に増加すると予想されています。マッキンゼーは、1,000社を超える企業のクリーンエネルギーへの取り組みを特定しました。2021年には、グリーンエネルギー目標に向けて科学的根拠に基づいた目標を設定した企業の数は増加し続け、時価総額は23兆ドルに達しました。
再生可能エネルギー技術は2050年までに世界の総需要の最大84%を占めると見込まれており、リーダーはこれに細心の注意を払う必要がある。持続可能な燃料、核融合、エネルギー貯蔵および分配のイノベーションこそが、意思決定者が注力すべき分野だとマッキンゼーは述べている。
直接的な影響を受けるセクターには、金属・鉱業（銅、リチウム、コバルト）、石油・ガス（水素燃料生産）、建設・建築（インフラ）、化学（太陽電池用シリコン）、そして公共・社会セクターが含まれます。しかし、新たなクリーンエネルギー技術が急速に拡大するにつれ、この新たなトレンドの影響を受けない産業やセクターはなくなるでしょう。
