太陽光発電で成層圏への到達を目指す有人航空機「SolarStratos」、米SunPower社が参画発表

2018年07月05日

一般社団法人エネルギー情報センター

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太陽光発電で成層圏への到達を目指す有人航空機「SolarStratos」、米SunPower社が参画発表の写真

近年、再生可能エネルギーを航空分野に応用する技術への期待が高まっています。こうした中、米国SunPower社は、「SolarStratos」プロジェクトに参画し、航空機に使用する全ての太陽電池セルを供給すると発表しました。

化石燃料を一滴も用いない有人航空機

国土交通省の航空輸送統計年報によると、2016年度の日本における航空燃料使用量は約100億リットルとなっています。CO2排出量に換算すると約1000万トンとなり、日本全体のCO2排出量の約0.8%となります。また、2011年度の使用量は約76億リットルであり、5年前と比較すると30%ほど使用量が増えています。

国際航空輸送でのCO2排出量は2015年には530百万トンで、全世界で排出されるCO2総排出量の約1.6%となります。これまでも排出量は増加傾向にあり、今後、航空輸送量の伸びに伴ってさらに増加すると予測されます(図1)。

国際航空輸送におけるCO2排出量の推移

図1 国際航空輸送におけるCO2排出量の推移 出典:日本航空機開発協会

航空機のCO2に係る基準の策定については、国際民間航空機関(ICAO)において、段階的に検討が進められてきました。ICAOは、2010年の第37回総会で、先進国も途上国も含めた目標として、2050年まで燃料効率を年率2%改善し、2020年以降CO2排出量を増加させないというグローバル削減目標を決議しました。

2013年の第38回総会では、市場メカニズムを活用した排出量削減制度を2016年中に構築し、2020年から適用する目標を定めました。2016年の第39回 ICAO総会では、191カ国が、国際線の温室効果ガス排出規制の枠組みに合意しました。この合意は、航空機から排出されるCO2を2020年以降増やさない内容で、超過分は各エアラインに排出権購入を義務づけます。

国土交通省の資料によると、日本のエアライン合計の排出権購入量は、2021年の年間十数億円程度から、2035年には年間数百億円程度に増加する見込みです。

こうした背景もあり、再生可能エネルギーを航空分野に応用する技術への期待が高まっています。こうした中、米国SunPower社は、「SolarStratos」プロジェクトに参画し、航空機に使用する全ての太陽電池セルを供給すると発表しました。

「SolarStratos」は、太陽光発電のみで成層圏への到達を目標とする有人航空機です(図2)。2020年までの実現を目指しており、達成すれば世界初の事例となる見込みです。化石燃料を一滴も用いず、民間航空機の標準巡航高度の2倍の高さを飛行することとなります。

プロジェクトの企画者でパイロットでもあるRaphael Domjan氏は、スイスの冒険家です。2012年に太陽光エネルギーだけで世界一周を成し遂げた史上初の船舶である「プラネットソーラープロジェクト」の発起人であり、探査リーダーでもありました。

Domjan氏は、2018年9月に「SolarStratos」の試作機で、高度33000フィートに達する世界記録飛行に初挑戦する予定としています。

SolarStratos

図2 SolarStratos 出典:SunPower

太陽光発電、宇宙服の加圧にも利用

成層圏到達プロセスにおいて、任務は約5時間必要と想定されています(上昇に2時間、高度維持に15分、降下に3時間)。その間、機内は軽量化の関係上で加圧されないため、パイロットは宇宙服の着用が必須です。宇宙服の加圧には、太陽光発電エネルギーが利用されます。

有人飛行のため、エンジンの推力だけではなく、パイロットのコンディションを整えるエネルギーにも太陽光発電は利用されます。

全長 8.5m
翼長 24.8m
重量 450kg。最軽量化のため機内を加圧しないため、パイロットは太陽光エネルギーで加圧される宇宙服の着用が必須。
エンジン 32kWの電気エンジン。EVのエンジンの約1/3のサイズ
エネルギー 22m2のSunPower社Maxeon(R)太陽電池セルを使用。セル当たり22~24%の効率を実現
バッテリー 20kWリチウムイオンバッテリーを1個搭載
自律性 太陽光で自家発電を行うことで、12時間以上にわたり航空機に電力を供給可能

「SolarStratos」の概要

SunPower社の取り組み

SunPower社には、今回のプロジェクトだけではなく、幾つもの先駆的な太陽光プロジェクトで電力供給を行った経験があります。前述の「プラネットソーラープロジェクト」においても、SunPower社のソーラーテクノロジーが搭載されています。

そのほか、1993年に、SunPower社の高効率太陽電池セルがホンダ社のソーラーカーに搭載されています。このソーラーカーは、オーストラリアのダーウィンからアデレードまで走る「ワールドソーラーチャレンジ」において優勝しました。

また、NASAと共同でヘリオス無人ソーラー航空機を開発しており、高度96863フィートへの飛行を実現しました。この無人ソーラー航空機への電力供給にも、SunPower社の高効率太陽電池セルが用いられました。

加えて、1人乗りソーラー航空機である「ソーラーインパルス2」の支援を行い、無燃料での世界一周飛行に成功しました。

「SolarStratos」プロジェクトにおいては、太陽電池セルが高効率で高耐久、かつ軽量で人間の髪の毛ほどの厚さしかないことから採用されたとしています。「SolarStratos」にはSunPower社の24%高効率太陽電池セルが翼と水平安定板に搭載されます。

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