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エンジニアは台風を資源化する!チャレナジー清水敦史が台風発電で挑む前人未到のエネルギー革命

台風大国と呼ばれる日本。もし、台風の膨大なパワーをエネルギーに変換できたら? 誰も為しえなかったこの挑戦に取り組んでいるのが、日本発のベンチャーであるチャレナジーです。”チャレンジ“と”エナジー”をかけた社名からも、未知の領域に踏み込む力強い意志が伝わってきます。

原発に代わるエネルギーとして、台風の強風をもエネルギーに変えうる「垂直軸型マグナス風力発電機」を開発し、今夏、いよいよ沖縄でのフィールドテストがスタートします。しかし、これまでの開発には、気が遠くなるほどのトライ&エラーを重ねてきたといいます。前人未到の台風発電は、いかにして生まれたのか?その開発の舞台裏を、発電機の発明者であり、同社代表取締役CEOの清水敦史氏にうかがいました。

きっかけは311の原発事故だった

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―まずは、どこから台風を風力発電に活用するというインスピレーションが湧いたのでしょうか。

清水:きっかけは2011年の東北震災後の原発事故です。事故を目の当たりにして、私たちの世代が、原発に代わる再生可能エネルギー利用への道筋を次の世代へ残さなければいけないと痛感したんです。そこで再生可能エネルギーの中でも風力発電に注目して調査したところ、現在主流のプロペラ風力発電機は120年以上の歴史があるものの、ほとんど形が変わっていないことを知りました。また、海外では風力発電機は普及していますが、強風で壊れることも多く、日本のような台風が多い国には向かないという意見もあります。

―「垂直軸型マグナス風力発電機」が台風に強い理由は何でしょうか?

清水:台風で発電するためには2つの対策が必要です。ひとつは強風に対応しなければいけませんが、プロペラのない風力発電を作れば台風のような強風でも壊れにくくなるのでは、と素人なりに考えたんです。世の中にはプロペラ式以外にどんな風力発電機があるのか、特許などを調査して可能性を探ったところ、「マグナス力」というものに行きあたりました。

マグナス力とは、風の中でボールや円筒を回転させたときに、風に対して横向きに発生する力で、身近な例としては野球のカーブボールが挙げられます。マグナス力の大きさはボールや円筒の回転数で調整でき、回転を止めれば0にすることもできます。それなら、風力発電機のプロペラのかわりに円筒をつけ、風速に合わせて円筒の回転数を変えることで、強風でも暴走せずに発電できる可能性があると考えました。

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▲マグナス力は、流れの中で棒やボールなどを回転させると、流れに対して直角方向に発生する揚力。野球のカーブボールやゴルフボールも、マグナス力が働いている。
資料提供:株式会社チャレナジー

もうひとつは、台風は多方向から風が吹くので、これにも対応できなければいけない。水平軸型の風力発電機は風の向きの影響を受けますが、地面に対し回転軸が垂直な垂直軸型なら影響を受けません。そこで、現在主流の水平軸型プロペラ式と対極な「垂直軸型マグナス式」であれば、どんな風速でも、そしてどんな風向でも影響を受けずに発電でき、台風でも壊れにくくなるのではないかと考えたわけです。もともと水平軸でマグナス式の風力発電機も、垂直軸でプロペラ式の風力発電機もありました。しかし、垂直軸とマグナス式の2つを組み合わせた風力発電機は実用化されていないことに気付いたんです。

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▲清水さんが掘り当てた、未開のフィールドは右下。マグナス式で、かつ軸が地面と垂直の風力発電機だ。
資料提供:株式会社チャレナジー

―そのポジショニングが空いていたというわけですね。なぜ空いていたのでしょうか?

清水:それには理由がありました。実は垂直軸型マグナス風力発電機は簡単には回らない風車なのです。なぜかというと、マグナス力の向きは風の向きと円筒の回転方向で決まるので、風車の風上側でも風下側でもマグナスの向きは同じになります。例えば、円筒を時計回りに回した場合、風上の円筒のマグナス力は風車を時計回りに回そうとし、風下の円筒のマグナス力は風車を反時計回りに回そうとするので、綱引きのようになってしまい風車が回らないんです。特許を調べると、これまで電力会社や重工系の大手が特許出願していましたが、現時点では実用化されていません。

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▲清水さんが考案した。初期垂直軸型マグナス風力発電機の概念図
資料提供:株式会社チャレナジー

そこで、当時、僕は第三のアイデアを考えました。円筒を時計回りと反時計回りの2本1組にしたらどうだろうかと。そうすると、風上側では時計回りの円筒には風があたり、反時計回りの円筒にはあまりあたらない。風下にきた瞬間に立場が逆転し、反時計回りの円筒には風があたり、時計回りの円筒にはあまりあたらなくなります。

この仕組みだと、風上側では時計回りの円筒が、風下側では反時計回りの円筒がそれぞれ風車を時計回りに回そうとするので、「回る風車」になり、風向きの影響も受けません。実際に2012年に試作1号機を作ってみたら、ちゃんと回ったんです!このアイデアを思いついたのはきっと運命だろう、これで特許をとれたら今の会社を辞めて、この技術に人生を賭けようと思いました。

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▲清水さん手作りの試作1号機。前職在職中の連休、ホームセンターに通い詰め製作したという、文字通りの手作りプロトタイプ。上記概念図の通り、円筒が2本1組になっている。
資料提供:株式会社チャレナジー

―そうしたら、特許が取れたのですね。

清水:2013年に特許がとれ、会社を辞める決心をしました。大手企業も為し得なかった、「回らない風車」を回すアイデアを考えて、素人工作のプロトタイプも回ってしまったんです。設計をもっと詰めれば、すごいものができるんじゃないかと、夢中になりましたね(笑)。

エンジニアとしては自分の手で世界初の技術を実用化してみたいという欲もある。ちょうどその年の年末に、『テックプラングランプリ』というものづくりのコンテストの募集があり、参加したところ、その時もまだプロトタイプだけでしたが、可能性とパッションなどが認められて、「技術的にはこれからだが、アイデアが良い」ということで最優秀賞をいただきました。ここれがきっかけで2014年10月に会社を設立し、さらにベンチャーの立ち上げを支援するNEDOの『スタートアップイノベーター』に採択され、順風満帆な滑り出しでした。

天国から地獄へ!!トライ&エラーの連続を乗り越える

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―その後に地獄が待っていたと?

清水:それまで運命的なタイミングが重なり、とんとん拍子の状態でした。しかし、2014年の年末にコンピューターシミュレーションをしたところ、効率が悪かった。エネルギー変換効率が1%以下という信じられない数値だったんです。会社設立2カ月で、年を越せないかもしれない事態になった。まさに、天国から地獄です。

でも、そこから粘りました。半年後にあるNEDOの中間審査会まで、できる限りのことをやろうと。まずは円筒を1本だけ作り、どれだけ効率を上げられるか、ひたすら実験を繰り返しました。半年かけてブレークスルーとなる新しいアイデアにたどり着き、コンピューターシミュレーションの効率を30%までアップさせました。

―半年で百倍以上にまで上げたわけですね。

清水:その数値に自信をつけ試作2号機を作り、2015年12月に風洞実験を行い、風速20メートルの環境で発電し続けることに成功したんです。円筒の回転数を制御すれば、発電機の定格一杯で、かつ暴走せずに運転を続けられることもわかりました。現在は、今夏に沖縄で本物の台風で実験するための試作機を製作しています。

―そこまで効率を劇的に上げられたのはどうしてですか?

清水:まず、単純に大きく形を変えたんです。円筒を2本1組にすると抵抗が大きくなって効率を落としていたので、2本1組のアイデアを捨て、円筒1本でも回る方法を再度考え直すことにしました。

特許を捨て新しい方法を模索する

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▲現行のマグナス風力発電機の実験機。ご覧の通り、円筒は2本1組から、1本に変更されている。その他、最新版では円筒表面の形状を工夫することで効率を高めているとか。

―でも、2本1組にするという画期的なアイデアを生み出し特許まで取ったのに、また1本に戻すというのは勇気がいる決断だったのではないですか。

清水:貯金をはたいて世界中に申請した特許を捨てるということですからね。……でも、さんざん実験して限界を見極めた上でのことでしたから、すっぱり諦め、気を取り直して円筒が1本でも回る「第4の方法」を考えた。現在特許出願中の技術のため、あまり詳しくは話せないのですが、そういう経緯を経て、円筒が1本でも回る仕組みを新しく考えました。

円筒の形状を工夫することにより、発生するマグナス力を大きくすることに成功し、また円筒を1本にするという決断により、抵抗も減りました。つまりパワーを増やして抵抗は減らすという合わせ技により、効率を30%まで増やせたわけです。

―最初の実験で1%以下という結果が出たとき、続けることも大きな決断だったと思います。そこで「止める」という選択肢はなかったんでしょうか。

清水:かっこつけて言えば「諦めずに頑張ったからできた」ですが、正直なところ「ここまできて、そう簡単に止められるか!」という想いも強かったですね(笑)会社を辞めて自分の会社を作り、国の支援までいただいて、「やっぱりできませんでした」なんて言えない。死ぬ気でやろうと。胃は痛かったですが……。でも、諦めなかったから新しいアイデアが出てきたんだと思います。

―ある意味、背水の陣だったわけですよね。続けた理由としては、エンジニアとしての意地もあったんでしょうか。

清水:そうです。実用化できれば、その先に大きな可能性がある。きっとあと少しのところまで来ているから、できることを全部やろうと思いました。だから、自分が思いつくことは全部やってみようと。たとえば円筒の表面形状については何十パターンも試しました。最後の方はダンボールを巻いたり、網戸を巻いてみたり(笑)。散々やりましたが、なかなかいい結果が出なかった。けれど、最終的にはやっぱりブレークスルーがあった。

エジソンは「1%のアイデアと99%の努力」と言ったけれど、僕らは「99%の努力が1%の閃きを生んだ」と思っています。

運命的な出会いで町工場と提携

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▲浜野製作所なくして開発はできなかった、と清水さん。イメージしているものを高いレベルで実現し、かつ製作面での的確なアドバイスもしてくれるという。
写真提供:株式会社チャレナジー

―現在、浜野製作所のベンチャー支援のモノづくり施設「Garage Sumida」で製作をされていますね。浜野製作所とは、開発のパートナーという位置づけなんでしょうか。

清水:そうですね。風洞実験機も一緒に作りました。浜野製作所さんは職人集団ですから、僕らが持っていない部分を補完してくれる師匠みたいなものです。

―どういった経緯でパートナーになられたのですか。

清水:これも運命的な出会いでした。僕が優勝したテックプラングランプリで、浜野製作所の社長である浜野慶一氏が審査員を務められていたんです。審査会が終わったあとに「Garage Sumidaという、ものづくりベンチャーの支援施設を作っているから、一緒に夢を実現しないか」と、お誘いを受けました。

―浜野社長も、この企画にほれ込んだということですね。

清水:非常に関心を持ってくださって、「やるべきことだけど、ものづくり的には大変だということはわかるので、うちが全力で手伝います」と。浜野製作所は、深海探査艇の『江戸っ子1号』で世界を驚かせた町工場で、浜野社長自身も非常にチャレンジ精神を持っていらっしゃる方です。

エジソンのように「テクノロジーで世界を変えたい」

―今のような形で社会にコミットできるのは、エンジニアとしての生き方のすばらしさみたいなものを感じられますか?

清水:思います。僕のエンジニアとしての原体験はエジソンで、「テクノロジーが世界を変える」と信じています。エジソンのように世界を変えられる可能性があるとしたら、人生を賭ける価値がある。

東芝創始者の田中久重氏の「事を成就するためには、志があり、忍耐があり、勇気があり、失敗があり、その後に、成就があるのである」という言葉は、失敗の大切さを伝えていると思います。僕も、成就するための志があり、忍耐もしています。そして会社を辞めて一歩を踏み出す勇気があり、多くの失敗があった。でも、ここを乗り越えればその後に成就があると、この言葉を励みにやってきました。

現状では、原発を止めても火力発電で賄えていますが、火力発電にも二酸化炭素の排出等の問題があります。その次にどうするのかということに答えていくのかエンジニアなんです。再生可能エネルギーの転換期に、エンジニアとして生きているということは、世界を変えられる機会を与えられたと思っています。

夢はクリーンな水素社会

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―その第一段階として、今夏に沖縄で実験を行うそうですが、どんな実験になるのでしょうか。

清水:実験を行う南城市は、沖縄電力の風力発電所があるぐらい風の状態が良く、かつ台風もくる場所です。台風が来て、プロペラ風力発電機は止まっても、その横で垂直軸型マグナス風力発電機は発電し続けるというデモを行う予定です。

―それは効果的ですね!

清水:東京オリンピックの2020年までに実用化したいですね。2020年は、世界から日本が非常に注目される年になる。その時「日本発の新しいエネルギー技術」として世界にアピールできればと思っています。

さらに、これは夢の話になりますが、電力を安く大量に作れるようになったら、海水を電気分解して大量の水素を作れるようになります。海水から水素を作り、燃やして水に戻すという、究極の水素循環社会が実現できる。では自然エネルギーで大量の電気を作るにはどうしたらよいか?そのひとつの解が台風だと思っています。将来的には、「今年は台風が多かったから、水素が安くていいよね」みたいな会話ができるかもしれません(笑)。

―これまで災害でしかない台風を、エネルギーに転用すれば、温暖化対策にも一役かいそうですね。

清水:2015年12月に行われたCOP21(国連気候変動枠組条約第21回締約国会議)で、すべての国が地球規模でCO2削減努力の目標を立てていくことになりました。今後は風力のような、クリーンエネルギーが世界中に一気に拡大していくと思いますし、それに伴う投資も拡大していく。

その中で、日本発の技術としてエネルギー革命を起こしていきたいというのが、私たちの目標でありゴールです。どれだけかかるかわかりませんが。本当に水素社会を実現できれば、最終的には原発もなくなるでしょう。

鉱脈を見つけ、具体化するエンジニアの力

原発事故の映像を見て、なんとかしたいと思った人は多いでしょう。その中で清水さんは、エンジニアとしてできることを模索し、「台風でも稼働する垂直軸型マグナス風力発電機」を掘り当てました。「自分の人生を投げ打つ価値のある対象を見つけたから、このために生きる」という清水さんは人生を賭けて、自らの技術で世界を変えていこうとしています。新しいエネルギー時代の世界を目指し、清水さんのエンジニアとしての挑戦はこれからも続いていきます。

取材協力:株式会社チャレナジー

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