７．述 而 じゅつじ
ことば-------------------------------------------------------
「道に志し、徳に拠り、仁に依り、芸に遊ぶ」（６）
「一隅を挙げて三隅をもって反らざれば、復せざるなり」（８）
「不義にして富みかつ貴きは、われにおいて浮雲のごとし」（15）
「子、怪、力、乱、神を語らず」（20）
「三人行えば、必ずわが師あり」（21）
-------------------------------------------------------------
１９ わたしだって先天的に才能があったわけじゃない。ただ先人の
業績をしたって、それをたゆまず研究しただけなのだ。（孔子）
子曰、我非生而知之者、好古敏以求之者也。
Confucius said, "I'm not a born scholar.If anything, I'm a man
who likes learning ancient wisdom and devotes oneself to it."
【ポストエネルギー革命序論５９】
センサ駆動できる微生物燃料電池システム
二酸化炭素2濃度を測定する自立駆動型センサの開発に利用
９月２４日、農研機構などの研究グループは、微生物燃料電池(Micr-
obial fuel cell; MFC)を電源としてセンサ駆動できるMFCシステムを
開発を公表。 MFCは、 発電細菌1)が環境中に存在する有機物を分解
して発電する新しいバイオ電池です。従来型のMFCは高価な部材が使
われているので作製コストが高く、さらに電極などが劣化しやすい欠
点がある。そこで農研機構は、ステンレス鋼の表面を炎で酸化した電
極をMFCの負極として使用することで、低コスト(従来よりも1/10以下
)かつ長期の使用に耐えるMFCを開発。このMFCは水田や池など水があ
る環境に設置して利用できます。 MFCでセンサーを駆動させるために
は、電気エネルギーを効率的に回収して出力電圧を上昇させるエナジ
ーハーベスタを必要とするが、従来型のエナジーハーベスタの回収効
率は低く、実用化の障害になっていた。
共同開発者の旭化成エレクトロニクス株式会社が、新しい超低消費電
力型エナジーハーベスタを開発して、従来型では電力を回収すること
ができなかった低出力のMFC(2 μW)からでもエネルギーを回収できる
ことを実証。 今回、炎酸化ステンレス鋼電極を用いたMFCと、新規エ
ナジーハーベスタを組み合わせたシステムにより、CO2センサを駆動
することに初めて成功する。CO2センサーは温度センサーなどと比較
して大きな電力を消費するので、これまでMFC電源によりCO2を測定で
なかった。データ駆動型のスマート農業では気温や湿度、CO2濃度と
いった環境因子を多くの地点で測定することが望まれている。本シス
テムは水田や池などにおいて、MFCを唯一の電源とした自立駆動型セ
ンサの開発に利用でき、スマート農業や地球温暖化の解析に向けた環
境モニタリングへの貢献に注目されている。
尚、この成果はJournal of Power Sourcesの8月1日号に掲載されてい
る。エナジーハーベスタのICは、2020年度中の市販化を予定。
【要点】
水田や池に設置できる安価で実用的な微生物燃料電池、およびその電
力を効率的に回収するエナジーハーベスタを開発しました。この２つ
を組み合わせた微生物燃料電池システムは、気温や二酸化炭素濃度な
を測定するセンサの駆動に利用できる。
①ステンレス鋼の表面を炎で酸化した電極をMFCの負極として使用す
ると、MFC出力を増強できることを見出した。この炎酸化ステンレス
鋼負極は既存のカーボン電極よりも高出力で遥かに安価であり、物理
的に高い強度を持っている。
②炎酸化ステンレス鋼負極を用いて水田や湖沼など水がある環境に直
接設置できるMFCを開発(上図)。このMFCは、白金触媒や水素イオン交
換膜など高価で容易に劣化してしまう部材を用いていないので、低コ
スト(従来よりも1/10以下)であり、長期運転に耐えるので実用的。負
極を土の中に挿入すると周囲に存在している発電細菌が負極に付着し
て、自然に発電が始まる。
③低出力な電源からでもエネルギーを抽出できる超低消費電力型のエ
ナジーハーベスタを開発(図２)。このハーベスタに組み込まれている
制御ICは、MFCから引き出す電流値を常に最適化する。MFC電力を効率
的に回収してエネルギを キャパシタ2)に蓄えながら出力電圧を上昇
させ→出力9 μWのMFCを電源としてキャパシタの昇圧実験を行ったと
ころ、トランスホーマを利用した既存のエナジーハーベスタ(既存型1)
と最大電力点追従制御(Maximum Power Point Tracking; MPPT)を搭載
した既存型2は電圧を3.3 Vまで上昇せず、新規エナジーハーベスタは
3.3 Vまで昇圧できた(図３)。
④.キャパシタを3.3 Vまで昇圧させるのに必要な最小のMFC電力を解
析したところ、わずか2 μWであり、従来型(100～5,000 μW)と比較
して非常に低い値。これは低出力で小型、低コストのMFCからでも利
用可能な電力を引き出せる革新的な高性能エナジーハーベスタを意味
し、MFCの実用化において重要な成果となる。
⑤炎酸化ステンレス鋼負極を備えたMFCと新規エナジーハーベスタを
組み合わせてMFCシステムを開発。このシステムを使うことでCO2セン
サの駆動に初めて成功(図４)。CO2センサーは温度センサーなどと比
較して大きな電力を消費するのため これまでMFC電源による駆動の報
告はなかった。さらに測定データを10km以上の長距離に無線送信する
LoRa3)モジュールとアイビーコン(iBeacon)4)モジュールも駆動できた。 
【関連特許】
①特開2019-149895 センサ装置及びセンサシステム
②特開2019-115189 電力供給装置
❦ 微生物燃料電池と二酸化炭素ガス濃度の自立型センサ。とりあえ
ず、国内で広域センサ網を構築し、そのユニットの種を世界に蒔
こう巻こう。
Fig.3 via Appl. Phys, Lett. 11510.122104(2019); doi.10.1063/1.5117771
Electronic structure of interstitial hydrogen in In-Ga-Zn-O semicond-
uctor simulated by muon
ディスプレイ用半導体性能に関わる微量水素の振舞い解明
素粒子ミュオンで透明半導体IGZO中の不純物水素の局所電子状態
９月２７日、東京工業大学らの研究グループは、ディスプレイ用とし
て広く使われている透明半導体IGZO（イグゾー）において注目を集め
ている微量の不純物水素の振る舞いを解明したことを公表。それによ
ると、IGZO試料に水素の軽い同位体（＝擬水素）としてのミュオンを
注入し、ミュオン自身およびその周辺の状態をミュオンスピン回転法
（µSR）を用いて詳細に調べるとともに、第一原理計算による結晶IGZ
O中の水素のシミュレーションからの情報を組み合わせることで、ミ
ュオンを中心とした格子欠陥の局所電子構造を解明。これにより、不
純物としての水素がIGZOの導電性に大きな影響を与える微視的なメカ
ニズムの一端を明らかした。
一般に、半導体・誘電体などの電子材料では、その電気特性が微量の
不純物に大きく左右されるが、中でも水素は最も普遍的に存在するに
もかかわらず、最も捉えにくい不純物の一つ。この研究は、擬水素と
してのミュオンからの情報と、近年発展している第一原理計算による
予想とを組み合わせることが、水素を捉えるために有効であることを
示し、この手法が様々な電子材料中での水素不純物の影響を調べる研
究に応用に注目されている。
【概要】ミュオンは素粒子の一つで、同じ質量で反対の電荷を持つ正
ミュオン（µ+）と負ミュオン（µ-）があり、正ミュオン（以後こちら
を単にミュオン（Mu）と呼称）を物質に注入・停止させると、そこで
あたかも水素のように振る舞う（＝擬水素）と予想され、物質中での
ミュオンの局所状態の詳細を観測し、対応する水素についての情報を
得る（上図１）。
そこで、本研究ではIGZOにミュオンを注入し、µSR測定によりその局
所状態を詳細に観測、擬水素としてのミュオンの状態を調査観測。
具体的には、µSR測定で得られるミュオン位置での内部磁場分布（外
部磁場ゼロ[＝ゼロ磁場]では主に核磁気モーメントからの磁場に由来）
から、ミュオンに最隣接しているIn、Ga、Zn、酸素（O）という４種
類の原子の分布に関する情報を得るとともに、それと第一原理計算で
結晶IGZO中の水素について予想される候補位置での分布、および形成
エネルギーを比較することでミュオンの局所状態を推定。
なお、実験は水素濃度が低い結晶IGZOとアモルファスIGZO薄膜、およ
び意図的に水素処理をしたアモルファスIGZO薄膜の3種類について行
い、結晶IGZOについては大強度陽子加速器施設（J-PARC）物質・生命
科学実験施設（MLF）内のミュオンS1-ARTEMIS実験装置、２種類のア
モルファスIGZOについてはいずれもポール・シェラー研究所（スイス）
の低エネルギーミュオン（LEM）実験装置を用いてµSR測定を行う。
実験・解析の結果、ミュオンが感じる内部磁場の分布幅から、結晶
IGZOおよびアモルファスIGZO薄膜ではミュオンがZn-Oの結合中心付近
にあってMu+の状態を取っていることを突き止めた（図２（a）-（c）
、図３）。これは、水素が不純物として侵入した場合、その濃度が希
薄であれば結晶・アモルファスいずれにおいてもZn-Oの結合中心近く
に存在する（つまり水素周辺の局所構造は結晶・アモルファスの違い
に影響されない）こと、さらに、いずれの場合にも水素はそこでイオ
ン化（H → H+ + e-）して電子を供給する、つまり意図しないn型伝
導を引き起こす原因となることを意味する。
一方、あらかじめ水素プラズマ処理により水素を高濃度で導入したア
モルファスIGZO薄膜中に注入されたミュオンでは、未処理のIGZOの場
合に比べて観測される内部磁場の分布がローレンツ分布型となって大
きく乱れていることから（図２（d））、周りの原子分布も0.5ナノメ
ートル以下の長さスケールで乱れていること、さらに内部磁場の大き
さから、水素処理により注入された水素のそばにミュオンが存在して
いる可能性が高いことを解明。これは、酸素空孔中に２つの水素が捕
獲されて2H-という水素の負イオン（ヒドリド）状態を作る、という
最近の理論的な予想とも整合し、水素が１個だけ存在する酸素空孔に
後から来たミュオンが捕獲される（Mu-H- の対となる）傾向を示唆。
また、この場合にはO2-イオンが抜けた後を2H-が占めるため、電子供
給は起きないことも判明。興味深いことに、このような水素負イオン
は、光励起により電子を伝導帯に供給することが知られており、同様
の機構がアモルファスIGZOで現在問題となっているNBISの原因である
可能性も指摘されている。今回の実験からはアモルファスIGZO薄膜中
にもそのような水素負イオン状態（酸素空孔中の2H-）が実際にあり
得ることを示唆すると推測できる。
この研究成果は米国現地時間の９月17日、学術誌Applied Physics
Lettersに掲載されている。
❦ 電子デバイス材料の安定性性やライフサイクルの長寿命化などの
研究開発の評価の礎となれば。
Sept. 4, 2019
宇宙時代の太陽電池の生産へ
9月４日、欧州の研究機関のコンソーシアムは、スイスのInsolight社
の開発高効率モジュールの試作生産への投資資金を欧州共同体より約
１２億５千万円を獲得。このモジュールは、高効率の多接合セルと太
陽光集光レンズを組み合わたもので、太陽電池は変換効率２９％を実
証されている。
Supporting Information; Perovskite/Perovskite/Silicon Monolithic
Triple-Junction Solar Cells with a Fully
欧州共同体は、Horizon 2020プロジェクトに関係するスイスの電子お
よびマイクロテクノロジーセンタ（CSEM）が管理する１６の欧州の研
究機関と企業の共同事業体に１２億５千万円を授与。この「Hiperion」
共同事業体は、有名な ÉcolePolytechniqueFédéralede Lausanne から
生まれたスイスの新興企業Insolight が開発した太陽光発電技術の試
作生産ラインの支援を受ける。この４年間の事業は、結晶シリコン製
造ラインとの統合の実証が目的----コンソーシアムは、経済的可能性
をさらに試験し、既存の太陽電池モジュール生産ラインに統合可能な
部品組立のプロセス開発し、量産化に啜ること--である。共同事業体
のメンバーには、ルーフトップおよび大規模市場形成から技術評価す
る太陽電池事業開発者も含まれる。
集光セル
Insolight社の太陽電池技術は、「宇宙グレード」の太陽電池と呼ばれ
るもので、スタートアップは、従来のシリコンバックプレーンに取り
付けられた多接合セル。モジュールの上部には、わずか1mm²のセルに
太陽光を集中させる光学レンズの層があります。レンズは「マイクロ
トラッキング」プロセスを備えており、１日に数ミリメートル水平方
向に移動して、集光された光線をセルに揃える。同社の技術は２９％
ものモジュール高変換効率を実証しており、研究室でのセル効率では、
３６％と測定されている。この技術は自立型太陽光発電モジュールと
して採用したり、モジュールの追加レイヤーとして使用したりでき、
他の集光型とは異なり、直射日光がほとんどない曇り条件でも効率的
に機能する。
試作生産
Hiperionグループは、ソーラーメーカに、Insolight社の技術を組み込
んだモジュール生産ラインの適応方法を示し、大量生産時の信頼性確
立させた意向である。「試作組立ライン開発に加えて、欧州全域の認
定試験と商用試作設備を通し、さらに、実績と信頼性を実証すること
にあると同社の責任者は言明する。事業資金提供により欧州共同体は、
太陽光発電の展望への懸念払拭させたいと考えている。この技術と、
Hiperionプロジェクトで開発されるバックエンド生産工程を組み合わ
せることで、欧州のPVメーカは競合他社より優位になり、太陽光発電
市場でのシェア拡大を狙うと公表している。
❦ もし２年後、集光及びシリコン一体型ペロブスカイト３結合タン
デム太陽電池が実用→商用段階に突入すればどうなるか。①自己
蓄電＋高効率ルーフトップ型分散型太陽電池が普及し、②電柱が
消え、埋設型超伝導式幹線ケーブル網が全国で敷設。③風力・バ
イオマス・バイナリ地中熱・潮力・波力・温度差系発電が加わり
百％自然エネルギーでエネルギー供給でまかなわれ、余剰電力は
水素・合成ナフサ・アルコールや様々な化学物質・薬品が製造さ
れることになるだろう。欧州共同体の動向からそれを読み取るこ
とに難くない。面白い動きである。
提案力を高める自家消費問題解決
パリ協定後に拡大する説炭素経営と再エネ電源の利活用
地域偏在性が少なく、コスト競争力に優れた太陽光発電は、将来的な
主力電源として期待されている。卒FITから 自家消費･需給一体モデル
ヘ。転換期を迎えた今はまさに、事業拡大の好機であるとファーウェ
イ･ジャパンの佐藤英也氏が､変わりつつある太陽光市場に有効なソリ
ューションについて講演を行った（環境ビジネスフォーラムレポート、
環境ビジネス、２０１９年秋季号）。
自家消費･需給一体型ヘシフト
それによると、佐藤氏は国内における太陽光 発電市場の変化について
解説。太陽光市場はすでに 卒FITの時代を迎えて、住宅用太陽光発電
に関していえば、2020年以降の売電価格は早期に市場価格並みになる
と予測され、非住宅用太陽光発電における発電コストも2020年には14
円/kWh、さらに10年後の2030年には７円/kWhになるというデータが示
した。また､卒FITにより、今後は自家消費型や需給一体型と呼ばれる
太陽光発電システムが台頭する。これらの太陽光発電システムの市場
成 長の要因としては､パリ協定発前後の世界的な脱炭素化の取り組み
の拡大や、 再エネ賦課金や託送費、消費税などの 上昇、太陽電池の
価格下落、発電コストの低下、小売電気事業での新規参入企業の増加
などを挙げる。卒FITを機に新たなモデルヘとシフトする太陽光市場。
そんな中、ファーウェイではいち早く、自家消費型ソリューションに
取り組む。電気を送るには、｢単相｣｢三相｣と２種類の方法がある。
｢単相｣は、家電製品などの比較的小さな電気製品に電気を送る際に利
用する方法で、｢三相｣は、産業用の電気機器などの大型電気製品に電
気を送る際に利用する方法。同社では、単相・三相どちらの自家消費
にも対応できるパワコンを展開。同社の単相向け自家消費用パワコン
は、非常に軽い点が特徴である。重量 はわずか10.4kgと女性でも持ち
上げられるほど。大きさも成人男性の肩幅 サイズとコンパクトだ。
最大変換効率は98.5％と、直流から交流に変換する際のロスは極端に
小さく、同製品はファンではなく、裏面にフィン方式を採用。放熱板
を使って自然空冷でデバイスを冷却するため、密閉性が高く、粉塵や
雨の影響を気にせず、屋外でも安心して利用できる(IP65保護等 級)。
三相向け自家消費用パワコンも単相同様、ファンレス。最大変換効率
は98.9％と高く、IP65保護等級取得で、重塩害地域にも対応。さらに
三相向けは 6MPPT(マルチストリング)方式を採用。太陽光発電所は、
天候条件や影の発生などにより、受光量はその時々で変化す。そのた
め、ひとつのパワコンで変換していては､発電量の低いモジュールに
合わせて全体の発電量が落ちてしまうミスマッチが発生してしまう。
その点、同製品は、革新的な６回路独立を採用し、発電量低下のリス
クをより分散できる。また、同社の場合はパワコンとともに自家消費
用制御装置がセットとなっている。これにより、高速追従制御が可能
となり、現場負荷の電力需要をリアルタイムで追従することができる。
さらに、 ルータ一体型のため、別途準備する 手間も必要ない。
遠隔によるパワコン診断で事故を未然に防ぐ
自家消費型の太陽光発電の多くは屋根上に設置されるが、人が屋根に
登ってパネル一つひとつを故障しているかどうか目視で確認する…と
いう方法は、まず不可能。規模が小さければ可能かもしれないが、大
規模となれば現実的ではない。ですが、発電量の管理と安全性の担保
は必須です。ここから見えてくるのが、『オート化』の重要性です｣
(佐藤氏)。同社製品では、パワコンからモジュール側の健康診断がで
きるというユニークな機能が搭載されている。遠隔地からワンクリッ
クで測定を開始し、わずか２分で診断。100kW規模の発電所でも10分
程度で診断結果のレポートが作成できる。専門業者が専門機器を使っ
て初めてわかる故障の類いも簡単に診断できる。また、遠隔監視が可
能で、日々の発電量をリアルタイムに確認すると同時に発電施設で問
題発生時は自動でアラームが発報され、メンテナンスが必要なタイミ
ングですぐに知ることができる。
需給一体型モデルが描く未来の暮らし
講演後半には、日本市場には投入していない。同社の需給一体型ソリ
ューションを動画で介され、映像の中では、各太陽光パネルにオプテ
ィマイザーと呼ばれる装置を取り付けることで、より効率的な発電が
可能となることや、家電における消費電力の見える化など、より快適
な暮らしの一端を垣間見ることができた。これからの太陽光発電ビジ
ネスは、柔軟に対応できることや方法を変えることが肝要だ、と。語
ったことが報告されている。
● 今夜の一曲
米津玄師 海の幽霊（Spirits of the Sea）
作詞・作曲・編集：米津玄師
開け放たれた この部屋には誰もいない
潮風の匂い 滲みついた椅子がひとつ
あなたが迷わないように 空けておくよ
軋む戸を叩いて
なにから話せばいいのか わからなくなるかな
星が降る夜にあなたにあえた
あの夜を忘れはしない
大切なことは言葉にならない
夏の日に起きた全て
思いがけず光るのは 海の幽霊
茹だる夏の夕に梢が いくつかの歌を囁く
船を見送る 花を散らして
あなたがどこかで笑う 声が聞こえる
熱い頬の手触り
ねじれた道を進んだら その瞼が開く
離れ離れてもときめくもの
叫ぼう今は幸せと
大切なことは言葉にならない
「海の幽霊」（うみのゆうれい,英文表記: Spirits of the Sea）は、
日本のミュージシャン米津玄師の楽曲。配信シングルとしてソニー・
ミュージックレコーズより2019年6月3日に各音楽配信サービスにてリ
リースされた。この他、9月11日に10thシングルとしてリリース予定
の『馬と鹿』にも収録されることが予告された。「海の幽霊」は、
2019年6月7日より劇場公開される五十嵐大介原作、STUDIO4℃制作の
劇場アニメ『海獣の子供』の主題歌として制作。インタビューで、米
津は原作を10代のころより愛読し、映像化の話を知って主題歌をやり
たいと制作陣へ依頼し、今回のコラボレーションが生まれたと話す。
原作者の五十嵐は、かつて米津がイメージソングを提供した「ルーヴ
ルNo.9 〜漫画、9番目の芸術〜」の頃より、米津と親交があったこと
に触れ、米津の起用について非常に好意的なコメントを残している。
「海の幽霊」は「光」と「言葉」に掛かかている（散文に２つだけの
鍵語）これは彼の歌詞の特有の特徴パターン。いかほど意識している
のか尋ねてみたい。