CO2の排出量を大幅に削減できるとして、航空機分野で期待を集める電動化技術。日本では、宇宙航空研究開発機構(JAXA)が中核となって2018年7月に立ち上げた「航空機電動化(ECLAIR)コンソーシアム」が精力的に活動している(関連記事)。「空飛ぶクルマ」と呼ばれるような小型機から200人以上が乗る大型機まで、航空機全般に求められる電動化技術の目標を設定し、その実現に向けた研究開発を行い、日本の航空産業拡大を目指している。JAXAの組織「航空技術部門次世代航空イノベーションハブ」が主体となり、自動車関連メーカーや電機メーカーといった、これまで航空機産業とは縁遠かった企業も巻き込みながら進めている。2018年12月には、コンソーシアムとして、航空機の電動化に関する「将来ビジョンver.1」を公開(関連記事)。電動化の開発目標や技術課題などをまとめた。そこで日経 xTECHはコンソーシアムを主導する立場にある「ステアリング会議」のメンバーに、コンソーシアムに参加した狙いを含め、今後の活動などについて、座談会形式で話を聞いた。その概要を3回に分けてお届けする。回答したメンバーは、航空機電動化コンソーシアム 代表でJAXAの渡辺重哉氏(航空技術部門 次世代航空イノベーションハブ長)と西沢啓氏(同ハブ エミッションフリー航空機技術チーム長)、IHIの大依仁氏(航空・宇宙・防衛事業領域 技術開発センター エンジン技術部 将来技術プロジェクトグループ 担当部長)、日本航空機開発協会(JADC)注1)の戸井康弘氏(常務理事)、三菱電機の岩田明彦氏(先端技術総合研究所 パワーエレクトロニクス技術部門 主管技師長)、SUBARUの村田巌氏(航空宇宙カンパニー 技術開発センター 担当部長(技術戦略) 兼 システム設計部長)である(以下、敬称略)。今回は第2回をお届けする。(聞き手=根津 禎(日経 xTECH、日経エレクトロニクス)、構成=赤坂麻実(ライター))

注1)JADCは、旅客機の開発に向けて、国内の機体メーカー5社(三菱重工業、川崎重工業、SUBARU、新明和工業、日本飛行機)が集まって立ち上がった団体である。

座談会の参加メンバー。左から、SUBARUの村田巌氏、IHIの大依仁氏、JAXAの渡辺重哉氏、JAXAの西沢啓氏、JADCの戸井康弘氏、三菱電機の岩田明彦氏(撮影:赤坂麻実)
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第1回はこちら)

コンソーシアムは2018年12月に、航空機の電動化に関する「将来ビジョンver.1」を公開した。その中で、電動化に向けた技術課題をまとめているが、分類して教えてほしい。

JAXAの西沢氏:将来ビジョンには、今ある技術の延長で解決できる課題をほとんど入れていない。将来ビジョンの1番目に挙げた「出力密度の向上」は、現状技術と旅客機に適用すべき目標水準とのギャップが大きく、まだどこにも存在しない。

 2番目の「電池の安全性とエネルギー密度向上の両立」に関しても、旅客機に適用できるエネルギー密度は自動車よりも要求水準が高く、安全性も自動車より要求が厳しい。そもそも安全性とエネルギー密度はトレードオフの関係にあるので、両立はハードルが高くなる。恐らく今のLiイオン2次電池の延長線上に解はないと思われる。

 3番目が「高効率化」。電動化によって設計の自由度が向上するので、空力抵抗の低減などに関わる新しい技術を導入することが考えられる。例えばBLI(Boundary Layer Ingestion)のように、今の航空機には使われていない技術だ。これも、原理は分かっているものの、設計までできるかといえば容易ではない。

 4番目が「安全性・信頼性」。ジェットエンジンなどの内燃機関とモーターを併用する「ハイブリッド型」だと、ジェットエンジン単体で構成する従来の推進系に比べて、故障率は上がってしまう。自動車をハイブリッド化・フル電動化する際の技術を参照できるものの、「高高度環境への適応」に新しい技術を必要としている。放電をいかに抑制するのか、高宇宙線環境でパワーエレクトロニクスの信頼性をどう確保するかなど、航空機ならではの課題がある。このほか、非常に高温なジェットエンジンの周囲で電動のデバイスをいかに運用するのか、電動システムの熱をいかに制御するのか。高高度環境では単なる空冷では用をなさないと思われる。

 さらに、低高度で多数の機体が運用されることになる電動の垂直離着陸(eVTOL)機では騒音の低下も求められる。エンジンに比べてモーターは静かなものの、回転翼は原理的に空力騒音が大きいので、抜本的な解決は難しい。eVTOLは、推進系の故障に対する信頼性保証も非常に重要な課題だ。解決しなければ人を乗せて飛べない。

 これらの技術課題の解決は、単独の企業だけでは困難だ。特に信頼性には素材も大きく関わるので、化学メーカーや素材メーカーの協力は必要不可欠であり、日本の強みはまさにそこにある。実際に一般会員として数社の化学メーカーがECLAIRに参加している。

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