「エネルギー危機の今、原発は再稼働すべきか？メリットとリスクを比べつつ考えてみた」でも触れたように、日本は現在深刻なエネルギー危機に直面しています。
上記のコラムでは、「原発を再稼働するか否か」に焦点を当てていましたが、多くの専門家や研究者は原発になるべく頼らず、かつエネルギー需給を安定させるために、さまざまな新エネルギーの開発研究に取り組んでいます。
そんな新エネルギーの中でも、今とりわけ注目を集めているのが「核融合発電」です。
「核融合」と聞くと「原子力発電と同じじゃないの？」と思ってしまいますが、実は核融合発電と原子力発電は、それぞれ微妙に異なる特性を持っているのです。
そこで今回は、「核融合発電」とは一体何か、原子力発電とはどこが違うのかなどについて解説します。
核融合発電とは
核融合発電について解説する前に、まずは「核融合反応（以下、核融合）」について解説します。
核融合とは、たとえば水素のような軽い原子核同士が高温でぶつかった際、ヘリウムなどのより重い原子核に変化する現象のことです。
核融合は太陽でも絶えず発生しており、その時に生まれる膨大なエネルギーによって、太陽は40億年以上燃え続けています。
「太陽を燃やし続けるこのエネルギーを応用して、新しい発電方法を作れないだろうか」という考えから生まれたのが、核融合発電です。
現在研究が進んでいる核融合発電は、１億度でプラズマ化させた重水素と三重水素をぶつけて核融合反応を起こし、そこで生まれる熱エネルギーを利用して発電するという仕組みになっています。
そもそも「核融合で発電を行う」というアイデア自体は、1950年代にすでに誕生しており、現在に至るまで世界中の国々が実用化に向けた研究を行ってきました。
当時から「この研究は長期的な取り組みになる」と考えられていた通り、核融合発電はいまだに具体的な実用化には至っていません。
しかし2022年となった今、ようやく核融合発電が現実のものとなる未来が見えつつあります。
核融合発電と原子力発電の違い
核融合発電に対して多くの人が抱くのが、「原子力発電と何が違うの？」という疑問です。
たしかに、核のエネルギーを利用して発電する点においては同じですが、異なるのはその「エネルギーの取り出し方」です。
前述したように、核融合発電は2つの軽い原子核同士をぶつけて「融合」させることで熱エネルギーを生みます。
対して原子力発電は、たとえばウランのような重い原子核を、2つの軽い原子核に「分裂」させることで熱エネルギーを生みます。
原子炉の中では絶えず核分裂反応が起こっているため、暴走が起こらないよう、制御装置を用いて常にコントロールする必要があります。
このコントロールに失敗すると、チェルノブイリ原発で起きたような爆発事故につながってしまうおそれがあります。
一方、現在研究が進んでいる核融合発電は、何かの衝撃でプラズマを維持できなくなれば核融合自体が止まるため、原発に比べて安全性が高いと考えられています。
このような理由から、脱炭素社会に向けた動きが世界中で加速する今、二酸化炭素を排出せず、かつ原発に代わって再生可能エネルギーでは補いきれない電気を発電する手段として、核融合発電が注目を集めているのです。
核融合発電のメリット
半永久的に採取可能な水素が燃料
通常、原子力発電の燃料として使用されているウランは、石油や石炭などと同じ「枯渇性資源」に含まれます。
枯渇性資源とは、その名の通り「いずれ枯渇する資源」のことです。
他の枯渇性資源と同様に、ウランもこのまま消費し続ければ、数十年で枯渇すると言われています。
一方、核融合発電に使用する水素は、地球上に半永久的に存在する水から採取することができます。
実用化した暁には、限りある資源を枯渇させることなく、環境に配慮しながら発電できると考えられています。
使用済み核燃料の管理年数が短い
「エネルギー危機の今、原発は再稼働すべきか？メリットとリスクを比べつつ考えてみた」でも解説していますが、日本では原子力発電に使用した核燃料（使用済み核燃料）は、10万年間地下に隔離することが定められています。
これは、使用済み核燃料に含まれる放射能レベルが非常に高く、安全と言い切れるレベルまで引き下げるには、最低でも10万年を要すると想定されているためです。
一方、核融合発電の使用済み核燃料の放射能レベルは比較的低く、100年程度の管理で安全なレベルに下がることが分かっています。
事故リスクが低い
前述したように、原子力発電は常に核分裂を起こし続けることで発電しているため、もし暴走が発生した際に阻止できなかった場合、重大な事故につながる可能性があります。
一方、核融合発電は核分裂のような連鎖反応が原理的に起こらないので、原子炉の暴走リスクがありません。
ちなみに、核融合と核分裂を繰り返して燃えている太陽が暴走しないのは、地球の数十万倍の重力が存在するからだと考えられています。
核融合発電のデメリット
巨額の費用がかかる
核融合発電が実用化しない大きな理由としては、巨額の費用がかかることが挙げられます。
現状、効率的かつ安定的に核融合発電を行うための技術、核融合を行うための巨大設備などにかかる費用をまとめると、全部で何兆円にもなると言われています。
また、実用化に向かう過程で何かトラブルが起きれば、さらに追加費用が発生する可能性もあります。
実際に、2019年にはフランスで高速増殖炉実証炉「アストリッド（ASTRID）」を建設する話が持ち上がりましたが、結局費用面の課題を解決できず中止となりました。
プラズマが安定しない可能性がある
核融合が起こると、熱エネルギーと同時に高速中性子が発生します。
この大量の高速中性子が原子炉内でビリヤードの球のように飛び回ると、材料中の原子配列が乱れて原子炉内が脆弱化し、長時間稼働ができなくなるといった影響が生じます。
これもまた、核融合発電の実用化を阻む一因となっています。
この課題を解決するために、現在は「国立研究開発法人QST（量子科学技術研究開発機構）」などが高速中性子に耐える新材料の開発に取り組んでいます。
核融合発電の実用化に向けた取り組み
（画像引用：ITER計画 – 量子科学技術研究開発機構 量子エネルギー部門）
コストや技術面の課題はあるものの、それらを踏まえた上で、核融合発電が新たな可能性を秘めた発電方法であることは確かです。
そのため、現在世界中で核融合発電の実用化に向けた取り組みが進められています。
その中でも、最も大きなプロジェクトが『ITER（イーター）』です。
ITERとは、人類初の核融合実験炉を実現することを目標に掲げる、国の枠を超えた超大型国際プロジェクトです。
冷戦末期の1985年に行われた米ソ首脳会談において、核融合の国際協力について話し合われたことをきっかけに始まったこのプロジェクトには、現在日本、アメリカ、ロシア、中国、EU諸国、インド、韓国といった7つの国と地域が参加しています。
2007年には、フランス南部で国際熱核実験炉の建設が開始し、2020年には本体の組み立てが開始しました。
本体の組み立てには4年半ほどかかると見られており、早ければ2025年には運転開始する予定です。
しかし、もし2025年に運転開始したとしても、ITERはあくまでも実験炉となっているため、まだ「実用化」の段階ではありません。
ITERの目的は、効率的かつ安定的な核融合技術を集積することです。
その上で、2035年頃に実際に発電を行う「原型炉」を建設し、そこで実用化に向けた最終的な判断が下される予定です。
そのため、実際に核融合発電が実用化されるまでは、あと数十年はかかると考えられています。
まとめ
今回は、今注目を集める核融合発電とは一体何なのかについて解説しました。
環境負荷の低さや使用済み燃料の管理年数の短さなど、多くのメリットがある一方で、実用化までには越えるべき課題がたくさんあることが分かりましたね。
私たちの暮らしや社会に核融合発電が普及するには、まだまだ長い年月がかかりそうですが、なるべく早期の実用化に期待しつつ、引き続き注目していきたいと思います。
参考：かくゆう合発電と原子力発電はどうちがうの？ – 核融合科学研究所
参考：ITER計画 – 量子科学技術研究開発機構 量子エネルギー部門
参考：イーター（ITER）事業 – 外務省
