No. 2689 「古い」産業の革新

Innovations in “old” industries

中国は高速列車の新たな製造法や、鋼鉄の製造速度を3600倍にする手法を開発中

by Hua Bin

前回の記事で私はBYDとRoboteraが中国で開発した世界最速の自動車とヒューマノイドに焦点を当てた。しかし画期的な革新はEVやロボティクスといった未来産業だけではない。

技術動向を追う我々は、AIやヒューマノイド、宇宙探査といった「新しくて輝くもの」の進歩に目を奪われがちである。

現実には、列車や鉄鋼といった「古くて地味なもの」の方が、我々の生活に直接的かつ即座に影響を与える。

中国の科学技術近代化が進む中、技術革新が各分野に広がるにつれ、中国jの技術者はこうした百年続く重工業分野で突破口を開いている。

高速鉄道はさらに高速に―中国は時速400kmの世界最速鉄道を運行

北京は高速鉄道技術革新を全速力で推進している。中国は時速400km（250マイル）で運行する新型新幹線を商業利用に向け準備中だ。

中国鉄道科学研究院が開発したCR450は現在、最終性能試験を実施中である。

何十年もの間、時速350km（217マイル）は壁とされてきた。それが空気抵抗が急激に増大する速さだからだ。

サウスチャイナ・モーニング・ポスト紙の報道によると、プロジェクトに携わる研究者・Shao Junは「速度が50km/h上がると、抵抗は30％増加し、エネルギー消費も増大する」と説明した。また、高速列車が受ける抵抗の95％は空気によるものだと指摘した。

この課題を克服するため、チームは自然界の原理を応用して車両前部を再設計した。高速飛行する鳥の形状を研究し、空気抵抗を約2.6％低減する流線形フロントを開発した。しかし改良はこれで終わらなかった。

次に狙ったのは車体下部だ。車輪やサスペンションを収めるこの部分は見過ごされがちである。技術者らは台車の露出部を覆う特殊なクラッディングシステムを設計した。

この構造を試験・改良した結果、空気抵抗を22％削減することに成功した。

最も注目すべきは、最高速度が400km/hに跳ね上がったにもかかわらず、CR450のエネルギー消費量が現行のCR400復興号（最高速度350km/h）と同等である点だ。これにより高速化だけでなく、エネルギー効率も実現した。

この速度を実現する列車設計には、それに匹敵する制動システムの構築も必要だった。最大の課題の一つは、減速時に発生する極度の熱の処理だった。

チームは高温・疲労・変形に耐える新素材を開発した。使用金属は非公開だが、研究者によれば適切な配合を見つけるのに数百回の試験を要した。最終素材の性能検証だけで1年以上を費やした。

CR450のブレーキシステムは、時速400kmから完全停止まで6.5kmという性能を持つ。この減速過程で放出されるエネルギー量は、7.5トンの水を2分で沸騰させるのに相当する。

この技術革新により、中国は世界の高速鉄道開発における主導的地位を確固たるものとしている。同国の高速鉄道網は既に48,000キロメートルに及び、1,100の駅を有する。これは世界の総延長の約80％を占め、人口50万人以上の中国都市を全て結んでいる。

製鉄が加速――5～6時間から3～6秒へ

鋼鉄は最も魅力的な話題ではないかもしれないが、自動車、建物、列車、風力タービンなど、ほぼ全てのものの基盤となっている。

そして、記憶に及ぶ限り、鉄鉱石、灼熱の炉、そして何よりも大量の石炭を必要とする非常にエネルギー集約的なプロセスで生産されてきた。しかし今、その状況は変わった。

中国工程院のZhang Wenhai教授と彼のチームは「フラッシュ製鉄」と呼ばれる新手法を発明した。これはわずか3～6秒で溶融鉄を生産できる。従来の高炉が5～6時間かかるのと比べ、3600倍以上の速度向上だ。

その秘密は精密に制御された化学反応にある。技術者らは渦流ランスを用いて超高温炉内に超微細な鉄鉱石粉末を噴射し、彼らが「爆発的」と呼ぶ反応を引き起こす。

これにより純度の高い溶融鉄の灼熱の滴が生成され、炉底に集積する。純酸素を添加すれば、ほぼ瞬時に鋼へと転換できる状態だ。

このプロセスは時間短縮だけではない。低品位鉄鉱石の活用も目的としている。中国は豊富な低品位鉱石を保有しながら、オーストラリアやブラジル、アフリカからの高品位輸入鉱石を優先してきた。

この技術は既に大規模な試験段階を経て商業生産に移行している。チームが開発した渦流ランスは、1時間あたり450トンの鉄鉱石を注入可能である。

この新手法が広く採用されれば、輸入資源への依存度を中国は大幅に削減できる。さらに重要なのは、製鋼のカーボンフットプリントを大幅に削減できる点だ。

製鋼に従来使用されてきた加工石炭製品であるコークスの使用を排除することで、Zhang教授はこの方法により製鋼のエネルギーコストを最大3分の1削減できると試算している。

これは工場の予算面でのメリットだけでなく、中国の気候目標、特に2030年までに炭素排出量のピークアウトを達成するという野心に向けた大きな一歩となる。

中国が世界の鉄鋼生産量の約55％を占めることを考慮すれば、その製造方法の変化は国境を越えて波及効果をもたらす可能性がある。

より迅速でクリーンな生産方法は、中国の産業競争力を高めるだけでなく、低排出鋼材の輸出に対する世界的需要を喚起するだろう。これは気候変動への意識が高まる市場において重要な資産となる。

電気自動車から都市インフラまであらゆる分野に応用される鋼材においてより効率的なサプライチェーンは中国に主要産業分野でのさらなる優位性をもたらすだろう。

力任せの手法で知られる業界において、これは稀に見る科学的優雅さの瞬間だ。課題の規模に見合った解決策が生まれたのだ。

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