革新的材料が持続可能なe-ロードを現実に

輸送セクターは地球規模の気候変動とCO2排出に大きく寄与していることが示されています [1]。電気自動車（EV）は、クリーンエネルギー惑星への移行において戦略的に重要と見なされています [2]。

EVの普及は、大気汚染物質の最小化、都市部のクリーンな空気、騒音排出の削減、経済の活性化など、多くの環境的、社会的、経済的メリットをもたらすと期待されています [3]。エネルギー源が風力や太陽光などのクリーンエネルギーにシフトすれば、EVはエネルギー消費と温室効果ガス排出を大幅に削減できます [4][5]。

幅広いEV普及のメリットは顕著ですが、一般的な受け入れへの課題は依然として重大です。EVは最近、性能と航続距離の両面で大幅に開発されましたが、バッテリーの重量、サイズ、コスト、充電インフラネットワークの小規模さや不在、長い充電時間、従来車両と比較して相対的に高いコストといった制約にまだ悩まされています [3]。

EVインフラの開発は、EVの広範な普及を達成するために直面する重要な課題です。この文脈において、電化道路はEV普及の限界を克服する重要な役割を果たす可能性があります。

EVバッテリーの限界

EVの重要な制約を解決するために、EVバッテリーの開発と最適化をさらに推進することは、明らかな解決策の一つです。しかし、バッテリー技術の改善が成功したとしても、気候、環境、資源アクセスに関連する他の課題がまだ残っています。

EVバッテリーを巡る持続可能性の懸念はまだ完全には解決されていません。根本的に、リチウム、コバルト、ニッケルというLiイオン駆動用バッテリーに必要な主要金属が、EVを持続可能性への手段とする前提と矛盾することなく持続可能に採掘できるかどうかを理解することが重要です [6]。

例えば、コバルト採掘は主に世界で最も発展の遅れた国の一つであるコンゴ民主共和国に集中しています。この国はコバルトバリューチェーンの透明性が限られ、人権侵害、危険な労働条件、強制労働、児童労働の強力な証拠があります [7][8]。リチウムサプライヤーは倫理的調達への配慮が必要です。また、リチウムイオン電池需要が常に賄われる保証もありません [9][10]。

EV充電技術

技術改善はEV充電技術にも及びます。現在のEV充電技術は、プラグイン、伝導、誘導に分類できます。

プラグイン充電はほぼすべての既存EVに対応できますが、EVを駐車させ、物理的にエネルギー源にプラグインする必要があります。一方、伝導充電技術では、EVが走行中にパンタグラフで電力線と接触し、短時間で高エネルギー伝達が可能です。

より最近の誘導技術、すなわちワイヤレス電力伝送（WPT）では、走行中や短時間停車中に誘導結合によりワイヤレスでEVに電力を伝送します [2][11]。
簡単に言えば、WPT技術は以下のように説明できます：

送電網からの電流が送信コイルを流れる；
電流が磁場を生成する；
磁場が同一周波数に調整された受信コイルに電流を誘導する；

まだ成熟技術ではありませんが、WPTはEV普及を妨げてきた多くの制約を克服できる可能性があります [12]。

誘導技術は以下のような多くの利点を提供できます [13]：

バッテリー航続距離の増加、すなわち航続距離不安の軽減；
バッテリー小型化と高速充電、すなわち機動性の向上；
ドライバーが汚れたり潜在的に危険なケーブル（雨、ケーブル、破壊行為など）を扱う必要がなく、充電プロセスが容易。

ワイヤレス充電用e-ロード

電気道路（e-ロード）はSFのビジョンのように見えますが、我々が思うより速く現実化しつつあります。e-ロードは、理論上、走行中の無制限のEVをワイヤレスで充電でき、充電ステーションのボトルネックを回避できます [6]。

e-ロードに実装される近接場WPT技術は、高電力だが限定されたエアギャップ距離で受信デバイスに誘導的に電力を供給できます。過去10年間で、WPTシステムの充電電力、伝送距離、効率、安全性において著しい進歩があり、実用化が大きく前進しました [14]. さらに、動的充電のために道路全体を配線することは、多数の電気自動車に大型バッテリーを搭載するよりも持続可能かもしれません [13]。

e-ロード建設技術は開発中で、現場施工型とプレハブ型があり、以下のように分類されます [15]：

トレンチベース方式（路盤層または路面フラッシュ施工）；
マイクロトレンチ方式（路盤のみ掘削）；
フルレーン置換（フルレーン幅で路盤層または路面フラッシュ施工）；
プレハブフルレーン幅（路盤層または路面フラッシュ）。

トレンチベースとマイクロトレンチベースの建設オプションの潜在的メリットには、設置期間の短縮（フルレーン幅施工と比較）、掘削廃棄物量の低減、e-ロードシステムへのメンテナンスアクセス容易さが含まれます [16]。

e-ロードを可能にするイネーブラ材料

e-ロードが現実になるのは、WPTをEV充電システムとして採用可能にする特定材料の磁気特性のおかげです。磁化可能材料、コンクリート、アスファルトの使用は輸送セクターに多くの機会を開きます [16]。

「Talga」と「Betotech」によるコンクリート導電化ソリューションは、業界標準セメントにプリスタイングラフェン、グラファイト、鉱石処理のシリカ豊富な副産物を添加することで可能です [17]。このグラフェン強化コンクリートは、0.05 Ω·cmという低電気抵抗率で高導電性です。同程度の乾燥状態では、セメントモルタルは驚異的に高い約1,000,000 Ω·cmの一般抵抗率を持ちます。

グラフェンの興味深い代替案は、「Magment」が提案するもので、磁化可能コンクリート材料（セメントまたはアスファルトベース）で、磁性フェライト粒子を骨材として使用し、高周波電流誘導時に磁気特性を得ます。これは従来コンクリートの機械的特性を維持する特許技術で、従来の道路建設慣行と完全に互換性があります。

WPTには、磁場を制御するための異なる磁性層が必要です。受信側へ磁場を導き、地面側へ制限するためです。

エンジニアードメタマテリアル（MM）を使用することで、電磁波を操作して送信コイルの効率を優秀にできます。

特にMagmentの技術では、磁化可能コンクリート基板の下に反磁性メタマテリアル（DM）層を、コイル上にフィールドフォーカシング（FF）層を配置します [17]。

このコンクリートは、セラミックフェライト製造の廃棄物と急増する電子スクラップのリサイクルから主に得られる磁化可能骨材をほぼ87%含みます。フェライトは、マンガン、亜鉛、カルシウム、アルミニウムなど自然界に豊富な様々な金属元素の酸化鉄で構成されるセラミック材料です。注目すべきポジティブな側面は、フェライト粒子がフェライト産業からのリサイクル材料と急速に増加する電子廃棄物から主に得られることです。ただし、それらの電磁特性は未知の場合があります [18]。

e-ロードの技術的側面

e-ロードは、埋め込まれた技術デバイスのため、従来道路より構造的に複雑です。e-ロードの耐久性と最小限のメンテナンスは、実装の重要な要素です。 路面はたわみや轍に対する高い機械的抵抗を提供しなければなりません。性能寿命50〜60年のコンクリート道路は、必要な長期耐久性を満たせます。しかし、e-ロードは最適化のために更なる研究を必要とします。

WPTベースのe-ロードシステムで最も重要なコンポーネントは、コンクリートモジュールとパワーエレクトロニクスで構成される充電ユニット（CU）スラブです。これには導電コイルと磁性フェライトなどの充電システムが含まれます。

e-ロードの構造的完全性向上は極めて重要です。これには高品質コーティング、応力緩和メンブレンやファブリック、重要インターフェースでのプラグジョイント材料、補強材料、アスファルトオーバーレイのグラデーションなどが含まれます [15][16]。

適用シナリオ

誘導充電技術（静的、準静的、動的）は多様な適用シナリオで採用可能です。

静的充電技術は、駐車場、バスターミナルでのバス駐車、積み下ろし中の貨物車に採用可能。準静的充電技術は、タクシー乗り場でのタクシー待機、バス停でのバス停車、交差点での車両停車に採用可能。動的充電技術は、専用充電レーンを持つ高速道路と都市道路に採用可能 [2]。

WPTは有効な技術であることが実証されており、特に公共交通と物流分野で近い将来に採用される可能性が最も高いです。

バッテリーのコストと自律性は、電気バスと貨物車両の艦隊採用において依然として関連する制約です。 しかし、これらの車両は常に同じ経路を辿るため、WPT動的充電技術の恩恵を最大限に受けられます。さらに、この技術によりバッテリー容量を最大70%削減できると推定されています。これにより、車両総重量が減少し、バッテリー性能が延伸されます。

誘導充電は、2003年からイタリア・トリノ、2010年からオランダ・ユトレヒトでバスを稼働させています。韓国、イスラエル、ドイツも公共電気バスの動的充電輸送ネットワークを成功裏に実装しています [12][13][19]。

一方、ノルウェーは長距離重貨物輸送の動的充電実装に注力しており、ノルウェー道路の5%を電化すれば、重量車両からの排出をほぼ半減できると見込んでいます [6]。

タクシーは通常、空港、鉄道駅、ホテルなどの戦略的場所で待機または駐車する必要があります。プラグイン技術ではタクシーが数時間駐車に縛られます。ワイヤレス技術はこの重要な制約を克服できます。

オスロは世界初の動的WPT実装都市になる予定で、タクシー乗り場での低速移動列走行中に電気タクシーを充電可能にします [22][23]。

さらに、物流分野では、電動フォークリフトやグランドサポート機器（GSE）が、充電のために停止することなく選択ルートでWPTの可能性を活用できます [14][17]。

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