バイオチャーセメントスーパーキャパシタの電気化学性能とエネルギー貯蔵・持続可能インフラへの応用；米国・ロシア・中国における小型モジュール炉導入の国家産業アクターネットワーク比較分析

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a novel proof-of-concept for biochar-cement energy storage and a comparative framework for SMR deployment policy.

🏢実務担当者:Construction and energy firms can explore biochar-cement for carbon sequestration and storage; nuclear industry stakeholders can learn from SMR licensing and financing models.

🏛政策担当者:Offers evidence that strong state backing and streamlined regulation are critical for SMR deployment; suggests strategies for US and other countries.

気候変動と世界的なエネルギー需要の増大により、低炭素かつ拡張可能なエネルギーシステムへの必要性が高まっている。この課題に対処するには、新技術の開発とともに、それらを大規模に展開できる財務的、規制的、政治的なシステムが必要である。私の2つの論文プロジェクトは、この課題の二面性に対処するものである。私の技術研究は、バイオマス由来の持続可能な炭素源であるバイオ炭の添加を通じて、セメントをスーパーキャパシタに変換できるかどうかを調査するものである。このプロジェクトは、2つの気候関連の懸念に同時に対処する。第一に、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源は断続的であるため、発電量が少ない期間にはエネルギー貯蔵が必要となる。第二に、セメント生産は世界の二酸化炭素排出量の約8%に寄与しており、一方でバイオ炭の使用は炭素隔離を可能にし、セメント使用量を部分的に削減できる。この技術研究を補完するものとして、私のSTS研究は、原子力エネルギーの一形態としての小型モジュール炉（SMR）のスケールアップを検討するものである。具体的には、資金調達構造、規制認可プロセス、および国家エネルギー政策が、米国、中国、ロシアにおけるSMRの展開をどのように形成するかを、それぞれNuScale Power Module、玲龍一号、アカデミク・ロモノソフの事例を通じて調査する。私の技術論文は、電気エネルギーを貯蔵できるスーパーキャパシタを生成するために、バイオ炭をセメントマトリックスに組み込むことの実現可能性を探求した。このプロジェクトは、石油副産物由来の炭素添加剤であるカーボンブラックを使用したセメントベースのスーパーキャパシタを実証したMIT ec³ハブの先行研究に触発されたものである。バイオ炭は、バイオマス源から生成されるため、カーボンブラックよりも持続可能な代替品として選択された。バイオ炭はその後、試験前にガラス繊維セパレータで分離され、塩化ナトリウム（NaCl）電解質で飽和された2つのセメント-バイオ炭電極からなる組み立てセルに組み込まれた。セルの電気化学的性能を評価するために、サイクリックボルタンメトリー（CV）を使用して静電容量を推定し、電気化学インピーダンス分光法（EIS）を使用してコンダクタンスを測定した。その後、実験データを処理して静電容量とコンダクタンスの値を抽出するためにMATLABスクリプトが開発された。粒径75ミクロン未満の針葉樹由来のバイオ炭を使用して、単一セルは約1ファラッドの静電容量と0.015ジーメンスのコンダクタンスを達成し、中程度の導電性を伴う有望な電荷貯蔵を示した。直列に接続された3つのセルは、合計約0.33ファラッドの静電容量と、赤色LEDに推定20秒から100秒間電力を供給するのに十分な電圧を生成した。これらの結果は、バイオ炭がセメント系材料において充放電挙動を可能にするという概念実証を示している。しかし、大規模実装のための静電容量を増加させるには、材料選択と製造における大幅な改善が依然として必要である。将来の研究では、代替のバイオマス原料を評価して、静電容量とデバイス全体の性能をさらに向上させることができる。私のSTS研究は、資金調達構造、規制認可プロセス、および国家エネルギー政策が、米国、中国、ロシアにおけるSMRの展開にどのように影響するかを探求した。アクターネットワーク理論を用いて、この研究はSMRの展開を人間と非人間のアクタント間の関係の結果として検討した。人間のアクタントには、政府、規制当局、電力会社、投資家、および原子炉開発業者が含まれ、非人間のアクタントには、政策枠組み、資金調達メカニズム、認可手続き、および原子炉技術自体が含まれた。具体的には、中国とロシアは、それぞれ玲龍一号とアカデミク・ロモノソフの完成によって示されるように、米国よりも強力な国家主導の調整を示した。中国では、玲龍一号は第12次五カ年計画の重要プロジェクトに指定され、設計段階で約1億ドルの資金を受け、13ページから62ページの範囲の規制枠組みを通じて合理化された認可を受けた。ロシアでは、アカデミク・ロモノソフは、ロスアトムによる原子力産業の垂直統合的管理の下で前進し、2019年にロステフナゾールから10年間の運転許可を受け、約7億4000万ドルの政府資金によって支援された。対照的に、米国のNuScale Power Moduleは、従来型原子炉向けに設計された規制枠組みに直面し、その結果、12,000ページの設計認証申請書となった。エネルギー省（DOE）、原子力規制委員会（NRC）、NuScale、および電力会社などのアクタント間の優先順位の違いが、断片化されたアクターネットワークを生み出した。93億ドルの予想建設費、14億ドルの連邦支援と30ドル/MWhの税額控除のみ、そして不十分な電力会社の購読者数により、最終的にプロジェクトは中止された。この研究は、米国がSMR展開で競争するためには、中国やロシアの政治システムを複製する必要はないと結論付けた。その代わりに、小型モジュール炉に関するより明確な長期的な国家エネルギー政策を提供し、先進原子炉に特化した認可プロセスを創設し、より大きな政府資金を通じてそのようなプロジェクトの財務リスクを軽減しなければならない。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Climate change and the rising global energy demand have intensified the need for energy systems that are both low-carbon and scalable. Addressing this challenge requires both the invention of new technologies and the financial, regulatory, and political systems capable of deploying them at large scale. My two thesis projects address the dual nature of this challenge. My technical research investigates whether cement can be transformed into a supercapacitor through the addition of biochar, a sustainable carbon source derived from biomass. This project addresses two climate-related concerns simultaneously. First, renewable energy sources such as solar and wind are intermittent and therefore require energy storage during periods of low generation. Second, cement production contributes approximately 8% of global carbon dioxide emissions, while the use of biochar enables carbon sequestration and can partially reduce cement usage. Complementing this technical research, my STS research examines the scaling of small modular reactors (SMRs) as a form of nuclear energy. Specifically, it investigates how financing structures, regulatory licensing processes, and national energy policy shape SMR deployment in the United States, China, and Russia through the cases of NuScale Power Module, Linglong One, and Akademik Lomonosov, respectively. My technical thesis explored the feasibility of incorporating biochar into a cement matrix to create a supercapacitor capable of storing electrical energy. This project was inspired by prior research from MIT ec³ hub, which demonstrated a cement-based supercapacitor using carbon black, a carbon additive derived from petroleum byproducts. Biochar was selected as a more sustainable alternative to carbon black because it is produced from biomass sources. The biochar was then incorporated into an assembled cell consisting of two cement-biochar electrodes separated by a glass fiber separator and saturated with a sodium chloride (NaCl) electrolyte prior to testing. To evaluate the cell’s electrochemical performance, cyclic voltammetry (CV) was used to estimate capacitance, while electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to measure conductance. MATLAB scripts were then developed to process the experimental data and extract the capacitance and conductance values. Using biochar derived from a softwood source with particle sizes below 75 microns, a single cell achieved a capacitance of approximately 1 farad and a conductance of 0.015 siemens, indicating promising charge storage with moderate conductivity. Three cells connected in series produced a total capacitance of approximately 0.33 farads and sufficient voltage to power a red LED for an estimated 20 to 100 seconds. These results demonstrate a proof of concept that biochar enables charge-discharge behavior in cementitious materials. However, significant improvements in material selection and fabrication are still necessary to increase capacitance for large-scale implementation. Future research could evaluate alternative biomass feedstocks to further improve capacitance and overall device performance. My STS research explored how financing structures, regulatory licensing processes, and national energy policy influence SMR deployment in the United States, China, and Russia. Using Actor-Network Theory, the study examined SMR deployment as the outcome of relationships among human and non-human actants. Human actants included governments, regulators, utilities, investors, and reactor developers, while non-human actants included policy frameworks, financing mechanisms, licensing procedures, and the reactor technologies themselves. Specifically, China and Russia demonstrated stronger state-backed coordination than the United States, as shown by the successful completion of Linglong One and Akademik Lomonosov, respectively. In China, Linglong One was designated as a key project in the 12th Five-Year Plan, received approximately $100 million in design-phase funding, and experienced streamlined licensing through a regulatory framework ranging from 13 to 62 pages. In Russia, Akademik Lomonosov advanced under Rosatom’s vertically integrated control of the nuclear industry, received a ten-year operating license from Rostekhnadzor in 2019, and was supported through approximately $740 million in government funding. In contrast, the United States’ NuScale Power Module faced a regulatory framework designed for conventional reactors, resulting in a 12,000-page design certification application. Different priorities among actants such as the Department of Energy (DOE), Nuclear Regulatory Commission (NRC), NuScale, and utilities created a fragmented actor-network. Projected construction costs of $9.3 billion, only $1.4 billion in federal support alongside a $30/MWh tax credit, and insufficient utility subscribers ultimately resulted in the project’s cancellation. The study concluded that for the United States to compete in SMR deployment, it does not need to replicate the political systems of China or Russia. Instead, it must provide a clearer long-term national energy policy for small modular reactors, create a licensing process specifically for advanced reactors, and reduce the financial risks of such projects through greater government funding.

• openalex https://doi.org/10.18130/xsba-cz73first seen 2026-05-29 04:47:34 · last seen 2026-06-07 04:32:26