Mg Soleil Project-4

I.         Introduction
1.1      Solar energy and Magnesium
1.2      Magnesium Smelting
1.3      Magnesium
1.4      Magnesium Fuel Cell (MgFC)

1.3      Magnesium
Magnesium is one of future metal materials.
The magnesium resources are almost limitless and eternally available. The magnesium materials that are mainly and currently smelted: seawater (MgCl2), underground salt water, dolomite (MgCO3･CaCO3), and magnesite (MgCO3).
Magnesium has excellent properties as the practical metal material. It is the lightest of the metal materials.
Further, it has excellent properties of specific strength, specific rigidity, vibration absorption, machinability, and depression resistance when compared with those of other metal materials.
Of the demand items of magnesium, the die casting product for automobiles exhibits a sharp increase of demand. This is the world trend.  The trend will be more and more intensified in future. The demand item of magnesium as an additive to the aluminum based alloy (around 40%) is the largest one at present.
Prof. Kohama has long engaged the development of the next generation high speed transport system (AeroTrain). Flame- retardant magnesium alloy (Mg-Al-Ca, developed by AIST) is used for making the train body.
The renewable energy- based power generators, such as solar battery and wind power, suffices for powering the train.
ART003  (AeroTrain movie): Fuel consumption amount = less than the half of that by Shinkansen, and = less than 1/5 of that by Linear Motor Car.

1.4      Magnesium Fuel Cell
The magnesium fuel cell (MgFC) has been developed in such a level as to be operable as an emergency-use battery. The MgFC for automobiles is under development. The MgFC belongs to the category of the metal – air battery.
Negative electrode = magnesium alloy containing aluminum and calcium
Electrolytic solution = one selected from among sodium chloride solution, sodium hydroxide solution, sodium bicarbonate solution, and sodium percarbonate solution.
The positive electrode uses oxygen as an active material. Oxygen is taken into the battery though the positive electrode from external air. The MgFC successfully solved the self-discharge problem inherent to this type of the battery.
No self-discharge problem enables the magnesium-air battery to continuously operate. This fact is technologically significant. The MgFC has a mass energy density of 2.6 kWh/kg. The figure is 10 times larger than that of the lithium battery. MgFC is capable of powering the vehicle 500 km with 20 kg of magnesium.
The MgFC is scalable and its scale is expandable as intended. MgFC plants that can satisfy the whole electric energy consumed by the nation may be constructed. Prof. Kohama advocates swiftly energy- shifting from the traditional energy such as nuclear energy and fossil energy to magnesium fuel energy. He made a rough estimate of the building cost of a 1,000,000 kW magnesium plant at about 1000 Oku- Yen. Its details consist of about 500 Oku-Yen (magnesium smelting plant) and about 500 Oku-Yen (MgFC plant). 1000 Oku-Yen is lower than the half of the nuclear power plant.

1.3 Magnesium
マグネシウムは未来金属である。
マグネシウム資源はほぼ無限である。約 800 トンの海水に１トンの割合でマグネシウムが存在する。
現在、主に使用されるマグネシウムの精錬原料：海水(MgCl2)、地下かん水、ドロマイト(MgCO3 ･CaCO3)およびマグネサイト(MgCO3)。
その実用金属としての特性は非常に優れている。金属の中で最も軽い。比強度、比剛性、振動吸収性、切削性、耐くぼみ性などにおいても、他金属に比べて優れている。放熱特性がよく、電磁波に対してのシールド性がよい。 マグネシウムの需要項目の中で自動車用ダイカストの伸びが大きい。これは世界的な 傾向である。今後これは強まってゆく。アルミニウムをベースとした合金種への添加材（全体の約40%）、これが現在の最大の需要先である。
Prof. Kohama は次世代高速輸送システムの開発に長い間携わっている。 この車体に難燃性マグネシウム合金（Mg-Al-Ca合金、産総研九州センターが開発）を使用している。輸送体の駆動は太陽電池などの自然エネルギーによる発電電力で間に合う。 ART003 号機 (走行試験動画)。燃料消費量 = 新幹線の半分以下、リニアの 1/5 以下。

1.4 マグネシウム燃料電池
マグネシウム燃料電池（MgFC）は緊急用電池としては利用可能なレベルにある。自動車用   MgFCに向けて開発を進めている。後で詳しく述べる。マグネシウム燃料電池は金属―空気電池の一種。
負極材 = アルミニウム及びカルシウムを含有するマグネシウム合金電解液 = 塩化ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム水溶液、及び過炭酸ナトリウム水溶液からなる群から選ばれる少なくとも１つ。
陽極は酸素を活物質として使う。空気を陽極から取り入れて空気中の酸素を利用する。このMgFCは自己放電の問題を解決した。この種電池の持続動作を可能にした。意味は大きい。MgFC の理論エネルギー貯蔵量 2.6Ah/g。リチウムイオン電池の 10 倍以上。車に適用した場合、重量２０ｋｇで５００ｋｍ の走行が可能。
MgFC は scalable であり、用途に合わせて規模を拡大できる。日本国内の全必要エネルギーをマグネシウム燃料電池で賄える。Prof.   Kohama   は原子力・化石燃料からマグネシウム燃料へのエネルギーシフトを早急に行うべきとしている。 100 万 kW 級マグネシウムプラントの建設費は約 1000億円。 内訳は１）約 500 億円 = Mg 精錬プラント ＋ 2) 約 500 億円 = Mg 燃料電池プラント。 原発の半分以下。