迫りくる銅不足：アルミニウムかカーボンナノチューブが救いか？

Jun 13, 2023

1960 年代または 1970 年代初頭の住宅でアルミニウムの配線に対処しなければならなかった人にとって、配線にアルミニウムが使用されていると笑顔になる可能性は低いでしょう。 火災やその他の事故の背後にある原因は無数にあり、その中には、アルミニウムの高い熱膨張、酸化アルミニウムの電気絶縁性、ねじったときのアルミニウムの一般的な脆さへの対処の失敗が含まれていました。

銅は導電性と設置の容易さの点でアルミニウムよりも優れていますが、銅の価格は 1970 年代以来高騰しており、まさに月に飛び立つ寸前です。 その大きな理由は、風力タービンや電気自動車の大規模導入によって、エレクトロニクスや電気モーターから発電機に至るまであらゆるものにおける銅の使用量が増加していることです。

世界が電気自動車の使用と風力タービンの設置を大幅に拡大しようとしているため、銅の需要は現在の銅の供給を上回ると予測されています。 その結果、アルミニウムが大きな利益を生む可能性が高いため、銅被覆アルミニウムやカーボンベースの代替品の使用など、現代のアルミニウムベースの配線を検討する価値があります。

振り返ってみると、以下の過去 45 年間の銅価格のグラフからわかるように、1960 年代と 1970 年代の銅価格はまだそれほど悪くはありませんでした。

これらの価格上昇は主に、電気自動車や風力タービンに対する需要の増加によって引き起こされており、今後数年間でその需要は加速し、既存の供給にさらなる圧力をかけることが予想されます。 USGS は、おそらく未発見の銅資源を特定しましたが、これには採掘事業の確立が必要であり、すべての銅鉱石を経済的に採掘して生の銅に変えることができるわけではありません。

今年初め、国際エネルギー機関（IEA）は、エネルギーの低炭素源への移行における重要な鉱物の役割に関する報告書を発表した。 このレポートから抜粋した以下の画像では、ソースの種類ごと、定格出力容量ごとの相対的な金属要件と、従来の (ICE) 車と比較した電気自動車 (EV) の材料要件を確認できます。

一方、現在の持続可能な開発政策を同時に考慮した銅の予想需要曲線は、現在の銅鉱山の生産量と予想される新規採掘事業と対比して、以下の図のようになると予想されます。

当然のことながら、このような政策の多くは 2000 年頃に施行されて以来、他の産業からの需要の増加と並行して、銅の価格は着実に上昇しており、将来の住宅所有者が銅線を設置するかアルミニウム配線を設置するかを決定するに至った 1960 年代の高値をはるかに超えています。

このままでは、数年以内に銅の一般的な使用は終わりを迎え、簡単に入手できるようになるかもしれません。 同時に、銅の特性が特定の用途には最適であるため、代替品で問題ない他の用途については、別の用途を検討する必要があるかもしれません。 これはおそらく、家の配線から顧客の電子機器に至るまで、あらゆるものがすぐに銅市場から値上がりする可能性があることを意味します。 代替品にはどのようなものがありますか?銅との比較はどうですか?

銅はさまざまな理由で電気配線に好まれていますが、その中でも特に優れた熱伝導性と電気伝導性が挙げられます。 これが、銅がヒートシンクや住宅と電気機器の電気配線に好まれる材料である理由です。 比較すると、純アルミニウムの導電率は断面で銅の 61% にすぎません。

しかし、アルミニウムには銅よりも大きな利点が 1 つあります。それは、室温での銅の密度が 8.96 g/cm3 であるのに対し、アルミニウムは 2.70 g/cm3 であるため、質量で 2 倍の導電性があることです。 このため、送電配線や配電配線など、重量がより重要視される用途に使用されます。 特に、鉄塔間に大きなケーブルの束を配線する場合、アルミニウムのコンダクタンス対重量比が高いため、大きな利点が得られます。