「静かなる基幹インフラ：アディティブ・マニュファクチャリングが世界の電力網に新たな活力をもたらす」

2026年4月1日 | 読了時間：4分

 

世界のエネルギー情勢は、「設備利用率」と呼ばれる概念に支えられています。この指標は、発電所の実際の発電量を、その理論上の最大発電能力と比較して測定するものです。米国では、原子力発電が電力系統において揺るぎない主力電源としての地位を占めており、驚異的な93％という設備利用率を維持しています。比較のために言えば、天然ガス発電の設備利用率は57％前後で推移しており、風力や太陽光発電は25％から35％の間で変動しています。

原子力業界が信頼性の「最後の1％」の差を埋めるために奮闘する一方で、石油・ガス業界は別の難題、すなわち在庫税との戦いに直面している。エクソンモービルのような企業は、世界中の倉庫に予備部品を保管しておくために数十億ドルを費やしている。ポンプのインペラーなど、こうした部品の40％は、一度も使用されることなく放置されることがよくある。それらは、陳腐化するまでただ埃をかぶり、税金を払うだけの存在となっている。

今日、積層造形（AM）はこれら両方の課題に対する解決策を提供しており、かつてはプロトタイピングの分野における新技術に過ぎなかったものが、今や世界のエネルギー安全保障を支える重要なインフラへと変貌を遂げつつある。

 

最後の1%への追求

原子力産業において、「これで十分」という概念は存在しない。ウェスチングハウス・ニュークリアは、高性能な発電所と完璧な発電所を分ける、ごくわずかな稼働停止時間を解消するために、AM（アディティブ・マニュファクチャリング）を活用している。 ウェスチングハウスのグローバルAMプログラムリーダーであるアダム・トラビス氏は、「Design for Purpose（目的指向設計）」と呼ぶ哲学を提唱している。同氏は、エンジニアは「Design for Additive Manufacturing（DfAM：積層造形向け設計）」という制約的な考え方を脱却すべきだと主張する。その代わりに、従来の製造上の制約という重荷を負うことなく、AMを活用して部品の究極的な機能目標を実現すべきだという。

この哲学の主な対象は、「リーカー」問題である。リーカーは、冷却水ループ内の微細な異物が燃料棒を摩耗させ、ウランペレットを露出させることで発生する。わずか5mmのワイヤー1本で、このような故障を引き起こす可能性がある。 従来、フィルターの性能が向上すると「圧力損失」が増大し、その結果、発電所の全体的な効率が低下していました。しかし、ウェスティングハウスは沸騰水型原子炉向けに「ストロングホールドAMフィルター」を開発しました。AM技術を用いて複雑で曲がりくねった内部流路を形成することで、従来の性能の劣るモデルと同等の圧力損失を維持しつつ、5mmの異物を100%ろ過することに成功しました。

 

「目的志向のデザイン」アプローチの理解

この「目的志向設計」のアプローチにより、加圧水型原子炉用の積層造形ボトムノズル（AMBN）も開発されました。この安全関連部品は、洗練された3Dメッシュ構造を採用しており、従来品に比べて破片の捕捉効率が13倍向上しています。

この革新により、破片のろ過効率は65%から驚異的な96%へと向上しました。これらの部品は単に複雑であるだけでなく、「安全関連」に分類されます。これは原子力分野において、航空宇宙分野の「飛行に不可欠な」と同等の厳格さを伴う分類です。

 

デジタル・ウェアハウス

ウェスティングハウスが流体力学に注力する一方、エクソンモービルは「デジタル・サプライ・ネットワーク」を通じてサプライチェーンの再構築を進めている。エクソンモービルのバトンルージュ地区における積層造形（AM）担当責任者であるクリストファー・ビーソン氏は、この大規模な戦略転換を統括している。エクソンモービルは、ヒューストンとニュージャージーにある本社集中型研究所から、各現場へ直接AM技術を展開する体制へと移行した。この移行により、AMは単なる研究プロジェクトではなく、実用段階に入った「即戦力」の技術として位置づけられている。

その目的は、「デジタル倉庫」を構築することで、実物在庫にかかるコストを削減することです。エクソンは、シェルやコノコフィリップスといった競合他社も非知的財産（IP）の3Dモデルを共有する業界共同クラウド「Field Node」に参加しています。 エクソンの施設でポンプのボリュートが故障した場合、シェルがそのモデルのスキャンと検証をすでに完了していれば、エクソンはそのファイルにアクセスして直ちに印刷することができます。この協力体制により、数ヶ月に及ぶリバースエンジニアリングが不要となり、従来の鋳造品に典型的な12ヶ月のリードタイムを回避できます。

 

デジタルパスポートの有効性

これを円滑に進めるため、業界では国際石油・ガス生産者協会（IOGP）を通じて「デジタルパスポート」の導入を進めています。このパスポートでは、デジタル準備度レベル（DRL）を活用し、材料の硬度から表面仕上げの仕様に至るまで、ベンダーが必要とするすべての情報がファイルに含まれていることを保証します。

ビーソン氏は、目標は「ワンクリック」で見積もりを依頼できるようにすることであり、これまで数年かかっていたサプライチェーンの遅延を、デジタル化によって数週間で処理できるようにすることだと指摘している。

 

プロトタイピングを超えて：実運用におけるマイルストーン

2023年、原子力産業におけるAMの役割は、地政学的な転換点を迎えた。VVER型原子炉として知られる東欧の原子炉の多くは、もともとロシアからの燃料供給に依存していた。2022年のウクライナ侵攻を受け、ウェスティングハウスはAMを活用し、わずか18ヶ月で西側諸国製の燃料流路板を開発・認定した。

このプロジェクトは、コストと性能の面で、AMが従来の機械加工に勝ることを実証しました。ウェスティングハウスは9つの部品を2つの単一部品に統合し、溶接箇所をなくすことで構造強度を向上させました。2024年までに、同社はこのプロジェクト向けに製造した安全関連のAM部品が1,000個に達したことを記念しました。これは、世界で最も規制の厳しい産業の一つにおいて、真の量産が実現したことを示しています。

エクソンモービルは、より小規模な汎用品の分野でも同様の成果を上げています。ビーソン氏は、従来は4つのねじ込み部品を仮止めする必要があったため540ドルかかっていた特定の機械加工部品を例に挙げています。AM（アディティブ・マニュファクチャリング）を用いてこの部品を一つの塊として一括印刷することで、コストは196ドルまで削減されました。国の電力網の安定化であれ、単一のバルブ部品で344ドルのコスト削減であれ、AMのビジネス上のメリットはもはや否定できないものとなっています。

 

次のフロンティア

エネルギー分野におけるアディティブ・マニュファクチャリング（AM）の進化は加速しています。エクソンモービルは、1930年代に製造された旧式のコンプレッサーの3Dスキャンから、大型部品向けのワイヤーアーク積層造形（WAAM）などの先進技術の導入へと移行しています。高さ5フィートの鋳鉄製交換部品は、かつては数年かかっていたリードタイムが、今では数週間で済むようになりました。

一方、ウェスティングハウスは宇宙への展開を目指しています。同社は、10年にわたるAM（アディティブ・マニュファクチャリング）の経験を、eVinciマイクロリアクターやAP300小型モジュール炉に応用しています。おそらく最も注目すべきは、NASAと共同で進めている月面用核分裂表面発電プロジェクトでしょう。このプロジェクトは、原子力工学とAMの典型的な活用事例を融合させたもので、宇宙旅行のための軽量化を図りつつ、月面基地に信頼性の高い電力基盤を確保することを目指しています。

 

未来を築く：世界のエネルギー供給における安全上極めて重要なツールとしてのAM

3Dプリンティングを「趣味や小物作り」に利用する時代は終わった。ビーソンとトラヴィスが示すように、AM（積層造形）は、世界のエネルギー安全保障を支える、成熟した安全性が極めて重要なツールへと進化した。バトンルージュの深部にある製油所から、月面における将来的な前哨基地に至るまで、AMは従来の製造方法では到底及ばないスピード、設計の自由度、そして信頼性を提供している。

エネルギー業界がAM（アディティブ・マニュファクチャリング）を導入するかどうかという単純な議論の段階はとっくに過ぎ去りました。今や重要なのは、業界のリーダーたちが、安定した低炭素電力に対する世界的な需要の高まりに応えるべく、どれほどのスピードでAMを拡大・普及させられるかという点です。EOSは、その変革を支援する準備が整っています。当社のチームは、事業者やOEMと連携し、原子力、石油・ガス分野における安全性が極めて重要な用途向けに、AMの産業化に取り組んでいます。

認証済みの品質、効率的な物流、そしてエネルギーインフラに求められる確かな信頼性を提供する、ターンキー方式の積層造形ソリューションについて、ぜひお問い合わせください。

 

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