身近なグリーンエネルギー

ボ２－

今週は、新しいエネルギーを紹介しません。

これまでの十回のブログで、色々な再生可能エネルギーを紹介し、世界の環境問題から一番大きい発電所まで取り上げました。皆さんはどう思いますか。面白かったですか。ブログを書いていて、たくさんの情報を探し、深い知識を習い、私は楽しめました。
 
実はこのテーマを選んだ理由は、これまでの旅行にありました。日本を旅した時、パナソニックのソーラーアークという建物が目に入りました。左は、私が新幹線の中から撮った写真で、実際の建物はとても大きいと思います。色が地味ですけど、低い建物に囲まれて、とても目立ちます。これを見て、私は興味を持ち、写真を手がかりにインターネットで調べました。これは２００１年に建てられた世界最大の太陽光発電システムの一つです。ソーラーパネルは唯一の形だけじゃないことが分かりました。

今年の夏、中国の江西に行った時、右の写真にある小さいウィンドファームを見ました。自然エネルギーは思った以上身近にあります。
 
これはEALS501の最後のブログですけど、私には、このテーマがこのまま終ることがありません。これからも新聞とか文章を読んで、知識を深めたいと思います。もしもっと新しい情報が出来たら、自分のブログに書くかもしれませんよ。期待してください。

塩分濃度差発電

ボ２－

今週、このブログでの最後の再生可能エネルギー、「塩分濃度差発電（えんぶんのうどさはつでん）」を紹介します。

皆さんは浸透（しんとう、英：OSMOSIS）という物理現象を知っていますか。例えば、動植物の細胞（さいぼう）の中に、薄い膜（分離膜（ぶんりまく）という）が外の元素（カリウムとか、ナトリウムとか）に合わせて、細胞内外の環境を同じように調節（ちょうせつ）します。そのため、高濃度液体（こうのうどえきたい）は低濃度液体に流れて、濃度が同じになるまで、液体が流れ続けます。これは自然力の一種です。塩分濃度差発電の原理はまさにこれです。大きい容器の中で同じ容量の塩水と淡水を入れて、薄い膜を使ってこの二つの液体を離します。塩水は高濃度の塩分を含みますから、塩分は自然に低濃度の方（淡水の方）に流れます。その間、圧力が発生し、タービンも回して発電できます。この発電方法は浸透圧発電（しんとうあつはつでん）といいます。

塩分濃度差発電はたいてい河川水、地下水と海水を利用します。地下水と河川水は淡水で、海水は塩水の一種で、太陽光か電力で処理した後、塩分が上がり、電力を作り出します。実際の稼働率は太陽光と風力の四倍ぐらいで、キロワットのコストを計算すれば、塩分濃度差発電はとっても安いです。

使用された水をそのまま海に排出すれば、環境問題を起こします。塩水と淡水が混った水は普通の海水の成分と違い、海面か深海の環境を変えてしまいます。今は、海水の中間層に排出して、海の環境破壊を最小限に止めます。

日本には真水と海水の資源が多いから、この再生可能エネルギーの技術は発展の可能性が大きいです。だが、コストの理由により、まだ注目されていません。構成部品（こうせいぶひん、分離膜とか、タービンとか）がさらに進歩すれば、この技術がもっと広く使われると研究者たちが信じています。

振動力発電

ボ２－

振動力発電を初めて聞いた時、私は色々な質問がありました。どんな振動力が使われるのか、今この技術はどこで、どの程度使われているのかなど、特に気になります。振動力発電は自動車や鉄道の振動、工場の機械や橋の振動、ボタンを押す動きや足踏み（あしぶみ）、取っ手や柱などの揺れ、ドアを閉めたときの衝撃、波や水の流れなどで発電します。地震の振動で発電する発想まで出来ましたけど、実際に実用するのはまだまだ先です。

他のエネルギーと違って、振動力発電は大きい電力を作れないし、今はまだ実験階段で、小さい装置しか対象になっていません。だが、用途が広いです。車や人が通る照明、揺れると光る表示灯、無線センサー、リモコン、通報システムと、叩くと光る玩具や杖があげられ、どれも電池から解放されるのです。スーパーで買える手巻き（てまき）ライトは振動力発電の一例です。発電装置の中で、一番面白いは発電床（はつでんゆか）による電灯だと思います。発電床は振動力発電装置の最も基本的な仕掛け（しかけ）を利用しています。この装置を押すと、振動力（圧力）が働いて、小さい電力が発生します。例えば、暗い街に発電床を使う電灯を設置し、人が発電床を踏むと、電灯が点けられ、街が明るくなります。家の外に置けば、泥棒の防犯に利用できます。それに、非常口でこの装置を用意したり、都会の中にアートの形をしたこれを飾ったり発想もあります。この写真は発電床の原理を簡単に説明しています。

もっとも私をびっくりさせたのは、速水浩平という人（株式会社音力発電の代表）が発明した小さい音力発電システムです。速水氏は振動力発電分野の有名人で、彼の研究によると、振動の一種である音（人の声、音楽の音など）さえ電力を作り出すことができます。

このビデオは速水浩平氏が渋谷で振動力発電床を設置した実験の紹介です。この発電床は強い電力を作れないですけど、人の動きからエネルギーを生み出す発想はとっても面白いと思います。もっと速水氏の製品を知りたいなら、このウェブサイトを読んでください。

温度差エネルギー

ボ２ー

前回は雪などの特性を利用するエネルギー（雪氷熱利用）を紹介しました。今回は、色々な熱源を利用する再生可能エネルギー---温度差エネルギーを紹介しましょう。

温度差エネルギー（または温度差熱利用（おんどさねつりよう））というのは、気温、水源、廃水、地熱、工場の排熱などの熱からエネルギーを得ることです。今、この技術の主な利用方法には三つあります。一つはヒートポンプ、一つはクローズドサイクル型海洋温度差発電、もう一つはオープンサイクル型海洋温度差発電です。

ヒートポンプという技術はガスの拡張性（かくちょうせい）と収縮性（しゅうしゅくせい）を利用することです。閉じ込められた空間の圧力が上がれば、その空間の温度は上がり、逆に圧力が減れば、温度は下がります。この原理から、圧縮機（あっしゅくき）の中の冷たい気体を圧縮して高温ガス（蒸気）にし、この熱は給湯などに利用できます。そして、この蒸気が減圧され、冷たい空気に転換されれば、機械の温度を調節できます。冷たい気体は圧縮機に戻り、循環されます。加温と冷却（れいきゃく）の過程（かてい）で温度差エネルギーが生まれます。

クローズドサイクル海洋温度差発電とオープンサイクル海洋温度差発電は同じような技術ですが、オープンサイクルは直接に海水を使い、クローズドサイクルは低沸点物質（ていふってんぶっしつ、エタノールなど水の代わりになるもの）を使います。海洋表面の水は太陽光を吸い取り、温度が海底の海水より高いです。発電の仕組みの蒸発器（じょうはつき）は低沸点物質か海水を沸かして、蒸気を作ってタービン発電機を動かします。この熱い気体は、水面下２００メートル以下に送られ冷却されます。そして、蒸発器に戻ります。

実は、温度差エネルギーは発電だけではなく、海水を淡水に転換することもできます。蒸発器で水が沸かされて蒸気になります。その蒸気を集めたら、淡水が出来ます。もしこの技術を実用できれば、温室効果ガスの排放を止めるだけじゃなくて、世界の淡水不足の問題にも一つの解決がもたらされます。

雪氷熱利用

ボ２ー

雪氷熱利用（雪熱利用、雪冷熱エネルギー利用、雪氷冷房、雪冷熱冷房を含む）は、再生可能エネルギーの一種だと知っていますか。雪などの冷たい特性を直接に利用するのは雪氷熱利用です。

雪氷熱利用が他の再生可能エネルギーと違うところは、発電できないんことです。ただ、使い方は簡単で、発電機やタービンを動かす必要もありません。一般的に、雪氷熱は部屋の温度を調整するためで、工業にも使います。雪氷熱の利用形態には、空気循環方式（くうきじゅんかんほうしき）、融解水（ゆうかいすい）の熱交換による方式、冷凍機のヒートダウンによる方式（冷凍設備）があります。空気循環方式には、雪室や氷室などの自然対流方式と、全空気循環方式を使う雪冷房があります。自然対流方法は機械の必要がなく、雪を使って屋内の温度を保ちます。「全空気循環方式」は送風機を使い、雪冷房の空気を室内に送風します。雪解け水は、塵と水溶性ガスを除去してエアコンに使い、人間にも環境にもやさしいです。融解水と冷凍機のヒートダウンも雪解け水を使い、濾過して熱交換器で冷気に転換し、部屋や機械を冷めます。

今、雪氷熱は工業以外、農業にもよく使われています。農産物の鮮度保持と食品の低温発酵（ていおんはっこう）には特に安くて便利です。大雪が降ったら、それを貯雪ピットに集め、遮熱断熱（しゃねつだんねつ）シートで覆えば、夏まで保存できます。それで、電力を使わないで食べ物を新鮮に保ちます。

気候の理由により、日本の雪氷熱利用倉庫や冷房は大抵北海道にあり、新千歳空港にも雪冷熱供給施設があります。新千歳空港の貯雪ピットの面積は20000ⅿ²で、貯雪量は毎年120000～240000ⅿ³です。２０１0年から毎年５月から９月まで、この貯雪ピットから冷気が提供され、電力を節約するうえ、CO2の排出も削減されています。

雪氷熱エネルギーは他のエネルギーと違い、大雪が降る所でしか使えません。だが、廃棄もの（雪）を利用しするので環境には優しいです。もっと広く活用したいです。

バイオマス

ボ２ー

バイオマスというのは、化石燃料以外の、動植物性燃料などの資源です。実は、廃棄される紙、食品廃棄物、建設発生木材、黒液（こくえき）、下水汚泥（げすいおでい）、堆肥（たいひ）、農作物非食用部、林地残材（りんちざんざい）などは、どれもバイオマスです。今、５４％（湿潤（しつじゅん）重量）のバイオマス燃料は家畜の糞尿で、利活用（りかつよう）の仕向量（しむけりょう）も一番多いです。それもそのはず、バイオマスと言ったら、だれもがまずは畜産廃棄物（ちくさんはいきぶつ）を思い出しすのでしょう。

バイオマスの種類には、二つあります。一つは木など乾いた廃物で、もう一つは有機汚泥と食物の残渣などの濡れて発酵（はっこう）できる原料です。乾性（かんせい）の原料は、燃やして水を沸（わ）かし、蒸気（じょうき）を出して他の再生エネルギーのタービンと同じようにタービンの機械を動かします。湿る原料は、加温（かおん）して発酵させ、気体燃料を作り、燃やして蒸気を出します。後の手順は乾性原料の使い方と同じですけど、蒸気タービンを使いません。その代わり、ガスエンジンとマイクロガスタービンを使います。

バイオマスの最大な問題はじつは原料です。その一部分は農作物ですから、もし大規模に使えば、食糧はなくなり、市場での値段も上ります。開発途上国（かいはつとじょうこく）はより大きく衝撃を受けます。バイオ燃料の一つ、エタノールを開発した時、とうもろこしの値段は上昇し、各地で抗議（こうぎ）活動が起こりました。だが、バイオマスは直接に食料を使わないから、そんなに深刻な問題ではないと思います。それに、バイオマスの種類は一つだけではなく、他の代用を使うことも可能です。

今、日本のバイオマス発電所の規模は大きくないですけど、その技術は注目され、広く知られています。ですから、発電所は増え、2014年には40ヶ所上も数えました。とりわけ製糖会社の多い沖縄では、工場のバガス（サトウキビの残り）がよく利用されています。ただ、バイオマス燃料は臭い匂があるため、一般的に市内に建ちません。たいてい都市から遠く離れた所に建てられています。

今から、バイオマス発電の発展を期待したいです。

このウェブサイトには、機械稼働の様子を説明するイラストがあります。それから、バイオマスの短かな紹介ビデオです。

地熱発電

ボ２ー

皆さんは、地熱と聞けば、何を連想しますか。私は初めてこれを聞いた時、温泉を思い出しました。実は、温泉は地熱を直接利用する例の一つです。でも、地熱で発電ができることを知っていますか。

このイラストで分かるように、地熱発電には水が必要です。水の取り方はおもに二つです。一つ（左）は、地下の水が地熱で加熱されて、蒸気を作ります。もう一つ（右）は水を地熱源に送り、加熱されて蒸気になります。蒸気はタービンを動かし、電気が作られます。使用された水が、地中に戻され、くりかえし利用されます。そのため、クリーンエネルギーと呼ばれます。

いちばん早く地熱発電を利用したのは、1904年のことであり、イタリアのラルデレロという所でした。あの時、この技術を実験して、直後蒸気をタービンに入れました。1914年、同じ所で発電所を建てました。今、この発電所はいまでも世界中で三番目に大きいです。一番と二番は、アメリカのゲイサス発電所と、メキシコのセロプリエト発電所です。アメリカとメキシコの地熱発電量は世界中でトップです。フィリピン、インドネシア、ニュージーランド、アイスランドと、ケニアでも、この技術を使っています。

日本には火山が多いですから、地熱の資源も多いはずですけど、発電量はただの530MW、総発電量のわずか0.2％だけです。でも、実は世界の地熱発電用機器の67％は日本製で、その技術はレベルが高いことで有名です。そのメーカーの中には、東芝、富士電機、三菱などがあって、日本の得意分野です。

地熱発電で一番難しいのは、坑井の掘削です。坑井の位置と深さが重要です。地質によっては、小さい地震を起こす可能性さえあって、環境を壊しかねない。それに、掘削の範囲も大きいです。普通は1ｋｍ～5ｋｍまでですけど、コストとリスクは深さと共に増加します。工場を建てるまで、地表調査、坑井掘削調査、事業性調査、環境アセスメントなど、10年もかかります。

今世界では、地熱発電の発電率は0.3％だけで、効率も低いです。でも、地熱は永続的で、未来のエネルギーですから、非常に注目されています。

日本地熱協会のウェブサイトにはもっと情報があります。

潮力発電

ボ２ー

潮力発電（潮汐発電）というのは、海水の流れを利用する発電の技術です。海流発電と同じようですけど、潮力発電は湾口と、内海と、狭い川の一日四回の潮汐の力を使います。満潮の時、海水は流れ込み、発電機が推進されて、発電します。干潮の時も同じです。つまり、海水の落差が大きいほど、水力が大きいです。水力が0.5ｋｍ/ｓ以上となれば、発電機は動きます。

水力発電機と原理は大体同じですけど、潮力発電には独特の問題があります。機械は塩分で侵食され、海藻と魚介類で汚されます。潮力発電はまだ新しい技術ですから、継続させるには、コストが高いです。今の発電機が腐食に強い金属で作っていて、長時間で稼働できます。

世界中の潮汐発電所はただ七つしかなくて、2011年に建てられた韓国のシカ湖潮汐発電所は世界一の規模です。それまでの45年間、フランスのランス発電所がずっと一番でした。シカ湖発電所の発電量は254MWですが、世界一の太陽光（ソーラースターI、579MW）、風力（甘肃風力発電所、5160MW）、水力発電所（三峡ダム、22500MW）の発電量と較べれば、まだ小さいです。でも、発電機はどんどん改善されます。2020年まで、主にロシアとイギリスでもっと潮汐発電所が建てられ、世界の温室効果ガスの排出を削減できます。

今、カナダには潮汐発電所が一つあって、日本にはまだありません。ですが、この技術を試す人が多くなり、注目されます。日本には、鳴門海峡、津軽海峡、関門海峡などの地形が潮力発電に適応していて、これまで関門海峡で実験が行われました。しかし発電機の建設には繋がりませんでした。日本の会社ノヴァエネルギーは2010年から淡路島の明石海峡で実験し、2020年に潮力発電所を建てる予定をしています（TBSテレビ2010年10月17日放送、「夢の扉ー鈴木清美 潮流発電を成功させ、 日本のエネルギー 自給率を向上させたい」）。この他にも計画があります。例えば、長さは6メートルから14メートルのタービンを橋脚に設置し、発電をします。実験が成功すれば、日本の電力自給率がさらに上がります。

潮力発電の資料はまだ少ないですけど、もしもっと知りたいなら、ノヴァエネルギーのウェブサイトを読んでください。

水力発電

ボ２ー

皆さんは、水力と聞いたら、まずダムのことを思い出すでしょうね。じつは、ダムは水力の使い方の一つに過ぎず、ダムを使わない水力発電機もたくさんあります。原理は大体同じで、高い所から低い所に流れる水の力を利用します。水量と水の高さによって、発電機を動かします。水力は紀元前2000年ごろから使われています。あの時、電力がなかったから、農家たちは水車を製粉や機織りに利用しました。今、電力が作られるから、小さな水車はもうあまり意味がありません。発電機はますます大きくなり、フーバーダムや三峡ダムみたいな効率の高い発電所が建ちました。

今、世界で一番大きなダムはパキスタンのタルベラダムです。しかし、一番発電量が多いダムは中国の三峡ダムです。年間発電量は98.8TWhで、三番目の渓洛渡ダムの2倍ぐらいです。三峡ダムは2008年に出来たばかりですが、それよりずっと前、1940年ごろから、すでに計画されはじめました。一期目の工事は1993年から着工し、最後の三期目の完成は2009年で、他のダムよりだいぶ新しいです。当然、安全の問題はつねに大きな課題です。2003年にダムにひびが見つかり、安全性に大きな疑問が生じました。調査を続けるうちに、建設の質に問題がないことが明らかになりました。いうまでもなく、住民の安全はなによりも大事であり、しっかりと確認しておかなければなりません。

水力発電は便利ですけど、発電機は時々大きな事故を起こします。事故の原因は、一般的には水で砂が堆積し、ダムを侵蝕することです。普通のダムに決定的な事故が起こる可能性は0.01％ですけど、いったん事故があったら、周りの環境が壊れます。環境の影響で事故が起こった例もあります。例えば2011年3月の東北地震に影響されて、福島県の藤沼ダムは破壊し、そのため、震災の死傷者も増えました。

再生可能エネルギーの利用にあたり、一番考えるべき問題は環境です。水力発電は、魚の生息や貯水池の植物の生長に影響します。発電機を建てることは、水中の生物への影響は避けられません。今、魚のために通路を作り、その生態を保ちます。もう一つは貯水池の問題です。一般的に、貯水池の水は動かないので、水中のバクテリアが増えます。そのため、水面下の植物は太陽光を受けられず、少なくなります。さらに水中の生物は酸素不足の理由で死にます。一部の貯水池では揚水の機械を使って問題の解決に対応しています。

もし、皆さんは水力発電のことをもっと知りたいなら、世界一のダムに行ってみてください。たくさん習うことがあって、絶対興味が出てくると思います。

風力発電

ボ２－

ずっと前、オランダが最も風力を利用する国でした。農場には小さいな風車があって、それが象徴的な風景でした。今は、オランダだけではなく、色々な国が風力を利用して電力を作り出しています。使われたのも、もう小さいな風車ではなく、大きな風力プロペラに変わり、それも単一な姿ではなくなりました。

発電機の形やサイズはそれぞれ大きく違います。たいてい二種類の発電機があります。一つは右の写真に見る水平軸の風車で、もう一つは垂直軸の風車です。水平軸風車は、風速3ｍ/ｓ以上で動きます。普通は二枚、三枚、あるいは四枚のブレード（翼）があって、一番大きいデンマーク制のブレードは、半径80メートル、高さ131メートルにも及びます。飛行機の翼よりも長いです。垂直軸風車は水平軸風車より静かですが、まだ一般化していなくて、資料も少ないです。

風力発電は水力と太陽エネルギーと比べて、新しいエネルギーで、稼働は不安定ですから、それほど人気がありません。風を利用することは便利ですけど、機械を作るのはコストが高いです。一番重要なのは、環境です。安定した風さえあれば、機械が動きます。でも、プロペラは大きくて、重くて、大風がくるとうるさいですから、建設にあたっては周辺の住民の安全や居住環境のことに対応しなければなりません。さらに、もし発電所を遠いところに建設すれば、電気輸送のための変流器や電線を据えるコストも無視できません。当然、政府の法令はプロペラの建設に大きく影響します。そのため、一般的にプロペラは山の上、海の中、それに砂漠の中に建てられ、極圏にもプロペラが見えます。

オランダの風車は綺麗な風景ですけど、自然が壊れたということで、反対の目で見られる国もあります。海の中の白くて大きなプロペラも、農場の小さい風車も、私には綺麗な景色です。皆さんはどう思いますか。

アメリカの風力発電所の風景です。もっと風力発電のことを知りたいなら、このサイトを読んでください。
日本青森県の風力発電企業

太陽エネルギー

ボ２－

再生可能エネルギーの中で、一番有名なのは太陽エネルギーかも知れない。子供さえ、電池パネルのことを知っています。
 
太陽エネルギーは、太陽熱と太陽光です。身近なものは、太陽熱です。人びとはこれを利用して、温室や暖房を建てました。熱を集め、管理して、大事な自然の力を手に入れます。色々な工場は、電力や他の資源の代わりに太陽熱を利用します。農業ではとりわけ重要です。冬の間、もし太陽熱を使わなかったら、動植物が凍死してしまいます。さらに、建物の屋上に太陽熱温水器を設置して生活用水を温めます。

今、太陽の熱だけじゃなくて、光も利用されています。太陽電池中の単体の素子（セル）は太陽のエネルギーを吸収して電子に転換し、それを電池に蓄えます。一つのセルは0.5-1Vぐらいの電圧を転換し、セルをたくさん使えば、高い電圧を作り出すことができます。私たちのまわりには太陽光発電の利用が多く見られます。例えば、カルガリー大学のキャンパスの中の新しい街灯には小さい電池パネルがついています。子ども病院の壁にはたくさんの電池パネルが使われています。最近、太陽エネルギーの懐中電灯や携帯電話の充電器などは、とても簡単に手に入ります。

どうして太陽エネルギーはこれほど人気なのでしょうか。実は、他の再生可能エネルギーと同じく、太陽エネルギーは自然からの恵みで、手に入れやすく、便利な資源です。それに、太陽エネルギーはとくに安定していて、修理費は安く、ほとんどの環境で使えます。

でも実は、太陽エネルギーには短所もあります。まず電池パネルは暗い所で動きません。天気が悪いところ、極夜が起きるところには向きません。それに、大雪とか、酸性雨とかの天気の影響で、電池の寿命が短くなり、そのため、コストが高く、ゴミとなったそれの処理もきちんと対応しなければ、化学汚染になります。つまり、太陽エネルギーは必ずしも環境に優しいとは限りません。

来週は風力発電の話をしようと思います。楽しみにしていてください。

再生可能エネルギー

ボ２－

皆さん、こんにちは。私はボ２ーです。専攻は日本語ですが、科学技術にもとても興味を持っています。すこし前、スペイン語のクラスで風力発電についてのレポートを書いたので、再生可能エネルギーのことを少し習いました。近年、枯渇性資源は注目を集め、世界中で議論される課題の一つになりました。例えば、化石燃料を使えば、残ったものには人体に有害な物質があり、さらに一部の物質は環境を破壊します。私たちはこの唯一の地球を守るために、エネルギーのことをよく知っておくのは大切だと思います。だから、このテーマに関して面白いことを皆さんに伝えたいです。

再生可能エネルギーのことをニュースで見たり、本で読んだりしたことがあるかもしれません。でも、いったいどんなものが再生可能エネルギーでしょうか。ウィキペディアによると、永続的に利用できて、自然の力で補充されるエネルギーとして、太陽エネルギー、水力発電、風力発電、潮力発電、波力発電、海流発電、地熱発電、バイオ燃料、バイオマス、それに地中熱です。その中で、一番使用されているのは太陽エネルギー、風力、水力、バイオマスと地熱発電です。

再生可能エネルギーは環境に優しいのに、どうして今でもあいかわらず枯渇性資源がよく使われているのでしょうか。技術が新しい、そして対応の機械を取り換えるにはコストが高いというのが、その主な理由でしょう。それに自然の力を使うエネルギーは安いですが、安定性は低いです。安定したエネルギー源を求めることは、今の科学研究の最優先課題です。

今週からの十二週間、私は十種の再生可能エネルギーについて、その特徴、長所と短所を紹介します。どうぞ楽しみにしてください。