エアコンの需要は高まっていますが、炭素排出量を増やさずに必要な電力を供給することは大きな課題となるでしょう。
技術、合理的な政策立案、そして消費者行動の変化は、いずれも重要な貢献をもたらしうるものです。
冷房は新たな暖房です。冷房が必要な国々での人口増加と所得の上昇が気候変動と重なり、需要の変化を引き起こしています。
『Energy Policy』誌に掲載された論文において、オランダ環境評価庁の専門家らは、気候変動を背景とした住宅のエネルギー需要のモデル化を行い、暖房向けの世界のエネルギー需要は2030年まで増加し、その後横ばいになると予測しました。一方で、冷房向けのエネルギー需要は2100年まで急速に増加し、今世紀半ばには暖房向けの需要を上回ると見込んでいます。
では、現在の状況はどうでしょうか。国際エネルギー機関（IEA）の最近の最新情報によると、世界中では主に住宅建物において、約20億台のエアコンが稼働しています。これらの機器は、建物における電力需要の増加と、電力需要のピークに対応するために必要な新たな発電容量の増加を招く最大の要因となっています。IEAのCooling報告書は、この種の消費を建物において最も急速に拡大しているエンドユースとして挙げています。2019年には、1990年以降すでに3倍以上に増えた空間冷房のエネルギー需要が、約10億トンのCO2排出を引き起こし、最終的な電力消費全体のほぼ8.5%を占めました。
これらの数値は今後も増加する見通しです。2015年、米国エネルギー情報局は、米国全土の住宅の87%がすでにエアコンを使用していると報告しました。一方、IEAは、世界人口のうちエアコンを所有しているのはわずか10%であるものの、世界人口の35%は平均日中気温が25°Cを超える国に住んでいると述べています。明らかに、冷房を維持するための経済的余力や安定した電力供給をまだ持たない世界中の人々の間には、相当な潜在的需要が蓄積されています。
食品を冷蔵する能力や、住宅の温度を健康に適した範囲に保つ能力を人々から奪うことは答えにはなりませんが、こうした新たな消費者すべてに必要な電力を供給するだけでも大きな課題となるでしょう。そして、需要に応え始めたとしても、環境に大きな追加負担をかけない形でこれらの消費ニーズを満たすための計画は、世界にはほとんどないのが現状です。
新たな技術、政府の政策措置、そして消費者としての私たちの行動はいずれも、ここで重要な貢献をもたらしうるものです。冷房におけるより持続可能なエネルギー利用に向けた3つのステップがあると考えています。
1. セクターカップリングを活用し、再生可能エネルギーの比率を高める
セクターカップリングは、再生可能エネルギーを電力部門から他の部門へ移転させることで、エネルギーシステム全体の脱炭素化を目指すものです。この統合的なアプローチにより、電力が将来のエネルギー供給の基幹となるでしょう。
電力部門そのものにおいては、大規模な投資により、再生可能エネルギーによる発電が世界の発電量に占める割合は、2019年には20%を超える水準にまで高まりました。しかし残念ながら、こうした前向きな動きは世界の炭素排出量にほとんど影響を与えていません。なぜでしょうか。世界の炭素排出量のおよそ60%は、発電以外の用途から排出されています。
排出量の大部分は、輸送、建物、産業、暖房および冷房から生じています。電力部門と比べると、これらの部門の脱炭素化については、これまでのところ進展がほとんど見られません。
今、経済のすべての部門を脱炭素化するための統合的なアプローチが必要です。これは、政策立案者の全面的な支持を得られる包括的なモデルです。エネルギー転換の重要な一部として、セクターカップリングはまさにそのようなアプローチなのです。
部門同士をつなぐには、2つのステップが必要です。まず、他の主要部門の直接的な電化を進める必要があります。次に、それらの部門に適した形で再生可能エネルギーを供給する必要があります。
最も有望なセクターカップリング技術は、パワー・ツー・Xと呼ばれています。このアプローチは、電気分解およびさらなる合成プロセスを通じて、再生可能エネルギー由来の電気エネルギーを液体または気体の化学エネルギー源へと変換する手法を含みます。パワー・ツー・Xでは、電流を用いて水を酸素と水素に分解しますが、このプロセスは炭素排出が100%ない方法です。エネルギー転換の重要な技術として、水素は多くの方法で貯蔵、処理、消費することができます。例えば、グリーン電力でエアコンシステムを稼働させる手段としても利用できます。
2. デジタル化を進め、より効率的になる
炭化水素を再生可能エネルギー源に置き換えることに加えて、データ駆動型のエネルギー効率化対策は、暖房と冷房の両方の需要を減らすのに役立ちます。
建物の効率を高めるためにそのような対策を適用できる分野として、国際再生可能エネルギー機関（IRENA）は、「先進的な建設・設計技術、断熱性能の向上、そしてスマートサーモスタットによるエネルギー利用のより良い情報管理と制御」を挙げています。産業用途においては、IRENAは、コージェネレーション（CHP）設備のような技術や、エネルギー管理ソリューションに可能性を見出しています。
効率を高めることに関しては、全体的な視点で物事を考え、個々の要素を一つのシステムとして捉えることも重要です。例えば、建物の冷房に用いられる冷水製造システムと空気分配システムを組み合わせて捉えることで、大幅なエネルギー節約が可能になります。
冷水システムの産業用途では、一般的に、エネルギー消費を20〜50%削減できます。実測された冷水システム全体の性能は、0.33 kW/tonまで低下することもあります。このようにして、フレッド・ハッチンソン癌研究センター（米国ワシントン州シアトル）は、建物の性能とエネルギー効率を大幅に改善し、13年間で約150万ドルのエネルギーコストを節約しました。
データを活用するもう一つの効果的な方法は、デジタルツインを用いて新築建物のエネルギー効率を高めることです。デジタルシミュレーションは、窓の配置、ルーバー、ウィングウォール、ソーラーチムニーを用いた自然換気や通風を含め、設計におけるパッシブ冷房を最大化するために利用できます。また、断熱コンクリート型枠（ICF）や日射反射塗料など、さまざまな材料もシミュレーションできます。ICFは高い断熱性能をもたらし、空気の侵入を抑えることで、冷房消費量を約30%削減します。日射反射塗料は建物の外壁に塗布することで、太陽からのエネルギー吸収を抑え、建物のエネルギー性能を向上させるのに役立ちます。日射反射率指数が80を超える塗料は、冷房消費量を最大20%削減できると同時に、都市のヒートアイランド現象の緩和にも役立ちます。
建物のすべての要素の幾何学的データを可視化することに加え、デジタルツインには、スケジュール、予算、建物のエネルギー需要、照明、防火、運用に関するデータを含めることができます。その結果、建物の将来の気候への影響は、着工前に最適化することが可能になります。
さらに、デジタルツインは建物の運用期間を通じてデータを収集し続けることができます。その結果は、物理的な負荷、故障した部品、建物の利用状況に関する有用な詳細をもたらし、施設管理者が保守費用を削減し、より適切な作業計画によって運用をスムーズに保つことを可能にします。
こうしたデータは、運用中の最適化を支援するだけでなく、設計者、建築家、エンジニアが建物の次世代を準備するのにも役立ちます。この開発作業は、計画というバーチャルな世界と、建物の実際の性能とを結びつける閉ループの実現を目指すものです。
3. ダイヤルを回す――地球を守る
冷房が暖房と同じ問題に陥るのを避けたいのであれば、冷房システムを効率的に使用することで資源をいかに節約できるかを考える必要があります。そのためには、政治指導者が、すべての部門を一つのホリスティックなシステムに結びつける、エネルギー供給の新たなアプローチを主導する必要があります。また、産業界は、エネルギー効率の向上や、デジタルツインのような革新的でデジタルなソリューションの活用に、さらに投資する必要があります。
しかし、私たち一人ひとりも、大きな労力をかけることなく、個人として大きな貢献をすることができます。夏の間は、サーモスタットの設定を少し高めにして、やや高い温度を許容したり、そこまで暑くない日にはエアコンの代わりに扇風機を使ったりするだけでよいのです。ぜひご自身に問いかけてみてください。冷房の温度を1度下げることは、本当に大きな違いを生むでしょうか。私たちが家庭で消費するエネルギーの約30%は、暖房または冷房に使われています。米国など一部の国では、その割合は半分以上にのぼります。
米国エネルギー効率経済協議会のプロジェクトであるSmarterHouseによると、サーモスタットを華氏1度（または摂氏0.56度）上げるごとに、エアコンの費用を3〜5%節約できます。言うまでもなく、このような方法でエネルギー消費を減らすことは、お金の節約以上の効果をもたらします。
この夏、ダイヤルを回して、地球を守る一助にしてください。
