産業、商業、公共機関からは大量の熱が無駄に排出されています。
この熱は回収、貯蔵され、家庭や事業所の暖房に送ることができ、温室効果ガスの排出削減につながります。
これを実現する技術はすでに存在しており、ネットゼロの暖房システムの達成に大きく貢献するでしょう。
廃熱の再利用は、環境と経済の双方にとって一石二鳥です。
よりクリーンなエネルギーの未来に向けて、自動車から家庭の暖房まで、あらゆるものを電化する動きが強まっています。それは理想的に聞こえますが、単にプラグを差し込むだけの問題よりもはるかに複雑です。
送電網は、炭素を排出しないエネルギーへの需要を満たす準備がまだ全く整っていません特に、電気自動車に切り替えるカナダ人が増え、増大する需要に応えるための炭素フリーの電力源の整備を待っている現状では、なおさらです。
私たちは今、一年で最も暑い日には、電気式エアコンを稼働させるために送電網に既に負荷をかけており、需要のピーク時には、主に非効率で炭素を排出する天然ガス火力発電所や石炭火力発電所で補っています。
すべての人が電気式暖房に依存していたなら、一年で最も寒い日には電力需要が大幅に増加し、送電網は限界を超えてしまうでしょう。しかし、この問題の解決策は、私たちが生み出す熱ではなく、再利用する熱にあります。
暖房の重要性
暖房システムは、私たちの多くの命を守っています。
カナダのような寒冷な気候の国では、冬に家を暖房するために必要なエネルギーは、夏に冷房するために必要なエネルギーよりもはるかに多く必要です。建物の暖房と冷房に必要な全体のエネルギーを比較するため、私たちは次の指標を見ています：暖房度日（HDD）と冷房度日（CDD）の比較。
例えばトロントでは、暖房度日が冷房度日のおよそ7対1で上回っています。ほとんどの家庭の暖房は天然ガスの燃焼によるものであり、冷房のほとんどは電力によるものなので、消費者はこの大きな格差に気づいていないかもしれません。しかし、その需要をすべて送電網に移せば、その格差はすぐに明らかになるでしょう。
外気温が35℃を超えるときに室内を23℃に冷房すること自体、すでに電力網に負荷をかけています。しかし、外気温が-40℃のときに室内を20℃に暖房するには、60度の差を埋める必要があります。
もし私たちのすべての暖房需要を電力網に移すとすれば、最新で効率の高い空気熱源ヒートポンプを使用したとしても、、ピーク時の需要は現在の約4〜5倍になるでしょう。しかも、それは誰もすぐに解決できる問題ではありません。
あらゆるものを活用する
幸いなことに、追加の燃料を燃やさずに私たちを温めてくれる別の選択肢があります。廃熱を含むあらゆる発生源から生じる熱を蓄え、一年で最も寒い月にわたってその熱を引き出すことで、私たちの研究によれば、廃棄される廃熱を再利用することが可能です。
今日生み出される膨大な熱は、単に周囲に放散されて無駄になっており、外が寒いときには、新たなエネルギーを使って新しい熱を生み出しています。これは理にかなっていません。
一般的なピザ店は、毎年十分な余剰熱を生み出しており、これは7世帯の家庭を暖めるのに相当します。また、アイスホッケー場は、氷を作り、凍らせた状態を保つ過程で大量の熱を生み出します。
食料品店には多数の冷凍庫や冷蔵庫があり、工場では工業規模の生産設備を稼働させ、大規模な建物では業務用エアコンを運転しています。これらも同様です。現在、私たちは、必要になったときのために熱を保持するのではなく、その熱のすべてを大気中に放出しています。これにより、不必要な温室効果ガスの排出が生じています。
私たちが生み出す熱を、容易に回収可能で炭素を排出しない資源として捉え直し、その活用にさらに力を入れる必要があります。すでに、そのような熱を収集し、数か月間、地下の熱電池に蓄えておき、必要になるまで保存できる技術が存在しています。
統合型熱回収システム
高温の地下電池に水を通すパイプを通し、そのパイプを近隣の建物に接続することで熱を回収することができます。これは大型のボイラーとラジエーターのシステムに似ていますが、異なるのはボイラーが実際には地下電池であり、電気ではなく熱で充電される点です。
マクマスター大学は、予備の非常用発電機を交換して稼働させる準備を進めており、これはピーク時に送電網の電力を補完するものです。
一年で最も暑い日に需要が極めて逼迫すると、ガス火力発電機が、敏感な研究室や研究施設を含むキャンパスの運営に必要な追加の電力を生み出します。発生する廃熱を回収して貯蔵し、冬季にそれを利用できれば、大気中へのネットの炭素排出量を半減させることができるでしょう。
マクマスター大学は、より広範な研究協同組合によるデモンストレーション事業も主導しており、その事業名は統合型コミュニティエネルギー・回収（Integrated Community Energy and Harvesting）、通称ICE-Harvestです。30の自治体と19の産業パートナーが参加しています。
学術誌Applied Energyに掲載された新たな論文では、こうした地域分散型システムが同じエネルギーを二度利用していることを示しています。
熱電池はすでに存在している
余剰熱を回収、貯蔵、利用することは、地域分散型の極小熱ネットワークによって管理できる効率的な解決策です。例えば、カナダのチェーン店であるPizza Pizzaは、システムを試験導入しており、オーブンから回収した熱を利用して自社の温水を温めています。その後、余った熱を売ることもできます。同様に、アイスリンクは通りの向かいにある高齢者施設に熱を売ることができ、食料品店は隣接する学校に売ることができるなど、さまざまな応用が可能です。
この解決策には新たなインフラの整備が必要となります。これには、熱を発生源から貯蔵所へ、そして貯蔵所から利用者へと循環させるための地中パイプが含まれます。その設置には多額の費用がかかりますが、過去の世代が高速道路、送電線、ガスパイプラインを整備したように、そうしたコストは数十年にわたって容易に分散させることが可能です。
既存および新興の技術により、熱の収集、共有、分配を測定・制御することができます。このシステムでは、熱の供給者が供給量を追加した際にその分の貸方が記録され、利用者は供給から熱を引き出した際に料金を請求されます。産業、商業、公共機関の関係者が冷却塔に価値があることに気づくのは、もはや時間の問題です。
これらは非現実的な構想ではありません。それらは実用的で、今すぐ実施可能であり、現実的な気候変動対策の戦略となり得るものです。北半球においては、熱は既に存在し、活用されるのを待っている貴重な資源であり、私たちはもはやそれを無駄にする余裕はないのです。
