エネルギー移行技術に持続可能な素材を取り入れることは、脱炭素化の取り組みを後押しする可能性がある。
木製の風力タービンから砂製のバッテリーまで、持続可能な素材を用いた複数のイノベーションが開発中である。
世界経済フォーラムの2023年報告書によれば、次世代技術はエネルギー移行を成功させるうえで不可欠である。効果的なエネルギー移行の促進。
エネルギー移行の勢いが増すなか、脱炭素化の取り組みを強化する手段として、関心は再生可能エネルギー源から、それらを構成する素材へと移りつつある。
クリーンエネルギー・ソリューションに持続可能な素材を取り入れることは、環境への影響を低減するとともに、その出力や効率を向上させる可能性もある。
再生可能エネルギーの導入は飛躍的に拡大しているが、世界経済フォーラムの効果的なエネルギー移行の促進 2023報告書によれば、次世代エネルギー技術のイノベーションが必要である。
持続可能な素材を用いて構築された、エネルギー移行に関する革新的な取り組みを3つご紹介する。
1. 木製のタービン塔
風力タービンは目新しいものではない。多くの国では、風力タービンが景観に点在しているほか、大規模な洋上風力発電所の一部を成している。
しかし、スウェーデンのスタートアップ企業の技術者たちが、世界で最も高い木製の風力タービンを建設した。従来の設計で用いられている鋼鉄製の構造に代わるものである。その2メガワット級の発電機は、スウェーデンの送電網へのクリーン電力の供給を開始したばかりで、約400世帯分の電力を供給できる能力を備えている。
このタービンの塔は高さ105メートルで、最も高いブレードの先端までは150メートルに達する。積層単板材（LVL）144層で構築されており、LVLは接着・圧縮されて曲線状の部材を形成している。その結果、厚みがあり、強度と柔軟性を兼ね備えた支柱となっている。
木材は鋼鉄よりも軽いため、より少ない資材でより高いタービンを建設できると、同コンセプトの共同設計者であるデイヴィッド・オリヴェグレン氏はBBCに語った。今後はさらに高い塔の建設も計画されている。
風力発電自体では排出ガスは生じないが、従来のタービンの製造に用いられる鋼鉄の生産は炭素集約型である。
しかし、鋼鉄の代わりに木材を用いることは炭素マイナスとなる。タービン塔の製造時に炭素は排出されず、木材は樹木が生きていた間に自然が取り込んだCO2を貯蔵する役割を果たすためである。
風力発電所に関する科学的知見によれば、ブレードが大きいほど、1回転あたりに発電される電力量が増える。このため、業界では設計の大型化が進んでいる。
大型化競争が加速するなか、超大型の鋼鉄製タービン塔やブレードを陸上および洋上の現場へ輸送することは、ますます困難になっている。これらの輸送には専用車両が必要であり、重量の増加に対応するために港湾や積み降ろし設備の補強も求められている。
木製タービンの構造はモジュール式であるため、これらの課題の多くを克服できる。
クリーンエネルギーへの移行に関して、世界経済フォーラムは何をしているのか。
2. 砂電池
風力や太陽光などの再生可能エネルギーは、余剰電力を蓄えて必要なときに利用できない限り、発電した時点で使い切る前提となる。
バッテリーなどの蓄電媒体は解決策の一つであるが、これらには供給不足のリスクがある重要鉱物が必要となることが多く、適切に管理されない場合は環境への影響を及ぼすおそれがある。
しかし、フィンランドのヴァタヤンコスキ発電所には、世界初の商用規模の砂電池が設置されている。シンプルで豊富かつ持続可能な解決策であり（地球上には砂が十分にある）、安価でもある。
この施設は、建設には適さない低品位の砂100トンで構成されており、熱を保持するための厚い断熱材で囲まれている。フィンランドの風力タービンや太陽光発電設備から得られた再生可能エネルギーが抵抗加熱器に供給され、電池内の空気を加熱する。加熱された空気はファンによって熱交換パイプを循環する。
最高600℃の一定温度において、この砂電池は8メガワットの熱エネルギーを蓄える能力を有する。需要が増加すると、電池は熱交換パイプを通じて約200キロワットの電力を放出する。これは約100世帯と公共プールに暖房と温水を供給するのに十分な量であり、系統電力によって補われる。
電池は、電力需要が低く、そのため電気料金も安くなる夜間に再充電される。システムは完全自動化されているため、運用コストは最小限に抑えられる。
砂は（単位体積あたり）従来の化学電池よりも5〜10分の1ほどしかエネルギーを蓄えられないが、砂電池では化学反応が起こらないため劣化せず、可燃性もない。また、砂はリチウムイオン電池と比べて環境負荷がはるかに低いため、必要になるまでエネルギーを貯蔵する持続可能な方法となり、一部の再生可能エネルギー源に伴う出力変動の課題の克服にも役立つ。
エネルギー貯蔵は、よりクリーンなエネルギーへの転換における重要な要素である。2028年までに、再生可能エネルギー源が世界の発電量の42%超を占めると予測されていると国際エネルギー機関（IEA）は述べており、風力と太陽光を合わせると25%を占めるという。
3. 充電式タイヤ
世界有数のタイヤメーカーが、電気自動車向けの新型「自家発電」タイヤを開発している。道路や気象条件に応じて適応したり、個々のドライバーの走行の好みに合わせて形状を変更したりすることが可能である。
このタイヤは、車両のホイールハブに収納された補充式の容器と連結されており、その容器には生分解性のタイヤトレッド用コンパウンドが入っている。これは繊維で補強され、耐久性を高めた生体由来の物質である。
カプセルがコンパウンドを送り出し、摩耗したトレッド面を補充したり、時間の経過に伴いタイヤの形状を変えて異なる走行条件に適応させたりする。その際、ホイールを取り外してタイヤを交換する手間は一切不要である。
その結果、利便性が高く、非常に耐久性に優れ、生分解性のある解決策が実現し、使用済みで摩耗した大量の自動車用タイヤの処理問題が解消される。
これらは、より持続可能な素材がクリーンエネルギー・ソリューションに取り入れられ、脱炭素化の取り組みを後押ししている事例のほんの一部である。
