科学者や技術者は、クリーンエネルギー源のさらなる可能性を常に探っています。
ここでは、気候変動に取り組む5つの革新的なアイデアを、The Conversationが紹介します。
運河上の太陽光パネルから、家庭に電力を供給する電気自動車のバッテリーまで。
多くの人にとって、太陽光発電所や地熱発電所はクリーンエネルギーの重要な供給源です。科学者や技術者は、それに加えて、はるかに大きな可能性を見ています。
彼らは、洋上風力タービンで海底に炭素を回収・貯留したり、地熱発電所で電気自動車の動力に欠かせない金属を生産したりする構想を描いています。電気自動車のバッテリーも、家庭に電力を供給できるよう転用すれば、所有者の節約につながるとともに、輸送に伴う排出量の削減にも役立ちます。
世界中の科学者が警鐘を鳴らすなか、気候変動の危険性とコストが増大しています。The Conversationの最近の記事5本から、今日の技術をどのように進化させ、地球温暖化の影響を軽減できるのかを変える可能性のある最先端のアイデアを見ていきましょう。
1. 太陽光発電を運河に設置：発電と水資源の保護
太陽光パネルが発電量を増やしながら水資源も守る、一石二鳥の役割を果たすとしたらどうでしょうか。
カリフォルニア州では、米国初となる太陽光発電運河の整備が進められています。州内の水路の一部に、太陽光パネルを設置する計画です。これらの運河は乾燥地帯を何千マイルにもわたって通り、乾燥した空気によって水の蒸発が促されます。同州では水不足がたびたび問題となっています。
「2021年の研究で、カリフォルニア州の運河全長4,000マイルすべてを太陽光パネルで覆えば、蒸発を抑えることで年間650億ガロンを超える水を節約できることを示しました。これは、5万エーカーの農地を灌漑するか、200万人を超える人々の家庭用水需要を満たせる量です」と、カリフォルニア大学マーセド校の工学教授、ロジャー・ベイルズ氏は記しています。また、農地を使わずに再生可能エネルギーを拡大することもできます。
研究によると、人間の活動、特にエネルギーや輸送に化石燃料を使うことは、疑いなく地球を温暖化させ、異常気象を増加させています。現在、米国の電力会社規模の発電量の約20%を占める再生可能エネルギーを増やせば、化石燃料の需要を減らすことができます。
日陰になる水面の上に太陽光パネルを設置すれば、発電量の向上にもつながります。水によってパネルの温度が約10華氏度（5.5摂氏度）下がり、効率が高まるとベイルズ氏は記しています。
2. 地熱発電でバッテリーの供給を拡大
再生可能エネルギーで世界の温室効果ガス排出量を大幅に削減するには、建物や車両でそのエネルギーを利用できなければなりません。バッテリーは不可欠ですが、業界はサプライチェーンの問題を抱えています。
電気自動車や電力会社規模のエネルギー貯蔵に使われるバッテリーの大半はリチウムイオン電池です。米国で使われるリチウムの大半は、アルゼンチン、チリ、中国、ロシアから輸入されています。リチウム精製では中国が主導的な立場にあります。
地質学者や技術者は、カリフォルニア州のソルトン湖地域で、地熱かん水からリチウムを抽出することで、米国内のリチウム供給を増やす革新的な方法に取り組んでいます。
かん水とは、地熱発電所で熱と蒸気を使って発電した後に残る液体です。リチウムのほか、マンガン、亜鉛、ホウ素などの金属が含まれています。通常は地下に戻されますが、金属をろ過して取り出すこともできます。
「現在進行中の実証プロジェクトで、電池向け品質のリチウムをこれらのかん水から費用対効果の高い方法で抽出できると証明されれば、ソルトン湖周辺にある既存の地熱発電所11か所だけで、現在の米国の需要の約10倍を賄える量のリチウム金属を生産できる可能性があります」と、地質学者のマイケル・マッキベン氏（カリフォルニア大学リバーサイド校）と、エネルギー政策研究者のブライアント・ジョーンズ氏（ボイシ州立大学）は記しています。
ジョー・バイデン大統領は、国防生産法を発動し、2022年3月31日、米国企業が電池に不可欠な鉱物をより多く採掘・精製できるよう、奨励策を講じました。
3. グリーン水素などのエネルギー貯蔵のアイデア
科学者たちは、古い電池からリチウムやコバルトをリサイクルするなど、電池用鉱物のサプライチェーンを強化する別の方法にも取り組んでいます。また、他の材料を用いた設計を開発していると、ケリー・リッピー氏（国立再生可能エネルギー研究所の研究者）は説明します。
例えば、集光型太陽熱発電は、溶融塩を加熱して太陽エネルギーを蓄え、それを使って蒸気をつくり、発電機を駆動します。石炭火力発電所の発電方法と似ています。しかし高コストで、現在使われている塩は高温では安定しないとリッピー氏は記しています。米エネルギー省は、砂を加熱する同様のプロジェクトに資金を提供しています。
グリーン水素やアンモニアなどの再生可能燃料は、異なる形のエネルギー貯蔵を可能にします。エネルギーを液体として貯蔵するため、輸送が可能で、船舶やロケットの燃料として利用できます。
水素は大きな注目を集めていますが、すべてがグリーン水素というわけではありません。現在使われている水素の大半は、実際には化石燃料である天然ガスからつくられています。一方、グリーン水素は再生可能エネルギーで水の電気分解を行い、水分子を水素と酸素に分解してつくることができます。ただし、これも高コストです。
「重要な課題は、効率的かつ経済的にするためにプロセスを最適化することです」とリッピー氏は記しています。「実現すれば、無尽蔵で完全に再生可能なエネルギーという、計り知れない恩恵が得られます。」
4. EVで自宅に電力を供給
バッテリーによって、近い将来、電気自動車が自宅に電力を供給できる大型の移動式バッテリーになる可能性もあります。
現在、車両から住宅への給電（V2H）に対応するよう設計された車はわずかですが、状況は変わりつつあると、エネルギー経済学者のセス・ブルムサック氏（ペンシルベニア州立大学）は記しています。例えばフォードは、新型ピックアップトラック「F-150ライトニング」は、1回の充電で平均的な住宅に3日間電力を供給できるとしています。
ブルムサック氏は、V2Hの普及に伴う技術的課題と、それが人々のエネルギー使用管理や電力会社の電力貯蔵のあり方をどう変える可能性があるかを考察しています。
例えば同氏は、「一部の住宅所有者は、電力会社の計画担当者が『ピークカット』と呼ぶ使い方を車に期待するかもしれません。日中に電力網に頼らずEVから家庭に電力を供給し、需要のピーク時間帯に購入する電力を減らすのです」と記しています。
5. 大気中の炭素を回収して閉じ込める
新たに登場している技術の中には、議論を呼んでいるものもあります。
人類は過去2世紀にわたり、膨大な量の二酸化炭素を大気中に放出してきました。そのため、化石燃料の使用を止めるだけでは、気候を速やかに安定させるには不十分です。近年の気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の報告書を含め、多くのシナリオは、世界が大気中から二酸化炭素を除去する必要があることも示しています。
大気中の二酸化炭素を回収する技術はすでに存在し、「ダイレクト・エア・キャプチャー」と呼ばれていますが、高コストです。
コロンビア大学のデビッド・ゴールドバーグ氏ら地質物理学者や技術者は、ダイレクト・エア・キャプチャー技術を再生可能エネルギーの生産や炭素貯留と組み合わせ、コストを削減する方法を探っています。例えば、海底の岩石層の上に洋上風力タービンを設置し、回収した炭素をその下に閉じ込める構想があります。
世界最大のダイレクト・エア・キャプチャー施設は、2021年にアイスランドで稼働を開始しました。地熱エネルギーで設備を稼働させています。回収した二酸化炭素を水と混ぜて、地下の火山性玄武岩層に注入します。玄武岩との化学反応によって、二酸化炭素は硬い炭酸塩になります。
アイスランドで使われた鉱物化プロセスの開発に携わったゴールドバーグ氏は、米国の将来の洋上風力発電所にも同様の可能性を見いだしています。風力タービンは、顧客がその時点で必要とする量を上回る電力を生産することが多く、余剰電力を利用できます。
「これらの技術を一体的に整備すれば、炭素回収のエネルギーコストを削減し、陸上パイプラインの必要性を最小限に抑えて、環境への影響を軽減できる可能性があります」とゴールドバーグ氏は記しています。
