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熱電気は果たして、きれいなエネルギー生成の実行可能なソースとなることができるか

小規模のクリーンエネルギーシステムの需要

クリーンなエネルギーの生成という分野において、コレクティブ・リーチというのがそのゲームの名前です。単純にいうと、世界中のあらゆる社会階層は、持続可能なエネルギーシステムへのアクセス性の利点を有するべきであるということです。今では明らかに、言うは易し、行うは難しですが、  しかし、包括的なソリューションは、特定の大きな地域をを分離する巨大な装置と対照的に、最適化された規模においてのローカルな電力需要に適切に対応できる小規模な施設によるものでしょう。更に、小規模のシステムは施設だけを伴うのではなく、私達が日常で使うガジェットに電力を供給できる個人化されたメカニズムも含みます。

しかし、私達はクリーン電力の範囲について触れたいのですが、科学的なコミュニティーでは、クリーン電力というのが何を意味するのか、ということにつて激しい議論があるのです。それは、温室効果ガスを排出しない、核エネルギーを含んでいるのか?この点に関して言うと、私達は、核エネルギーが核廃棄物を後に残してしまうため、核エネルギーはクリーンと考えるのを明らかに避けます。ですから、私達の持続可能な電力の範囲というのは、バイオ燃料、風力発電、太陽光発電や熱電気に至るまで、幅広い再生可能エネルギー源といった、私達が興味を持ち、個人的なニーズはもちろんのこと、地域のニーズにも対応できるか可能性を秘めた再生可能エネルギー源を含むのです。

熱電気の利点

物理的に、熱電気というのは、電気の電圧、またはその逆の効果に対する温度差を直接変換することと関係しています。そして、ただ温度の違いだけなので、熱は電力生成のプロセスにおいて重要な要素になり、熱電気はグリーン(エコ)でクリーンであると考えられます。この点について、この技術によってもたらされる利点を、熱電気発電機と熱電気の冷却という主な2つの形から見てみましょう。

熱電気の発電機はコンパクトでありながら、従来の熱機関より効率性が少ないものです。しかし、その柔軟性や、内部に可動パーツがないため、そのような経つ電気はエネルギー再生の産業で、二次熱を使える電力に変換することによって使われます。同じ原理がエンジンや放射性崩壊からの熱が自動車や、人工衛星や宇宙探査機の効率性をより高めるために変換される、自動車用熱電発電機(ATG)や放射性同位元素熱電発電機(RTG)で使用されています。

熱電気の冷却は、いわゆるペルチェ(またはペルティエ効果)によって達成されます。この原理によって導かれたシステムは、基本的に消費電力とともに、温度の勾配(例えば冷たい状態から温かい状態へ)に逆らって、デバイスの一方からもう一方に熱を伝える能力を有しています。私達の日常生活において、冷蔵庫とエアコンは、熱電気の冷却のいい具体例です。更に、その素晴らしい効果はまた、通信、エレクトロニクス、宇宙、医薬やはたまた無線システムの分野といった、よりハイテクな分野においても使われます。

なので、今まで見てきたように、熱電気のメカニズムにおける一番興味深い特徴の1つとしては、熱電気はその電力を熱流の大きさと方向から引き出すことができるということです。 これはつまり、化石燃料を動力とするメカニズムに見られるような、従来のような燃料のコンポーネントのアプリケーションを必要としないということを意味します。実際に、熱電気の機械はバーナー、オーブンや自動車でも、そういった熱を生成するシステムから燃料を“借りる”ことができるのです。 もっと大事なことは、エネルギーの再利用という観点から、普通の状態だと、使われる熱は周囲に拡散されて無駄にされてしまうということです。

傾向

a) 太陽の熱によって供給される熱電気の発電機

Thermoelectric generator powered by sun's heat

私達は大量の太陽光パネルで、太陽の光から電力を供給するということには既に見ています。しかしこの場合では、マサチューセッツ工科大学の科学者達と研究者達は、太陽の熱から電気を生成するソリッドデバイスを設計することで、それを1レベル上に引き上げました。 今日の熱電気の発電機よりもより高度なものとして彼らの発明を売り込もうとしているこのメカニズムは最大4.6%の熱を電気の変換効率に達成することができます。機能としては、そのナノストラクチャー・ベースの、平らな皿の形のデザインは実際にガラス製の真空管の中に入れることができ、熱を吸収するために黒い銅板で覆われます。

b) 人間電池:体の熱を電気に変える

The human battery

現実に“マトリックス”のコンセプトを呼び起こすこれは、フラウンホーファー研究所の研究者たちは人間の体の熱から電荷を作り出す、熱電気システムを設計するのに成功しました。その“燃料”を発生する温度差から派生させるこのすばらしい回路は、200ミリボルトという、ほんのわずかな量で作動します。  実際のところ、科学者たちは、例えわずか0.5度の温度さでも電力を生成することのできる、より高度なレベルにそのメカニズムを高めて開発する目標があります。これにより、私達の携帯デバイスを自分達の体で充電できるだけでなく、私達が病院で見るような数多くの健康機器のモニターに電力を供給することも可能です。

c)セイコー Thermic

SEIKO THERMIC

熱電気の原理で動くガジェットの、実用的な例である、セイコーThermicは、体温を電気に変換することで作動します。 ゼーベック効果として知られている熱電気の仕組みを利用し、この腕時計の電力生成能力は個々の体温と空気の温度によります。更に、電力生成が起こっていない時に自動的にディスプレイをやめる、省エネ技術と、高級な仕掛けも備わっています。

d) ダイソン エネルギーブレスレット

Dyson Energy Bracelet

前に述べた、人間のバッテリーとセイコーThermicの機能と似ているダイソンのエネルギーブレスレットは、体温と周りの大気との気温差から電力を活用する、ゼーベック効果を利用しています。この魅力的な電気生成は統合されたマイクロUSBポートを通して携帯デバイスを充電するのに使われます。

バリアとは

ここまで、私達は熱電気の電気生成をエコな観点での利点について見て来ました。しかし、このシステムが産業分野で利用されるものであるので、その技術の本格的な開発には相対的に高コストであり、この開発が苦境に立たされます。 パシフィック大学の統計によると、14ワット生成する能力を有する熱電気のモジュール1つでおよそ100ドルするそうです。

さらには、熱電気デバイスの大半の効率性はわずか4%に過ぎません。他のデバイスに電力を供給するときでも、その中心のメカニズムは、両方のデバイスが同様の抵抗があるときにしか効率的に作動しません。つまり、60ワットの容量がある熱電気の這う電気は、60ワットのデバイスへの電力供給しか十分にできないということで、同じ発電機を使って30ワットのデバイスに電力供給すると、貴重な電力を無駄にしてしまうというわけです。

要点

現在の熱電気技術の幅から考察すると、熱電気の利用は、比較的小さなデバイスやガジェットに制限される、ということができます。そうは言っても、更なる開発の余地も常にありますし、自動車産業や宇宙に関係する分野など、大規模な分野で利用できるように改善する可能性もあります。しかしながら、その進歩していく段階の前に、科学的、商業的なコミュニティーは低効率、高コストという今現在の問題に、包括的に立ち向かわなければなりません。 結局のところ、彼らは熱電気の本質的で持続可能な特徴という重要な利点に取り組み始めたのです。

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