Actualités japonaises: 赤外線放射を利用した夜間発電技術の進展

オーストラリアの代表的だいひょうてきな景観けいかんである水面すいめんを照てらす太陽光たいようこうは、同国どうこく最大さいだいの都市としシドニーにおいても人々ひとびとに親したしまれているが、現在げんざい、ニューサウスウェールズ大学だいがく（UNSW）では、従来じゅうらいの発想はっそうとは一線いっせんを画かくす新あらたなエネルギー生成せいせい技術ぎじゅつの研究けんきゅうが進すすめられている。
博士はくし研究員けんきゅういんのジェイミー・ハリソン氏しによれば、UNSWの研究けんきゅうチームは「光ひかりを吸収きゅうしゅうするのではなく、放射ほうしゃすることによって発電はつでんする装置そうち、いわば太陽光たいようこうパネルの逆ぎゃくの仕組しくみを持もつ装置そうち」の開発かいはつに取とり組くんでいるという。

日中にっちゅうに地表ちひょうが吸収きゅうしゅうした太陽たいようエネルギーは、夜間やかんになると赤外線せきがいせんとして宇宙空間うちゅうくうかんに放射ほうしゃされる。この現象げんしょうに着目ちゃくもくし、同大学どうだいがくのチームは赤外線せきがいせん放射ほうしゃから電力でんりょくを生うみ出だす熱放射ねつほうしゃダイオードという半導体はんどうたい素子そしの開発かいはつを進すすめている。
チームを率ひきいるネッド・イーキンズドークス教授きょうじゅは、「夜間やかんの地球ちきゅうを赤外線せきがいせんカメラで観察かんさつすると、地球ちきゅうが冷つめたい宇宙うちゅうへ熱ねつを放射ほうしゃしている様子ようすが明確めいかくに捉とらえられる」と説明せつめいする。

熱放射ねつほうしゃダイオード自体じたいの研究けんきゅうは過去かこにも存在そんざいしたものの、UNSWのチームは2022年ねん、米国べいこくのハーバード大学だいがくおよびスタンフォード大学だいがくの先行せんこう研究けんきゅうを基もとに、この装置そうちによる直接的ちょくせつてきな発電はつでんの実証じっしょうに世界せかいで初はじめて成功せいこうした。しかしながら、現時点げんじてんでの発電量はつでんりょうは従来じゅうらいの太陽光たいようこうパネルの約やく10万分まんぶんの1に過すぎず、実用化じつようかには課題かだいが残のこる。

イーキンズドークス教授きょうじゅによれば、地球上ちきゅうじょうで最適さいてきな条件下じょうけんかでも、熱放射ねつほうしゃダイオードによる発電量はつでんりょうは1平方へいほうメートルめーとるあたり1ワットわっと程度ていどにとどまるという。これは、大気中たいきちゅうの水蒸気すいじょうきや二酸化炭素にさんかたんそ（CO2）などが太陽光たいようこうを吸収きゅうしゅうし、地表ちひょうと夜空よぞらの温度差おんどさが縮小しゅくしょうするためである。

しかし、この技術ぎじゅつの真価しんかは大気たいきの存在そんざいしない宇宙空間うちゅうくうかんにおいて発揮はっきされる可能性かのうせいが高たかいと、イーキンズドークス教授きょうじゅは指摘してきする。人工衛星じんこうえいせいの電力でんりょく供給きょうきゅうは通常つうじょう、太陽光たいようこうパネルに依存いぞんしているが、特とくに低軌道ていきどうでは45分間ふんかん日光にっこうを受うけた後あと、続つづく45分間ふんかんは地球ちきゅうの影かげに入はいるため、太陽光たいようこう発電はつでんが利用りようできない時間帯じかんたいが生しょうじる。そのため、熱放射ねつほうしゃダイオードによる補助的ほじょてきな発電はつでんが期待きたいされている。

現在げんざい、人工衛星じんこうえいせいが影かげに入はいる時間帯じかんたいの電力でんりょくは、日照時にっしょうじに充電じゅうでんされた蓄電池ちくでんちによって賄まかなわれている。しかし、宇宙技術うちゅうぎじゅつ分野ぶんやでは低軌道ていきどう衛星えいせいの小型化こがたかが進すすめられており、軽量けいりょうで機体きたい表面ひょうめんの空あきスペースを活用かつようできる熱放射ねつほうしゃダイオードの導入どうにゅうは、今後こんごの技術革新ぎじゅつかくしんの一端いったんを担になうものと考かんがえられている。
一方いっぽうで、米航空宇宙局べいこうくううちゅうきょく（NASA）ジョン・グレン研究けんきゅうセンターせんたーのジェフリー・ランディス氏しは、熱放射ねつほうしゃダイオードを低軌道ていきどう衛星えいせいに実装じっそうするためには「極きわめて低コストていこすと」であることが前提条件ぜんていじょうけんになると述のべている。現状げんじょうでは、蓄電池ちくでんちの方ほうが安価あんかであり、熱放射ねつほうしゃダイオードの導入どうにゅうコストこすとがそれを上回うわまる可能性かのうせいが高たかい。

ランディス氏しの研究けんきゅうは、むしろ深宇宙しんうちゅうや月面げつめんのように太陽光たいようこうが全まったく届とどかない環境かんきょうでの人工衛星じんこうえいせいや探査車たんさしゃへの応用おうように焦点しょうてんを当あてている。
これらのミッションでは、プルトニウム等とうの放射性ほうしゃせい同位体どういたいの自然しぜん崩壊ほうかいによる熱ねつを電力でんりょくに変換へんかんする特殊とくしゅな熱電ねつでん発電機はつでんきが用もちいられているが、これらは非常ひじょうに高価こうかかつ大型おおがたであり、資源しげんの確保かくほも容易よういではない。

熱放射ねつほうしゃダイオードにも熱源ねつげんとしてプルトニウムが必要ひつようとされる見込みこみだが、従来じゅうらいの熱電ねつでん発電機はつでんきと比較ひかくすれば構造こうぞうが単純たんじゅんで可動かどう部品ぶひんも少すくなく、より効率的こうりつてきなシステムとなる可能性かのうせいがある。しかし、現在げんざいの半導体はんどうたい材料ざいりょうが放射性ほうしゃせい同位体どういたいの崩壊ほうかいによって発生はっせいする高温こうおん（セ氏せし540～1000度ど）に長期間ちょうきかん耐たえ得うるかどうかは、今後こんごの研究課題けんきゅうかだいである。宇宙飛行うちゅうひこうの現場げんばでは、半導体はんどうたいには10年ねん、20年ねん、あるいはそれ以上いじょうの耐用年数たいようねんすうが求もとめられるため、その信頼性しんらいせいの確立かくりつが不可欠ふかけつである。
今後こんごの展望てんぼうとして、ランディス氏しの同僚どうりょうであるスティーブン・ポリー氏しは、研究けんきゅうが順調じゅんちょうに進すすめば、放射性ほうしゃせい同位体どういたいを熱源ねつげんとした熱放射ねつほうしゃ発電はつでんシステムが5～10年ねん以内いないに実用化じつようかされる可能性かのうせいが高たかいと述のべている。

一方いっぽう、UNSWのイーキンズドークス氏しらのチームは、米空軍べいくうぐんの資金しきん提供ていきょうを受うけ、低軌道ていきどう人工衛星じんこうえいせいにおける太陽光たいようこうのみを熱源ねつげんとした場合ばあいのダイオードの効率化こうりつかや発電量はつでんりょうの増大ぞうだいに取とり組くんでいる。
さらに、新規しんき材料ざいりょうの導入どうにゅうも検討けんとうされており、既存きそんの太陽光たいようこうパネルと同様どうようの材料ざいりょうを使用しようすることで製造工程せいぞうこうていの統合とうごうが可能かのうとなり、商品化しょうひんかの際さいには迅速じんそくな生産体制せいさんたいせいの構築こうちくが期待きたいされる。イーキンズドークス氏しは、今後こんご5年ねん以内いないにこの技術ぎじゅつの商業化しょうぎょうかが実現じつげんするとの見通みとおしを示しめしている。

赤外線せきがいせん放射ほうしゃを利用りようした夜間やかん発電はつでん技術ぎじゅつの進展しんてん

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