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暑いほどエコな太陽熱冷房

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大量の電力を消費する冷房。その需要は高まっていて、冷房用の電力需要は2100 年までに2000年の30 倍以上になると予想される。そうした状況を受け、暑さの原因である「太陽熱」を利用した空調システムに注目が集まっている。

タイトルおよび説明はシュプリンガー・ネイチャーの出版している日本語の科学まとめ雑誌である「Natureダイジェスト」5月号から。最新サイエンスを日本語で読める本雑誌から個人的に興味を持った記事をピックアップして紹介しています。過去の記事は「Nature ダイジェストまとめ」を御覧ください。

ホットでクールな太陽熱冷房

GWも明け、初夏ですね。徐々に気温が上がり、汗ばむ日もあるぐらい。暑い夏に必須なのがエアコン(冷房)。気候変動に関する政府間パネル(IPCC)は冷房用の電力需要は、2100年までに2000年水準の30倍以上になっているだろうと予測しています。どんなに省エネタイプのものが開発されても、多くの国々ではまだまだ冷暖房完備のところはメジャーではなく需要は増え続けます。

そこで、今月号の特集記事。一見矛盾しているタイトルではありますが、最近注目されている「太陽熱エアコン」について述べています。

エアコンは蒸発熱を利用したものであるのはご存知であると思います。高圧の液体冷媒を膨張弁で広い蒸発器に押し出すことにより、圧力と温度を急激に下げます。その低温の冷媒が室内の空気や自ら熱を吸収して蒸発、冷たい空気が建物内を循環します。その後、圧縮機によって、冷媒を圧縮して高温の気体冷媒となり、凝縮器で熱を捨てながら液体となり、その後膨張弁にまたたどりつくといった機構です。とっても効率的なのですが、この圧縮機を動かすには大量の電気エネルギーが必要となります。

そこで、この圧縮機を用いず、太陽エネルギーから単純に熱をいただくのが「太陽熱エアコン」です。実はその仕組みは特段新しい技術ではないのですが、近年の環境への関心と、それに伴う効率的な集熱器の改良がこれらの開発と製品化を可能としました。とはいえどまだまだ課題は山積み。本記事ではこの「太陽熱エアコン」の現状と開発状況について述べています。

冷暖房完備の現状ではあまり実感がわかないかもしれないですが、例えば大学でも電力使用量問題は問われており、毎年のように夏の省エネ対策が行われています。環境に対する配慮も必要かもしれないですが、単純に電力エネルギーの高騰も相まって、お金がないんですね。その意味では電力使用量を減らすことができるこれら技術の開発は大変重要であり、出来る限り初期投資をすぐにペイできるような高効率な太陽熱エアコンの開発が望まれます。

トリアンギュレンの合成に成功

有機合成関係の記事かと思いきや、合成は合成でも単分子レベルでの合成。これまで拙サイトでも顕微鏡で1つの分子の形みる・決めるということが実際にできるようになりつつあるという記事を紹介してきました。

これらはIBM社の研究者による研究成果であり、走査型顕微鏡の単身の先端に一酸化炭素(CO)などの単分子をつけると、分子の形が高解像度でみえることをから発展した研究です。その後も1分子の化学反応を行ったり(他の研究者)[1]、化学反応の不安定中間体(アライン)を合成できる[2]ことを証明しています。

本記事はその不安定中間体合成の続報のようなもので、今回対象にした分子はタイトルにあるように「トリアンギュレン」という分子。平面炭化水素ビラジカル分子で通常は、すぐに酸化されてしまい単離することはできません。2001年にトリアンギュレン大きな置換基を導入して「保護」してあげることで、はじめてビラジカル状態を確認することに成功していました。今回は、短針を配置して、前駆体から2個の水素ラジカルを電圧パルスで吹き飛ばし、かつそのままその分子をみることで、はじめて置換基のないトリアンギュレンの合成に成功しています。

A.トリアンギュレン B. 置換基で「保護」をしたトリアンギュレン誘導体 C. 今回得られた画像(出典:関連文献[4]より)

本記事では、その詳細と今後の展望について紹介しています。大変夢のある研究でわかりやすく思い白いですが、高価な走査型顕微鏡と特殊な装置が必要なのでしばらく一部の研究者の独壇場になりそうですね。

関連文献
  1.  de Oteyza, D. G.; Gorman, P.; Chen, Y. C.; Wickenburg, S.; Riss, A.; Mowbray, D. J.; Etkin, G.; Pedramrazi, Z.; Tsai, H. Z.; Rubio, A.; Crommie, M. F.; Fischer, F. R. Science 2013, 340, 1434. DOI: 10.1126/science.1238187
  2. Pavliček, N.; Schuler, B.; Collazos, S.; Moll, N.; Pérez, D.; Guitián, E.; Meyer, G.; Peña, D.; Gross, L. Nature Chemistry 2015, 7, 623. DOI: 10.1038/nchem.2300
  3. Inoue, J.; Fukui, K.; Kubo, T.; Nakazawa, S.; Sato, K.; Shiomi, D.; Morita, Y.; Yamamoto, K.; Takui, T.; Nakasuji, K. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123 (50), 12702–12703. DOI: 10.1021/ja016751y 
  4. Pavliček, N.; Mistry, A.; Majzik, Z.; Moll, N.; Meyer, G.; Fox, D. J.; Gross, L. Nat Nanotechnol 2017, 12, 308–311. DOI: 10.1038/nnano.2016.305 

その他の記事

今回はなんと3つの記事が特別公開。1つめは「月に届く地球の風」。2017年に創刊されたNature Astronomyに掲載された大阪大学・名古屋大学・JAXA(宇宙航空研究開発機構)の共同研究のお話です。もう2つめは「科学者の国会が「軍事研究を行わない」と決議」。各所で話題となっている科学者と軍事研究の関係に日本学術会議が行った声明に関する記事です。最後の記事は「恐竜系統樹の枝ぶりが変わる?」で、研究により恐竜の系統図が書き換わり、教科書が変わってしまうような結果が出たという話です。恐竜も昔とは(といっても筆者が子供のときぐらい)えらい様相が変わってきたような苦笑。

というわけで3つの記事で試し読みし、面白ければ購読をオススメします。

過去記事はまとめを御覧ください

外部リンク

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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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