太陽エネルギーの85%を蒸気に変換する新構造をMITが開発

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太陽光を集めて蒸気タービンを回転させる発電方法が「集光型太陽熱発電」ですが、蒸気を発生させるために必要な強度の太陽光を集光するためには大規模な太陽炉が必要となります。MIT機械工学部ではそんな蒸気の生成に注目し、大規模な設備や多額の費用をかけることなく太陽エネルギーの85%を蒸気に変換できる構造を開発しました。

Steam from the sun | MIT News Office
http://newsoffice.mit.edu/2014/new-spongelike-structure-converts-solar-energy-into-steam-0721

MITが開発した新しい太陽光蒸気生成システムは、円筒形で内部が二重の層になっています。上位の層は黒鉛にマイクロ波を当てて多孔性を持たせたもの、下の層は絶縁体の役割を果たすカーボンフォームで、これを水に浮かせて使用します。日光が当たると黒鉛層の中にホットスポットができて、黒鉛の中の気孔から水が吸い上げられるため、水が温められて蒸気になります。日光が強ければ強いほど多くの蒸気が生成されることになります。

この新しい構造は比較的低い温度の太陽光で、熱をほとんど逃さずに蒸気を生成することができ、円形の構造を水に浮かせるだけというシンプルな仕組み。大規模な設備と太陽光を集中させる高価な太陽炉などを複合させる必要はないため、太陽熱発電の著しい改良が期待されています。

By Joseph Giral

研究チームが通常の晴れた日の日光の強度で実験を行ったところ、85%の変換効率での10回の蒸気の生成に成功しています。MIT機械工学部の研究員Hadi Ghasemi氏は「構造に使用する素材によってはさらに効率的を上げることも可能です」と説明します。

この構造は比較的安価な材料で作ることや小型化が可能なため、脱塩装置や殺菌などを行う衛生システムなどのさまざまな蒸気を使う機関への応用が可能とのこと。Ghasemi氏は「特に太陽が唯一のエネルギー源である僻地では、太陽光による蒸気の生成は非常に有益になるでしょう」と話しています。

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太陽光と 太陽熱は、無尽蔵のエネルギー源として、持続可能な社会の実現へ向けてシンボル的な存在になっている。とはいえ、現在までの技術では、太陽光、太陽熱はな かなか効率良くエネルギーとして変換できていない。少なくともいまのままではエネルギー供給の救世主とはなりえないだろう。

しかし、つい先日MIT(マサチューセッツ工科大学)から注目すべき発表がなされた。それは、太陽エネルギーを従来よりも圧倒的に効率よく活用して、水を水蒸気に変えることができるスポンジ状の構造体を作り出したというものだ。

それが意外とシンプルなのである。

グラファイトの小片の層とその基礎となる多孔性のカーボンの層を水に浮かべただけ、というものだ。太陽光がこの構造体の表面にあたると、グラファイトの層にホットスポットが生じ、そこに水が吸い上げられつつ蒸発する。

そして、太陽エネルギーの実に85%を、水を水蒸気に変えるエネルギーに変換できるのだという。

従来の100分の1の集光で水の水蒸気化が可能になる

従 来、太陽熱を使って水蒸気を発生させる装置では、あるていど多量の液体(水)の温度を上げる必要があった。ナノフルードを使った改善策なども開発された が、それでもスタート時には晴れた日の太陽光をレンズやミラーを使って約1,000倍にまで集めてやらないといけなかった。また装置が大がかりになること もあってロスも大きい。

それが、このスポンジ状の構造体を使えば、晴れた日の太陽光の約10倍程度の強さがあれば十分だというのだ。

これは非常に現実的だ。そしてロスが少なく効率がいい。また、さいわいなことに、このグラファイトとカーボンを使ったスポンジ状の構造体は製造コストもあまり高価ではないという。

蒸気は発電をはじめとしてさまざまな動力に活用できる。蒸気機関車の動力源が蒸気であることを考えれば理解しやすいだろう。より直接的には、淡水化装置や消毒、滅菌装置などにおいて水蒸気は重要だ。

今後このスポンジ状の構造体は、使う素材を工夫することでさらに効率を上げることもできると見込まれている。そうすれば太陽熱をエネルギー源として活用できる幅が大きく広がることになりそうだ。

*出典:MIT News

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