アラブ首長国連邦の砂漠地帯で、サッカー場約12,600面分の広大な敷地に及ぶ大規模なクリーンエネルギー計画が画期的な成果を達成しようとしている。太陽光発電を利用して、夜間を通じて50万世帯分に相当するエネルギーを供給するというものだ。この湾岸諸国は、5.2ギガワットの太陽光発電容量と19ギガワット時のバッテリー貯蔵容量を着実に組み合わせ、世界最大のバッテリーシステムを構築している。
一方、約7,500マイル離れた米国コロラド州の国立再生可能エネルギー研究所では、研究者や技術者たちがこれまでにないほど小型のバッテリーを開発している。再生可能エネルギー貯蔵用のグリッド規模のリチウムイオンバッテリーと比べると、これらは極めて小さい。体長約3インチ（7.5センチ）の若いサケやウナギを追跡する電子タグに電力を供給するために設計されている。
従来のリチウムイオンバッテリーがサイズと規模の限界に挑戦する一方で、他の種類のバッテリーも、低炭素エネルギーを活用する上で同様に重要な役割を果たす可能性がある。リチウム、コバルト、ニッケルといった、環境破壊や脆弱なコミュニティへの害が懸念される重要鉱物を必要としない。
充放電サイクル数に限りがあるリチウムイオンバッテリーとは異なり、これらの代替バッテリー技術の多くは無期限に使用でき、20年の耐用年数が終了した後はリサイクルが可能だ。開発者たちはすでに、再生可能電力を利用可能なときに貯蔵し、ウェアラブル技術から暖房ネットワーク、工場、さらにはミサイルに至るまで、あらゆるものに電力を供給するために、多種多様な材料に注目している。
以下は、注目を集めている最も革新的なエネルギー貯蔵技術の一部である。
液体空気
昨年末、グレーター・マンチェスターの元市長は、トラフォードにあるかつての石炭火力発電所の跡地で、待望のエネルギー貯蔵プロジェクトの建設開始を記念し、このプロジェクトが同地域の「再工業化」のきっかけとなる可能性があると述べた。アンディ・バーナム氏は、カリントンの「液体空気」クライオバッテリーを含むトラフォード・グリーン・クラスターの開発により、グレーター・マンチェスターにとって「この10年がヴィクトリア朝以来最もエキサイティングなものになる」と語った。
簡単に言えば、英国の新興企業ハイビュー・パワーが開発するカリントン・プロジェクトは、再生可能エネルギーが豊富なときにそれを捕捉し、液体空気として貯蔵することを目的としている。理論上、「クライオバッテリー」はエネルギーを数時間、数日、あるいは数週間も貯蔵できる。科学的にはより複雑で、カリントンは余剰の再生可能エネルギーを使って空気を-196°Cに冷却し、元の体積の700分の1になる液体に変える。この状態は、再生可能エネルギーが不足し市場価格が上昇するまで維持される。その後、液体は再び気体に戻され、タービンを通って急速に膨張し、ガス火力発電所に典型的な排出物を出さずに発電する。
このプロジェクトは何度か遅延に見舞われたが、年内に稼働を開始すれば、300 MWhの貯蔵容量を提供し、6時間にわたって50 MWの電力を供給する。これは、約50万世帯に電力を供給するのに十分なクリーンで再生可能なエネルギーである。
溶融塩
マンチェスターでエネルギーが氷点下の温度で貯蔵されている一方、ネバダ砂漠では逆のアプローチが取られている。そこでは、1万枚の鏡がクレセント・デューンズ・プロジェクトのために発電しており、過去10年間、太陽の力を利用して硝酸カリウムと硝酸ナトリウムの貯水池を560°Cに加熱してきた。この温度は日没後10時間維持でき、貯蔵された熱エネルギーは、その熱を使って従来の回転タービンを駆動することで電気に変換される。溶融塩貯蔵は、クリーンな電気を熱として貯蔵する効果的な方法である。これらの溶融塩バッテリーは、最新の誘導ミサイルや核兵器の主電源として機能する。これらは「予備バッテリー」として機能し、兵器発射時に作動する火工品の熱がその貯蔵エネルギーを解放するまでエネルギーを保持する。
2020年代、デンマークは溶融塩貯蔵が重工業の脱炭素化という課題の解決にも役立つ可能性があることを示した。風力発電のリーダーである同国は、今年初めに容量1 GWhの大規模な溶融塩バッテリープロジェクトを発表した。これは、塩を約600°Cに加熱することで、クリーンな電気を最大2週間貯蔵できる。必要に応じて、高温の塩は発電機を通して循環され、高温蒸気を生成し、これを工業プロセスで直接使用できる。
砂
再生可能な電気が塩を加熱することで貯蔵できるのと同様に、クリーンエネルギーは砂にも貯蔵できる。
フィンランド南部の小さな町ポルナイネンでは、数千トンの砂が学校、図書館、町役場の暖房に使われるエネルギーを貯蔵するのに役立っている。これにより、この地区は地域暖房ネットワークでの石油の使用を完全に停止し、木質チップの使用を約60%削減できるはずだ。
この砂バッテリーは、約2,000トンの粉砕されたソープストーンを使用してクリーンエネルギーを熱として貯蔵し、1 MWの熱出力と100 MWhの貯蔵容量を提供する。高さ約13メートル、幅約15メートルの砂バッテリーは、夏場にはポルナイネンのほぼ1か月分の熱需要を賄うことができる。冬場には、約1週間分を賄える。これは、2022年に同国で発表された初期バージョンの約10倍の規模であり、フィンランド全体の排出量削減において砂バッテリーがより大きな役割を果たす可能性を示している。
汗技術
日本では、東京理科大学の研究者たちが、ウェアラブル技術に電力を供給するための実行可能なエネルギー源として人間の汗が利用できるかどうかを調査している。
継続的な電力を供給できるエネルギー源として身体を扱うことで、研究者たちは、ウェアラブルデバイスのセンサーに電力を供給するという問題を、デバイスをかさばらせ絶え間ない充電を必要とする小型バッテリーに頼らずに解決したいと考えている。
これに応えて、彼らは人間の汗から直接電気を生成する薄型のウェアラブルパッチを開発した。これは酵素バイオ燃料電池を使用して、汗に含まれる化学化合物、特に乳酸を捕捉し、電力に変換する。汗が電池に接触すると、パッチに埋め込まれた酵素が生化学反応を引き起こし、電子を放出する。
つまり、歩行、運動、用事などの日常活動中に、外部電源なしで発電が可能になる。
よくある質問
以下は、溶融塩や人間の汗を使って再生可能エネルギーを貯蔵する珍しいバッテリーに関する、自然な口調で明確で簡単な回答で書かれたFAQのリストです。
初級レベルの質問
Q 待って、本当に人間の汗を使ってエネルギーを貯蔵しているのですか？
A はい、ただしあなたが考えているような方法ではありません。研究者たちは、人間の汗に含まれる塩分を化学燃料として使用する、超薄型で柔軟なバッテリーを開発しています。汗をかくと、バッテリーは小さな電気を生成し、それは小さなセンサーやウェアラブルデバイスに電力を供給するのに十分です。
Q 溶融塩バッテリーとは何ですか？
A それは、塩を液体になるまで加熱して使用する大型の産業用バッテリーです。この液体の塩はスポンジのように機能し、熱や電気を貯蔵します。主に、太陽光や風力からのエネルギーを後で使用するために貯蔵するために使用されます。
Q なぜ汗や溶融塩から作られたバッテリーが必要なのですか？
A 通常のバッテリーは高価であったり、リサイクルが難しかったり、発火したりすることがあります。汗バッテリーは安全で充電の必要がないため、ウェアラブルデバイスに最適です。溶融塩バッテリーは、大量のエネルギーを安価に貯蔵でき、数十年間持続するため、電力網に最適です。
Q 汗バッテリーは実際にどのように機能するのですか？
A あなたの汗には塩分が含まれています。バッテリー内の特別な酵素が乳酸と反応して、微小な電流を生成します。汗をかくほど、より多くの電力が生成されます。
Q 溶融塩バッテリーは私の家に電力を供給できますか？
A はい、ただし直接ではありません。これらのバッテリーは通常、地域全体や太陽光発電所向けに大規模に建設されます。熱を貯蔵し、後で電気に変換して数千の家庭に電力を供給します。
上級・技術的な質問
Q リチウムイオンと比較した溶融塩バッテリーの最大の利点は何ですか？
A コストと寿命です。溶融塩は安価で豊富な材料を使用します。容量をあまり減らさずに20～30年持続できますが、リチウムバッテリーは5～10年で劣化し始めます。また、発火しません。
Q 溶融塩バッテリー内の塩はどのくらいの温度になりますか？
