水の「蒸発」を利用する新しい再エネ発電、米コロンビア大学発表
| 政策/動向 | 再エネ | IT | モビリティ | 技術/サービス | 金融 |
一般社団法人エネルギー情報センター
9月26日、英科学誌Nature Communicationsにて、水の「蒸発」を利用する新しい再エネ発電方法が掲載されました。細菌の芽胞が空気中の水分を吸収・放出する際に、膨張と収縮をする特徴を利用して電力を生成する仕組みとなります。
水の「蒸発」を利用する新しい再エネ発電方法
地球上に到達する太陽光のエネルギー量は1m2当たり約1kWです。仮に、地球全体に降り注ぐ太陽エネルギーを100％変換できるとしたら、世界の年間消費エネルギーを、わずか1時間でまかなうことができるほど巨大なエネルギーとなります。
地球の表面で吸収される太陽エネルギーは、概ね半分が水の蒸発を引き起こし、これによって生態系と水資源、気象、気候が影響を受けています。この蒸発をエネルギーに変換できることは、複数の研究で実証されていますが、蒸発エネルギー資源の利用可能性と信頼性、潜在力についての解明はほとんど進んでいません。
そのような中、英科学誌Nature Communicationsにて、水の「蒸発」を利用する新しい再エネ発電方法が掲載されました。バクテリアが空気中の水分を吸収・放出する際に、膨張と収縮をする特徴を利用して電力を生成する仕組みとなります。
アメリカの池や湖の蒸発を電力に、国内の年間発電量の7割に相当
今回の研究においては、水の蒸発というプロセスから回収できるエネルギー量の評価が行われています。研究グループによると、米国内に現存する面積0.1 km2以上の湖沼と貯水池（五大湖を除く）からの水蒸発によって、最大325ギガワットの電力を利用できる可能性があるとしています（図1）。
これは、2015年における米国の年間発電量の約7割に相当するという計算になります。また、今回の研究結果では、太陽光や風力発電と異なり、気象条件の変化による悪影響はさほど大きく受けないことも示されています。
蒸発エネルギーの場合は、太陽の出ていない夜間であっても、十分なエネルギー量を期待できます。その主な理由は、水自体が熱を蓄えることができるからです。日中の時間帯では、日光に由来する熱が水に蓄えられ、夜間はそのエネルギーにより、継続的に水が蒸発していきます。
図1 蒸発エネルギーの密度 出典:コロンビア大学
湖などの蒸発量を半減、水不足への応用可能性
蒸発駆動のシステムは電力を生産するだけではなく、蒸発による水の損失をほぼ半分に減らすことが可能です。そのため、水不足に悩まされている地域においては、こうしたエネルギー回収装置が有利に働く可能性もあります。
蒸発からエネルギーを収穫することは、必然的に蒸発速度を低下させます。したがって、貯留槽（灌漑や水力発電などのため作られたもの）があれば、水の損失を減らすことが別の重要なメリットを生み出します。例えば、水の損失を少なくすることで、農家などが潤沢に水を使用することが可能となります。
今回の研究による、米国内の湖等を利用したモデルでは、年間25兆ガロン、すなわちアメリカ人が消費する水の約5分の1が節約できる計算となりました。
芽胞を塗布したテープの伸縮で発電
蒸発エネルギーを実際に利用するには、空気と水の境界面にエネルギーを摂取する装置を設置する必要があります。湖などから蒸発する水蒸気が、大気中に拡散する前に、特殊な装置で捕捉することになります。
蒸気をエネルギーに変換するプロセスは、細菌の芽胞が利用されます。芽胞は水を吸収すると膨れて、水分がなくなると縮むため、筋肉のように振舞うことが可能です。今回の研究では、胞子を塗布処理したビニールテープが伸び縮みすることによって、エネルギーを採取する構造が考えられています。伸縮するテープの端に発電機を接続することで電気を生み出します。
コロンビア大学のOzgur Sahin氏の研究室で開発された蒸発駆動エンジンは、シャッターを開閉することで湿度を制御し、細菌の胞子を膨張させたり収縮させたりします（図2）。胞子が膨張と収縮を繰り返すことで、発電機により電気を生成することも可能です。
図2 水蒸気で伸縮する.胞子を塗布したビニールテープ 出典:コロンビア大学
今回の研究成果を活用し、世界初の蒸発駆動エンジンを搭載したミニカーが試作されています。ミニカーが動く様子については、以下の動画にて確認することができます。なお、今回の研究については、「U.S. Department of Energy」、「David and Lucile Packard Foundation」、「National Science Foundation」、「Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering」によって資金提供されて実施されています。
この続きを読むには会員登録（無料）が必要です。
無料会員になると閲覧することができる情報はこちらです
執筆者情報
一般社団法人エネルギー情報センター
EICは、①エネルギーに関する正しい情報を客観的にわかりやすく広くつたえること②ICTとエネルギーを融合させた新たなビジネスを創造すること、に関わる活動を通じて、安定したエネルギーの供給の一助になることを目的として設立された新電力ネットの運営団体。
| 企業・団体名 | 一般社団法人エネルギー情報センター |
|---|---|
| 所在地 | 東京都新宿区新宿２丁目９−２２ 多摩川新宿ビル3F |
| 電話番号 | 03-6411-0859 |
| 会社ＨＰ | http://eic-jp.org/ |
| サービス・メディア等 | https://www.facebook.com/eicjp
https://twitter.com/EICNET |
関連する記事はこちら
一般社団法人エネルギー情報センター
2025年10月29日
前編では、ペロブスカイト太陽電池の特性と政策的背景、そして中国・欧州を中心とした世界動向を整理しました。 中編となる今回は、社会実装の要となる耐久性・封止・量産プロセスを中心に、産業戦略の現在地を掘り下げます。ペロブスカイト太陽電池が“都市インフラとしての電源”へ進化するために、どのような技術と制度基盤が求められているのかを整理します。特に日本が得意とする材料科学と製造装置技術の融合が、世界的な量産競争の中でどのように差別化を生み出しているのかを探ります。
一般社団法人エネルギー情報センター
2025年10月27日
中小企業が入れるRE100/CDP/SBTの互換ともいえるエコアクション21、GHGプロトコルに準じた「アドバンスト」を策定
GHGプロトコルに準じた「エコアクション21アドバンスト」が2026年度から開始される見込みです。アドバンストを利用する企業は電力会社の排出係数も加味して環境経営を推進しやすくなるほか、各電力会社側にとっても、環境配慮の経営やプランのマーケティングの幅が広がることが期待されます。
一般社団法人エネルギー情報センター
2025年10月18日
日本発！次世代ペロブスカイト太陽電池：フレキシブル発電が都市を変える 【第1回】背景と技術概要 — 何が新しいか／政策・投資の全体像／海外動向との比較
本記事は、2024年公開の「ペロブスカイト太陽電池の特徴とメリット」「ペロブスカイト太陽電池の課題解決と今後の展望」に続く新シリーズです。 耐久性や鉛処理、効率安定化といった技術課題を克服し、いよいよ実装段階に入ったペロブスカイト太陽電池。その社会的インパクトと都市エネルギーへの応用を、全3回にわたって取り上げます。
一般社団法人エネルギー情報センター
2025年10月17日
非化石証書(再エネ価値等)の下限/上限価格が引き上げ方向、脱炭素経営・RE100加盟の費用対効果は単価確定後に検証可能となる見込み
9月30日の国の委員会で、非化石証書の下限/上限価格の引き上げについて検討が行われています。脱炭素経営の推進を今後検討している企業等は、引き上げ額が確定した後にコスト検証を実施することが推奨されます。また本記事では、非化石証書の価格形成について内容を見ていきます。
一般社団法人エネルギー情報センター
2025年09月29日
【第3回】電力小売に導入が検討される「中長期調達義務」とは ——料金・市場構造・投資への影響と導入後の論点—
第1回では制度導入の背景を整理し、第2回では設計の仕組みと現場課題を取り上げました。最終回となる本稿では、中長期調達義務が導入された場合に、料金や市場構造、投資意欲にどのような影響が及ぶのかを展望します。
制度の目的は電力の安定供給を強化し、価格急騰のリスクを抑えることにあります。ただし、調達コストの前倒し負担や市場流動性の低下といった副作用も想定されます。今後は、容量市場や需給調整市場との整合性、データ連携による透明性、新規参入環境の整備といった論点への対応が、制度の実効性を左右することになります。
