電気変色コーティングは効率的なHVACの実現に重要になる可能性がある

HVACエネルギー使用の解決

HVAC（暖房、換気、空調）は、世界的なエネルギー使用の大部分を占め、夏は建物を冷却し、冬は暖房します。 EIAによると、HVACは商業ビルの総エネルギー消費の約40％、住宅ビルの約35％を占めています。

建物の冷暖房方法を改善するために多くの努力がなされています。特に重要な手法は、従来のシステムよりはるかに効率的に熱を建物内外へ移動させるヒートポンプの採用です。ヒートポンプは従来の暖房炉の2〜4倍の効率で、冷房にも利用できます。

ヒートポンプに関する詳細は「なぜヒートポンプが家庭の気候制御に最適な選択肢とされるのか」をご覧ください。

ヒートポンプは時間とともに性能が向上する可能性があります。現在は主に圧縮サイクルを利用していますが、近い将来電気カロリック材料がヒートポンプの効率をさらに向上させる可能性があります。

しかし、冷暖房エネルギー費用を削減する別の方法は、そもそもの熱損失を改善することです。断熱が不十分な住宅やオフィスでは、HVACシステムが無駄に外部と熱交換を行います。

断熱の改善は最初のステップであり、通常は新築設計時に組み込むか、高額な改修・再建が必要です。とはいえ、断熱だけでは限界があり、新素材が役立つ可能性があります。

例えば、適応型屋根タイルはタイルの温度に応じて加熱状態と冷却状態を切り替えることができます。

適応型断熱

断熱材や適応型屋根タイルのような自動反応素材を使用する際の制限の一つは、時に逆効果になることです。理想的には、建物へのエネルギーの出入りを自由にオンオフできる素材が欲しいです。

これは特に窓ガラスに当てはまります。冬はできるだけ多くの光とエネルギーを建物に取り込みたいが、夏は建物を暖めるエネルギーを抑えて空調の負荷を減らしたい。

この考えから、電気変色フィルムという概念が生まれました。電気変色フィルムは、窓のシェーディングを自由にオンオフできる薄層素材です。ごく小さな電流を流すと、透明から着色へ変化し、赤外線放射から熱を吸収します。

この技術は金属有機構造体（MOF）という、孔隙率が90％以上と非常に高い素材に依存しています。

問題は、従来のMOFフィルムは応答速度が遅く、安定性に欠けていたことです。そのため理論上は有望でも実用性は低かったのです。

この状況は、中国のハルビン工業大学、衢州大学、成都電子科学技術大学、揚州大学の研究者らが発明した新しいMOF設計により変わりつつあります。

電動シェード

研究者が開発した電気変色フィルムは、新タイプのMOFを組み込むことで機能します。正確には「FドープSnO₂を4-メルカプトベンゾ酸で修飾し、3,3′-ジヒドロキシ-4,4′-ビフェニルジカルボン酸を用いてNi-IRMOF-74@MBAフィルムを作製」したものです。

結晶性物質が薄膜を形成し、金属イオンに結合する有機リガンドの長さを変えることで孔径をカスタマイズできる能力に起因します。これにより電流の流れが改善され、色の制御がより正確になり、耐久性も向上します。

結果として、0.8Vで緑色、1.6Vで濃い赤／茶色に変化するフィルムが得られました。

出典: ACS

このフィルムは、4500サイクル後に95.7％の保持率という安定性と、2秒未満の高速応答という点で従来のMOFと比べて顕著です。

このシステムがどれほど広く採用されるかはまだ不透明ですが、脱炭素化とエネルギー消費削減の必要性から、都市をより環境に優しくするための重要な手段の一つとなるでしょう。

薄膜企業

1. China Singyes New Materials Holdings Limited (8073.HK)

この中国企業は2010年に光学薄膜素材分野に参入しました。マルチメディア商業ディスプレイシステムや、インテリジェント調光投影システム、マルチメディア透明光電ガラスなどを製造しています。

これには、透明から不透明に切り替え可能なガラス壁や、耐熱性スマートフィルムが含まれます。したがって、電気変色ガラスの導入候補としても有望です。

出典: China Singyes

同社は英語で財務報告書を公開しており、これは規模の小さい中国のニッチ企業では必ずしも保証されません。

2023年には自動車用フィルムの生産へと事業を拡大しました。中国の自動車産業と輸出（主にEV）の成長に伴う急成長セクターです。

総じて、同社は革新的であり、中国全体の経済パフォーマンスと、広告表示やホテル・オフィスなどの室内空間でのプライバシー確保のための高度な素材需要の拡大から恩恵を受ける可能性が高いです。

2. Kewei Films

民間上場企業であるKeweiは「最大のITO PET、スマートフィルム、窓用フィルムメーカー」であり、年間生産能力は6,000万メートルです。

これにより、同社は中国最大の窓用ティント、塗装保護フィルム、車両ラップビニールフィルム、そしてスマートフィルムの製造業者となっています。

同社の窓用フィルムはすでに冷房コスト削減に利用されています。また、スマートガラスも製造しており、透明度を自由にオンオフできる特性を持ちます。

出典: Kewei

Keweiの規模を考えると、上場していなくてもスマートフィルム分野の投資家は同社に注目すべきです。特に、新しい電気変色コーティングが市場を拡大し、大手既存プレーヤーが規模の利点を活かして生産コストを削減できるようになる場合はなおさらです。