持続可能なエネルギー源と採用率

増加する世界人口と環境意識が、私たちの住む地球をより優しく扱う必要性や欲求を促しています。幸いなことに、十分に注意すれば、活用できるさまざまなエネルギーが私たちの周りに存在しています。動いているもの、熱を発するもの、あるいは光を放つものはすべて潜在的なエネルギー源です。

エネルギー源を特定することは簡単な作業です。困難な壁は、そうした資源を信頼性があり、一貫した方法で活用することです。幸い、材料科学の進歩により、過去には考えられなかった効率が実現できるようになりました。

持続可能なエネルギー

クリーンエネルギーのいくつかの例とそれらの活用を推進する企業について掘り下げる前に、持続可能なエネルギーと再生可能エネルギーの違いを理解することが重要です。

簡単に言えば、再生可能エネルギーは、供給が私たちの使用速度よりも速く自然に補充される源から得られます。ただし、これらの源が必ずしもクリーンエネルギーであるとは限らず、現在の需要で枯渇しないという点だけが特徴です。

一方、持続可能なエネルギーは、環境・経済・社会への影響を抑えながら、長期的にエネルギー需要を満たせるエネルギー源や仕組みを指します。これらの源は将来世代を考慮し、石炭、石油、メタンなどの汚染エネルギーに絶えず蝕まれるのではなく、緑豊かな地球を次世代に提供しようとします。

持続可能なエネルギーと再生可能エネルギーには区別がありますが、多くの場合両方のラベルが当てはまります。もちろん、両方の条件を満たすものが最も興味深いと言えるでしょう。

一般的に、持続可能なエネルギーと見なされるためには、次の3つのハードルをクリアしなければなりません。

• 環境的に持続可能
• 経済的に持続可能
• 社会的に持続可能

持続可能なエネルギー源の一般的な例は水力発電です。月の引力による潮汐、風による波、水循環などによって、地球上には常に流れる水があります。流れる水の運動エネルギーを利用することは、自然に再生されるプロセスであるだけでなく、生態系や地域社会への影響を抑え、経済的・社会的にも成り立つよう設計されることで持続可能な利用につながります。

バイオマスは、再生可能であることが必ずしも持続可能であることを意味しない例です。最も分かりやすい利用法は、木材を燃やして熱源とすることです。バイオマスの供給は使用速度よりも速く補充されるかもしれませんが、持続可能性は原料の由来、再生の速度、ライフサイクル全体の温室効果ガス排出に左右されます。

非再生可能かつ非持続可能なエネルギー源の一般的な例は化石燃料です。内燃機関の普及により、化石燃料の供給はすでに尽きつつあります。この源は文字通り何百万年もかけて蓄積されたもので、実質的に再生不可能であり、環境にとって極めて有害で、将来的に持続可能な源とは言えません。

主な選択肢

再生可能エネルギーと持続可能エネルギーの違いが理解できたので、最も期待できるいくつかの例をご紹介します。これらはすでに世界中で利用されており、採用率も有望です。

あるエネルギー源が必ずしも他より優れているわけではないことを覚えておくことが重要です。最適なエネルギー源は、地域で手に入れやすいものです。

水力発電

水をエネルギー源として利用することは新しいことではなく、何世紀も前からダムや水車を活用してきました。当時、水力発電は世界の電力供給の15%以上を占める最大の低炭素電源でした。典型的な利用例は、流れる水の運動エネルギーを利用してタービンを回し、電力を生成することです。

潮力の活用能力とそれが地域の生態系に与える影響の理解を進めようとしている組織の例として、Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE)があります。この政府資金提供の組織はカナダ・ノバスコシア州に拠点を置き、世界最大の潮汐が見られるファンディ湾に位置しています。

ファンディ湾では、1日2回、毎日1600億トン以上の水が出入りし、時計のように正確です。この流れる水の力は驚異的で、月の満ち欠けのように信頼できる、同等に驚くべきエネルギー生産の可能性を提供します。このプロジェクトは、潮力タービンが海洋の植物や動物に与える潜在的な危険性についての 長期研究 の途中にあります。

IEAの2021年の報告書によると、水力発電は世界の低炭素電力のほぼ半分を供給していました。中国は大きな生産国であり、米国も相当量を発電しています。今後、波力および潮力市場だけでも、2021年の5.9億ドルから2028年には44.1億ドルへと成長すると 予測 されています。

風力

水力発電と同様に、風力で作られる電気は新しいものではありません。水の運動エネルギーを利用してタービンを回す代わりに、風がタービンに接続されたブレードを回すことで同様のプロセスが実現されます。

風力は世界中ほぼどこでも電力を生み出すことが可能ですが、課題も伴います。巨大な風力発電所を設置するには広大な土地が必要なだけでなく、潮汐ほど信頼性が高くありません。ある日は風が強く、次の日は無風になることがあります。

これらの課題にもかかわらず、風力は人気が高まり続け、世界の電力生産の 7.6% を占めています。米国では、風力はすでに再生可能エネルギーの最大の源となり、全電力生産の約10%を占めています。

幅広いエネルギー転換に関わる企業として、Siemens AG (SIE.SW ) (SIE.DE ) (SIEGY)があります。このコングロマリットは2022会計年度に720億ユーロの売上高を計上しました。1847年から存在する同社は時代に適応する方法を知っています。その観点から、Siemensは化石燃料から持続可能なエネルギーへの移行を可能にする技術開発に専念する部門を持っています。風車事業のSiemens Gamesaは、2020年にSiemens AGから分離した別会社Siemens Energyに属します。

太陽光

水力や風力のようなエネルギー源で電力を生成する際にはタービンが重要ですが、光起電力（フォトボルタイクス）を利用すればタービンは不要です。光子のエネルギーが半導体材料の電荷担体に移ることで生じる光起電効果が、太陽光発電の根本技術です。太陽は太陽系で最も豊富なエネルギー源であり、そのすべてを活用すべきです。

太陽光は、個人用バッテリーバンクのような小規模な用途から、都市全体に電力を供給するような大規模な用途まで、幅広く利用できる点が独特です。すべてのエネルギー源と同様に、制限もあります。近代技術により太陽光パネルの効率と手頃さは大幅に向上しましたが、依然として日照量の多い地域に最適です。極地に近づくと、数か月間日の出がない地域があります。

現在、太陽光技術の最近の進歩により、世界の電力生産の 4.8% 以上がこの持続可能な源から供給されており、増加傾向にあります。米国は風力エネルギーの導入で先行していますが、太陽光ではやや遅れ、太陽光からの供給は約3%にとどまっています。

太陽光技術分野で最も著名な企業・イノベーターの一つは、電気自動車（EV）メーカーのTesla (TSLA ) （TSLA）です。同社は長年にわたり、従来の太陽光パネルに代わり、住宅所有者が光起電力屋根タイルを使用できる ソーラールーフ の開発・設置を行ってきました。2022年の売上高は814.6億ドルでした。

地熱

かつて地球は全体が溶融した物質で構成され、マグマの海に覆われていたと考えられています。数十億年後、地表は冷却され、人類が居住できるようになりました。しかし、地球の核は依然として非常に高温で、周囲の層を加熱し続けています。この地表下にあるエネルギーが現在私たちが利用している地熱です。

地熱は通常、地球からの熱エネルギーを利用して高熱容量の液体媒体を加熱し、その熱でタービンを駆動して電力を生成します。近年、地熱は大規模な用途だけでなく、住宅の暖房としても実用的になり、人気が高まっています。

十分に掘削すればどこでも地熱エネルギーを利用できますが、火山などの自然のホットスポットが世界中にあり、プロセスがはるかに容易になります。エルサルバドルなどの国はこれを認識し、豊富で信頼できるこのクリーンエネルギーを 活用 するために積極的に取り組んでいます。

現在、その可能性にもかかわらず、地熱エネルギーは世界の電力供給の約0.4% を占めていると考えられており、米国の電力供給に占める割合ともおおむね同程度です。火山以外にも、プレート境界や断層付近で地熱は特に利用しやすく、カリフォルニア州沿岸はこのクリーンエネルギーへのアクセスに最適な地域です。

地熱エネルギー産業への投資機会を求める投資家にとって、先駆けとなっている企業の一つはOrmat Technologies (ORA ) （ORA）です。同社は現在、150以上の発電所を建設したり設備を供給したりしてきており、1,300人以上を雇用しています。過去5年間、Ormat Technologiesは年間収益6億5,000万ドルを超え続けており、地熱の人気が高まるにつれて有利な立場にあると考えられます。

将来の展望

上記の電力源は、より環境に優しい未来を実現するための大きな可能性を持っていますが、将来的にそれらすべてを凌駕する可能性のある別の2つの選択肢もあります。

核融合

核融合による実用的な発電は、科学者がエネルギー生産の「聖杯」と呼ばれるものを活用するための有望な ブレークスルー を続けていることから、いずれ実現する可能性があります。実際、進展は大きく、各国政府は2040年までに稼働するプロトタイププラントの建設を計画しています。

核融合に馴染みのない方のために説明すると、核融合は太陽「ソル」を動かすのと同じプロセスで、現在の原子力発電所で使用されている核分裂（Nuclear Fission）とは異なります。どちらも大量のエネルギーを放出しますが、核融合は原子核を結合させる条件を作り出すのに対し、核分裂はウランなどの重元素を分割します。

核融合は燃料の単位質量当たりで核分裂よりも多くのエネルギーを放出するだけでなく、はるかにクリーンなプロセスです。現在、科学者が取り組んでいる課題は、プロセスを促進し安全に活用できる適切な条件を整えることです。

圧電効果

私たちは最近、圧電効果を調査し、広く利用されているものの、あまり知られていないエネルギー変換方式の一つであることを確認しました。圧電効果とは、人工的または自然に存在する材料が外部圧力を受けたときに電気放電を生み出す能力です。

マイクロフォンやライターなどの日常的な製品で何十年も使用されてきたように、現代の材料科学はこの効果を利用して大規模な応用に十分な電力を得られる日を目指して進歩し続けています。

核融合と同様に、圧電材料の広範な利用はかつてはSFのように感じられました。多くの年がかかりますが、将来的には圧電材料が利用可能な機械エネルギーを電力に変え、一部の低消費電力機器で電池の必要性を減らせるかもしれません。利用できる電力は回収可能な機械エネルギーに限られ、一般に大型蓄電池を不要にするものではありません。

まとめ

世界は依然として石油製品、石炭、天然ガスといったエネルギー源に依存していますが、これらが将来のエネルギーではないことは明らかです。幸い、エネルギーは私たちの周りに至る所に存在し、現代の科学はクリーンなエネルギー源のリストを拡大し、活用できる機会をますます提供しています。

将来的に地球が核融合や自己給電デバイスに依存する日が来るかもしれませんが、水力、風力、太陽光、地熱の導入が継続されることが、そこへ到達する鍵となります。