私たちの身の回りには、使われずに捨てられている「熱」が膨大に存在することをご存知でしょうか。国立研究開発法人の物質・材料研究機構（NIMS）は2019年11月14日、そんな未利用熱を電力に変える革新的な技術を発表しました。目黒奨主任研究員らのチームが開発したのは、なんと「金属材料のみ」で構成された熱電発電素子です。
「熱電発電」とは、物質の表裏に生じる温度差を直接電気エネルギーに変換する技術を指します。これまでは主に半導体が使われてきましたが、半導体は熱に弱く、高温下では溶けてしまうという致命的な弱点がありました。今回の発明は、その常識を根底から覆す画期的な一歩といえるでしょう。
SNS上では、この発表を受けて「ついに工場やエンジンの排熱が宝の山になるのか」「金属だけで発電できるなんて魔法のようだ」といった驚きと期待の声が広がっています。特に、精密機械である半導体を使わずに済むというシンプルさが、過酷な産業現場を知るユーザーの心を強く掴んでいるようです。
ボイラーの熱も逃さない！驚異の耐熱性能
研究グループが着目したのは、耐熱性に優れたニッケル合金と銅という2種類の金属です。これらをレーザー溶接でつなぎ合わせ、長さ12cm、幅4mmのスマートな素子を作り上げました。半導体を用いた従来の素子が苦手としていた高温領域でも、金属材料であれば形状を維持したまま安定して稼働し続けることが可能です。
実験では、144個の素子を連結し、片側を900度という超高温環境に設置しました。これは高温炉やボイラーの内部に匹敵する過酷な条件ですが、素子は壊れることなく450mW程度の発電に成功しています。これまで「熱すぎて手が出せなかった」エネルギー源を、有効な資源へと変える鍵がここにあるのです。
実用化に向けては、発電量をさらに1000倍以上に高めるという高いハードルが残されています。しかし、基礎理論が証明された今、素子の積層構造の最適化やレーザー溶接の精度向上によって、この課題も突破できるはずです。編集部としては、この技術が工場の煙突や大型船舶の排気口に実装される未来が、すぐそこまで来ていると確信しています。
エネルギー自給率の向上や脱炭素社会の実現が叫ばれる中、こうした日本発の「材料の力」によるブレイクスルーは非常に心強いものです。金属のタフさと熱電発電の効率性が融合したとき、私たちのエネルギーインフラはより強固で持続可能なものへと進化していくでしょう。今後の研究の進展から目が離せません。
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