サステナブルって、なーに？
産業革命以来、私たちが使っているエネルギーの多くは石炭や石油、原子力など動植物に起源を持つ化石燃料か、放射性鉱物の臨界反応によって放出されるエネルギーでした。
これらのエネルギーは『使えば減る』と言うごく当たり前のルールに従って利用可能量は毎日減っています。
実は人間一人一人の人生の残り時間も、化石エネルギーの使用可能量と同じように減っているのですが、命や資源が有限であることに私たちは無関心を装っているのかもしれません。
今、日本で消費されているエネルギーの約半分は原油、84％は化石燃料、原子力を含めると95％以上が『使えば減る』エネルギーで、水力・風力・地熱・太陽熱など再生可能なエネルギーの使用量は５％に及びません。
エネルギー産業の中には「『地下資源が枯渇する』のは予想されているよりずっと先で、心配することはない」といった情報を発信するものもあります。
「化石燃料の使用を控えなければならない」理由は「資源が枯渇する」からではではなく、「地球環境の保全」という私たちにもっと切実な動機があります。
気候変動は長い期間かけて進むもので、個別の異常気象と違ってなかなか体感しにくいものです。しかし、最近の竜巻被害が増えたこと、台風の発生数の増加なども気候変動に関係したものかもしれませんし、極地の氷が溶け小さな島が波の侵食で失われかけ、島ごと移住先を探している例など各地で気候変化による問題の発生が伝えられています。
資源が枯渇しなくても化石燃料の使用を控え、温室効果ガスの発生を抑えなければならない。これが京都議定書に始まる気候変動防止のスタートだったはずです。
サステナブルなエネルギーと呼ばれるものには太陽熱や風力、地熱など今「新エネルギー」と呼ばれるエネルギー群です。
地球に降り注いだ太陽からの輻射熱や、地球内部での物理化学的な発熱が、大気や潮流の移動、水蒸気の蒸発と降雨、植物の生育など地上での生物化学、無機化学、物理的反応に伴って私たちが手に入れることのできるエネルギー、例えば太陽の輻射熱をそのまま利用する太陽熱温水器や太陽光発電機、温泉やマグマの熱を利用する地熱利用、地表と地中の温度差からエネルギーを取り出す地中熱利用、木材など植物が固定した木材や樹皮などを燃料として利用するバイオマスなどはどんなに使ってもまた再生可能だという意味でサステナブルなエネルギーと言われます。
日本では、比較的古くから佐久間・黒四・田子倉などの大型ダムが各地に作られ、水力発電が行なわれ、サステナブルエネルギーの一端を担っていますが、一方でダム内に土砂が蓄積して海岸に砂が供給されなくなり砂浜が痩せるだけでなく海岸線が侵食される事態も報告されています。
サステナブルエネルギー
1.地中熱
普通誰でもサステナブルエネルギーには先ず次の太陽熱をあげると思います。
地中熱は火山や温泉の地熱と違ってどこでも手に入れられるエネルギーです。
東京など本州の各地では地表から５ｍほど掘り下げると年間を通して16℃前後の地温です。
ヘルシンキでは７℃、札幌では10℃が地下水の温度だそうですから、地域の平均気温などと関係していると思いますが、夏の猛暑や冬の厳寒期の気温に比べると、夏涼しく冬暖かいのが地中熱の特徴です。
北欧や中歐の寒冷地では地中に埋設したパイプに外気を循環させて予熱したうえで室内に取り込む試みが行なわれています。日本では夏の高温多湿な外気を地中熱で冷却するとパイプ中に結露を生じることになり、地中でドレン処理の必要があります。またパイプ中にカビなどが生じる恐れもあります。
また、空気は熱容量が小さく嵩張るためにパイプのような接触面積の小さい熱交換装置では熱交換効率が充分に得られにくく、パイプの延長が長くなる恐れもあります。
小口径の井戸を掘り、井戸水と換気で取り入れる外気とをファンコイルユニットなど熱交換器に導き「気−液」熱交換を行なうことでヒートパイプと同様な効果を得られるのではないかと考えています。
このほか、地中熱の利用には地盤や地下水と熱交換を行なう「ジオヒートポンプ」があります。
寒冷地で一般のヒートポンプを使って暖房運転をすると頻繁に霜取り運転をするためＣＯＰが極端に低くなりますが、ジオヒートポンプでは空気ヒートポンプの２倍近い高い効率が維持できます。
地中熱利用を地中に熱交換器を埋設して行なう場合、地盤の熱伝導率や含水比、水流の有無などに充分注意して適切な計画を立てる必要があります。
2.太陽熱
太陽熱は夏に豊富に得られ、冬は得がたいエネルギーです。夏に取得した熱を蓄え、冬に使うことができれば好都合ですが、設備に掛かる費用に比べて充分なエネルギーを保存できるかどうかが問題になります。スウェーデンでは地下深くの岩盤を蓄熱体として使う技術がありますが、地下水位が浅く、岩盤の少ない日本ではどれだけの熱を蓄積できるかわかりません。
太陽熱温水器やソーラーシステムと呼ばれるものは太陽輻射熱の40％ほどを集熱することができます。10m2の集熱盤を持つシステムではおよそ5000KWHの熱を集め、3500KWHの熱が利用可能です。更に大きな集熱盤を取り付けると集熱量・利用可能熱量は増加しますが、集熱量のうち有効に活用できる熱量の割合は減少します。
冬に晴天日の少ない日本海沿岸の地方や集熱盤上に雪が積もる地方では太陽熱利用は難しいかもしれません。
下のグラフは東京で給湯と暖房に太陽熱給湯システムを使うときの月ごとの熱収支を表わしています。４月から10月までは太陽熱以外の熱源を必要としませんが、11月から２月にかけては給湯エネルギーの必要量を賄うだけでも補助熱源を必要とします。ここに示した暖房用エネルギーの必要量は地中熱と熱交換換気を使って一通りの削減をしたものです。
太陽熱温水器の価格は蓄熱層と集熱器をあわせ50（集熱器４m2・蓄熱槽200ｌ）〜70万円（集熱器８m2・蓄熱槽300ｌ）ほどになりますが、給湯・暖房用に使う場合もう少し大きな集熱器が必要でしょう。
給湯は厳寒期以外の大半を太陽熱で賄うことができますが、暖房は秋の暖房シーズンの開始時期と春先に太陽熱エネルギーを利用し、厳寒期はその他の熱源を利用することになります。
3.太陽光発電/風力発電
太陽光発電は多数の太陽電池を組み込んだパネルにより発電するものです。
余剰電力を電力会社のネットワークを通じて売却できるので、太陽熱温水器の余剰な湯を無駄に捨てるのと違い、ほぼ完全に有効活用できます。
太陽光発電装置は太陽輻射の15％前後を電気エネルギーに変換します。太陽熱温水器の集熱効率40％に比べると効率が高いわけではありませんが、この電気でヒートポンプを動かすと太陽熱温水器より大きな熱を発生させることができます。
太陽光発電の設置コストは発電能力１KWあたり60万円前後掛かり、年間発電量は地域の日照条件によって異なりますが発電能力１KWあたり1100KWH /年といったところです。
考え方によってはおよそ25年分の電気料金を先払いする計算になるので採算性に問題があるような気もしますが、将来電気料金が高くなるとすれば経済的なメリットがあります。
太陽光発電は振動・騒音などを起こさないため使いやすいシステムです。
これに対して小型の風車や水車による発電システムも開発されていますが、風車や水車の運転に伴い騒音や振動への対策が必要で、まだ導入しにくい状態です。
4.バイオマスエネルギー
バイオマスは、化石を含まない生物起源の総称で、バイオマスエネルギーはバイオマスをエネルギーに使うものです。
バイオマスエネルギーには未利用資源、副産物、廃棄物など様々な形態のものがあります。
一例として、未利用資源には稲藁・麦わら・サトウキビかす・流木など、副産物には酒かす、廃棄物には製材屑・樹皮などがあります。清掃工場で焼却されているごみも適切に燃料として使うことができればバイオマスエネルギーの一部とすることができます。
御殿場・小山ＲＤＦセンターは廃棄物を固形燃料に加工することを目的に建設されましたが、ダイオキシン問題やごみに含まれる水分を乾燥させるために多量の石灰を混入し、灰の中に含まれる石灰が灰処分費用を増やしたこと、更にプラントの性能が当初予定をクリアできなかったことなどの理由で撤退が決っています。
数あるバイオマスエネルギーの中で燃料および燃焼機器の開発が軌道に乗りかけているのが林業廃棄物を加工したペレットを燃焼するストーブです。
高気密な建物では燃焼機器の必要とする燃焼用空気を室内からでなく直接屋外から取り入れる必要があります。そうしないと暖めた室内空気を煙突から屋外に運び出してしまうだけでなく、換気扇を回すと煙突から空気を吸い込み、煙は室内を通って換気扇から屋外に排気されるようになります。
国外では５年ほど前からＦＦ式のストーブや暖炉が売られていると聞きましたが国内でもペレットや薪を焚ける暖房機が売られるようになっています。
燃料費だけを見るとペレットの発熱量あたりの価格は灯油の約半分です。
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サステナブルなエネルギーの話
