捨てられるエネルギーで電気を起こす

捨てられる熱の利用

発電所や工場、車の排気など、いたるところでエネルギーが使われずに熱として捨てられています。実は発電所や工場などで作られる１次エネルギーのうち、有効利用されているのは3分の1程度なのです。捨てられている莫大な熱を回収して使えるエネルギーに換えることはできないのでしょうか？
1821年にドイツ人科学者ゼーベックが、物質の両端に温度差をつけると、それだけで物質内に温度差に比例した電圧が生じることを発見しました。これを「ゼーベック効果」と呼び、この効果を利用して温度差を電気に変換することを「熱電変換」と言います。また、熱電変換に用いる材料を「熱電材料」と言います。発電所などで捨てられている熱を熱電材料に与えれば、熱電変換により電気が起きるはずです。

熱電の活用をめざして

現在の最も優れた熱電材料でも、熱を電気エネルギーに変換する効率は決して良いものではありません。残念ながら、熱電発電が現在使われているのは、発電所や工場などではなく、効率よりも信頼性が重要となる特殊な場所だけです。例えば、深宇宙を探索する宇宙船は、木星の手前くらいまでは太陽光発電ができますが、そこから先は太陽の光が充分に届かなくなります。そのため、原子炉のように放射性元素を崩壊させ、そこで出る熱を熱電により電気に変換して使用しています。
現在では、熱電変換は、身の回りのわずかなエネルギーを集め電力に変換し、センサーや小型電子機器に利用する「エネルギーハーベスティング」にも期待されています。

熱電材料の探索

1950年代に無機化合物半導体が優れた熱電材料として精力的に研究され、現在でも熱電に利用されています。しかしながら、その幅広い利用には、より高い変換効率を持つ熱電材料の発見が重要な鍵となっています。熱電材料の変換効率は何で決まるのでしょうか。そうして、どうすれば、より高い変換効率を持つ熱電材料を発見することができるのでしょうか。研究と模索が続けられています。

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鹿児島大学工学部先進工学科　電気電子工学プログラム准教授奥田哲治先生

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工学、電子物性デバイス工学

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メッセージ

学問は流動していくものです。一時期はとても注目されたものでも、時がたてば目新しくなくなり場合によっては消えてしまうこともあります。考え方でさえ、数十年前とは変わってきています。
ですから、科学者の基礎体力となる数学、物理、化学などの基礎科目を大切にして、何が流行っているかにはあまりとらわれずに、あなたの感覚で、今楽しくて、今興味があることに対して、夢中になって取り組んでみましょう。無鉄砲ながむしゃらさが誰も解決できなかった問題を解決できるかもしれません。

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