不思議な水で省エネルギー―基礎研究を応用に結びつける

弾性のある「ばねのような水」を作る

ビーカーに水を入れて撹拌し、撹拌をやめると、徐々に回転が遅くなって止まります。この水に洗髪用リンスに似た構造を持つ界面活性剤を添加すると、水はバネのような性質（弾性）を持ちます。弾性があると、撹拌をやめ、回転が徐々に遅くなり、止まるかと思ったら、反対方向に少し回転して止まります。撹拌中の様子をビーカーの横から見ると、水の場合は中心が円錐形にへこんだ渦ができますが、弾性を持つと渦が無くなります。渦の存在は、流れを阻害する抵抗が高いことを意味し、液体を輸送する際には無駄なエネルギーを消費します。バネのような水が、少ない抵抗で流れる現象を「抵抗低減効果」といいます。

建物、ビルの冷暖房システムで省エネルギーが可能

これまで「抵抗低減効果」を省エネルギー技術として応用する研究が行われ、ビルの冷暖房システムを中心に実用化が進められてきました。冷暖房システムでは、夏は冷水、冬は温水を製造し、ビルに張り巡らされた配管内をポンプによって輸送し、空調に使用します。このシステムにリンスのような成分をもつ「配管抵抗低減剤」を添加することで、ポンプの消費電力を15～40％削減することが可能になります。現在、国内200件を超える実用化例があり、世界でもわが国が「だんとつ」です。

再生可能エネルギー：地中熱利用システムへの応用

地中の温度は年間を通して15℃前後とほぼ一定です。つまり、地中は、夏の気温より低く（冷たく）、冬は暖かいため、化石燃料に頼らないクリーンな冷暖房システムを構築できます。地中熱利用システムでは、地中に100メートルほどの長さのパイプを何本も埋めて水を循環させています。東京スカイツリータウンは、これを実用化した一例で、従来のシステムよりエネルギー消費量の約48%削減に成功しています。一方、地下に埋めた長いパイプに水を流すために、ポンプの消費電力はかなりのものとなります。そこで、配管抵抗低減剤を使用し、省エネルギー化を図る実用化実験が進められています。

参考資料

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先生情報 / 大学情報

山口大学工学部循環環境工学科教授佐伯隆先生

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物理学、数学、化学

先生が目指すSDGs

メッセージ

自然現象を理解しようとするとき、私はその対象物になったつもりで考えてみます。例えば、それが「パイプの中の水の流れやすさ」だったら、自分が水になったつもりで、どうやったらスムーズに流れることができるか、パイプの壁にぶつからないかなど、イメージしてみます。さらに、「であれば..」と発想を膨らませることが、新たな技術を生み出すヒントになります。イメージは学問と現象を結び付ける重要なツールです。その能力を養うのは簡単ではありませんが、好奇心が一つの推進力になることは確かです。

先生への質問

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