地球が温まるにつれて、研究者やスタートアップは、より涼しく、よりエネルギー効率の良い未来のための革新的な技術を開発している。
として、冷却技術も要求されています。 宇宙冷却のためのエネルギー使用量は、国際エネルギー機関による2018年の報告書によると、2050年までに3倍以上になるでしょう。 しかし、空調ユニットは、世界の電力消費量の約10％を占める電力豚であり、二酸化炭素よりも強力な温室効果ガスであるハイドロフルオロカーボン
「これは悪循環だ」とミシガン大学の環境プログラムのディレクターである環境エンジニアのShelie Miller氏は言う。 “それは暖かくなるので、我々はより多くのエネルギーを消費する私たちのエアコンを、上げます。 より多くのエネルギーを使用すると、より多くの温室効果ガスが放出され、さらに暖かくなります。”
どのように我々はこの紛争に対処するのですか？ 科学者や技術者が、より洗練されたエネルギー効率の高い冷却技術を開発することによって解決しようとしている問題です。
空調の概念は何世紀にもさかのぼります。
“HVAC（暖房、換気、空調）技術の強化は、冷却サービスの効率を継続的に改善しており、温室効果ガス排出量を削減する再生可能エネルギー源に切り替えることで、全体的な影響を減らすことができます」とMiller氏は述べています。 “歴史の中で、人々はエネルギー集約型の空調を使用せずに建物を冷却する革新的な方法を考え出しました。”
空調の概念は何世紀にもさかのぼります。 古代ペルシャの技術者は、涼しい風を家に漏らす風キャッチャーである”badgirs”と、砂漠で最初の冷蔵庫の一つであった氷を作るために使用される円錐形の構造”yakhchāls”を
1820年、発明者マイケル-ファラデーは、アンモニアを圧縮して液化し、それを蒸発させることで空気を冷却できることを発見しました。 1902年、技術者のウィリス-キャリアは、ニューヨークのサケット&Wilhelms Lithographing and Printing Companyのために、圧縮アンモニアによって冷却されたコイルの上に空気を循環させ、色で印刷するときに湿度を制御する装置を設計した。 キャリアは最終的に彼のデザインを世界初の電気エアコンに変え、1925年にタイムズスクエアのリヴォリ劇場でデビューし、エアコン付きの劇場で夏の大ヒット映画を見ている日々を告げました。
エアコンは、最初に消費者のために導入されたときに贅沢と考えられていましたが、暖かい条件の間に空気から湿度を除去し、気温を下げる能力が急速に暑い気候で必要とされました。 戦後のアメリカのサンベルト州への広大な移住は、香港やシンガポールのような熱帯都市の成長と同様に、空調の普及なしには不可能でした。 （シンガポールの建国の父であるリー-クアンユーは、エアコンを20世紀の最も重要な発明と呼んだ。)
より涼しい空気は、新鮮な農産物を維持し、薬やワクチンを保存し、インターネットに電力を供給するデータセンターを冷却するために不可欠です。 涼しい保つことは健康、福利および高められた生産性のために重要であるために示されていました。 今日、研究者や新興企業は、形状を変える金属合金から再生可能エネルギーや空の寒さに至るまで、私たちが切望する涼しさを生み出すために、よりエネル
ドイツのザールラント大学の研究チームは、形状記憶合金を開発することにより、冷媒の必要性を排除しています。 ニッケルチタニウムのワイヤーかシートを変形させるか、または引っ張ることは合金のための圧力を作成し、温度を上げます。 材料が元の形に戻されるとき、周囲温度の下のおよそ20度に冷却します。
“基本的な考え方は、冷蔵庫の内部のような空間から熱を取り除くことでした。
チームは、冷却電力を増幅するために使用される形状記憶ワイヤの回転束である特許出願中のカムドライブのプロトタイプを作成しました。 装置は環境的に有害な冷却剤なしでヒートポンプ、エアコン、また更に冷却装置として、すべて作動できます。 ドイツ研究財団は2016年からこのプロジェクトに資金を提供しており、欧州委員会と米国エネルギー省は、既存の蒸気圧縮冷凍システムの有望な代替技術であると考えています。
クリーンテックスタートアップブルーフロンティアにとって、再生可能エネルギーはより効率的な冷却システムの鍵です。 同社は、天然ガス燃料電池を使用して独自の電力を生産するエアコンを開発したBe Power Techとして2013年にフロリダ州で始まりました。 しかし、CEOのDaniel Bettsは、この技術の市場は天然ガスを搭載した建物に限られており、燃料電池は初期の市場での採用には高価すぎることを発見しました。
ベッツはその後、国立再生可能エネルギー研究所の技術者と提携してシステムを再設計した。 その結果、高濃度の塩溶液を貯蔵し、それを後の使用のために化学エネルギーに変換する熱化学的塩化リチウムエネルギー貯蔵を備えた空調機が得られた。 “太陽光発電は午前中に成長し、午後の早い段階から衰退します”とベッツ氏は言います。 「建物の電気負荷は、午後の早い時間から遅い時間にピークに達する傾向があり、発電と消費の不一致につながります。”ブルーフロンティアのエアコンは、冷却エネルギーを蓄える能力を備えているため、太陽光発電の最大生産時にのみ電気を使用します。 「私たちの技術では、グリッドの混雑がなく、再生可能エネルギーが電力ミックスの大部分を占めている場合にのみ、電力を消費することができます。”
一方、カリフォルニアに拠点を置くSkyCool Systemsは、その冷却技術のために夜空に目を向けました。 2016年に設立されたこのスタートアップは、スタンフォード大学で始まり、以来、大学のStartX基金と米国エネルギー省の高度な研究プロジェクト機関から提供された助成金からfunding990,000を調達しています。
SkyCool Systemsの冷却技術がどのように機能するかを理解するために、夜間に空に面した材料を検討してください。 「空を見上げていると、自然に熱放射と呼ばれるものとして熱を送り出すでしょう」と科学者で共同創設者のAaswath Ramanは言います。 「この熱放射が空に送られると、その一部が宇宙に逃げます。 そのため、夜の空に面した面は自然に気温以下に冷却されます。”
日中にこの自然現象を模倣することはより困難であることが証明されています。 「太陽は自然にあらゆる材料を加熱します—この冷却効果を打ち消すのに十分です」とRaman氏は言います。 「太陽光を本当によく反射するが、熱を送り続ける材料が必要です。 あなたが一緒にこれら二つのことを持っている場合は、同様に日中にこの効果を有効にすることができます。 それは私達が最も冷却する必要があるときである日の中間の自由な受動の冷却へのアクセスを有するのでそれは強制的になる。”
“目標とするエネルギーの節約と需要の削減は、10％から30％の間のどこかにある可能性があります。”
スカイクールシステムズは、太陽電池パネルのように見えるが、代わりに大気中をスリップし、また離れて日光を反射しながら、宇宙に投げ得るために中赤外波長範囲に熱を変換する光学フィルムで覆われている銀のパネルを開発しました。 同社のパネルは、現在、オフィスビルやコンビニエンスストアなどの五つのサイトに配置されており、クーラー、冷凍庫、製氷機、空調システムなどの既存の冷却システムと統合されている。
エンジニアで共同創設者のEli Goldstein氏は、SkyCool Systemsの冷却パネルの利点は三重であると述べています。 「一つはエネルギーの節約、もう一つは需要の削減、そして三つ目はシステムの冷却能力の向上です」と彼は言います。 “目標の省エネと需要の削減は、10％から30％の間のどこかにあるかもしれません。”
また、冷却機構はエネルギーや水を必要としません。 「それは冷却の形で効果的に受動的なので、エネルギーと水を使用しません」とGoldstein氏は言います。 「この冷却を発生させるための蒸発水の損失はないので、はるかに持続可能なアプローチです。”
これらの冷却技術には課題がないわけではありません。 スカイクールシステムズは、市場の需要に追いつくためにできるだけ早くスケールアップしようとしており、ブルーフロンティアの技術は様々な試作品で証明されているが、同社はまだ大量生産とフィールドトライアルを確立する必要がある。
彼らはまだ大規模な採用に達していないかもしれませんが、これらの技術革新は、より涼しく、よりエネルギー効率の高い未来への道を開いています。 Blue Frontierは”サービスとしてのエアコン”モデルに移行する予定であり、SkyCool Systemsは空調システムをパネルに置き換えることを想定しています。
“冷却は私たちの日常生活にとって重要です”とGoldstein氏は言います。 「私たちは、より効率的なシステムを手に入れ、持続可能な方法でそれらを実行するために協力する必要があります。”
