CATCHER プロジェクト：空気中の湿度から電気を採取し、EU のグリーンな未来に電力を供給する
欧州の研究者らは、湿潤電気（hygroelectricity）を通じて大気中の湿度をクリーンな電気に変えている。EU の資金提供を受けた CATCHER プロジェクトは、建物に電力を供給し、2050 年までの気候中立性の達成に寄与する可能性がある酸化ジルコニウムベースのパネルを進展させている。
欧州の研究はクリーンエネルギーの選択肢を広げ、2050 年までに気候中立になるという EU の目標を支えている
As the European Union strives for climate neutrality by mid-century, a mother-and-son-team is helping to tackle a potential hurdle: the limited number of renewable-energy sources driving the EU's shift away from fossil fuels. Andriy Lyubchyk is a partner in the CATCHER project, which aims to expand a clean-energy mix by perfecting the conversion of atmospheric humidity into electricity.Old dream
この技術は、大気中に遍在する気体状水分子に含まれる静電気の微小な電荷を採取するものである。このプロセスは湿潤電気または湿度電気として知られている。
「この新しい再生可能エネルギー源により、グリーンエネルギー転換の効率と可能性を大幅に高められると考えている」と、ポルトガルのスタートアップ Cascatachuva Lda. の最高経営責任者である Lyubchyk は述べた。彼はまた、ポルトガル・リスボンの Lusophone University of Humanities and Technologies の化学工学者でもある。
1900 年代初頭、セルビア系アメリカ人の発明家 Nikola Tesla は空気からエネルギーを引き出すことを夢見ていた。彼は大気から電荷を捕らえ、それを電流に変換しようとする一連の実験を行った。
Tesla の時代以来、科学者らは大気中で電気がどのように形成され放出されるかについてより多くを学び、水蒸気が電荷を運ぶことができることを発見した。
このノウハウは、エネルギーの約 22% を再生可能エネルギーから得ている EU にとって後押しとなる可能性がある。EU は、水力発電も含むこうしたエネルギー源について、10 年代末までの目標を最大 45% に引き上げる軌道にある。
しかし、欧州が 2050 年までに気候中立になるためには、再生可能エネルギーがさらに大きな役割を果たす必要があり、湿潤電気は、石油、天然ガス、石炭の放棄を目指す EU により多くの選択肢を与えるだろう。
新技術
欧州イノベーション評議会の Pathfinder プログラムの資金提供を受けた CATCHER は、その可能性を探るため、欧州 6 か国から 8 つのパートナーを結集している。
一般的なアイデアは同じかもしれないが、CATCHER が用いる具体的な技術は Tesla のものとは大きく異なる。このプロジェクトでは、硬い結晶質材料である酸化ジルコニウムから作られたパネル状セルを用いて、大気中の湿度からエネルギーを捕獲する。
酸化ジルコニウムは、歯科インプラント、先端ガラス様材料、電子機器、核燃料棒の被覆材などに広く使用されているセラミック材料である。
7 年前に酸化ジルコニウムから作られたナノ材料の特性を探求していたとき、研究者らは湿潤電気の証拠を見始めたと、CATCHER を調整し、Andriy Lyubchyk の母である Svitlana Lyubchik は述べている。
彼と同様に、彼女は Lusophone University の化学工学者である。彼らはこの可能性を活用しようとさまざまな取り組みを行った。
研究者らは現在、湿度約 50% の実験室で、この材料の 8×5 センチメートルの板が約 0.9 ボルトを生成できる段階にある。これは単三電池半分の出力に匹敵する。
チームは湿潤電気材料の効率向上に取り組んでおり、完成すれば、このセルは同サイズの太陽光発電セルと同じ量の電気を採取できるようになると期待している。
研究者らはまた、このセルが太陽光パネルと同様の方法で、大規模発電ファームとして、あるいは個々の建物の電源として展開されると考えている。
定常状態
セルは、非常に小さく均一な酸化ジルコニウムのナノ粒子を作製し、それを一連のチャネル（毛細管）を含む、全体にわたって同様の構造を持つ材料シートに圧縮することによって作成される。
Andriy Lyubchyk によると、このナノ構造は毛細管内に電場を生成し、大気から吸収された水分子から電荷を分離する。
その結果、電気エネルギーを捕獲する物理化学的、物理的、電気物理的プロセスの連鎖が生じる。
ある点で、この新技術は太陽光および風力エネルギーより優位に立つだろう。パネルやタービンは日光や風を捕獲するために配置する必要があるが、湿潤電気セルは、地域の湿度レベルにほとんど変動がないため、特別な配置を必要としない。
とはいえ、湿潤電気セルは動作するために最低限の湿度を必要とするため、どこでも必ずしも選択肢になるわけではない。
「たとえば、外がマイナス 15 度で、すべてが凍っていると、空気中に水は存在しない」と Andriy Lyubchyk は述べた。
天井ソリューション
彼はまた、母とともに EU 資金による SSHARE プロジェクトのコーディネーターであり、このプロジェクトは湿潤電気セルを冷暖房システムに組み込むことで実用化に取り組んでいる。
「私たちは両方の技術を組み合わせ、それらを自給自足型にする」と Andriy Lyubchyk は述べた。
この冷暖房システムは、部屋の天井に取り付け可能な先進的な放射パネルに基づいている。
穴あき水管がパネルの上方を通り、部屋を暖めるのか冷やすのかに応じて、温水または冷水をパネルに供給する。その後、パネルは、皮膚が発汗によって熱を放散できるのと同様に、大気中の湿度を介して部屋へ熱を放射する、または部屋から熱を吸収する。
このシステムは、パネル内への水蒸気の出入りから生成される湿潤電気を用いて、水を循環させるポンプに電力を供給できるはずである。
研究者らによると、この自給自足型暖房システムは、湿潤電気がネットゼロエネルギー転換を促進するのにどのように役立つかを示している。
「私たちはエネルギー自立の観点から EU 政策に貢献できる」と Svitlana Lyubchik は述べた。
Originally published in Horizon MagazineImage credit: jplenio1 / Freepik.Tags: hygroelectricity, CATCHER project EU, zirconium oxide electricity, humidity to electricity, Andriy Lyubchyk, Svitlana Lyubchik, green energy innovation, Pathfinder Programme, EU net-zero 2050, humidity-powered heating