興味深いゼオライト太陽光発電システム

水分子は、地球上に遍在する物質です。 しかし、国連によると、20 億人以上の人々が安全な飲料水を利用できず、世界人口の 30% にあたる 23 億人以上の人々が、一年中十分な食事をすることができません。

サウジアラビアの王立アブドラ科学技術大学 (KAUST) の研究者は、太陽電池パネルからの廃熱を利用して空気中の水蒸気から液体の水を抽出するシステムを開発しました。 このシステムは、水・発電・作物生産を組み合わせた自立的なシステムです。 この研究結果は、Cell Reports Physical Sciences 誌の 2022 年 3 月 1 日号に掲載されています。

太陽エネルギーは非効率であることが知られており、ソーラー パネルに当たる太陽エネルギーの 20% 未満が電気に変換されます。 残りは発電過程で発生する廃熱となり、発電効率をさらに低下させます。

研究チームは、この廃熱を利用して水を生成するシステムを開発しました。 このシステムは、研究チームが以前から取り組んできたハイドロゲルを使用しています。 ゼオライトは吸湿性の高い多孔質構造で、内部に大量の水分子を蓄えることができる相互接続されたポリマー構造を持っています。 ゼオライトは、水を放出するのに非常に高い温度を必要としません。 ソーラー パネルから放出される廃熱は、気温より約 50 ℃高いだけですが、ハイドロゲルから水分子を放出するにはこれで十分です。

開発されたシステムは、2 つのモードを切り替えることができます。 1つは冷却モードで、ハイドロゲルは常に外気にさらされています。 夜になると、ハイドロゲルが空気中の水蒸気を吸収し、翌日太陽が出てくると、ソーラー パネルからの廃熱によって水蒸気が放出されます。 熱エネルギーを利用してソーラーパネルを冷却し、発電効率を高めます。

作物生産モードでは、ハイドロゲルは夜間のみ大気にさらされ、日中は密閉されます。 夜間に集められた水分子は、日中にチャンバー内で蒸発して凝縮し、液体の水を生成します。 この水は、作物栽培施設の灌漑用水として使用できます。

3 か月にわたる実証実験では、ソーラー パネルは冷却モードでの発電量を最大 9.9% 増加させました。 また、作物生産モードで入手した水は、キャベツなどの作物を育てるのに使用できます。 ソーラー パネルで生成された電力は、水の生産や植物の成長には使用されません。

このシステムは、水と電気という 2 つの重要な資源を同時に生成することができ、水/エネルギー/食料の関係に貢献する可能性があります。 しかし、研究者は、LDCs がこの段階でハイテク ソリューションを購入するのに十分な資金を必要としていると述べています。 低コストで設置する方法を模索しながら、政府やNGOに支援を求めているが、先行きは不透明だ。