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テクノロジー

光が不要の光発電システム、MITが開発 63

ストーリー by hylom
確かに光不要の光発電だ 部門より

eggy 曰く、

マサチューセッツ工科大学はこのほど、太陽光が一切なくても熱だけで電力を生み出すことのできる光エネルギー変換システムを開発することに成功したとのこと(本家/.MIT news記事)。

このシステムには熱光電変換素子が使われており、表面にはナノスケールの穴が無数にあけられている。これがが熱を吸収すると、熱を整合性のある光の波長に変換して発電する仕組みとなっている。使用できる熱は発生源を問わず、太陽光、炭化水素燃料、崩壊する放射性同位体など何でも良いそうだ。熱と確実に整合性のある光の波長を選択することで効率的な新システムを作り出すことに成功したそうだ。

この技術を用いたボタンほどの電池をブタンを燃料にで発電させたところ、重量の同じリチウムイオン電池と比べて持続時間が3倍であったという。また放射性崩壊の熱を安定的に発する放射性同位体で発電した装置は、30年間も発電し続けることができるため、長時間太陽光を浴びることのないまま飛行し続ける宇宙船の発電に理想的であるとのこと。

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  • by ei (19798) on 2011年08月02日 20時12分 (#1996681) 日記

    ンで発電させた?
    ンを燃やした熱で発電させた? かなー。

  • 発熱する使用済燃料を冷却するための電源として利用する

    --
    誤記 FireFox
    巫女 Firefox [mozdev.org]
  • 地熱発電に使えそうですな。

    --
    I'm out of my mind, but feel free to leave a comment.
    • by Anonymous Coward

      蒸気タービンより高効率が見込めるんだったら火力発電所や原子力発電所にも使えそうだ。

    • by Anonymous Coward

      蒸気タービンの効率って最適化されまくってるんで非常に高いんですよ(ものによっては50%近い)。
      で、太陽電池に代表される光から電気への変換効率はそれに比べると相当低い(行っても半分とかそれ以下とか)。今回のはそれに加えて熱から光への変換(こちらもそんなに高効率なものが出来たという話は聞いたことがない)が間に入るので、トータルでの効率自体はもっと低くなってしまいます。
      そんなわけで、地熱のような大規模な高温熱源が用意できるんなら従来の手法の方が圧倒的に効率は高いと思います。
      (今回のは多分、目的とする分野がかなり違うんだと思います)

      • by Anonymous Coward

        管が詰まってくるって聞いたけど、蒸気を引いてくるんじゃなくて岩盤に直接ペタッと熱を取るようにして、メンテフリー&効率が落ちないようにしたり出来ないの?

        • 熱からエネルギーを取り出すのは熱の総量だけではなく「温度差」が必要ですが、地表に数百度の岩盤が露出していてかつ地形が安定しているところなんてそうそうないでしょう。

          地熱発電で熱を取り出すのは「地中の」高温岩盤ですし、それだって下手したら年単位で枯れるんですよ。
          親コメント
          • > それだって下手したら年単位で枯れるんですよ

            年単位で枯れるようだったら、温泉街の民宿やホテルは経営が成り立たないはずでは?
            奈良時代から続いている温泉(日本三古湯 [wikipedia.org])ってあるんだけどな。

            # IDでコメントするなら、もっと物事を調べてからにしましょう

      • by Anonymous Coward
        >蒸気タービンの効率って最適化されまくってるんで非常に高いんですよ(ものによっては50%近い)。 すごいな、いつの間にかカルノーサイクルを越える方法が見付かったのね。
        • by rhodamine (32563) on 2011年08月03日 17時21分 (#1997199)

          脊髄反射でコメントするまえに少しは調べようよ。

          カルノーサイクル(熱機関の効率の理論的上限を体現する仮想の熱機関)
          の効率は

          1-TL/TH
          TL : 低温熱源の温度 [K]
          TH : 高温熱源の温度 [K]

          つまり、燃焼ガスの温度が2000℃くらいで、低温熱源に水を使えば物理の法則
          に違反することはない。で、商用発電所の効率の世界最高は61%だと。

          http://prw.kyodonews.jp/open/release.do?r=201106137219 [kyodonews.jp]

          親コメント
        • by guicho2.71828 (38877) on 2011年08月03日 22時24分 (#1997344)

          カルノーサイクルって1-\frac{T_L}{T_H}なので
          288K(15cel.) \to 973K (700cel.)で 0.70
          373K(100cel.) \to 523K(350cel.) で 0.28

          --
          新人。プログラマレベルをポケモンで言うと、コラッタぐらい
          親コメント
        • by Anonymous Coward

          >カルノーサイクルを越える

          高温熱水だと300度だの350度だのを超えたりするから、50%近いぐらいじゃカルノーサイクル越えはしないぜ!

          元コメで出てるのは、地熱に限定せず「蒸気タービン」というシステムで考えた場合(火力などで700度ぐらいの蒸気を使うシステムで50%越えはあったはず)か、理論値に対する割合かどちらかじゃない?

      • by Anonymous Coward

        地熱発電では、蒸気を戻した熱水などを戻すんですね。
        なので近場の温泉等の許可をとるのに苦労が多い。

        純粋に熱だけとれるなら、環境への影響が少なくて済む。

        実際には、この素子が各種ガスに耐えることができるかという問題
        もあるのですが。

        将来的にはマグマの熱から直接発電するマグマ発電に利用されるべき
        素子かも。

  • リンク先だとSun-freeってなってるから光不要ってのはアレかも。

    ボタンほどの電池ってのは発電部分だと思うけどブタンの貯蔵や発熱システムはどれくらいの体積なんだろう。
    あと、比較対象が時間になってるけど発電量なんかはどうなんでしょうね。

    --
    スルースキル:Lv2
    Keep It Simple, Stupid!
    • 元記事を見ると、

      three times は、燃料から電気への変換効率と、エネルギー密度の、対リチウムイオン電池での倍率で、時間の比較じゃないですね。しかも、将来にはこうなると確信しているというレベル。
        ----
      この装置は、熱→光 の変換素子と、光→電気 の変換素子の組み合わせのようなので、そこまでの高効率が見込めるのでしょうか?
      親コメント
      • >そこまでの高効率が見込めるのでしょうか?

        現状、熱電変換素子(熱から電力への直接変換)は効率が凄く低い(5-600℃ぐらい温度差を付けた先端材料でようやく10%前後,一般的な材料で,100-200℃ぐらいしか温度差がないと下手すると1%を切る)ので,一度光への変換をかましてロスが出てもトータルでは高効率,って可能性はあるかも.
        もちろん熱源がかなり高温に出来るなら通常の熱電変換素子でも良いかもしれないし,(地熱だの火力だののように)大規模な熱源が使えるってんならタービン回して発電した方が効率は良いでしょうが,あまり温度は高くできない&小規模,という縛りがつく用途なら有りかも.

        親コメント
    • by Anonymous Coward

      この技術を用いたボタンほどの電池をブタンを燃料にで発電させたところ、重量の同じリチウムイオン電池と比べて持続時間が3倍であったという。

      そもそも比較対象が重量の同じLi-ion電池であって、サイズが同じとは言っていない点にも注意。
      ボタンほどの電池であって、ボタン電池ではない点にも注意。

  • # さあ、受け取りたまえ(ry
    もっと低温で動作するようにすれば周囲の熱を吸収して...というより、放射効率をアップさせるものと考える方が自然か。

  • 伝熱(日本伝熱学会誌), Vol. 50, No. 210, pp. 18-24 (2011)
    http://www.htsj.or.jp/dennetsu/denpdf/2011_01.pdf [htsj.or.jp]
    「シリコン選択的輻射体を用いたマイクロ熱光発電システムの開発」
    多分、原理などはこれと同じですよね?
    この論文は赤外線ランプで発電実験をしているようですが、MITはブタンでやってみたということかな。

    いやぁ、ナノ加工技術って本当に面白いもんですね~。

  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 12時05分 (#1996945)

    これがが熱を吸収すると、
     →これが熱を吸収すると、
    この技術を用いたボタンほどの電池をブタンを燃料にで発電させたところ、
     →この技術を用いたボタンほどの電池でブタンを燃料にして発電させたところ、

  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 12時06分 (#1996948)
    確かに編集しない編集者だ
  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 12時11分 (#1996950)
    バックライトや充電に熱利用できそうですかね?

    この技術では可能などうなのかもわかりませんが、
    ノートPCの筐体内で、
    熱を電力に変えられたらいいのにと、
    常々思っておりました。
    • 放熱したいのに熱抵抗入れちゃだめだろ。
      親コメント
      • 普通に、ペルチエ素子を挟んだりすると、そうなんですが、
        本当に、この素子が、非常に高い 熱→光 変換効率を持っているなら、
        ICの熱をフィン経由で空気に伝えるより、光にして放射する方が、低い熱抵抗を実現できるかも。

        ・・・と、ここまで書いて、

        全輻射エネルギーの合計レベルで、黒体輻射より効率よく熱を赤外線にできるなら、この素子は
        放置するだけで周囲より低温になることで、熱力学の掟を破ってしまい、これは駄目ですね。
        親コメント
        • by Anonymous Coward

          ペルチエ素子と同じで、電力を与えた時に変換の仕事をするのであれば
          何ら問題ないのでは。

          • 残念ながら、この素子の場合は、外部からの電力と一緒に仕事をするのではなく、
            (モルフォ蝶の構造色のような感じで)表面を微細加工したタングステンを加熱すると
            後段の光電池に、最適な波長で、明るく発光する。という物のようです。
            実際に使っている波長が、可視光か赤外光か分かりませんが、特定の波長で明るい分、
            他の波長では暗くなり、無駄に熱源を冷まさずに済みますが、兎に角、放熱したいだけ
            の場合は、黒体輻射よりは輻射エネルギーは減るのじゃないかと思います。
            (この辺りの解釈は間違っているかも知れません)
            親コメント
  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 12時21分 (#1996957)
    冷蔵庫の排熱を使えばもっとエコになる?
    排熱用のスペースが不要になると助かるなあ。
    • 廃熱の有効利用としてはありなのかな、さながらごみ焼却施設横にある温水プールのように。
      充電できた電池というか電力を随時使っていないと熱がたまりすぎたりして。

      冬場、くそあっつい電車座席ヒーター車両で座るときにこれがはいった座布団でも敷いとけばスマフォくらい充電できるかなとか思った。

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      >排熱用のスペースが不要になると

      いや、どのみち最終的には排熱しないといけないわけで。

  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 12時26分 (#1996958)
    これがある。

    >これがが
  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 12時48分 (#1996978)
    "熱光電変換素子"の検索結果がとても少ないけれど
    今回、これを発明したということで良いのでしょうか?
    • 光を電気に、というのは太陽電池、熱を電気に、というのは熱電対として知られてますよね。
      本文中の「熱と確実に整合性のある」が分かりにくいなあと思ってリンク先とか覗いてたんですけど、
      おそらく熱→光への変換の際に「太陽電池にとって最も利用しやすい波長」に変える素子を作った、ということが今回の発明部分かと思われます。
      熱を光に、あるいは熱を光に変えた上で光発電、というモノ自体はおそらくすでにあるんだと思います。

      親コメント
      • by Anonymous Coward
        熱電対は熱を電気にではなく温度差を電気に、ですよね?
        これが熱電対と同じく温度差を光にするペルチェ素子の光版みたいなのものなのか
        熱を光にして電気にするのかで全然話が違ってくるような

        # 熱はエネルギーの墓場って高校で習ったのが記憶に染み付いてる
  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 14時03分 (#1997046)
    この装置でシステムで発電した電力を使う装置から発生した熱をこのシステムに入れて発電しそれを…
    • by Anonymous Coward

      志村~~~効率効率~~

      • by Anonymous Coward

        となると後は1を超えるように効率を改善するだけだな!

  • by Anonymous Coward on 2011年08月03日 19時58分 (#1997278)
    活動限界3分間説、崩壊!
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人生unstable -- あるハッカー

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