予期せぬ気候変動の解決策

ニコラス・ウィザムは、ユタ大学で今月初めに授与されたウィルクス・センター学生イノベーション賞の優勝者です。 このコンテストでは、学生が気候危機に取り組むための創造的な解決策を提案し、その潜在的な影響、利益、実用性について詳しく説明するプレゼンテーションを行うよう求められました。 5月17日と18日に米国で開催された第1回ウィルクス気候サミットでは、他の3つの賞（2位に1つと3位に2つ）も授与された。

ウィザムは大学の大学院生で、現在博士号の取得を目指しています。 補綴コンポーネントを製造するガイア・テクノロジーズ社を経営しながら、生体医工学の博士号を取得しました。 ウィルクス センター学生イノベーション賞を受賞するために、彼は地球の温度の自然変動を利用した革新的な再生可能発電機を設計しました。

「私が設計した種類の発電機は、熱駆動人工筋肉で動作します」と彼は言いました。 「つまり、加熱すると収縮するということです。地球は毎日暑くなったり寒くなったりするため、地球は動き、タービンを引いて発電することができます。これの素晴らしい点は、冷却によっても電力が発生するということです。昼も夜もエネルギーを作り出すことができる。」

写真クレジット: トッド・アンダーソン

ニコラス・ウィザム、生物医工学の博士課程の学生。

この 24 時間発電の可能性は、再生可能エネルギー源に共通するエネルギーギャップを埋めるのに役立つ可能性があります。

ウィザムが発電機を設置したいと考えている最初の場所の 1 つは、昼夜の温度変化が 1 年のうち 10 か月間この技術に最適なユタ州南部です。 自然の温度変動により発電機が動作しなくなる場合もありますが、ウィザム氏は、太陽エネルギーや地熱エネルギーなどの既存の再生可能エネルギーを補完するために発電機を使用できると考えています。

「高効率の地熱ヒートポンプを使用すると、環境による温度変化を必要とせずにヒートポンプを作動させることができます。過剰な熱はタービンを回転させることなく無駄にし、地球に送り返す前に冷却するだけです。それを利用して発電機のエネルギー出力を10倍に増やすことができるでしょう」と彼は語った。

実際、これらの発電機を既存の地熱発電所や太陽光発電所に設置することは、これらの場所の効率とコストを最大化するための最も理想的な選択肢である可能性があります。

「私は数値を計算しましたが、これは太陽光発電よりもコストがかからず、垂直方向に拡張できるソリューションになる可能性があると信じています」とウィザム氏は説明しました。 「つまり、既存の太陽光発電インフラを利用し、その上に太陽光パネルを設置すれば、新たに電線を引くことなく敷地に再投資したいときはいつでも、太陽光パネルをさらに高く積み上げることができます。」

この発電機は潜在的に強力な再生可能エネルギーであるだけでなく、二酸化炭素回収もその設計に組み込まれています。 「これらはポリマー繊維です。つまり、これらは直鎖状低密度ポリエチレン (LLDPE) と呼ばれるプラスチックで作られています。LLDPE は生物由来のプラスチックの一種です。つまり、トウモロコシの皮を使ってこのプラスチックを作ることができるということです」間接的な炭素回収。LLDPE 1 キログラムごとに 3 キログラムの炭素が隔離されます。」

ウィザムは、これらの発電機が環境に与える影響を慎重に検討し、廃棄物を増やすのではなく炭素隔離の取り組みに確実に貢献できるようにしました。 「たとえば、ソーラーパネルの廃止措置では、かなりの量の電子廃棄物が生成されます。このシステムは、環境的に安全な方法でリサイクルおよび廃止されるように設計されています。」と彼は言いました。

ウィザム氏は発電機全体を輸送用コンテナ内に収納する計画で、これらの発電機の 1 台は最小限のメンテナンスで 25 年以上使用できると見積もっています。 自己完結型の性質により、これらのユニットが周囲の環境に与える影響は非常に最小限です。

「これは本質的に、砂漠の真ん中に設置する予定の大きなブラックボックスです。私はこれについて地元のEPA事務所に連絡して、何か足りないものがないか確認しましたが、彼らは特に心配していませんでした。なぜなら、私たちはそれを設置しているからです」箱の中には、繊維が壊滅的に剪断されたり破損したりすることによって発生する可能性のあるマイクロプラスチックがすべて封じ込められることになる」と同氏は述べた。

写真クレジット: ニコラス・ウィザム

熱機械試験セットアップ中の繊維人工筋肉。

ウィザム氏によれば、これらの機器を都市部に組み込む能力は集合住宅や超高層ビルに限定される可能性があるという。 「庭の輸送用コンテナほどの大きさの部分を電力を作るために使いたいと思う人は誰もいないと思います」と彼は冗談を言った。 各ユニットの重量は約 18 トンであるため、これらのコンテナの重量により、建物の上に設置する能力も制限されます。 ただし、建物の下に組み込まれる可能性はあります。 「ヒートポンプHVACシステムを使用して制御するのであれば、地下に設置することも可能ですが、効率は少し劣ります。」 発電機はウィザムが計画している人里離れた砂漠環境ではうまく機能しないだろうが、都市に組み込む可能性はまだある。

ウィルクス センター学生イノベーション賞の 20,000 ドルを手に入れたウィザムは、デザインを本格的に立ち上げて実行することに一歩近づきました。 彼の研究室はすでに必要な人工筋肉技術を量産する能力を備えているため、すぐにプロトタイプが完成する予定です。

「前提として、9メガワット時の発電機を大規模に作って現場でテストできるということです。そこから、太陽発電所で見られるのと同じような発電機のフィールドを作ることができます。そして、2.4年で倍増します。」これは、この地域の再生可能エネルギーでは一般的ですが、2050 年までに合計 1,500 万トンの CO2 を隔離し、相殺できることを意味します。」 持続可能性、実現可能な拡張性、他の再生可能エネルギーとの連携を考慮したウィザム氏の設計は、気候変動対策として実用的かつ効果的なものになっています。

写真クレジット: トッド・アンダーソン

ニコラス・ウィザムは、ウィルクス気候科学・政策センターで受賞歴のある研究を発表します。

ウィルクス センター学生イノベーション賞の審査員がそう考えたのは明らかです。 ウィザムの設計は、再生可能エネルギーと既存の生物医学技術のユニークかつ印象的な融合であり、気候ソリューションの性質が学際的である可能性が高いことを示しています。 ウィザムは、仕事で眠れない夜を過ごしたのは、生物医学の研究を再生可能エネルギー源に組み込むというアイデアのおかげだと冗談を言います。

「大学院生と同じように、私も研究室で寝不足の夜を過ごしていました」とニコラス・ウィザムは語った。 私がすべての点を結びつけたのは、エネルギー効率がはるかに高く、人工筋肉には通常使用されないタイプのプラスチックを使用しているためです。そして、そのエネルギー効率により、このアイデアは本当にメリットを持つことができました。」

ウィザムの生物医学工学の創造的な応用は、最も強力な気候ソリューションは予期せぬ場所から生まれる可能性があり、影響を与えることができない知識分野は存在しないことを示しています。 彼の印象的なデザインは、この革新的な課題に対処するために立ち上がった創造的で献身的な学生による他の数十のプロジェクトと並んでいます。 このような賞を受賞することで、ウィルクス気候科学・政策センターは、気候変動のような多面的な問題に取り組むために不可欠な、学際的な気候ソリューションとコラボレーションのための強力なフォーラムの創設に向けて先頭に立って取り組んでいます。

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