High performance thermoelectrics for power generation using earth-abundant and low toxicity elements: —Toward developing an innovative waste heat recovery system—

Abstract

−63− Synthesiology Vol.10 No.2 pp.63–74(Sep. 2017) 1 はじめに 普段の生活ではあまり意識されないかもしれないが、注 意して我々の身の回りを見てみると、自動車、工場、パソ コン等から、膨大な廃熱が利用されずに棄てられているこ とに気が付く。米国ローレンス・リバモア国立研究所がまと めた 2016 年の推定によると、米国において、一次エネルギー の中で有効活用されているのはわずか 30.8 % であり、実 に 66.4 % が活用されずに棄てられている 。エネルギーの 最終形態は熱であるので、すなわち、このほとんどが未利 用熱である。日本には少し古い推定しかないが、状況は米 国と類似しており、1998 年において、未利用熱は一次エネ ルギーの 66 % に達している 。エネルギー白書を見てみ ると、1998 年における日本国内の一次エネルギーの供給 量は 18 ×10 J であるので 、未利用熱は 12 ×10 Jと 膨大な量になる。人類はエネルギーを有効活用できていな い。我々が直面しているさまざまなエネルギー・環境問題 を解決するための一つの戦略がこの未利用熱の有効活用 であり、その実現の鍵を握る技術がこの論文で取り扱う熱 電発電 1 である。熱電発電を用いることで、膨大な未利 用熱を利用価値の高い電気エネルギーとして活用できる。 一般には聞きなれない熱電発電という技術は、これまで 宇宙開発の中で使用されて発展してきた。1950 年代の宇 宙開発の黎明期から現在に至るまで、熱電発電は太陽光 の届かない領域を探索する宇宙船等で、放射性同位体の 崩壊熱を熱源とした重要な電源として用いられている 。 失敗の許されない宇宙開発において長年使用されてきたと いう事実は、熱電発電が高い信頼性を有する技術であるこ とを証明している。近年、この熱電発電を、エネルギー・ 環境問題が深刻化する中で、民生分野でも利用しようとす る試みが本格化している。例えば、12 % の発電効率を示 太田 道広