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地球上のエネルギーの多くが熱を生み出すために使われているが、実際はそれだけでなく、莫大な量のエネルギーが無駄に使われ、またCO2などの副産物が大気中に放出されている。こういった状況を変えるため、家庭やビル内で排出量を回収してクリーンな水素を生成するという新たなシステムを開発したのがModern Electron（モダンエレクトロン）だ。今回同社はシリーズBで3000万ドル（約34億7000万円）を調達しており、この資金を使ってその名を世に広める計画である。

住宅やマンション、オフィスなどの暖房には天然ガスを使うのが一般的だ。ガスを燃やすと、熱、二酸化炭素、水が発生するというとてもシンプルなプロセスで、熱はそのまま使用され、その他のものは捨てられていくという仕組みである。

しかし、Modern Electronの共同創業者兼CEOであるTony Pan（トニー・パン）によると、これはとても便利な方法ではあるものの、理想的ではない（確かに石油や石炭に比べればはるかにましなのだが）。

「熱を得るためだけに燃料を燃やすというのは、物理学的に見ても非常に無駄が多いシステムです。天然ガスや石炭、バイオ燃料を発電所で燃やすとしたら、まず電気を作るはずです。電気は熱の約4倍の価値があるからです。しかしなぜそうしないかというと、発電所の技術を商業施設や住宅のレベルまで縮小することができないからです。この損失は100年前から知られていました。熱と電気を生み出すことができれば、それは世紀の発明と言えるでしょう」。

2つの新しい技術を組み合わせることで、パン氏はその世紀の発明を実現したいと考えている。

1つ目の技術は熱電変換器と呼ばれるもので、シアトル地区を拠点とするModern Electronが初めに取り組んだものである。ソーダ缶ほどの大きさで、火炉で発生した熱を電気に変える、コンパクトかつ効率的な変換器だという。

もう1つは、デビューを目前に現在もまだ開発中の「Modern Electron Reserve（モダンエレクトロンリザーブ）」と呼ばれるもので、大部分がCH4（メタン）である天然ガスを、燃やすのではなく固体の炭素（黒鉛）と水素ガスに還元するというものだ。ガスが炉に送られて燃やされると熱とエネルギーに変換され、その後黒鉛は回収されて廃棄または再利用されるという仕組みである。

画像クレジット：Modern Electron

私もそうだったのだが、ここに複数の変換やプロセスを導入すると、熱力学的にシステム全体の効率に重大な影響を及ぼすのではないかと疑う読者もいるかもしれない。

「もちろんコストがかからないという訳ではありません」とパン氏。「CO2を大気中に放出しないために、その発熱反応（ガスを燃やすこと）を起こさせません。しかし、それを熱と電力に使えば、電力は熱よりも価値が高いため経済的には互角になります。つまり、余分なコストを補助することができるのです」。

実際、ユーザーにとってガスの使用量が増えることはない。通常なら他の形で家から出ていたエネルギーがシステムに残り、電力需要を簡単にカバーできるのである。

この反応で生成される炭素については、ちょっとした発想の転換が必要だ。現在の暖房システムは魔法のようなもので、スイッチを入れれば家が暖まり、請求書が届く。ところがModern Electronの技術を搭載したシステムを使っていると、毎日1〜2kgの黒鉛（純粋な炭素の粉）が出てくることになる（約1リットル、ちりとり1杯分）。

黒鉛の山。そう、あなたの炉からこれが毎日放出されるのである（画像クレジット：Modern Electron）

こんなものを捨てなきゃいけないのは気持ち悪い、とお思いだろうか。しかし実際、すでに我々は毎日これを大気中に放出しているのである。パン氏はこれを「空の巨大なゴミ捨て場」と呼ぶが、我々は最初からずっと、この炭素を空気中に捨てていたのである。同社の開発により、自分の二酸化炭素排出量をより簡単に見ることができるようになったというだけだ（ただしこぼさないように注意が必要）。

この純粋な炭素の粉は鉛筆の削りカスのようなもので、いわゆる毒性はない。固形物のため、たとえどこかのゴミ捨て場に置かれていたとしても、数百年、数千年の間炭素を有効に封じ込めることが可能だ。さらに、オフィスや病院のように多くの熱を使う施設では、十分な量の炭素固形物が生産されるため、回収に便利な場所に置いてそれを利用できる産業に売ることもできるようになるだろう。

Modern Electronは暖房と電気システム全体を置き換えようとしているわけではない。例えば熱をほとんど必要としない夏場の民家では、それに応じて発電量も少なくなるとパン氏は指摘する（送電網の柔軟性を確保するために電気システムを多少変更する必要があるが、全面的な変更ではないという）。

画像クレジット：Modern Electron

使用する熱の脱炭素化というのが同社の目的であり、一から構築するのではなく既存のHVAC（冷暖房空調設備）業者と統合したいと同社は考えている。熱電変換器は容積を増やすことなくすぐに取り付けられ、ガスから水素への変換器も他の小型機器のサイズ感と何ら変わらない。家庭だけでなく、ガスを大量に消費するほどの規模でありながらも大規模な産業インフラやBloom（ブルーム）のような燃料電池技術を利用するほどではない建物にも脱炭素化の大きなチャンスがあるとパン氏は話している。例えば熱需要の高い中規模の産業や、蒸気生産業もそれに該当するだろう。

EUでは新たにできる炉やボイラーに対する水素対応が義務付けられることとなったため、タイミングは良い（古い炉も比較的簡単に変換できる）。しかし、天然ガスからの切り替えに必要な規模の水素経済が世界的に実現する兆しは未だない。その場で変換作業ができ、損失はほとんどなくメリットも大きいため、この技術が無数の建物に熱を送るための新たなデフォルトになる日がいつか来るかもしれない。スタートアップとしては出だしも好調で、だからこそ同社は継続的な投資を得ることができたのだろう。

3000万ドルのBラウンドでは、Google X（グーグルエックス）の元責任者であるTom Chi（トム・チー）氏が共同設立したファンドのAt One Ventures（アットワン・ベンチャーズ）をはじめ、Extantia（エクスタンティア）、Starlight Ventures（スターライト・ベンチャーズ）、Valo Ventures（ヴァロ・ベンチャーズ）、Irongrey（アイロングレイ）、Wieland Group（ウィーランド・グループ）などが新たに参加している。また、以前からの投資家であるBill Gates（ビル・ゲイツ）氏（財団ではなく個人）とMetaPlanet（メタプラネット）も投資を継続・拡大している。

今回の資金は製品開発の継続の他、大手HVAC企業とのパイロットテストに使われる予定で、来年には運用が開始されているはずだとパン氏は話している。また、特にシアトル地域では人材を募集していると同氏は付け加えている。

もしModern Electronの技術が主流になり、石油や石炭からの脱却が進めば、天然ガスがよりクリーンで実行可能な（そしてすでに世界的に大きな存在感を示している）太陽光や風力などの再生可能エネルギーの補完物になる日が来るのかもしれない。

画像クレジット：Modern Electron

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（文：Devin Coldewey、翻訳：Dragonfly）

激光XII号レーザー室

大阪大学レーザー科学研究所は、10月14日、高温プラズマに強磁場を加えるとプラズマが変形するという現象を、世界で初めて実験により観測し、理論とシミュレーションでこの現象の詳細を明らかにしたと発表した。これは、レーザー核融合におけるエネルギー発生の効率化に資すると、同研究所は話している。

核融合では、1億度ほどの超高温でプラズマを閉じ込める必要がある。大阪大学レーザー科学研究所が研究しているレーザー核融合では、100テスラ程度の磁場をプラズマに加えることで核融合反応数が上昇することが、シミュレーションで予測されていた。同時に、磁場が強まるとプラズマの変形が大きくなり、均一な高密度プラズマコアの形成が難しくなるというという負の側面も予測されている。だがこれまで、十分に強力な磁場を実験室で作ることが難しかったため、実証されずにいた。

大阪大学レーザー科学研究所の松尾一輝氏を中心とした、佐野孝好助教、長友英夫准教授、藤岡慎介教授らによる研究チームは、同研究所が所有する国内最大のレーザー装置「激光XII号レーザー」を磁場発生装置「キャパシター・コイル・ターゲット」に当てて強磁場を発生させる手法を用い、実験室内で200テスラの磁場を発生させ、プラズマの挙動を調べた。その結果、周囲への熱エネルギーの損失が抑制され、プラズマの温度が上昇することがわかった。同時に、温度上昇にともないプラズマの変形が大きくなり、熱いプラズマと低温のプラズマが混ざり合う現象が起きることも確認できた。だが同研究所では、この実験結果をもとに、プラズマの保温ができて、それでいて低温高温のプラズマが混ざることのない最適な磁場強度が存在することを、理論モデルから予測している。

さらに、今回確認された磁場によってプラズマが混ざる現象は、宇宙での星雲の崩壊との関連性を示唆しており、宇宙の現象の理解にもつながると期待されている。この研究成果は、フランスの世界最大級のLMJ-PETALレーザー装置における学術枠の実験課題として、日本からの提案としては初めて採択された。またこの研究成果は、10月12日公開の米科学雑誌「Physical Review Letters」に掲載された。

核融合発電を実現するという探求が最近飛躍的な前進を見せている。ローレンス・リバモア国立研究所にある国立点火施設（NIF）は、前例のない高い核融合収率の実験結果を発表した。単一のレーザーショットが1.3メガジュールの核融合収率エネルギーを放出する反応を開始させ、核燃焼の伝搬の痕跡を示した。

このマイルストーンに到達したことは、核融合が実際に発電の達成にいかに近づいているかを物語っている。この最新の研究結果は、進捗の急速なペース、特にレーザーが驚異的なスピードで進化していることを実証するものだ。

実際、レーザーは第二次世界大戦以降で最も影響力の強い技術的発明の1つである。機械加工、精密手術、消費者向け電子機器など、実に多様な用途で広く使用されているレーザーは、日常生活に欠かせないものとなっている。しかし、レーザーが正のエネルギー利得で制御された核融合を可能にするという、物理学のエキサイティングかつまったく新しい章の到来を告げていることはほとんど知られていない。

60年におよぶ技術革新の後、現在レーザーはクリーンで高密度、かつ効率的な燃料を開発する喫緊のプロセスをアシストしている。この燃料は、大規模な脱炭素化エネルギー生産を通して世界のエネルギー危機を解決するために必要とされている。レーザーパルスで達成できるピークパワーは、10年ごとに1000倍もの増加を示している。

物理学者たちは最近、1500テラワットの電力を生み出す核融合実験を行った。短時間で、全世界がその瞬間に消費するエネルギーの4〜5倍のエネルギーを生み出した。言い換えれば、私たちはすでに莫大な量の電力を生産できるのである。ただし、点火用レーザーを駆動するのに消費されるエネルギーをオフセットする、大量のエネルギーを生成する必要もある。

レーザーを超えて、ターゲット側でもかなりの進歩が起きている。最近のナノ構造ターゲットの使用は、より効率的なレーザーエネルギーの吸収と燃料点火を実現している。これが可能になったのは数年前のことだが、ここでも技術革新は急勾配を呈しており、年々大きな進展を遂げている。

このような進捗を目の前にして、商業的な核融合の実現を阻んでいるものは何なのかと不思議に思われるかもしれない。

2つの重大な課題が残存している。第1に、これらの要素を統合し、物理的および技術経済的な要件をすべて満たす統合プロセスを構築する必要がある。第2に、そのためには民間および公的機関からの持続可能なレベルの投資が必要である。概して、核融合の分野は痛ましいほどに資金が不足している。核融合の可能性を考えると、特に他のエネルギー技術との比較において、これは衝撃的である。

クリーンエネルギーへの投資は2020年に5000億ドル（約55兆円）を超える金額に達したものの、核融合研究開発への投資はそのほんの一部にすぎない。すでにこの分野で活躍している優秀な科学者は数え切れないほど存在するし、この分野への参入を希望している熱心な学生も大勢いる。もちろん、優れた政府の研究所もある。総じて、研究者と学生は制御核融合の力と可能性を信じている。私たちは、このビジョンを実現するために、彼らの仕事に対する財政的支援を確保すべきであろう。

私たちが今必要としているのは、目の前の機会の有効性を十分に発揮させる公共および民間投資の拡大である。このような投資にはより長い時間軸が存在するかもしれないが、最終的なインパクトは平行していない。今後10年間のうちに正味エネルギーの増加が手の届くところまでくると筆者は考えている。初期のプロトタイプに基づいた商用化は、非常に短期間で行われるだろう。

しかし、そうしたタイムラインは、資金および資源の利用可能性に大きく依存している。風力、太陽光などの代替エネルギー源にかなりの投資が行われているが、核融合を世界のエネルギー方程式の中に位置づけなければならない。これは、臨界的なブレークスルーの瞬間に向かう中で、特に顕著な真実である。

レーザー駆動の核融合が完成され商業化されることで、核融合が既存の理想的でないエネルギー源の多くに取って代わり、最適なエネルギー源となるポテンシャルが生まれる。核融合が正しく行われれば、クリーンで安全かつ安価なエネルギーが均等に供給されるのである。核融合発電所が最終的には、現在なお支配的な従来型発電所や関連する大規模エネルギーインフラのほとんどに置き換わると筆者は確信している。石炭やガスは不要となるであろう。

高収率と低コストをもたらす核融合プロセスの継続的な最適化により、現在の価格をはるかに下回るエネルギー生産が約束される。極限的には、これは無限のエネルギー源に相当する。無限のエネルギーが存在するなら、無限の可能性をも手に入れることができる。これで何が実現するだろうか？過去150年にわたって大気中に放出してきた二酸化炭素を取り除くことで、気候変動が逆転することは確かであると筆者は予見している。

核融合技術によって強化された未来では、水を脱塩するためにエネルギーを使うこともでき、乾燥地帯や砂漠地帯に多大なインパクトをもたらす無制限な水資源を作り出すことができる。総合的に見て、核融合は、破壊的で汚染されたエネルギー源や関連インフラに依存することなく、持続可能でクリーンな社会を維持し、より良い社会を可能にするものである。

SLAC国立加速器研究所、ローレンス・リバモア国立研究所および国立点火施設での長年にわたる献身的な研究を通じて、筆者は、最初の慣性閉じ込め核融合実験に立ち合い、その統制を担うという光栄に浴した。すばらしいものの種が植えられ、根付いていくのを目にした。人類のエンパワーメントと進歩に向けてレーザー技術の成果が収穫されることに、かつてないほどの興奮を覚えている。

同僚の科学者や学生たちが、核融合をタンジビリティの領域からリアリティの領域へと移行させることに取り組んでいるが、これにはある程度の信頼と支援が求められてくる。世界的な舞台において大いに必要とされ、より歓迎されるエネルギー代替品を提供することに対して、今日の小規模な投資は多大なインパクトを及ぼしかねない。

筆者は楽観主義と科学の側に賭けている。そして他の人々もそうする勇気を持ってくれることを願っている。

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画像クレジット：MickeyCZ / Getty Images

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（文：Siegfried Glenzer、翻訳：Dragonfly）

編集部注：本稿の著者Albert Wenger（アルバート・ウェンガー）氏はUnion Square Venturesのマネージング・パートナー。

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デジタルテクノロジーは過去に類を見ない広がりと規模で市場構造を破壊してきた。今、また1つイノベーションの波が訪れている、それは世界経済の脱炭素化だ。

各国政府は未だに気候変動危機と正面から戦うために必要な信念に欠けているが、全体的方向性ははっきりしている。欧州における炭素の価格は、1トンあたり10ドル（約1100円）以下から50ドル（約5500円）以上へと高騰している。Shell（シェル石油）はオランダ裁判所で厳しい審判を下された。2021年初めにテキサス州で起きた大規模停電は、既存のエネルギー供給が高度工業国においてさえ脆弱であることを露見させた。脱炭素化を現実にするためには、信頼できるクリーンな発電技術の開発、配備への投資が緊急の課題である。

先見の明のある投資家はこれを理解している。Bloomberg（ブルームバーグ）によると、2020年に低炭素テクノロジーへの国際投資は5000億ドル（約55兆350億円）に達した。再生可能エネルギーがそのうち3000億ドル（約33兆210億円）を占め、運輸の電化（1400億ドル、約15兆4110億円）と暖房（500億ドル、約5兆5040億円）が続いている。

しかし、まだゴールにはほど遠い。International Energy Agency（国際エネルギー機関）によると、2021年の全世界CO2排出量は、2020年水準を15億トン上回る見込みだ。そして全世界エネルギー消費の80％は 未だに石炭、石油、ガスからなっている。

我々が飛躍的革新の可能性を持つ新技術を支援し続けなくてはならない理由はそこにある。中でも期待されているのが核融合だ。核融合は恒星を光らせる原動力となるプロセスであり、人類にとって最もクリーンなエネルギー源になる可能性を有している。我々はすでに、核融合エネルギーを間接的に利用している、ソーラーエネルギーとして。核融合炉ができれば、天候に左右されない「常時稼働」バージョンを手に入れることができる。

しかし、まだその方法もわからない核融合になぜ投資するのか。第1に、これは二者択一の提案ではない。再生可能エネルギー設備を築くのと同時に新たなエネルギー生産方法に投資することができる。なぜなら後者は、少なくとも開発の初期段階では、比較的少額の費用しか必要としないからだ。米国政府の最新計画では、今後10年間に自動車輸送の電化に1740億ドル（約19億1530億円）を投入する予定なので、核融合発電所の建設に20億円投資することは実行可能と思われる。

第2に、我々は今これまで以上の電気が必要になりつつある。無炭素エネルギー源の国際需要は2050年までに3倍になると予測されている。都市化の増加、産業プロセスの電化、生物多様性の損失、新興市場におけるエネルギー消費の増加などによる。

第3に、必要な支援技術の飛躍的な発展がある。核融合の磁場封じ込め方式に使用される超電導磁石は価格が大きく低下し、慣性封じ込め核融合のためのレーザーははるかに強力になり、材料科学の躍進によってナノ構造ターゲットが利用できるようになることで、低エネルギー中性子燃料 PB11などのまったく新しい核融合のアプローチが可能になる。

幸い、多数の世界レベルのチームが起業家精神を発揮して核融合の開発、製造に取り組んでいる。現在世界で少なくとも25のスタートアップが核融合を目標に掲げ、広範囲のテクノロジーを駆使して問題にアプローチしている。Crunchbaseによると、2020年に全世界で民間核融合企業に投資された金額は約10億ドル（約1100億円）に上る。

成功した核融合の利点は無限に近い。クリーンエネルギー生成市場には1兆ドル（約110兆円）規模の可能性がある。Materials Research Societyは、増加する世界エネルギー需要を満たすために2030年から2050年までに26 TV（テラワット=10億キロワット）の一次エネルギー容量が必要になると推計している。1 TWの発電能力があれば3000億ドルの収益を生み、2030～2050年の市場シェアの15％は年間収益1兆ドルに相当する。

ここでは枠を捉えるシュートがたくさん必要であり、Susan Danziger（スーザン・ダンジガー）氏と私がすでに3社の核融合スタートアップに個人投資しているのはそのためだ（米国のZap EnergyとAvalanche、およびドイツのMarvel Fusion）

しかし私たちを動機付けている主な理由は経済的利点の可能性ではない。人類の歴史の軌跡に消えることのない違いを残すチャンスがあるからだ。過去数十年間に起業家や投資家が蓄積してきた巨大な富のごくわずかな部分をここる投資することで、核融合が成功する可能性は飛躍的に高まる。それは、ベンチャー資金と政府からさらに多くの出資を得られることにつながる。

今こそ、一致団結して脱炭素化に向かう時だ。そして核融合の画期的可能性への投資はその取り組みの一部になるべきだ。

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カテゴリー：EnviroTech

タグ：コラム、脱炭素、気候変動、核融合

画像クレジット：KATERYNA KON/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

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（文：Albert Wenger、翻訳：Nob Takahashi / facebook ）