エクサスケールコンピュータ、原発ゼロに向けた太陽光発電の効率化

エクサスケールのスパコンができたとき、実現できることを当ブログの「エクサスケールコンピュータにより実現すること（エネルギーの無料化）」でお伝えしました。

以前の記事では、エネルギー無料化を実現するために、スーパーコンピュータを用いて以下が実現できることを示しました。
・高精度充電池を実現することで太陽光発電の蓄電を可能にする。
・人工光合成装置を量産することで、二酸化炭素を吸収し温暖化への対策をしながらエネルギーを量産する。
その他にも、エクサスケールコンピュータにより実現できることがあることを示したいと思います。

太陽光発電の性能向上

太陽光発電の性能向上が可能だという話です。
現状の太陽光のエネルギーを電力に変える効率は10～20％です。まだ5～10倍の性能向上の可能性があるわけです。
仮にエネルギーの変換効率を40％とした場合、日本全体の電力量をまかなうには、2500平方キロメートルの面積が必要となります。
福島の方々の気持ちを考慮することなく、仮定として考えると、福島の警戒区域の汚染地帯を入れた半径40キロメートルの地域を太陽光発電の地域として用いることで日本で使われる電気量の1/4をまかなえるようになります。
もし、この地域を無人化する必要に迫られた場合は、国が土地を買い上げて、巨大なメガソーラーとすることで、原発分のエネルギーをまかなえるようになります。
これにより、原発ゼロを実現できるようになります。
メガソーラーを作る費用は30兆円と見積もられます。
現状の復興費用に相当します。
メガソーラーからの収益は年間37兆円と見積もれます。
国の財源に加算できるため、日本の財政均衡にも貢献できるようにできます。

ナノ量子構造デバイスの作成

その太陽光発電の元となる太陽光パネルの性能を向上するのに、量子ドット方式と言われるナノ量子構造デバイスを作成すると性能を上げることができます。
このための基礎物性の確立（新材料の探索、新原理の実証）が求められますが、この分野では、エクサスケールコンピュータが得意とする分野となります。
エクサスケールのスパコンがなければ30年かかる見積もりですが、スパコンを用いれば、おそらく10年もすれば新材料の探索と新原理の実証が徹底的に行われ、それから5年で量産が可能になると考えられます。

熱電物質による放熱と発電

他に太陽光パネルは、太陽光により、熱が蓄積されてしまいます。
夏には、100度近く熱せられます。
熱せられると発電効率が大幅に下がってしまいます。
そのため、熱電物質と呼ばれる物質によって熱放出を効率化することにより、太陽光発電の効率を上げる必要があります。
熱電物質には、ゼーベック効果というものがあり、熱放出する時に発電を同時に行えます。
熱電物質についても、材料の探索、化合物のナノ構造の理解、ナノ構造の制御、新しい合成方法の「総当たり戦」方式でのシミュレーション、合成・量産方法の検証にスパコンを用いることで、数年で成果を出せると期待されています。
熱電物質をアスファルトやビルなどの外装に用いることで、年々深刻化するヒートアイランド現象にも対応でき、かつ発電できるようになります。

太陽光発電の性能向上にスーパーコンピュータを利用することにより、いろいろな可能性があるのです。
これはまだスーパーコンピュータの可能性の一部でしかなく、まだまだ利用用途はありますので、また後ほどお伝えしたいと思います。

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