Development of thermoelectric devices
 
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Mg2Si系熱電発電実用化への取り組み (Detailed Information)
研究開発内容の概略 (Overview)Thermoelectric_Basic_1.html
飯田研究室では、この環境半導体と呼ばれる素材の中でも扱いが難しいと言われてきた
 地球環境温暖化の主因である温室効果ガス排出の削減には今後積極的に取り組む必要があります。すぐに化石燃料の使用を止めることはできませんが、まずは化石燃料の消費を抑えることが重要です。今後のエネルギー源として太陽光発電や風力のような再利用可能エネルギーの導入は重要ですが、それだけでは十分ではなく、排熱 (廃熱) に代表される未利用エネルギーの積極利用が求められています。
 その点でエネルギーの消費先において、供給されているエネルギーを今以上に高効率に利用する既存エネルギーシステムの改善が必要であり、この取り組みは時として新エネルギーの導入と同様に、あるいはそれ以上に環境負荷を低減させることにつながることがあります。
 熱サイクルを使用するシステムでは、カルノーサイクルによる制約や、変換・輸送の損失で全体のエネルギーのおよそ70%は排熱として未利用のまま捨てられています。この熱を回収し再エネルギー化できればよいのですが、こうした排熱は低品質で、環境との温度差が比較的小さく再度熱機関に利用するのは難しくなります。
 高効率エネルギー利用においては、エネルギーの最終形態である「排熱 (廃熱)」をいかに有効利用するかがエネルギーの利用効率を決定するといっても過言ではありません。現状でも部分的には排熱のエネルギーリユース(コジェネレーション)はなされていますが、十分ではありません。
 排熱は重要なエネルギー資源であり、排熱を利用価値の高い電気エネルギーに再資源化する排熱ー電力変換技術の確立は,エネルギー利用効率の向上による温室効果ガスCO2 (二酸化炭素)の削減に不可欠な要素技術なのです。 排熱エネルギーを現代社会で最も使いやすい電気エネルギーに変換する熱ー電気変換(発電)は現代社会において重要な位置づけといえます。
 この排熱発電は、化石燃料の使用で大量に排出される「排熱」を現代社会で最も利用しやすい電気エネルギーとして再利用 (再資源化)することができ、最終的なエネルギー利用効率を高め、CO2を削減できる技術の一つであるため、現在非常に注目されています。
 半導体材料の中には太陽電池に代表されるようなエネルギー変換機能を実現するものがあります。その中で、熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換できる「半導体熱電変換材料」は、 熱電変換では低品質の熱でも直接電気に変換できるため排熱の回収という点では有利なのです。熱電発電は、大規模な発電施設を必要としませんし、分散型で存在する多様な排熱源を利用できる特徴を有しています。
 排熱を利用価値の高い「電気エネルギーとして再資源化する」ことで、化石燃料の使用総量を減らし、全体としてのCO2排出の削減を目指しています。これまでに研究・実用化されてきた熱ー電気変換材料は有害物質や稀少金属を含むものが主流でしたが、将来広く使用されることを考えると、原料・デバイス構成材料・中間生成物・最終製品のいずれにおいても環境負荷が低く、生体にとって無害なもので構成されていることは非常に重要であると考えます。
 半導体材料の中で特に環境負荷の低い材料は「環境半導体」あるいは「環境低負荷半導体」と呼ばれています。
飯田研究室での排熱発電・太陽熱発電
Mg2Si系熱電発電実用化への取り組み (Detailed Information)
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を用いて、実用化量産に繋がる現実的な製造法で熱電変換素子の高効率化に挑戦しています。

マグネシウム・シリサイド

未利用エネルギーの積極利用と
排熱の再資源化
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従来型の熱機関では全体の  
~70%が排熱として・・
排熱を使いやすい
電気エネルギーに変換できれば
半導体材料を用いると
熱を直接電気に変換できる!
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