この画像を大きなサイズで見るもしも建物や道路が自ら電気を生み出し、蓄えることができたらどんなに便利だろう。そんなSFのような未来が、ついに現実に近づいてきた。
中国の研究チームが開発したのは、発電と蓄電が同時にできる新しいセメント素材だ。植物の茎の構造からヒントを得て設計されており、これまでにない高い発電効率を実現しているという。
セメント発電のカギはイオンの移動
セメントはただ建物や道路を形作るだけでなく、発電する性質がある。
その発電パワーの源は、温度差によってセメント内部のイオンが移動することだ。
このとき、セメントの細かい隙間のばらつきによって、陽イオンと陰イオンが水溶液内を移動する速さに違いが出る。これが電荷の偏りを生じさせ電圧が生じるのだ。これを「イオン熱電効果」という。
だが普通のセメントが発生する電気は、実用に耐えるものではない。セメントの内部がぎっしり詰まってるために、イオンがうまく移動できないからだ。
この画像を大きなサイズで見る植物の幹をヒントに開発された多層構造セメント
中国・東南大のチョウ・ヤン教授が率いる研究チームは、この問題を解決するため、樹木の幹の構造をヒントに、セメント層とポリビニルアルコール・ハイドロゲル層を交互に重ねた多層構造を考案した。
この多層構造では、ハイドロゲル層が水酸化物イオン（OH⁻）のいわば高速経路として機能する。一方、セメント層とハイドロゲル層が接する面は、カルシウムイオン（Ca²⁺）と強く結合しつつ、OH⁻とはあまり結合しないようになっている。
この構造が特定のイオンだけ加速させ、移動スピードの差を大きくすることで、イオン熱電効果を高めるのだ。
ゼーベック係数（熱から電気を生み出す効率を示す指標）は−40.5 mV/K、性能指数（ZT）は6.6×10⁻²。これは従来のセメント系熱電材料に比べて、それぞれ10倍、6倍もの性能にあたる
この画像を大きなサイズで見る建物が発電機になる時代へ
この発電セメントの真価は、発電するだけでなく「電気を蓄える」こともできる点にある。多層構造により、機械的な強度とエネルギー蓄積能力の両立が可能になっている。
つまり、この素材で作られたビルや橋、道路は、自らの構造の中で発電・蓄電を行い、センサーや通信機器などを稼働させることができるのだ。
この画像を大きなサイズで見るたとえば、現在の街灯は外部電源によって点灯しているが、将来はその街灯が建てられた歩道や道路が自ら電気を供給するようになるかもしれない。
あるいは橋そのものが、自身の健康状態（亀裂や腐食など）をモニタリングするセンサーを稼働させる、といった応用も期待されている。
新開発の発電セメントは、そんな未来のスマートシティの姿を垣間見せてくれる画期的な発明だ。
研究チームは、「この生体模倣構造と界面の選択的イオン制御の仕組みによって、高性能な熱電材料の新たな設計指針が示された」と述べている。
この研究は『Science Bulletin』（2025年3月17日付）に掲載された
References: Bio-inspired thermoelectric cement with interfacial selective immobilization towards self-powered buildings / New cement turns heat into electricity, could help buildings generate their own power
実用化されて絶縁体管理が雑だと、
「うっかりビルに寄りかかって感電した」
なんてニュースがありそうね
あぶねーなー
雨の日なんてそこらじゅうで漏電するじゃん
宇宙開発なら雨降らないし使えるかも？
経年劣化で微細な傷がつき通電状態で雨が染み込んだら、コンクリートの炭酸カルシウムが溶けて加速的に脆くなったりしないんだろうか
夏はいいけど冬は役に立たなそう
入出力制御と残容量制御もどうすんだろ。
冬は建物内の暖房の熱を利用できるんじゃないかな。
ただし暖房に使用したエネルギーの一部を回収できるとかその程度だろうけど、一部でも回収できることはエネルギー効率の革新的な改善に繋がりうる。
世界中の人間をかき集めて
その道路歩かせたら一人くらいは
電気を操る能力目覚めるかもな
本文中に「センサーや通信機器などを稼働させることができる」って書いてある通りで、これはその程度の消費電力が少ない半導体や機器が動くくらいの小さな電力が発電できる可能性があるという話なのに、感電だの漏電だの分かってない人がたくさんいるな
この程度で感電する人がいるんなら乾電池持っただけでも感電しとるわい
と言っても、建物全体での総発電量となると家電動かせるくらいにはなると思うぞ。
まあその電力量をそのまま漏電させうるようなザルな構造にはしないだろうが、という指摘のほうをしたほうがいい。
ちょっとしたセキュリティシステムや通信機器の中継器など、使える機械は色々あるのだけどね
なんか電子機械を動かすには人が触るとビリビリするぐらい電気が流れないとダメみたいな印象なのかな？
バッテリーとか電力の革新的な話題はここに限らず定期的に見かけるけど
未だかつてそれのどれか一つでも実現された記憶がない気がする
層構造の物体を日向と日陰に渡って温度差が出来るように置いたら、発電できるのかな
夏の暑さがせめて何かの役に立っててほしい
話をもるたる
雷被害とマイクロプラッチック問題が…
理想的に稼働してるうちはいいけど、震災とかで崩壊したとき、感電で犠牲者増えたりしなけりゃいいなと
イオンが移動出来ないからコンクリが堅いのであって
移動出来るほどスカスカなコンクリって耐久度大丈夫なのかな
日本の基準に合わない気がするな
ピラミッド発電機説の説明にも使えそう
中国は良く凄い研究してます！って記事になるよね。実用化された例はあんま知らんけど笑
てか亀裂や腐食を自動で判別するセンサーなんてあるんだな
太陽光パネル載っけちゃえばもっと効率よく発電できるから、それができない特殊な用途で使うくらいかな。
バッテリーに続いて
新たなチャイナボカン材が
この記事のポイントは，木材の維管束を模したコンクリートの層状構造が発電と蓄電を兼ね備えているところだと思います。すると，当然ながら，電気ウナギの発電と蓄電との類似性が考えられるので，研究の応用や発展が色々と期待できそうです。