産総研：ゼロエミッション国際共同研究センター研究チーム紹介熱エネルギーデバイス

熱エネルギーデバイス研究チーム

理論と実験の両面から熱を理解・制御して熱エネルギーの効率的な活用を実現

革新的な熱マネジメント材料とそれを用いた熱エネルギーデバイスを開発して、未利用熱の活用と熱マネジメントの効率化を推進します

研究テーマ

熱電変換を用いた未利用熱発電と熱マネジメント技術の開発
自動車、バイオ炭、宇宙開発など熱電発電システムの用途拡大
潜熱蓄熱材を用いたエネルギー貯蔵と熱活用システムの開発
高温極限環境でも使用できる耐熱材料の開発と評価

研究チーム長紹介/挨拶

研究チーム長

太田道広

電気と比較すると、熱を上手に制御する技術にはまだまだ開拓の余地があり、学術的にも技術的にも面白い分野です。皆さんの身の周りにも、捨てられるだけのもったいない未利用熱が多く存在しています。われわれは、これら未利用熱など熱を活用する技術を幅広く研究している研究チームです。熱を使いこなし、エネルギー利用の効率化に貢献していきたいと考えています。

メンバー紹介

主任研究員

篠田健太郎

テクニカルスタッフ

川添美智子

テクニカルスタッフ

川添義徳

テクニカルスタッフ

高橋徹

テクニカルスタッフ

谷田武雄

テクニカルスタッフ

藤本直子

テクニカルスタッフ

山内直史

クレリカルスタッフ

林由起子

熱を上手に使い省エネルギー・低炭素化に貢献

省エネルギーとカーボンニュートラルを実現するためには、一次エネルギー供給の6割に達し、有効活用されずに捨てられている熱エネルギー（未利用熱）を有効活用することが重要です。さらに、各種デバイス・設備や様々なプロセスなどの省エネルギー化を達成するためには、熱マネジメントの効率化を達成する必要があります。これら未利用熱の活用と熱マネジメントの効率化を進めるためには、革新的な熱マネジメント材料とそれを用いた熱エネルギーデバイスの開発が不可欠です。私たちは、熱エネルギーデバイスの幅広い実用化と普及を実現するために、熱を理解し、最先端の材料からデバイス、システム実証までの幅広い研究開発を一貫して実施しています。最新の製造・分析・評価機器を整備して、熱エネルギーデバイスの研究開発を推進しています。

材料、モジュール、評価まで熱電変換の基盤技術開発

熱電変換を用いることで、熱で電気の直接変換が可能になります。熱電変換材料の開発に関しては、熱輸送と電気輸送を理解してこれらの高度制御を実現し、高効率化や新規材料の開発に取り組んでいます。さらに、熱と電気の損失の少ない電極の開発や、劣化原因の解明と安定性の向上などを通じて高性能な熱電変換モジュールを開発すると共に、関連熱技術（蓄熱、伝熱、放熱など）との融合によるシステム開発も実施しています。さらに、公正な市場形成を支えるために、国際的な相互評価を進め、標準化のための評価技術の高度化を推進しています。

https://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/2013/nr20130215/nr20130215.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2014/pr20141006/pr20141006.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2015/pr20151126/pr20151126.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/news/pr20170320_2.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2018/pr20180522/pr20180522.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2020/pr20200114/pr20200114.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2020/pr20200528_3/pr20200528_3.html

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2023/pr20230913/pr20230913.html

バイオ炭から、自動車、宇宙開発まで幅広い分野で熱電発電の社会実装を推進

熱電発電の幅広い社会実装を目指すために、様々な用途開拓を進めています。例えば、自動車や工場から排出される大量の未利用熱の有効活用を目指し、熱電発電を含む様々な熱技術を融合して高度熱マネジメントの実現を目指しております。さらに、ネイチャーポジティブな経済移行を進めるためにバイオ炭に注目し、バイオ炭の生産性を高くすると同時に未利用熱発電を実現する目的で、熱電発電を用いた炭化炉の熱マネジメントに関する研究開発を進めています。加えて、宇宙空間などの未踏な地へと活動領域を拡大するために、熱電発電技術を用いた半永久電源システムの開発を進めています。また、これまで、株式会社モッタイナイ・エナジー（産総研発ベンチャー）の創業を支援するなど、国内企業と幅広く連携して熱電変換の実用化を目指しています。

https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2024/pr20241031/pr20241031.html

https://unit.aist.go.jp/ipaspro2023/tmb/interview24.html

潜熱蓄熱材を利用した長期エネルギー貯蔵と温度変動の緩和を利用した熱活用システムの開発

潜熱蓄熱には、相変化温度近傍で高密度に熱エネルギーを貯蔵でき、かつ熱のやり取りのみで繰り返しの利用が可能であるという利点があります。これら利点を生かし、潜熱蓄熱による産業分野における廃熱回収や、再生可能エネルギーの変動性に対応するための長期エネルギー貯蔵システムの研究開発を推進しています。さらに、潜熱蓄熱材の蓄熱・放熱時の温度が一定であるという利点を生かして、温度が変動する場へ潜熱蓄熱材を投入し、温度変動を緩和する新しい熱活用システムの開発を目指しています。

NH₃燃料内燃機関における耐熱部材の開発と評価

近年、燃焼時にCO₂を排出しない次世代のカーボンニュートラルな燃料として、アンモニア（NH₃）が注目されています。NH₃は、同じくカーボンニュートラルな燃料として期待されている水素（H₂）と比べて、工業的な大量生産手法が確立されていることや液化が簡単であるため貯蔵や輸送が容易であるといった利点がありますが、今まで燃料として使用されてこなかったため、発電などの内燃機関で用いるための充分な知見が得られていません。特に、NH₃の燃焼時に形成が予想される高温での強い還元雰囲気に対して、内燃機関を構成する耐熱材料が使用可能であるか否かのデータはほとんどありません。そこで、NH₃気流によって高温域での還元雰囲気を模擬的に再現し、各種の耐熱材料を長時間曝露することで、それらの耐NH₃性を評価する研究を実施しています。