今回の特集では、エコ発電＆可逆をお送りします。

みなさん、「発電」と聞いて何が浮かびますか？発電所ですかね。エコ発電の前に発電の現状をみてみましょう。現在、原子力発電が停止しています。みなさんが使っている電気の大部分が火力発電で作られています。火力発電ですが、化石燃料（石炭、重油、液化天然ガスなど）を燃やして高温高圧の水蒸気を作り、その水蒸気の流れでタービン（羽根）を回し発電機で発電しています。モノを燃やして発電しているために温室効果ガスのひとつである二酸化炭素が発生し、地球温暖化などの環境問題と密接に関係しています。また近い将来、化石燃料が枯渇、つまり火力発電が行えない時代がやってきます。どうやって電気を作りますか？現在、再生可能エネルギー（太陽光、太陽熱、風力、潮力、地熱、バイオマス）が注目され、それらを用いた環境にやさしい発電について研究が行われています。もちろん、みなさんの現在の生活の維持と快適で明るい未来のためにです。

【１．運動】手回し発電機を回す、つまり運動によって発電します。では、同じ手回し発電機をもう１個つなげて片方を回してみるとどうなるでしょうか？もう片方が回ります。これは、もう一方の発電機が電動機（モータ）として働くためです。これが「可逆」です。発電機は火力、水力、原子力、地熱、風力など多くの発電所で使われています。

キーワード＞＞電気機器、フレミングの左手則・右手則、電磁気学、電磁誘導、ファラデーの法則、内燃機関

【２．光   】エコ発電の代表格は、太陽光発電（太陽電池）です。太陽電池はＰ型とＮ型の半導体で出来ていて光を照射する事で光起電力効果により発電します。逆に電気を流すと光る半導体があります。それはＬＥＤ（発光ダイオード）です。それでは、ＬＥＤに光を照射するとどうなるでしょうか？何と発電します！！ＬＥＤに電気を流すと光る。逆に光を照射すると電気を作る。可逆です。しかし、LEDは光るために作られていますので、発電できる量は少ないです。長岡高専EE科の電子材料工学研究室（片桐研究室）ではCZTS薄膜太陽電池、Mb科・材料物性研究室（荒木研究室）にて化合物薄膜太陽電池等の研究を行っています。

キーワード＞＞電子材料、Ｐ型・Ｎ型半導体、光起電力効果、ＰＮ接合、電子、正孔、エネルギー準位、シリコン、化合物、有機

【３．振動】振動を与えると発電する圧電（ピエゾ）素子というものがあります。あまり聞いた事がありませんが、チャッカマンで火を付けるときにカチッと言いますよね。このカチッとなった時に電気が作られ、その電気がガスに引火して火が付きます。圧電素子では振動（たわみ⇒圧力）による圧電効果により発電します。逆に電気を加える（電界を印加）とどうなるでしょうか？ここでも可逆です。電気を圧電素子に加えると逆圧電効果により物質は変形します。これを使ったのが小型スピーカー（圧電スピーカー）やクォーツ時計（水晶振動子）です。振動が空気中を伝わり音として聞こえます。長岡高専Ec科の機能デバイス研究室（梅田研究室）にて圧電素子等を用いた研究を行っています。

キーワード＞＞圧電効果、逆圧電効果、電界、分極、圧電スピーカー、セラミックス、水晶

【４．熱   】熱電変換素子（ゼーベック効果）を使った発電があります。熱電変換素子に熱を与えると発電します。正確には、温度差があると発電します。温度差で電気信号が出る。つまり温度計（熱電対）として使う事が出来るのです。では逆に電気を流すとどうなるでしょうか？ここでも可逆です。素子の名前が変わってしまいますがペルチェ素子（ペルチェ効果）に電気を加えると素子の表と裏とで、片方が熱く、もう片方が冷たい。触ってみると不思議な感じがします。このペルチェ素子は、ファンレスの薄型のパソコンの冷却に用いられている場合があります。

キーワード＞＞金属、半導体、熱電効果、ゼーベック効果、ペルチェ効果、熱電対、廃熱発電

【５．スターリングエンジン】気体の圧縮と膨張のみで動くエンジンがあります。自動車の様に化石燃料を燃やしません。必要なのは熱です。スターリングエンジンに熱（温度差）を与えるとピストンが上下に動きます。つまり熱エネルギーから運動エネルギーに変換しています。この上下運動に電磁誘導を組合せる事で発電を行います。では、スターリングエンジンのピストンを動かすとどうなるでしょうか？ここでも可逆です。運動エネルギーから温度差を作る事ができます。これを利用したのがスターリング冷凍機です。EE科には、100℃のお湯で動く、スターリングエンジンがあります。

キーワード＞＞熱力学、エネルギー工学、外燃機関、カルノーサイクル、熱エネルギー、運動エネルギー、冷凍機、電磁気学、電磁誘導、太陽熱発電

その他にも太陽熱発電、地熱発電など色々な発電が研究されています。新しい材料（電気材料）を作る仕事も電気関係です。

長岡高専のみなさん【１】～【５】すぐにEE科で実験できます。可逆を体験してみませんか！！EE科、床井まで。

発電その他キーワード＞＞ＭＨＤ発電、燃料電池、核融合

小中学校の皆様、授業の１つに如何でございますでしょうか。高専で作った各種キットをお持ちして、直に観て、手で触れて、エキサイティングな授業をお届けいたします。またエネルギー変換をテーマに発電のみならず、現在問題となっている放射線に関して発電機模型、霧箱、ベータ線・ガンマ線測定や身近な話題を通して放射線の知識を深める授業もお届けできます。詳細は、本校の出前授業・体験学習のページをご参照下さい。