産業技術総合研究所（産総研）は2024年6月10日、茨城大学と共同で、湧水と大気の温度差を利用した「湧水温度差発電」の実証に成功したと発表した。
湧水の温度は、昼夜や年間を通してほぼ一定に保たれるため、大気との間に自然と温度差が生じる。今回の研究では、温度差を電力に変える「熱電発電」を活用し、湧水に浸すだけで発電する湧水温度差発電を考案し、実際に電力供給できる湧水温度差発電装置を開発した。
開発した発電装置は、伝熱棒の役割を果たす円柱形の銅棒の下部を湧水に浸し、上部に熱電モジュールを搭載する。下部の湧水に浸される部分に湧水側のヒートシンク、熱電モジュールが大気に触れる部分に大気側のヒートシンクが取り付けられている。
大気より湧水の温度が低い夏場などの場合は銅棒が冷やされて、棒の上部に付けられた熱電モジュールの内側が冷却され、湧水側に熱エネルギーが流れることで発電。冬場などの湧水の温度が高い場合は、湧水から大気へ向かって熱エネルギーが流れることで発電する。効率的に熱交換できるよう上下にヒートシンクを取り付けたうえ、発電モジュールに柔軟性を持たせて棒に密着させることで熱を伝わりやすくした。
さらに今回、開発した発電装置を利用して、電池なしで湧水の温度を計測し、無線通信で自動的に温度データを収集する実験を実施。キャパシターと組み合わせることで、湧水と大気の温度差が小さくなった場合でも、キャパシターに充電した電力によって安定的に温度記録することに成功した。
湧水と大気の温度差が生み出す電力を温度記録計へ供給し、水路を流れる湧水の温度を計測している様子
今回開発した方法は、水流がない水路や太陽光が届かない場所、また、夜間でも連続的に発電できる。この方法を用いることで、低コストで安定した環境測定も可能になるという。
