1990年6月在休斯敦召开的七国首脑会议上，把防止地球暖化问题列为重要议题。因欧洲主张紧急削减二氧化碳，而日美却主张采取与经济成长协调的削减措施。因双方的主张未能求得一致，结果无法具体制定限制二氧化碳的措施和目标。

若一边要维持一定程度的经济成长率，而另一边又想抑制二氧化碳的排放量时，那只能走推进节能措施和开发无公害能量［Clean energy］的道路。日本的节能技术已居于世界领先地位，日本的二氧化碳的人均排放量是美国人的一半左右，那么日本的无公害能量的技术水平和实用化的前景又如何呢？

太阳能电池开发的最前线

理想的无公害能量是指在需要的现场、单位、工地、工作位置[on-sit]就能发电的太阳发电。

晴天时，日本每一平方米平均每一小时可吸收到的这种太阳能置换算为电力时约为一千瓦特。若每一家庭的一天耗能量为6.67千瓦时，由于平均日照时间相当于晴天的3.84小时，假定太阳电池的能量变换效率为10%时，只要有25平方米的太阳电池也就够了。若是平房时，把南边的屋顶作为太阳电池也就足够了。

太阳能的优点在于它是一种用不尽的能量，只要太阳能电池的寿命长，建立一次太阳能电池就在无燃料的情况下半永久性地获得电力。就是现在的太阳电池的寿命也有15年以上，所以这也相当不错的了。

问题在于设备的费用，其中一半的费用是用于施工费、把来自太阳能电池的直流变交流的逆变器［inverter］、蓄电池等外围设备，另一半是太阳电池的制造费用。因目前施工费和外围设备的费用不大容易下降，所以如何制造物美价廉的太阳能电池是当前的重要课题。

为此，一方面要降低制造太阳能电池本身的费用，另一方面还要提高变换效率。即使太阳能电池的制造费用没有降低，只要把变换效率提高一倍，产生同样电力的费用也就下降了一半。

现在使用的太阳能电池是用硅作材料，以结晶的性质可分为单结晶，多结晶、非结晶三种。从变换效率而言，单结晶是17.4%，多结晶是14.5%，非结晶是10.2%。但其制造费是倒过来，非结晶是最廉价，因它可大量生产，只要需求量能大量增加，大幅度的降价是有可能的。

非结晶在只需要微电力源的计算机等被广泛使用，目前已建成了大量生产体系。1980年，三洋电机公司在世界上首先建立了能大批量生产计算机和手表用非结晶的太阳电池的生产系统。非结晶是在真空的锅中放进原材料气体，然后通过辉光放电在玻璃或不锈钢的衬底上形成。因这时的温度要300度左右，因而其制造法简单而且也可节约使用的能量。

要建造一平方米面积的电池时，单结晶要2000千瓦时，多结晶要500千瓦时，非结晶要100千瓦时左右。若把制造电池的耗能置换算为电量，而建成的太阳能电池所能产生的能量也换算为电量时，用单结晶的要20年才能回收、多结晶的10年，非结晶的1.5年以下。

能量回收年数短，不仅意味着节能而且因太阳能电池不排出二氧化碳，所以在抑制二氧化碳的排放量方面可以取得极为明显的效果。当太阳电池作为供应电力手段大幅度地被使用时，就有条件又用这种电力来制造太阳电池。这就能使不排放二氧化碳的能源体系来自我增殖，即用自己的力量来扩大自己的能源体系。

当然非结晶的电池也有它的短处，其一是效率低。

三洋电机的中野说：“提高变换效率的头绪是有的，因非结晶有这样特性，即在太阳光线中的可视光线容易被它吸收转换为电力，但比可视光线长的或短的波长就无法吸收。这在日光灯是很适用的光，对于家用计算机也很合适。但在屋外用时，最好把太阳光的一切波谱都利用上。为此，即使同样的非结晶，用与锗等混合的锗制成的网眼与普通硅制成的网眼重叠在一起时，其单位面积的变换效率就能提高。从目前看，用这种办法可把变换效率提高到15%左右，长期目标是提高到20%。”

其二是由太阳光的照射而产生老化。据中野说，在头二三月间其变换效率会降低10~15%，之后就会稳定下来，目前正致力于减少老化的研究，若从费用面考虑时，最好是能以降低的费用来弥补效率减弱所受的损失。

神户六甲人工岛的标准设计住宅

中野说：“太阳能电池的计划是这样，首先把一瓦特的费用降到500日元左右。若能下降到500日元就能与柴油发电机抗衡，也有条件在孤岛等处代替柴油发电。还可作为独立电源在灌溉水泵用，还可用于路灯或汽车内的换气风扇或空调，预料这些新用途在九十年代能实现。下一步的用途将扩大到需要中等发电规模的学校、医院、集体公寓等，然后再扩大到个人住宅。”

太阳能电池的发电量的多寡与天气情况关系很大，这并是说一定在好天气才能发电，阴天的发电量也可达到 晴天的20~30%，连雨天的发电量也可达到晴天的10%左右。而且电压不下降而只是电流弱而已，夜间当然是没有发电量。

若用电量和太阳能发电量都经常变化时，为能根据需要时稳定地供电，很有必要把太阳能电池发电的电力先在蓄电池里充电。但家庭里用现在出售的铅蓄电池时在屋子里就占据很大体积，而且费用也高。当蓄电池的电不够用时，就从现有的电力公司的输电线要电，相反，若太阳能电池的发电量用不完时通过同样的输电线能重新向电力公司输送电的话，也许可减少电费。黑田说：“若一个家庭只想靠太阳能电池供电时，只好用大型的蓄电池。但其费用大且从整体而言，发电费用也就高。尽可能开发出不用蓄电池的太阳能电池发电系统是理想的，这也有助于扩大太阳能电池的使用面和用户。”

在神户市建设中的六甲人工岛，从1988年起受NEDO委托的关西电力公司与电力中央研究所一直在作15户标准设计住宅和85户模拟住宅在与系统电力之间的联系实验。平均每户设置2千瓦的太阳能电池，利用定时自动开关来掌握家用电器或照明等实际作业的时间性变化情况。当电力不足时从原来的供电线输送电，当太阳能电池的发电量有剩余电时就向电力公司输回电。这是对未来城市的理想用电所作的正式实验。

据三洋电机公司的估算，日本国内的每个家都设置500瓦的太阳能电池时，一年可减少323万吨二氧化碳的排放量，即可减少日本年间排放量的1.2%，若是2千瓦太阳电池，就可减少4.8%。

宇宙船技术的应用

现在人们期待着作为宇宙船电源而登上舞台的燃料电池将在新能源领域中能扮演主角。简单地说，燃料电池是利用让水的电解产生逆反应而发电的东西。因对水进行电解时就会产生氧和氢，相反使氢和氧发生化学反应时，就会产生电和水。

今年7月，东芝与美国IFC公司合作开发出日本第一个生产磷酸型电池的大批量生产设备。从明年秋天开始正式投入生产，第一年的年间产量是1万千瓦，2~3年后可达年间3万千瓦的生产能力。东芝的燃料电池事业推进部的技术部长松下徹志说：“磷酸型燃料电池要得到普及，就必须使成本进一步下降，为此，必须确立大批量生产技术。还要国家在利用月光计划［Moon light Project］及其它方面对新能源的开发要进一步加强，同时也应得到民间企业的积极支援。我们的公司是以向前看的态度在准备大批量生产。在降低成本的目标是，成套设备建设单价为平均1千瓦为30万日元，比液化天然气［LNG］火力的贵10万日元。但如果考虑到燃料电池有以下两点优点时，这种价格对于普及是较恰当的费用，优点之一是不会排出大气污染物质，优点之二是因可设置于很靠近于需求地，所以输电损失几乎是没有”。

NEDO的燃料及储存技术开发室代理室长福留渥说：“磷酸型的工作温度只有200度左右，而且普通碳精棒也可作电极的材料，其系统设备也较简单，实用化也较容易实现，热效率为40%，与新生火力大致相同，但因没有涡轮等的振动，所以可设在大楼地下，其废热在冷暖房可利用，故其综合豕率可达到80%左右。”

硫磺或氮化氧化物等几乎不排放大气污染物质，故也就不必要设置脱硫磺或脱硝酸装置，只会产生二氧化碳。因为用改质器从天然气取出氢时，二氧化碳是作为副产物发生的。这种二氧化碳的多寡取决于综合效率的高低，若能充分地利用废热并使其综合效率得到提高，随着能量消费量而排放出来的二氧化碳的总量也将相应地减少。

虽废热也可用于火力发电，但火力发电都设在城市近郊，由于距办公大楼或其它大楼集中的城市中心远，要利用它用于冷暖房时必须还要铺设长距离的管道，这就太麻烦了。

被称为第二代的熔融炭酸盐型的比磷酸型的效率高10~15%。因其工作温度高达600~700度，废热利用就不仅是冷暖房，可通过高温高压蒸汽的发生使涡轮机转动，还可产生二次发电，但因其工作温度高，必须要用能耐这种高温的材料。

福留说：“熔融炭酸盐在高温里具有很强的腐食性，所以开发出耐腐食且在高温中也不会变形的新材料是当务之急。”事实上，NEDO曾委托日立制作所开发世界上最大输出功率的26千瓦的实验工厂，今年四月已发电成功。1992年度的目标是达100千瓦，1995年以前将达1000千瓦级的验证系统，但问题在于耐久性。磷酸型的目前看来将达到1万小时左右，但目前的熔融炭酸盐型的材料使用2000~3000小时左右就会腐蚀掉。福留说：“但若效率高，只要调换电池就行了，有些人认为从成本方面看，这样做还是合算的。”

燃料电池的共同优点是，不仅效率高而且根据需要电力量把其输出功率下降30%左右后，其效率也几乎不变。但火力发电或燃气涡轮机及柴油机的发电若不是最高速运转，就无法发挥100%的效率。所以这些发电都适合于所要电量容易变动的大楼。

利用废热给地域的冷暖设备提供能量

用热泵回收地铁废热的同时把其空气冷却。回收来的热利用热交换器把从能量中心处来的36度温水提高到44度。然后把这44度温水送往热泵的热交换器用于制冷剂的气化。

把已气化的制冷剂进行压缩，并通过另一个热交换器散热，这里的温水虽有76.7度，但作为取暖用的温度还是不够，所以利用作为压缩制冷剂动力用的蒸汽汽轮机的高温蒸汽把76.7度的温水加热到90度_若再加热到要高温的蒸汽时，可用这些高温蒸汽转动汽轮机并由它产生的动力作为热泵的动力用，这就是利用工业废热发电的构想。

冬天可把这些温水供于取暖用，夏天可作为吸收式冷冻机的热源用，把7度的冷水供给冷气设备用。因同样温水冬夏两季都能用，设备的工作期限就长而且其效率也提高。用户在冷暖机设备可直接使用这些温水和冷水，所以热交换器等设备就不要了。

据说东京电力公司在制定广泛利用地铁和地下街废热的设想计划。若能有效地利用大城市排出的庞大废热，可以节能30%，而且这部分能量是不排出二氧化碳，即可减少二氧化碳排放量的30%左右。

今年六月，综合能源调查会以2010年为目标向通产大臣提出了能源政策的咨询。其咨询中说，应把河水、海水、城市废热等以往未利用起来的热能加以利用，并使它在民生部内约可占到总需求能量的10%。燃料电池的利用到了2000年时将达到现在的22倍，2010年时达到70倍。

在市场经济中，对引进新技术或更新设备的鼓励并不是说些好听的词儿，重要的在于利益。按现行的体制来说，即使减少了二氧化碳的排放量，企业从中根本捞不到一点好处。所以一方面要给予甜头尝尝，另一方面又要对违法者罚款，只有能巧妙地运用这两者，地球的暖化才能防止。

纸尿布在绿化沙漠中能发挥作用

若想抑制地球暖化，就必须控制大气中的二氧化碳的浓度。这不仅要靠法律和经济手段来控制二氧化碳的排放量，但还要推进和扩大绿化，使植物在把二氧化碳转换为碳氢化合物和氧方面发挥光合成作用，两者都是不可忽视的。热带地方的森林在光合成方面起到最活跃作用。现在全世界每年减少的森林面积约等于日本本州的面积的一半左右，而沙漠化的面积约等于日本的四国和九州两地的面积。

现在在先进国家的婴儿或卧床不起的老人用的是纸尿布，这作为沙漠绿化的救世主而引起了人们的关注。使纸尿布具有舒服感的是有高吸水性的聚合物的缘故。它能吸收的水量相当于它本身重量的500~1000倍，即一克重纸尿布可吸收的水量达一升。发明这种纸尿布的是美国的研究所，但使它商品化的是日本企业。这种纸尿布在沙漠绿化中究竟能起到什么作用？

日本沙漠开发协会专务理事汲田卓藏说，把这种聚合物与土混合起来作为保水层用。因沙漠要弄到水很难，必须尽量节约水，就是在沙漠灌溉的水也渗入到下层而在保水层积蓄起来。由于这些积蓄的水不会在往下层流走，可作为沙漠灌溉用水，而且也可防止从毛细管现象吸上盐分。”

蔬菜等一直到生长都要连续不断地供给水，树木的情况是，种下去的苗直到生根之前要浇上水，但生根了以后给予少量的雨水就能生长。当把能发挥保水作用的聚合物与土混合的撒在根周围时，根的发育情况良好。鸟取大学已发表了在这方面所作的实验结果报告。

日本沙漠开发协会与埃及政府在距开罗160公里的沙漠地带共同搞了个实验农场，目的是若手搞保水聚合物的现场实验。还在非洲西撒哈拉沙漠南边的尼日尔为防止沙漠化而建立了绿化地带（green belt），并在那里正在作现场调查，人们期待着在那里保水用聚合物也能发挥积极效果。

汲田说：“现在瞄准的是年间雨量有350毫米的地带，雨季虽一下子就降雨，但因降下的雨量不断地渗入地下，结果绿色仍难于生育。于是在树苗的四周撒放保水聚合物，从而使水分积蓄在树根周围，只要在五个月的旱季能保住水分，树木也就能生根和生长起来。”

但好不容易才培育起来的树木被当地居民作为烧柴砍掉的话又怎么办？汲田又说：“政府对植林地带都围上了栅栏，否则当地居民就把它们作为烧柴砍光了。但真正要防止沙漠化的根本办法还是要先解决家庭用燃料问题”。

保护地球环境的问题仍贵在行动，为此，必须动用一切高科技与一般性技术一齐上阵并使一切技术发挥出其最大效率，除此之外是无别路可走的。日本在这方面具有广泛的高水平技术，加上还有雄厚的资本，这是日本对全世界作出贡献的良好途径，日本在这方面应力争作出与经济势力相称的成绩出来。

[Voice（日），1990年9月号]