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ピーナッツバターとジェリー。ホール＆オーツ。そして今、文字通りにも比喩的にも、さらに強力な組み合わせが誕生しました。それは、太陽光パネルと運河です。運河をそのままにして太陽の光で水を蒸発させるのではなく、貴重な水を覆い、太陽エネルギーを吸収するパネルで覆ったらどうなるでしょうか？もしかしたら、人類はそれを実現できるかもしれません。
カリフォルニア州の科学者たちは、カリフォルニア州の主要な運河（カリフォルニア・アクエダクトを含む）を含む州内の運河4,000マイル（約6,400キロメートル）に太陽光パネルを設置した場合の予測値を計算しました。その結果は、将来的に素晴らしいパートナーシップとなる可能性を示唆しています。Nature Sustainability誌に掲載されたこの実現可能性調査によると、州全体に太陽光パネルを設置した場合、年間630億ガロン（約2.4兆リットル）の蒸発を抑制できるとされています。同時に、カリフォルニア州の露出運河全体に設置された太陽光パネルは、年間13ギガワット（約1300万キロワット）の再生可能エネルギーを供給します。これは、州が2030年までに脱炭素化目標を達成するために必要な新規発電量の約半分に相当します。
カリフォルニア州の水道システムは世界最大規模を誇り、3,500万人の住民と570万エーカーの農地に水を供給しています。利用可能な水の75%は州の北部3分の1に集中しており、州南部3分の2が都市部と農業の需要の80%を占めています。これだけの水を輸送するには、上流へ送るためのポンプが必要です。そのため、水道システムは州内で最大の電力消費源となっています。
太陽光パネルを設置した運河は、州全体で利用できる再生可能エネルギーを生産するだけでなく、水道システム自体の稼働にも貢献します。「運河を太陽光パネルで覆うことで、蒸発量を減らし、自然地や耕作地への影響を避けながら、再生可能エネルギーやその他の相乗効果を生み出すことができます」と、論文の筆頭著者であるカリフォルニア大学マーセド校およびカリフォルニア大学サンタクルーズ校の環境エンジニア、ブランディ・マッキン氏は述べています。
皮肉なことに、太陽光パネルの性能は気温の上昇とともに低下します。太陽電池では、太陽からの光子が原子から電子を叩き出して電流を発生させます。パネルが過熱すると、電子はすでに励起状態にあるため、光子によって叩き出されてもそれほど多くのエネルギーを生み出せなくなります。パネルを運河に架けることで、いわば水冷式となり、効率が向上します。「さらに」とマクキン氏は付け加えます。「パネルの日陰は、運河の維持管理における大きな問題である水生雑草の繁殖を抑制します。」
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技術的にもそれほど複雑ではありません。運河の上に鋼鉄のトラスを架け、その上にパネルを張るだけで済みます。インドは実際にこのようなソーラー運河の実験を行っており、全長25マイル（約40キロメートル）の運河を推定1400万ドルの費用で建設中です。
念のため言っておきますが、この新しい論文は、州当局に対し、すべての運河を直ちに太陽光パネルで覆うよう強く訴えるものではありません。「私たちの論文は、詳細な工学設計や概念設計ではありません。実現可能性調査、つまり実証プロジェクトへの投資という次の段階に進むための概念実証です」と、カリフォルニア大学マーセド校のエンジニア、ロジャー・ベイルズ氏は述べています。「しかし、州全体と地域の両方で、発電量は相当なものになると考えています。」
ベイルズ氏とマッケインは、様々なモデルを組み込んでこれらすべてを計算した。例えば、蒸発率は水文学モデルから得た。さらに気候モデルも組み込んで、今後数年間の州の温暖化を予測した。彼らは非常に詳細な計算を行い、運河の水の冷却効果がパネルの発電効率をどの程度向上させるかまで計算した。
最終的に、彼らはカリフォルニア州全体で年間630億ガロンの節水が可能だと結論付けました。しかし、彼らはこうしたプロジェクトがもたらす、より漠然とした人的利益も考慮に入れました。例えば、多くの農家はディーゼル発電機で水を汲み上げています。もし太陽光発電パネルでそのエネルギーを供給できれば、地域の排出量を削減し、大気質を改善できる可能性があります。「経済的なコストだけでなく、社会的な利益も考慮する必要があります」とベールズ氏は言います。
運河の上にパネルを設置することで、州は広大な太陽光発電所を建設するために耕作地を転換したり、自然生息地を破壊したりする必要がなくなるという社会的メリットも期待できます。運河は、すでに長い間荒廃した土地に建設されているのです。自宅に太陽光発電パネルを設置する方法を考えてみてください。「家の隣の庭を刈り取ってパネルを設置するのではなく、屋根の上に設置できます」と、カリフォルニア大学バークレー校ロースクール、ウィーラー水研究所所長のマイケル・キパルスキー氏は言います。「人間の活動によって既に変化してしまったものを活用し、その恩恵を倍増させるのです。そこが重要な点です。」
カリフォルニア州の運河に太陽光発電パネルを設置することで、電気自動車の普及にも大きく貢献できる可能性があります。カリフォルニア水路橋は、州の南北を結ぶ主要幹線道路である州間高速道路5号線沿いに走っています。現在、沿線にガソリンスタンドが点在している場所には、将来的には近くの水路橋から電力を供給する充電ステーションが設置されるかもしれません。
この計画は、カリフォルニア州が将来の気候変動に備える上でも役立つ可能性がある。「干ばつは私たちの歴史の一部であり、未来の一部でもあります」とキパルスキー氏は言う。「ただ、気候変動によって、干ばつの頻度と深刻度はともに増加すると予測されているのです。」カリフォルニア州の気温が上昇するにつれて、運河から蒸発する水量はますます増加するが、太陽光パネルはそれを軽減するのに役立つだろう。
研究者たちは今回の研究ではカリフォルニア州に焦点を当てているが、この種のモデリングは「他の地域にも容易に適用できる」とマッキン氏は言う。「水不足に悩まされ、開水路が広がる地域では、このモデル化を検討することは非常に理にかなっている」。例えば、カリフォルニア州の隣国、ますます高温になりつつある南西部諸州や、エネルギーシステムの抜本的な見直しの必要性を露呈したばかりのテキサス州なども、その対象に含まれる可能性がある。
もちろん、このような大規模なインフラプロジェクトを検討する際には、いくつかの課題が伴います。例えば、これらの研究者は野生生物への潜在的な影響を考慮していませんでした。運河を覆うことで、そこを生息地としている水鳥のアクセスが遮断される可能性があります。カリフォルニア州では湿地の90%以上が失われていることを考えると、なおさらです。また、太陽光パネルとそのトラスを水面上に設置すると、機器の錆が発生し、メンテナンス費用が増加する可能性があります。さらに、大規模な運河に太陽光パネルを設置するには、費用もかかります。（この研究では全体的な費用は示されていません。マクキン氏は、まず実証プロジェクトを実施しなければ費用を見積もることは難しく、開発地の選定などの変数によっても異なると述べています。）
しかし、これは「全か無か」というアイデアではありません。あちこちの運河を改修し、他の運河はそのままにしておくことも可能です。年間630億ガロンの節水という完全な効果は得られないかもしれませんが、それでも給水ポンプや地域の充電ステーションへの電力供給は可能であり、同時に小規模ながら蒸発も抑制できます。「気候変動の有無にかかわらず、カリフォルニアの水供給は逼迫しており、カリフォルニアの水需要は増加しています」とキパルスキー氏は言います。「この2つの事実を合わせると、節水はどんな形であれ良いことであり、歓迎すべきことです。」
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