固体エアコンは涼しい未来を約束できるか？科学者たちの懐疑的な声

3年連続で記録的な熱波が続いた後、今年もまた「猛暑の年」になりそうだ。エアコン——人類が酷暑に対抗するための究極の手段——が歴史の舞台から退場することはないだろう。国際エネルギー機関（IEA）は、2050年までに世界のエアコン設置台数が3倍になると予測している。これは健康面では明らかに有益であり——『ランセット』の研究によれば、2019年だけでエアコンによって約20万件の早期死亡が回避された——しかし地球にとっては重大な負担となっている。

従来型エアコンの環境コスト

従来型エアコンは大量の電力を消費するだけでなく（世界の建築用電力消費量の約20%を占める）、使用されるハイドロフルオロカーボン（HFC）冷媒は強力な温室効果ガスであり、一部の冷媒の地球温暖化係数は二酸化炭素の数千倍にも達する。さらに、エアコンが排出する熱風は都市のヒートアイランド現象を悪化させ、「暑いほどエアコンをつける、エアコンをつけるほど暑くなる」という悪循環を生み出している。

固体エアコン：新たな希望の誕生

こうした背景の中で、固体エアコン技術が一般の注目を集めるようになった。圧縮機・凝縮器・蒸発器・膨張弁に依存する従来の蒸気圧縮サイクルとは異なり、固体エアコンは電気歪み効果・磁気熱量効果・電気熱量効果などの物理的原理を利用して温度制御を実現する。例えば、あるスタートアップ企業が開発した電気熱量ポリマーフィルムは、電場を加えることで相変化を通じて熱を吸収・放出し、冷媒を一切必要としない。

今年6月、「CoolCore」という米国企業が初の商業化固体ウィンドウ型エアコンのプロトタイプ開発に成功したと発表した。同社は従来型エアコンと比べてエネルギー効率が30%向上し、完全に固体材料を使用しているため冷媒漏れのリスクがゼロだと主張している。プロトタイプはすでに初期テストをクリアしており、2028年の正式発売を予定している。

「固体エアコンは非常に魅力的に聞こえます——圧縮機なし、冷媒なし、メンテナンスコストも低い。しかし、大量生産時の実際のエネルギー効率データ、そして継続的な極端な高温環境に耐えられるかどうかを確認する必要があります。」——カリフォルニア大学バークレー校 熱エネルギー工学教授 王麗華

科学者たちが「確信を持てない」理由

固体エアコンのコンセプトは魅力的であるものの、多くの熱力学・材料科学者は慎重な姿勢を示している。主な課題は三つある。

第一に、材料疲労の問題だ。電気熱量材料や磁気熱量材料は繰り返しのサイクルで徐々に劣化し、安定性と寿命は従来の圧縮機には遠く及ばない。実験室での数千回のサイクルは、実際に10年間使用した場合の状況を再現することが難しい。

第二に、温度差の限界だ。現在の固体エアコンのほとんどは15〜20°Cの温度差しか実現できないのに対し、従来型エアコンは40°C以上を容易に達成できる。これは、砂漠気候のような極めて暑い地域では、固体エアコンが室内温度を快適な範囲まで下げることが難しい可能性を意味する。

第三に、コストの高さだ。電気熱量ポリマーや磁気熱量合金の製造コストは、現時点では銅管やアルミフィンと比べて一桁高い。エネルギー効率が高くても、消費者が数倍のプレミアムを支払う意思があるかどうかは未知数だ。

業界の背景と技術の方向性

実際のところ、固体冷却は全く新しい概念ではない。1980年代にはすでに磁気熱量冷却技術が材料科学の分野で一大ブームを巻き起こしたが、ガドリニウムなどの磁気熱量材料の高コスト問題を解決できないまま現在に至っている。近年、電気熱量弛緩強誘電体セラミックとポリマーフィルムにおける技術的ブレークスルー、そしてキガリ修正条項（HFCの段階的削減）への世界的なコミットメントが、再び固体エアコンへの資本と関心を呼び込んでいる。現在、世界で少なくとも20社のスタートアップが固体冷却分野に注力しており、その半数が中国・米国・欧州の3地域に集中している。

編集者注：「革新的技術」を冷静に見る

固体エアコンが冷却技術における新たな可能性を示していることは間違いない。特にデータセンターや電気自動車の熱管理といった特定の用途では、コンパクト・静音・無振動という特性が大きなアドバンテージとなる。しかし、世界に存在する数十億台の従来型エアコンを置き換えるソリューションとして位置づけるには、材料・製造・規格・ユーザー認知という複数のハードルを越えなければならない。今後5年間で、より多くの「クールな」プロトタイプが登場することは十分考えられるが、一般家庭に本当に普及するのは2035年以降になる可能性が高い。それまでの間、従来型エアコンのエネルギー効率基準の引き上げ、天然冷媒（R290プロパンなど）の普及、地域冷熱供給ネットワークの整備が、より確実な排出削減の道筋として評価されている。

本記事はMIT Technology Reviewから編訳