５０号記念寄稿― 環境を考える
− エネルギー編 −
（vol.50 から）
一部修正してあります
星野夢八
はじめに
秋田星っこの会の会報も50号を迎えた。年4回発行し続けてきたのだから12年半である。もう50号発行して100号に至るなら、4半世紀ということになる。それまで、是非会が続いてくれることを願いたい。
さて、最近はあまり寄稿することのなくなった私だが、これを機に思うところを少し連載で書いてみたいと思う。思うところとは環境についてである。私たちが星を見るときは暗い場所を探す。それほど夜の明かりが多くなった。10周年記念講演で木内氏も夜の明かりが植物に与える影響（ストレス）の話をされていたが、「もっと暗夜を」という視野でなく、幅広い見方で環境について書いてみたい。これから書くことは、あくまで私自身の思うこと、考えることであって、科学的根拠があるとは限らないし、誤ったことを書くかもしれないので、その辺はご理解いただきたい。なお、小生、一応は大学で物理学を専攻していたことをお断りしておく。
エネルギーの種類
出だしから堅い話で恐縮である。今回は環境をエネルギーという面から見てみたい。
エネルギーにはどんな形があるかご存知だろうか。種類を挙げると、熱、光を含む電磁波、電気、運動エネルギー、位置エネルギー、化学エネルギーなどである。電気までは身近でイメージがわくだろうが、それ以降のものはわかりにくいので少し説明しよう。運動エネルギーとは、簡単に言えばスピードの持つエネルギーである。例えば車が壁に衝突すると壁が壊れるが、静止した車が壁にくっついていても壁は壊れない。つまりスピードを持つ物体はエネルギーを持っている。位置エネルギーとは、高いところにあるものはエネルギーを持つということである。石ころを高いところから落とせばスピードがつく。つまり、高いところにあるものは、潜在的にエネルギーを持っていることになる。最後に化学エネルギー。ものを燃やせば酸素と結合して熱を出す。つまり化学的に何かが結合するときにエネルギーが出る。逆に結合したものを分解するにはエネルギーが必要になるわけだ。
エネルギー保存の法則
エネルギー保存の法則という言葉は聞いたことがあるだろう。これは、エネルギーの総量は変わらないという法則である。この法則があるから、人間はいろいろな方法でエネルギーの形を変えて利用できるのだ。例えば、石油を燃やして化学エネルギーを熱に変えて、その熱で蒸気を作ってタービンを回し（運動エネルギー）、発電機で電気を作る。その電気で明かりをつけたり、お湯を沸かしたり、扇風機を回したりと次々とエネルギーの形を変えて利用している。エネルギーは、形を変えてもその総量は変わらない。
ここで忘れてはならないのは、エネルギーが形を変えるとき、必ず無駄があるということだ。前述の例でも、石油を燃やして得られた熱エネルギーが、全て蒸気を発生させるために使われるわけではない。燃焼設備の温度を上げたり、煙突から二酸化炭素などといっしょに逃げたりする。蒸気の運動量も全てがタービンの回転の運動量になるはずもなく、発電機の回転は、空気に運動量や熱を与えてしまい全てが電気に変わるわけではない。電気も送電線を伝わる間に何パーセントかはその抵抗で熱に変わり、我々消費者に届いた電気も、その全エネルギーが目的のために消費されるわけではないのだ。この視点からいけば、エネルギーは、で形を変える回数を少なくして使う方が無駄が少ないのだ。
エネルギーの有効利用
有効利用と言うくらいだから、より無駄のない利用方法が有効なエネルギーの利用ということになる。その意味では、電気はあまり有効な利用方法とは言えない。それは前述の通り利用までの過程に無駄が多過ぎるのだ。ストーブなど熱を出すことが目的なら、中途過程の多い電気ストーブよりも、化学エネルギーを直接熱に変える石油ストーブやガスストーブなどの方が無駄は少ないと言える。電気がクリーンだというのはその意味で大きな誤解である。火力以外の発電法もあるけれど、少なくとも火力発電による電気を使うよりは石油を直接燃やす方が実はクリーンなのだ。では水力発電ならクリーンだろうか。水力発電では、水の位置エネルギーを発電機の回転に変える。その意味では火力よりかなりクリーンだ。しかし、水力発電をするかめには、大きなダムを作らなくてはならない。ダム建設のために多くの自然が破壊される。ダム建設地はもちろんだが、川が堰き止められるために川上から水だけでなく、水に含まれる多くの物質や河床の砂等が下流に運ばれなくなる。これにより川下や海の生態系が大きく変化している。海が死にかけているのだ。目に見えないために危機感がないが、かなり進行しているらしい。更には最近日本の海岸線が後退してきていると聞く。これは川砂が海に運ばれなくなってきたためと言われている。
話がそれた。火力も水力も駄目となるとどうするれば良いか。それは原子力、などと言う気は毛頭ない。人間の知恵と技術は、原子力を完全に操れるほどには発達しておらず、危険が多過ぎるし廃棄物の問題も残っている。ならばどうする？。それは、太陽エネルギーの直接利用だ。一番身近なのは太陽電池だ。ソーラーカーは、まだ実用できるほどには至っていないが、電卓など、電池不要の道具も増えてきている。個人的には風力発電も無駄が少ないと考えている。多くの電気をまかなうのは大変だが、少なくても大きな船が大洋を航海することが出来るくらいのエネルギーを風は持っているのだ。安定していないという弱点はあるが、風のないときは概して天気が良い。風力発電と太陽発電の組み合わせは有効と思うがいかがだろうか。
太陽のエネルギー
この会報は天文同好会の会誌だ。本題から少し離れるが、太陽の話がでたところで少し太陽エネルギーの話をしよう。太陽が放射するエネルギーのうち、地球に届くエネルギーはその全量のわずか
1/2,000,000,000（20億分の1）に過ぎない。そしてその半分は、地球に反射され、宇宙の彼方に消えてしまう。残りの地球に届くエネルギーは、1平方センチメートル当たり1ccの水の温度を1分間に約1℃上げるエネルギーだ。風呂桶に20℃の水を50cmの深さで水を張ったら、1000分、即ち17時間ほどで全部が丁度よい湯加減の40℃くらいになる。更に50時間（2日と2時間）経てば風呂が100℃に沸騰する計算だ。しかし、現実には海は沸騰しない。それは太陽から来るエネルギーとほぼ同等の量のエネルギーが、放射という形で地球から宇宙へ逃げていくからだ。しかも、太陽からのエネルギーは全てが熱として存在するのではなく、風や波、水の流れなどの運動エネルギーとなったり、水を蒸発させることに使われたり、あるいは植物が光合成で自分の体に化学エネルギーとして貯えている。実は気象現象や人間を含む生物の成長など、自然界の営みの殆ど全ては太陽エネルギーにより成り立っているのだ。
ところで、太陽のエネルギー全てが地球に降り注いだらどうなるだろう。仮に地球の全質量が0℃の水だと仮定すると、わずか４６秒ほどですべて沸騰してしまう。太陽の凄さがわかる。しかもその太陽が、宇宙の中では小さい方の恒星だというのだから、宇宙というのもの凄いところだ。このエネルギーの源は原子力だ。太陽の中では、陽子（水素の原子核）が4つ集まって核融合反応をし、ヘリウムに変わる。このとき膨大なエネルギーを放出する。1gの水素がヘリウムに変わるときに放出されるエネルギーで、1.5tの水（縦1m、横1.5m、深さ1m）の水を0℃から100℃にすることが出来る。これが太陽エネルギーの秘密だ。
エアコン、冷蔵庫は気温を上げる
話を戻そう。エネルギー保存の法則の話をしたが、熱量保存則というのもある。前述のようにエネルギーは形を変えるが、熱が熱以外のエネルギーの形に変わらない系では熱の総量は変わらないという法則である。エアコンや冷蔵庫は冷やすものという意識があるだろうが、それはあくまでも人間が利用する面だけの話だ。エアコンで空気を冷やせば、その分の熱が屋外に放出されている。冷蔵庫も同じ。嘘だと思う人は、エアコンを窓から外し、締め切った部屋の中で運転してみて欲しい。部屋の温度は下がるどころか上がるはずだ。冷蔵庫の扉を開けっ放しにしても部屋は冷えず、やはり室温は上がるはずだ。熱量の総量が変わらないということと矛盾するようだが、実は温度差を与えるにはエネルギーが必要なのだ。10℃の空気と30℃の空気を同量混ぜれば20℃の空気となるが、放っておいても逆は起きない。無理にそういった現象を起こさせようとすれば、そのためのエネルギーが必要なのだ。エアコンや冷蔵庫が電気無しには動かないことを考えれば理解していただけると思う。要するに、使った電気のエネルギーの分だけ温度が上がる。部屋や食べ物や飲み物の温度が下がっても、地球全体では温度が上がってしまうのだ。
地球温暖化
近年、地球の温暖化が騒がれている。エアコンや冷蔵庫もそれに一役かっているわけだが、エネルギーが保存されるならなぜ地球は温暖化するのだろうか。その原因は二酸化炭素の急増にある。物質には、鉄のように熱しやすくて冷めやすいものと、綿のように熱を伝えにくい（保温性が高い）ものがある。二酸化炭素は実は熱を貯めやすい性質がある。前述の地球から宇宙空間への放射量を減らす働きがあるのだ。地球に入ってくるエネルギーは変わらず出ていく量が減ったら、地球が熱くなるのは当然だ。産業革命以来、人類は多くの化石燃料を燃やして、太古から植物が光合成で固定してきた二酸化炭素と光のエネルギーの両方を大量に大気中に放出してきた。温暖化が進むのは当然の報いなのだ。「私は寒いの苦手だから、温暖化するなら有り難い。」なんて言わないで欲しい。これはれっきとした環境破壊なのだ。温暖化が進むとどうなるか。平均温度たったの3〜４℃の上昇で、陸上の氷（氷河や南極）が解けだし、海水面が上がり、低い土地は浸水する。日本の場合、海に面する大都市の多くは水没するだろう。陸地は砂漠化が進み、植生が大きく変化する。というより、既存の植物が気候の変化についていけず、枯れて、種によっては絶滅するだろう。気候は大きく変動し、とても今と同じような生活を続けることは不可能になることだろう。
省エネは環境保全
いろいろ書いてきたが、今回の結論を述べよう。それは省エネをしようということだ。かつて、オイルショックなるものがあって省エネが叫ばれ始めたが、そこには環境保全の意識はなかったように思う。しかし、実は省エネは大きな環境保全なのだ。最近、環境に優しいからと電気自動車がもてはやされてきているが、私は電気自動車が環境に優しいとは思わない。エンジンをもつ自動車と電気で走る自動車だけを比べれば確かに電気自動車の方がクリーンだろう。しかし、その電気はどうやって作られるのか。それは前述の通りである。化石燃料を燃やして電気を作り続ける以上、電気は決してクリーンなエネルギーではない。ロスが多く、かえって環境に悪いかも知れない。私たちが地球温暖化を防ぐ方策は、身の回りで物を燃やさないことではなく、使うエネルギー量を減らすことだ。極論すれば、発電所に電気を作らせないことだ。一人一人が気を配れば、かなりの省エネができると思うのだがいかがだろうか。
我々星見人にとって、あの忌まわしい光害もエネルギー消費の姿である。街灯は下向きにだけ光を出すように工夫し、見栄えのためだけのライトアップを止め、使わない部屋の電気を消し、ちょっと暑いくらいのときはエアコンを我慢し、ちょっと寒いだけのときは着込んで暖房を我慢し、短距離の移動には徒歩や自転車を使う、etc.etc.。個人も組織も、もう少し環境を考えても良いのではないだろうか。
今回は、エネルギーという切り口で環境を考えてみた。次回は別の側面から環境を考えてみたい。会員の皆さんの声も聞かせていただければ嬉しいのですが…。
つづく