今年 7 月、ドーン・リッパートが地元のホノルルのビーチでサーフィンをしていたとき、突然跳ね上がったボードが彼女の目の間に直撃した。ノックアウトになるところだった。しかし、高校のサッカーの元チャンピオンで、10 年前にこの地に来てサーフィンを始めたリッパートは、エール大学を卒業したばかりで、化石燃料からの脱却を目指す州のエネルギー コンサルタントとして働いており、しなやかな運動能力の持ち主だった。彼女は、そのボードの持ち主を後悔しながらも岸まで漕ぎ上げてくれた。病院に着くと、彼女は目と大勢の心配そうな看護師の間を 12 針縫う処置を受けた。婚約者のブロディは、結婚式まで数週間しかないと説明していた。「まあ、ハニー」と看護師の 1 人が舌打ちした。「これはひどいことになるわよ」。厳しい状況やひどい怪我をしても、いつものようにリッパートは気にしなかった。 「目ではなかっただけでよかったと思いました」と彼女は回想する。逸話ひとつで人について結論を下すのは簡単だ。だが、リッパート氏は真の楽観主義者だ。それは良いことだ。地球が温暖化し、人類が自ら招いた大惨事へと突き進んでいる今、彼女は、私たちが地球温暖化から抜け出すための方法を技術的に見つけられるよう支援できると信じるイノベーター集団の一員なのだ。リッパート氏がハワイにいるのは、行動がここにあるからだ。2015年、この島嶼州は、電力会社に対し、電力の100％を再生可能エネルギー源から発電することを法的に義務付けた最初の州となった。期限は2045年。リッパート氏は現在、州がこの大胆な目標を達成できるよう、数十の企業を支援している。シアトル出身のリッパート氏は、エレメンタル エクセレレーターのCEOを務める。これは、化石燃料への依存を撲滅できると彼女が願う、未成熟な技術を発掘、資金提供、育成する非営利のアクセラレーターだ。彼女は「エウレカ！」という瞬間を経験し、私たちが見落としている何かに気づいたイノベーターを探している。「これらの技術が成功すれば、10億人の人々に影響を与え、世界を変えるでしょう」と彼女は言う。
しかし、まずはハワイの変革に貢献しなければなりません。課題は山積しています。州の電力会社コンソーシアムであるハワイアン・エレクトリック・カンパニーズは、州内8島にまたがる他の電力会社の取り組みを統合しなければなりません。リッパート氏のような民間企業の協力を得て、電圧平滑化インバーターを備えたバッテリーバックアップの住宅屋上太陽光発電システム、風力発電所、統合型デマンドレスポンス・ソフトウェア、ピークシフト型電気自動車充電システムなどを開発しなければなりません。これまでに、再生可能エネルギー電力比率は27%を達成しています。
リッパート氏と彼女のチームは、エネルギー貯蔵、マイクログリッド・ハードウェア、エネルギー効率向上のための機械学習ソフトウェアといった分野で、印象的な企業ポートフォリオを構築し、残りの道のりを歩み進めてきました。エレメンタルは設立5年間で、世界中のスタートアップ企業63社に2,200万ドルを授与し、ハワイで35件の実証プロジェクトを実現しました。また、米国海軍（年間600万ドルを寄付）、米国エネルギー省、国際的な電力会社、そして故スティーブ・ジョブズの妻ローレン・パウエル・ジョブズ氏が運営する投資・慈善活動プラットフォームであるエマーソン・コレクティブなど、強力な同盟国からも資金提供を受けています。
本土は、州の実験、そしてリッパート氏の斬新な解決策のいくつかを注視している。なぜなら、完全なグリーン技術への取り組みは、エネルギー専門家、計画担当者、そして政策立案者の心を掴んでいるからだ。「誰もがハワイに注目しています」と、スタンフォード大学の大気科学者であり、この運動の学術的ゴッドファーザーであるマーク・Z・ジェイコブソン氏は言う。「誰もが、誰が最初に100%再生可能エネルギーで運営し、低コストで送電網を安定させるのかを見守りたいのです。」
10年前まで、米国の発電容量のうち再生可能エネルギーが占める割合は10%にも満たず、そのほとんどは西部および北西部の巨大ダムによるものだった。しかし、将来への懸念の高まりと風力・太陽光発電のコスト急落によって、電力会社の状況は変わりつつある。2016年の新規発電量の半分以上は、空と風力によるものだった。気候変動の科学を信じない共和党支持の州でさえ、この状況は変わらない。一部の人々にとっては、一世代で石油とガスからの脱却が実際に可能になりつつあるように思える。10年前はオタク的な夢物語だったものが、運動へと成長した。政治家もこの動きに乗り、自らの地域で全面的に環境に優しい未来を築くことを誓っている。昨年の時点で、アトランタ、ソルトレイクシティ、サンディエゴといった大都市を含む全米47都市がこの戦いに加わっている。
もちろん、誰もが歓迎しているわけではない。化石燃料支持者たちは、あまりにも深刻な課題を警告している。「病院、下水処理、浄水、工業生産、通信網、iPadなど、すべてに膨大な量のエネルギーが必要です」と、ペンシルベニア州のエネルギー専門弁護士兼コンサルタントで、水圧破砕法と天然ガス採掘の著名な支持者であるマイク・クランサー氏は言う。「そのエネルギーを100%再生可能エネルギーで賄うことは、今も、そしてこれからも不可能です」。風力、太陽光、水力発電を支持する人々でさえ、たとえ小さな島国であっても、再生可能エネルギーに全面的に依存するのは賢明ではないと考えている。「手頃な価格で安定したエネルギーを確保したいのであれば、これは絶対に達成不可能な目標です」と、ライス大学エネルギー・環境イニシアチブのエグゼクティブディレクターで、オバマ大統領の下で化石燃料担当次官を務めたチャールズ・マコーネル氏は言う。
しかし、リッパート氏は「永遠には続かない」という議論を好んで行う。ホノルルの公園で起業家育成に携わる彼女は、エレメンタルが現在支援している技術は、実現可能であるだけでなく、避けられないグリーン電力の未来を築くのに役立つだろうと語る。「市場はこれらのソリューションを受け入れる準備ができています」と、モンキーポッドの木の下に腰掛けたリッパート氏は言う。「私たちの役割は、彼らがより速く、より大規模に事業を拡大できるよう、今投資することです。」
ハワイ諸島は、その歴史の大半において、最も近い陸地から4000キロメートルも離れた場所で、エネルギー資源を育んできました。何世紀にもわたり、地元の人々はハワイ州の木であるククイナッツの実から採れる油で道を照らしてきました。1887年には、イオラニ宮殿に電化を実現しました。これはワシントンD.C.がホワイトハウスに電化を実現する4年前のことでした。
アメリカ式のモダニズムがそれを変えました。人口が増加するにつれて、電力を大量に消費する便利な機器への需要も高まりました。わずか15年前、ハワイは年間燃料の90%、つまり50億ドル相当を輸入していました。ハワイの人々のエネルギー消費量は全米のほとんどの地域よりも少ないにもかかわらず、平均的な家庭の電気料金は本土の約4倍でした。
状況は深刻化し、2008年、州は再生可能エネルギーと建築基準の強化といった省エネ対策を通じて、2030年までにクリーン電力の70%を州全体の電力供給に充てるという目標を設定した。当時ワシントンD.C.でブーズ・アレン・ハミルトンのコンサルタントとして働いていたリッパート氏は、計画策定のためにワシントンD.C.に赴いた専門家の一人だった。計画では太陽光発電とバイオ燃料の導入が謳われていたが、同時に、モロカイ島やラナイ島といった人口の少ない小さな島々に大規模な風力発電所を建設し、住民約100万人、年間900万人の観光客が訪れるオアフ島と深海ケーブルで接続するという構想も示された。
タイミングは完璧だった。安価な中国製の太陽光パネルとハワイの太陽光のおかげで、住宅の屋上太陽光発電は2015年までに23メガワットと予測されていた容量から343メガワットへと急成長した。この間、ニール・アバクロンビー知事は新たな液化天然ガス発電所の建設を推進した。しかし、グリーンエネルギーへの転換派はこれに抵抗し、州全体を再生可能エネルギーのみで運営することを義務付けることで、計画の後退を防ぐ法律の制定を求めた。
当時、このアイデアは既に本土で学術的に定着していました。その数年前、2009年には、マーク・Z・ジェイコブソンがサイエンティフィック・アメリカン誌に寄稿した画期的な論文で、化石燃料支持派の従来の主張に数学的に異議を唱えました。再生可能エネルギーは高価すぎて信頼性が低い、産業プロセスには十分なパワーがない、風力と太陽光で十分なエネルギーを得るには、途方もない広さの土地を風力タービンや太陽光パネルで覆わなければならない、といった主張です。
昨年、ジェイコブソン氏は、米国およびその他138カ国が2050年までに100％再生可能エネルギー化を実現するためのロードマップを示した。同氏のコンピューターモデリングは、蓄電を優先すれば、完全なグリーン発電は現在の電力網よりも手頃で信頼性が高くなる可能性があることを示している。同氏は、リチウムイオン電池に加え、揚水発電（昼間の太陽光エネルギーを利用して水を丘陵地に汲み上げ、必要に応じて放水して下流のタービンを駆動する）、既存の水力発電用貯水池、そして洞窟や掘削したピット、地面に掘った穴に熱水を汲み上げる地下熱貯蔵（UTES）の活用を提唱している。熱は周囲の土壌、あるいは時には石に毎日、毎週、あるいは季節ごとに蓄えられ、必要に応じて建物を暖めることができる。
今年6月、再生可能エネルギーを支持する学者やエネルギー研究者21人が、ジェイコブソン氏の初期の仮説を妄想的だと反駁した。彼らの主張によれば、ジェイコブソン氏の理論では、全国の送電網全体の電力容量の2.5倍、つまり4兆キロワット時を供給できるだけのエネルギー貯蔵システムの構築が必要になる。そのほとんどは、まだ商業規模では存在しないUTES技術で構成される。しかし、著者らの根底にある懸念は同様に政治的なものだ。彼らは、反対派がジェイコブソン氏の「オール・オア・ナッシング」アプローチを利用して、送電網におけるグリーン技術の役割を縮小するのではないかと懸念している。太陽光発電は過去10年間で年間68％増加しているにもかかわらず、依然として全電力の約1％を占めるに過ぎない。ジェイコブソン氏は、この研究の筆頭著者を名誉毀損で訴えている。
本土の学者、支持者、そして政治家たちが環境保護運動について議論する中、太平洋中部ではすでにその航海が始まっている。「私たちの島々のコミュニティでは、気候変動、地球温暖化、そして海面上昇の影響について、明らかに以前よりもずっと意識が高まっています」と、デイビッド・イゲ知事は昨年6月に述べた。「私たちの行動は環境に影響を与えます。なぜなら、リーダーシップは私たち自身から生まれることを知っているからです」。そして、「ハワイの私たちは、それが私たちにとって本当に重要であれば、発言し、世界をリードすることができます」と締めくくった。
ホノルル中心部の高層ビルにあるエレメンタルのオープンプランのワークスペースは、世界中から集まった若い起業家たちの笑顔の写真が飾られた、居心地の良い空間です。リラックスした雰囲気です。アクセラレーターとしては珍しく、いくつかの理由がありますが、最も顕著なのは、19人のスタッフのうち5人を除く全員が女性であり、そのほとんどが20代と30代の女性であることです。キックオフミーティングでは、リッパート氏は会社のリーダーたちを集め、最新情報の共有やサポートを提供するだけでなく、ビーチでのピクニックなど、楽しい時間も過ごします。ビーチでは、タロイモを叩いて地元の食べ物であるポイを作るという伝統的な遊びを皆で楽しみます。彼女はしばしば、熱心な新人たちを輪にまとめ、手を挙げるように促し、応援を促します。
彼女の組織が他に類を見ないのは、別の理由もあります。それは、商業技術に投資する非営利団体であるということです。そのため、通常は企業への出資比率を必要最低限に抑え、企業が成功した場合、エレメンタルはその収益の一部を、さらに多くのテクノロジー志向の夢を持つ人々に資金提供できるようにしています。リッパート氏と選考チームが毎年投資する12社（約450社の応募者から）はすべて、ハワイにおける特定のエネルギー問題の解決に、将来的に大規模に展開できるソリューションを提供する必要があります。エレメンタルは、最大100万ドルの資金に加えて、企業に州内でパイロットプロジェクトを立ち上げ、自社の技術と収益性を検証する機会を提供しています。
一見すると、ここでの発電は容易そうに見える。州内の8つの島々は、太陽、貿易風、そして活火山といった豊富な資源に恵まれており、活火山はハワイ島の電力の約30%を地熱発電で賄っている。しかし、この移行を監督する公益事業会社のコルトン・チン氏は、州が適切な土地をすべて実用規模の風力・太陽光発電に充てたとしても、州人口の3分の2強を占めるオアフ島で「エネルギー需要の70%強しか賄えない」と述べている。
リッパートの起業家たちが提供したいものの一つは、残りの30%です。彼女は私をオアフ島ノースショア沖の丘陵地帯へと案内してくれました。そこには、テルビバという会社が50エーカーもの見事なポンガミアの木を植えた場所がありました。東南アジアとインド原産のこの木は、幅広の緑の葉から密集した花を咲かせます。この花は、油分を多く含んだ種子の入った鞘となり、再生可能燃料に加工できます。
「バイオ燃料」という言葉は、トウモロコシエタノールの大失敗のせいで、一部の人々には不快な印象を与える。土地を大量に必要とし、土壌に負担をかけ、比較的高価だからだ。しかし、ポンガミアは安価で土壌にも優しい。その種子から作られた燃料1ガロンを燃やすと、ディーゼル1ガロンとほぼ同量のエネルギーを生み出す。これは珍しいマメ科の木で、土壌に放出する硝酸塩よりも多くの硝酸塩を放出する。そしてもちろん、木は大気中の二酸化炭素を継続的に吸収する。種子が収穫物なので、植物を伐採する必要がなく、土壌を耕す必要もない。オアフ島には、ポンガミアの原油を燃料とする発電所もある。テルビバは、この油をバイオディーゼルや、航空機エンジンの規格に適合するジェット燃料に変換している。
木のさやをジェット燃料に変えるというのは素晴らしいアイデアだ。真の課題は、風や雲の影響を受けながら変動する再生可能エネルギーに、安定した供給を保証し続けることだ。風力発電に依存している住宅所有者は、電力網が一つの電源から電力を失って別の電源に急いで切り替える数秒間、照明がちらつくのを望まない。将来の電力網は、こうした断続的な電源から電子を一つも逃さずに電力を供給しなければならない。
ロールス・ロイス元幹部のリサ・ラフナー氏と彼女の会社Go Electricは、この問題を解決しようとしています。エレメンタルの支援を受けた彼女のチームは、オアフ島にある米太平洋軍の拠点であるキャンプHMスミスにハードウェアとソフトウェアを導入しました。この装置は電力潮流のパターンをミリ秒単位で監視し、ディーゼル発電機と太陽光発電を組み合わせた、キャンプ内の高セキュリティ5メガワットマイクログリッドの制御を支援しています。
しかし、再生可能エネルギーの未来には、風力や太陽光発電の余剰電力を貯蔵し、必要に応じて放出できる信頼性の高い蓄電システムが不可欠です。これまでに、送電網運営者は2つの解決策を見出しました。1つはバッテリーに見られるタイプの蓄電システムです。もう1つは、家電製品の電力需要を制御し、ピーク時の発電量とピーク時の需要を調整するスマートデバイス、いわゆる「事実上の蓄電システム」です。リッパート氏と彼女のチームは、両方の解決策を検討しています。後者の分野では、彼らはShifted Energyという企業に資金を提供しています。
Shifted社は、低価格住宅複合施設であるカポレイ・ロフトの給湯器に、グリッド連携型デバイスを後付けしました。日中、グリッドに太陽光が余剰となる時間帯には、デバイスが給湯器を稼働させ（在宅で使用者が少ない時間帯）、夕方のシャワー用に水を温めます。Shifted社は、このデバイスを1,000台の給湯器に設置することで、太陽光の余剰電力から最大3メガワット時の蓄電が可能になると見積もっています。
地主はこのプロジェクトを高く評価しています。電気代を節約できるからです。政府も、低所得者層を再生可能エネルギー革命に巻き込むことができるからです。そして電力会社も、このプロジェクトが3メガワット（最大1,000世帯に電力を供給するのに十分な量）であり、夜間のピーク需要時に発電・供給する必要がないからです。
リッパート氏が提案する貯蔵代替手段は、給湯器だけではありません。産業革命の始まり以来、企業は金属製のフライホイールを原始的な貯蔵装置として利用してきました。重い回転ディスクは、回転時に運動エネルギーを蓄えます。しかし、その重量（100ポンド以上）とベアリングとの摩擦のため、通常は数分間の緊急時の供給しかできません。しかし、エレメンタルが支援するアンバー・キネティクス社によって、この状況は一変する可能性があります。
2009年、カリフォルニア大学ロサンゼルス校（UCLA）工学部卒業生のエドワード・チャオ氏は、1990年代からフライホイールを研究してきたカリフォルニア大学バークレー校教授のセス・サンダース氏とチームを組み、アンバー社を設立した。2人は協力して真空密閉容器を作り、磁石の内側と下のスピンドルに5,000ポンドの鋼鉄製ディスクを配置した。磁石は、ホイールがボールベアリングに過度の下向きの力をかけ、速度が低下するのを防ぐ。日中の太陽光発電でホイールを回転させ、日没後には最大32キロワット時の電力（米国の平均的な住宅に1日供給するのに十分な量）を放出できる。理論上は、フライホイールをスケールアップして最大4時間、数百メガワットを放出することができ、夜間のピーク需要にも十分対応できる。アンバー社は、オアフ島の日中の太陽光発電の過剰供給を緩和する上での信頼性と費用対効果を評価するため、ハワイアン・エレクトリックでフライホイールのテストを行っている。ハワイアン・エレクトリックの広報担当者ピーター・ロゼッグ氏は、同社はこうした蓄電池をはじめとするあらゆる形態の蓄電池に前向きだと述べた。同社は、電気自動車のバッテリーが将来、需要シフトにおいて大きな役割を果たすことを期待している。
晩夏、リッパートと私はホノルルのダウンタウンを歩いていた。太陽が輝き、気候がもたらす自然な楽観主義は、ほとんど抑圧的なほどだった。リッパートは、3週間かけて新しい起業家たちを指導する準備をしている。ある夜は夜中2時まで彼らとカラオケを歌い続けるのだ。今はリフレッシュして、やる気に満ちている。私は100%を目指す意味を尋ねた。70%まで到達できれば十分で、残りは天然ガスに任せればいいのではないか？彼女は、最後の30%は最初の30%よりも「飛躍的に」難しいことを認めながらも、それでも努力する価値はあると主張する。「これをやらないことの危険性は何か？」と彼女は言う。「やらないことのリスクは、やるリスクよりも大きいのです。」
そして彼女は、ハワイ州は既に懐疑論者の誤りを証明しつつあると指摘する。再生可能エネルギーの利用率は、2008年の8%から2017年には27%に急増した。さらに、州は近い将来、風力と太陽光発電でさらに400メガワットの導入を計画している。このペースに基づき、ハワイアン・エレクトリックは最近、再生可能エネルギー100%の目標を法律で定められた期限より5年早く、つまり2040年までに達成できると予測する報告書を発表した。
この見通しは、いくつかの未証明の仮定に基づいています。例えば、州の電力計画では、20年先を見据えて、海底に固定された浮体式タービンを用いて数百メガワットの洋上風力発電を実現するとしています。これは、手頃な価格の規模ではまだどこでも実施されていませんが、ハワイ州は新興技術への信頼を寄せており、計画に組み入れています。
そして、100%再生可能エネルギー化を目指す他の地域と同様に、ハワイ州も将来の交通手段として電気自動車に大きな期待を寄せています。車のバッテリーは、太陽のピーク時に余剰電力を電力網から取り出し、必要に応じて夜間に供給するという重要な役割を果たすでしょう。ハワイ州は全米で2番目に電気自動車の普及率が高い州ですが、それでもまだ1%未満です。
5年を経て、リッパート氏は、いくつかの企業が商業的に成功しつつあると断言できる。キャンプ・スミスにおけるスマート・マイクログリッドのゴー・エレクトリック社との契約は非常に成功し、ミシガン州の陸軍フォート・カスター訓練基地とユタ州のトゥーイル陸軍補給基地でも同様の契約を獲得した。また、学習ソフトウェアを用いて学校や企業のエネルギー貯蔵による節約を自動化するとともに、電力会社に送電網サービスを提供するステム社は、オアフ島に29社の顧客を抱え、カリフォルニア州でも顧客を増やしている。
もちろん、州の技術のすべてがポータブルになるわけではないし、ポータブルであるべきでもない。再生可能電力は、地域の天然資源に合わせて調整する必要がある。これらの小さな火山島以外の地域では、すでにその方法が見つかっている。優れた地熱発電を持つアイスランドと、豊富な水力発電を持つノルウェーは、長年にわたりほぼ100%の電力供給を維持している。風が強いテキサス州デントンでは、当局は2020年代末までに市全体の電力供給を風力と太陽光発電で賄うと見込んでいる。米国で初めて100%の電力供給を誇るバーモント州バーリントンは、地元の木材チップを燃料として燃やし、河川やダムから豊富な水力発電も得ている。他の多くの都市も大きな進歩を遂げており、ラスベガス市では、現在、すべての市庁舎が太陽光発電で稼働しているという。
こうした取り組みは、なぜ私たちは車を動かしたりトースターを鳴らしたりするために、地面から恐竜を掘り出して燃やさなければならない運命にあるのだろうか、と問いかけているように思える。約150年前、太陽光を電気に変換できるとは誰も考えていなかった。そして1876年、セレンを光に当てるとまさにそれができることが発見された。人類が太陽光発電を手頃な価格で効率的に利用しようという意志を持つようになるまで、太陽光発電は1世紀もの間、社会の片隅に漂っていた。しかし、ひとたびそれが実現すると、太陽光発電の台頭はまるで一夜にしてロックスターになったかのようだ。YouTubeのアイドルからわずか10年でスタジアムの人気者になったのだ。
リッパートは、他にもスーパースターはいると信じている。彼女にとって、シンプルなフライホイールにちょっとした工夫を加えるだけで、想像をはるかに超えるエネルギーを生み出す可能性があるという事実は、誰も想像していなかったほど刺激的なのだ。「フライホイールが解決策になるなんて、誰も知りませんでした」とリッパートは語る。「まさに未知の世界でした。それが私をワクワクさせるのです。」
太陽光パネルは夏の間は十分なエネルギーを生み出します。しかし、冬、特に北国ではそれほど多くはありません。再生可能エネルギーに完全移行するには、必要な時に使えるようエネルギーを貯蔵することが重要です。地下熱エネルギー貯蔵システムは、余剰エネルギーを地下に貯め、無期限に貯蔵することを可能にします。
既存の洞窟、地下の岩、あるいは人工の穴などは、ジュースを保管するのに最適な場所です。その方法は非常に簡単です。
例えばガレージなどの屋根に設置されたソーラーパネルは、不凍液に使用される導電性有機化合物であるグリコールを充填したパイプを加熱します。加熱されたグリコールはエネルギーステーションへと運ばれ、そこで熱を水に伝えます。温められた水の一部はパイプに流れ込み、近隣の住宅に供給され、温かいシャワーを提供します。余剰熱は、最大120フィートの深さまで掘られた穴に数百本のパイプを張り巡らせ、長期貯蔵します。温水はこれらのパイプを通り、地中を約70℃まで温め、その後冷ましてからエネルギーステーションに戻り、このプロセスを繰り返します。地中は熱を蓄えるため、冬にはその熱を水道管に戻すことができます。
PopSciの定期寄稿者であるレスリー・カウフマンは、気候変動と再生可能エネルギーについて執筆しています。
この記事はもともと、Popular Science 誌の 2018 年 1 月/2 月号の Power に掲載されました。
