東京ガスの次世代教育支援活動／未来を考える／自然エネルギーについて考えよう／自然の中にあるエネルギーについて調べよう！

自然の中にあるエネルギーについて調べよう！

わたしたちの祖先は、およそ100万年前に「火」を発見し、「火」の力を利用してくらしを発展（はってん）させてきたんだ。さらに風や水などの自然の力もエネルギーとして利用しているんだよ。

人類は、古くから水や風の力を使って水車や風車を動かしてきました。水車や風車の力は米や麦を粉（こな）にする際に使われたり、水をくみあげたりする時に利用されてきました。日本では、揚水車（ようすいしゃ）と呼ばれる水車が平安時代に唐（とう）（中国）から伝わり、水を田んぼへ送ることに使われていました。技術が進歩した現在では、水の力、風の力のほかに、太陽の光や熱、また火山などの熱などを利用して電気を作るようになりました。これらの自然の力を使ったエネルギーを自然エネルギーと呼びます。太陽の光や風は豊富にあり、これらのエネルギーとして期待されています。

わたしたちは昔から、自然の中にあるいろいろな力を上手に利用してきたんだね！

自然エネルギーの種類を調べよう

自然エネルギーには、太陽の光や熱、風や水の力、マグマの熱、さらには木や葉っぱなども利用しているものがあるんだ。それぞれの自然エネルギーの仕組みや特徴について調べてみよう！

種類	仕組み	特徴
太陽光発電太陽の光を受けた太陽電池が、光を電気に変える。家庭用では、屋根の上に台を置いて太陽光パネルを取りつけるタイプと、屋根に直接はりつけるタイプがある。	シリコン半導体などに光が当たると電気が発生する現象を利用し、太陽の光エネルギーを太陽電池により電気変換する。	家や学校の屋根など、これまで使われていなかったスペースを有効に活用して発電できる十分に発電できるのは晴れた日中のみ大きな発電量を得るには広い面積が必要
太陽熱利用太陽光を鏡やレンズで集めて蒸気をつくり、タービンを回して電気をつくる。家庭用では太陽の熱でお湯をつくる「太陽熱温水器」が利用されている。	■発電太陽光を反射板などで集めた熱で蒸気をつくり、タービンを回して発電する ■温水器集熱器で太陽の熱を集め、貯湯槽の水を温めて、給湯や暖房などに使用するもの。集熱器と貯湯槽が一体化された「自然循環型」の太陽熱温水器と、屋根上に集熱器、地上に貯湯槽を分離して設置する「強制循環型」のソーラーシステム（太陽熱高度利用システム）がある	■発電蓄熱することにより、夜間も発電が可能太陽光発電に比べて発電コストが大幅に安い強い直射日光が必要なため日本に適した土地がないが、米・豪など海外で普及し始め、日本の技術が活用できる（日本には実験施設のみ存在する） ■温水器構造がシンプルなため、安く設置できる基本的にランニングコストがかからない太陽光発電よりもエネルギー利用効率が高い種類によって、給湯以外に床暖房などへも接続できる日没後も温水を利用できる冬は湯の温度が上がりにくい
風力発電風の力で風車を回し、その回転を発電機に伝えて電気をつくる。外国では、水をくみ上げたり、穀物を粉にするための動力として、昔から風車が利用されてきた。	風の力で風車を回し、その回転運動で発電機を回して電気をつくる	風が吹いている限り24時間発電できるエネルギー変換効率は比較的高い微風や暴風では発電できないほか、風が一定しないと発電が不安定になる設置場所が限られる環境保護、バードストライク、騒音などの課題がある
水力発電水が高いところから下へ落ちる力で発電機を回して電気をつくる。ダムにたまった水を利用するタイプや、夜に水をくみ上げるタイプなど、いろいろな種類の水力発電がある。	水が高いところから落ちる力や流れる力でタービン（水車）を回し、発電機を回して電気をつくる	エネルギー変換効率がほかの発電方法より高く、CO₂発生量も少ない（注1）需要の変化に応じて容易に発電量を調節できる（注2）大きな電力を得るための新たなダムの建設には巨額の費用がかかり、環境にも影響する
地熱発電地表からしみこんだ雨水が、地下にあるマグマに熱せられ蒸気になり地下の岩の間にたまっています。この蒸気でタービンを回し電気をつくる。	地下のマグマに熱せられた地下水の蒸気でタービンを回し、発電機を回して電気をつくる	日本では潜在的にエネルギーが豊富発電可能な場所は、既存の温泉地や国立公園内にあることが多いので、発電所の建設が難しい日本の地熱発電所は、15地点ありますが、ほとんどが東北地方と九州地方にある。
バイオマス利用木や草などの生物資源を「バイオマス」という。まきや炭のほか、植物などを発酵させてつくるエタノールやメタンガスなどがあり、これらを「バイオマス燃料」という。	直接燃やして熱を利用する（薪・炭など）燃やした熱で蒸気をつくり発電に利用する（廃棄物発電）発酵時に発生するメタンガスを燃料にする（家畜の排せつ物などで燃料製造）植物を発酵させてバイオエタノールをつくり燃料にする植物廃油を生成して燃料にする	化石燃料ではないので燃やしてもCO₂を増やさない廃棄物の削減につながる廃棄物の分別に手間がかかったり、十分な量を必要な場所に集めるのが難しいバイオエタノールの原料に海外でトウモロコシやサトウキビが使われるため食料不足が懸念される稲藁や廃材などセルロースを原料にした効率的なバイオエタノール製造にはさらに研究が必要コストがかかる

太陽光発電

太陽の光を受けた太陽電池が、光を電気に変える。
家庭用では、屋根の上に台を置いて太陽光パネルを取りつけるタイプと、屋根に直接はりつけるタイプがある。

仕組み

シリコン半導体などに光が当たると電気が発生する現象を利用し、太陽の光エネルギーを太陽電池により電気変換する。

特徴

家や学校の屋根など、これまで使われていなかったスペースを有効に活用して発電できる
十分に発電できるのは晴れた日中のみ
大きな発電量を得るには広い面積が必要

太陽熱利用

太陽光を鏡やレンズで集めて蒸気をつくり、タービンを回して電気をつくる。
家庭用では太陽の熱でお湯をつくる「太陽熱温水器」が利用されている。

仕組み

■発電

太陽光を反射板などで集めた熱で蒸気をつくり、タービンを回して発電する

■温水器

集熱器で太陽の熱を集め、貯湯槽の水を温めて、給湯や暖房などに使用するもの。集熱器と貯湯槽が一体化された「自然循環型」の太陽熱温水器と、屋根上に集熱器、地上に貯湯槽を分離して設置する「強制循環型」のソーラーシステム（太陽熱高度利用システム）がある

特徴

■発電

蓄熱することにより、夜間も発電が可能
太陽光発電に比べて発電コストが大幅に安い
強い直射日光が必要なため日本に適した土地がないが、米・豪など海外で普及し始め、日本の技術が活用できる（日本には実験施設のみ存在する）

■温水器

構造がシンプルなため、安く設置できる
基本的にランニングコストがかからない
太陽光発電よりもエネルギー利用効率が高い
種類によって、給湯以外に床暖房などへも接続できる
日没後も温水を利用できる
冬は湯の温度が上がりにくい

風力発電

風の力で風車を回し、その回転を発電機に伝えて電気をつくる。
外国では、水をくみ上げたり、穀物を粉にするための動力として、昔から風車が利用されてきた。

仕組み

風の力で風車を回し、その回転運動で発電機を回して電気をつくる

特徴

風が吹いている限り24時間発電できる
エネルギー変換効率は比較的高い
微風や暴風では発電できないほか、風が一定しないと発電が不安定になる
設置場所が限られる
環境保護、バードストライク、騒音などの課題がある

水力発電

水が高いところから下へ落ちる力で発電機を回して電気をつくる。
ダムにたまった水を利用するタイプや、夜に水をくみ上げるタイプなど、いろいろな種類の水力発電がある。

仕組み

水が高いところから落ちる力や流れる力でタービン（水車）を回し、発電機を回して電気をつくる

特徴

エネルギー変換効率がほかの発電方法より高く、CO₂発生量も少ない（注1）
需要の変化に応じて容易に発電量を調節できる（注2）
大きな電力を得るための新たなダムの建設には巨額の費用がかかり、環境にも影響する

地熱発電

地表からしみこんだ雨水が、地下にあるマグマに熱せられ蒸気になり地下の岩の間にたまっています。この蒸気でタービンを回し電気をつくる。

仕組み

地下のマグマに熱せられた地下水の蒸気でタービンを回し、発電機を回して電気をつくる

特徴

日本では潜在的にエネルギーが豊富
発電可能な場所は、既存の温泉地や国立公園内にあることが多いので、発電所の建設が難しい
日本の地熱発電所は、15地点ありますが、ほとんどが東北地方と九州地方にある

バイオマス利用

木や草などの生物資源を「バイオマス」という。まきや炭のほか、植物などを発酵させてつくるエタノールやメタンガスなどがあり、これらを「バイオマス燃料」という。

仕組み

直接燃やして熱を利用する（薪・炭など）
燃やした熱で蒸気をつくり発電に利用する（廃棄物発電）
発酵時に発生するメタンガスを燃料にする（家畜の排せつ物などで燃料製造）
植物を発酵させてバイオエタノールをつくり燃料にする
植物廃油を生成して燃料にする

特徴

化石燃料ではないので燃やしてもCO₂を増やさない
廃棄物の削減につながる
廃棄物の分別に手間がかかったり、十分な量を必要な場所に集めるのが難しい
バイオエタノールの原料に海外でトウモロコシやサトウキビが使われるため食料不足が懸念される
稲藁や廃材などセルロースを原料にした効率的なバイオエタノール製造にはさらに研究が必要
コストがかかる

注1 自然エネルギーはエネルギー源である自然の力からのCO₂発生はありませんが、発電設備の維持や運用でCO₂が発生します。
注2 水力発電の発電方法には、ダムに水を貯め季節ごとに発電量を調節する「貯水池式」、数日程度の短期間での発電調整を行う「調整池式」、上部・下部に位置する2つの池を利用し、昼間の電力需要ピーク時に発電できるよう夜間に水をくみ上げる「揚水式」と、河川を流れる水をそのまま利用するため発電調整をしない「流れ込み式」があります。

化石燃料の他にもいろいろなエネルギー資源があるんだ。そしてそれぞれに長所と短所があるんだね。

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種類	仕組み	特徴
太陽光発電太陽の光を受けた太陽電池が、光を電気に変える。家庭用では、屋根の上に台を置いて太陽光パネルを取りつけるタイプと、屋根に直接はりつけるタイプがある。	シリコン半導体などに光が当たると電気が発生する現象を利用し、太陽の光エネルギーを太陽電池により電気変換する。	家や学校の屋根など、これまで使われていなかったスペースを有効に活用して発電できる十分に発電できるのは晴れた日中のみ大きな発電量を得るには広い面積が必要
太陽熱利用太陽光を鏡やレンズで集めて蒸気をつくり、タービンを回して電気をつくる。家庭用では太陽の熱でお湯をつくる「太陽熱温水器」が利用されている。	■発電太陽光を反射板などで集めた熱で蒸気をつくり、タービンを回して発電する ■温水器集熱器で太陽の熱を集め、貯湯槽の水を温めて、給湯や暖房などに使用するもの。集熱器と貯湯槽が一体化された「自然循環型」の太陽熱温水器と、屋根上に集熱器、地上に貯湯槽を分離して設置する「強制循環型」のソーラーシステム（太陽熱高度利用システム）がある	■発電蓄熱することにより、夜間も発電が可能太陽光発電に比べて発電コストが大幅に安い強い直射日光が必要なため日本に適した土地がないが、米・豪など海外で普及し始め、日本の技術が活用できる（日本には実験施設のみ存在する） ■温水器構造がシンプルなため、安く設置できる基本的にランニングコストがかからない太陽光発電よりもエネルギー利用効率が高い種類によって、給湯以外に床暖房などへも接続できる日没後も温水を利用できる冬は湯の温度が上がりにくい
風力発電風の力で風車を回し、その回転を発電機に伝えて電気をつくる。外国では、水をくみ上げたり、穀物を粉にするための動力として、昔から風車が利用されてきた。	風の力で風車を回し、その回転運動で発電機を回して電気をつくる	風が吹いている限り24時間発電できるエネルギー変換効率は比較的高い微風や暴風では発電できないほか、風が一定しないと発電が不安定になる設置場所が限られる環境保護、バードストライク、騒音などの課題がある
水力発電水が高いところから下へ落ちる力で発電機を回して電気をつくる。ダムにたまった水を利用するタイプや、夜に水をくみ上げるタイプなど、いろいろな種類の水力発電がある。	水が高いところから落ちる力や流れる力でタービン（水車）を回し、発電機を回して電気をつくる	エネルギー変換効率がほかの発電方法より高く、CO₂発生量も少ない（注1）需要の変化に応じて容易に発電量を調節できる（注2）大きな電力を得るための新たなダムの建設には巨額の費用がかかり、環境にも影響する
地熱発電地表からしみこんだ雨水が、地下にあるマグマに熱せられ蒸気になり地下の岩の間にたまっています。この蒸気でタービンを回し電気をつくる。	地下のマグマに熱せられた地下水の蒸気でタービンを回し、発電機を回して電気をつくる	日本では潜在的にエネルギーが豊富発電可能な場所は、既存の温泉地や国立公園内にあることが多いので、発電所の建設が難しい日本の地熱発電所は、15地点ありますが、ほとんどが東北地方と九州地方にある。
バイオマス利用木や草などの生物資源を「バイオマス」という。まきや炭のほか、植物などを発酵させてつくるエタノールやメタンガスなどがあり、これらを「バイオマス燃料」という。	直接燃やして熱を利用する（薪・炭など）燃やした熱で蒸気をつくり発電に利用する（廃棄物発電）発酵時に発生するメタンガスを燃料にする（家畜の排せつ物などで燃料製造）植物を発酵させてバイオエタノールをつくり燃料にする植物廃油を生成して燃料にする	化石燃料ではないので燃やしてもCO₂を増やさない廃棄物の削減につながる廃棄物の分別に手間がかかったり、十分な量を必要な場所に集めるのが難しいバイオエタノールの原料に海外でトウモロコシやサトウキビが使われるため食料不足が懸念される稲藁や廃材などセルロースを原料にした効率的なバイオエタノール製造にはさらに研究が必要コストがかかる