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418年前に錬金術師が作った蓄光鉱物が新たに見直され、照明として未来の都市を照らす可能性

カラパイア


 1603年頃、イタリアの靴職人でアマチュア錬金術師のヴィンチェンツォ・カシアロロは、ボローニャ近郊のパデルノ山の斜面で見つけた密度の高い鉱物を錬金して金を作ろうと試みた。

 残念ながら、彼が期待したように金が生成されることはなかったが、かわりに面白いものが残された。それを日の光に当ててから暗いところへ持ち込むと、光ったのである。

 当時は見向きもされなかったが、環境に配慮したエネルギー源が求められている今、このような蓄光材料は、将来、照明にかわって都市を照らし、しかも涼しくしてくれる大きな可能性を秘めているという。

錬金術師が偶然作り上げた蓄光鉱物、ボローニャの石

 418年前、ヴィンチェンツォ・カシアロロの錬金術で偶然作られた持続発光する鉱物は「ボローニャ石」と言う。世界で初めて人工的に作られた発光材料である。

 ボローニャ石は「重晶石」の一種で、当時の錬金術師らを大いに魅了したが、特に役に立つような代物ではないと、見向きもされなくなった。

photo by iStock

再び脚光を浴び始めた環境にやさしい発光材料

 それから3世紀が経過し、1990年代になると、ストロンチウムとアルミニウムを含む無機化合物「アルミン酸ストロンチウム」のような、何時間も強い光を放つ新しいタイプの蓄光材料が誕生した。

 それらは今、装飾・緊急用の照明・道路の目印・医療用の撮像技術などに利用されている。

 だが、それだけではない。現在都市で使われている照明にとってかわり、しかもコンクリートのせいで暑くなりがちな都市部を涼しく保ってくれる可能性まで秘められているのだ。

 米ローレンス・バークレー国立研究所のポール・ベルダール氏は、「環境に優しいものです。この技術が改善されれば、省エネにつながります。やるだけの価値はあります」と語る。

重晶石 photo by iStock

将来的には都市の照明として利用される可能性も

 こうした材料は、「光子」のエネルギーをとらえ、それを光として再放出することで輝く。これを「フォトルミネセンス」という。

 蛍光灯のように、すぐに光を放つタイプもあるが、エネルギーをしばらく蓄えておき、ゆっくりと放つ「残光性」と呼ばれるタイプもある。

250種以上の発光材料が知られている。それらは、a) 発光中心として働く痕跡物質、b) ホスト化合物、c) 光の色によって分類されている。

 こうした数時間にわたって明るく輝き続ける発光材料なら、都市の照明として利用できるかもしれない。

 世界で消費される電気のおよそ19%は照明のためのものだ。街灯の一部を電気がいらない発光材料にかえることができれば、その省エネ効果は大きいと、「最新の研究」で述べられている。

 今のところ、一晩中光ってはくれないという課題はある。だが、イタリア・ペルージャ大学のアンナ・ラウラ・ピセッロ氏によれば、もっと優れた材料を見つければ解決できるという。

 また既存の発光材料でも、電気式の照明と組み合わせて使えば、路面の標識として十分に使える。

 発光材料をペンキのように塗るというアイデアもある。ピセッロ氏らが、駅付近の道を発光塗料で塗ってみたところ、照明に使う消費電力を27%少なくできることが確認されたという。

光害の心配もなく、都市を涼しくする

 一晩中光で照らされることで「光害」が起きるのではと懸念する人もいるかもしれない。だが、ピセッロ氏は、その心配はいらないと話す。

 発光材料は、もともとあった照明に置き換わるもので、新しく追加されるわけではない。

 また、発光材料の光にはさまざまな色(波長)がある。野生生物に悪影響があるとされる青い光を放たない素材を選ぶこともできるのだ。

 さらに発光材料には、「ヒートアイランド現象」を緩和する効果も期待できるという。

 都市では、アスファルトやコンクリートが日光を吸収し、それを熱として放出するために、周囲の地域よりも暑くなりがちだ。

 これは健康被害につながるし、室内を冷やすために、それだけ多くの電気が消費されることにもなる。

 対策としては、白いペンキや明るい素材などで日光の熱を反射する方法がある。だが発光材料を使えば、さらに効果的になる。

発光物質のサンプルとそれを埋め込んだ敷石 / image credit: ANNA LAURA PISELLO

合成ルビーなら最大3.3度温度が低下

 たとえば、ベルダール氏らは、発光材料である「合成ルビー」でその効果を確かめている。

 これでコーティングした物体をひなたに置いたところ、合成ルビー入りでないコーティングよりも低い温度が保たれたと報告している。

 ピセッロ氏はさらに一歩進み、残光性材料(蓄えた光をゆっくりと放つ)でコンクリートをコーティングして実験を行なった

 すると晴れた日では、同じ色の”非”残光性材料よりも最大3.3度温度が低いことが確認されたという。

より長く、明るい発光材料を求めて

 現時点で、250種の発光材料が知られている。しかし、その多くは実用化へ向けての研究がそれほど行われていない。

 そうした中には、より長く、明るく、色が豊富なものがあるだろうと、ピセッロ氏は語る。

 しばらくのうちは、すでにあるものを改良するのがいいようだ。だが長期的には、より優れた人工発光材料の登場が期待できるという。

 そうした次世代の発光材料として、すでに生体撮像技術に利用されている「量子ドット」や、光合成を模倣するためにも使われる「ペロブスカイト」などが考えられるそうだ。

References:Long Persistent Luminescence: A Road Map Toward Promising Future Developments in Energy and Environmental Science | Annual Review of Materials Research / Will glow-in-the-dark materials someday light our cities? / written by hiroching / edited by parumo

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