「アイスバッテリー」は、高騰するエネルギー需要を冷やすことができますか？

テキサスA＆M大学の研究者は、ますます過剰なエネルギーグリッドである氷冷却された建物に対する一見シンプルな解決策を完璧にしています。

熱エネルギー貯蔵として知られるこのアプローチ、または時々口語的に「氷電池」と呼ばれることもありますが、ほとんどの人が眠っていて電気の需要が低いときに、エネルギーを一晩凍結します。その後、その保存された氷は溶けて、ピーク時に建物の温度を冷やすのに役立ちます。成功した場合、最終結果は日中のエアコンのための電力使用量を減らし、全体的なエネルギー需要を減らし、コストを削減するのに役立つ可能性があります。

これらのような創造的なソリューションは、提示されています Journal of Physical Chemistry、一定の冷却を必要とするAIデータセンターの台頭が既にストレスを受けているエネルギーグリッドに負担をかけ続けているため、今後数年間でより顕著な役割を果たす可能性があります。

ビジネスはすでに氷電池を使用しています

氷の電池はすでに研究室から外れており、現実の世界で働いています。最も鮮明な例の1つは、マンハッタンの象徴的なアールデコにインスパイアされた30階建てのマディソン超高層ビルです。伝えられるところによると、毎日500,000ポンドの氷を使用して、ピーク時に建物を冷やしています。これは、アイスキューブでいっぱいの3つの都市バスに相当するものです。 Trane Technologies Commercial HVAC Americasは、イレブンマディソンの冷却システムを担当する会社であると語った CBSニュース 今年の初め、氷電池を使用すると、全体的な冷却コストが最大40％削減されます。

「7月中旬に他の人が建物を冷やしたり、家を冷やしたりするために電気を使用しているとき、それはグリッドの大きな魅力です」とトレーンのホリー・ペーパー社長は語った CBS。 「昨夜氷を作ったので、この建物はそれから引き出されません。」

氷ベースの熱エネルギー貯蔵市場は、近年、関心が大幅に上昇しています。 Traneだけ（米国のこの分野で営業している少なくとも半ダースの企業の1つ）は、世界中で4,000を超えるインスタレーションを行ったと主張しています。それでも、それは全体的な構造のごく一部のみを表しています。米国だけでは、推定600万の商業ビルがあります。

すべてのアイスバッテリーが同じように構築されているわけではありません

しかし、そのすべての水を冷却するには、エネルギーも必要です。テキサスA＆Mチームが実施した研究が登場します。氷のバッテリーシステムは、通常、塩水和物を一種の化学バインダーとして使用して液体を氷に変換します。この変換プロセス中、塩水和物は「核生成粒子」と呼ばれる他のさまざまな化学物質と相互作用して液体を凍結します。使用される特定のタイプの核生成粒子、およびそれらが相互作用する正確な温度は、氷バッテリーシステムの全体的な信頼性と効率に大きな影響を与える可能性があります。

この複雑な化学は、研究者が彼らの研究で調査したものです。核生成粒子と塩水和物の組成を正しくすると、氷を生成するのに必要なエネルギー量を減らすことができます。そのプロセスでより少ないエネルギーを使用すると、これらのシステムをインストールする建物の所有者のコスト削減が大きくなります。化学組成は、氷電池が特定のタイプのHVACシステムまたはヒートポンプと互換性があるかどうかにも影響します。この特定のケースでは、元素バリウムを持つ核生成粒子は、凍結を引き起こすのに優れていました。

「氷のバッテリー技術はしばらくの間存在しています」とテキサスA＆M材料科学工学部教授であり、紙の共著者である著者であるパトリック・シャンバーガーは声明で述べました。 「しかし、私が興味を持っている材料面には問題があります。適切な温度で適切な材料は何ですか？それを可逆的にすることはできますか？30年間続けることができますか？」

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アイスバッテリーは、将来のAIデータセンターを冷却するのに役立ちます

高度なAIモデルに電力を供給するためにますます使用されるデータセンターには、大量の電力が必要です。 International Energy Agency（IEA）によると、データセンターは2024年に世界の電力消費の約1.5％を占めています。これは、国がより速く、より強力なAIシステムを構築するために競争するため、2030年までに3倍になると予想される数値です。その増加したエネルギー需要の多くは、おなじみの情報源である化石燃料によって満たされています。環境保護主義者は、AIインフラストラクチャの電力への天然ガスへの依存の高まりにより、米国のような国々が二酸化炭素の排出量を削減することを目的とした気候のコミットメントを裏切ることができると警告しています。

潜在的な節約もデータセンターを超えて拡張されています。エアコンは、家庭や企業でのエネルギー総使用量の約20％を占めています。この数字は、特に暑い夏の日に70％近くに急増する可能性があります。氷の電池は確かに銀の弾丸ではありませんが、彼らの広範な採用は、この新たなエネルギーのジレンマの潮流を食い止めるのに役立ちます。拡大すると、全体的なエネルギー消費を削減する可能性があり、それが新しいエネルギー源を構築する必要性を軽減する可能性があります。言い換えれば、氷のバッテリーを使用すると、理論的には、化石燃料ベースの追加の電力の必要性を相殺するのに役立ちます。

「より多くの発電所を建設することで、グリッドの問題を解決したくありません」とシャンバーガーは声明で述べました。 「それは非常に費用のかかるソリューションであり、全体的に高い料金を請求する必要があります。」

ある意味では、氷の電池は現代の化学を使用して、過去に根ざしたプロセスを復活させます。ニコラ・トゥイリーが最近リリースされた本に書いているように 凍傷、私たちがよく知っている電気冷却の現代の概念は、20世紀まで真に発明されていませんでした。その前に、ダイニングルームのパーティーであろうと、肉と農産物のグローバルなサプライチェーンを供給するためであろうと、冷却は溶けた氷の迅速な輸送に依存していました。

「1907年には、すでに自動車と高層ビルで満たされた近代的な大都市であるニューヨーク市」とトゥイリーは書いています。

今、1世紀以上後、氷がカムバックしているように見えます。