夜間に太陽光を得るために衛星に大きな鏡を設置した...｜環境トランペット

みなさんこんにちは。環境トランペットコラム第17号です。今号では、次のような読む価値のある環境研究とニュースを集めました。

1)「人工太陽光」：夜でも日光浴ができる

2) 体に「エアコン」を装着する

3) 環境に優しいプラスチック加工工場「紫色のバクテリア」

4) 大気汚染が雷雨を悪化させる

5) 天気が暑すぎるので、木が自分の腕を切り落としたのでしょうか?

「人工太陽光」 ：夜でも日光浴ができる

最近、スタートアップ企業Reflect Orbitalが魔法のようなビデオで話題になっている。ビデオでは、携帯電話で照らしたい場所を見つけて「日光を当てる」をクリックするだけで、夜が昼に変わります。

ハイライトしたいところならどこでも｜@colecallina/X

「人工太陽光」の発想のきっかけとなったのは、ドイツの太陽光パネルが単位面積あたりに受ける太陽光の平均量はサハラ砂漠の3分の1に過ぎず、ドイツの発電需要を満たすには程遠いと言及している科学系の人気ビデオだ。

そこで、同社の創設者ベン・ノワック氏は、ナショナル・グリッドのような大規模な光ネットワークを構築できるのではないかと考えました。彼は当初、レーザービーム真空管に光を反射させるために、地面に大きな鏡を設置したいと考えていました。これらの真空管は電線のようにあらゆる場所に敷設され、人々がいつでも利用できるように太陽光をさまざまな場所に伝送します。

しかし、このアプローチには高い経済的コストがかかります。ノヴァクは別のアイデアに目を向けた。それは、人工衛星に巨大な鏡を直接取り付け、衛星を使って太陽光を反射・透過させるというものだ。この目的のために、ノヴァック氏は、発散光をビームに集束させ、大面積の装置にすることができるコリメータを独自に設計しました。

Ben Nowack 氏は、多数の放物線溝を備えたコリメータを設計しました。 |ベン・ノワック

ノヴァク氏は今年3月、熱気球上での「人工太陽光」装置の予備試験を完了し、その反射光を地上の太陽電池パネルで受信することに成功した。次のステップは、実際の衛星にデバイスを搭載して、設計の有効性を検証することです。

リフレクト・オービタル社はまた、直径5キロメートルの範囲で一度に4分間照明できる「人工太陽光」サービスの予約も開始した。 2025年第4四半期から納品される予定です。

しかし、「人工太陽光」も懸念を引き起こしている。夜間の太陽光は、照明された場所の周囲の生物に悪影響を及ぼす可能性があるのだ。

体に「エアコン」を装着する

香港理工大学のショウ・ダーファ氏と彼のチームは、初の高温適応服を開発し、その研究結果を『Advanced Materials』誌に発表した。高温環境下でも、この衣服は自動的に温度変化に適応し、人々に快適さを感じさせます。

熱防護服のデザインは、自然界の動物であるハトからインスピレーションを得ました。ハトは気温の変化に対応するための適応メカニズムを持っています。気温が下がると、ハトは羽を膨らませて余分な空気の層を作り、熱抵抗を増やします。熱抵抗が増加すると熱の伝達が妨げられ、鳩は気温の低下により寒さを感じにくくなります。

鳩：クークー鳴くだけじゃないよ｜Pixabay（左）、香港理工大学2024年研究イノベーションオフィス（右）

同じ原理で、熱抵抗を高め、熱交換を減らすことで、冬は暖かく、夏は涼しく過ごすことができます。これを活用して、研究チームは、最外層の難燃層、通気性のある防水・防湿層、そして保温性のある裏地層の3層からなる独自の生地を設計しました。ライニング層には、無毒、不燃性、低沸点の液体も添加されました。外気温が上昇すると、液体がガスに変わり、ライニングが膨張します。液体が気体に変化する過程で、一定量の熱を吸収するだけでなく、膨張後のライニング層の熱抵抗も増加し、断熱効果が得られます。極端な条件下では、熱保護服は従来の耐熱服よりも内面温度を少なくとも 10°C 低く保つことができます。

研究チームは防護服の性能をテストした。新しいデザインには少量の液体が追加されましたが、テストの結果、液体は完全に封じ込められて漏れることはなく、液体は繰り返しガスに変換できるため、防護服を長期間使用できることがわかりました。

環境に優しいプラスチックの加工工場「パープルバクテリア」

紫色細菌は比較的特殊なタイプの微生物です。植物のように光合成を行うことができますが、体内にクロロフィルは含まれていません。代わりに、他の色素を通して二酸化炭素を固定します。

最近、ワシントン大学の2つの研究チームは、紫色の細菌が炭素固定能力のおかげでバイオベースプラスチックの製造におけるダークホースであることを発見した。

ほとんどの紫色の細菌には赤紫色の色素が含まれています |ジョー・アンヘレス

安定した光を確保するという前提の下、研究チームの一つは紫色細菌を培養するためのさまざまな実験方法を設計した。結果は、ロドミクロビウム属の2種類の紅色細菌が光合成条件下でポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を生成でき、精製後にバイオベースプラスチックの原料になり得ることを示しました。実験では、これら2種類の紫色細菌は、少量の電気で刺激され、窒素を与えられたときに、より多くのPHAを生成することも判明した。

別の研究チームは、遺伝子工学というまったく異なる実験アプローチを採用しました。研究者らは、ロドシュードモナス・パルストリスTIE-1株を受容体として使い、光合成関連酵素RuBisCOの遺伝子を細菌に挿入した。結果は、TIE-1 細菌の活性が大幅に変化したことを示しました。これまでの文献によれば、TIE-1 細菌は炭素源を貯蔵するためのポリマーを生成しません。しかし、研究チームは遺伝子編集を行った後、細菌から大量のPHAを抽出し、細菌をバイオプラスチックの原料生産プラントに変えることに成功した。

このような「微生物処理工場」は、光合成によって大気中の二酸化炭素を吸収できるだけでなく、完全に生分解性のプラスチック原料を生産することができ、プラスチック生産のグリーン化に希望をもたらしています。

大気汚染は雷雨を悪化させる可能性がある

雷公の労働時間はなぜ長くなってしまったのでしょうか？大気研究誌に掲載された研究によると、大気汚染が夏の雷雨を悪化させていることが判明した。

大気汚染は大量の粒子状汚染物質を排出し、それが上昇気流とともに雲の中に上昇します。しかし、粒子自体の沈降により、大気中の対流によって粒子がさらに分離し、電荷分離が起こり、さらに多くの雷が発生します。

大気環境が不安定な場合、汚染の増加により雷の発生が激化する可能性がある｜Pixabay

この研究では、米国のワシントン D.C. とカンザスシティ地域の雷雨データ（数十万件の雷雨事象を含む）を分析した。研究者らは、雷雨の発生時間と気象条件を分析することで、雷雨の発生パターンをまとめただけでなく、雷雨の発生と大気中の粒子状物質の関係についても調査した。

調査結果によると、両地域とも午後と夕方に雷雨が発生しやすく、木曜日は雷雨のピークとなることが多いことがわかった。研究では、ピーク期間は地元の空気の質の変化に関連している可能性があると推測した。

また、雷雨の発生を促進する主な要因として、大気中の粒子状物質の濃度は粒子の大きさよりも雷雨の激しさに大きな影響を与えます。粒子状物質の濃度が低い場合、大気環境はあまり安定せず、汚染の増加により雷雨の発生が容易に激化する可能性があります。粒子状物質の濃度が高すぎて一定の閾値を超えると、大気の安定度が高まり、雷雨の数が抑制される可能性があります。

天気が暑すぎて、木が自分の腕を切り落としたのでしょうか?

夏になると、元気そうに見えた木が突然枝を落とすことに気づいたことはありませんか?これらの枝は台風によって折れたのではなく、木が「自らの腕を切り落とした」のです。

枝折れ現象は未だ謎のままです。これについては科学界ではさまざまな説明があります。

枝折れは主に夏に発生するため、一部の学者はこれが高温と関係があるのではないかと考えています。春には、降り続く雨、湿った空気、適度な気温が木々に栄養を与え、生育を促します。しかし、夏には気温が急上昇し、暑い気候によって木々からの水分の蒸発が促進されます。十分な水を確保するために、木々は水分の損失を減らすために枝の一部を「剪定」することがあります。

猛暑は枝の生存にとって最後の手段となるかもしれない｜Pixabay

もう一つの説明としては、冬の間、木々は低温に悩まされ、内部が弱って不健康になるというものです。翌年、新たな枝が芽生えて成長し、その成長の圧力に木は圧倒され、枝を折るしかなくなります。

記録によると、オーストラリア、南アフリカ、米国南西部などの暑い気候の地域では、理由もなく木の枝が落ちることがよくあった。しかし、1970年代以降、生息範囲はアメリカ北部やイギリスなどの地域にまで拡大しました。

2023年、研究者らはポルトガルの4つの都市で木の枝が突然倒れる現象について調査を実施した。彼らは、枝が落ちるのは枝の成長状態だけでなく、環境条件にも関係していると信じていました。気候変動がこの現象を悪化させる主な原因の一つである可能性がある。

全体的に、木々自体に健康上の問題がある可能性があり、極端に高い気温が火に油を注いでいる。木の下にいる人は、落雷に注意するだけでなく、枝が落ちてくることにも注意する必要があります...

著者: シャオ・シャオゼ

編集者: イエローテイルポロック