この記事には広告（Amazon アソシエイトのリンク）を含みます。
潮の流れで羽根を回して電気を起こす潮流発電の羽根を、ゴムで作る研究が、11月11日に学術誌 Nature に載った。英国のエディンバラ大学と、タイヤメーカーのミシュランの技術者たちのチームが、水槽で模型を回して確かめた。強い流れを受けるとゴムの羽根は自分でしなって力を逃がし、羽根の角度を機械で変える高価な仕組みを付けたタービンと同じだけの電気を起こした。
予測できる海の電気と、それを阻む荒れた流れ
潮の満ち引きは月と太陽の動きで決まるので、いつ、どれくらいの流れが来るかを何年も先まで計算できる。風や日差しに左右される風力や太陽光とは、そこが違う。論文によると、潮流発電で得られる電気は欧州で年に500億キロワット時、米国だけで年に2,200億キロワット時と見積もられている。英国は2035年までに100万キロワット（1ギガワット）の設備を海に置く目標を立てている。
ただ、潮流発電に向いた場所は、流れが速く荒れた海峡や水道だ。乱流、波、流れの向きの変化、深さによる流速の違いが、羽根に休みなく揺れる力をかける。揺れる力は金属の疲労を早め、故障と止まる時間を増やす。それに耐えるために羽根もタービンも頑丈に作ることになり、電気の値段が上がる。
いまの大型の潮流タービンは、この力をかわすために「ピッチ制御」という仕組みを積んでいる。モーターとセンサーと軸受けで羽根をねじり、流れが強すぎるときは羽根を流れに沿わせて受ける力を減らす。効き目はあるが、高価で、水の中では手入れが難しい。論文は、風力発電では故障の多くがこのピッチの仕組みから起きると指摘している。それに、機械で羽根を回すのには時間がかかるので、乱流のような速い揺れには追いつけない。
前は硬く、後ろの縁だけしなるゴムの羽根
チームが作った羽根は、根元から先端まで鋼の芯（スパー）を通し、そのまわりに独自に配合したゴムを型で流し込んだものだ。羽根の前の厚い部分は硬く、形を保つ。後ろの縁（後縁）は、根元から先端までゴムでしなやかになっている。羽根を長さの方向にねじるのではなく、幅の方向、前から後ろへ向かってたわむのが、これまでの工夫と違うところだ。魚のひれや木の枝が流れを受けて形を変え、力を逃がすのにならったと説明している。
試験はエディンバラ大学の FloWave という、直径25mの円い水槽で行った。実際の潮流発電の場所に近い乱れた流れを作れる施設で、羽根3枚・直径1.26mの模型のタービンを中央に置き、秒速0.5〜1.0mの流れで回した。比べた相手は、同じ形の硬い羽根だ。
流れのない状態のゴムの羽根は、硬い羽根よりも強く反った形に作ってある。水中に沈めたカメラで羽根の先の形を測ると、流れの力を受けて後縁が持ち上がり、反りが平らになっていった。流れが速いほど、平らになり方は大きい。羽根の形と硬さは、設計の流速に近づいたときに、ちょうど硬い羽根と同じ形になるように決めてある。柔らかすぎる羽根や硬すぎる羽根も試していて、柔らかすぎると電気が取れず、硬すぎると押される力が大きいままだった。
機械なしで、角度を変える羽根と同じ仕事をした
決まった流速（定格流速、秒速0.878m）とそれより速い流れで、ゴムの羽根の発電の効率は硬い羽根とほぼ同じで、最大で約0.37だった。違いが出たのは、流れが強すぎるときだ。潮流タービンは、流れが定格を超えると回転を速めて発電を頭打ちにする。このとき硬い羽根では、タービンを後ろへ押す力（推力）が増えていった。ゴムの羽根では、しなって反りが平らになるぶん、推力が自然に下がった。
チームは測定結果を使い、潮の満ち引き1回ぶん、流れが定格の1.2倍まで強まって弱まる状況を計算で再現した。比べたのは、回転の速さだけを調整する硬い羽根、回転の速さと羽根の角度の両方を機械で調整する最新のタービン、回転の速さだけを調整するゴムの羽根の3つだ。発電量の曲線は、ゴムの羽根と最新のタービンでほぼ重なり、1回の潮で得られる電気の量に差はほとんどなかった。推力も、ゴムの羽根は最新のタービンとほぼ同じに抑えられた。角度を変えない硬い羽根では、推力が定格の約1.65倍まで上がった。
もう1つの成果は、速い揺れのほうだ。乱流などで羽根が1回転するくらいの間隔で起きる力の揺れは、金属疲労のおもな原因になる。定格流速で最も多く発電する回し方のとき、揺れの大きさは硬い羽根と比べて、発電量で約18%、推力で約23%、羽根の根元を曲げる力で約28%小さかった。要旨では「最大で3分の1」、大学の発表では「最大29%」と書いている。機械のピッチ制御は反応が遅く、この速い揺れには追いつけないので、ゴムの羽根がしなるだけで抑えられる点に意味がある。
実用化までに残っていること
不利な点も論文は書いている。定格より遅い流れでは、ゴムの羽根は反りが強いぶん、推力の割合が硬い羽根より大きくなる。ただ、流れの力は流速の2乗に比例するので、遅い流れのときの力そのものは小さく、タービンの頑丈さを決めるのは速い流れのときの最大の力だ、とチームは説明している。流れがとても遅いときは羽根が失速して揺れが硬い羽根より大きくなるが、その大きさは定格流速での硬い羽根の揺れの15〜35%ほどにとどまる。
実際の大きさでも同じことが起きるかは、計算で確かめた段階だ。直径20m・定格流速秒速3mの商用規模のタービンを計算すると、発電と推力の性質は模型とよく似ていた。ゴムは水とほぼ同じ密度なので、水中で浮きも沈みもしない羽根を作れ、重さによる揺れも防げる。予備的な計算では、実物大のゴムの羽根の疲労寿命は、いまのタービンに求められる20年を大きく上回るという。一方で、模型では鋼の芯の硬さを大きさに合わせて変えられないので、実物大の芯の作り方はまだ検討が要るとしている。
この研究はミシュランと英国の工学・物理科学研究会議（EPSRC）の資金で行われ、著者7人のうち3人はミシュランの社員だ。ミシュランはこの技術で特許を出願していて、エディンバラ大学も関連する特許を持っている。大学の発表は、研究はまだ研究段階で、産業に使うには大きな規模での開発と試験が要ると書いている。
研究を率いたエディンバラ大学のイニャツィオ・マリア・ヴィオラ（Ignazio Maria Viola）さんたちのチームの考え方は単純で、海の荒れた流れに機械で耐えるのではなく、羽根のほうを流れに合わせてしならせる。それで、壊れやすく高価な部品を減らせるかもしれない。大きな羽根で同じ結果が出るかどうかが、次に確かめることになる。
関連する商品
この記事に関連する本や商品は、Amazon で探せます。
上のリンクから購入されると、このブログに紹介料が入ることがあります。
画像について
この記事の画像は AI（ChatGPT）で作った想像図で、ご自由にお使いいただけます。お使いになるときは、出典としてこの記事へのリンクを載せていただけるとうれしいです。
出典
- Zhang, Z., Tan, J., Neba, E.-C., Morival, S., Frankowski, K., Daval, B., Viola, I. M. (2026) Flexible rubber blades for tidal turbines. Nature.（オープンアクセス）https://doi.org/10.1038/s41586-026-11278-w
- The University of Edinburgh（2026年11月11日）Flexible blades could make tidal power cheaper https://www.ed.ac.uk/news/flexible-blades-could-make-tidal-power-cheaper
コメント