一年で最も暑い日、スプリット型エアコンは残酷なトリックを仕掛ける。室内の熱を直接通りへと排出するのだ。機械はより激しく稼働し、都市はより高温になり、そのサイクルは加速する。このフィードバックループこそ、建物の冷却が世界の電力の約10％をすでに消費し、その割合が他のどの最終用途よりも速く上昇している理由の一つである。2050年までに、冷却に必要な電力は2024年比で210％増加し、関連する温室効果ガス排出量は同期間に3倍になると予測されている。
この軌道は持続不可能であると同時に、深い不平等をはらんでいる。人類の一部はエアコンの恩恵を受けている一方、残りの人々は、それらの機械が生み出す排出ガスによって悪化した極度の暑さに耐えている。2021年にNature Communicationsに掲載されたPavanelloらの研究では、インド、メキシコ、インドネシア、ブラジルの最大1億世帯が、電力へのアクセスがあっても2040年までにエアコンを購入できないままであると予測されている。最も冷却を必要とし、世界的な熱波を引き起こす排出への貢献が最も少ない人々こそが、解決策を最も買えない人々なのである。
これは技術格差ではない。公平性の格差である。そして、増え続ける研究は、最も有望な答えはより効率的なエアコンからではなく、まったく送電網に接続せずに涼しく保たれる建物から来るかもしれないことを示唆している。
大気の窓
受動的冷却研究における最もエキサイティングな進展は、大気の窓として知られる物理の特性に焦点を当てている。地球の大気は赤外線に対してほとんど不透明だが、8〜13マイクロメートルの波長はほぼ妨げられずに通過し、直接宇宙空間の寒さへと逃げていく。地上の物体は自然にこの帯域で熱を放射する。しかし同時に太陽放射を吸収し、その多くを大気下層に再放射し、そこで温室効果ガスがそれを捉える。
受動的放射冷却材料は、異なる動作をするよう設計されている。つまり、入射する太陽光のほとんどすべてを反射しながら、大気が最も透明な8〜13マイクロメートルの帯域で赤外線を同時に放射する。正味の効果は、表面が周囲の気温より低く冷却され、1ワットの電力も消費しないということである。
SantamourisとVasilakopoulouによる包括的なレビューが、今年初めにNature Reviews Clean Technologyに掲載され（DOI 10.1038/s44359-026-00177-y）、これらの技術と関連する受動的戦略の急速な進歩を網羅している。この論文は、スマート太陽光制御、自然換気と機械換気、放射面、蒸発放散、ハイブリッドシステムの進展を調査している。
その中でも、放射冷却は材料科学者から最も注目を集めている。なぜならそれは、空を見上げることで自らを冷やす表面という、ほとんど魔法のように感じられるものを約束するからである。
暑さを打ち負かす塗料
最も実用的な進歩は、既存の建物に適用可能なコーティングと塗料にもたらされている。研究者たちは、微細な空気ポケットを閉じ込める多層材料を開発し、太陽光を散乱させながら熱放射を最大化する構造を作り出している。2022年にHuらがComposites Part Aで発表した研究では、表面温度を5.26°C低下させ、入射太陽エネルギーの97％を反射するコーティングが報告されている。
2023年にZhaoらがScienceで報告した別のアプローチでは、酸化ケイ素と酸化アルミニウムのマイクロスフェアとナノスフェアを充填した塗料が使用されている。2つのサイズの粒子が連携して機能する。大きいマイクロスフェアは可視光と紫外光を散乱させ、小さいナノスフェアは重要な8〜13マイクロメートル帯域での放射を強化する。結果として得られる塗料は、大規模に製造可能で、通常の設備で塗布でき、メンテナンスを必要としない。
他のグループは、特殊ガラス、透明ゲル、既存の窓に後付け可能なフレキシブルフィルムを通じて放射冷却を追求してきた。これらの材料に共通するのは、継続的なエネルギー投入や可動部品を必要としないことである。一度設置されれば、建物の外皮にただ存在し、太陽が照りつける中、熱を宇宙へと放射し続ける。
放射冷却を超えて
放射面は最も劇的な革新だが、唯一の受動的戦略からはほど遠い。SantamourisとVasilakopoulouのレビューはまた、すでに富裕国の商業ビルで一般的な、太陽の位置を追跡するブラインドや窓のスラットなどの自動日よけシステムの進歩を強調している。建物内の気流を導く自然換気設計は、内部温度を劇的に低下させることができる。水の潜熱を利用して熱エネルギーを吸収する蒸発冷却は、乾燥地域で依然として有効である。そして、少量の電気的補助と主に受動的要素を組み合わせたハイブリッドシステムは、一部の状況で最良のバランスを提供する可能性がある。
2025年にKousisとSantamourisがSolar Energy（第302巻、記事114038）で発表した研究は、予測される気候変動シナリオ下でのこれらの受動的戦略の長期的有効性を調べた。分析の結果、適切に設計された受動的システムは気温が上昇しても有効性を維持するが、その性能は歴史的基準を超える極端な条件下では低下することが判明した。これは、受動的冷却がすべての状況で機械的システムの恒久的な代替品ではないが、能動的システムが処理しなければならない負荷を大幅に削減し、エネルギー需要と機器コストの両方を縮小できることを示唆している。
公平性への影響は直接的である。スプリット型エアコンはおろか、それを動かす電気代も払えない家族でも、放射冷却コーティングが施された屋根や、日陰の窓と交差換気を備えた設計の建物から恩恵を受けることができる。これらの介入は、家庭に高価な機器の所有や毎月の光熱費の支払いを必要としない。これらは一度きりの設備投資であり、多くの材料では、製造が拡大するにつれてコストが急速に低下している。
それでも研究者たちは、受動的冷却を万能薬として扱うことに対して警告している。粉塵や汚染は時間の経過とともに放射性能を低下させる可能性がある。湿度は蒸発冷却アプローチを制限する。密集した都市の谷間は、放射面が必要とする空の視界を遮る。そして最も暑く湿気の多い気候では、受動的システムだけでは十分でない可能性があり、特に高齢者や病状のある人などの脆弱な人口にとってはそうである。
気候正義としての冷却
枠組みが重要である。何十年もの間、エネルギー政策における支配的な前提は、上昇する冷却需要への解決策はより効率的なエアコンであるというものだった。つまり、より密閉性の高いシール、より優れた冷媒、よりスマートなコンプレッサー、そして負荷を処理するための送電網のアップグレードである。これらは価値ある目標だが、問題は技術格差、すなわち機械のコストとエネルギー消費を削減することで冷却を手頃な価格にすることにあると想定している。
研究は別の物語を語っている。格差は主に技術的なものではない。構造的なものなのである。エアコンを所有する可能性が最も低い世帯は、同時に、断熱性の低い建物、樹木被覆の少ないヒートアイランド地区、信頼性の低い送電網の国に住む可能性が最も高い。これらの世帯にとって、より効率的なエアコンは、ユニット自体が手頃でなければ解決策にはならない。
受動的放射冷却はこの論理を逆転させる。それは家電製品ではなく建物に対処する。機械的冷却の必要性をその発生源で減らし、エアコンが必要な場合に達成すべき基準を引き下げる。多くの場合、一年の大部分でその必要性を完全に排除する可能性がある。2021年にFengらがNano Energyで発表した論文は、放射冷却材料が温暖な気候でピーク冷却負荷を二桁のパーセンテージ削減し、機械的システムの購入を遅らせたり回避したりできる可能性があることを明らかにした。
国際エネルギー機関の予測によれば、世界は2050年までに4,000ギガワット相当の冷却能力を追加する軌道にある。これは米国の現在の総発電容量にほぼ等しい。その成長の大部分は、気温が最も急速に上昇し、所得が最も低いアジア、アフリカ、ラテンアメリカの国々からもたらされる。その需要が機械で満たされるか、よりスマートな建物で満たされるかは、排出経路だけでなく、誰が涼しくいられるかをも決定する。
受動的冷却技術は、あらゆる場所でエアコンに取って代わるわけではない。その必要もない。それらが提供するのは異なる出発点である。すなわち、冷却が購入すべき商品ではなく、建築環境の特性であり、屋根の下にいる誰もがアクセスできる世界である。
冷却における公平性の格差は、全員に同じ機械を与えることで埋まるものではない。それは、熱からの緩和を最も必要とする人々が、自分たちで涼しく過ごせる建物を持つことを確実にすることで埋まるのである。それは技術問題ではない。設計問題であり、政策問題であり、そしてますます解決可能な問題となっている。
雅子 訳