「凍った煙」エアロゲルとは何か？ : サイエンスジャーナル

　エアロゲルとは何か

　巨大なナタデココか寒天のようにも見えるこちらの物体は「エアロゲル」。その見た目から「凍った煙」とも呼ばれるエアロゲルはガラスと同じシリカ（二酸化ケイ素）を材料としており、99パーセントが空気でできていることから極めて軽く、熱や紫外線を遮断する。

　エアロゲルは、ゲルから液体を気体に置換して作られる、超軽量で断熱性の高い多孔質素材だ。「凍った煙」や「固体の煙」などと呼ばれることもあり、99.8%以上が空気であるにもかかわらず、固体としての形状を保っている。この優れた特性を活かし、断熱材、吸着剤、触媒、化粧品原料など、多岐にわたる分野での活用が期待されている。

　NASAの火星探査車の断熱材

　ハーバード大学は7月15日、エアロゲルに関する研究成果が論文にまとめられ、Nature Astronomyに掲載されたことを発表した。

　今回の研究では火星の地表を実験的に再現し、そこに厚さ2～3cm程度にエアロゲルを敷き詰めた。すると、火星における太陽光を模した照明からの光だけで、エアロゲルに覆われた部分は最大で摂氏65度も温められることがわかった。これは、火星の地表面を温めて、水の氷を融かすのに十分な温度である。

　火星の中緯度地域における冬の気温は夜になると摂氏マイナス90度程度にまで低下するといういが、今回の研究では、エアロゲルを使うことで火星の厳しい冬を乗り切れる可能性が示唆されている。

　NASAによれば、火星に基地を建設するには豊富な水と適度な気温がそろっていることが理想的ではあるものの、水の氷は気温が低くなる高い緯度の地域に存在している。エアロゲルがあれば、こうした水を得やすい地域にも温かい環境を作り出すことができるだろうとしている。

　研究者は「エアロゲルの断熱効果はサイズが大きくなるほど効率も良くなるはず」と語っており、今後はアルマ望遠鏡がある南米チリのアタカマ砂漠や、南極のマクマードドライバレーといった、寒くて乾燥した過酷な環境での野外実験に進みたいとしている。

　2018年には、現在人類が利用できる技術では火星をテラフォーミング（地球化）することはできないという研究結果が発表された。しかし、エアロゲルを使って地上に小さな温室を作り、訪れた人類が命をつなぐだけの作物を育てることは、不可能ではない。

　高い断熱性能を持つエアロゲル

　非常に高い断熱性を持つ物質である「エアロゲル」。現在、断熱材として工場の配管、自動車、航空・宇宙機器、住宅、衣料品など幅広い分野で活用されている。

　また、近年は太陽熱利用システムなど再生可能エネルギー分野での活用も進んでいる。エアロゲルとはどのような物質なのか。また、再生可能エネルギー分野でどのように活用されているか。

　エアロゲルとは、多数の微細な孔を持ち、体積の大部分を空気が占める構造でできた物質。体積の90％以上が空気であるため、高い断熱性を持つという特徴を持つ。

　国際的な学術コミュニティーでは、単一の定義はないとしつつも、「空隙の割合が高く、かつ、均質な多孔質構造を持つ多孔体」をエアロゲルということが多くなっている。

　最近では、主として孔径が数十nmの微細な連通孔（孔と孔がつながっている状態）を持ち、空隙率が50～90 %以上の多孔体をエアロゲルと呼ぶ。

　エアロゲルの原料は様々だが、代表的なものはガラスの主成分であることなどで知られるシリカ。エアロゲルは、孔が小さく、均質であるほど透明度が増すが、シリカエアロゲルは他原料と比べて均質であるため、透明度が高く、光は通しますが熱は通さない部材を作ることが可能である。

　エアロゲルのメリット・デメリット

　エアロゲルには、高い断熱性や体積に対する表面積の広さといった特徴がある。その特徴を活かし、高温になる工場の配管部分や自動車、航空、住宅、衣料品など様々な製品に使われている。
　エアロゲル以外にも、スチレンフォームやグラスウールなど様々な断熱材料が存在する。それらと比較するとエアロゲルは断熱性が高く、また、その原料によっては柔軟性もある。
　近年、温室効果ガスの排出量低減への取り組みが加速するなか、電力使用量の削減に貢献できる断熱材の需要が拡大しており、エアロゲルへの期待も高まっている。