ジェレミー・クック
私たちの社会では、化石燃料から再生可能エネルギー源への移行というより広範な目標のもと、あらゆるものの電化に向けた取り組みが一斉に進められています。電化は、電気自動車からガスレンジを電気コンロに置き換えることまで多岐にわたり、インフラやスマートグリッド技術のアップデートによって支えられています。特に注目すべきは、 シリコンカーバイド（SiC）ベースのトランジスタ 効率的なスイッチングを可能にするとともに、スマートエネルギーグリッドを実現する測定デバイスも備えています。
電動化アプリケーション
大まかに言えば、あらゆるものの電化は数十年前に始まりましたが、環境への配慮よりも、本質的な利点のほうが重視されました。たとえば、芝生の手入れは、かつては基本的にガソリンや人力で行われていました。今日、消費者はガソリンを入れる必要がなく、内燃機関式の芝刈り機よりもはるかに静かな電動芝刈り機を購入することができます。この同じ技術により、電源プラグを差し込まなくても電動工具を使用できるようになり、さらに高度なロボット芝刈り機が私たちに代わって芝生の手入れをしてくれるようになります。
スマートフォンの場合、あらゆるものの電化によって、すべてではないにしても、多くのものの統合が可能になると考えられる。このオールインワン パッケージには、静止画カメラ、ビデオ レコーダー、電卓、GPSロケーター、ライブラリが含まれており、これまでにない機能を備えています。一般的に、スマートフォンや小型コンピューティングは、私たちの電化生活のほぼすべての側面に影響を及ぼしています。
電化の影響が拡大すると予想される以下の分野について考えてみましょう。
アプリケーション#1: 個人輸送
現在、米国では約400万台の電気自動車（EV）が走行しており、その数は2025年には 2030年までに3,300万人。また、電動自転車（e-バイク）が広く普及し、多くの状況で効率的な個人用交通手段の選択肢を提供しています。米国エネルギー情報局は次のように報告している。 2022年現在米国の一次エネルギー消費量の27%は輸送に使われました。この分野でのさらなる電化は、化石燃料の消費に大きな変化をもたらす可能性があります。
電気バスから電気で走る高速列車まで、公共部門でも電化が進んでいることがわかります。これは、電動自転車の普及と相まって、交通渋滞の緩和に役立ち、従来の自動車よりも1人1マイルあたりの総電力消費量を削減する可能性があります。現在の電化関連の成果として、在宅勤務への依存度が高まったことで、実際に「そこにいる」必要性が減ったことが挙げられます。これは厳密には「電動交通」に分類されないかもしれませんが、個人の移動の必要性が大幅に軽減されるため、同様の効果が得られます。
アプリケーション2: ビル管理
今後数年間で、建物管理、特に建物暖房の電化が進む予定です。伝統的に、熱は、直接的または間接的にエリアを暖めるために、現場で化石燃料を燃焼させる形で供給されます。これは、煙突と暖炉、天然ガスを動力源とする家庭用暖房システム、または蒸気を使用する建物全体のラジエーター設備などです。
電気による熱入力は効率的な代替手段です。基本的な電気加熱プロセスは、抵抗器に電気を流し、余分なエネルギーを熱として放出することです。通常は非効率で厄介なもの（冷却を必要とするコンピューターなどの電子機器の熱）が、望ましい結果となります。同時に、直接抵抗加熱に電気を使用すると、ガスやその他の化石燃料を燃焼するよりも一般的にコストが高くなります。
ここで詳しく説明されているように、より効率的な電気暖房の選択肢は、代わりにヒートポンプを使用することです。これは圧縮サイクルを介して間接的に熱を家の中に伝達し、エアコンと逆の働きをします。この暖房方法は、屋外の気温が極端に低い場合には理想的ではありませんが、ほとんどの気候での建物の暖房にはうまく機能します。
もちろん、建物を最適な状態に保つには温度管理だけが重要ではありません。消防・セキュリティシステムも重要であり、全体的なメンテナンスは機械学習や予測技術によって支援される可能性があります。ユーザー インターフェイス機能は通常、標準のコンピューターまたはスマートフォンからアクセスできるため、専用端末を使用するのではなく、あらゆる用途に多目的デバイスを効率的に活用できます。
アプリケーション3: 産業プロセス
産業用暖房は、電化が建物管理シナリオと同じ基本的な課題に直面する注目すべきアプリケーションです。ガスバーナーを電気加熱要素に効率的に交換できる改造キットなど、業界向けの新しい技術が開発されています。化石燃料から電気暖房への切り替えに加えて、既存の暖房設備をより効率的にし、エネルギー需要を全体的にいくらか軽減する取り組みも進められています。
加熱以外にも、業界では、圧縮空気の使用を削減したり、効率の低い白熱電球からLED照明に切り替えたりするなど、他のプロセスのエネルギーの非効率性に目を向けることができます。このようなプロジェクトは、投資収益を即座に簡単に測定できるため、企業レベルでも環境レベルでもメリットがあります。
実現技術その1: スマートグリッド技術
あらゆるものの電化は崇高な目標のように思えますが、私たちのインフラが現代のニーズに合わせて構築されているという事実は無視できません。さらなる電化は電力需要の増加を意味し、供給の堅牢性と柔軟性が必要となります。革新的なコンセプトの1つは、「仮想発電所」です。再生可能資源とグリッド ストレージ エンティティが統合され、異なる電源を適切に活用するために慎重に管理されます。このコンセプトでは、スマート エネルギー グリッド コンセプトが最適に機能するために、双方向計測や高度な制御構造などの機能が必要です。
シリコンカーバイドベースのトランジスタ、高品質の IGBT、より従来的な シリコンMOSFET などのスマートグリッドコンポーネントを使用すると、エネルギー源とエネルギー消費者（状況に応じて役割が変わる場合があります）間の損失を最小限に抑えた電力管理が可能になります。電流検知技術 は、スマート電力網のリソースにいつ電力を供給し、いつ電力を消費するか、また、変化する状況に応じてどのように課金するかを知るために重要になります。
実現技術その2: ポータブルバッテリー技術の進歩
プロセス加熱は明らかにプラグイン式のものですが、多くの電化された「もの」は持ち運び可能なため、自己完結型電源（バッテリー）が必要です。比較的最近のバッテリーの進歩、特にリチウムイオン (Li-ion) とリチウムポリマー (Li-Po) の技術により、電気自動車やスマートフォンなどのポータブル デバイスが実現可能になりました。
ポータブル デバイスの観点からは、Li-Po/Li-ionバッテリー技術のさらなる開発と、より多くのセル生産を可能にする関連製造インフラストラクチャの発展が期待されます。同時に、現在のバッテリー技術には限界があります。それほど遠くない将来、根本的に新しいバッテリーパラダイムが採用されるようになる可能性もあります。ここで検討されているように、研究者は電気エネルギー貯蔵のためにグラフェンの実験を行っており、これにより現在可能なよりもはるかに高速な充電および放電サイクルが可能になる可能性があります。
将来の進歩、さらなる電動化
電化のペースと方法論は未解決の問題です。大規模な不測の事態がない限り、傾向としては間違いなく電動化が進むでしょう。IoTデバイスを介したエッジとクラウドでのさらなるコンピューティング能力は、SiCやその他の関連技術の進歩とともに、インフラストラクチャの観点からこれを前進させるのに役立ちます。
今後数十年にわたって電化がどのように進むにせよ、スマートフォンの普及と同様に、意識的に考慮しなければ気づかれないままになるかもしれない。いつか、これらの電気自動車、電動自転車、その他の新しく電化された技術が私たちの前に現れ、暗黙のうちに受け入れられ、（願わくば）私たちの世界をより良い場所にしてくれるでしょう。一方、これらの技術を実現可能にし、さらに電化が進む世界を動かすスマートグリッド インフラストラクチャのアップグレードを実施するには、さらなる取り組みが必要です。
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