【専門ではありませんが、まじめに考えました。】
現代文明は、多くのエネルギー資源を消費することによって成り立っている。 現在いちばん重要な資源は石油だが、その供給の限界が見えてきたようだ [DEFFEYES, GOODSTEINの読書ノート参照]。 (もし石油の一部が実は化石燃料でなく無機起源だとしても、 その生成速度が人類の消費に見合うほど速いとは思えないし、 生成後に残っている条件は化石の場合と同じだから、 あまり多くは期待できないだろう。) 天然ガスの量も石油と同じ桁である。 石炭は約ひと桁多いようだが、燃やすと汚染物質が多く出る。 燃やす量を多くすれば汚染物質をきちんと処理することはできそうだが、 二酸化炭素排出は多くなる。 急速な温暖化は困るという条件をおくと、 現在の石油への依存を石炭に大幅に切りかえることはむずかしい。 原子力は廃物貯蔵をはじめとする問題があり [別記事参照]、 これにも大幅に頼れないと思う。
われわれは、 せっかく利用可能になった電気機器や薬品などを今後もほしいと思う。 そのためには、食料以外にもエネルギー資源が必要である。 しかし、長期にわたって持続可能なエネルギー資源は、 結局のところ太陽から来て宇宙空間に出ていくエネルギーの流れに依存するもの (便宜上「自然エネルギー」と呼ぶ)に限られるだろう。 つまり、太陽光利用、風力、水力、バイオマス燃料などである。 このいずれも大規模集中利用は困難である。 水力の場合は大規模ダムが作られてきたが、その弊害はいろいろある [LESLIE, JOSEPHSON, POSTEL・RICHTER, BARLOW・CLARKEのそれぞれ読書ノート参照]。 バイオマス燃料も、大量に作ろうとすれば広い面積の農場が必要となり、 食料作物生産と競合するか自然植生を破壊するだろう。 (また、現行の大規模農業の方法を応用したのでは機械・肥料・農薬も必要であり、 エネルギー資源収支からみて得になるかも疑問だ。) 自然エネルギーは分散した資源であると考えて、 集中して得られた化石燃料や原子力を使うのとは違った利用体制を組んでいく 必要があるだろう。
自然エネルギーの多くは、 空間的だけでなく、 時間的に非常に不均一な形で得られる。 夜に得られない太陽光や、見るからに変動の激しい風の場合は明らかだが、 水力もダムになるべく頼らない形で利用するとすれば変動が避けられない。 空間的不均一のほうは、エネルギーが得られるところにそれを利用する活動が 立地すれば解決することもあるが、 時間的不均一のほうは、なんとかしてエネルギーを貯留しないと、 需要にこたえられないだろう。
エネルギーをたくわえる形態としては、 運動エネルギーの形によるはずみ車のようなものもありうるが ごく小規模に限られるだろう。 位置エネルギーによるものとしては揚水発電があるが、 大規模な貯水池をつくることにはやはり弊害が大きい。 住宅の屋根の水槽などはそれなりに有用だろうがごく小規模に限られるだろう。 熱の形でたくわえることは、夏の熱を地中にたくわえて冬に取り出すことで 冷暖房のエネルギーを節約するといった目的には有用だろう。 しかし、熱以外の形で利用したいとすれば、熱にしてしまうことはむだが大きい。 静電気や磁気はあまり多くのエネルギーをたくわえられるとは思えない。 おそらく主力は必然的に化学エネルギーになるだろう。
ひとつの形は、物質に関して閉じた系で、 エネルギーを与えると化学変化が起こり、 その逆の化学変化を起こしてやればエネルギーを取り出せるというものである。 出し入れするエネルギーの形が電流ならば、可逆な電池ということができる。 もちろん熱力学的な意味で可逆ではなく、 いくらかのエネルギー損失は避けられないが、 物質の劣化は少なく、装置としての寿命が長いものであってほしい。 そして、廃棄しなくてはならなくなったときには、 自然環境に出してさしつかえないか、 あるいは、わりあい少ない資源の投入で確実にリサイクルされるものであってほしい [別記事参照]。 また、とくに自然エネルギーの小規模利用を想定すると、 充電・放電のいずれの側でも、流れる電気エネルギーの量が不規則に変動しても 少ない損失で変換できるものであってほしい。 このような性質をもった電池を開発することは、むずかしい課題だとは思うが、 政策的重点として奨励すれば、可能ではないだろうか。
もうひとつの形は、 自然界にありふれた物質については開いた系で扱うものである。 たとえば、(燃やすにせよ燃料電池で使われるにせよ)大気中の酸素と反応する燃料を 作ることが考えられる。 持続可能にするためには、結局もとの物質にもどるべきなので、 燃料を作る際に酸素もできるような反応がよいのだが、 その酸素は、大気に放出してもよいし、 結局自然界の循環に出るのであれば当面は違う目的に使ってもよい。 水を分解して水素を作るのもこの条件に合ってはいるが、 水素は、圧縮、液化、吸着のいずれの方法にせよ貯留が簡単でない物質である。 むしろ、二酸化炭素を還元して炭素を含む燃料を作ることを考えたほうがよいのでは ないだろうか。 燃やせば二酸化炭素が出るが、もとにもどるだけで正味の排出ではない。 ただし、二酸化炭素を効率よく還元する触媒反応を開発するのは (植物のまねをするにしても、まったく別個の反応をねらうにしても)むずかしそうだ。 将来も必ずあてになる技術とは思えない。
大気中の二酸化炭素をとらえることは植物にまかせることも考えられる。 たとえば、食料生産の余りものとして、セルロースを多く含む、 わらやもみがらのようなバイオマス資源があれば、 セルロースを、燃料としての価値がもっと高く、また燃料電池にも使えるような、 炭化水素あるいは炭素(単体)に変えることが考えられる。 (農村で村の中の需要をまかなうような規模で考えよう。) そういう反応は炭焼きでも実現されているのだが、 バイオマスの一部を燃やす代わりにほかの自然エネルギーを使ってできないだろうか? こちらのほうは技術的実現可能性は高いと思う。 なお、バイオマス生産を持続可能にするために、わらなどに含まれた養分を 土に返すべきである。燃やした場合に灰に含まれるリンなどはもちろんのこと、 できれば、燃やすと大気に出てしまう窒素分も、燃料と分離して、 肥料として取り出せることが望ましい。