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柚子

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2014年春に手に入れた柚子の木は今年もシアトルの寒さを乗り越えてすくすくと育ち、20個ほどの実をつけている。中には既にゴルフボールを超える大きさにまで成長しているものもあり、これから来る冬の食卓を飾ることになるだろう。
#園芸

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2014年春に手に入れた柚子の木は今年もシアトルの寒さを乗り越えてすくすくと育ち、20個ほどの実をつけている。中には既にゴルフボールを超える大きさにまで成長しているものもあり、これから来る冬の食卓を飾ることになるだろう。
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くまごろうのサイエンス教室『人工光合成その2』

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冬の寒い朝に一所懸命光合成をお... 冬の寒い朝に一所懸命光合成をおこなっているクロッカス
2013年11月にくまごろうは人工光合成についてブログに掲載したが、その後この技術はどのくらい進歩したのだろうか。光合成は植物が光エネルギーを化学エネルギーに変換する光化学反応(明反応)と、化学エネルギーにより水素と二酸化炭素から糖を合成する一連の反応であるカルビン回路(暗反応)からなるが、前者は水を光のエネルギーで水素と酸素に分解する工程である。

明反応に関して新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は2020年5月に、同機構と人工光合成化学プロセス技術研究組合(ARPChem)が信州大学、山口大学、東京大学、産業技術総合研究所と共同で紫外線領域において世界で初めて100%に近い量子収率で水を水素と酸素に分解する粉末状の半導体光触媒を開発した、と発表した。量子収率とは照射した光エネルギーの明反応での利用効率である。明反応においては分解された水素と酸素が反応して水に戻る逆反応が起こりやすいため、これまで多くの場合量子収率が10%以下で、50%を超える例はわずかである。この研究では数種類の粒子状高活性光触媒が比較検討され、チタン酸ストロンチウム系光触媒がもっとも高い量子収率を示した。今回発表された研究ではチタン酸ストロンチウム系光触媒の粒子形状を制御し、異なる場所に助触媒を析出・担持させることにより分解した水素と酸素が触媒の異なる表面で発生し、これらが水に戻る逆反応をほぼ抑えこめるようにしたことが大きな成果である。

明反応の実用化のためには、量子収率の向上とともに光触媒の水分解反応に対する光の波長範囲が重要である。前述の研究では波長が350~360ナノ(10-9)メートルの紫外線領域では高い量子収率を達成出来たが、この領域は太陽エネルギーのごく一部にすぎず、今回発表された光触媒の太陽エネルギー変換効率はせいぜい1%程度である。なお植物による明反応では平均的に0.2%程度でそれに較べれば現状でも高い効率と言える。もしも500ナノメートルまでの光をすべて明反応に利用出来た場合には太陽エネルギー変換効率は8%、600ナノメートルまでの場合では16%程度となる。因みに可視光線の波長は約400~800ナノメートルである。前述の研究グループは今後、より波長の高い光を利用出来る光触媒で粒子形状制御技術を応用して太陽エネルギーの変換効率10%を目指す計画で、このレベルの技術が完成すれば明反応による水素が二酸化炭素の発生を伴う化石燃料由来の水素に経済的に太刀打ち出来ると言われている。

これまでにも水素を発生するp型触媒と酸素を発生するn型触媒を異なる薄膜に成形し積層したタンデム構造の光触媒では、2016年に変換効率3%、2019年には7%を達成しているが、積層構造は複雑なため商業化に必要な大面積シートはコストに難があったが、今回の研究で使用された粒子状光触媒は1個の粒子にp型とn型が存在するため大型化が容易という利点があり、NEDOは2022年までに粒子状光触媒での変換効率10%を目指している。

太陽光による水素製造には人工光合成とは別に太陽光発電パネルと水電解設備の組合せという方法もある。現在広く使用されているシリコン製発電パネルの太陽エネルギー変換効率は14~20%が一般的であり、またシリコン系太陽電池では理論上29%が変換効率の限界と言われている。またより複雑で高価な化合物3接合太陽電池パネルでは3層のバンドギャップが異なる半導体を多層化することでより長波長の光も利用してエネルギー変換効率を36.8%まで高めることに成功し人工衛星のエネルギー源として使用されている。しかし太陽光発電設備と水電解設備の組合せによる水素製造では設備投資額が大きくなるため、太陽エネルギー変換効率が低くても人工光合成の方が低価格で水素製造を実現出来ると考えられている。

2013年のブログではトヨタグループの人工光合成研究でエネルギー変換効率が0.14%、パナソニックでは0.2%を達成したことを紹介したが、今回のNEDOの結果を見ると人工光合成研究は着実に進歩している。NEDOを中心とした人工光合成開発の更なる進展を期待する。
#科学

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ランニング/鵞足炎(がそくえん)その後

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くまごろうのランニング/ウォー... くまごろうのランニング/ウォーキングコース
2019年6月頃から右膝内側に違和感をおぼえはじめ、7月になると階段を下りる時に痛みを感じるようになった。インターネットによる自己診断ではこの痛みは鵞足炎によるものらしい。鵞足とは膝を曲げるための太ももからの3つの筋肉が膝下部の骨である脛骨に内側で接続する腱の部分であり、使いすぎで炎症を起こすのが鵞足炎だ。陸上競技、サッカー、バレエなどをやる人に多いらしい。炎症は冷やしたり痛み止めの服用で収まるが、安静にすることが最上の治療法とのことだ。医者にかかれば膝を捻転するゴルフは控えるように言われるのが必定なので、自助努力で寛解を目指すことにした。

それまで週2回、約7キロのコースを46~47分で走っていたが、7月からは65~67分での速歩に切り替えた。速歩に変更して気付いたことは、走るのは日によってはやりたくない気持ちと義務感の葛藤があったが、速歩は出かけるのが楽しみに感じられることだ。走ると特に上り坂などきつい所では苦しくなるが、速歩では気分爽快、呼吸も乱れない。

12月になると不覚にも坐骨神経痛を発症し3ヶ月間歩くこともままならなかったが、リハビリも終了した今年4月から再び速歩を始めた。くまごろうの年齢では速歩でも十分な有酸素運動になるので、健康維持の点では十分なのだが、心肺機能の強化にはあまり役立っていないと思い、5月に入ってからコースの上り坂では走ってみることにした。走ると膝への負担が体重の3~4倍かかると言われているが、上り坂ではその負担がそれほど大きくないこと、また心肺機能強化には効果的である、と思ったからだ。コースの約半分が上り坂なので、速歩とランニングのバランスも良さそうだ。既に2ヶ月ランニング/ウォーキングを続けているが、タイムは55~57分で、10キロに換算すると概略1時間20分ペースとなる。

ランニング/ウォーキングは登りを走っている時は多少苦しいがずっと走るほどの苦しみはなく、走るのをやめればすぐに速歩の爽快感が得られ、その上心肺機能の強化にもなるので、当分続けてみようと思っている。このトレーニングのおかげでゴルフで18ホール歩いてもスタミナ不足を感じることはなく、スコアも90前後と悪くない。いまだに右膝内側の違和感は消えていないが、日常生活に支障をきたすことはない。
#スポーツ

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鹿の親子連れ

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鹿の親子連れ 鹿の親子連れ 鹿の親子連れ
今朝、母鹿が小鹿を連れてわがやのバックヤードに朝食に来た。小鹿はまだ生後ひと月程度と思われるが体長は50センチ位で鹿の子がはっきりしている。洋子さんが見つけてくまごろうがシャッターを切ったが、とても可愛らしい。わがやの飼い猫の花里子をすぐ近くのデッキに出してやると小鹿は花里子を興味深そうに眺めていたが逃げようとはしない。暫くの間親子三匹で若葉の朝食を楽しんでから移動して行った。

おそらく母鹿は子供の頃に親に連れられてわがやのバックヤードに来たことがあるのだろう。餌になる若葉は豊富で、安全を脅かす犬などはいないため、自分が生んだ小鹿たちに、良い餌場を教えに来ているのだろう。今は可愛い小鹿たちだが、いずれ大きくなって洋子さんの育てているバラやチューリップなどを食べつくすことだろう。
#動物

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くまごろうのサイエンス教室『メタンガスによる地球温暖化』

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IPCC (Intergove... IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) AR5(Assessment Report 5) (2014)より借用
新型コロナウィルス騒動のためにグレタ・トゥーンベリさんが今年1月にダボス会議で地球温暖化に関する講演を行ったことなど話題にもならないが、このパンデミックは世界中の経済活動を停滞させ、結果として皮肉にも地球環境は格段に改善したとの報告がある。他方、どさくさにまぎれてと言っては言い過ぎかもしれないが、この間に環境より経済優先のトランプ政権はアメリカの各種環境基準を緩和している。

上の図は国連の下部組織である気候変動に関する政府間パネル(IPCC)が2014年に発表した温室効果ガス別の影響を示したもので、65%を占めるのは化石燃料や工業によって発生する二酸化炭素、11%は森林火災や伐採などによる二酸化炭素、16%はメタンガスによることを示している。この図では二酸化炭素以外のガスは、地球温暖化係数と呼ばれる二酸化炭素1トンに相当するトン数に換算して示されているが、IPCC Second Assessment Report (AR)(1995年)で示された100年間の地球温暖化係数を使用している。メタンに関するこの値は21で、メタン1トンは二酸化炭素21トンに相当することを意味している。

くまごろうは環境問題の専門家ではないため、IPCCが何故2014年の温室効果ガス別の寄与データに地球温暖化係数として最新のIPCC AR5(2014年)のデータを使用しなかったのか理解出来ないが、AR5では20年間のメタンの温暖化係数は84であり、この数値を使用すると化石燃料由来の二酸化炭素による温暖化の影響は44.2%、森林火災など由来の二酸化炭素の影響は7.5%であるのに対し、メタンによる影響は42.8%となり、化石燃料由来の二酸化炭素とほぼ同等の影響があることになる。二酸化炭素削減を各国政府に強く求めるため、意図的にメタンの影響を過少に示したのではないか、と素直でないくまごろうは勘ぐってしまう。

南極やグリーンランドなどの氷床に深い穴を開けて取り出した氷のサンプルを調べることにより、産業革命以前の1750年頃の大気中のメタン濃度は700 ppb (10億分の1)程度で安定していたことがわかっている。メタンは火山などの地質的原因や湿地帯での微生物の活動、家畜 農業 ゴミの埋め立てなどで発生するが、大気中のオキシダントや対流圏での光化学反応により消費されるため、大気中での平均寿命は約12年とされており、そのため産業革命以前は自然発生と人為的発生によるメタンが自然消滅とバランスしていた。産業革命後は化石燃料の採掘、輸送、利用などにより、また人口増加に伴う農業や牧畜が拡大したことにより人為的メタン発生量が増加し、現在の大気中のメタン濃度は約1800 ppbとなっている。

近年アメリカでは、従来の方法では採掘出来なかった地層にあるシェールガスやシェールオイルの採掘が盛んに行われているが、この時に使用される水圧破砕法(フラッキングとも呼ばれている)がメタンの発生源となっていることも指摘されており、また石油製品の輸送や精製の過程でのメタンの漏洩もかなりの量になっているとの指摘もある。2017年のアメリカ環境庁のデータではこれらのメタン漏洩の54%が天然ガス採掘、18%が石油精製、16%が輸送と貯蔵によるもの、となっている。2019年にトランプ大統領はオバマ政権によって規制されていたメタン排出規制を大幅に緩和すると発表したが、もともと地球温暖化はFake Newとしていたトランプ大統領にとって、メタンの影響など眼中にないのだろう。

アメリカではシェールガスの採掘により天然ガス(主成分はメタンガス)が安価になり、また石炭燃焼より二酸化炭素排出量が半減する理由により多くの石炭火力発電所を天然ガスに切替えており、現在火力発電所の40%は天然ガスだと言われている。一見温暖化対策としては好ましいように思えるが、天然ガスの採掘、輸送、貯蔵での漏洩が1%を超えると温暖化の観点からは石炭と変らないことになる。アメリカでの漏洩の現状は2%というデータもあり、石炭から天然ガスへの切換えは環境上はプラスにならないどころか、石炭火力の方がまし、という見方もある。

2014年のIPCC AR5のデータによれば自然的および人為的メタン漏出量は発生源で見ると平均的に下記の如くである。

自然的漏出
湿地帯 23,050万トン
湖沼など 4,050万トン
火山など 5,400万トン
小計 32,500万トン
人為的漏出
化石燃料 9,500万トン
牧畜 9,050万トン
農業 3,650万トン
埋立・廃棄物 7,850万トン
小計 30,050万トン

メタンハイドレートは近海の深海から採掘することにより日本の将来の重要なエネルギー源と考えられているが、近年温暖化による北極圏の氷山の融解に伴ってその下に眠っていたメタンハイドレートがメタンガスとして大気中に放出され、その量は激増しているという報告もある。温暖化防止のために二酸化炭素の排出規制にばかり目を奪われてはならず、メタン漏出対策も推進しなければ片手落ちではないか。
#社会

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ゴルフ

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今年5月のある晴れた日に7番ホ... 今年5月のある晴れた日に7番ホールフェアウェイよりマウントレニアを望む。
3月23日にワシントン州知事がコロナウィルス感染予防を目的としてStay Home Orderを発令したために、わがホームコースも3/27日より閉鎖となった。昨年末に発症した坐骨神経痛よりようやく回復し、これからゴルフに打ち込もうとしていた矢先だったので残念至極であった。

5月5日よりPhase 1ということで、釣り、ボーティングなどとともにゴルフもプレイ出来ることとなったが、ソーシャルディスタンスを取ることに加え、感染防止のためフラッグスティックには触れないこと、バンカーには砂をならすレーキを置かないこと、他人の用具には触れないことなど、色々な規則が導入された。加えてプレイは4人1組ではなく、2人1組でラウンドすることも求められた。それでもほぼ6週間ぶりにゴルフがプレイ出来ることは嬉しい。5月16日より4人1組でのプレイも許可され、少しづつ正常に戻ってきているが、クラブハウスは依然として閉鎖、ドライビングレンジも制約の中でしか使用出来ない。

従来はスコアのポスティングはラウンド後にクラブハウスのコンピューターにより行っていたが、今年からはスマートフォンなどによるインターネットを使用した各ホールごとのオンラインポスティングとなった。ラウンドごとにハンディキャップが修正されて現在の自身のハンディキャップがわかる仕組みだ。ゴルフも段々とハイテクになり、ラウンド中もGPSを使ったグリーンまでの距離測定やスコア、パット数などを電子的に記録するのでくまごろうのような高齢者には負担が大きい。

くまごろうのゴルフの調子はまだ元に戻っていないが、今日はパーが3つ、バーディが1つ取れたので少しづつ上向いていると実感している。これから天候も良くなるのでゴルフを大いに楽しみたい。
#スポーツ

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さくら満開

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さくら満開
ワシントン州は3月23日から知事によるStay Home Order、外出禁止令が発令されて今後2週間は食料品の購入、通院など必要不可欠な外出以外は自宅に軟禁状態となった。但し散歩、ジョギング、バイクなどの屋外エクササイズはSocial Distance(6フィート)を取れば構わない。以前からレストラン、バー、映画館、スポーツジムなどは閉鎖されており、10人以上の集まりも禁止、60歳以上の高齢者は自宅に待機するよう言われていたので大きな変化はないが、プライベートのゴルフ場も閉鎖されたのはくまごろうにとって痛い。

暗い話が多い中でわがやのそめいよしのは春の訪れを告げてくれる。今年の開花は3月16日だったが、今日満開となった。去年は3月30日、一昨年はわれわれが日本を訪問していた3月の4週目の満開だったようなので、ほぼ同じだ。ちなみに2017年は3月15日、2009年は4月11日の満開だったので、ほぼ平年並みということか。暫くの間はさくらを眺めて心を休めることにしよう。
#花

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くまごろうのサイエンス教室『ベテルギウスの超新星爆発その3』

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オリオン座、左上の赤い星がベテ... オリオン座、左上の赤い星がベテルギウス(NASAより借用)
くまごろうは2020年1月31日付ブログでベテルギウスの超新星爆発の可能性について書いたが、2月28日付ナショナルジオグラフィック電子版によれば、今回も超新星爆発には至らなかったようだ。

昨年10月からオリオン座のオリオンの右肩にある一等星ベテルギウスが急速に暗くなっており、年末には元の明るさの40%程度まで暗くなって多くの天文ファンが超新星爆発を期待したが、2月下旬から再び明るくなり始め、暗くなったのは単にベテルギウスの変光星としての変化に過ぎなかったことがほぼ確実になった。

ベテルギウスの変光周期は425日と6年の二つあり、今回はその両者が重なって最も暗くなったようだ。ベテルギウスは100万年以内に超新星爆発すると予想されており、今起こってもおかしくないが、10万年後かもしれない。2012年に続いて今回も超新星爆発は空振りだったが、くまごろうは生きているうちにこの天体イベントを見たいと念願している。
#科学

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さくらの開花

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さくらの開花
わがやのそめいよしのが5輪以上咲いたので今年の開花は3月16日。東京での開花は観測史上最も早い3月14日だったので、マーサーアイランドと東京の春は今年はほぼ同じタイミングということか。

2019年の開花は3月22日だったので今年は少しだけ早いが、2015年には3月15日、2016年には3月14日に満開となったこともあり、特に早いわけではない。
#花

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