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この記事でわかること
地球環境への負担がないカーボンニュートラルな新しい燃料を上手に燃やしてエンジンの効率向上を図ることは、将来の地球に暮らす人たちのために、今の私たちがやらなければならないことです。
私たちの研究室では、キャンパスの「落下塔」と呼ばれる設備を使用して、燃料液滴の燃焼に関する無重力実験を行っています。この施設により、約1.1秒の無重力環境を作り出せます。
長い無重力時間を必要とする場合は、宇宙実験を行います。現在は、宇宙航空研究開発機構（JAXA）、アメリカのNASA、ドイツのZARMなど多くの機関と協力し、国際宇宙ステーションの「きぼう」モジュールで宇宙実験を行う準備を行っています。
エネルギー問題の解決策を無重力実験から考える
私たちの生活を支える「エネルギー」は、約90%が燃料を燃やすことによって生み出されています。「家の車は電気自動車だよ」と言う人もいるかも知れませんが、日本の場合はその電気もほとんどが天然ガスや石炭、石油などの化石燃料を燃やして電力に変換されているのが現状です。
限りある化石燃料と高価なカーボンニュートラル燃料を上手に燃やしてエンジンの効率向上を図ることは、将来の地球に暮らす人たちのために、今の私たちがやらなければならないことです。
なぜ無重力環境で燃焼研究を行うのか
無重力環境を利用する多くの燃焼研究者は、自然対流の発生を抑制するために無重力環境を利用しています。
エンジンの燃焼器内に存在する直径が数〜数十マイクロメートル程度の燃料の粒は、地上で燃える場合でもその燃焼は重力の影響をほとんど受けません。
ところが、そのように小さな燃料の粒では実験や観察が難しいので、研究には１ミリメートル程度の燃料の粒が用いられます。そうなると自然対流の影響が顕在化します。
そこで、実験・観察が容易であってかつエンジン内と同じ燃焼現象が観察できる「無重力実験」というアイディアが生まれました。
大学の研究室から宇宙へ
私たちの研究室では、キャンパスに設置された「落下塔」と呼ばれる設備を使用して、燃料液滴の燃焼に関する無重力実験を行っています。
この施設により、約1.1秒の無重力環境を作り出せます。実験装置を搭載したカプセルが塔の最上部から地上に落下するまでの間に実験を行うという手法です。
炎の写真は、細いファイバの交点に保持された燃料液滴の列を燃え広がる火炎の様子を示しています。自然対流の影響が無いため、火炎は縦に引き延ばされることなく燃焼しています。エンジンの中で燃料の液滴が一列に並んでいたとしたら、このような火炎が燃え広がっているはずです。
私たちは火炎の連続画像から、燃え広がり速度や燃料が燃え尽きるまでの時間などを計測しています。
長い無重力時間を必要とする実験は、落下塔では行えません。
そのような場合は、宇宙実験の公募に応募し、宇宙航空研究開発機構（JAXA）やNASAに協力してもらって宇宙実験を行います。
現在は、JAXA、NASA、ZARM、山口大学、九州大学、その他多くの機関と協力し、国際宇宙ステーションの「きぼう」モジュールで２回目の宇宙実験を行う準備を行っています。１回目の宇宙実験で新たにわかったことや実験回数の制約でわからなかったことを中心に実験を行う計画です。今回も燃料液滴を保持する実験装置の重要な部品は学生が製作します。
実験データが宇宙から送られてくるのが今から楽しみです。
