風力タービンはなぜ白いのですか?

著者: チェン・ミンチェン

この記事はサイエンスアカデミー公式アカウント（ID: kexuedayuan）から引用したものです。

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飛行機、車、ハーモニー列車からキーボード、携帯電話、ノートブックに至るまで、白の美学が人々の心に深く根付いていることに気づいたことがあるでしょうか。製品設計メーカーにとって、見た目に頼ることに加えて、より重要なのは、白色塗料の価格が有色塗料の価格よりもはるかに安いため、全体的なコストを最小限に抑えることができることです。風車が常に白で、赤、オレンジ、黄色、緑、青、紫にはならない理由については、もっと深い理由があります。

真っ白な風力タービン（出典：VEER）

白い風力タービンの秘密

白色光はスペクトル内のすべての可視光の混合であり、一般的に「無色」であると考えられており、私たちの視野にはほとんど存在しません。この単調な中間色は攻撃的ではなく、周囲の環境と「調和して共存」することができます。白い風力タービンが周囲の人々に違和感を与えることはほとんどない。

風力タービンを周囲の色に塗装することで、風力タービンを可能な限り地元の環境に溶け込ませることができます。地元の地形に応じて、風力タービンは砂漠の黄色、草原の緑、海の青などのバージョンで利用できます。彼らは環境に「溶け込む」ことはできないのでしょうか?しかし、表面環境は静的ではありません。冬、秋、春、夏、昼、夜、晴れ、雨、雪の日、周囲の環境によって全く異なる色が表れますが、万能な白は間違いなく最も安全な選択です。

風力タービン（出典：VEER）

白は自然環境との親和性が高いですが、一方で風力タービンの存在を際立たせる色でもあります。雪を除けば、自然界では白い表面はほとんど見られません。上空のパイロットにとっては、地上にそびえ立つ白い風力タービンを視認し、事前にこれらの障害物を回避することが容易になります。風力タービンをより目立たせるために、ブレードの先端に赤い縞模様（ビーコンストリップ）が描かれていることが多く、夜間にはキャビンにも赤いビーコンライトが点滅します。ドイツの規格によれば、風力タービンが空港から 5 km 以内にある場合、ブレードの先端にナビゲーション マーク ストリップをマークする必要があり、5 km の範囲外にある場合は、2 つのナビゲーション マーク ストリップをマークする必要があります。ほとんどの国では航行標識に関する基準がありません。国内の風力発電所では、完全に白いブレードを目にすることもあります。しかし、1 つ、2 つ、あるいは 3 つのナビゲーション マークがスプレーで吹き付けられたブレードもよく見られます。赤以外にもオレンジ、青、黒などの色もあります。

赤いラベルが付いた風力タービン（画像提供：VEER）

風力タービンの設計上の耐用年数は20～25年で、厳しい自然環境で稼働します。毎日「北西風を飲む」ことに加えて、長時間「日光浴」をすることも必要です。白は太陽光の紫外線を吸収しにくいため、ユニット内の発電機やコンバーターなどの電気機器の放熱問題を軽減するのに役立ちます。同時に、潤滑油やグリースの乾燥や気泡発生のリスクも軽減します。白い外観により、操作および保守担当者は表面の油汚れを観察し、適時に対処しやすくなります。さらに、白色塗料の価格が下がることで、ユニットの製造コストや運用・保守コストも削減されます。

紫色の風力タービン？涼しさだけでなく虫除けにもなりますよ〜

白い風力タービンは美しく経済的ですが、完璧ではありません。白色は虫を引き寄せる性質があるため、風力タービンの周囲を移動する虫は、高速回転するブレードによって生成される強い気流に巻き込まれます。それらの死骸はブレードの前縁に大量に付着し、風力タービンの空力性能に大きな影響を与え、発電性能を低下させます。さらに、昆虫は小型・中型の鳥やコウモリなどの捕食者の注目を集めます。 「カマキリは蝉を追いかけますが、後ろにいるコウライウグイスには気づきません。」ハヤブサなどの猛禽類などの高等捕食動物も、風力タービンの上空をホバリングすることを選択する場合があります。そのため、回転するブレードは周囲の鳥にとって潜在的な危険であり、ブレード自体が打撃を受けて構造上の信頼性が損なわれる可能性があります。

初期の鳥類保護団体は風力発電所の開発と建設に強く反対した。しかし、火力発電は鳥類にさらに深刻な害を与えることがわかり、徐々に風力発電も受け入れられるようになりました。しかし、紫色は虫を寄せ付けず、鳥の安全を最大限に守ってくれるので、風力タービンに紫色の塗料を吹き付けることを強く推奨しています。彼らはこれが風力タービンに最適な色だと主張しています。

実際の調査では、昆虫は特定の色に対して一定の回避傾向があり、特に黄色を好むことが分かっており、そのため農地では昆虫を駆除するために黄色の粘着紙が使用されています。この観点から、風力タービンでは黄色の使用を避けるべきです。現在、一部の洋上風力タービンの底部基礎のみが黄色になっています。

Amazonで販売されている黄色の虫取り紙（出典：Amazon）

昆虫は一般的に紫色を避けますが、将来的にはほとんどの風力タービンで紫色が選ばれることはないと思われます。風力タービンによって発生する騒音、気流、熱などの要因は、昆虫が風力タービンに近づく潜在的な理由です。紫色の風力タービンには一定の防虫効果があるものもありますが、明らかではありません。風力タービンがなぜ昆虫を引き寄せるのかという真実を明らかにするには、まだ長期にわたる調査が必要です。それまでは、紫色の風力タービンが大規模に建設・設置されることはないだろう。

紫色の風力タービン（写真：mywindpowersystem.com、Patrick Finnegan）

黒い扇風機は鳥に障害物を「見える」ようにする

2015年、米国魚類野生生物局は、米国全土で風力タービンによって約30万羽の鳥が死んだと推定した。これは風力発電に抵抗するための完璧な言い訳になったかもしれない。 「理解の王」トランプ氏は風力タービンを「鳥の墓場」と冗談交じりに呼んだ。大統領就任後、前大統領が策定した一連のクリーンエネルギー計画を全面的に廃止した。

メリーランド大学の学者 W. ホドス氏は、2003 年にはすでに、実験室で鳥類の「モーション スミア」または「モーション ブラー」という現象を発見していました。光学機器を使用した分析により、鳥が回転するブレードに徐々に近づくにつれて、網膜上のブレードの撮像速度がそれに応じて増加することが判明しました。撮影速度が上限に達すると、網膜像は透明になり、ぼやけてしまいます。こうした歪んだ画像が鳥の脳に伝達され、鳥たちはそのエリアを安全エリアとみなして飛び続けるため、風力タービンに衝突する可能性が大幅に高まります。

風力発電所は鳥の視点から見ると次のように見えるかもしれません（画像出典：discoverwindenergy.com）

鳥が飛んでいるときに回転している風力タービンを見つけるのは難しいので、視覚的な手がかりを与えると役立つでしょうか?たとえば、葉をさまざまな色や模様で描きます。 2020年6月、ノルウェー自然研究所とアンソ湖鳥類観測所の研究者らが、衝撃的な研究結果を「エコロジー・アンド・エボリューション」誌に発表した。研究者らはノルウェーのスモーラ諸島の風力発電所でテストを実施し、3枚の風力タービンのブレードのうち1枚を黒く塗装したところ、鳥の死骸の数が70％減少したことを発見した。

ブレードが黒く塗られた風力タービン（出典：arstechnica.com）

スモーラ風力発電所フェーズ II には、長さ 40 メートルのブレードを備えた風力タービンが合計 68 基あります。 2006年から2016年にかけて、捜査官らは訓練された犬を使って9,557回の定期検査を実施し、464羽の鳥の死骸を発見した。処理前後の比較実験を行うために、4基の風力タービンを実験群と対照群として選択しました。

2006年から2013年の間、どちらのグループの風力タービンにも処理は行われませんでした。実験用の風力タービン4基により、オジロワシ（Haliaeetus albicilla）6羽を含む合計11羽の鳥が死亡した。 5羽のヤナギライチョウ（Lagopus lagopus）も死んだが、回転する羽根ではなく風力タービンのタワーに衝突して死んだ。同じ期間に、4 基の制御タービンが 7 羽の鳥を殺しました。 2 つの風力タービンのグループは近接して配置されているため、大きな差は、まだ知られていない他の要因によるものである可能性があります。

2013年、4基の試験用タービンのそれぞれのブレード1枚が黒く塗装された。その後3年間で合計6羽の鳥の死骸が発見されました。対照的に、4基のコントロール風力タービンは18羽の鳥を殺した。つまり、一枚の葉を黒く塗るだけで、鳥の年間死亡率を約70パーセント削減できる可能性がある。

実際、スペクトルの観点から見ると、一部の動物は網膜に色覚を生み出す錐体細胞を持っており、細胞内の視覚色素はさまざまな波長の電磁波を吸収することができます。人間の目の錐体細胞が最も敏感なスペクトル帯域は赤色、青色、緑色の光ですが、鳥類には赤色、青色、緑色、紫外線に敏感な 4 種類の錐体細胞があります。

人間と鳥類の錐体の光に対する感度（画像提供：Palaeontologia Electronica）

考えてみてください。もし葉を2枚、あるいは3枚でも黒く塗ったら、死亡率はさらに下がるでしょうか？さらなる調査を進める前に、一見理想的な結果が偶然によって引き起こされる可能性もあるため、この実験の再現性を再度確認する必要があります。したがって、ブラックブレードが広く使用されるようになる前に、より正確で普遍的な結論を導き出すために、複数の風力発電所で長期にわたる調査とデータの蓄積が必要です。

風力タービンは電気を生み出すだけでなく、芸術作品にもなり得る

真っ白な風力タービンでは単調すぎるため、地元の風習や習慣をよりよく反映した風力タービンにするために、地元の特徴を生かした風力発電所が建設されました。場所によっては、風力タービンの塔やブレードに地元の文化的特徴を反映した模様やデザインがスプレー塗装され、芸術作品となっているところもあります。

たとえば、広西チワン族自治区の民俗芸能は次の通りです。

広西チワン族自治区崇左市天登県の牛頭嶺風力発電所（写真提供：左江日報）

河南省の黄色い底の漫画：

河南省の唐陰風力発電所（画像出典：Wikipedia）

参考文献:

[1] Roel May、Torgeir Nygard、Ulla Falkdalen、他。黒く塗る：風力タービンのローターブレードの視認性を高めることで鳥の死亡率を減らす効果。生態学と進化。 2020;00:1–9.

[2] Hodos, W. モーションスミアの最小化：風力タービンと鳥類の衝突の低減;公演期間: 1999 年 7 月 12 日 - 2002 年 8 月 31 日。アメリカ合衆国。 doi:10.2172/15004460.

[3] https://discoverwindenergy.com/the-colors-of-the-wind-turbines-why-are-wind-turbines-white/

[4] https://arstechnica.com/science/2020/08/black-paint-on-wind-turbines-helps-prevent-bird-massacres/

[5] https://www.mywindpowersystem.com/2013/05/14/why-are-wind-turbines-white/

[6] ロウ議員絶滅した脊椎動物の網膜の解剖と視覚能力の推測[J]。パレオニトロジーエレクトロニカ、2000年、3(1)。