雪氷熱エネルギーとは？　仕組みや事例・メリットをわかりやすく解説

雪氷熱エネルギーとは

雪氷熱エネルギーの定義

雪氷熱エネルギーとは、冬の間に降り積もった雪や、冷たい外気によって凍結した氷を冷熱源として保存しておき、夏季を中心に冷房や農作物の冷蔵などに活用する再生可能エネルギーの一種である。

「冷熱（れいねつ）」とは、ものを冷やす方向に働く熱エネルギーのことで、雪や氷はこの冷熱を大量に蓄えた天然の蓄冷体として機能する。

雪氷熱エネルギーは「雪氷熱利用」「雪冷熱エネルギー利用」とも呼ばれる。電気やガスを使って冷媒を作動させる一般的な冷蔵庫やエアコンとは異なり、「冷やす」ためのエネルギーをほとんど必要としない点が最大の特徴だ。2002年の「新エネルギー利用等の促進に関する特別措置法」施行令の改正によって、国から正式に「新エネルギー」として位置づけられ、公共施設や農業施設などへの導入が全国で拡大した（※１）。

なぜ注目されているのか

雪氷熱エネルギーが改めて注目を集めている背景には、脱炭素社会の実現に向けた世界的な潮流がある。日本政府は2050年カーボンニュートラルを宣言しており、あらゆる分野でCO２排出量の削減が急務となっている。

また、北海道や東北・北陸など豪雪地帯では、毎年大量の雪を除排雪するために莫大なコストと労力が費やされている。これを「厄介者」ではなく「地域固有のエネルギー資源」として転換する発想が生まれているのだ。地域の気候・風土を活かした自給型エネルギーとして、地域活性化の観点からも高い注目を集めているのである。

雪や氷がエネルギーになる仕組み

雪氷が持つ「冷たさ」の正体

雪や氷がエネルギーとして機能する理由は、物理学における「潜熱（せんねつ）」と「顕熱（けんねつ）」という２種類の熱の働きに求められる。

顕熱とは、物質の温度が上下するときに出入りする熱のことで、温度計で直接測ることができる「見える熱」である。一方、潜熱とは、物質が固体・液体・気体のあいだで状態を変化させる（例：氷が水になる）際に出入りする熱で、温度は変わらないまま大量のエネルギーが吸収・放出される「隠れた熱」である。潜熱の「潜」は「潜在」を意味し、温度計には現れないことからこのように呼ばれる。

雪氷熱エネルギーの冷熱として利用されるのは、顕熱と潜熱の両方。夏場の気温（約30℃）と雪氷の温度（約０℃）との温度差が顕熱として活用され、さらに雪が水に溶ける際に周囲の熱を大量に吸収する潜熱が大きな冷却効果をもたらす。氷１トンが溶けるときに吸収する融解潜熱は、約334GJ（ギガジュール）にのぼり、１トンの雪を利用することで、石油約10Lに相当するエネルギーを節約できるとされる（※２）。

冷房・冷却への利用方法

雪氷熱エネルギーを冷熱として取り出す方式は、大きく「自然対流方式」と「強制対流方式」の２種類に分けられる。

自然対流方式は、断熱性の高い貯蔵庫（雪室・氷室）に雪や氷を保存し、自然に発生する冷気で庫内を冷やす方法で、電力をほとんど使わない。農産物や食品の低温貯蔵に多く用いられる。

強制対流方式は、送風機（空気式）やポンプ（冷水式）を使って積極的に冷気・冷水を循環させる方法で、建物全体の冷房など大規模な用途に対応できる。たとえば、雪を強制的に溶かして冷たい雪解け水を配管で循環させ、ビルや公共施設の冷房に利用する「冷水循環方式」は、北海道や新潟県などで広く採用されている（※３）。

雪氷熱エネルギーの主な利用方法

雪冷房システム

雪冷房は、学校・庁舎・文化施設・スポーツ施設など公共性の高い建物にも積極的に導入されている。冬季に貯雪庫へ雪を運び込み、春から夏にかけてその冷熱を空調に利用するシステムは、電力消費量の大幅削減につながる。

新潟県では、雪冷房と太陽光発電などの再生可能エネルギーを組み合わせた取り組みが進められている。農産物や米の低温貯蔵庫として利用される雪冷房施設では、冷気を送風する仕組みにより、庫内をおおむね５℃・高湿度に保つことが可能とされる。こうした雪冷房は省エネルギー性が高く、従来の機械冷房に比べて電力消費の削減効果が期待されている。（※４）。

食品・農業分野での活用

雪氷熱エネルギーがもっとも多く活用されているのが、農産物・食品の低温貯蔵分野である。豪雪地帯の整備施設数182件のうち、実に65％（119施設）が農産物・加工品等の貯蔵に用いられている（※５）。

新潟県の越後雪くら館では日本酒を雪室で貯蔵しており、低温・高湿の自然環境が品質保持や熟成に活かされている（※６）。また各地では、野菜や農産物を雪室で貯蔵する取り組みも広がっており、こうした雪や氷を活用した貯蔵は、省エネルギーにとどまらず、「雪室熟成」「雪中貯蔵」といった付加価値を生み、地域ブランドの形成にもつながっている。

データセンター・産業用途

大量の電力を消費するデータセンターでは、サーバーを常時冷却するためのコストが運営費全体の大きな割合を占める。この安定した冷却需要に雪氷熱エネルギーを活用しようとする動きが、北海道を中心に広がっている。

北海道美唄市では、除雪で集めた雪を冷熱源として利用するデータセンターが稼働している。木質チップで覆った雪山を夏まで保存し、その内部に設置した配管で不凍液を循環させることでサーバーを冷却。新エネルギー・産業技術総合開発機構の実証では、従来型と比べてコスト削減効果が確認されている。また、外気や自然冷熱を組み合わせたデータセンター冷却技術の開発も各地で進められている（※７）。

雪氷熱エネルギーのメリット

CO２排出削減効果

雪氷熱エネルギー最大のメリットは、冷熱を得るために化石燃料や電力をほとんど必要としない点にある。冷蔵庫やエアコンは冷媒を圧縮・膨張させる電力を常時消費するが、雪氷熱システムでは冷熱そのものが自然に賦存しており、送風機やポンプを動かす小規模な電力で済むのだ。

たとえば、札幌市のモエレ沼公園「ガラスのピラミッド」では、敷地内の雪3,000m³を貯雪庫に蓄え、６月から９月の冷房に利用することで年間約30トンのCO２削減を実現している。冷熱発生に電力を使用しないため、施設全体の省エネ効果は顕著だ。地球温暖化対策が急務となる現代において、CO２排出実質ゼロを達成できるクリーンなエネルギーとして、その価値はさらに高まっている（※８）。

地域資源を活かせる

豪雪地帯では冬季の除雪・排雪に多額のコストがかかる。札幌市でも、雪対策費用は年によって変動はあるものの、数百億円規模にのぼる。これまで「処分すべきもの」として扱われてきた雪を、地域固有のエネルギー資源として捉え直すことで、除雪した雪を有効活用しながら冷熱エネルギーを生み出す取り組みが進んでいる。

さらに、地域で得られる雪を地域内で利用する「地産地消型エネルギー」として機能するため、エネルギー代金の域外流出の抑制にもつながると期待されている。雪が降るという地域の特性そのものを活かせる点は、他の再生可能エネルギーにはない特徴のひとつといえる。

エネルギーの安定性

太陽光発電は日照がなければ発電できず、風力発電は風がなければ機能しない。これらの再生可能エネルギーは「天候依存性」が課題とされる。

これに対し、雪氷熱エネルギーは冬季にあらかじめ雪を貯蔵しておけば、夏季の天候に関係なく安定した冷熱供給が可能だ。一度断熱性の高い貯蔵庫に保存された雪は、適切な管理のもとで夏季まで維持することができ、冷熱の供給量をある程度計画的にコントロールできるという特性がある。この需給の予測しやすさは、農産物の安定出荷や施設運営の計画立案にとって大きなメリットとなる。

雪氷熱エネルギーの課題とデメリット

導入コストと設備

雪氷熱エネルギーの課題のひとつは、導入時の初期投資の大きさである。断熱性能の高い貯雪庫や貯雪槽の建設には高いコストがかかり、従来の冷房設備に比べて数倍に達する場合もあるとされる。そのため、中小規模の事業者や農家にとっては資金調達が導入のハードルとなりやすい。（※９）。

また、冬季に雪を集めて運び込む作業コストも継続的に発生する。一方で、資源エネルギー庁や環境省などによる再生可能エネルギー・省エネルギー関連の補助制度を活用することで、導入負担の軽減が図られている。さらに、除排雪事業と貯雪設備の運用を一体化させることで、投資回収期間の短縮を目指す取り組みも進められている。

利用地域の制約

雪氷熱エネルギーは、冬季に十分な積雪が得られる寒冷地でなければ利用が難しいとされる。一般に、積算寒度（冬期間の寒さの累積値）が一定水準以上となる地域が適しているとされ、北海道・東北・北陸・長野などの積雪寒冷地が主な導入地域となっている。（※10）。

一方で、温暖な地域でも冬季の外気温を活用して人工的に氷を製造する方法や、雪を豪雪地帯から輸送する取り組みなど、利用範囲を広げる試みも検討されている。さらに、湖底の冷水やダム湖の低温水などを代替的な冷熱源として活用する技術もあり、地域条件に応じた応用の可能性が模索されている。

保存・管理の難しさ

雪を夏まで保存するには、貯雪庫の断熱性能と広さが重要な鍵となる。しかし、敷地スペースの確保が難しい都市部では大規模な貯雪施設の建設が困難だ。貯雪施設と冷熱利用施設が物理的に離れている場合、搬送中の熱損失によって効率が低下するという課題もある。

近年では、木質チップやもみ殻などの自然由来素材を断熱材として雪を覆うことで、屋外環境でも長期保存を可能にする技術が開発されるなど、保存・管理コストの低減に向けた研究開発が進んでいる。蓄雪量の最適化や保存効率を高めるシステム設計の高度化が、今後の普及を左右する技術的課題となっている。（※11）。

日本における雪氷熱エネルギーの事例

自治体・公共施設の導入

公共施設への雪氷熱エネルギー導入は、北海道・東北・北陸を中心に着実に広がりつつある。

新潟県の安塚中学校では、太陽光発電（30kW）と組み合わせた雪冷房システムの導入事例が知られている。送風機や雪解け水循環ポンプを太陽光電力で稼働させることで、停電時にも自立運転が可能な設計だ。また、新千歳空港では約100m×200m・深さ約２mの巨大な貯雪ピットに最大約７万4,000トンの雪を貯え、夏季の旅客ターミナル冷房に利用するシステムが運用されている（※12）。

農業・食品分野の事例

農業・食品分野における活用事例は全国に広がっている。北海道の沼田町では、国内有数の規模となる約1,500トンの貯雪量を誇る玄米貯蔵施設が稼働。庫内を温度５℃・湿度70％に維持することで、新米の食味を一年中保持している。消費電力も従来比で半分以下に抑えた事例が報告されており、経済的効果と環境効果を同時に実現している。

新潟県に「雪中貯蔵施設ユキノハコ」や「越後雪くら館」で、食品や日本酒の低温貯蔵が行われており、「雪室熟成」として商品の付加価値向上にもつながっている。このように、食品の品質保持と地域ブランドの強化を同時に実現できる点が、農業分野における雪氷熱エネルギーの大きな強みといえる。

民間企業の取り組み

民間企業による雪氷熱の活用も多様化している。先述のように、北海道美唄市にあるホワイトデータセンター（WDC）は、市内の除排雪で集まった雪山を冷熱源として利用するデータセンターだ。CO２排出量の削減に寄与する再生可能エネルギー型の技術として注目されている。サーバーの廃熱は温室での野菜栽培などにも活用されており、地域全体でエネルギーを循環させるモデルケースとなっている。

また、北海道喜茂別町のチーズ工房「タカラ」は、アイスシェルター（氷の壁で断熱した貯蔵庫）を活用した小規模な冷熱利用施設の先進例として知られる。このように、大規模施設から個人経営の工房まで、規模やニーズに応じた多様な活用形態が生まれている。

他の再生可能エネルギーとの違い

太陽光・風力との比較

太陽光発電や風力発電は、光や風のエネルギーを電気に変換して利用する「発電系」の再生可能エネルギーである。これに対し、雪氷熱エネルギーは電気を生み出すのではなく、雪や氷の「冷たさ」をそのまま冷熱として利用する「熱利用系」のエネルギーに分類される。

太陽光発電や風力発電は天候や季節によって発電量が大きく変動し、電力系統への蓄電・調整コストが課題となる。一方、雪氷熱エネルギーは冬季に貯蔵した冷熱を夏季まで維持して使用することができ、季節をまたいで利用できる点が特徴だ。電力系統への負荷を抑えながら冷却需要を賄える特性を持つが、主に冷却用途に限られるという側面もある。（※13）。

地熱・未利用熱との位置づけ

地熱エネルギーは地球内部の熱を利用するもので、年間を通じて安定した発電や熱利用が可能である一方で、地熱資源が豊富な地域に限定される。温度差熱利用（地下水・河川水・下水などと外気の温度差をヒートポンプで活用）は、雪が降らない地域でも利用できるが、温度差が小さい場合は効率が左右される。

雪氷熱エネルギーは、気温と雪氷の温度差を大きく確保できるため冷却効率が高い反面、積雪地域にのみ適用できるという地域特性に強く依存したエネルギーである。しかしその特性は、豪雪地帯においては大きな強みとなる。再生可能エネルギー全体の中では比較的マイナーな存在だが、寒冷地に適した未利用エネルギーとして独自の位置づけにある。

雪氷熱エネルギーとSDGs

SDGs７・11・13との関係

雪氷熱エネルギーは、SDGsの複数の目標と密接に関連している。まず目標７「エネルギーをみんなに、そしてクリーンに」との関係では、化石燃料に依存しない冷熱エネルギーを活用することで、エネルギーの多様化と脱炭素化に貢献する。

目標11「住み続けられるまちづくりを」との関係では、豪雪地帯という地域特性を活かした持続可能なまちづくりを後押しし、雪を「負の資源」から「価値ある資源」へと転換することで、地域の魅力向上にもつながる。

目標13「気候変動に具体的な対策を」の観点からは、冷房にかかる電力消費やCO２排出量の削減に寄与し、気候変動の緩和策としての役割も期待されている。

地域循環共生圏の視点

環境省が推進する「地域循環共生圏」（ローカルSDGs）は、各地域が固有の資源を活かして自立・分散型のエネルギーシステムを構築し、地域内で資源・エネルギー・資金を循環させることを目指す構想である（※14）。

雪氷熱エネルギーは、この地域循環共生圏の理念と高い親和性を持つ。豪雪地帯では、除雪コストという形で毎年多くの行政資金が流出する側面がある。雪氷熱エネルギーの活用によってこれを地域内のエネルギー資源として循環させることができれば、財政負担の軽減と地域産業の育成を同時に実現できる可能性があるのだ。雪という地域固有の資源を地域内で消費する「地産地消型エネルギー」として、持続可能な地域社会の実現を支えるひとつの柱となり得る。

今後の可能性と展望

技術進化による普及可能性

雪氷熱エネルギーの普及を妨げてきた要因としては、貯雪設備の高い初期コストや、夏期まで雪を維持するための保存技術の課題などが指摘されてきた。こうした課題に対し、近年では、木質チップやもみ殻を断熱材として活用し、屋外での長期保存を可能とする技術や、小規模施設への導入を想定したコスト低減の取り組みも進められている。

また、IoTやAIを活用し、冷熱需要と供給量をリアルタイムで制御する技術の開発も進んでおり、これらが普及すれば冷熱利用の効率化が期待される。地球温暖化の進行により将来的な降雪量の変動が懸念される一方で、人工製氷技術と組み合わせた運用の可能性についても検討が進められているが、コストやエネルギー効率の面での課題も指摘されている。

脱炭素社会での役割

日本では、2050年カーボンニュートラルの実現に向け、再生可能エネルギーの比率を大幅に引き上げる方針が示されている。太陽光・風力・地熱・水力・バイオマスといった主要な再生可能エネルギーとともに、雪氷熱エネルギーは、積雪寒冷地において再生可能エネルギーを補完する地域特性型のエネルギー源として活用が期待されている。

とくに、データセンターの地方分散が進む中で、冷房にかかるエネルギー消費の削減や、再生可能エネルギーの活用拡大に寄与できる雪氷熱利用型データセンターへの注目は高まっている。さらに、除排雪事業者が雪をデータセンターへ供給することで、新たな収益機会につながる可能性も期待できる。豪雪地帯の課題を資源として活用する取り組みは、脱炭素時代における地域活性化モデルのひとつとして、今後の展開が注目されている。

雪を「資源」へ変える再エネの可能性

雪氷熱エネルギーは、導入コストや地域限定性といった課題を抱えながらも、技術や制度の進展により活用の幅が広がりつつある。これまで処理するものとされてきた雪を資源として活かす動きは、豪雪地帯におけるエネルギー利用のあり方を見直す契機となり、地域の新たな可能性として注目されている。

※１ 雪氷熱利用｜なっとく！再生可能エネルギー
※２ 雪が保有するエネルギーの活用と再エネ、未利用エネルギーによる融雪に関する調査研究業務｜札幌市
※３ 雪氷熱利用｜新電力ネット
※４ 雪冷房システム｜空調設備工事の朝日工業社
※５ ３-３ 雪冷熱エネルギーの活用促進（６ページ目）｜国土交通省
※６ 越後ゆきくら館 ｜新潟県ホームページ
※７ WDC（ホワイトデータセンター）構想｜美唄市ホームページ
※８ 雪氷熱利用｜札幌市
※９ 雪が保有するエネルギーの活用と再エネ、未利用エネルギーによる融雪に関する調査研究業務｜株式会社ドーコン
※10 雪氷熱利⽤設備（１ページ目）｜文部科学省

※11 北海道における雪氷冷熱利用の可能性｜自治体問題研究所（自治体研究社）
※12 新千歳空港雪冷熱供給システム｜セントラルリーシングシステム株式会社
※13 雪氷熱利用新電力ネット
※14 環境省ローカルSDGs｜地域循環共生圏