太陽光発電による排出ゼロ技術で海水を飲料水に変換
Solar-Powered Emission-Free Technology Converts Saltwater into Drinking Water
By King’s College London
https://techxplore.com/ より 2024.03.27
科学者達は、塩水を真水の飲料水に変換する新しい太陽光発電システムを開発した。科学者達は、このシステムがコレラなどの危険な水媒介性疾患に役立つ可能性があると述べている。
本日Nature Waterに掲載された論文で、研究者達は、このプロセスが従来の方法よりも20％以上安価で、世界中の農村地帯で挿入できることを示している。農村地域でのテストの結果、この新技術は開発途上国やその他の地域できれいな水を供給する上で大きな変化をもたらす可能性があることが分った。
キングス・カレッジ・ロンドンの研究者達は、塩分を含んだ地下水を淡水に変換する既存のプロセスを基に、MITおよびヘルムホルツ再生可能エネルギー･システム研究所と共同で、太陽光発電を利用して一定レベルの水を生産する新しいシステムを開発した。
この技術は、ナトリウム･イオンを塩水の流れに導く特殊な膜を使って分離し、水を新鮮で飲める状態にする。研究者達は、電圧でナトリウム･イオンがシステムを通過する速度を柔軟に調整することで、生産される飲料水の量を犠牲にすることなく、変化する日照量に適応するシステムを開発した。
チームは、インドのハイデラバード近郊のチェレル村で最初に収集したデータを使用し、その後ニューメキシコ州の村の状況を再現して、最大10 m3の真水の飲料水への変換に成功した。これは１日当たり3,000人に十分な量であり、雲や雨による太陽光発電の変動に関係なく、プロセスは継続された。
キングス・カレッジ・ロンドン工学部のWei He博士は、この新技術は飲料水の供給を増やせるだけでなく、健康上の利益ももたらし、農村地域に多大な利益をもたらす可能性があると考えている。
同氏は、「オフグリッドで運用できる安価で環境に優しい代替手段を提供することで、当社の技術は、コミュニティが代替水源(深層帯水層や塩水など)を利用して、従来の水供給における水不足や汚染に対処することを可能にする。
「この技術は、コミュニティが利用できる水源を従来のものを越えて拡大することができ、水不足や、例えばザンビアでの最近のコレラ流行のような従来の水供給が途絶えた際の予期せぬ緊急事態への対処に役立つ可能性がある。」
およそ、世界人口の4分の１が「極めて高い」レベルの水ストレスに直面しており、その多くは地表下にある地下水のストレスを受けた貯蔵量に依存している。
しかし、世界中の地下水の56％は塩分を多く含み、飲用に適していない。この問題は特にインドで顕著で、インドでは国土の60％が飲用に適さない塩分を含んだ水となっている。そのため、安価で大規模に新鮮な飲料水を作り出す効率的な淡水化方法が緊急に必要とされている。
従来の淡水化技術は、水から塩分を除去するために必要なエネルギーを供給するために、オフグリッド・システムの高価な電池か送電網システムに依存してきた。発展途上国の農村部では、送電網インフラストラクチャーが信頼できないことがあり、化石燃料に大きく依存している。
使用時に定期的にエネルギーが供給されない場合、個々の村やコミュニティは、太陽光などの再生可能エネルギーを使用して真水を供給するために高価な電池に頼らざるを得ず、そのコストは個々の消費者に転嫁される。
低コストの「電池のような」淡水化技術を開発することで、オフグリッド用途で断続的な太陽エネルギーを使用するための電池技術への依存がなくなり、インドのような発展途上国の農村コミュニティが手頃な価格で利用できるようになる。
He博士は次のように付け加えた。「従来、淡水化はエネルギーを大量に消費し、コストもかかるため、安定した電力と財源がある地域に限定されていた。送電網システムの必要性を完全に排除し、電池技術への依存を92％削除することで、我々のシステムは、安全な飲料水への確実なアクセスを現場で完全に排出ゼロで提供し、従来の方法に比べて約22％の割引で、それを必要とする人々に提供することができる。
このシステムは、気候変動により灌漑用の淡水の備蓄が不安定になっている農業など、発展途上地域以外でも使用できる可能性がある。
チームは、現地のパートナーとの協力を通じて、インド全土でこの技術の利用可能性を拡大することを計画している。さらに、MITのチームは、この技術を商業化し、資金を提供するためのスタートアップ企業を設立することも計画している。
He博士は、「灌漑用の淡水は、北米、中東、サハラ以南のアフリカを含む世界中で大きな問題である。不安定な水資源に頼って生き延びている産業にとって、干ばつとコストは大きな負担であり、気候変動はこれらの問題をさらに悪化させるﾃであろう。
「農家が灌漑用の淡水の量を損なうことなく安価に生産できる持続可能な方法を提供することで、コスト削減、炭素排出の緩和、農業生産の確保を支援し、最終的にはその恩恵を消費者に還元することができる。
「アメリカとイギリスは他のほとんどの国よりも安定し、多様化した送電網を持っているが、それでも化石燃料に依存している。農業などのエネルギーを大量に消費する部門から化石燃料を排除することで、ネットゼロへの移行を加速することができる。
「我々の次のステップは、この低コストの技術を廃水処理や、海洋をよりアルカリ性にして大気中の二酸化炭素の吸収を助けるアルカリ生成など、他の分野に適用することである。このアプローチを採用することで、農業の脱炭素化だけでなく、環境と気候のよい広範な利益も得られる。」
