淡水と海水の混合からエネルギーを利用する技術を研究者が開発
Researchers Develop Technology to Harness Energy from Mixing of Freshwater and Seawater
By Scott Snowden
Forbes 2019.07.30
カリフォルニア州スタンフォード大学の研究者達は淡水と海水の混合から発生するエネルギーを利用できる手頃な価格で耐久性のある技術を開発した。アメリカ化学協会のACS Omegaに最近発表された論文の概要で、彼等はこの“ブルーエネルギー”は海岸の廃水処理施設をエネルギーに依存しないものにできることを示唆している。
廃水処理と脱塩は世界で最も重要な産業にまもなくなる。
“ブルーエネルギーは限りなく、利用されていない継続的なエネルギー源である、”とスタンフォード大学の土木と環境工学の博士課程修了後の学者であり研究共著者であるクルスチャン・ドゥブラフスキーは著述で言った。“我々の蓄電器は膜、稼働部、あるいはエネルギー入力のないそのエネルギーを実質的に取り込むことに向けての大きな一歩である。”
研究者達は蓄電池の試作品をテストし、Palo Alto Regional Water Quality Control Plantからの廃水流出とHalf Moon Bay付近から採取した海水とを交互に1時間ずつ交換させながらエネルギー生産量をモニターした。180回以上で蓄電池材料は塩分濃度勾配エネルギーの捕獲で97％の効率を維持した。
技術は淡水と海水が混合しているところではどこでも作動できるが、廃水処理プラントは特に価値あるケーススタディーを提供する。全アメリカ電力負荷の約3％を占めるので、廃水処理はエネルギー集約的である。その工程－地域の健康に欠かせない－は電力網停止に対しても脆弱である。廃水処理プラント・エネルギーを自立させることは電力使用や放出を停止するだけでなく、ブラックアウトに対して免疫を持たせられる－最近の山火事が大規模な停電につながったカリフォルニアのような場所で大きな利点となる。
ロサンゼルスのHyperion Water Reclamation Plantは沿岸廃水処理の事例である。
海水と混合する淡水1ｍ3当たり約0.65 kwhのエネルギーを生産でき－平均的なアメリカ家庭で約30分間の電力供給を十分に出来る。世界的に沿岸の廃水処理プラントから理論的に回収できるエネルギー量は約18 ギガワットで、年間1,700軒以上の電力を十分に供給できる。スタンフォード大学グループの蓄電池はブルーエネルギーを捕獲することに成功した最初の技術ではないが、圧力または膜の代わり蓄電池の電気化学を使った最初ある。大規模に作動できれば、技術はより簡単で強力でコスト効果のある解決法を提供するだろう。
工程は先ず蓄電池の電極から溶液中にナトリウム･イオンや塩化物イオンを放出し、電極から他の電極に電流を流す。その後、海水と流出廃水との急速な交換は電極にナトリウム･イオンと塩化物イオンを再び結合させることに導き、電流を逆転させる。先行投資や充電の必要なく淡水と海水の両方が流れている間にエネルギーが回収される。このことは、エネルギー投入の必要なく定常的に放電と充電をしていることを意味する。
出力を示す実験室テストは電極面積当たりまだ低いが、蓄電池スケールアップの可能性は前の技術よりもずっと可能性があると考えられる。設置面積が小さく、簡単で一定のエネルギーを生産でき、充電や電圧を制御するために膜や器機を必要としないからである。電極は色素や薬として幅広く使われているプルシアン・ブルーで作られ、1 kg当たり1ドル以下の低コストで、蓄電池や他の装置で実験的に使われている材料のポリピロールはバルクで1 kg当たり3ドル以下で販売されている。
2018年11月にMalibuを取り巻いたWoolseyの山火事は聖書の比率であった。
材料は比較的丈夫なので予備蓄電池はほとんど必要なく、ポリビニール・アルコールとスルホコハク酸コーティングは腐食から電極を守り、可動部品は全くない。スケールアップできれば、沿岸の処理プラントのために十分な電圧と電流を提供できる。余剰の電力生産は脱塩プラントのような近隣の産業運営にも回される。
“複雑な問題に対する科学的に簡潔な解決策である。スケールアップしてテストされる必要があり、地球規模でブルーエネルギーを指名する挑戦を提案していない－海に流れこむ河川－しかし、これらの進歩を促進させる良い出発点である、”とドゥブラフスキーは言った。自治体の廃水処理プラントで蓄電池の十分な可能性を調査するために、多くの蓄電池を同時に作動させてシステムがどのように機能するかを見るために、研究者達はスケールアップされた装置に取り組んでいる。
世界中で7.8億人以上の人々が基本的な飲料水供給にも欠いており、2025年までに世界人口の半分は水不足の地域に住むようになる。人口自身は2050年までに100億人に達すると見込まれており、先月発表された国連報告書によると、2100年までに驚異的な109億人になる。その上に、産業革命以来の人類によって引き起こされた地球温暖化は、過去2000年の間に並外れたものであることが判明した。地球の状態がより良くなる前に悪くなると言うことは当然の結論であり、この技術の有用性は明らかである。
