この記事は2024年3月12日に初掲載され、2024年4月15日に更新されました。
海水淡水化は安全でクリーンな飲料水へのアクセスを高めますが、そのプロセスはエネルギー集約的で高コストです。
イノベーションでは、波力やその他のエネルギー採取の形態を活用し、化石燃料への依存を減らし、海水淡水化による排出を抑制しようとしています。
世界経済フォーラムの「グローバルリスク報告書2024」によると、天然資源危機は世界的な長期的脅威の主要なものの一つです。
何十億もの人々は蛇口をひねるとクリーンな飲料水が出てくると期待していますが、他の何十億もの人々にとっては現実はそうではありません。
急速な人口増加、都市化、そして農業、産業、エネルギーによる世界的な水消費の増加により、水不足の脅威に直面する国が増えています。
淡水への需要の高まりに応える一つの解決策は海水淡水化であり、これは海水から塩分を取り除いて飲料水を生産することを指します。
このプロセスだけでは世界的な水危機を防ぐことはできませんが、世界中でより多くの人々にクリーンで安全な飲料水へのアクセスを提供する上で、重要な役割を果たすことができます。
将来の水危機
水不足は、特定の期間において水の需要が利用可能な供給量を上回る場合に発生します – 水インフラが不十分である場合、または制度が人々のニーズのバランスを取れない場合に発生します。
2022年には、22億人が安全に管理された飲料水を利用できませんでした。国連によると、そのうち7億人以上が基本的な水サービスを利用できない状態で暮らしています。
2030年までに、世界の淡水資源が40%不足する可能性があり、これに、現在の80億人から2050年までに97億人に増加する見込みの世界人口増加が重なると、世界は極端な水危機に直面することになるでしょう。
世界資源研究所のデータによると、サハラ以南のアフリカは、今世紀半ばまでに163%の増加が予測され、水需要の変化が最も大きくなると予想されています。これは、2番目に高い地域であるラテンアメリカの予想変化率の4倍です。
地球の表面の約3分の2は水で覆われており、海洋が地球上の全水量の96.5%を占めています。しかし、その塩分含有量のため、この水は人間が飲用するには適しません。ここで海水淡水化の出番となります。
淡水化の種類
淡水化には多くの異なる方法がありますが、その大半は、逆浸透法または多段フラッシュ法によって海水から塩分を除去します。
逆浸透法は、この2つの方法のうちより効率的です。このプロセスでは、フィルターとして機能する特殊な膜を使用し、海水がその膜を通過する際に塩分を遮断して除去します。ここでは、強力なポンプによって、純粋な水を抽出するのに十分な圧力を発生させます。
多段フラッシュ淡水化ではフィルターを使用しません。代わりに、海水を蒸気の熱と圧力の変動にさらすことで、水の一部が蒸発し（「フラッシュ」し）、水蒸気または淡水となり、副産物として塩分の多い濃縮塩水が残ります。
世界的な水の課題に対処するために、フォーラムはどのような取り組みを行っているのでしょうか。
どちらの淡水化プロセスも、高濃度の塩分を含む濃縮塩水を生成し、これが自然の水域に放出されると海洋生態系に脅威をもたらす可能性があります。
両方の方法による出力は清潔な飲料水です。しかし、塩分を除去することに加えて、淡水化プロセスは有機または生物学的な化学化合物も除去するため、生成された水が下痢やその他の病気を媒介することはありません。
波力を活用したイノベーション
逆浸透プラントは多段フラッシュプラントよりも効率的ですが、大規模な淡水化プラントは多大なエネルギーと保守を必要とし、建設および運営に費用がかかります。
運営に必要なエネルギーおよび関連する排出を削減することを目指し、多くの革新的な淡水化システムが開発されています。
波力を利用した淡水化技術であるOnekaは、そのようなイノベーションの一つです。海底に係留された浮遊ブイが、波力を利用してポンプを駆動し、海水をフィルターと逆浸透膜に通します。カナダの淡水化企業Oneka Technologiesによると、その後、淡水は自然の波の動きのみで動力を得て、再び陸地へと送水されます。
このシステムは、主に化石燃料の燃焼によって稼働する大規模な沿岸の淡水化プラントに比べて、いくつかの利点がありますが、機能するためには高い波が必要です。
同社によると、小型の浮体式ユニットは、一般的な淡水化プラントと比べて沿岸の土地を90%少なく必要とします。また、電力ではなく排出ゼロの波力に頼ることで、従来の淡水化プラントよりもエネルギー需要が少なく、排出量も抑えられます。
「淡水化施設は従来、化石燃料によって稼働しています」と、Oneka TechnologiesのチーフイノベーションオフィサーであるSusan Huntは、BBCに語りました。「しかし、世界はまさに転換点に達したと言えます。化石燃料による淡水化から脱却したいと考えています。」
Oneka Technologiesのファウンダー兼CEOであるDragan Tuticは、「私たちの使命は、海洋を手頃で持続可能な水源にすることです」と付け加えました。
太陽光 – 低コストの水浄化
太陽光発電は、塩水を淡水の飲料水に変換するために利用されてきました。これは、ロンドンのキングス・カレッジの研究者が、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行ったものです。
特殊な膜の集合体が塩イオンを濃縮塩水の流れへと導き、飲用可能な淡水を残します。このシステムは、生成される飲料水の量を損なうことなく、変動する日射量に対応します。
研究者によると、このプロセスは従来の淡水化方法より20%安価であり、発展途上国での飲料水供給の取り組みを後押しする可能性があるとのことです。
オランダのスタートアップであるDesolenatorは、世界経済フォーラムのイノベーションプラットフォームであるUplinkの支援を受けており、コミュニティや企業向けの低コストの「水のサービス」モデルにも太陽光発電を利用しています。
同社によると、この技術は膜や有害な化学物質の使用を避けており、顧客は超純水、純粋な飲用水、またはカスタマイズされた再ミネラル化水など、ニーズに合った特定の水の種類を選択できます。
各モジュール式プラントは、1日最大25万リットルの淡水を生産でき、水不足地域の水の安全保障の向上に貢献します。
「当社は100%太陽光発電で運営しており、有害な化学物質も使用していません。現在、ゼロ液体放出の構築に取り組んでおり、これにより当社は世界で初めて完全に循環型の太陽光淡水化技術となります」と、Desolenatorの共同創業者であるAlexei Leveneは述べています。
「当社は廃棄濃縮塩水を取り出して塩に変えるため、環境に何も戻ることはありません。これは導入可能な分散型技術であり、現存する中で最も持続可能な淡水化アプローチになるでしょう」と彼は述べています。
天然資源危機の回避
水不足のような天然資源危機は、世界経済フォーラムの「グローバルリスク報告書2024」において、今後10年間に世界が直面する上位10の脅威の一つとして挙げられています。
現在、淡水化プラントは、高温の気候と活況で技術的に先進的な経済を持つ中東などの地域で利用されています。しかし、従来の淡水化プラントのエネルギー集約的な性質と高コストが、広範な普及の障壁となっていると報告書は述べています。
しかし、淡水化プラントの運営に必要なエネルギーを削減し、その運営に伴う温室効果ガス排出を減らすイノベーションは、この状況を変え、水の課題に直面しているコミュニティの淡水へのアクセスを向上させる可能性があります。
