海水から真水を作ると、同じ量だけ毒の塩水が残る — それを出さない太陽光装置の話
海水を真水に変えると、ほぼ同じ量だけ「海より濃い水」が生まれる。塩分も薬品も凝縮した、生き物に有害な排水だ。その厄介者をほとんど出さずに飲み水を作る仕組みを、研究チームが電気も使わず太陽光だけで動かしてみせた。
真水1リットルの裏で、捨てられている水がある
海水淡水化、と聞くと「海はいくらでもあるんだから、そこから飲み水を作れば水不足は解決」と思える。中東の都市やリゾートが現にそうしている。ただ、その裏側はあまり語られない。
海水から塩を抜いて真水を取り出すと、抜いた塩はどこかへ行くわけではない。残った水に濃縮される。結果として出てくるのが「ブライン」と呼ばれる、海水よりずっと塩辛い排水だ。多くの場合これはそのまま海へ戻される。
ブラインは塩分が高いだけではない。重い水なので海底に沈んでたまり、酸素を奪う。前処理で混ぜた薬品も一緒に出る。淡水化プラントの排水口の近くでは、海草や底生生物が減るという報告がいくつもある。飲み水を増やすほど、海の一角が痩せていく。この交換条件が、長年この技術の地味な弱点だった。
塩で詰まる、という素朴で致命的な問題
電気を大量に使う逆浸透膜の方式とは別に、「太陽の熱で海水を蒸発させ、湯気を冷やして真水を集める」という素朴なやり方がある。原理は理科の実験そのもので、電気もポンプもいらない。災害時や電気の通っていない地域にこそ向いている。
だが、ここに昔からの落とし穴がある。水だけが蒸発して塩が置き去りになるので、装置の表面に塩の結晶がこびりつく。こうなると光を吸う部分が白く覆われ、効率が一気に落ちる。掃除しないと使い物にならない。手間がかかるから普及しない、という堂々巡りが続いていた。
蒸発させればさせるほど塩が詰まる。淡水化の太陽熱方式は、この一点でずっと足踏みしていた。
ヒントは、海そのものの動き方だった
マサチューセッツ工科大学(MIT)などの研究チームが2023年に学術誌『Joule』で報告した装置は、この詰まりを正面から解こうとした。彼らが手本にしたのは、海そのものの動きだ。
本物の海では、温かい水と冷たい水、塩辛い水と薄い水の密度差で、水がゆっくり循環している(熱塩循環と呼ばれる、海洋の大きな対流のこと)。研究チームは手のひらに乗るサイズの装置の中に、これと同じ「水がぐるぐる回る流れ」をわざと作り込んだ。太陽で温められた海水が対流で回ることで、濃くなった塩水が表面にとどまらず、下へ流れて装置の外へ押し出される。
塩が一か所に居座らないから、結晶がこびりつかない。研究チームは、これまで詰まりやすかった高い塩分濃度でも、数百時間にわたって塩の付着なしで動き続けたと報告している。
| 方式 | エネルギー源 | 弱点 |
|---|---|---|
| 逆浸透膜(主流) | 電気(大量) | 電力コストと濃いブライン排水 |
| 従来の太陽熱蒸発 | 太陽光 | 塩の詰まりで効率低下 |
| 対流型の太陽熱装置 | 太陽光 | まだ装置が小さい |
電気を使わず海水から飲み水を作る装置、家に1台ほしい？
「水道水より安い」が現実になるまでの距離
夢のある話だが、冷静に距離を測っておきたい。今あるのは研究室の中で動いた装置で、まだ小さい。家庭や村が使える量を安定して出すには、これを何倍にも大きくして、雨の日や夜、海水の汚れといった現実の条件で長く回す検証がいる。試算のコストも、量産して設置して初めて答え合わせができる数字だ。
それでも、この研究が面白いのは「捨てるしかなかったものを、構造の工夫だけで捨てずに済ませた」ところにある。新しい素材でも、強力な電源でもない。海の対流という、もとからある現象を箱の中に再現しただけ。発想の勝ちに近い。
あなたが蛇口をひねって当たり前に出てくる水は、世界では当たり前ではない。その当たり前を、太陽と、海そのものの動きだけで作れるかもしれない。次のニュースで「実証プラント」という言葉を見かけたら、この箱の話を思い出してほしい。
参考・出典
- Extreme salt-resisting multistage solar distillation with thermohaline convection (Jintong Gao, Lenan Zhang, Evelyn N. Wang, et al., 2023) — Joule (Cell Press)
- The state of desalination and brine production: A global outlook (Edward Jones, Manzoor Qadir, Michelle T.H. van Vliet, et al., 2019) — Science of the Total Environment
