新しい脱塩技術により、より多くの飲料水が得られます

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新しい、よりエネルギー効率の高い海水蒸留膜により、より多くの飲料水が生成され、塩分の排出が少なくなります。

Scientific American の記事。

世界の3分の1以上がすでに飲料水不足に苦しんでおり、2025年までにその割合は50％に達すると予想されている。海水の淡水化は、沿岸地域のコミュニティが地域の不足に対処するのに役立つが、そのプロセスには費用がかかり、残った塩水を海に戻すことになる。海には環境への影響があります。現在、新しいシステムにより、塩分濃度の低い排水でより多くの飲料水を生産できることが約束されています。

ニュージャージー工科大学（NJIT）の化学工学の特別教授であるカマレシュ・シルカー氏は、最大20パーセントの塩分濃度の塩水から飲料水を効率的に絞り出せる直接接触膜蒸留（DCMD）システムを考案したと述べた。（約25パーセントを超えると、膜蒸留システム内の溶液から塩が析出し、膜、ポンプ、ライン、その他のコンポーネントに損傷を与える可能性があるとシルカー氏は言います。）

通常の海水の塩分濃度は約 3.5% であるため、新しいシステムでは同じ海水を数回再処理できることになります。「より少ない残留物でより多くの水を回収できます」とシルカー氏は言う。

Sirkar のシステムでは、加熱された海水が、多孔質でありながら疎水性の繊維でできた一連の中空管が張られた膜を通って流れます。つまり、浸透圧で移動できるのは水蒸気だけです。冷たい蒸留水が各チューブを海水の方向と垂直な方向に流れます。加熱された海水と冷たい蒸留水との温度差により、チューブ上に蒸気が発生します。この蒸気は細孔を通って拡散し、チューブ内で再び凝縮し、冷たい蒸留水の流れに加わります。塩はチューブを通過できず、運び去られてしまいます。サイクルごとに、より多くの淡水が取り出され、より高濃度の塩水が残ります。

シルカールが最近特許を取得したシステムは、海水100リットル当たり約80リットルの飲料水を供給できるという。シルカー氏によると、圧力を利用して海水を塩濾過膜に強制的に通過させる同様の逆浸透システムでは、同量の海水から 41 リットルが回収されるという。

膜蒸留の利点には、塩分濃度が非常に低い飲料水を生成できることが含まれます。さらに、海水は摂氏 30 度から 100 度の範囲の温度で蒸留できるため、通常、脱塩に必要な熱量が削減され、エネルギーの節約になるとシルカー氏は言います。長期間使用すると、一般的な膜の効率が低下する可能性がありますが、Sirkar 氏によると、彼のシステムは高多孔質シリコーン - フッ素ポリマーコーティングの極薄層を追加して膜の寿命を延ばします。フッ素原子を含むポリマーであるフルオロポリマーは、海水に含まれる溶媒、酸、塩基に対して高い耐性を持っています。淡水化による環境への影響については、濃縮塩水を海に投棄することで海洋生物に「最小限の」影響を与えるとシルカー氏は言う。同氏はさらに、「海水は非常に体積が大きく、乱流が多く、[塩水を] 非常に早く希釈してしまう。」と付け加えた。

膜蒸留に問題がないわけではありません。膜の両側の水の温度が均一になるのを防ぐために、安定した安価な熱源が必要であり、蒸発/凝縮プロセスが妨げられます。 DCMDが実用化されるためには、より使いやすく、よりコスト効率が高く、陸上の工場や海洋掘削作業などの場所から発生する廃熱など、利用可能な熱源を活用できる必要があるとシルカー氏は言う。

膜は改良されてきていますが、逆浸透はより一般的であり、1960 年代後半から淡水化プラントで使用されています。逆浸透技術の最近の改良（カーボンナノチューブから作られたより効率的な膜や、エネルギー消費とコストを削減しながら出力を高めるエネルギー回収デバイスなど）により、カリフォルニア州サンドシティのような小規模なコミュニティでも実行可能な選択肢になりました。人口は 350 人未満のモントレー半島にあります。

淡水化にどの技術が使用されるにせよ、価格は依然としてワイルドカードであり、施設の建設と維持、プロセスの実行、海水の流入と脱塩水の輸送に必要なエネルギーのコストに依存します。 WateReuse Association による最近の調査によると、海水淡水化プロジェクトのコストは 3,785 リットルあたり約 2 ドルから 12 ドルまで大きく異なります。 1 日あたりの生産量が 380 万リットル未満の小規模な設備は、大規模施設と同じ規模の経済を活用できないため、そのコスト範囲の上限にあります。

その結果、3月にパブリックコメントの草案として発表された米国環境保護庁の「2012年国家水計画戦略：気候変動への対応」報告書では、淡水化は目立った扱いになっていない。 (pdf) 報告書は、「脱塩はエネルギーを大量に消費し、処理で発生する廃塩水の処分に伴うリスクと費用が発生する可能性がある」と述べています。それでも、当局は、時間の経過とともに海面が上昇すると、沿岸の淡水帯水層への塩水の侵入が増加する可能性があることを認めており、淡水化はこれらの帯水層を確実に利用可能な状態に保つための方法の1つであると指摘している。

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この記事はもともと、2012 年 5 月 22 日に Scientific American に掲載されました。

海を一滴一滴浄化する 2010-Mar-21

水: ひとつまみの塩による浄化 2008-Mar-19

水、どこにでも水 2000-Jan-27

転載と許可

Greenemeier, L. 新しい脱塩技術により、より多くの飲料水が得られます。自然 (2012)。 https://doi.org/10.1038/nature.2012.10702

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発行日: 2012 年 5 月 23 日

DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2012.10702

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