原発6基分の潜在力「浸透圧発電」とは

原発6基分の潜在力「浸透圧発電」とは
海水と淡水を使った実証実験に成功
2011年9月13日　日経ビジネスONLINE

詳細は、リンクを参照して下さい。

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　2011年8月9日、東京工業大学、協和機電
工業、長崎大学は、濃縮海水と下水処理水
を使った浸透圧発電に成功したと発表した。
　3年後の商用化を目指している。

　水は通すが塩分は通さない「半透膜」で
淡水と塩水を仕切ると、濃度の高い塩水側
に淡水が移動する。

　浸透圧とは、この時に発生する水圧の
ことだ。
　そして、この水圧を使って水流を発生
させ、タービンを回すことで発電しよう
というのが、浸透圧発電である。

　再生可能エネルギーへの関心が高まる中、
その1つとして、大きな可能性を秘めて
いる。

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「仮に、日本中の海水と淡水が混ざり合う
場所すべてにこの発電装置を設置したと
すれば、原子力発電所5、6基分の電力量に
相当する500万～600万キロワットを
まかなえる」

　こう試算するのは、東京工業大学の
谷岡明彦教授だ。

　現在、谷岡教授らが、水処理プラント
メーカーの協和機電工業、長崎大学と共同
で取り組んでいるのが、「浸透圧発電」
プロジェクトである。

　実は、浸透圧発電を最初に提案したのは
イスラエル人で、1976年のことだった。
　日本でも1980年代に浸透圧発電を研究
する人が現われた。
　発電には成功したものの、実用化には
至らなかった。

　濃縮海水と淡水との間の最大浸透圧は
約60気圧ある。
　この半分の30気圧で、300メートルの
落差がある水力発電所に匹敵する力が
得られる。
　しかし、当時、関係者らは研究開発に
見合う成果は得られないと考えていた。

　「2005年に浸透圧発電に関する研究内容
を論文にまとめて発表した。
　しかし、あまり興味を示してもらえ
なかった。
　そんな中、NEDOの方が強い関心を示し、
助成してくれたおかげで、実証プラントの
構築までこぎつけることができた。
　さらに、福島県の原発事故が契機
となって、多くの人が関心を寄せてくれる
ようになった」と谷岡教授は話す。

　とはいえ、半透膜で濃縮海水と淡水を
仕切るだけでは浸透圧を一定に保つことは
できない。
　濃縮海水の水槽に流れ込んだ淡水
によって濃縮海水の塩分濃度が低下し、
浸透圧が下がってしまうからだ。

　浸透圧を一定に保つには、水力発電所
で絶えず水を流し続けるのと同じように、
濃縮海水と淡水を供給し続ける必要が
ある。そして、その際、重要なポイントと
なるのが、濃縮海水をどれくらいの圧力で
供給すればよいかということだ。

実際、谷岡教授が計算してみたところ、
濃縮海水側の圧力を上げるに従って発電量
は増加し続け、ちょうど30気圧のところで、
最大発電量となった。

　谷岡教授は、NEDOの助成の下、
協和機電工業、長崎大学と共同で、2009年
に福岡市の大型海水淡水化施設に
浸透圧発電の実証プラントを完成させ、
2010年7月から実証試験を開始した。
　そして、今年8月、発電を確認したので
ある。

　谷岡教授らが構築したのは、海水淡水化
施設で排出されている1日3万トンの
濃縮海水のうちの500トンと下水処理水
500トンを使った浸透圧発電システムだ。

　浸透圧発電であれば、火力発電や
原子力発電のような燃焼の工程が全くない
ため、大都市近郊でも設置がしやすく、
CO2排出量も少ない。
　また、太陽光発電や風力発電のように
天候などに左右されることもない。

　谷岡教授の見積もりによれば、
発電コストは、濃縮海水と淡水との間では、
1キロワットアワー14円、海水と淡水との
間では1キロワットアワー18円程度になる
とのことだ。
　「これは、太陽光発電よりも約40円安く、
風力発電と同程度の金額だ」と谷岡教授は
語る。

　実は、海外でも浸透圧発電システムの
研究開発が進み始めている。
　特に、日本の1歩先を行っているのが、
北海油田の枯渇に強い危機感を抱いている
ノルウェーだ。
　2009年、世界で初めて浸透圧発電システム
の稼働を開始した。
　ほかにも、最近では、米国や
シンガポール、韓国、中国などが研究開発
を始めている。

　「いずれも基本的な仕組みは同じだ。
　その中で、日本の優位性はやはり半透膜
にある。日本には、東レや東洋紡など
半透膜に関する高い技術力を持つメーカー
が揃っており、ノルウェーなどは半透膜を
わざわざ日本から調達しているくらいだ」
と谷岡教授は説明する。

　そして今後、発電量を向上させるための
課題もまた半透膜にあるという。

　今回、谷岡教授らが確認した浸透圧発電
システムの発電量は3.7キロ～5.6キロワット
で、機器の使用電力を差し引いた正味発電量
は1～2キロワットにとどまっている。
　谷岡教授が同システムで計画している
発電量は7.7キロワットで、そのためには、
浸透圧が低下しにくく、しかも、より安価
な半透膜の開発が避けられないと考えて
いる。

　現在、浸透圧発電システム専用の半透膜
というものは世の中には存在していない。

　そのため、同プロジェクトでは、東レや
東洋紡が開発した「逆浸透膜」を利用して
いる。これは、地球規模の水不足や
水質汚染の解消を目的に、不純水に圧力を
かけて真水を取り出すために開発された
半透膜だ。

　浸透圧発電の場合、水は淡水槽から
濃縮海水槽へと移動する。
　しかし、逆浸透膜は、不純水槽に圧力
をかけ、濃度が高い水槽から低い水槽へ
移動するように設計されている。
　つまり、水が移動する方向が逆なので
ある。
　そのため、逆浸透膜を浸透圧発電に
利用すると、コスト高になってしまう。

　また、現在、同発電システムでは、
淡水に下水処理水を利用している。
　そのため、下水処理水に含まれる
細かいゴミやプランクトン、バクテリア、
藻類などが半透膜に付着してしまい、
それが浸透圧低下の原因になっている。
　とはいえ、下水処理水から不純物を
取り除くには電力を要する。
　それでは本末転倒になりかねない。

　そのため、谷岡教授は商用化に向け、
今後、下水処理水など多少不純物を含む
淡水でも浸透圧が低下しないような
半透膜を開発していく計画だ。

　「半透膜の穴の大きさや塩分を通さない
度合い、膜の強度などを抜本的に見直す
ことで、浸透圧発電システムに特化した
半透膜を開発し、国際競争力を強化する」
と谷岡教授は語る。

　加えて、現在、転用している水力発電用
のタービンに関しても、浸透圧発電システム
専用のタービンを開発していく予定だ。

　「再生可能エネルギーへの関心が高まる
中、1日も早い商用化に向け、研究開発を
加速させたい」と語る谷岡教授。
　今後、大型の海水淡水化施設の多い
海外での展開も視野に入れている。
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おもしろそうですね。
出力が変動しないと言うのも良い。

まだ、実用化にはほど遠いようですが、
狙っているような価格で発電できるようなら
魅力ありですね。
頑張ってください。

うまくいけばすばらしい発電方法だと思う。