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塩分濃度差発電とは?

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塩分濃度差発電は、

海洋の塩水 と 河川 などの淡水間に生じる塩分濃度の差を利用し、

混合エントロピー変化を電力に変換していく発電方法です。

 

このように海水と淡水、

2種類の水が近接する場所では浸透圧を利用して電気を作り出せる可能性があり、

こうした場所、

つまり河口などは世界各地にたくさん存在していますので、

研究が進めば身近なエネルギーとなるかもしれません。

 

環境に優しい再生可能エネルギーの研究は様々な分野で進められていますが、

この塩分濃度差発電も地球に優しく、

また太陽光や風力といった発電方法と違い天候に左右されることがありませんので、

実用化がされれば安定した電力を賄うことが期待できます。
また熱を発生させない為、CO2削減の面でも大変優れています。

 

・塩分濃度差発電の仕組み

塩分濃度差発電は1973年に発明がされました。
海水と淡水間に存在する塩分濃度差を利用して発電を行いますが、

その中でも発電方法は2種類あり

「浸透圧発電」 と 「逆電気透析発電」 に分かれます。

 

それでは、まず「浸透圧発電」ですが、

こちらの主な仕組みはまず海水と淡水を膜で仕切ります。
この膜は、

水は通過できますが、

塩分は通過出来ない半透膜という特殊な膜となっており、

仕切られた膜を通して塩分濃度の高い海水側に淡水が移動する浸透現象が起こります。
移動の際には圧力が生まれますので、その力を利用してタービンを回し発電をしていきます。

 

「浸透圧発電」では、

水力発電では落差約300m相当が必要な圧力差を

わずか長さ1m程度の膜で実現させることが出来る為、

小規模な施設で大きな電力を作り出すことが期待できます。

 

「逆電気透析発電」では、

陽イオン交換膜と陰イオン交換膜の間に海水を供給した後に、

両端の電極に電圧をかけイオン交換をし、

脱塩水を行う「電気透析」に対し、

逆電気透析と呼ばれる逆の動作を行うことで

海水と淡水から電力を生み出すシステムとなっています。

 

 

・塩分濃度差発電のメリット・デメリット

塩分濃度差発電では多くのメリットがあります。

第一に海に面した河口に設置出来る為、発電可能な地域が幅広いこと。
また太陽や風などの影響を受けることが無い為、

24時間いつでも稼働することが可能です。
二酸化炭素や原発のような環境を汚染する廃棄物も出しませんし、

発電機器を堤防下に設置することが出来ますので景観を損ないません。
野生生物への影響も非常に少ないと言えます。

 

このように多くのメリットがあるのに

塩分濃度差発電があまり普及していない理由にはなにより

コスト面でのデメリットが大きいからです。

 

発電に使用する膜が高価になってしまう為、

この膜をもっと安く大量に生産することが出来ない限りは

普及させることは難しいと言われています。

 

逆に言えば、

今後膜の開発が進むことで、

一気に塩分濃度差発電の技術が発展することも考えられます。

 

 

・日本での取り組み

日本では、

2011年8月に東京工業大学、協和機電工業、長崎大学が共同で、

濃縮海水と下水処理水を使った「浸透圧発電」に成功したと発表をしました。

 

実際には、半透膜で 濃縮海水 と 淡水 を仕切るだけでは、

理想の浸透圧を保つことが難しく、

浸透圧発電でも水力発電所で常に水を流し続けているように、

絶えず濃縮海水と淡水を注ぎ続ける必要があります。

 

東京工業大学の谷岡明彦教授は、

その際に、濃縮海水側の圧力を 30気圧 に高めると

最大の発電量になることを発見し、

2009年には、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、

2010年7月から実証試験を開始し、発電を確認することに成功したのです。

 

谷岡教授は、30気圧の発見を元に、

もしこの発電装置を日本中の海水と淡水が混ざり合う地域に設置したとしたなら、

原発5.6基分の電力をまかなえると試算をしています。

 

今後の商用化をめざし、現在さらに研究を進めているところとのことです。

 

また、この塩分濃度差発電は、

ノルウェーでも注目され開発が行われていますが、

研究に必要不可欠な半透膜の製造において、

日本の日東電工、東レ、東洋紡の3社で

世界市場の60%を占有しているなど、

国内に半透膜に関する高い技術力を持つメーカーが揃っている為、

ノルウェーにおいても必要な半透膜を日本から調達しているそうです。

 

ですが、

この半透膜は浸透圧発電システム専用のものではなく、

「逆浸透膜」と呼ばれる不純水から圧力をかけることで

真水を精製する為のものが使用されています。

 

実は、この「逆浸透膜」は水不足や水質汚染の解消を目的にしたものである為、

海水と淡水を同じ水槽に入れ、

この膜を利用した場合、

濃度が高い水槽から低い水槽へと移動するように作られているのです。

 

これでは浸透圧発電システムとは逆の流れになってしまいますので、

利用は可能なものの高額なコストがかかってしまうのです。

 

もちろん、この問題にぶつかり諦めてしまった訳ではありません。
先ほども名前の出ました谷岡教授は、

今後塩分濃度差発電により適した新しい半透膜を開発していくつもりだそうです。

 

日東電工と100%子会社のHydranautics(本社 アメリカ)では、

ノルウェー国営の大手電力会社スタットクラフト社と、

浸透膜発電のパイロット機を2015年に稼働させることを目指し、

新規浸透膜発電の共同技術開発を締結したなど、

塩分濃度差発電、及び半透膜の今後の開発の行方から目が離せません。
【参考サイト】

佐賀大学 海洋エネルギー研究センター
http://www.ioes.saga-u.ac.jp/jp/ocean_energy/about_ocean-concentration_0

山口大学 比嘉研究室
http://piano.chem.yamaguchi-u.ac.jp/re_ene.html#1

日刊 温暖化新聞
http://daily-ondanka.es-inc.jp/news/2012/20120323_1.html

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港湾潜水技士 松山だいすけ

港湾潜水技士 松山だいすけ港湾潜水技士

投稿者プロフィール

1980年東京都稲城市生まれ。元動物看護士。
現役の港湾潜水技士であり、実業家。
『潜水士試験合格アドバイザー』
昨年12月に、横浜にてセミナー講演を行う。
■□■□■
 いつでもどこでも気軽に学べ、現役のプロダイバーが伝える、
どこよりもわかりやすいオリジナル『潜水士試験』教材を開発する。
 潜水士、インストラクターを目指す人に教えている。
資格取得後も、人材派遣の紹介で潜水士に限らず、他業種の仕事をあっせんをする等、幅広く活躍中。
 ダイバー関連雑誌取材紹介あり、ラジオ番組出演等あり。

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