砂漠の乾燥した空気から水を採取するシステムが誕生

地球上で最も乾燥した場所でも空気中には水分が含まれており、その水分を抽出する方法さえあれば人類はよりさまざまな環境で生存することが可能になります。この考えに基づき、マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者たちは空気中から水分を抽出するシステムを開発しています。

In field tests, device harvests water from desert air | MIT News
http://news.mit.edu/2018/field-tests-device-harvests-water-desert-air-0322

MITの研究者たちが開発している「空気中から水分を抽出するシステム」は、機械工学科のEvelyn Wang教授やゲイル・E・ケンドール教授らが研究を進めています。2017年4月に提唱したアイデアに基づき研究が進められており、共同研究者にはMITの元大学院生やカリフォルニア大学バークレー校の学生などもいます。同システムは既にアメリカ・アリゾナ州テンペにある非常に乾燥した土地の空気中から水分を抽出するための実地テストを行っており、一定以上の成果を挙げています。

Wang教授は2017年に提唱したアイデアについて、「初めは誇大宣伝であると多くの批評を受けました。しかし、新しく公開した論文では、前回提起されたアイデアに寄せられた質問の数々に対する回答をまとめています」と語っており、「空気中から水分を抽出するシステム」が空想のアイデアなどではなく実現可能なシステムであると主張しています。

Wang教授らが開発するシステムでは有機金属骨格(MOF)を持つ高表面積物質を用いて乾燥した空気中から水分を抽出します。現在広く知られている「空気中から水分を抽出する方法」は、空気中の湿度が50％を超える高い水準である必要があり、水分を結露させるための冷却に大量のエネルギーを必要とします。しかし、高表面積物質を用いるWang教授らの方法ならば、湿度が10％程度の乾いた空気からも水分を抽出することが可能です。乾いた空気中でも使えるシステムということで、砂漠などの乾燥した地域に安定して水を供給するための技術として期待されます。

2017年に「空気中から水分を抽出するシステム」に関する論文を発表した際、Wang教授たちの研究チームはボストンのローカルTVであるWCVB Channel 5の取材を受けており、この中でMOFを持った高表面積物質も紹介しています。表面積が大きく、スポンジのように空気中の水分をキャッチすることができるとのことです。

MIT researchers making water out of air - YouTube

Wang教授たち研究チームはアリゾナ州テンペにあるアリゾナ州立大学の屋上で試験装置を稼働させています。「乾燥した土地で実地テストを実施しており、実際に小露点でも水を収集することができることが確認されています」と、Wang教授はコメントしています。

なお、アリゾナ州立大学に設置された試験装置は太陽光のみで稼働しており、概念実証用の装置であったものの、1kgの高表面積物質で1日当たり4、5リットル以上の水を抽出することに成功しています。最適な材料を選択すれば、抽出効率は試験装置の3倍ほどに増強することができると研究チームは試算しているそうです。

また、研究チームが開発する方法は霧などから水分を抽出する方法よりも低湿度で使えるというだけでなく、摩耗する可能性のあるポンプやコンプレッサーといった可動部品を必要としないという利点もあります。特に、「低湿度ではあるものの、太陽光量が多い場所では完全に受動的に動作する」と、研究者のひとりであるHyunho Kim氏は語っています。さらに、研究チームの一員であるSameer Rao氏によると、「バイオマスや廃熱など、豊富な低品位熱源を利用して継続的にシステムを稼働させることも可能です」とのことです。

研究チームはシステムの拡張と効率化を目指しています。試験装置は数ミリリットルの水を生産するために設計されたものであり、あくまでも現実で構想したシステムが機能するかどうかを証明するために作られたものです。そのため、リットル単位で水を生成するためのシステムを開発することこそが、研究チームの次なる目標となっているとのこと。そして、最終的には個々の世帯に水を供給するのに十分な量を抽出できるようになることを目指すそうです。

また、研究チームが開発したシステムで抽出された水には不純物が混ざっていないことも明らかになっています。質量分析計を用いた試験では、「MOFから水に浸出するものは何もなかった」とWang教授。これは材料が非常に安定していることを意味し、高品質の水を得ることができるということでもあります。

カリフォルニア大学ロサンゼルス校で材料科学・工学の教授を務めるYang Yang氏は、「この技術は乾燥した気候での水不足問題を解決するための新しいアプローチを提供します。この技術は生産能力をさらに増やすことができれば南カリフォルニアなど、水が乏しい地域に真のインパクトを与えることができます」とコメントしています。