ハクソク

世界を動かす技術を、日本語で。

日本が初の浸透圧発電所を開設しました

274日前原文(theguardian.com)

概要

  • 日本初の 浸透圧発電所 が福岡市に開設
  • 年間約 88万キロワット時 の発電量を見込む
  • 24時間稼働可能な 安定した再生可能エネルギー
  • 世界で2例目、今後の 大規模展開 に期待
  • 技術課題 も残るが、膜技術の進歩で実用化が進展

日本初の浸透圧発電所：福岡市での取り組み

  • 日本初となる 浸透圧発電所 を福岡市南西部に開設
  • 世界で2例目の商用発電所、1例目は2023年にデンマーク・Mariagerで建設
  • 年間発電量 約88万キロワット時、一般家庭約220世帯分の電力供給
  • 発電した電力は 淡水化プラント の運転に利用、福岡市と周辺地域への淡水供給を支援
  • 24時間稼働が可能、 天候や時間に左右されない安定供給

浸透圧発電の仕組み

  • 浸透圧は、 半透膜 を介して濃度差を均一化しようとする水の自然移動現象
  • 発電所では、 淡水と海水 を半透膜の両側に配置し、海水側に圧力をかける
  • 淡水が海水側へ移動し、 圧力上昇 による体積増加を利用してタービンを回転
  • タービンが 発電機 と連動し、電力を生み出す仕組み
  • 福岡施設では、 淡水または処理水 と海水を使用、圧力差を最大限活用

世界での展開状況

  • 日本の福岡施設は 世界で2例目、デンマークのSaltPower社が1例目を建設
  • オーストラリア・UTS、スペイン、カタール、ノルウェー、韓国などでも 試験的導入
  • 日本の発電所は 規模が大きい が、運転容量はデンマークとほぼ同等
  • オーストラリアのUTSでは プロトタイプ 開発、コロナ禍で一時中断
  • 各国で パイロットプロジェクト や技術検証が進行中

技術的課題と進展

  • 拡大には エネルギーロス の克服が必要
    • 水の ポンプ輸送 や膜通過時の摩擦損失によるエネルギー減少
    • 純粋な発生エネルギーよりも 実際の回収量が小さい 現状
  • 膜技術やポンプ技術の進歩 で課題が徐々に解消
  • 福岡施設では、 淡水化プラントの副産物（高濃度塩水） を利用し、塩分濃度差を拡大
    • より多くのエネルギー回収が可能

今後の展望

  • 福岡の発電所は、 大規模商用化への道筋 を示す重要な実証例
  • オーストラリアでは、 政府支援があればプロトタイプ再開も可能
    • ニューサウスウェールズやシドニー周辺の 塩湖資源 の活用も視野
  • 再生可能エネルギーの新たな選択肢 として期待
  • 膜・ポンプ技術の進化 と実証成果の蓄積が、普及拡大の鍵

Hackerたちの意見

これは、海水から淡水と塩水を作るために淡水化プラントが使ったエネルギーの一部を回収するってことかな？

└

淡水化によって生成された塩水を希釈するのもあるよね。でも、これが本当に価値があるかは不明。別のコメントでも指摘されてたけど、低塩分の水源を処理して新しい水を作る方が、これを回避できるかもしれない。

JavaScriptなしでも読めるけど、画像がほとんどないね: https://www.independent.co.uk/climate-change/news/japan-osmo...

年間約88万キロワット時の電力を生成することが期待されている、100kWで、わかりやすい単位で。

└

*100%の稼働率を仮定した場合の平均100kW。

└

年間約8760時間の稼働が期待されている。

淡水から生成される電力は、さらに水を淡水化するために使われるエネルギーを相殺するのに十分かな？飲料水用にプラントを運営するために使われる淡水を処理して、淡水化する水を減らした方が効率的じゃない？

└

半処理された廃水をさらに処理する方が効率的な気がするけど、処理された廃水を貯水池に入れることには抵抗があることが多いね。

└

プロセスの最後に水を使って、どうせ混ざるだけなら、混合プロセスから無駄なエネルギーを取り出してるだけだよね。基本的に、新しい使用済みの水と高塩分の水はエントロピーが低い状態にあって、普通なら両方を海に捨ててエントロピーを増やすだけなんだけど。この場合は、制御された環境でエントロピーを増やすことを許可してるから、そのプロセスでエネルギーを取り出せるんだ。

ここで重要なポイントを説明できてないね。淡水化プラントと併設する理由は、淡水化から出る超塩辛い廃水を浸透発電所の塩側として使うからなんだ。それから、塩分が少ない廃水（例えば、半処理された下水）を見つけて、それを浸透発電所の淡水側として使う。最終的には、塩辛い廃水が部分的に希釈されるから、海に排出する際の環境への影響が少なくなるんだよ。

└

あなたのユーザー名の説明、17歳の俺に教えてくれ、ありがとう。

└

基本的に、これは初期の熱エンジンの再加熱器みたいなもので、熱の代わりに液体の勾配を使ってる。淡水化をより効率的にして、排水が生態系に優しくなるんだ。

└

ここで重要なポイントを説明しきれてないね。淡水化プラントと併設する理由は、淡水化から出る超塩分の廃水を、浸透圧発電プラントの塩分側として使うから。次に、塩分が少ない廃水（例えば、半処理された下水など）を見つけて、それを浸透圧発電プラントの新鮮な側として使うんだ。最後に少し触れてるけど：> 「日本のプラントは、淡水化プラントで淡水を取り除いた後の濃縮海水をフィードとして使っていることも注目に値する。これにより、塩濃度の差が増し、利用可能なエネルギーが増える。」そして「新鮮な」水も「処理された廃水」なんだ。これはいろんな意味を持つ可能性があるけど、ほとんどの場合、これは水処理プラントから環境に放出される水だよ。その質はきれいな水と同じくらい良いこともあるけど、ほとんどの自治体はそれをすぐに消費者に戻すことはせず、川や湖に捨てるんだ。

└

そう、これが一番クールな部分だよね。脱塩の残りのブラインは、普通はただの問題なんだ。海に戻すと海洋生態系に悪影響を与えるし、他に良い使い道もあまりない。（基本的に、まずは薄める必要がある。）でも、こうすることで薄めることで有用な作業が得られる！ 記事には、これが付随する脱塩プラントが必要とする以上の電力を生み出すかどうかは書いてないけど、そうだとしたら永久機関に近づくから、ちょっと疑わしいな。そうなると、実際には非常にエネルギー効率の良い脱塩プラントってことになるね。

ちょっと整理させてくれ：

  1. シャワーを浴びて、塩分のない廃水を出す。
  2. その廃水と淡水化プラントからの塩水が、このプラントで使える。
  3. 結果として、濃縮された廃水と塩分の少ない塩水、そして少しの電力が得られる。
  4. その電力は（部分的に）淡水化プラントを動かすのに使える。海水と塩水から新しい水を作る。
  5. 俺はシャワー用の新しい水を手に入れる。で、ステップ3の希釈された塩水は海に流されるの？それとも再度淡水化プラントを通すことができるの？ステップ3で廃水を濃縮することは、最終的な処理にも役立つのかな？
└

記事には「部分的に処理された廃水」って書いてあって、これは「海に捨ててもいいけど、飲むのはダメな水」って意味だと思う。基本的には、この部分的に処理された廃水を海に捨てる前に、脱塩プラントからの超塩辛いブラインと混ぜて、何か役立てる方法だと思う。得られる利点は、 - 無駄になるはずだった少しのエネルギー - ただのブラインよりも環境に優しい製品として海に捨てられること。誰かがこのシステムと完全に処理して再利用するのを比較するコストベネフィット分析をしてるんじゃないかな。

└

薄めたブラインは海に出ていく。以前の濃縮ブラインを捨てるよりも害が少なくて、その上で電力も得られるっていうボーナスがある。濃縮廃棄物は、残りの水を取り出すよりも処分されることが多いと思う。廃水処理プラントの結果みたいに扱うんだ。水を運ぶ必要がないように少し脱水するかもしれないけど、もう持ってる水以上を回収しようとはしないだろうね。

まだ発展途上の技術で、現時点では控えめな規模でしか使われていないが、他の再生可能エネルギーに比べて、24時間利用できるという利点がある。ここでの「いくつか」という表現と、記事に「原子力」という言葉がないことに気づいた。もちろん、原子力も24時間利用できる。ほとんどの読者は、日本の原子力との複雑な関係について何かしら知っているだろうし、その文脈を自分で補完できるだろうけど、私にはこれは驚くべき省略だ。

└

他の再生可能エネルギーもね。原子力は一般的に再生可能とは見なされていない。

└

原子力発電が大好きで、運転についても詳しいけど、でもね、 1) 高い。めちゃくちゃ高い。 2) 正しく運転しないと危険だし、商業的な利益を追求する人たちが何百も運営してるのは信用できない。 3) 環境に悪影響がある。ウランを採掘することから、燃料にするための全てのプロセスまで。 4) 使用済み燃料の解決策がない。太陽光や風力なら、基本的に#1、#2、#4を取り除けるけど、材料を採掘して処理する必要はある。まあ、原子力はニッチな用途には素晴らしいと思うけど、私たちのグリーンエネルギーの祈りの答えにはならないよ。

このフランスのスタートアップがマルセイユ近くにパイロット浸透圧プラントを持ってるよ： https://www.sweetch.energy/

水を無駄に使ってる気がするな。低塩分の水はほとんどリサイクルしやすいのに、ここでは小さな発電所のために無駄になってる。

└

脱塩の副産物として高塩分のブラインを使ってる。

└

福岡は水のアクセスが特に不足してるわけじゃなくて、ただ便利じゃないだけだよ。地域は湿気があって、雨が降る日が半分以上で、特に乾燥するのは年の4分の1くらいだけ。雨季には雨水を排出するための包括的なシステムもあるし。だから、廃水が年の半分から4分の3の間は余ってるけど、残りの期間には脱塩プラントのベースロード容量が必要だと思う。負の部分で普通の海水に切り替えられるかもしれないけど、年のほんの一部だけのために塩水や汽水を扱う追加のメンテナンスや清掃コストを考えると、あまり得策じゃないかもね。だから、その期間の損失を受け入れて、効率を上げたり、複雑さを減らしたり、運営コストを下げたりする方がいいんじゃないかな。

このエネルギーは無料じゃないよ。太陽光発電や風力発電は、装置の生産コストや建設費、送電費用を含むコストを反映してるけど、主なエネルギーの入力は実際の外部要因、つまり風と太陽に依存してるんだ。このシステムは、浸透圧の勾配を維持するために大量のエネルギーを使う必要がある。それには水を境界を越えてポンプで移動させることが必要なんだよ。エネルギーを消費しなきゃいけない。もし淡水化プラントや廃水処理を運営するなら、ほとんどのコストをどうしても使わなきゃいけないから、避けられないコストからエネルギーを回収してるってことになる。これは大きな違いだね。風力や太陽光は、太陽や天候からエネルギーを取り入れるけど、それは人間の支出とは無関係なんだ。これによって、消費したエネルギーの一部を取り戻すことができるんだよ、別の仕事をしながらね。仮に、非常に塩分の高い水が、塩分の少ない水の近くにあったとしたら、境界条件に達するために必要なエネルギーをかなり少なく抑えられるかもしれないけど、それはキロワットの話で、ギガワットやメガワットの話じゃないよね。こういう条件がある場所は、日照や風の条件も良いかもしれないし。