アクア・イノベーション拠点(COI) 第6回シンポジウム ~造水・水循環システムの革新に向けて~産学官金融連携

アクア・イノベーション拠点(COI) 第6回シンポジウム ~造水・水循環システムの革新に向けて~

COI-1.jpg
COI-2.jpg

(左から)濱田 州博 信州大学長、松尾 泰樹 文部科学省科学技術・学術政策局長、佐藤 順一 ビジョナリーリーダー

 アクア・イノベーション拠点(COI)と信州大学が主催する第6回シンポジウムが12月21日にイイノホール&カンファレンスセンター(東京都千代田区)で開催され、水・膜関係者ら約220名が出席しました。2013年から9年間となる本プロジェクトは6年目を迎え、フェーズ3開始目前の開催となった今回は、さらなる研究加速のため他分野との連携についての議論もひとつの目的として行われました。開会挨拶に濱田州博学長、来賓挨拶に文部科学省科学技術・学術政策局の松尾泰樹局長、佐藤順一ビジョナリーリーダーからお言葉をいただき、続いて特色ある成果を得た今年のプロジェクト報告、招待講演、社会実装への期待を議するパネルディスカッションが行われました。また、並行してポスターセッションによる成果の技術マッチングも実施されました。最後に中村宗一郎理事より、プロジェクトのますますの発展に向けた協力を依頼する閉会挨拶がありました。

・・・・・ 信州大学広報誌「信大NOW」第115号(2019.1.31発行)より
※イラスト提供:エイブルデザイン

COI-4.jpg
COI-5.jpg

概況報告
~革新的な造水・水循環システムの実現と地球規模での展開~

COI-6.jpg

ポスターセッション、概況報告の様子

COI-7.jpg

 研究概況報告に先立ち、今年4月からプロジェクトリーダー(PL)を務める都築浩一氏(日立製作所)からプロジェクト概要についての説明がありました。水需要の増加と気候変動の影響により、このままでは2050年に世界の50億人が水に不自由になる危機感を示し、本プロジェクトの成果である水処理膜の技術革新が一層、重要になることを示しました。本プロジェクトの成果により、海水淡水化プラントの電気代や建設費等でコスト削減ができ、従来技術と比較して造水コストの3~4割削減が可能となるとの期待を述べました。「来年度からは社会実装のステージに入り、ウォータープラザ北九州で実証試験を開始する。実績の上に知識や新事業を創造していくイノベーションプラットフォームも構築していきたい。そのためのプレ討論会も準備している」(都築PL)。
 概況報告では、若手を含む6名の研究者から発表がありました。はじめに遠藤守信研究リーダー(RL)より「ナノカーボンを用いたRO膜の新機能と応用」と題して報告がありました。カーボン膜の歴史と変遷についてや、カーボンナノチューブ(CNT)を加えたポリアミド(PA)の複合膜を開発して特許を取得したこと、その高い基本性能(透水・脱塩)と優れた表面耐汚濁(耐ファウリング)性について解説がありました。複合膜調整のエンジニアリング技術と分子レベルの材料科学に計算科学を融合させて、広範な汚れ物質(有機物質や無機スケーリング等)に対して付着しない膜のメカニズムの証明ができたと語りました。さらに新しいセルロースナノファイバーを使った膜による工業利用水、純粋なカーボン膜の食品分野での応用、汚れが付かないモジュール部品(スペーサ)への展開、アンダーワンルーフの企業連携による大学では珍しい大型製膜装置なども紹介しました。「企業の利益を生み出すと同時に社会に役立ち、イノベーションの創出によって環境と水に世界規模で貢献できることを大きな目標として邁進したい」(遠藤RL)。
 その後、前田瑞夫氏(理化学研究所主任研究員)から「分離膜の分析・評価方法」と題して、シミュレーションと振動分光の組み合わせの成果の報告、手嶋勝弥教授より「安全な水を創る信大クリスタル」と題して、金属イオン吸着除去の結晶材料を利用した簡易型浄水ボトル「NaTiO(ナティオ)」の紹介、木村睦教授は「表面重合膜の開発」と題し、パリレンという高分子の透水性評価と医療応用の可能性の報告、中屋眞司教授は「タンザニアの水環境と水のフッ素汚染調査」と題して、地学的見解と水源に含有されている高濃度フッ素の現地調査の結果を説明しました。
最後にCOI-S研究リーダーの高橋桂子氏(海洋研究開発機構センター長)より「水大循環メカニズムと活用」と題して、シミュレーションによる地球温暖化での水循環と利用法の変化の報告、膜利用におけるメカニズム解明への協力についても報告されました。
 信州大学COI拠点の水研究を中心とした連携の輪が広がり、オールジャパンの産官学連携によるイノベーションプラットフォームが構築されつつある手応えが感じられる概況報告となりました。

COI-8.jpg

(左から)都築 浩一プロジェクトリーダー 株式会社日立製作所、遠藤 守信研究リーダー 信州大学特別特任教授、前田 瑞夫理化学研究所 前田バイオ工学研究室 主任研究員、手嶋 勝弥サブ研究リーダー 信州大学教授、木村 睦サブ研究リーダー 信州大学教授、中屋 眞司信州大学教授、高橋 桂子COI-S研究リーダー 海洋研究開発機構 地球情報基盤センター長

PROGRAM

12:00~13:00 ポスターセッション
13:00~13:15 開会挨拶・来賓挨拶
13:15~15:15 第一部 研究開発の概況報告
プロジェクト説明 都築 浩一

研究開発の概況報告
・「ナノカーボンを用いたRO膜の新機能と応用」 遠藤 守信
・「分離膜の分析・評価方法」 前田 瑞夫
・「安全な水を創る信大クリスタル」 手嶋 勝弥
・「表面重合膜の開発」 木村 睦
・「タンザニアの水環境と水のフッ素汚染調査」 中屋 眞司
・「水大循環メカニズムと活用」 高橋 桂子

15:15~15:35 休憩・ポスターセッション

15:35~16:35 第二部 招待講演
・「海水淡水化の現況と今後」 岩橋 英夫 氏
・「水の再利用―広がる役割と課題」 田中 宏明 氏

16:40~17:40 第三部 パネルディスカッション
「新しい分離膜の水処理・社会実装への期待」
 モデレータ:上田 新次郎
 パネリスト:岩橋 英夫氏・田中 宏明氏・大熊 那夫紀氏・鍋谷 浩志氏・辺見 昌弘
17:40~17:45 閉会挨拶

招待講演
多様な分野における造水・再生水の社会実装の進展とSDGsの実現に向けて

 概況報告に続く第2部として、これから社会実装していく海水淡水化についての歴史と世界の現状を再確認し、水が豊富な日本での水問題への連携という観点で招待講演が行われました。三菱商事株式会社水事業部シニアアドバイザーで日本脱塩協会会長の岩橋英夫氏からは「海水淡水化の現況と今後」と題し、ビジネスの視点から、蒸発法からRO膜法へと変遷してきた海水淡水化の歴史と今後の展望が講じられました。大学時代から逆浸透膜の溶質(塩)の分離研究を重ね、1980年に三菱重工業株式会社に入社後は一貫して海水淡水化に従事してきた同氏の経験を踏まえ、海外(主に中近東)における海水淡水化プラントの歴史や最近の市場の動き、機器などの分野別の分析と事業の主体となるプレイヤーの変遷、市場のトレンドと日本の競争力との関係などが言及される中で「現在は世界規模で見るとRO膜による海水淡水化が78%を占め、そのうち中東が世界の市場の36%を占めている。海水淡水化に加えて、今後は水の再利用がさらに伸びると考えられることから、COIのRO膜はロバスト(頑強)性も高いため十分に市場に入り込む余地がある。ROプラントの価格競争力ということで、メガトンプロジェクトでは、可能な限り大型化・効率化を図るとともに、下水処理水
を利用して海水の塩分濃度を下げることで、コスト削減を進めてきた。しかし、20万トンくらいが最適とする試算もあることから、大きくするほど安くなるわけではないと思われる。以上も踏まえ、COIは産学連携に政府が支援をしながらつながっている手応えを感じている」という話がありました。
 続く京都大学大学院工学研究科の田中宏明教授からは「水の再利用―広がる役割と課題」として、世界的な水資源の量的不足と質的悪化、気候変動への対応における水の再利用の重要性と大学における研究開発や現場での展開、さらにその先まで考えた水の再利用の将来性が講演されました。世界で約80%の生活排水が無処理で河川に流出されている現状と、輸送コストも踏まえたエネルギー問題や環境への負荷削減も含めた水の再利用の有効性、米国やシンガポールをはじめとする世界での水の再利用の現状が語られる中で「水の再利用にあたっては、再利用のレベルと処理コストにはトレードオフの関係があること、再利用の用途によって何をどこまで取るかを考慮する必要がある。その技術開発を体系的に行う中で分離膜は非常に重食品分野への応用とZLDや水の再利用への期待、膜の新たな研究の方向性要である一方、分解や消毒効果をもつオゾンや紫外線(UV)処理との組み合わせなど、処理後も含めた別のアプローチも考える必要がある。沖縄南部の農業地帯では、単価の安いサトウキビに代わる果物や野菜などの農作物を栽培するための安全な灌漑用水の要求が高いが、水源がないことから、下水処理水をUF膜とUVを組合せて再生処理し、農業利用するという実証試験を行っており、市民の合意ができつつある。2年後を目処に本格的な事業化が実施される予定であり、さらに季節変動のない工業用水ネットワークも検討中で、そのためにはCOIのRO膜による水処理の簡素化が重要である。加えて国内のマーケットは限られるが国際的なニーズが高いため、世界で協力しながら国際規格化を推進している」といった現状と今後の展望が語られました。

社会実装に向けたパネル討論
専門家の討論から切り開く多様な分野での革新的RO膜への期待とその社会実装への道筋

1b0d14b7d73848ebfb58a2277d8eab9f.png

 さらに第3部として、上田新次郎エグゼクティブアドバイザー(EA)をモデレータに「新しい分離膜の水処理・社会実装への期待」と題したパネルディスカッションが行われました。パネリストは招待講演を行なった岩橋氏、田中教授のほか、造水分野から造水促進センター専務理事の大熊那夫紀氏、食品分野から農業・食品産業技術総合研究機構食品研究部門長の鍋谷浩志氏、COI拠点からは東レ株式会社の辺見昌弘サブプロジェクトリーダー(SPL)の5名が登壇し、新しい膜・材料と水科学への知見をもとに、造水・水循環システムの社会実装に向けて意見が交換されました。
 最初に上田EAからプロジェクト6年目の総括として水科学を総合的に解明していくCOIの特徴が提示され、それを踏まえた社会実装とイノベーションに向けた課題・現状・期待が各パネリストに投げかけられました。岩橋氏は「海水淡水化のマーケットは今後も中近東が中心になることは否めないとなると原油価格に非常に左右される一方で、水の再利用に的を絞ると状況は変わる。特にここ数カ月でRO法大型海水淡水化プラントの価格が大きく低下し、市場が新たな段階に入ったと感じており、膜のコストをかなり下げないとなかなか海水淡水化事業に加わることはできないと考えている。コストブレイクダウンの一例として、海水淡水化における電力コストは莫大なため、膜単価だけではなく膜自体の性能を向上することで電力コストが削減できる可能性は大きい」と今後の方向性を示唆しました。
 田中教授は技術的な観点から、水の再利用促進の課題として安全性と信頼性の問題があること、そのリスク評価のためのモニタリングの重要性、再生水の処理コストと輸送コスト、運転管理コストの問題と万一の際の複合的な対応を考える必要性を言及し、「最終的に再生水は利用者の信頼、信用、安心の確保が求められるため、技術的な信頼性と環境負荷の低減効果、オンラインの監視、利用者と周囲の合意形成が必要である。沖縄においてはUF膜を故意に切断して病原微生物の除去率を測定し、結果的に後段にUVをつけて対応している。こうした膜の健全性のモニタリングを通じたフェイルに対する注意は水の再利用では必要であり、かつ膜が非常に強いことが極めて重要」と伝えました。
 大熊氏は海水淡水化や排水処理の再利用の研究開発・調査事業を行っている造水促進センターの現在の水の再利用と国際標準化、さらには再生水の用途の広がりについて報告しました。今後、さらなる産業用水の需要が伸びるとのOECDの予測を受け「非在来水源である下水や排水、海水の活用が重要であり、膜の技術が有効。かつマーケットは急増しており、新しい膜で高フラックス化・耐ファウリング性・耐塩素性の3つが実現すれば海水淡水化や水の再利用分野に展開できる」と言及しました。さらに、近年世界で条例化が進んでいるZLD(ゼロリキッドディスチャージ:無排水化)や再
利用水の飲用化、医療分野への展開も期待できることを述べ、特に医療分野ではRO膜とUF膜の組み合わせでつくられる透析用水のマーケットは大きく、展開が期待できると語りました。また、日本の再生水技術の信頼性の向上に向けた再生水利用に関する規格・ガイドラインづくり、国際的な規格開発提案の状況なども紹介し、最後に再生水利用の話題提
供としてスウェーデンのビールメーカー・カールスバーグが下水再生水を使ったビールを製造し、即完売するほどの人気だったことに触れました。

食品分野への応用とZLDや水の再利用への期待、膜の新たな研究の方向性

COI-10.jpg

 鍋谷氏は食品産業における膜分離技術の利用は加熱を伴わないため品質や栄養価を維持できるといった特徴があることを紹介しました。そのひとつとしてチーズ製造過程で大量に廃棄されるホエー(乳清)は、かつては河川に放流され環境汚染の元凶となっていましたが、水溶性のタンパク質や乳糖、ミネラルを豊富に含むため、それぞれの成分を分類すれば母乳に近い育児用粉乳に転換できることから、現在は世界で排出されるホエーの60%以上が有効利用されており、同時に河川の汚染問題も軽減されている例を紹介しました。また最近の取り組みのひとつとして、採卵期間を終えた廃鶏のエキスからクレアチニンや塩分を除去して抗疲労物質・イミダゾールペプチドを製造することで廃鶏の有効利用を推進していることも伝えました。一方で水の再利用率が低い食品産業での利用率向上と、食料問題・環境問題・エネルギー問題を含めたSDGs全体への貢献を目指すことが語られ、「対象が幅広い食品分野は個別の対応が必要となるため膜メーカーにとって魅力的分野ではないと思われるが、食品産業の現状を理解いただいた上で一緒に仕事ができたら嬉しい」と今後への期待を語りました。
 辺見SPLは全膜製品を供給するメーカーとしてRO膜の用途と海水淡水化を中心に、研究開発の最近のいくつかのホットトピックスを紹介しました。その中で「海水淡水化におけるRO膜は大きな市場であるもののコスト削減要求は強くなっており、使用薬品の削減や運転圧力の低減、塩分除去率の向上という厳しい要求に対し、膜の技術だけではなく運転プロセスを理解した上での開発が必要である。また、ZLDはエネルギー消費も踏まえたプロセスのコラボレーションが必要で、ニッチな開発ではあるが重要なマーケットになると予測される」と報告しました。また、あまり知られていない鉱山用途の水利用においては、現状ですでに海水淡水化を利用しているものの莫大な送水コストが費やされていることから、今後は水の再利用や有価物回収が課題となることにも言及しました。さらにポリアミド(PA)における新たな研究としてエレクトロスプレーデポジション法(ESD法)の可能性を示唆した上で、「生物模倣技術としてアクアポリンを合成した研究が欧米を中心に再燃すると考えられることから、日本は決して安穏としてはいられない」と提言しました。

各分野における社会実装の可能性と市場性への期待、水科学の重要性を再確認

 全パネリストの報告・見解を受け、上田EAから質疑がなされました。岩橋氏には「造水コスト削減のポイントは造水タンク設備の小型化であり、回収率を上げることがメインの方向性であるか。またROプラントのエネルギーとして電力では限界があり、中東を主軸に考えると太陽光発電をプラントに直結する動きはないか」との質問が投げかけられ、「小型化により配管やポンプ等も小さくなることでエネルギー消費量も削減したいが、回収率をあげるためのRO膜の設計を考え、ロバスト性や脱塩性能の向上、多段化といったプロセス設計との協調が大事である。太陽光発電についてはすでに中東において相当量が進められているが、夜は発電しないため検討の余地がある。また中東においても環境問題は避けて通れないため、ZLDなどは常に関心をもって措置は講じておかないといけない」との回答が得られました。
 続く田中教授へは「飲料水と農業用水は要求される品質レベルが必ずしも異なるわけではなく、農業用水もある程度の処理やモニタリングが必要か」と質問され「使用用途により異なる。例えば沖縄では野菜とマンゴーと花卉を育てるための農業用水が求められており、病原菌が含まれた再生水で手を洗浄すると感染の可能性が出てしまう。つまり、再生水の使用頻度と浴びる量が問題であり、飲用でも水道直結か河川への放流かで品質レベルが変わるため一概には決められない。しかし最近は数量化・基準化が進んでいる」との回答が得られました。
 大熊氏へは「ZLDによる環境負荷軽減は企業の責任として再生水とは別に考えていく範疇ではないか」との質問がされ、「下水処理水の再利用は水源の確保に主眼が置かれているが実際のマーケットはインフラ系である一方、ZLDは環境負荷軽減が主眼であり、マーケットは産業系が主体である。特に産業系において膜の技術はオペレーションを自動化できることに加え、耐ファウリング性や耐塩素性をもつ新しい膜が開発されれば膜の洗浄といったメンテナンス性の向上も図れ、膜のマーケットはさらに広がると考えられる」との見解が述べられました。
 鍋谷氏に対しては「栄養物質分離となるとMF膜やUF膜よりさらに孔径を細かく制御することで用途が広がる可能性はないか」との問いかけがあり、「分離の精度が向上すれば用途がより広がる可能性もあるが、食品の場合は各成分が高濃度かつ種類も幅広いため、ファウリングは透過流束だけではなく分画分子量にも影響を及ぼすので、膜本来の精度が向上しても食品処理において性能の発揮が難しい。膜の操作条件の検討や最適化も精度向上とともに必要である」との回答が得られました。
 討論の最後には質疑応答が行われ、一般参加からの質問に対し参画企業の参加者から応答が見られるなど活発な議論が交わされ、COI拠点の今後の展開への期待の高さがうかがえました。
 これまでの6年間で開発してきた革新的な技術の社会実装に向けたフェーズ3を目前に、より一層の研究開発と課題解決に向けて、プロジェクトの結束と士気が高まるシンポジウムとなりました。

COI-9.jpg

(左から)上田 新次郎 エグゼクティブアドバイザー 信州大学特任教授、岩橋 英夫 氏 三菱商事株式会社 日本脱塩協会 会長、田中 宏明 氏 京都大学大学院 工学研究科 教授、大熊 那夫紀 氏 一般財団法人造水促進センター 専務理事、鍋谷 浩志 氏 農業・食品産業技術総合研究機構 食品研究部門長、辺見 昌弘 サブプロジェクトリーダー 東レ株式会社 理事

ページトップに戻る