アクア・イノベーション拠点（COI）第8回シンポジウム（オンライン）産学官金融連携

　本プロジェクトは残すところ1年余り。開発した膜の最大の特長である「ロバスト性」を生かして社会実装を目指します。2015年9月の国連総会で採択された「我々の世界を変革する／持続可能な開発のための2030アジェンダ」は「人間」「繁栄」「地球」「平和」「パートナーシップ」の5つの要素で構成され、17のゴールを設定しました。1から6が人間に該当するもので、このうち水に関係するのは6番目。きれいな水を飲む、衛生的な環境で健康に暮らす－など人間が生きる上で基本的な部分に相当します。本プロジェクトにより、目標達成に寄与できることを願っています。

　県内には精密加工技術をはじめ国際的に優位な企業が集積しています。これらの企業がCOIの成果を取り込み、さらなる成長につなげられるよう県は支援しています。産学官連携の一層の活性化と産業創出に向かって取り組みが加速することを期待しています。

　世界に目を向けると、世界人口の40％以上に当たる36億人が水不足に瀕し、毎日何時間もかけて水汲みをする子どもたちがたくさんいます。こうしたグローバルな課題に解決策を出せるのがこの拠点です。世界の子どもたちや人々に水を通して笑顔を届けてほしいと思っています。

　当拠点では、きれいで安全な水が世界中の人々の生活を支える未来を実現するため、さまざまな研究開発を実践してきました。「海水淡水化」については、より環境に配慮した事業の展開に向けて実証を進めています。
　海外の地下水フッ素汚染に対応する研究では、フッ素除去やモニタリング技術の開発に取り組んでいます。20年度からは、水を使用する場所で浄化する「ポイントオブユース」や、新型コロナへの対応を研究テーマに加えました。
　北九州の実証プラントでは、カーボンナノチューブとポリアミドによるカーボン複合逆浸透（RO）膜（以下、信大開発膜）をモジュール化し、実海水を用いて淡水化の実験を進めています。卓越した耐ファウリング性（汚れにくさ）を有する信大開発膜の機能により施設の省エネ化や、使用する薬品の削減、海洋汚染の最小化を目指しています。
　新しい水処理技術に関する報告もあります。フラックス法による結晶技術で開発した無機吸着剤を用いて、汚染水から有害な重金属を選択的かつ高効率に除去して飲料水を作る研究です。
　水環境については、大気・海洋・陸域を統合した世界初の「水大循環モデル」を完成。関東域を対象に中長期の水循環シミュレーションを行いながら、街づくりの提案につなげます。

　膜を使った海水淡水化技術により、現在多くの地域で飲料水や産業用、農業用の水が製造されており、その日量は約6500万トンに達します。材料製造や施設の運用に関わるCO₂の排出、海洋水の処理に用いる化学薬品などを最小限にして環境負荷を少なくすることが強く求められています。
　ポリアミドにさまざまなナノ物質を複合して新しい膜を作ろうとしていますが、カーボンナノチューブを重量比で10～15％入れた膜は、水がよく通り耐塩素性が強くなりました。膜の中のカーボンナノチューブとポリアミド間で電荷移動が起き、膜の表面に弱い電荷を持つことで、表面に「界面水」ができてファウラント（目詰まりの原因物質）がつきにくいことも確認しています。
　モジュール評価試験では、2インチモジュールの脱塩率、透水性において市販のモジュールと同等の性能が得られています。ファウラントもほとんどつきません。海水淡水化には次亜塩素酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、凝集剤、硫酸などが必要ですが、膜の高いロバスト性（外因に影響されにくい性質）により、こうした薬剤をほとんど使わずに済みます。海洋に放出されている薬剤が、数十分の1まで減少できるでしょう。
　また、カーボンナノチューブの代わりに木材などから作るセルロースナノファイバーをポリアミドに入れると、非常に水の流れやすい膜ができますが、この複合膜も塩素にも強いことが分かりました。
　2インチのモジュールをセルロースナノファイバー入りで作り、米国製膜モジュールと比べると約2倍の水が流れます。また二価イオン排除率も市販品を上回りました。
　このほかセルロースナノファイバーとカーボンナノチューブを組み合わせ、ポリアミドと複合膜を作ることによって工業用の超純水製造に有用な膜ができました。現状の膜に比べて透水性がよく、イオンなど不純物が除去できるものです。
　これまでの研究で膜の知見が蓄積し、また研究成果も多岐にわたり、生活から製造業、健康、創薬、環境分野での新規開発膜の応用開発と社会実装に向けて関連企業との連携に一層の加速度をつけてまいります。

　地球上で利用可能な淡水はわずか0．01％しかありません。社会の発展や人口増によって今後も水の需要は増大し続けます。淡水化施設の設備容量は2030年までにほぼ倍増しますが、その多くは中東諸国向け。温暖化・海面上昇などを背景に、島しょ国での淡水化ニーズも増大していくでしょう。
　環境保全の必要性から、少ないリソースでの安定的な淡水化や環境資源の保護につながる設備が求められてきます。このため、省エネだけでなく薬剤や廃棄物の削減、土地資源の確保に貢献する環境調和型の淡水化設備をめざします。
　一般的な海水淡水化の施設は、中核のRO設備と海水中の汚れの原因物質を取り除く前処理設備、それを効率化する薬品注入設備、RO膜の汚れを洗浄するCIP設備があります。そのような設備を導入しても汚染により膜の性能が低下し、RO設備の運転の障害になりコストが増加しています。また使用した薬品や消耗品は廃棄物として環境に排出され環境負荷の増大につながっています。
　開発中のカーボンナノチューブ／ポリアミド複合RO膜（信大開発膜）は汚れに極めて強い特長があり、従来の前処理設備を省略することや使用薬品を減らすことをめざしています。設備がシンプルになるため運転が簡素化し、省エネやCO₂削減にも寄与できるシステムを構築中です。また、SDGs指標とひも付け、コスト削減だけでなく社会、環境価値で貢献度を評価する仕組みを検討しています。
　信大開発膜の製膜技術については、基本レシピの確立を進めています。大学内の小型製膜機で1～2メートルの平膜を作製し、大型機では最大70メートルの連続製膜を検討。量産化を見据えた研究に取り組んでいます。

　低環境負荷の中で結晶材料を作る「フラックス法」により、高品質の結晶「信大クリスタル」が誕生しました。この方法で幅広い結晶材料を作ることができます。
　水処理では無機イオン交換体の中で「アニオン」と「カチオン」を除去することを目標にしています。有害カチオン除去に関しては、重金属イオン（特に鉛イオンやカドミウムイオン等）が問題となるので、チタン酸塩化合物によって重金属イオンを吸着除去する材料をデザインしました。具体的には、フラックス法で作製した層状チタン酸ナトリウム結晶を用い、結晶構造に含まれるナトリウムイオンとさまざまな重金属イオンを交換することで、水中に含まれる重金属イオンをほぼ100％除去できます。
　世界に目を向けるとフッ素、硝酸・亜硝酸、ヒ素等のアニオンによる汚染問題も深刻です。安全な水の供給を目指し、アフリカの地下水に多く含まれるフッ素の除去にも新しい材料を求めています。
　有害アニオン除去に関しては、層状複水酸化物（LDHs）を陰イオン交換体に用い、その特性を評価しています。このうち、マグネシウム・アルミニウム系のLDHsでフッ化物イオンをほぼ除去できることがわかりました。
　アフリカの鉛・フッ素問題については、簡易ボトルで重金属イオンを除去し、大型バッグをタンクに入れてフッ素を除去するという実証試験が始まっています。
　さらに、フッ素吸着剤を投入した水に出てくる塩化物イオンを活用して、簡易除菌を可能にするデバイスの試作も始まっています。農業、工業、産業、生活に資する水を提供する仕組みを作る活動を開始しているところです。

　水の問題に対する新しいアプローチとして「表面重合膜」というナノろ過（NF）膜があります。孔の大きさを変えられ、水処理やバイオメディカルユースなどが期待できる新しい荷電膜です。新しい薄膜としての機能をデモンストレーションしているところです。
　フッ素汚染への対応については、2018年からタンザニアで活動をはじめましたが、フッ素濃度を計測するデバイスがあるものの非常に高価。そのため、どこでも計測できて安全確認が可能なものを作りたいと考えています。ICTを使ってデータを収集し、スマホで安全情報を提供しようというものです。また、オーガニックコットンの表面を処理した、有機と無機のハイブリッド材料を使い、ブラックライトでフッ素を検出できる材料を作りました。フッ素濃度を検出できる布、デバイス、スマホアプリなど、現地の人が簡単に水の危険度を調べ、共有できる方法を検討しています。

　アフリカ・タンザニアのメルー山流域の地下水、表流水は、自然由来の高濃度のフッ素で汚染されています。COIで開発したフッ素吸着除去とフッ素センサーのシステムをすべての水源に導入すれば安全な飲料水に変えることができます。センサーを使うことで飲料水のフッ素情報を収集・集約できるので、新たな水資源管理システムが可能になります。
　フッ素除去システムは末端に設置し飲料水、食料水のみ浄化する仕組みにすることが効率的。例えば学校の給水タンクに除去システムを導入できれば、学校が安全な水の供給センターとフッ素教育の場になり、水汲みの労力も軽減することができます。

　フッ素汚染の問題は、SDGs目標6．1の中でどう位置付けられているでしょうか。3つの指標、「アクセス時間」「入手可能性」「水質」を全て満たしたとき安全な水へのアクセスは達成されたとみなされます。
　ただ、水利用という部分目的を最適化すると、水環境全体にとって必ずしも良い結果とならないことに留意が必要です。例えば都市の用水として河川から大量の水を取っていくと生態系に悪影響を与えるといったことです。その問題を解決するのが「統合水資源マネジメント」。水利用と環境を統合し、計画を作って実行するという取り組みで、全体の最適化になるかを統合的に検討するアプローチです。どこで折り合いをつけるのかは、地域の社会経済を考慮した上で地域住民が決定するしかありません。
　また、水問題の解決を検討するときにどの技術を適用するか。「便益」「費用」「リスク」を踏まえて、最後は地域住民が話し合いで決めていくことになります。
　タンザニアでは、村落の人口が増加しています。これを踏まえ、技術をどうあてはめてSDGs6.1に貢献できるかを考えていく必要があります。

　SDGs6番目の目標は非常に重要なもので、信大COIの活動はSDGsに大いに貢献し、信州発の新しい技術が現地の人を助けることになるでしょう。科学の力で生活の質向上に貢献できる、大変すばらしい取り組みです。
　アクア・ネクサスカーボン－プラットフォームは、企業や組織の技術課題や大学への期待を共有することでシーズとニーズがマッチングし、新たなビジネスの発展につながっていきます。進展に期待しています。
　引き続き、水に関係する産学連携を推進し、ステップアップしてください。最先端の知を活用して社会実装し、コロナ後の社会を変えていく－。地域の持続的発展のため大学が果たす役割は非常に大きいです。

　コロナ禍で一変した社会の復興のカギはSDGsをベースにしたグリーンリカバリーです。COIプログラムはグリーンリカバリーやSDGsを意識したものであり、世界中の多くの人々が我々の研究成果の社会実装を待ち望んでいます。信大COIとAxC－PFがグリーンリカバリーを実現し、人々の生活の質（QOL）の向上に貢献できるよう、信州大学も全力を投じていきたいと考えています。