映画『スター・ウォーズ』に登場する砂漠の惑星タトゥイーン（写真は撮影セット）

小さなスーツケース程度の装置で、4人家族の水がまかなえるように？

映画『スター・ウォーズ』には｢水分抽出農場｣ってのが出てきましたが、水をわざわざ｢収穫｣しなきゃいけないような環境があるのはタトゥイーンだけじゃありません。地球にだって砂漠もあれば干ばつもあり、飲み水にも事欠く人たちがたくさんいるんです。

実際、オランダのトゥウェンテ大学による研究では40億人が年に1カ月以上深刻な水不足におかれているとされています。そこで国際的な研究チームが、空気から水を絞り出す装置を作り出そうとしているのです。Scienceに掲載されたこの装置の最新プロトタイプでは、変わった素材を使うことで、地球上でもっとも乾燥した場所でも省エネルギーで水を集められるんです。

この技術のカギは、太陽光を使って、受動的に水分抽出をしていることです。

このように語るには論文の著者、Evelyn Wangさん。

水分抽出そのものは新しいアイデアではなく、遠い昔、はるか銀河系の彼方の1970年代から存在していました。最近でも、もやや霧から水分を取り出せる技術自体は存在しています。でも今回の新技術のすごいところは、霞も立たない砂漠でも使えるということです。

このプロトタイプのミソとなる素材は、｢金属有機構造体｣またの名をMOF（MetalOrganicFramework）という物質です。MOFとは、金属イオンと炭素ベースの分子で構成されるネットワーク状の物質で、その網の目の大きさや形は自在に設計することが可能です。これまでに2万種類ものMOFが開発されていて、その構造次第で物質を吸収したり分離したりすることができるというのです。

Wangさんの研究では、水蒸気をよく吸収するMOF−801が使われました。彼女らはまず実験室の中で摂氏35度、湿度が20％という、まるでタトゥイーンの日中のような環境を作りだし、MOF-801を使ってどれだけの水を作り出せるか確認しました。その結果、70分間で240ml、つまりコップ1杯分程度の水を集めることができたのです。さらに、12時間かければ湿度20〜30％の環境においても、1kgのMOF−801あたり2.8lの水を作り出せました。

その後研究チームは、層状に重ねたMOFを5cm四方にしたものと復水器を組み合わせたプロトタイプを作り、マサチューセッツ工科大学（MIT）の校舎の屋上に置いてテストしてみました。これは実際の環境で行なったテストでしたが、期待通りに空気から水を取り出すのに成功したとのこと。この装置のエネルギー源は太陽光のみで、電力などを必要とせず砂漠にありあまる太陽というリソースをそのまま使えるのも特長です。

水の量がある程度確保できるとして、次に気になるのはその質ですが、Wangさんいわく、プロトタイプの最終段階ではフィルターを搭載するかもしれないとのこと。ただ、この装置で取り出せるのはほとんど純粋な水だけだろうという見方もしています。

インペリアル・カレッジ・ロンドンのケミカルエンジニアリングの教授、Li Kangさんは米Gizmodoに対し、この研究はMOFに関する知見という意味では新しくないと語っています。でもだからって、つまらないというわけではありません。Kang氏はこの研究が｢MOF素材の現実的な応用に向けたコンセプト証明を伝える最初の研究で、商用化につながる可能性も高い｣と考えています。

Wangさんは以下のように語っています。

私たちの試算では、30lのユニットがあれば、それは飛行機に持ち込み出来るスーツケース程度の大きさで、MOFで言えば5kg程度に相当します。 それで4人家族が1日暮らせる水が手に入ります。

このMOFを使った装置は全体としてまだ研究段階ですが、企業もその商用化に向けたスケールアップを開始したところです。Wangさんいわく、中には高価なMOFもありますがありますが、この実験で使っものは1kgあたり10ドル（約1,100円）程度だそう。

（この装置は）とても安く作れて、ある時点ではさらにコストを下げることもできるでしょう。

『スター・ウォーズ』にも登場するアイデアのなかでも、ハイパードライブやデス・スターとは違い、この水分抽出法は近々本当に実用されることになりそうです。Wangさんいわく、｢素材をスケールアップさえすれば、今後2、3年内にもお目見えするのではないか｣とのことですよ。

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top image: acceptphoto / Shutterstock.com

image: © 2017 UC Regents; all rights reserved via UC Berkeley

source: Science（1・2）, ASTRO BIOLOGY, UC Berkeley

Ryan F. Mandelbaum - Gizmodo US［原文］

（福田ミホ）