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サイエンス太陽光だけで大気中の水を収集できる、画期的なデバイスが誕生
太陽エネルギーを使って大気中から水を収集するデバイスのプロトタイプ CREDIT: UC BERKLEY
＜カリフォルニア大学バークレー校とMITの共同研究チームは、太陽エネルギーを使って大気中から水を収集するデバイスを開発した＞
大気には、窒素や酸素などのほか、約1〜4％程度の水蒸気が含まれており、地球全体におけるその総量は13兆リットルにのぼる。では、これら大気中の水を効率的に集め、貴重な水資源として生かすことはできないだろうか。
カリフォルニア大学バークレー校とマサチューセッツ工科大学の共同研究チームは、2017年4月、太陽エネルギーを使って大気中から水を収集するデバイスを開発した。砂漠のように湿度20％くらいの地域でも、1日2.8リットルの水を集めることができるという。
このデバイスには、MOF（金属有機構造体）と呼ばれる多孔性物質が応用されている。MOFは、共同研究チームの一員でもあるカリフォルニア大学バークレー校のオマー・M・ヤギー教授が1990年代に開発したもので、マグネシウムやアルミニウムといった金属イオンと有機分子を"球"と"棒"でつながる"組立式ブロック"のように結合させることで、その構造体の内部に生じる空間に気体や液体を貯蔵できるのが特徴だ。とりわけ、ガス吸着や触媒、センサーへの応用が見込まれており、これまでに2万種類以上のMOFが生成されている。
ヤギー教授は、2014年、ジルコニウムとアジピン酸を組み合わせ、水蒸気を吸着するMOFを合成。マサチューセッツ工科大学のエブリン・ワン准教授は、このMOFを太陽光吸収体とプレート式凝縮器で挟み込み、大気から水を収集するデバイスを開発した。夜間、デバイスを開いて大気中の水蒸気をMOFの無数の細孔から入り込ませ、水分子を内部に吸着させると、昼間は、デバイスを閉じ、太陽光で熱することでMOFから水分子を分離させ、凝縮器を通じて水蒸気を液化して水を集める仕組みとなっている。
【参考記事】太陽光だけで二酸化炭素をエネルギー資源に変換する新たな分子が誕生
現時点では、MOFが吸着できる水量は、MOFの総重量の20％にとどまっているが、共同研究チームでは、ヤギー教授を中心にさらなる改良をすすめ、この割合を40％程度にまで向上させる方針だ。
世界保健機関（WHO）と国連児童基金（UNICEF）の共同プロジェクトによると、2015年時点で、世界人口の9％にあたる6億6,300万人の人々が飲料水を日常的に確保できない環境下で生活しており、そのうちの8割が過疎地の居住者だという。MOFを応用したこの水収集デバイスは、送電系統とつながっていない"オフグリッド"な地域でも、気候を問わず、必要な水を確保できるツールとして、大いに期待できそうだ。
