【早わかりポンプ】海水淡水化に活躍するポンプ｜逆浸透法(RO)に用いる高圧ポンプと低コスト化

海　海水　湖　淡水

地球上に存在する水の総量は約14億キロ立方メートルありますが、そのうち淡水が占める割合は約2.5％程度です。しかも淡水のほとんどは、氷河・氷山に固定されるか、地下の帯水層に蓄えられており、河川や湖沼に存在する利用しやすい地表水は淡水のなかのわずか0.4％程度にすぎません。

近年、地球温暖化影響によるものと考えられる気候変動により激甚化する豪雨による水害が問題となる一方で、地域によって干ばつによる水不足が深刻化しています。また発展途上国においては人口増と工業用水使用量の増加により水需要が急速に増えています。

今回の記事では、水不足問題解消のための手段の一つとして期待される海水淡水化（Desalination）の技術のうち、逆浸透法（RO法）に用いられる高圧ポンプについて紹介します。

１．海水淡水化の方法

海水淡水化には、大きく次の2つの方式があります。

（1）蒸発法

海水を熱して蒸発させ、その蒸気を冷却凝縮することにより淡水を取り出す方法です。
この方法では、海水取水ポンプ、循環ポンプなど多くのポンプが使用されます。

蒸発法には、「多重効用式蒸発法（MED）」と「多段フラッシュ法（MSF）」の２つの方式があります。
いずれも蒸発させる段階で大量の熱エネルギーと電力が必要となり、温排水の排出もあって環境負荷影響が大きいというデメリットがあります。

蒸発法は化石燃料エネルギーに余裕のある中東諸国に多く採用されており、火力発電所や石油精製施設と併設されるケースが多いですが、今後世界的には（2）の逆浸透法が主流になっていくものと考えられます。

（2）逆浸透法（RO）

逆浸透膜（＝RO膜, Reverse Osmosis Membrane）という特殊な薄い半透膜を用いる方式です。
半透膜は海水中の塩分はほとんど通過させず、水分子は自由に通過することができる性質を有しています。半透膜の片側に溶媒である淡水、反対側に溶質である海水を満たすと、淡水側から水分子が海水側に浸透して海水濃度が薄められます。海水（溶質）側にある圧力をかけると、淡水（溶媒）側からの水分子浸透が止まり平衡状態になり、このときの圧力を「浸透圧」といいます。

浸透圧よりも高い圧力をかけると、海水（溶質）側から淡水（溶媒）側へと水分子が移動して、海水から淡水を取り出すことが可能となります。これを「逆浸透」といいます。

【図1　逆浸透法】