マングローブの木からヒントを得た浄水器は水に含まれる塩分を除去できる
2021年9月8日（水） 記入者：Mary VillarealTags: desalination, Flooding, future science, Good science, mangroves, renewable energy, research, science and technology
研究者たちは、マングローブの木が塩水から塩分を除去する方法を模倣した新しいタイプの浄水器を開発しました。この研究は、マングローブの配管システムの理解を深めるだけでなく、新しい海水淡水化技術の開発にもつながる可能性があります。
マングローブが塩水を真水に変えて環境を存続させる仕組みは、長年、科学者を悩ませてきた工学的偉業である。
共同研究者であるイェール大学のジェイ・ワーバーは、マングローブの仕組みについての提案をもとに、このメカニズムを開発したと語った。また、自分たちは生物学者ではなくエンジニアなので、工学的な観点から研究を進めたとも述べています。
マングローブの根の脱塩効果、葉の毛細管現象、茎の導水性を組み合わせたこの装置は、「人工マングローブ」と呼ばれています。この技術の成功の鍵は、ストローで飲み物を飲むときのような高いレベルの負圧を発生させることができることにあります。
人工マングローブでは、葉に見立てた特殊な膜で水を蒸発させています。これにより大きな負圧が発生し、膜の "根 "を通して塩分を含んだ水の脱塩が行われます。
樹木が十分な水分を取り込むためには、負圧が必要です。インド、ブラジル、マレーシアなどの熱帯地方やフロリダ州に多く生息するマングローブは、環境中の塩分を含んだ水を飲み込むために、さらに大きな負圧を発生させ、根で水を淡水化する「逆浸透膜」というプロセスを必要とします。
研究者によると、さらに素晴らしいのは、この木が水のチューブのシステムの中で気泡の発生を最小限に抑えていることだという。高い負圧の下で水が気泡を形成すると、植物の木部の水の流れを乱してしまうからだ。
(関連記事 専門家は「非常に重要な生態系」を守るために、大小にかかわらずマングローブのパッチを保護することを呼びかけている)
共同執筆者のYukun Wangによると、今回の装置では、装置の中央に配置された多孔質のシリカ構造により、エアポケットの形成を最小限に抑えることで、同様の効果を実現しているという。
人工マングローブは海水淡水化以外にも使える
今回の研究は、海水淡水化に利用できるだけでなく、他にも実用化できる可能性があると、Werber氏と研究チームは考えています。
今回の研究は、溶液を分離するための小規模な装置の開発につながる可能性があると、Werberは言います。
「一般的に、溶液を分離するためには、非常に高い圧力を発生させる高価なポンプが必要です。マングローブの装置では、蒸発を利用して完全に受動的に駆動させることができます」とWangは語ります。
この装置は、電気が使えない状況でも活用できます。この装置は、自然のプロセスを模倣し、マングローブの木が発生させるものよりもはるかに大きな負圧を発生させます。
海水の10倍近い塩分濃度の水を脱塩することができるので、ハイドロフラッキングで生成される水のように、非常に塩分の多い水を脱塩する方法につながる可能性があります。ハイドロフラッキングとは、シェール（頁岩）層に閉じ込められた石油や天然ガスを放出し、米国での生産を拡大するプロセスです。
さらに、この装置は「スポンジ・シティ」（雨水を受け止めて素早く除去するように設計された地域）に組み込むことで、洪水の軽減にも利用できる可能性があります。
共同執筆者のJongho Leeは次のように述べています。
「建物をマングローブの木のように設計することができます。建物の外壁は葉っぱの役割を果たし、土台は汚染物質を除去する根っこの役割を果たすのです」
この装置は、科学者たちが長い間疑問に思っていたプロセスを解明してくれます。
「私たちは、自然がどのようにしているのか興味を持っていましたが、それを物理学で説明することができたのはとても素晴らしいことです。この木が物理的な原理に従っていること、そしてそれをマイクロ流体デバイスで模倣できることを示しました」とElimelechは語る。
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