世界には毎日の飲み水の確保に困っている地域が多くあります。この世界地図のオレンジ色のところは、安全な飲み水が手に入りにくい地域を表しています。そこで私たちは身近なものを使って安全な水を作り出す、海水の淡水化の研究を始めました。

従来の淡水化装置には、「逆浸透法」が広く用いられています。しかし、この方法を用いた機器は高価な上に、莫大なエネルギーを必要とします。そこでより早くから実用化がされ、また仕組みも単純な「蒸留法」に目をつけました。蒸留法とは、水を一旦蒸発させて、それを再び凝結させることで純粋な水を手に入れる方法のことです。

まず、海水を染み込ませた保水剤を上のペットボトルの中に入れます。日光が装置の反射板によって増幅され、海水の一部が蒸発します。できた水蒸気は外気によって冷やされ凝結します。そして一つの大きな水滴となり下へ流されていきます。

下のペットボトルでは淡水を貯水し、水蒸気の逆流を防止します。保水剤は、日光の受光面積を大きくする役割があります。この利点を生かすために、今回は生け花に使われる「フローラルフォーム」と呼ばれる固型の保水剤を墨汁で黒くして用いました。

写真はこの装置です。この装置を用いて3つの実験を行いました。

実験１では、「より多くの日光を照射すれば得られる淡水の量も増加する」という仮説を立て、スライドの3つの工夫によって検証しました。

1つ目が傾斜角、つまり地面に対してペットボトルを傾ける角度の変更です。90度と45度に傾けた時の日光の当たり方の違いはこのスライドのようになります。90度の時を基準として、淡水の採取量の比較を行いました。

2つ目が反射板の追加です。日光を反射して装置をより加熱します

3つ目が太陽の追尾です。1日に2回装置の方向を変えることによって、太陽の水平方向の動きを追いました。

夏場は太陽高度が大きく変わってしまうため、装置の垂直角度を変えることによりこれに対応しました。

これらの実験の結果から、15度に傾けた時に78 %、反射板を加えたことによって52%、水平追尾を行なった時に15%、垂直追尾を行なった時12%もの淡水採取量の増加が見られました。したがって傾斜角、反射板、太陽追尾の3つの条件は確実に採取量を増加させることがわかりました。

つまり、傾斜角を小さくし、反射板を付け足し、太陽の水平・垂直追尾を行うことはより多くの日光を装置に照射しより多くの淡水の獲得につながりました。これにより、仮説は立証されました。

しかし、ペットボトルは表面が白く曇りやすく、傷もつきやすく、また保水剤が1本しか入りません。

そこで、実験１における課題を受けて、実験2ではガラス瓶を用いて実験を行い結果を比較しました。ガラスの方が光の透過率が良いため、効率的に加熱ができ、また保水剤の本数と比例して採取量が増加すると考え、以下の実験を行いました。

今までは小型の装置を使って淡水化していました。そのため、1台の装置から得られる淡水の量が比較的少量でした。そのため、今度は一定期間に装置1台が採取する水の量を増やすために、大型装置の作成を行いたいと考えました。

実験3では22L水槽を用いました。使用する保水剤を、フローラルフォームを5本使ったもの、フローラルフォームを敷き詰めたもの、黒いタオルを2枚重ねたもの、と3種類用意して比較実験を行いました。

すると、保水剤を敷き詰めたものより、黒いタオルを使ったものの方が24%高い結果を得られました。また、黒いタオルを使ったことによって、最大585mLもの淡水を1日に得ることができました。

タオルの表面には複雑な凹凸があり、また重ねたことにより隙間が生まれました。これによって体積あたりの大気に触れている面積が大きくなったために、このような保水剤の違いによる淡水採取量の変化が生じたと考えられます。また、22L水槽を使うことによって1日に平均347mL、最大で585mLもの淡水を1台あたり得ることができるようになります。

カメルーン在住の青年海外協力隊の藤森様のご協力により、カメルーンによりこのペットボトル型実験を行いました。カメルーンでは4分の１以上の人たちが安全な水を得られていません。まずは26ページにわたる、装置の作り方マニュアル・作り方動画を作成しました。

しかし、結果は芳しくなく1時間あたり１mLにも届かない値となってしまいました。

2つ理由を考えました。1つ目は、カメルーンは赤道直下に位置しているため、傾斜角を小さくせざるを得なかった。また、現地のペットボトルには横溝があり、これらが原因となって淡水が下のペットボトルに流れ込むのを妨げてしまっていたことです。2つ目に、実験に使ったペットボトルが青色だったため、無色のものに比べて日光の透過を妨げてしまったから、というのも考えられます。

そこで低緯度地域における対策として、淡水が確実に下のペットボトルに流れ、かつ傾斜角が90度の状態でも日光がペットボトルに当たるように、水平方向の反射板をさらに一枚追加して実験を行いました。

すると、39%の淡水採取量の増加が得られました。

また、真上からの日光を効率的に受けることを可能にする扁平型装置を、さらにペットボトルや透明の容器がない地域には針金とビニール袋を利用した装置について、現在開発・研究中です。これによって、実際に水不足に悩む低緯度地域の国々でも実用に堪える海水の淡水化装置（汚水の浄化装置）を目指したいと思っています。