再生可能エネルギーの弱点を克服する
太陽光パネルは日が沈めば発電を止める。風力タービンは風が弱まれば回転が止まる。水力発電用ダムでさえ、長期の渇水が続けば出力が落ちる。再生可能エネルギーの分野では、天気予報に左右されず、何時間も安定して稼働するクリーンな電源を求めて数十年にわたり模索が続いてきた。2025年8月、日本南部の沿岸にある小規模施設が、淡水と海水の化学的な濃度差から電力を生み出す取り組みを始めた。福岡市の海水淡水化センター「まみずピア」内に設置されたこの施設は、アジア初の稼働中の浸透圧発電所だ。2023年に運転を始めたデンマークの施設に続き、世界で2カ所目となる商用の連続運転施設でもある。化石燃料の大半を輸入し、脱炭素化への圧力が高まる日本にとって、稼働開始は地域的な実験にとどまらない。日本を取り囲む海が、安定したベースロード電源になり得るかを検証する実地試験となる。
「まみずピア」とも呼ばれるこの施設は、2025年8月5日の開所式を経て正式に運転を開始した。従来の発電所と異なり、燃料を燃やさず、二酸化炭素も排出しない。タービン以外に可動部はほとんどない。最も重要なのは、日照や風速、季節ごとの降雨量に左右されない点だ。施設は「圧力遅延浸透法（PRO）」と呼ばれる原理を使い、水が塩分濃度を均一にしようとする自然の働きから利用可能なエネルギーを取り出す。都市ですでに発生している2種類の廃水、淡水化処理で生じる濃縮かん水と下水処理施設からの処理水を組み合わせ、年間約88万キロワット時の電力を生み出す。これは淡水化センターの電力需要の相当部分を賄い、一般的な日本の家庭220～300世帯分に相当する。運営者によると、設備利用率は約90％に達しており、太陽光や風力では高価な蓄電池を使わなければ実現しにくい安定性を備える。
ブルーエネルギーを生む仕組み
福岡の発電所の仕組みを理解するには、基本的な生物学の現象を思い出すとよい。浸透は、植物の根が土から水を吸い上げたり、人間の細胞が体液に囲まれても壊れずに保たれたりする働きと同じ原理だ。塩分濃度の異なる2つの溶液が半透膜を挟んで存在すると、濃度を均一にしようとして、水分子は塩分の薄い側から濃い側へ自然に移動する。塩のイオンは大きすぎて膜を通り抜けられず、水だけが移動する。密閉された加圧室では、この移動によって塩分の濃い側の水量と圧力が増す。技術者はその圧力を取り出してタービンに送り、発電機を回す。こうして、水の間にある化学的な濃度差だけで電力が生み出される。
福岡で稼働する方式は、「圧力遅延浸透」と呼ばれる手法を応用している。海水と淡水を使う標準的なPROシステムでは、約26バールの圧力差が最も効率的とされる。これは水深270メートルの底で受ける圧力におおむね相当する。福岡の施設では、塩分の濃い側に通常の海水ではなく、淡水化処理で淡水を取り除いた後に残る濃縮かん水を使うことで、従来のモデルを発展させた。淡水側には、近隣の下水処理施設から送られる処理水を用いる。メルボルン大学の化学工学者サンドラ・ケンティッシュ氏は、この組み合わせによって塩分濃度差が広がり、通常の海水を使う方式より多くのエネルギーを取り出せると説明した。シドニー工科大学で代替水源を研究するアリ・アルタエ博士は、放流前にすでに混合されていた2種類の水の間に膜とタービンを設置することで、海へ放出されれば失われてしまうエネルギーを回収できると指摘した。
沿岸地域の課題を解決する循環型の仕組み
福岡市は水不足が深刻な大都市とは思われにくいが、地理的な条件から慎重な計画が求められてきた。福岡都市圏は近くに大きな河川がなく、約260万人の住民に水を供給しているため、降雨だけに頼るのは不安定だ。2005年以降、海水淡水化センター「まみずピア」は、1日約5万立方メートルの海水を淡水に変え、地域の水道を支えてきた。生活に欠かせないこの処理では、厄介な副産物も生じる。塩分濃度が約8％に達することもある濃縮かん水は、地域の海洋生態系に悪影響を及ぼさないよう慎重に処分しなければならない。
浸透圧発電所は、この廃棄物を資源として捉え直す。環境負荷を伴う廃棄物として希釈・放流する代わりに、運営者は濃縮かん水を膜モジュールに通し、処理水と接触させる。膜を通って淡水が流れ込むことでかん水側の圧力が高まり、タービンを回した後、希釈された水となって環境への負荷を抑えながら放流される。つまりこの施設は、2種類の廃棄物を一つの電力源に変える。発電した電力は淡水化センターに戻され、運転コストを抑え、従来の電力網からの購入量を減らす。同センターの所長を務める広川健司氏は、この施設を完成された解決策ではなく、ささやかな第一歩と位置付けている。商用規模での実証が続く技術を考えれば妥当な評価だが、より大きな狙いも表している。世界各地の沿岸都市は、エネルギー需要の増加と濃縮かん水の処分という同じ課題に直面する。福岡の事例は、その両方に同時に対処する方法を示している。
試行錯誤の10年から学ぶ
塩分濃度差から発電するという発想は新しくない。米国の研究者が1976年、学術誌「Journal of Membrane Science」で初めて提唱した。その後30年以上にわたり、理論はほとんど顧みられなかったが、ノルウェーの電力会社スタットクラフトが本格的な設備の建設に着手した。2009年11月、同社はオスロフィヨルド沿岸のトフテにPROの実証施設を開設し、浸透圧発電が実際の市場で競争力を持てるかを検証しようとした。設計上の出力は10キロワットだったが、実際の発電量は2～4キロワットにとどまった。2014年1月、スタットクラフトはプロジェクトを終了し、膜の効率が商用化に必要な水準に達していないと発表した。
ノルウェーでの失敗は、実験室の化学と産業としての採算性の隔たりを示す教訓となった。重要な指標となったのは、膜面積あたりの発電密度だ。学術誌に発表された研究によると、浸透圧発電システムが採算性を確保するには、膜1平方メートルあたり約5ワットの出力が必要となる。トフテの施設は1平方メートルあたりわずか1～3ワットだった。膜は高価で、すぐに汚れ、水の流量も、必要なポンプ動力を正当化できるほど確保できなかった。その後の10年間、太陽光や風力のコストが急落する一方で、浸透圧発電は実証事業や学術論文の中にとどまった。
福岡の発電所は、材料技術の飛躍的な進歩を待つのではなく、設置場所を工夫することで同じ失敗を避けようとしている。施設ではすでに塩分濃度の非常に高いかん水が生じ、処理済みの下水も流入するため、塩分濃度差は通常の海水と淡水の組み合わせよりはるかに大きい。この差が大きければ、性能がまだ不十分な現行の膜技術でも、施設の採算が取れるだけの正味エネルギーを取り出せる。分野の専門家である谷岡明彦氏は、この節目となる成果と、より広い可能性を評価した。
この実用化の成功は大きな成果です。世界各地に広がることを期待しています。
デンマーク企業ソルトパワーは、2023年にマリアーガーで商用の連続運転施設を稼働させ、すでにこの技術の実用性を示していた。今回、日本のより大規模な施設がアジアの実績を加え、PROを既存の自治体の水インフラに組み込めることを示している。
小規模でも安定した価値
主要な電力網の基準で見ると、福岡の浸透圧発電所はごく小規模だ。平均出力は約100キロワットで、洋上風力発電所やガス火力発電所が生み出す数百メガワットに比べれば、誤差のようなものだ。事業費が約438万ドルに上ることからも、現時点では安価な電力ではないと分かる。発電した電力のほぼすべてが淡水化センターの運転に使われるため、この施設は都市に電力を供給する独立型の発電所というより、エネルギーを回収して再利用する仕組みに近い。
しかし、規模だけが重要性を測る基準ではない。発電容量で劣る分、施設は予測のしやすさで価値を補う。設備利用率が90％なら、台風のときも、風のない夜も、曇りが続く冬も発電できる。太陽光パネルをサッカー場2面分設置すれば、年間発電量は計算上同等になるかもしれない。しかし、雲や日没、季節による太陽の角度の違いによって、理論上の発電量は変動する。電力網の運用者は、こうした変動を調整するため、予備電源や蓄電池を用意しなければならない。それに対し浸透圧発電は、電力会社が確実に計画できる一定の発電量を提供する。
この方式は、設置環境を考えれば経済的にも理にかなう。2024年に「Chemical Engineering Science」に掲載された研究は、塩分濃度差を使った持続可能な発電を可能にする、新たな膜改良技術を紹介した。また、「Frontiers in Energy Research」に掲載されたPROの技術経済分析では、淡水化施設へのPRO導入が、商用化に比較的近い道筋の一つと確認された。理由は単純だ。かん水は追加費用なしですでに発生しており、処理水もすでに流れている。施設は燃料を購入したり、手つかずの自然の中にパイプラインを建設したりする必要がない。既存の水利用の循環に組み込むだけでよい。
高性能膜を巡る世界的な競争
福岡の取り組みに期待が高まる一方、浸透圧発電業界は依然として材料面の課題に直面している。国際再生可能エネルギー機関（IRENA）は、塩分濃度差発電の世界全体の技術的潜在力を最大647ギガワット、年間発電量で最大5177テラワット時と推計している。ただし、地理的条件や工学上の制約により、実際に利用できる規模は大幅に小さくなる。潜在力を生かすには、膜の低価格化と耐久性向上、汚れにくさが不可欠だ。IRENAは膜のコストを大きな障壁として挙げており、研究者たちは有機物や鉱物の付着を抑えながら、水をより速く通す材料を探している。
日本には、この研究を主導する商業上の動機がある。日本政府によると、国内企業はすでに世界の淡水化膜市場の約60％を占めている。浸透圧発電用の膜を進歩させれば、産業面での優位性を強化し、輸出市場を切り開くことにもつながる。福岡の施設に膜とタービン一式を供給したエンジニアリング会社、協和機電工業は、複数年にわたる試験で実証施設が良好に稼働すれば、5～10倍の規模の施設を建設する構想を示している。有力な顧客候補は、すでに淡水化に依存する地域だ。特に中東では、個々の施設が1日90万立方メートルを超える淡水を生産する場合もある。
世界各地では実証事業が続いている。ノルウェー、韓国、オーストラリア、スペイン、カタールで試作機や実証施設が稼働してきた。アルタエ博士によると、シドニー工科大学には独自の試作機があり、政府の資金援助があれば再稼働できる。ニューサウスウェールズ州の塩湖を資源として活用する計画だ。福岡の施設は巨大である必要はない。膜やポンプ、採算性が長期の連続運転に耐え、より大きな投資を呼び込めると証明することが重要だ。それが実現すれば、淡水化設備を持つ沿岸都市は、ベースロード電源となる意外なクリーンエネルギー源を手にするかもしれない。
要点
- 日本初の浸透圧発電所が2025年8月5日、福岡市の海水淡水化センター「まみずピア」で稼働を開始した。アジア初の施設で、2023年に稼働したデンマークの施設に続き、世界で2カ所目の商用連続運転施設となる。
- この施設は圧力遅延浸透法（PRO）を使い、淡水化処理で生じる濃縮かん水と処理水の塩分濃度差を利用して、年間約88万キロワット時を発電する。
- 設備利用率は約90％で、天候や時間帯にかかわらず連続して発電できる。蓄電設備なしでは太陽光や風力にない安定性を提供する。
- 既存の2種類の廃水を再利用することで、かん水処分による環境負荷を抑え、淡水化施設の電力消費の一部を賄う。
- 最大の課題は膜技術だ。2014年に断念されたノルウェーの実証機など、過去の試みは膜の効率が低く、コストに見合わなかった。
- 日本企業は世界の淡水化膜市場の約60％を占めており、浸透圧発電の拡大を進める産業上の動機と技術力を備えている。
- 実証事業が成功すれば、技術者は5～10倍の規模の施設を目指す。中東など、淡水化に大きく依存する地域が有力な進出先となる。
