海洋プランクトン増によるCO2回収、水産資源増、台風制御プロジェク

▼自己紹介 

NPO法人エスコットは１９９７年、国際輸送の環境負荷低減を主目的に設立されました。

その後、ソフト・エネルギー研究所と合体、２００２年にNPO法人化しました。

活動内容は環境・エネルギー問題に特化した装置、機器、システム開発です。

 

主な実績：

①湖上での野菜栽培技術開発＝富栄養した湖沼水面での水耕栽培

②超音波とアオコを活用した水環境改善技術開発＝アオコの光合成能力を利用しエアレーション

③中空素材による太陽熱回収装置開発＝中空ハモニカ構造のポリカーボネート中に水を通したソーラー活用

④窓ガラス面を複層強化兼断熱技術開発＝窓ガラスを外側からDIYで複層強化

⑤国際海上コンテナ陸上輸送の往復継続利用システム標準化＝「コンテナ・ラウンド・ユース」ノウハウ普及、業界標準化

 

＊化成肥料に頼らない空心菜を水上有機栽培＝イカダには使用済みパレット、ポットにはペットボトル採用

 

＊超音波でアオコ細胞内の浮袋だけを破壊＝底泥上で光合成し溶存態酸素を発生　

＊写真左：通常のアオコ/写真右：超音波派で細胞内の浮袋がつぶれたアオコ

 

＊窓ガラス飛散防止から割れ防止へ

　台風接近時に貼られたテープ（千葉県）

 

＊窓ガラスの飛散防止のテープ、フィルムから窓割れ防止＆省エネ強化

　強風でひびの入った窓補強：漁業協同組合窓

 

＊窓補強構造＝窓ガラス面に特殊金具を張り、中空ポリカ板（物流緩衝材でも可能）を固定

　

 

 

＊DIY型太陽熱回収システム＝現在も稼働中（約１０年使用）

　

 

＊通水冷房＝天井に水路をつくったパネル吊るし輻射熱回収。熱を吸収した水はトイレなどで利用。

 

主な受賞歴：

千葉環境文化賞受賞：湖上農法による有機で野菜生産兼水質浄化

＊ヤンマー農業賞＝参加学生が受賞

モノ造りアイディア大賞受賞（柏市）：中空窓ガードによるマドの複層強化兼断熱アップ

省エネ推進エコカンパニー大賞（柏市）：ゼロ・エネルギーでの研究所運営を評価

エネルギー・グローブ賞(オーストリア)：DIY型太陽熱回収システム開発・普及活動

スタンフォード大学アーカイブライブラリーへの登録:これまでの実績全般 

 

＊太陽熱回収システムで「ENERGY　GLOBE　AWARD受賞」

　国際環境賞「エネルギーグローブ賞」オーストリア大使館にて

　  

 

 

▼プロジェクトを立ち上げたきっかけ 

 

2019年、東京近郊を大型台風１５号が千葉県に上陸、甚大な被害が発生しました。

海面水温上昇が台風の発達を促し、大型化し房総半島を直撃したものでした。

 

海面水温を効率的に下げる方法は無いか？の疑問がきっかけでした。

その後、支援を頂いている専門家等のアドバイスにより海洋性プランクトンの増殖を促し、CO2を削減する装置開発へと発展しました。

 

 

▼プロジェクトの内容 

 

＜海と熱/養分/鉛直攪拌に関する３つの特性＞

①海は対気の熱の約９割を吸収している。

②プランクトン増殖に必要な栄養塩は低層に沈降する。

③通常、海水は上下方向には混じりあわない。

 

＜プロジェクト推進根拠＞

①より大気と海の接点である海面の水温が下がれば水蒸気の発生量は減少する。

②、③より低層の養分を何らかの方法で光条件の良い海面に引き上げればプランクトンが増え、CO2が削減される。

 

”海面を覆う温水のフタが海洋プランクトン増殖の妨げになっているによる”という説があります。

＊「海水面を覆う温水のフタが植物プランクトン減少の原因」NHK for school

 

そのメカニズムは以下の通りです。

 

１．気温上昇に伴い海面水温が上昇

２．海水の鉛直循環が停滞

２．低層からの養分供給が減少

３．海洋性プランクトンが減少

４-1．CO2が吸収せれず温暖化が益々進行
４-2．水産資源も同時に減少

４-3.  海面水温が上昇し水蒸気発生増で台風大型化

 

エスコットでは海面と水深8ｍでの水温比較調査を行いました。

その結果、２０２２年８月では約３．９℃の水温差がある事が判明しました。

＊2022/08/18にはなんと8℃の上下水温差を記録しました。

９月、１０月には台風の影響で上下の攪拌が促進さ水温差が小さくなったものと考えられます。

＊データ提供：水中水温＝一般財団法人千葉県勝浦海中公園センター、海面水温＝気象庁HP

 

台風は海を攪拌し、海面の温度を下げ、海底に溜まった養分を拡散します。

参考資料：「台風による水温低下」

台風による強い風により、海面での蒸発は盛んになります。この蒸発によって海面から熱が奪われるため、海面水温は低下します。 また、台風による強い風は、海面下の冷たい海水と海面の温かい海水をかき混ぜる効果によっても、海面水温を低下させます。さらに、台風による反時計回りの風によって海面下の冷たい海水が引っ張り上げられる湧昇と呼ばれる現象によって、台風の中心付近の海面水温が低下することもあります。 湧昇の効果は、強い風が同じ場所で長期間吹くほど顕著となります。このため台風がゆっくり移動しているときほど、海面水温の低下は大きくなります。なお、海水の蒸発により大気に供給された水蒸気は、大気中で凝結して雲を作ります。凝結するときに、水蒸気が熱を大気に放出するので、台風の発達を促すことになります。海面水温が高い海域で台風が発達しやすいといわれているのは、海洋から大気への水蒸気の輸送量がより多くなることにより、台風の中心で凝結により放出される熱量も多くなるためです。

情報出典：気象庁HP

 

エスコットでは２次汚染を引き起こさない波力利用を考案しました。

波のエネルギーで海水を汲み上げ、海面に拡散させる「波動式湧昇ポンプ」の開発です。

海面を覆う温水フタを除去し、海洋プランクトンと魚介類の増加によるCO2を削減効果が期待できます。

また、夏から秋にかけての海面水温冷却により台風大型化の原因となる水蒸気発生を抑制します。

 

サイズは設置海域の特性により異なります。

 

 

＊波動式湧昇ポンプの仕組み：浮が上下するだけで逆止弁の作用で低層の水を効率的に上層に汲み上げる。

（出典：以下画像は共同研究を行った芝浦工業大学、工学部機械機能工学科　田中耕太郎研究室の許可を得て掲載しています。）

 

＊現在、全長６mの実証装置まで完成しており、ホタテ貝の養殖場に試験的導入しデータを集めています。

推定100～300ｍ3/日（波の周期と大きさによる）の低層水をゼロ・エネで汲み上げます。

 

夏場の水深２～３mの水温は海面より１～２℃低い事がこれまでの調査で分かってきました。

この低温海水を海面に拡散出来れば海面水温を下げられます。 

仮に海面水温が１℃下がれば水蒸気発生量を７％低減でき台風、豪雨規模を制御できます。

 

＊水深３mから冷水湧昇、中央の丸いブイ下の湧昇ポンプから波力で低層冷水が汲みあがっている。

　

＊御宿町岩和田漁港での実験では2.5メートルの水深差でも最大約４℃の温度差を記録しました。

 

 

一方、海中の養分はその比重により海底に沈降します。

海水を汲み上げ、海面に拡散すると海洋肥沃化（≒海底耕耘）効果により海洋性プランクトンの増加と水産資源の活性化をもたらすことが期待できます。

 

2023年８月、水温と魚の酸欠死に関する千葉県御宿町岩和田漁港における最新情報：

 

 

 

 

 

 

 

波動式湧昇ポンプ詳細：

 

波動式湧昇ポンプを構成する送水管には排水管（VU100から200）を使用し、部品の汎用性、標準化が図られました。

これにより日本各地の漁業関係者自ら製造、使用、そして販売できます。

※悪天候で漁に出られない日はポンプ製造で収入を得ることが出来ます。

 

＊小さな波でも開閉し揚水する逆止弁の試作品小さな波でも確実に水を汲み上げ、

台風の大波でも壊れず、更に一日に数万回の開閉に数年間耐えられるヒンジと弁素材による逆止弁が必要になります。

 

＊波動式湧昇ポンプの構造と海水汲み上げ原理は？

水面に浮かぶブイ（浮体）とその下に吊るした逆止弁付きパイプより構成されます。

１．ブイ上昇時は弁が閉じてパイプ管内の水を引き上げる。

２．ブイ下降時は逆止弁が開き内部の水を表層に拡散する。

３．ブイの上昇速度が大きい場合、パイプ内の水は上方向の運動エネルギーが与えられ上部の弁を押し開けて排出されます。

４．海面に汲み上げられた低温水は弁とブイの構造により風下方向に攪拌されます。

（出典：以下画像は共同研究を行った芝浦工業大学、工学部機械機能工学科　田中耕太郎研究室の許可を得て掲載しています。）

 

＊写真左：海中での湧昇状況/写真右：上下動による粒状体の湧昇状況（出典：芝浦工業大学）

（出典：以下画像は共同研究を行った芝浦工業大学、工学部機械機能工学科　田中耕太郎研究室の許可を得て掲載しています。）

　

 

 ＊海外事例：ハワイ大学、オレゴン大学がハワイ沖で行った波動式湧昇ポンプ実証実験　冷水汲み上げとプランクトン増は確認。

外洋では全体の強度設計不足で１週間ほどで破損。

情報出典：オレゴン大学、ハワイ大学「波浪ポンプ技術を用いたアップウェリング制御の外洋実験」

実際使われた逆止弁構造、強度課題があり、小さな波での揚水が難しいと思われる。

　　

▼プロジェクトの展望・ビジョン

 

湧昇と湧昇海域：

 

” 世界の漁場は，海洋総面積の約 0.1%の湧昇海域に集中しています。

なんとこの海域での漁獲高は 世界全体の50%を占めると言われています。

ペルー沖，カリフォルニア沖，南西アフリカ沖などが湧昇流発生海域として知られています。

この様な海域では栄養豊富な低層水が海流、風の力で表層に上昇し、日光に当たり植物プランクトンの光合成が活性化されます。

その結果、小魚を基盤とする魚類二次生産が行われ良好な漁場になっています。”

※湧昇海域：潮流、海底地形等の影響、低層の海水が表層に押し上げられる海域の事。

出典情報：ウキペディア　「湧昇または湧昇流」

 

過去、日本でも人工的に湧昇海域を作る国主導の大規模な実験が行われました。

しかし、現在は殆ど行われていません。

気象災害が今ほど激甚化していなかったのとコストとメンテナンスがネックになっていたものと思われます。

 

＊神奈川県相模湾での湧昇実験「海洋肥沃化計画、拓海」

深層の養分を機械式ポンプでくみ上げ漁場を作る実証実験。

株式会社アイ・エイチ・アイ マリンユナイテッド開発部「波浪ポンプ技術を用いたアップウェリング制御の外洋実験」

 

日本の陸地面積は３８万平方キロメートルで世界第６１位です。

しかし、海洋面積はその１２倍の４６５万平方キロメートルでカナダに次ぐ世界第６位です。

陸地の小さい海洋国家の食糧自給率向上を目指す場合、海洋の有効活用が必要となります。

湧昇海域を資源・エネルギー、コストを抑えた方法で日本近海に増やすことが出来れあ食糧問題解決に繋がります。

また人工湧昇海域を陸から遠くない沿岸域につくれば漁船の燃料代やリスク、労働負荷は低減します。 

 

また 最近では海面水温冷却手段には台風、豪雨等の気象リスク低減手段として注目され始めました。

 

＊「タイフーン・ショット計画」台風の周辺海域を冷やす。横浜国立大学を中心とするプロジェクトチーム

出典：NHKおはようにっぽんウェブ記事

 

 

本プロジェクトの第１ステップは波力だけで駆動する実用レベルの＜波動式湧昇ポンプ＞の開発です。

条件：

１．外洋での利用に耐える強度、耐久性、生物着生対策

２．製造・使用時のコスト、メンテンナンスにおける経済性、安全性

３．海洋プランクトン増と漁業的価値の創出

 

現在、生態系（海藻、貝等）の過剰付着防止機能の開発とスライド式湧昇管の改良等を行っています。

課題の幾つかは４年間の研究である程度明らかになってきました。

 

第２ステップでは多様な海域での機能と効果確認です。ノリ、アサリ、カキ、その他、養殖対象とその海域にあった改良が必要となります。

この為の現地の漁業関係者への密な情報交換が必要となります。

 

第３ステップは漁業関係者みずからが作り、使い漁業の持続性を維持可能な装置にすることです。 

 

波動式湧昇ポンプ開発プロジェクトの基本方針：

①海水の上下攪拌＝夏は海面冷却による台風/豪雨制御/低層の酸欠状況改善

②ゼロ・エネルギー＝２次汚染発生防止

③台風の無いときでも役に立つ＝多面的価値

④予算が無くなった後も残れる＝漁礁、生態系機能

⑤低価格での生産＝大量敷設可能＝台風の通路/魚介類養殖施設/大量のメタン発生海域（汚泥蓄積くぼ地）

 

 ＊ホタテ養殖場では逆止弁以外は漁業関係者がDIY作成、

導入基本部材は逆止弁を除くと浮、排水管、ロープだけで全国どこでも購入可能

　

 

＊波動式湧昇ポンプ全体画像＝これをブイに下げると海水汲み上げ開始

 

プロジェクト実施後のビジョンとしてCO2吸収と漁獲高アップ、海面水温上昇抑制と気象災害激甚化防止につながるものと考えています。 

クラウドファンディングでこの為の活動費が捻出できれば新たな事業展開への可能性が開かれます。

同時にプロジェクトに賛同してくれる人がいる事は前例のない海洋チャレンジを続けるパワーと勇気を与えてくれます。

   

 

NPOエスコットHP：https://npo-escot.org/

波動式湧昇ポンプ専用サイト：https://npo-escot.org/wave-actuated-upwelling-pump/