2017年3月/4月号の『ポピュラーサイエンス』は、水特集でした。この欠かせない液体が食品にどれだけ含まれているか、十分に摂取しないとどうなるか、そして一部の地域では水が枯渇しつつあることなど、あらゆる側面を取り上げました。そこで私たちは、「WaterSeer」と呼ばれるシンプルで安価な発明品に目を向けました。これは、電気を一切使わずに空気中の水分を吸収し、困っている人々に清潔な飲料水を提供することを目指しています。
残念ながら、メーカーが主張するように、WaterSeerが1日に11～14ガロン（約4.7～5.8リットル）の水を空気から抽出できる可能性は低いでしょう。また、他にもいくつか問題があります。
乾燥地帯では機能しない
WaterSeerは、地下のチャンバーに空気を送り込むことで機能します。日中は地表温度が大気中よりも低く、冷たい空気は暖かい空気よりも水分を保持できないため、チャンバーの冷たい側面で水蒸気が凝縮し、きれいな水となって飲用できる状態になるという仕組みです。
WaterSeerの開発元であるVici Labsは、この装置が半乾燥地帯の空気から1日に11ガロン（約4.7リットル）の水を採取できると見積もっています。しかし問題は、空気が乾燥するほど、露点（水分を凝縮するのに必要な温度）が低くなることです。
「水資源が不足している地域のほとんどでは、露点は非常に低いのです」と熱力学者ケネス・クローンライン氏は言う。地表から2メートル下（現在ウォーターシーアの設置が提案されている深さ）の地表温度は、結露を引き起こすほど低い温度を維持する可能性は低い。
「乾燥した場所では、結露を利用して空気中の水分を取り除くことはほとんど不可能だ」とクロエンライン氏は言う。
しかし、この装置は湿気の多い地域ではある程度効果を発揮するかもしれません。また、直感に反するように思えるかもしれませんが、空気中の水分量が多い場所でも水不足は発生します。
乾燥地域で発生する物理的な水不足とは対照的に、経済的な水不足は、水は豊富であるものの、清潔な水を供給するインフラが整備されていない地域で発生する可能性があります。例えばモザンビークでは、何百万人もの人々が清潔な飲料水にアクセスできません。多くの家族、特に女性と子供たちは、水を汲むために1時間以上歩かなければならず、安全でない水が原因で、1日に約55人の子供が命を落としています。
WaterSeerはこれらの地域で水分を採取できるかもしれないが、世界資源研究所の研究者であるルトガー・ウィレム・ホフステ氏は、汚染物質を除去するために水をろ過する必要があると警告している。また、この装置はメーカーが推定している1日あたり14ガロン（約5.7リットル）の水分を採取できない可能性が高い。
24時間稼働することはできない
カリフォルニア州バークレーでのフィールド試験では、WaterSeerの1/2スケールと1/4スケールのモデルが約3時間かけて空気から約300ミリリットルの水分を採取することに成功しました。Vici Labsは、より大型の実用モデル、24時間の凝縮期間、その他のプロトタイプの改良点を考慮し、WaterSeerが湿度の高い環境において1日あたり14ガロンの水分を採取できると計算しました。
しかし、この装置は地面が空気よりも冷たい場合にのみ機能し、残念ながら深さ2メートルでは半日しか機能しません。夜間は空気が地面よりも一般的に冷たくなります、とクロエンライン氏は言います。「深さ2メートルでは、電球が常に露点を超えるほど冷たくなれば、決して実現できません。1日のうち空気が地面よりも熱い12時間しか発電できません。」
進行中の作業
批評家たちはウォーターシーアに対して、他にもいくつか批判点を挙げている。例えば、謳い文句通りの量の水を凝縮するには、膨大な量の空気をチャンバー内を循環させる必要がある、といった点だ。これは確かに正当な批判だが、クロエンライン氏によると、他の批判の中には正当なものではないものもあるという。
水蒸気が液体に凝縮する際に、熱という形でエネルギーが放出されます。ウォーターシーアを批判する人々の中には、地下室で放出される熱があまりにも大きく、周囲の土壌を熱してしまい、電球が機能しなくなるのではないかと懸念する人もいました。しかし、クロエンライン氏の計算によれば、それは正確ではありません。
「重要なのは、どれだけの熱が発生するかではなく、どれだけ速く電球から熱を放出できるかです」と彼は言う。土壌の熱伝導率は場所によって異なるものの、クロエンライン氏の計算によると、1日に11～14ガロン（約4.7～5.8リットル）の熱を凝縮しても問題はないという。周囲の土壌がわずか1℃の温度変化で熱を分散させるからだ。
「土壌の熱伝導率を使えば、実際には熱を逃がすのは非常に簡単です」とクロエンライン氏は言う。「問題は、そもそも装置に十分な水を入れることです。」
熱伝達だけではWaterSeerの正当性を完全に証明するには不十分です。この装置は確かに機能するかもしれませんが、メーカーが意図した通りには機能しない可能性があります。
Vici Labsの担当者は、まだ設計を改良中だと述べています。熱力学の法則を変えることはできませんが、極限環境での使用を想定した太陽光発電冷却システムを開発しています。この追加機能によって、最大の課題のいくつかを克服できる可能性がありますが、このデバイスの魅力であるシンプルさは損なわれる可能性があります。
複雑な問題には必ずしも単純な解決策があるとは限りません。しかし、ポピュラーサイエンスは、科学技術の革新がすべての人にとってより良い未来をもたらすと楽観的に考えています。
