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特集論

持続可能なオアシス創生の実現を目指す砂漠環境改善への取り組み

文

衛星観測
広域水循環予測システム

気象・環境観測

空調併用
排水処理

Research and Development Effort to Improve
Desert Environment for Creating Sustainable
Oasis Network

降雨促進

降雨レーダ
深根苗栽培による
砂漠緑化

空気中水分回収装置

太陽熱・植物性廃棄物利用淡水化システム

原

田

信＊1

川村

亘＊3

Makoto Harada

Wataru Kawamura

大 場 良 二＊2

Ryohji Ohba

永 井 正 彦＊4Masahiko Nagai

自国内に広大な砂漠を抱える中東諸国では，経済発展・都市化の進展に伴い，ますます深刻化する水資源問題の解決に向けた都市インフラ整備実現のため，高効率エネルギー機器の配備，水資源確保・水有効利用技術の導入，緑化促進技術の導入などが重要な課題となっている．弊社は持続可能なオアシス創生の実現シナリオを提示し，弊社技術と製品により，中東諸国の安定かつ持続的な経済発展と環境改善，及び我が国のエネルギーセキュリティ確保に貢献したいと考えている．本稿では，そのさきがけとしての砂漠環境改善への取り組みについて紹介する．

大気が流入しており，この地域である程度の規模まで

1．砂漠環境改善プロジェクトの概要
1．1

緑化が進めば， 森が雲を呼び雨をもたらす 可能性の持続可能なオアシス創生の実現あることがシミュレーション計算の結果わかってきた．

経済発展・都市化の進展が著しい中東諸国では，まそこで，以下に示す仮説シナリオを立案した．

すます深刻化する砂漠化・水不足の解決が求められて砂漠地域に，一定規模の広さを持つ緑地を作る．

いる．弊社は，この人類共通の課題解決にむけ， 持緑地と地域の気候との相互作用により， 森が雲を続可能なオアシス創生の実現シナリオ作成

呼び雨をもたらし ，地域の降水量が増大する．に挑戦している．

利用可能な水量が増大し，緑地拡大が加速する．

弊社は，有限資源である化石エネルギーを大量に用最終的には，深層地下水（地下数百 m から千数百いて，短期的な経済性を優先して砂漠緑化・水資源確m 程度に存在する化石帯水層から汲み上げる再供保を実現する手法ではなく，再生可能エネルギーをで給のない地下水）や海水淡水化等の系外からの水のきるだけ活用した水資源の確保により緑化・都市イン補給は最小限とし，ほとんどの水は海→大気→緑地

フラ整備を進め，自然が本来持つエネルギーを活性化で循環する水で賄える仕組みが出来上がる．

することによる，持続可能なオアシス創生シナリオを

これは，人工的に緑地を作ることをきっかけに，沿提示する．

岸部から山地に向かって吹く風の湿度を高め，含有水

このシナリオ提示により，中東諸国の環境改善，安分を山地にて雲や降水に変え，比較的浅層（地下数定的かつ持続的経済発展と，中東原油に関する我が国m 程度）の地下水（土壌含有水）に還元し，同流量のエネルギーセキュリティ確保に貢献する．
1．2

雲と雨

オアシス創生シナリオ
高温多湿

弊社は平成 11 年より文部科学省の地球フロンティ

湿潤風雲生成山地アプロジェクトに参画し，関連諸機関との産官学連携

蒸発散により，地球・地域気候変動分野の工学的検討を実施

マングローブ林

草地と森林してきた．

1.0

その検討の過程において，砂漠地域の中でも大陸の西岸地域に多く存在するいわゆる海洋性砂漠は緑

紅海加湿帯化の可能性があることがわかった．

＊2

技術本部技術企画部開発計画グループ主席
技術本部長崎研究所技監･主幹 工博

水有効利用地帯

図１

特にサウジアラビア紅海沿岸は，周辺に湿度の多い＊1（浅層）地下水への補給 回収した水

＊3
＊4

回収帯

水循環系の概念図

技術本部高砂研究所神戸技術開発･研究推進グループ主席
技術本部先進技術研究センター化学・反応プロセスグループ主席

185を増大させる機能を有する水循環系を創生することで検討事例を，第４章にて報告する．

ある（図１）．

この取り組みは，文部科学省新世紀重点研究創生プ

弊社は，このシナリオの妥当性を検証し，深層地下

ラン

人・自然・地球共生プロジェクト−水循環変動

水の利用量をできるだけ減らして，持続可能な水循環予測ミッション−

システムの構築，快適な居住空間としてのオアシス創度化

生を実現することを目指している．

発機構，（独）防災科学技術研究所，京都大学，鳥取

1．3

シナリオ検証の手順

大学，上智大学との共同研究にて，サウジアラビア研究機関の協力を得て進められているものである(1)．

シナリオ検証作業は具体的には以下の手順で行う

本プロジェクトは平成 14 年度から開始し，平成 18（図２）．

年度までの５年計画で現在実施中である．これまでの（1）水循環メカニズムの解明

３年間にて要素技術等の検討がほぼ終了し，今年度よ

まず，水の循環を地球規模・領域規模（広域）で捉え，観測データとた計算により広域水循環予測及び対策技術の高プロジェクトの一環として，（独）海洋研究開

地球シミュレータり現地実証試験と並行して全体シナリオの作成に着手を活用ししたところである．

サウジアラビア紅海沿岸のどこに緑地を作るのが最適か ， どの程度緑地を作ると，降水量が増大するか

2．水循環メカニズムの解明等を分析・予測し，水循環現象の理解・メカニズムの解明を進める．この水循環メ

本章では，乾燥地域での持続的な水資源確保・砂漠カニズムの解明に関する検討の一例は，第２章で紹緑化を目的として，観測データ，最新の気象予測モデ介する．

ルと超大型並列計算機（地球シミュレータ）を利用した数値解析により地球規模から地域にわたる水循環過（2）持続可能な水資源確保・砂漠緑化程を解明した結果を報告する．

上述した水循環メカニズムを実現するため，工学的検討，及び農学的検討に経済／社会／文化的観点

2．1

地球規模の気象解析からの検討も加え， 持続可能な水資源確保・砂漠地球規模の気候変動及び水循環変動は，海面温度分を実現する方法の検討を行う．

布の長期的な変動が駆動力となっていることが最近解

具体的には以下の点が重要な課題である．

明されてきた．太平洋の海面温度変動（ENSO）とイ

当面必要な水をいかにして持続的に確保するか

ンド洋の海面温度変動（IOD）が地球規模の降雨量変（持続可能な水資源確保）．

動におよぼす影響を，長期間の観測データから解析しどのようにして効率的に緑化を進めるか．

た結果を図３に示す．この結果から，ENSO が強く緑化緑化に必要な水量をどのようにして減らすか
Composite for Pure ENSO Events cm/month（持続可能な砂漠緑化）．
本稿では，持続可能な水資源確保の検討事例を第３章にて，また，持続可能な砂漠緑化実現のための技術（a）ENSO の影響

Composite for Pure IOD Events cm/month

地球規模気象解析

持続可能な水質源確保

西アジア地域の気象解析

持続可能な砂漠緑化

サアウジアラビア紅海沿岸の水循環メカニズム解明

経済／社会／文化面からの検討評価
持続可能なオアシス創生

図２ 検討の手順（b）IOD の影響

図３ 太平洋の海面温度変動（ENSO）とインド洋の海面温度変動（IOD）が地球規模の降雨量変動に及ぼす影響
を気象観測結果から解析した結果（灰色地域が降雨量増加，破線の等高線が降雨量減少）
三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）

186
月平均降雨量（1976〜2001）
7060605050mm/月mm/月

月平均降雨量（1978〜2001）
70403040302020

1010012345678

9 10 11 120123456789 10 11 12月

月（a）山岳都市（Abha）（b）臨海都市（Gizan）

図４ 紅海沿岸の山岳都市（Abha）と臨海都市（Gizan）の月平均降雨量観測結果

なるとインドの降雨量が減少し，IOD が強くなると(c)(d)）．現在，植物の種類，緑化面積及び対象年度に中東及びインドの降雨量が増加することが分かった．

よる違いを計算で確認中であり， 森が雲を呼び雨をサウジアラビア紅海沿岸の降雨は，冬季に地中海かもたらすら東進してくる低気圧に起因するものと，夏季にインである．

メカニズムをより詳細に解明していく予定

ド洋モンスーンに起因する２ピーク型であることを，また，山岳地帯での降雨量増加を目的として，図７

図４に示す．冬季の降雨メカニズムを本研究で初めてに示すような気球を多数放流して水滴凝結剤を散布す解明し，Arabian Cyclone と命名した（山形ほか，る降雨促進実験を，サウジアラビア政府研究機関と計．
2005 ）(2)

夏冬いずれの場合も，紅海沿岸に位置する 2 000 m（a）砂漠（最大：0.59 g/kg）（b）草地（最大：0.78 g/kg）（c）砂漠（最大：14.6mm/hr）（d）草地（最大：19.1mm/hr）

級の山岳地帯にて降雨量の増加が認められ，山岳地帯（Asir 地域）には，図５に示すような自然林と農業地帯が形成されている．地球温暖化の影響で地球規模の気候変動が著しい現在，地域の気象が地球規模の気候変動から受ける影響はますます大きくなる傾向があり，領域規模の気象解析と併せ，こういった地球規模での気象解析・シミュレーションを継続実施し，精度向上を図ることが重要である．
2．2

サウジアラビア紅海沿岸の水循環メカニズム解明

次に，領域気象モデルを用いて，サウジアラビア紅海沿岸に拡がる砂漠地域を緑化することによって，空気中への水分補給量が増加し，山岳地帯の降雨量が増加する可能性を定量的に検証した．
たとえば，75 km × 150 km の砂漠を草地に緑化した場合に，草地から水蒸気が供給され空気中の水分量が増加して，山岳地帯の上空で雲水量が約 20 ％増加

図６領域気象モデルによる砂漠緑化影響の数値計算結果する（図６(a)(b)）．その結果，山岳地帯の降雨量が約 20 ％増加する可能性があることがわかった（図６

気球

レーダ反射板パラシュートGPS ゾンデ
降雨促進搭載装置
バラスト（a）高度3 000 m の自然林（b）高度2 500 m の農業地帯

図５ 高度 2500 〜 3000m 付近の自然状況

図７ 気球を利用した凝結剤散布による降雨促進技術の概要

187

画している．同様な取り組みとして，米国大気研究セ

太陽熱と植物性廃棄物を併用した海水淡水化システム

ンター（NCAR）により，中東諸国（UAE，サウジを検討中である．

アラビア）南アフリカ，インドなどで飛行機を利用し太陽熱発電試験設備は，図 10 に示す通り米国カリた降雨促進実験が実施されている．中国では，同様のフォルニア州モハベ砂漠の SEGS 発電所（354 MW）

技術が降雨促進だけでなく，雹防止・霧除去にも利用を始めとして，表１に示すように，海外では大規模なされており，本研究によるサウジアラビアにおける実試験設備が建設又は計画されている．弊社は，SEGS

験成果との相互活用が期待されている．

発電所の３〜５号機（90 MW）について，蒸気発生器及び蒸気タービンを製造し，20 年以上経過した現3．持続可能な水資源確保

在も順調に稼動している．太陽熱発電設備の集熱装置

中東諸国などが位置する乾燥地域では，人口の急増

としては，タワー方式，分離集光（トラフ）方式，パに伴い食糧生産に膨大な量の水資源が消費されていラボラ方式があるが，本研究では，稼動実績があり，る．この水資源の大部分は深層地下水に依存しており，100 ℃程度の低温蒸気発生に適しているトラフ方式にその枯渇が深刻な問題となっている．例えばサウジアついて，淡水化装置への適用を検討した．現在，ラビアでは，水消費量の約 90 ％を緑化・農業に使用

SEGS 発電所の発電単価は設備の減価償却が進んだ結しており，新たな水資源の確保が不可欠となっている．

果，５セント/kWh 程度まで低下してきている．建設

本章では，自然エネルギー利用を主体とした持続可能後 20 年間の平均コストとしても，約８セント/kW ｈ

な水資源確保について，２つの検討事例について紹介の発電単価となっている．

する．

太陽熱淡水化装置は通常１日８時間程度しか稼動で3．1 太陽熱・廃棄物系バイオマス利用海水淡水化システムきない点がネックとなり，その造水コストは図 12 に示すように，化石燃料利用淡水化装置の約３倍とな

中東地域の年間日照時間は，図８に示すように，日本の２倍以上あるため，太陽光及び太陽熱を利用した海水淡水化装置による造水を検討した．また現地調査の結果，中東全域で栽培されているナツメヤシ農園では，伐採された葉など大量の植物性廃棄物が利用可能であることが判明したため，現在，図９に示すような

図 10 米国カリフォルニア州にある SEGS 太陽熱発電所（出力 380MW）のトラフ型集熱装置

5．まとめ
表１

電気出力
（MW）

集熱装置

嫁動期間

California(Solar 1)

10タワー

1982〜88

California(Solar 2)

10タワー

1996〜99California(SEGS 3)354

トラフ

1982 から稼働中

フランス

Pyrenees

2.5

タワー

1982

スペイン

Almeria

1タワー

1983

Sicili

1タワー

1982

Specchia

12

トラフ

計画中

国
米国

図８

太陽熱

年間日照時間の分布

蒸気発生器

蒸気タービン

MSF

（昼間）
発電機
（夜間）

植物性廃棄物RO

MSF：多段フラッシュ型
海水淡水化システム
RO ：逆浸透膜型
海水淡水化システム

図９ 太陽熱と植物性廃棄物を併用した海水淡水化システムの構成

世界各国の太陽熱発電設備

イタリア

場所

ギリシャ

Crete

50

パラボラ

1998

イスラエル

Rehobot

250

タワー

計画中

日本

仁

1タワー

1981〜1985

尾三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）

188
発電コスト（￠/ kWh）

14
1210864

化石燃料発電コスト
凝結水

201980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025
西暦

造水コスト（セント/ t）

図 11 米国 SEGS 発電所の発電コストと化石燃料発電コストの比較

250：RO：MSF：平均

200150

図 13 冷房空調機を利用した空気中水分回収装置

庭での水資源確保の１手段として有効と考えられる．
Jeddah のような臨海部では，年間平均で約 100 リッター／日の水分回収が期待できる．

CDM（セント/t）
100

4．持続可能な砂漠緑化実現のための技術

化石燃料淡水化コスト

500

サウジアラビアでは，人口急増と食糧需要増大にと燃料のみ（ケース１）

太陽熱のみ（ケース２）

太陽熱＋植物性廃棄物（ケース３）

淡水化方式

図 12 化石燃料（ケース１），太陽熱（ケース２）及び太陽熱と植物性廃棄物（ケース３）による海水淡水化コストの比較（カリフォルニア及びサウジの日照条件，造水規模：４万トン／日を想定）もない，深層地下水が枯渇の危機にさらされており，その解決には，新たな水資源の開発に加え，地表水，土壌含有水（地下数 m 程度の土層に存在する水分）並びに生活排水の有効利用を図ることが欠かせない．
そこで本プロジェクトでは，これまでにほとんど活用されていない土壌含有水や生活排水の有効利用を基にした，持続的生物生産が営め，かつ快適な住環境がる．この問題を解決する手段として，植物性廃棄物を提供できる緑地帯の創生について検討を進めている．

補助燃料として併用すれば，更に稼働時間を引き上

なお，本章における開発は，鳥取大学乾燥地研究センげることが可能となり，化石燃料利用淡水化装置とターと共同作業にて進めている．

等価になることが期待できる．また本システムは，ク

4．1 深根苗栽培法の導入

リーン開発メカニズム（CDM ： Clean Development

一般的に，砂漠のような乾燥地では，地表面からのMechanism）の適用対象となり得るので，CO 2 排出蒸発が多く降雨量が少ないことから ，地表面下数権収入が期待できる．

10cm 程度では植物が利用できる水量は少ない．これ

3．2

空気中水分回収装置

に対し，水循環で補給され得る場所では，地下１ m

サウジアラビア紅海沿岸部は，夏期の相対湿度が約〜数 m 程度には植物が利用できる水量が含まれてい80 ％以上あり，空気中に大量の水分が含まれている．

る場所が多い．そこで，このような土壌含有水を利用

また年間を通じて，約９ケ月間は気温が 30 度以上とする植物栽培法として，深根苗栽培法を新たに考案しなるため，冷房空調機の稼働率も高い．この条件に着た（図 14 参照）．この栽培法では，深い根系を持つ苗目して，弊社製のパッケージエアコン （消費電力（深根苗）を育成して植え付けることにより，土壌含12.5 kW）を利用して，図 13 に示すような凝結水を回有水の直接利用が可能となる．

収する

空気中水分回収装置を製作し，その性能評

価試験を行った．

ただし同土壌含有水は，枯渇防止の観点から，緑化対象地域の水循環系により適時補給されることが重要

2003 年に国内（名古屋）で実施した予備試験では，であり，適正な裁植場所を選定し，水収支バランスを同様の気象条件で約 300 リッター／日の凝結水が回収保持できる裁植密度にて栽培することが必須となる．

できた．この試験装置は現在，Jeddah の King Abdul

これまでにモデル植物として，ダイズ（草本性植物）

Aziz 大学（KAAU）にある水研究センターに設置さ及びクロマツ（木本性植物）に深根苗栽培法を適用しれ，１年間の現地実証試験を開始している．

同法の有効性を確認した．その結果，例えばダイズで本装置は，通常空調装置として使用することかは，根長 95 cm の深根苗育成に成功し，正常に活着す

ら，基本的に造水コストは無料であり，都市部各家ることが認められた．クロマツでも同栽培法が適用で

189
蒸散

堆肥

降水

地中灌漑（生活排水の有効利用）

蒸発（小）

乾燥
排水

導根筒の断面
灌漑
パイプ

導根筒

灌漑
根 培地 パイプ

本技術によって表面灌漑水の約 70 ％が削減可能
点滴灌漑水の約 60 ％が削減可能

濃縮汚泥
冷熱利用

前処理装置
（SS 除去用）

凍結濃縮装置

空調設備

導根筒
排熱回収
地中灌漑

濃縮水

土壌水の吸収殺菌装置

導根筒底部縦断面

深根苗

処理水

植物育成へ

濃縮水処理装置

再供給がある土壌水を活用することで灌漑水量の大幅削減が可能

図 14 深根苗栽培法

図 15

凍結濃縮法に着目した排水処理システム

きることが確認され，さらに育成条件を工夫すること境改善がもたらす影響評価等を十二分に考慮しながらにより，深根苗の直根伸長速度を通常苗の 2.5 倍にま進めていく計画である．

で高めることに成功した．今後，サウジアラビアの該

今後，水循環現象の理解・メカニズム解明をさらに当地域において，たとえば，栽培ニーズが高いナツメ進め，オアシス創生のシナリオを描きあげ，その実現ヤシなどに適用した栽培実験など現地実証を行う計画に向けて現地での観測，植物栽培等技術実証を行い，である．

実現性の高いシナリオ提案であることを示す予定であ4．2

生活排水有効利用による植物栽培

る．

中東諸国等冷熱需要が大きい地域における生活排水の有効利用を図るため，凍結濃縮法に着目した排水処理システム（図 15 参照）の開発を進めている．本シ謝

辞本研究推進に当たっては，ステムは，水が凍結する際に含有不純物を排除する性

サウジアラビア・ブシュナック社 Adil Busknak 会長，質を利用して水を浄化するシステムであり，同時に得（財）
日本環境衛生センター酸性雨研究センターられた氷（冷熱）は，空調などの冷熱源としても利用

洋匡所長，（独）海洋研究開発機構

できる．これまでに日本国内にて検証試験を実施し，（独）防災科学技術研究所

次に示すような結果を得た．

鳥取大学乾燥地研究センター（1）たとえばサウジアラビアのような現地生活排水を大学法学部模擬した排水を用いて検証を行った結果，植物栽培

植田

山形俊男領域長，松浦知徳統括主任研究員，稲永忍客員教授，上智岡村堯教授ほか，多数の皆様の協力を得た．ここにお礼申し上げる．

等に利用可能な水質を得ることができた．
［入口条件：（生活排水相当）化学的酸素要求量（COD）300 mg/L，浮遊懸濁物（SS）120 mg/L，
出口結果：（処理水検証結果）COD ＜ 10 mg/L，
SS ＜５ mg/L］．
（2）発生する冷熱を冷房として活用することにより，当該水処理コストは約 50 円／ m3 まで低減できるこ

参 考 文 献（1）人・自然・地球共生プロジェクト，広域水循環予測及び対策技術の高度化，平成 16 年度研究成果報告書，平成 17 年 3 月.
（2）T.Yamagata et al., Diagnosis of tropospheremoisture over Saudi Arabia and influences of
IOD and ENSO, Monthly Weather Review, (tobe accepted) 2005とがわかった．ただし，例えばサウジアラビア現地での植物灌漑水コストは 30 円／ m3 程度以下と言われており，現在，さらに装置を工夫した低コスト化を検討中である．

5．まとめ

原田信

大場良二

川村亘

これまでに検証された技術を用いて，平成 17 年度には，サウジアラビアの該当地域において現地実証を行う計画である．現地実証は，対象地域の住民や行政ニーズ，社会計画，大規模水循環などに関し，現地協力者らと入念にすり合わせ，水資源確保状況，砂漠環

永井正彦
三菱重工技報 Vol.42 No.4（2005-11）