波動ポンプ/upwelling pump

波のエネルギーで海底に溜まった養分を汲み上げプランクトンを増やしCO2回収

夏場の海面水温を低下、台風制御の可能性を探る。

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波動式湧昇ポンプとは?


波・風の力だけで海水を汲み上げる装置です。

利用法は?

①カキ、ホタテ、その他、養殖場での海水撹拌(上下両方向)

②次世代漁礁:稚魚育成ラグーン

③水質改善:ヘドロの好気的分解、ダム湖、浚渫窪地他

④海面水温の冷却:台風・大雪制御

⑤ブルーカーボン:プランクトン発生によるCO2回収・固定

特徴は?

ウキ、逆止弁、パイプからなる単純で壊れにくいのが特徴です。
海の上総掘りと言えるかもしれません。









                      出典:芝浦工業大学(共同研究)機械機能工学科、エネルギー・環境技術研究室 田中(耕)教授研究室


実証試験:千葉県御宿町岩和田漁港


波動ポンプに関する動画


芝浦工業大学実験室での湧昇状況動画
https://www.youtube.com/watch?v=pDjCVyfgeAA


水中での波動ポンプ弁開閉動画、中半から海底の浮遊物等を排出
https://www.youtube.com/watch?v=GIpu9aVgzdI


海底の砂と泥を湧昇する様子
https://www.youtube.com/shorts/DLzkYB5XEKA


古いロープを解いた束にワカメが付着し、周辺に稚魚の群れ
https://www.youtube.com/watch?v=kWUbxAXSWA8


波動ポンプとワカメ
https://youtube.com/shorts/5YTbzowwpHo?feature=share





製品の詳細

1)湧昇ポンプ

①型式:YP100/150

②外寸、重量内訳:

*全長:1740mm

*上部管:1140mm(弁体含む)

*違径部:60mm

*下部管:550mm

*重さ:約5kg

2)ブイ

*形態:球形プラスティックブイ 色:オレンジ

*外径:36cm

*重さ:2.5kg 

*浮力:約22㎏

*試験用受風パイプ取付予定

3)固定法

*ロープ吊り下げ方式:

PVトラックロープ(水に浮くタイプ)

ポリエチレン+ポリエステル

太さ:9mm

耐荷重:760kg

4)送水方向と仮説

①上方汲み上げ:底層の捕食圧を活用=ウイルス、細菌等によるアオコ除去

②下方送水:表層アオコ由来の溶存対酸素を底泥中の有機物分解に利用


開発目的とこれまで知見:

①海面水温冷却による台風制御
8月、僅か2~3mの底層水温は3℃以上低い事が解りました。
波の力で数メートル下の冷水を汲み上げる事で水蒸気の発生を大幅に削減出来るものと考えられます。
※海面水温1℃上昇で7%増加すると考えられている。


海面から鉛直方向に50cm間隔の水温変化



赤丸が波動ポンプ上のブイ


7月から10月にかけて海面水温を低下させることで
スーパー台風の発生を抑えられるものと考えています。

②水産資源の活性化
波動ポンプの周辺には稚魚に魚影が観られます。


波動ポンプ周辺に集まる稚魚群

   
ワカメ着生

 
波動ポンプ管内にタコの卵の様なものが。


稚魚の群れ


調査用の集砂管に入り込んだ小魚



エサとなる生態系の着生




波動ポンプ外壁に付着するワカメ?


カキいかだでの導入計画(現在、調整中)

③青潮、赤潮、アオコ対策

青潮:海底の浚渫窪地に溜まった有機物の好気的分解促進


赤潮:海底有機物の好気的分解促進
底泥中のウイルス感染による赤潮除去


アオコ:底泥有機物の好気的分解促進
底泥中のウイルス感染によるアオコ除去

写真:埼玉県内のダム湖で発生したアオコ



黒っぽい縞は底泥中のヘドロ層



海底部の酸素状況を示す鎖のサビ

  
海底の砂とヘドロを同時に引き上げる波動ポンプ


写真下は集砂管に溜まった砂(波動ポンプあり)



*実験場所:御宿岩和田漁港(改良試験継続中)


周辺水域、伊勢海老、アワビ、サザエ等が生息する岩場が港の近くに存在する。


御宿岩和田漁港写真(グーグルマップより)


継続的に波が押し寄せる御宿海岸
写真右端が漁港


波動ポンプ、ブイ上のパイプは波動ポンプの上下運動増幅管

芝浦工業大学/NPOエスコット共同研究

①波動ポンプの持続可能性

今、気候変動対策と食糧確保の2つの課題解決が求められています。
波動ポンプはCO2をプランクトンとして回収後、マリンスノー形態で海底に固定出来ます。
また、ヘドロの好気的分解によりメタンガスの発生を抑えます。
(メタンはCO2の25倍もの温室効果作用あり)
人類が持続可能な生活を維持するには再生可能エネルギーと汎用資材を用いた革新的技術が必要です。
波動ポンプはこれらの課題解決に役立つものと考えています。


②原理と利用法

フロート(浮体)の下から特殊な逆止弁とパイプを組み合わせたポンプ構造物を海中に吊るす。
波の上下運動だけで底層のお水を効率的に表層に汲み上げたり、下方に送水したりする事が出来る。
構造がシンプルなため強度があり、メンテナンスが容易である。


③海外事例紹介

実用化レベルの湧昇ポンプは1983年Vershinskyによって開発された。
その後、2008年、ハワイ大学、オレゴン大学が共同で公海での実証試験を行った。
(結果湧昇は確認されたが装置の強度不足により、長期的効果は検証できなかった。)
開発者はその効果を以下の様に記していた。

1. 多数の湧昇ポンプを海上に浮かせることにより、数億トンのCO2をプランクトン形態で回収可能。
2. プランクトン⇒小魚と食物連鎖が生まれ設置水域での水産資源復活が見込める。
3. 底層冷水による水蒸気発生抑制効果が期待できる。
4. 湧昇ポンプによるエネルギー吸収による波高制御。(オーストラリア、グリフィス大学)

  



  



波動ポンプによる生態系回復イラスト

 

波動ポンプイラスト


波動ポンプによる海面水温低下を示すモニター画面

出典:イラスト左=オレゴン大学/ハワイ大学、イラスト右=グリフィス大学ゴールドコースト校


④NPOエスコットが波動式湧昇ポンプを行う目的は?

1. 水産資源回復(=近海浅海域での食糧増産)
2. プランクトン増殖によるCO2回収と生物系回復・活性化
3. 海水の鉛直(上下方向)撹拌による表層の水温上昇抑制(水蒸気発生抑制による夏の台風、冬の大雪災害の軽減)
4. 有機性底泥(河口、湖沼、ダム湖で蓄積)からのメタン発生抑制
*鉛直撹拌による酸素供給(嫌気性分解から好気性分解へ)
*炭素のメタン化阻止はCO2の24分子の排出削減と同じ効果


⑤エスコット製、波動ポンプの特徴は?

☆☆☆高強度、高耐久性
*ステンレス316採用
*重量用ヒンジ使用、両端密閉6mm軸
*ポリカーボネート弁体採用
*タイヤ加工弁閉バネ採用


☆☆☆☆数センチのさざ波で底層水を表層に汲み上げ可能。
*斜めカット弁採用
*弁閉時の密閉強化、接合面のシリコーン加工


☆その他、改良点
*幅広左右不均一弁により微力開閉
*弾性体による閉じ力発生構造(通常、重力式のみ)
*先端部の斜カットとパイプの違径構造による上昇時の流体抵抗低減
*ブイ形状とピッチング力応用型つりさげ法

☆汎用品使用によるDIY対応(低コスト)
*逆止弁以外は何処でも入手可能な下水用配管(VU管と継手)を使用
*開閉補助用弾性体には古タイヤで資源リ活用

☆導入、移動、修理、撤去、廃棄が容易
*湧昇パイプは塩ビ製の排水管なので全国どこでも安価に入手可能
*単一素材使用による廃棄時の分別作業削減

⑥海水(又は淡水)汲み上げ能力





  
湧昇管サイズ A:断面積 H:波の高さ T:周期 1振動の湧昇量 1日の最大湧昇量(m3)
VU100ポンプ 0.0079 0.2 3 0.002 48
VU125ポンプ 0.0122 0.2 3 0.003 74
VU150ポンプ 0.0177 0.2 3 0.004 107
VU200ポンプ 0.0314 0.2 3 0.007 189
*予測計算式

方程式: πAH/T=A:湧昇管断面積、H:谷から頂点までの高さ、T:波の周期
内訳:Q=VmaxA=ωrA=(2π/T)(H/2)A=πAH/T
湧昇ポンプサイズ A:断面積(m2)
H:波の谷から頂点までの高さ(m)
T:周期(s)
1振動での湧昇量(m3)
1日湧昇量(m3)

⑦研究支援企業・団体・個人

NEW!
BS12,<SDGsラボ>放映














 

※波動ポンプは特許申請中です。

ご説明・お見積りを希望される方は以下にご連絡下さい。

連絡先:info@npo-escot.org
tel:080-4365-0861
開発担当: 藤本まで

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