海水汲み上げによる気候激甚化対策研究

背景

近年、台風の巨大化、猛暑、未体験豪雨など気象災害の激甚化が深刻化しており、これらへの効果的な対策が急務となっています。

その主な原因の一つとして、表層（10～30㎝）に形成される高温海面層が、水蒸気発生の増加や、この層における酸素（O₂）・二酸化炭素（CO₂）の吸収阻害をもたらすことが挙げられます。

実際に、赤外線吸収特性により日中の高温層は年中形成され、多くの観測地点で海面水温は下層水温より著しく高く維持され、結果として水蒸気放出量が増え、異常気象の発生要因になります。

ESCOTでは、波力を利用して水深2～3mの低温海水を表層へ汲み上げて拡散する「波動式湧昇ポンプ」の開発・実用化に取り組んでいます。

この技術は外部動力を必要とせず、波の上下運動のみで安定的に冷水を供給でき、海面高温層を物理的に除去します。

対策概要

水深３m～１０ｍの低層冷水を汲み上げ海面に拡散する。
その為、波力をエネルギーとする*「波動式湧昇ポンプ」を用いる。
これにより*湧昇海域を創造し、同時に*温室効果ガスである水蒸気の発生を抑制する。

*波動式湧昇ポンプ：

波の上下運動を利用し低層海水を表層に引き上げ、拡散する装置。

2019年の房総半島台風を機にNPO法人エスコット、芝浦工業大学で共同開発

現在、千葉県御宿町、岩和田漁港内にて実証試験を継続中

*湧昇海域：

湧昇域は全海洋面積の0.1％程しかないとされるが、その生物生産量は海洋のあらゆる生態系の中でも際立って高く、非常に豊かな生態系が形成される。
これは深海の栄養塩が海洋表面にもたらされることで、海洋の生産者である植物プランクトンの増殖をきっかけに、次々と上位の栄養段階にある生物が増えていくためである。
湧昇域は好漁場となり、人間にも恩恵を与えている。　出展：ウキペディア

*温室効果ガスである水蒸気

水蒸気は地球の温室効果ガスの中で最も寄与度が高く、大気中における温室効果の約50%を担っています。

気温の上昇によって大気中の水蒸気発生が促進され、それがさらに温暖化を増幅する「水蒸気フィードバック」と呼ばれる現象が認められています。

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効果

一時的効果：

水蒸気発生抑制＝台風、豪雨の激甚化抑制
沿岸都市の猛暑対策＝水蒸気にはCO2以上の温室効果作用がある。
海洋によるDAC＝海面水温低下によりCO2、O2の溶存量増加

二次的効果：

*アマモ、サンゴ等の生育環境を改善
沿岸海域での漁業の活性化
気象リスクと被害規模縮小
猛暑による冷房コスト削減

*アマモ等の海藻類の生育環境を改善

海水の鉛直攪拌がアマモの生育環境や生態系機能に与える影響

溶存酸素（DO）と栄養塩の供給
鉛直攪拌が弱いと、表層と底層の水が混ざりにくくなり、底層で溶存酸素が低下しやすくなります。

これはアマモの根や地下茎が必要とする酸素が不足しやすくなり、生育不良や衰退につながります。

各地の鉛直水温比較

千葉県御宿町、勝浦市、伊勢湾、東京湾における鉛直水温調査・解析を行いました。

千葉県御宿岩和田漁港における鉛直水温比較

千葉県勝浦市、海中展望塔直下での鉛直水温比較

伊勢湾における鉛直水温比較

東京湾表層（０～５ｍ）、中層（水深中央値≒１０ｍ前後）の水温比較イラスト

共通する水温傾向について

近年の観測データによれば、水深2〜10mの層には、海面水温を実際に1〜2℃低下させることのできる低温水が広く分布しています。

この比較的浅い層から冷水を揚水することは、技術的にもコスト的にも容易であり、効率的な海面冷却手法として注目されています。

これまでは、表層海水の冷却には数十〜数百メートルの深海からの深層水揚水が不可欠と考えられてきました。

しかし、深層水の揚水は膨大なエネルギーを要し、また急激な環境変化を生むリスクも伴います。

一方で、水深2〜10mの冷水を利用することで、外部環境への過度な影響を避けつつ、安定的かつ持続可能に表層水温を制御できる可能性が示唆されています。

海洋深層水の汲み上げに依存しない新たな冷却技術は、現場への導入障壁を劇的に下げ、広範囲な海域に分散設置が可能です。

このような技術革新は、台風やハリケーンの巨大化抑制、気候変動リスクの低減、さらには水産資源や海洋生態系の保全にも寄与し得る重要なソリューションです。

海面水温の現状課題

近年、海面付近のごく薄い高温層が長期間安定して存在し、上下方向の海水の混合（転流）がほとんど起こらない状態が常態化しています。
この結果、高温化した表層からは継続的に大量の水蒸気が発生し、温室効果ガスとして気候変動をさらに加速させる一因となっています。

さらに、海水の温度上昇は溶存酸素（O₂）および二酸化炭素（CO₂）の保持能力を低下させ、海洋の自己浄化機能やCO₂吸収能力が著しく損なわれます。
溶存酸素量の低下は、魚介類等の生物に深刻な酸欠ストレスを与え、斃死（へいし）や生態系のバランス崩壊を引き起こす危険性が高まっています。

このような状況は、台風やハリケーンの巨大化リスクのみならず、地球全体の気候システムや海洋生態系の健全性に対する重大な脅威として認識すべき重要な課題です。

鉛直攪拌（湧昇＝upwelling）効果

波動式湧昇ポンプには以下の主な特徴と効果があります：

夏季における水蒸気発生の抑制 水温の調整を通じて、水蒸気の過剰発生を防ぎます。
CO2およびO2の溶存量向上 酸素や二酸化炭素の溶解量を増加させ、生態系の健全性に寄与します。
栄養塩類の循環促進 栄養塩を効率的に循環させ、海洋生態系の活性化を支援します。
低運転コスト 波のエネルギーのみを利用する設計により、運転コストがゼロに近く、導入・メンテナンス費用も抑えられます。

水蒸気の温室効果作用に関する詳細ページ　⇒　こちら

波動式湧昇ポンプ(特許取得済み)について

湧昇の仕組み 波動式湧昇ポンプは、浮体（ブイ）に連結された逆止弁付きパイプで構成されています。

このシンプルな仕組みにより、海水の効率的な湧昇（upwelling）を実現します：

上昇時に弁が閉じ、パイプ内の水が引き上げられる
下降時には弁が開き、引き上げられた水が排出される

この動作を繰り返すことで、波のエネルギーを活用しながら持続的な湧昇（揚水）が可能になります。

波動式湧昇ポンプの特長

小波・不規則波への対応 斜めカットの軽量幅広弁を採用し、より高い湧昇感度を実現。
風下方向への拡散 受風ポール付きの丸ブイを用いることで、揚水を風下方向に効率的に拡散。
上下双方向の送水 装置を上下逆にすることで、下方への送水が可能となり柔軟性を向上。

逆止弁構造

※長寿命蝶番採用：一日に数万回、１年間継続使用可能

波動式湧昇ポンプの湧昇効率について

湧昇ポンプの有無による海面水温比較

湧昇量・拡散面積試算

東京湾の海面水温を１℃下げる為のシミュレーション

東京湾の水深0㎝～30㎝の表層の海面水温を下げる試算を行ってみました。

条件設定：

東京湾面積＝100㎞²

現在の海面水温＝30℃　Ts

底層水温＝27℃　Tc

詳細情報記載ページ　⇒　こちら

波動式湧昇ポンプ解説動画　⇒　こちら

概要まとめ資料　⇒　こちら（PDF)

推奨用途（台風制御以外）

養殖海域の既設ブイ活用＝ブイ下海中にロープで吊るして使用できます。
海底砂漠海域での浮体式漁礁
湖沼、ダム湖の水質改善

価格：逆止弁以外は汎用品としてDIY制作出来ます。

逆止弁：￥29800/個（税、送料別）

周辺アイテム：

受風ポール付き丸ブイ（浮力22㍑、牽引ロープ付き）：￥24800/個（税、送料別）
湧昇管セット：￥39800/セット（税、送料別）

　⁂セット価格内訳：

上部湧昇管VU100（1.8m～）
異径ジョイント（VU100/200）
下部湧昇管VU200（0.5ｍ）
連結用ビス
管内クリーニング・バー

持続可能な技術としての発展性

ゼロ・エネルギー：波力・風力のみで駆動、外部エネルギー不要！環境負荷ゼロの持続可能技術
水産資源の活性化：酸素と栄養塩循環を促進し、人工的に豊かな湧昇海域を創造
気候災害軽減：海面水温を冷却し、台風（ハリケーン、サイクロン）への水蒸気供給抑制
低コスト＆DIY対応：漁業関係者、ベンチャー企業向けモデル事業化
猛暑への具体的軽減策：温室効果ガスである水蒸気発生抑制で猛暑対策

要確認事項

深層海水汲み上げとの相違点について：

波動式湧昇ポンプは、波のエネルギーを利用し、水深2～8m程度の浅層冷水を簡易な装置で汲み上げ、主に局所的・分散的な用途（例：漁場の活性化や海面冷却）に用います。
小型・低コスト・設置や運用が容易です。
巨大装置による深層海水汲み上げは、500～1,000m以深の深層水を大規模にポンプアップし、広範囲への海洋大循環や一次生産向上、CO₂吸収促進といった地球規模の用途を目的とします。
大きな設置コスト・維持費がかかり、技術的困難も多いのが特徴です。

要約すると、浅層―波力・分散・小型・安価／深層―大規模・高コスト・地球規模が主な違いです。

海藻着生用の浮体構造物として海藻を増やす

浮体は海藻が着生できる新たな表面（基質）を提供し、特に砂地や岩盤が少ない場所でも藻場の創出が可能となります。

海底設置型に比べ、浮体は砂の堆積による海藻着生阻害が起こりにくく、安定して着生面を維持できます。

水深や設置高さを工夫することで海藻の生育に必要な光量を最適化しやすく、浅海～中層でも効率よく光合成ができます。

浮体は着生した海藻ごと簡単に移動・回収でき、基質自体も再利用が比較的容易です。

広い範囲に浮体を分散配置することで持続的な生育場の創出ができ、炭素固定量の増加によるブルーカーボン施策としても貢献します。

浮体式漁礁創成＝藻場をつくり生態系を復活

海藻類着生

多様な生態系を確認

産卵場所となっている。

詳細情報、目次：

波動式湧昇ポンプとは？
波動式湧昇ポンプの役割と効果は？
NPOエスコットの波動式湧昇ポンプについて
 波動式湧昇ポンプに関する最新動画、資料
モニター販売開始カタログ
関連情報、資料
　　＊湧昇海域について＝水産資源の50％は0.1％の湧昇海域から
　　＊海底耕耘（海の肥沃化）効果について
　　＊海面水温上昇による問題と冷却効果について
　　＊海面水温に関する最新調査
　　＊試験海域：勝浦海中展望塔における海面：水深８ｍ比較
　　＊推定湧昇水量と計算式
　＊水蒸気供給抑制について
＊台風のエネルギーを活用できる仕組み
＊ヘドロの好気的分解＝メタン、青潮の発生抑制
＊浚渫後の海底のくぼ地にたまる有機物を好気的に分解しメタン、硫化水素の発生抑制
* 海外事例
* まとめ

NEW:波動式湧昇ポンプ概要説明書
⇒　詳細情報

NEW:東京湾シンポジウムでポスター展示
⇒　詳細情報

NEW:ドイツ語資料をドイツ企業数社に提供しました。
⇒　ドイツ語資料

NEW:空気中から直接CO2を回収するDAC技術の可能性が生まれました。
⇒　詳細情報

　
波動式湧昇ポンプとは？

波動式湧昇ポンプとは波の上下運動を利用し、海水（または淡水）を汲み上げる人工湧昇装置です。

波による湧昇原理：

海面に浮かせた丸ブイより海中に吊り下げられた湧昇ポンプが波により上下運動を繰り返す。

①上昇時には上部弁体が閉じ湧昇管上部が密閉され内部の水と共に上昇する。
②下降時には水の慣性と湧昇管下部から受ける上向き水圧により管内水が弁体より排出される。

図1：湧昇イラスト、出典：芝浦工業大学

図２：とろろ昆布を用いた湧昇可視化画像、出典：芝浦工業大学

図３：海中での湧昇画像、上昇時弁体が閉鎖し下降時に弁体が開く

湧昇海域：

湧昇域は全海洋面積の0.1％程しかないとされるが、その生物生産量は海洋のあらゆる生態系の中でも際立って高く、非常に豊かな生態系が形成される。これは深海の栄養塩が海洋表面にもたらされることで、海洋の生産者である植物プランクトンの増殖をきっかけに、次々と上位の栄養段階にある生物が増えていくためである。湧昇域は好漁場となり、人間にも恩恵を与えている。　　　　　　　　　　　出展：ウキペディア