2015年2月13日
日本企業のグローバル水市場への 取り組みと技術戦略
一般社団法人 海外水循環システム協議会(GWRA)
[㈱日立製作所 インフラシステム社 技術最高顧問]
理事長 上田 新次郎
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目次
1.グローバル水市場と課題
2.水のグローバル展開に向けた 大型技術開発スキーム
3.今後期待される技術戦略と事例
4.NEDOへの期待
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1-1.グローバル水市場に向けた動き
経協インフラ戦略会議
平成25年3月13日 第1回会議 議長 内閣官房長官 構成員 副総理兼各大臣
●「インフラシステム輸出戦略」の策定 平成25年5月17日 → 改定 平成26年6月3日 ●具体的施策(5本柱)の発表
「企業の グローバル競争力
強化に向けた 官民連携の推進」
(出典:首相官邸ホームページより) 2
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1-2.世界の水ビジネス市場 1
経済産業省が2010年4月にまとめた水ビジネス国際展開研究会の最終報告書から。 3
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1-3.水ビジネスの事業領域と課題
三菱商事+産業革新機構・・・豪州・ユナイテッド・ユーティリティーズ買収
三井物産・・・メキシコ・アトラテック社への出資、下水道事業
丸 紅 ・・・南米チリ・アグアス・ヌエヴァ出資
三菱商事+三菱重工・・・中東ドバイ・メティート社への出資
日立製作所・・・イラク・バスラ淡水化プラントと5年間のO&M 北九州市+神鋼環境ソリューション・・・ベトナム・ハイフォン市浄水施設
東京都下水道局+住友商事・・・マレーシア下水道整備
部材・
機器製造 設計・施工
維持管理・
事業運営
ベオリア、スエズ(仏)、GEウォータ(米) 海外
メーカ エンジニアリング・
プラント 商 社
国内
地方自治体
日本企業の最近の動き
企画・ 計画
コンサル
◆出資による事業参画
◆EPC+事業参画
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1-4.海外水循環システム協議会
1)国内外の産官学との交流による情報収集と政策提言
2)海外展開のためのプロジェクト形成と案件創生・推進
事業の目的
資 金 全体 計画
EPC
機器 素材
異業種の 民間企業連合
契約 経営
管理 運営
関連省庁、地方自治体、 大学、研究機関、民間団体 等
産・官・学連携
ゼネコン
商社
銀行
保険
F/S調査(ベトナム) 34社(平成27年1月現在)
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2008年:有限責任事業組合 2012年:一般社団法人
【設立年】
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2-1.水のグローバル展開に向けた大型技術開発プロジェクト
■ 経済産業省-新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)
省水型・環境調和型水循環プロジェクト:2009~2013
「再生水利用のモデル事業」、「ウォータープラザ事業」
■ 内閣府-日本学術振興会(JSPS)-NEDO
最先端研究開発支援プログラム(FIRST)
「Mega-ton Water System」:2009~2013
■ 文部科学省-科学技術振興機構(JST)
戦略的創造研究推進事業(CREST)
「持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム」:2009~
■ 文部科学省-JST/国際協力機構(JICA)
地球規模課題対応国際科学技術協力(SATREPS):2008~
■ 環境省
アジア水環境改善モデル事業:2011~ 6
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2-2.再生水利用のモデル事業
農業用水、建設工事用水
MBR
工業用水 コンクリート用;練水、ブロック製造機械冷却用;洗浄設備、用水地冷設備
高レベル再生水
中レベル再生水
RO
下水
汚泥
濃縮水
処理水 再生水 生活排水 汚水源
Abu Dhabi
Dubai
Ras Al Khaimah
Fujairah
Sharjah
Ajman
Umm Al - Quwain
アラブ首長国連邦全体図
ラスアルハイマでのモデル事業概要
MBR:(Membrane Bio – Reactor) RO:逆浸透膜(Reverse Osmosis)
Al Ghail Industrial Park
MBRユニット 500m3×4系列
ROユニット 500m3×3系列
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実証サイト
今後の展開:UAE、サウジ.など中東を中心に再生水利用事業を展開
委託:NEDO 実施:GWSTA (海外水循環ソリューション技術研究組合)
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MBR
UF 海水RO
下水RO
下水RO濃縮水
海水希釈
九州電力
濃縮水
動力低減
海水と同レベルの塩濃度
ボイラー用水
500m3/d
再生水 1400m3/d
前処理水量減 低コスト 省エネ
生態系への負荷低減
1500m3/d
2-3.ウォータプラザ事業(海淡・下水再利用統合システム)
ウォータープラザ北九州
下水RO濃縮水で海水を希釈することで、海水淡水化システムを、 ①省エネ(動力費を約40%削減)、②環境低負荷型 に改良。
UF:限外ろ過:(Ultra Filtration)
8 今後の展開:南ア、中国、インドでPR活動中
委託:NEDO 実施:GWSTA
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2-4.Mega-ton Water System
(出典:メガトンプロジェクト資料)
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今後の展開:サウジアラビアにて実証事業・大型プラントへ展開予定
委託:NEDO、実施:17企業+11大学
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⑮「地下水管理手法」 埼玉大 小松教授 ⑯「地下水持続利用システム」 熊本大 嶋田教授 ⑰「山体地下水資源開発」 京都大 小杉准教授
森林
降雨(水源)
湖沼
浄水場
上水道 下水道
田畑
工業廃水
ゴルフ場 降雨(水源)
上水道
⑥「荒廃人工林の管理」 筑波大 恩田教授
⑪「膜分離技術を核とした革新的 上下水処理システム」 北海道大学 岡部教授 ⑫「都市水循環系の構築のための 水再生技術」 京都大 田中教授 ⑬「複数の膜技術を統合した 新しい水処理システム」 工学院大 中尾教授 ⑭「ロバストRO/NF膜」 広島大 都留教授
⑤「放射性物質移流拡散 シミュレータ」 東京大 沖教授
③「面的水管理・カスケード型 資源循環システム」 高知大 藤原教授 ④「超節水精密農業技術」 東京農工大学 澁澤教授
⑩「都市地下帯水層を利用した 水再利用システム」 京都大 伊藤教授
①「水利用の長期ビジョン作成」 東京工業大 鼎准教授
②「都市圏水利用システム」 東京大 古米教授
⑨「微生物制御技術」 宇都宮大 池田教授
⑦「水循環系スマート水質モニタリング技術」 広島大 三宅教授 ⑧「病原微生物検出による水監視システム」 東北大 大村教授
農業 流域
地下水
河川
下水道 下水処理場 海域
海水
都市 浄水場
下水処理場
工業団地
下水処理場
下水道
気候変動
CO2削減25%
(出展:JST NEWS 2012.12 をもとに作成)
2-5.持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム(CREST)
農業 放射性物質 森林
水質評価・モニタリング 下水処理 水管理システム
膜技術
地下水
都市水利用
都市
地球
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3-1.技術戦略
伸びる市場と技術開発
海水淡水化
Oil & Gas, Mining
上下水道
グローバル水市場での要求事項 開発すべき技術
・水需要への対応 ・環境保護 ・地球温暖化阻止
造水、水再利用 ゼロエミッション 省エネ
・超省エネプロセスの開発 ・ゼロエミッション技術開発 ・新材料を含むロバストなプロセス開発 ・ゼロエミッション技術開発 ・超省エネプロセスの開発 ・スマートウォーターシステム
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3-2. 海水淡水化の更なる進化へ向けて
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一般的な海水淡水化プラント
◆更なる省エネ化(例:3.5Kwh/㎥→2.5Kwh/㎥)
・ナノカーボンなど新材料による低圧・高流束化
・PRO によるエネルギー回収の実用化
◆濃縮排水の環境に及ぼす負荷低減
◆各地域・各種海水に対し安定したプロセス技術の確立 Source:Mark Wilf, Membrane Desalination Technology
ERD:Energy Recovery Devise
【運転動力の内訳】
※Pressure Retarded Osmosis System
※
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3-3.現状の石油生産プラント
Onshore
石油精製
天然ガスプラント
Oil
石油随伴水
二相 セパレータ
GAS
Offshore Fuel
Flare
生産井
Fluid パイプライン
三相 セパレータ
生産井
石油貯留層
海水
水処理 装置
随伴水処理プラント (油水分離,固液分離等) 油
井圧入
廃棄井
油井圧入
河川放流
海洋 放流
石油貯留層
市場規模:7,600億円(2020年)(その内 高度処理1,500億円) (出典:GWI)
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Ref.: http://www.netl.doe.gov/File%20Library/Research/Oil-Gas/epnews-2013-fall.pdf/epnews-2013-
fall.pdf
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(Millions m3/d)
◎ 東京都水道局の浄水施設能力は686万m3/dで, 約1,300万の都民に供給
3-4.世界の石油生産量と随伴水発生量の推移
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3-5. 石油回収フェーズと随伴水処理の高度化
1次回収
2次回収
3次回収
Oil recovery 5% to 15%
Oil recovery 20% to 60%
Oil recovery 35% to 75%
自噴による油回収
メジャーは新規油田開発より 既存油田からの油回収に注力
かんがい用水,ボイラ用水等への再利用でも脱塩は必要
水のインジェクションによる油回収 (IOR: Improved Oil Recovery)
随伴水量の増加 随伴水再利用での除去対象:油分,SS成分
熱,ガス,Chemical等のインジェクションによる油回収(EOR: Enhanced Oil Recovery)
実用性の高い低塩分濃度水EOR (LS-EOR: Low Salinity EOR)が注目される
随伴水再利用での除去対象:油分,SS成分
+ 塩分
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3-6. 随伴水処理システムの現状と期待されるシステム
石油 随伴水
比重差分離 (重力)
比重差分離 (ガス浮上,遠心力)
ろ材ろ過 (吸着)
500~2,000 油濃度 (mg/L)
100~500 15~30 < 5
・廃棄 ・油井注入
廃棄
MF,UF膜(油分,微細粒子除去) RO膜,高塩分濃度水脱塩技術(MD,FO)
・有効利用(灌漑,緑化等) ・EOR用インジェクション水 → 石油増進回収 → 石油生産に貢献
インジェクション 時の地層閉塞
環境汚染
現状の随伴水処理システム 分散油滴分離,浮遊固体分離
一次処理 二次処理 三次処理
期待される将来システム 膜による油分,微細粒子除去,脱塩
< 5~1
二~三次処理 脱塩処理
油滴サイズ (μm)
>150 40~150 10~25 2~5
<1~0.1
TDS 1,000~400,000 mg/ℓ
TDS 1,000~5,000
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3-7.イノベーションを駆動する革新的なカーボン技術
Amorphous Carbon Coating
Diamond-like Carbon (DLC) Coating
RO膜
基材
RO膜
基材
sp2 based
sp3 based
Diamond-like carbon
0.3~0.4nmの孔
<参考> 既存の逆浸透膜(RO膜)
×耐久性、耐薬品性、耐熱性が脆弱 ×膜厚であるため流路抵抗大 ×油や水生生物等で目詰まり
流路となる炭素ナノ孔 を精緻に制御
ナノ構造新炭素体
◆過酷な水環境で使用できる膜 (ロバスト性の向上) ◆省エネルギー化
水・物質分離用デバイス化
ポリアミド
既存技術の延長では 多様な水源から水を造り、 世界中の人々に十分な 水を提供することは困難
現状
解決すべき技術的課題
カーボン等の材料特性を活かして分離膜技術を
革新 ◆海水や油を含む水など、
世界の多様な水源に対応
◆長寿命、メンテナンス低減
◆流束、造水量の飛躍的増大
◆資源採取への応用
期待される革新的機能
(JST センターオブイノベーション資料) 17
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3-8. 膜を使った高塩分濃度水の脱塩技術
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Item 膜蒸留
Membrane Distillation(MD)
正浸透法 Forward Osmosis Membrane (FO)
貧溶媒添加法 Super Saturation Crystallization
Inlet Salt Concentration
10,000 - 100,000mg/l 10,000 - 100,000mg/l 50,000 - 300,000mg/l
Brine Salt Concentration
300,000mg/l (Max.) 300,000mg/l (Max.) Zero Liquid Discharge
Configuration
仕様される膜 PTFE または PP膜 (孔径0.2~1μm)
CTA または PA膜 (孔径: RO同等)
MF/UF/NF/RO膜 (溶媒回収)
開発フェーズ Pilot Under Development Pilot
Membrane
Ho
t F
eed
Wate
r
Evaporation
Channel
Permeating
Vapour Condensing
Channel
Co
ole
d P
erm
eate
Str
eam
Feed
Draw solution Membrane
Brine Treated water
Dehydrator
UF NF RO
Treated Water
Raw Water
Reaction Tank
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3-9.省エネ型処理システム
基本フロー コンセプト
好気
省エネルギー
容易な維持管理
安定した処理水質
圧倒的な低LCC
(ライフサイクルコスト)
嫌気
(メタウォーター株式会社 ホームページより抜粋)
①工場排水への運用(工場排水(バイオ燃料、醸造、乳業など))
(リックス株式会社(PENTAIR社)ホームページより抜粋
1.廃水タンク (原水槽)
2.栄養剤調整装置
3.熱交換器
4.バイオリアクター(生物反応槽) 5.MBR膜装置
6.エネルギー回収用 バイオガス
②下水処理への適用 東北大他
省エネルギー
汚泥発生量が少ない
エネルギー回収
アナモックスプロセス
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3-10.インテリジェントウォーターシステム
処理水
工場 住宅
工業用水 (再生水)
データ センター
産業排水処理システム 下水処理システム
飲用水 工業用水
下水
河川水/海水
中水 (再生水)
工場用水 (再生水)
上水処理システム 処理水
ウォーター マネジメント
システム
A市
C市 B市
水環境情報の集約、一元管理により、経営効率化と水資源問題解決に貢献
・経営管理情報 ・営業情報・料金情報
・需要家情報 ・設備稼動情報 ・管路・地図情報
工業排水
(出典:株式会社日立製作所 資料から抜粋) 20
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4.NEDOへの期待
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1.成果の普及展開 中東、アフリカ、インド、東南アジアなど水需要 増大地域への積極的な普及拡大。 2.NEDOへの要望・期待 [システム支援] 国際交流活動、国際エネ実証事業などを活用し た優位技術の実証の支援。 [技術開発] ・海水淡水化システムの超省エネ化と ゼロエミッション化 ・Oil&Gas分野における処理プロセスのロバスト化と ゼロエミッション化 ・東南アジアなど海外の上下水処理システムの省エネ化 IT活用及び低LCC化
ご清聴ありがとうございました。