今回、宙畑編集部がお話をうかがったのは、国際宇宙ステーションでの水再生技術の実証を見事完遂された栗田工業です。同社は、ボイラの水処理薬品事業により創業し、水処理装置、水処理薬品、およびメンテナンスサービスなど、水に関わるあらゆる事業や技術を幅広く手掛けており、今まさに、宇宙分野における水処理へも挑戦されています。

宇宙に物を運ぶためには、ロケットで運搬する必要があり、人が活動する上で必要な水も例外ではありません。宇宙空間への物資の輸送にはとてもコストが掛かりますが、ほとんど圧縮できない性質をもつ水は、地上から運搬すると膨大なコストがかかります。宇宙では、水を再利用することは非常に重要なことです。同社は、それを実現する宇宙の水再生技術の開発に取組まれています。

今回、取材の内容を前編と後編に分けており、前編では栗田工業の方々に対面で伺った内容を、後編では新しく昭島にできた研究開発拠点(Kurita Innovation Hub)の設備見学の画像ギャラリーとともに、宇宙で活躍する水処理装置の実機を見ながらお話をうかがった内容を紹介いたします。本記事はその前編です。

また、今回の取材にあたり、お話をうかがったのは以下の3名です。

始まりは船舶？ボイラ薬品技術から宇宙まで、水処理と私たちの生活との関わり

宙畑：まずは栗田工業の創業の経緯から教えてください。創立は1949年と戦後間もない時期ですね。

渡辺：創業者の栗田春生氏が戦時中の船舶関連業務で得たボイラの知識を活かし、世の中に役立つ技術を広めようと、ボイラ薬品の販売事業を始めたのがきっかけです。

その後、ボイラ薬品だけではなく、私たちは水に関するあらゆることに対して総合的に事業を拡大していきました。今では半導体製造、紙・パルプ産業や自動車製造など、様々な産業において我が社の水処理技術・サービスを提供しています。

宙畑：ボイラ薬品技術から始まって、今や宇宙の水再生技術までつながっているのですね。

渡辺：栗田工業は様々な水処理技術を持っていますが、それらを支える分析技術も非常に大切です。分析技術を通して“水”を知ることで、次の一手を打つことができます。

宙畑：「“水”を究め、自然と人間が調和した豊かな環境を創造する」という企業理念もその姿勢をまさに表していますね。

宇宙の水再生処理に踏み出したきっかけは？開発で見えてきた宇宙ならではの難しさ

宙畑：さっそくですが、栗田工業が宇宙産業に参入された経緯について教えてください。

高岩：2011年に、ISSの水再生技術を国産化するためのパートナーをJAXAが探しており、弊社としても新たな技術を探索している、タイミングの良い時期がありました。私たちは、地球のあらゆる産業の水処理をしてきましたが、宇宙には参入していませんでした。そんな中、JAXAとしても「国産化をしたい！」、弊社としても「宇宙に挑戦したい！」と、それぞれの想いが重なり、プロジェクトが始まりました。

宙畑：御社にとって、宇宙のことは未知。参入のための調査をすることも非常に大変だったのではと推察します。その時のことを教えていただけますでしょうか？

高岩：大変だったポイントは大きくは2点あります。1点目は、重力がない中で最適な水処理技術を開発しなければいけない点です。地上での水処理は重い物を沈め、軽い物を浮かせて処理するなど重力を活用している技術が多く、重力のない宇宙空間では当社が地上で確立してきた技術をベースにしつつも、微小重力環境に合わせた新たな技術を開発する必要がありました。例えば高温高圧の『亜臨界状態』の電気分解技術は、気泡の浮力が働かないという条件をクリアした上で、装置運用の際に重要となる低電力や高分解効率を実現しております。2点目は開発・設計の進め方です。宇宙は私たちが今まで入ったことのない業界という点で、これまでとは、仕事の進め方や求められる書類などが全く異なりました。JAXAやすでに宇宙のプロフェッショナルである他メーカーにもアドバイスをもらい、宇宙業界に合わせた仕様での開発・設計ができるようになりましたが、非常に難しかったなと思います。

従来できなかった省電力で高い回収率を実現！JAXA・他企業と試行錯誤し、10年以上

宙畑：宇宙の水再生技術について、従来と比較してどのように改良されたのかを教えてください。

宮本：尿は、多くの有機物やイオン類が入っており、すぐに析出（固体以外の状態にある物質が固体として現れる現象）するような、絶妙なバランスの成分配合となっています。

従来の水再生技術では、尿を飲み水にするため、尿を蒸発濃縮していましたが、なかなか水再生率が上がらないという大きな課題がありました。

一方で、私たちは地上で培ったイオン交換や有機物の処理技術、電気化学的な処理を活用しました。水処理における様々なユニットを理解できていたことで、再生率をさらに高めることができたと考えています。

宙畑：そもそも尿から飲み水になるということについて、どのような状態であれば飲み水であると言えるのでしょうか？

宮本：宇宙では、NASA が定めている飲料水基準があり、それを満たしていることが必要です。例えば、有機物は炭素として3 mg/L未満となっています。特に大変なところは、細菌や大腸菌の扱いで、そこの基準がとても厳しいです。宇宙飛行士が細菌の入っている水を飲んで、お腹を壊すことがあってはいけないので、しっかりとした殺菌が必要です。

宙畑：JAXA から水の再生率以外にも何か要望はありましたか？

宮本：はい、これまでの2分の1の消費電力で装置の運転を行うという厳しい基準が定められ、どうすればこの難問を解決できるのか？と皆で様々な検討を重ねて開発を進めていきました。

宙畑：水から酸素を生み出すためにも電気分解を行うなど、宇宙空間では様々なところで電気が必要になるため、電気の消費を抑えるということが重要だったということですね。どのように実現されたのでしょうか？

宮本：私たちは、有機物が分解される際の反応熱で高温を保てることを利用して、消費電力の削減を実現しました。また、設計の観点では、バルブなど各機器の消費電力を積み上げていくと、大きくなってしまうので、少しでも電力が小さいものを選定することで低消費電力を実現しました。

宙畑：実際に開発を進める中で、試行錯誤を経て改良されたと思います。開発・設計にはどのくらいの年月がかかったのでしょうか？

高岩：開発と設計を並行して進めるプロジェクトは、我々の会社の中でも特殊な進め方であり、通常の案件の何倍もの期間を必要としました。エンジニアリングモデルを完成させるまでにまず1 年かかりました。次のフライトモデルは、開発と設計の全ての課題をクリアしなければ、打上げのためのものづくりが始められない難しさがあり、3 年弱の期間を要しました。例えば、開発においてはこれまで地上でもほぼ実績のない亜臨界状態の電気分解を宇宙空間で成立させるための構造設計や耐久性の確立に時間を要しました。設計においては安全審査上で「安全上重要な部品には宇宙グレード品を使ってください」と言われ、地上で一般用として使われている部品を宇宙用にアップグレードするために、弊社と同じようにこれまで宇宙に関わったことのないメーカーやJAXAを含めて色々な仕様を決めていきました。

宙畑：新規プロジェクトを民間企業で複数年をまたぎ進めていくハードルは非常に高いと考えているのですが、宇宙の水プロジェクトが結成されて10数年、今でもプロジェクトが続けられているのは、どのような理由からなのでしょうか？

高岩：一番の理由は、宇宙という極限環境における水処理装置をなんとしても創り上げたいというプロジェクト皆の強い想いがあったからだと考えています。また、企業の利益にすぐには結び付きにくい宇宙事業を当社の経営層や仲間たちが、このプロジェクトを『新たな価値』として許容し後押しをしてくれたから、ここまで続けてこられたのだと。そして、最後までお客様や社会の課題解決にひたむきに取り組む姿勢は、栗田工業の皆がもっているマインドではないかな、と思います。

宮本：このプロジェクトは、単なる技術開発ということではなくて、従業員全体の夢を背負っています。宇宙の最先端の技術を開発して、JAXA と一緒にやっているという事実が、従業員のモチベーションに繋がっています。

宙畑：例えば、微生物を使った水処理技術など、今後、宇宙空間における水処理技術はさらにアップデートされる可能性はありますか？

宮本：宇宙ステーション向けの水処理は、空間が限られるため、非常に小さい装置が求められます。一方で、微生物を使う生物処理は、先ほどの高温高圧水電解や蒸留などの物理化学的な処理よりも反応が遅いです。そのため、微生物を使った水処理を宇宙ステーションに適用するのは難しいところです。また、生物処理での課題は、汚泥が発生してしまう点です。生物が有機物を食べることで汚泥ができますが、汚泥の処理は重力がないと、なかなか難しいです。

ただ、これからは月面や火星で水資源を循環させて、人類の生存圏を広げることを目指します。そこでは、ステーション内よりは空間的な制約は少なくなります。また、火星や月では地球より小さいですが重力があり、その条件に適していますので、そこでは、生物処理を活用する必要があると考えています。

実は宇宙の水はおいしくない？今後の月面や火星への滞在今後の月面や火星への滞在では微生物による水処理が活躍するかも

宙畑：毛利衛さんの書籍「わたしの宮沢賢治」では、当時の宇宙空間で生成された飲料水は恐ろしくまずかったと記載がありました。

宮本：私たちの装置で作る水は、水処理システムの電気透析セルで、イオンを全部取ってしまうので、味気のない水になってしまいます。おいしく飲むのであれば、ミネラルを適度に添加した方がいいですね。

ちなみに、カルシウムやマグネシウムなどのミネラルが多い水が硬水で、少ないものが軟水です。地域によって硬水と軟水のどちらが好まれるかは変わりますが、日本は軟水が好まれ、欧米では硬水が好まれる傾向があります。

宙畑：水の味はそのような要素で決まるのですね。直近の（宇宙用の）実証実験では、1Lの水を処理されていたかなと思います。今後、どのくらいの水の量を処理するか、具体的な目標はございますか？

宮本：国際宇宙ステーションでは、4人から6人が滞在するので、だいたい一日あたり20Lの水処理が必要となり、それだけの処理を行えるということがひとつのターゲットです。ただ、将来的には、SpaceXのStarshipに代表されるように、宇宙旅行は100 人規模となりますので、処理できる水の量をもっと増やしていかなければなりません。

宙畑：先ほど、月面の水処理では、微生物などを活用した水処理も可能性があるとお話されていました。大規模になればなるほど、微生物処理の方がメリットがあるのでしょうか？

宮本：そうですね、比較的簡易な装置で処理ができるメリットがあると思います。また、好気処理であると、宇宙では貴重な酸素を与える必要がある一方で、嫌気処理という全く酸素を与えない状態で行う処理もあります。嫌気処理の場合、メタンを生成してくれる菌がいて、その精製したメタンを燃料で使うことなども想定できます。月面や火星で水や資源を循環させる形で、有機物を活用していくことができるかもしれません。

宙畑：そのメタンを使って、バイオ発電やロケットの燃料に使うこともできそうですね。

宇宙の技術を地上にフィードバック！水の再生率の限界を目指す？いざという時のライフラインにも

宙畑：宇宙の水再生技術についてはどのように地上転用の可能性はありますか？

宮本：例えば、限られた水を再生して使用することが求められる状況として、災害が発生したときや非常時にシェルターに滞在するときの水処理が考えられます。災害時やシェルターに避難した際、水の補給が十分でない環境であっても自分の尿や汗を飲み水に再生することができます。

また、遠い将来では、月や火星でメタンや水を循環再利用する技術にも注目しています。これらを地上に展開することは、地上のサーキュラーエコノミーに寄与します。

宙畑：すでに地上では実装されているものと思っていましたが、そうではないということでしょうか？

宮本：地上の様々な分野で資源循環技術が開発され、実装が進んでいますが、まだ改善の余地があると思います。例えば現在、一般的な水処理装置では約80%を超えて再生率を上げようとするとエネルギー的に不利となってしまいます。実際に90%、95%と再生率を上げることは技術的に可能なのですが、その分電力効率が悪くなるため、あえて80%と再生率を落としているのです。

今回私たちが、宇宙向けの水処理装置で再生率を高め、省電力な技術を突き詰めることができれば、地上での水処理システムの回収率向上につながり、より地上の資源を守る取り組みが推進されるかもしれません。

宙畑：宇宙では、水という資源が貴重であるからこそ、再生率を上げることが機能要件として求められ、そのうえで消費電力も抑える仕組みを御社は開発されている。

それが地上に結果的に還元されて地上の生活も持続可能性に一歩近づけるということですね。

高岩：そのように考えています。宇宙で究極の循環技術を作れば、将来、さらに大きな気候変動が世界的にあったとして、人類が水の枯渇に直面するような時に、この技術が活きてくると考えています。この技術によって貴重な水を回収して使えるようになり「将来の世代がどんな時でも当たり前に水を使える世界」を目指していきたいです。

宙畑：では、現時点で宇宙の技術を地上のシェルターに転用するならば、どのようなハードルがあるのでしょうか？

宮本：宇宙向けのものをそのまま持ってくると、過剰スペックで高価となってしまいます。例えば、15 年もつような耐久性はシェルターでは必要ないでしょう。地上では、宇宙向けシステムの機能の過剰部分をスリム化して、展開していくべきだと思っています。

宙畑：（インタビュアーが熊本出身だったこともあり）実家の母親から「熊本地震の時は、トイレが一番大変で、水がないのが一番大変だったと」とよく聞きます。たまたま祖父母が水道の出る地域に住んでいたので、水を運んでくれてなんとかなったそうです。そのようなとき、水を安心して使えることは非常に大切だと思いましたので、今後の貴社の取り組みを非常に楽しみにしています！

月面での水処理を実現するために、大学・他企業も巻き込んだバリューチェーン構築を目指す

宙畑：宇宙での水処理技術を進歩させる上で、もっとこのような新しい取り組みが行われるとよいなと期待されるものはありますか？

高岩：水の回収率を究極まで高めるためには、弊社だけの取組みでは難しい課題が多く残っています。月面での水再生技術など、新しい宇宙のエコシステムを創っていくため、各企業間でどのような協力ができるのかということを明らかにしていくことが、今後の技術開発を進める上で重要だと思います。

宙畑：他の企業も宇宙産業に参入する機運が高まるとよいですね。今回の実証にあたり、これまでの自分の専門を超える姿勢が必要になったと思っていますが、何かハードルに感じられたことはありますか？　

宮本：宇宙の水処理技術を研究し始めた時、専門分野以外の勉強をする量がはるかに増えました。一方でそれぞれの分野にエキスパートがいるので、大学の先生と共同研究をしたり、水の浄化に関しては我々がリードしたりと、協力しながら進めていくことが、特に宇宙向けの開発では重要であると感じています。

高岩：これまで私たちは水処理にフォーカスしてきましたが、宇宙の場合、ロケットや通信衛星などのさまざまなプロフェッショナルの協力が必要です。JAXAとの実証が終わり、我々の取り組みを発信することで、「一緒に共同研究しましょう！」とお話をいただくことも増えました。目の前の課題に対して、当社だけで取り組むのではなく、あらゆるプロフェッショナルと協力して解決していける。この数年で、だんだんとそういう機運が高まってきました。

宙畑：社会に役立つ技術を開発するために、あらためてどのようなモチベーションで現在のプロジェクトに取り組まれているのかを教えてください。

高岩：私は「将来の世代に対して何ができるか？」が一つのモチベーションになっています。これだけ究極の水処理をやっているので、水不足のような過酷な状況がもし実際に起こっても、何か少しでも役立つ技術を創りたいと考えています。

宮本：地上の開発ではできる限りコストダウンすることが重要視されますが、宇宙では誰も挑戦したことがない開発目標に対してどんな手を使ってでも達成を目指します。こういう挑戦ができること自体が私のモチベーションになっています。自分のアイデア次第でなんでもできますし、それに挑戦ができること、それ自体がもう技術者冥利に尽きるプロジェクトだと考えています。

宙畑：最後に、読者に伝えたいメッセージをお願いします。

宮本：これからの月面開発を見据えた時に、1社だけでやれるところは限られています。月面の水資源の活用においても、土壌から水を抽出する会社、その水をきれいにする我々のような会社、さらに、その水を電気分解する会社が必要です。他にも、電気分解で得られた水素を高圧で貯蔵したり、それをロケットや基地に供給したりする会社が必要ですし、バリューチェーンがないと成り立たない世界です。「宇宙開発を我々と一緒にやりませんか？」とメッセージとしてお伝えしたいです。

そして、「宇宙の水といえば、クリタ」と覚えていただきたいですね。