- 米国西部の低い人口密度と都市不足は、結局のところ 水不足 の問題であり、安価な太陽光淡水化が砂漠地域の居住・農業・都市開発の余地を大きく広げうる
- 解決策の中心はより大きなダムではなく 太陽光+淡水化 であり、2024年時点で逆浸透膜淡水化は約 $0.40/m³、$500/acre-foot 水準まで下がっている
- 太陽光モジュール $0.07/W、LFPセル $50/kWh 未満の事例が出てきたことで、Salton-Imperialプロジェクトの総コスト見積もりは1年前の $32B から $17.5B まで下がりうる
- Nevada構想では、沿岸で淡水化した水を Colorado River の水利権交換、Mojave River の復元、California Aqueduct との連携などを通じて取り込み、500マイルの運河 と1000マイル超の排水網を接続する方式を採る
- 提案されたシステムは約 $16B で20GWの太陽光淡水化、運河、ポンプを構築し、750平方マイル超の農地と最大1460平方マイルの湖、$1T 超の土地価値上昇を狙う試算に基づいている
米国西部のボトルネックは水
- 西経100度以西の米国西部には大都市と人口が不足しており、中心的な制約は 水不足 である
- Cadillac Desert は、自然降水量だけでは西部の居住拡大はほぼ限界に達していると見ていたが、Colorado River の流量減少と住宅需要増加への答えが後退である必要はないという立場である
- 高地砂漠は気候、太陽光ポテンシャル、鉱物資源、人材を備えているが、水不足のため開発が阻まれている
- California と Florida は、すでに大規模インフラによって事実上 テラフォーミング された事例である
- Los Angeles は河川整備と地下水位低下によって284,000エーカーを造成し、LA Aqueduct、Colorado River Aqueduct、California Aqueduct を通じて毎年数百万 acre-foot の水を取り込んでいる
- Florida は開発、排水、エアコンの組み合わせによって、かつての湿地から高い人気を持つ都市圏へと変わった
太陽光が引き下げる淡水化コスト
- 必要な規模の水不足解決策は、より大きなダムや降水依存ではなく 太陽光淡水化 である
- 既存分析は、太陽光+バッテリー+逆浸透膜淡水化(RO)を前提としている
- 太陽光 $0.50/W、バッテリー $100/kWh、RO $2000/kW を基準に10年償却とすると、水価格は約 $500/acre-foot または $0.40/m³ になる
- この価格は都市用水や一部の高付加価値作物農業に使える水準である
- 米連邦政府は Colorado River の取水回避に対して $521/acre-foot を支払った事例がある
- California が Colorado River から得ている年間5 maf を同量の淡水化水で置き換えるには年 $2.5B かかるが、その水が可能にする経済生産性と比べれば小さい一方、既存の California の水価格よりは高い
さらに下がる太陽光・バッテリー価格
- 太陽光PVは、エネルギーが投入物ではなく 産出物 である初の大量生産製品として扱われ、価格は年15〜20%のペースで下落している
- 最近では太陽光モジュールが 過去最低の $0.07/W で取引された事例がある
- 架台や設置システムでも同様のコスト曲線が続けば、大規模アレイは $0.10/W に近づく可能性がある
- バッテリー価格も下がっており、LFPセルは $50/kWh 未満 で取引された事例がある
- Salton-Imperialプロジェクトにこの価格変化を適用すると、コスト構造は大きく低下する
- 太陽光アレイ: $10B → $2B
- バッテリー蓄電システム: $12B → $6B
- RO: $10B → $9.5B
- 総額: $32B → $17.5B
- 水価格: $280/acre-foot または $0.22/m³
間欠性に合わせた淡水化設備
- 残るコストの半分以上はROシステムの償却費であり、さらにコストを下げるには 太陽光の供給曲線 に合わせたプロセス設計が必要である
- 既存の産業プロセスを低資本費・間欠運転向けに調整すれば、バッテリー依存よりも太陽光PV価格下落の利点を生かしやすい
- オフグリッド分散プラントでは、太陽光アレイとアプリケーションの資本費を同程度にそろえると顧客向け製品コストが最小化される、という原則を置いている
- 例示計算は次の通り
- $200k の1MW太陽光プラント
- $200k の淡水化プラント
- 設備利用率25%、3kWh/m³
- 10年間で730万m³を生産
- 償却コストは $0.055/m³ または $68/acre-foot
- 現在のROプラントは約 $2000/kW 水準であり、間欠運転には財務的にも技術的にも適しておらず、膜疲労の問題も残る
- 熱淡水化 はエネルギー効率では劣っても、設備コストを大幅に下げられる可能性があり、低コストなプラスチック射出成形ベースの多重効用蒸留装置が候補として挙げられている
水を高地へ持ち上げるコスト
- Nevada の高地砂漠をテラフォーミングするには、淡水化だけでなく水を 上方へポンプ圧送 する必要がある
- 年間100万 acre-foot の水を1000m持ち上げるには、6GWの太陽光PVアレイと低コスト高効率ポンプが必要となる
- ポンピングは厄介な熱力学的相転移を含まないため、比較的実行しやすい作業と評価されている
- 1000mの揚水は、淡水化効率次第でエネルギーコストをおおむね2倍にするが、ポンプは淡水化設備より安いため、水価格の上昇幅はそれより小さい
Nevada を対象にした構想
- Nevada は7100万エーカー規模で、そのうち80%が連邦管理地である
- 人口は約300万人で、その大半が Las Vegas に住み、Reno の人口は50万人を少し超える
- Ohio は Nevada の約3分の1の面積だが、人口はほぼ4倍である
- Nevada は降水量が少なすぎて持続的な流量を持つ大河川がなく、basin and range 地形のため排水が複数の閉鎖流域に分かれている
- 最終氷期にあたる約1万年前には、Nevada にはより湿潤な気候、湖、川、森林、mammoth、mastodon、giant sloth のような北米の大型動物が存在していた
Nevada に水を引き込むルート
- 基本構想は、安価な太陽光PVと淡水化技術で沿岸に数百万 acre-foot の水を生み出し、それを内陸へ移送して自然降水の不足を置き換えるというものだ
- 最も単純な方法は、Colorado River delta で淡水化した水と Lake Mead の放流水を 交換 する方式である
- Mexico または米国 Imperial Valley 側で年間500万 acre-foot を生産できる
- All American Canal、Coachella Canal、Colorado River Aqueduct で送水できる
- Nevada は California の Colorado River 水利権を借り受け、水を州内へ迂回させた上で Colorado River に戻すことができる
- 別の方法は、現在は涸れ川・地下水路となっている Mojave River を復元することだ
- San Bernardino 近郊の Cajon Pass から Death Valley 方面へ続く水路を活用する
- National Park 上流で水を分け、Amargosa River 流域を通じて Nevada へポンプ圧送する
- California Aqueduct を通じて Mojave River 上流へ給水し、California 沿岸のどこででも大規模淡水化によって流量を補強できる
- Sacramento delta 付近で淡水化を行うなら、Sierra を越えて Truckee、Carson、Walker River へ流す案も可能である
- 上流側の給水構造は、California の規制当局と Mexico の規制当局のどちらと調整するかを選ぶ 美的選択 に近いと見ている
Nevada 内部の運河と排水網
- Nevada の谷は主に南北方向に延びており、中央には東西方向の分水界がある
- 北側の排水は Humboldt River を経て Reno 近郊の Carson Sink に至り、南側の排水は大半が閉鎖流域で、White River は東端に沿って南へ流れ Colorado へつながる
- 太陽光コストが下がれば、運河ルートやどの谷をテラフォーミングするかの選択における 柔軟性 が大きく増す
- 効果的なアプローチの1つは、US Route 95 に沿って運河網を構築することだ
- Las Vegas、Amargosa Valley、Carson Sink から Tonopah へ水を揚げる
- その後 Big Smoky Valley の playa lake を満たす
- Reese Valley と Monitor Valley に水を越流させ、Humboldt River へ流す
- Monitor Valley の排水は Diamond Valley を通って大きな湖を再び満たし、Huntington Creek を経て Humboldt River へ至る
- Colorado River に戻す水は、Diamond Valley Lake から南へ迂回させ、Eureka、US Route 50 ルート、Hiwee Valley、Newark Valley、Jakes Valley を経て White River 流域へ送ることができる
- この場合 White River は、ほとんど乾いた谷ではなく、水量豊富な 常流河川 となる
規模と経済性の試算
- 提案される全システムは、約500マイルの運河と1000マイルを超える自然排水路を活用する
- 直接灌漑可能な新規農地は750平方マイル超である
- 新しい湖は、Carson Sink に残す水量次第で最大1460平方マイルまで可能である
- 良好な水辺不動産は240,000エーカーと見積もられている
- 蒸発と地下水涵養による最終的な水消費は、年間最大3 maf である
- 一部の sink にある商業的に意味のある塩水は、農業、商業、不動産に加えて 鉱物開発 も可能にしうる
- 土地価値の上昇だけで $1T 超と推定され、Nevada の年間GDP約 $200B と比べても巨大な規模である
- 既存の National Parks、State Parks、軍事基地を含め、州の90%以上はこのプロジェクトの影響を受けない
想定コストと資金調達
- Central Arizona Project(CAP) と低コスト淡水化分析を基準にしたコスト見積もりは次の通り
- 20GW太陽光淡水化アレイ: $4B
- 対応する低コスト淡水化プラント: $4B
- CAP を基準に規模調整した運河建設: $6B
- ポンプとそれを駆動する太陽光アレイ: $2B
- 総額は約 $16B と見積もられる
- 資金調達手法としては、150年前の米国 railroad land grants のように、州・連邦の土地の一部を未改良価格で購入できるオプションと、必要な規制認可を付与する方式が挙げられている
他の砂漠地域への拡張
- Nevada と California 南部縁辺の事例は、より一般化できる可能性がある
- 地球の陸地の約3分の1は非常に人口希薄な砂漠であり、そのかなりの部分は Nevada と異なり沿岸低地である
- Arizona、Utah、New Mexico、eastern Cascades、India の一部、Australia、Namibia、Chile、Argentina、Middle East、Central Asia、Saharan Africa も、太陽光淡水化によって肥沃な地域へ変えられる可能性があると見ている
- 必要な太陽光淡水化の面積は、対象地域の土地の1%未満である
- Israel、Saudi Arabia、UAE はすでにこの方向へかなり進んでいるが、最初の 太陽光淡水化メガプロジェクト はなお実現を待っている
1件のコメント
Hacker News の意見
最初は風刺かと思ったが、最後まで冗談として回収されなかった。筆者は Cadillac Desert を引用しながらも、その本の核心はすべて無視しており、この記事は「1995年までに L5 に宇宙居住地を作れる」といった類いの幻想に近い。
水には大金がかかっている。淡水化が費用対効果に優れているなら、すでに大規模に行われているはずで、これは規制の問題ではなく純粋に経済性の問題だ。筆者のいう技術を誰かが実証できるなら、ほぼ無制限の資金が集まったはずだが、そうはなっておらず、世界のどこでも起きていない。
最後に筆者は、水を丘の上へ汲み上げることを些細なことのように扱っているが、現在 California で発電される電力の20%が水のポンプ輸送に使われているという。水を汲み上げるために必要な巨大な電力網を構築する問題を、都合よく避けている。
1940〜70年代の 年4%成長 は、アメリカ人の生活の質を18年ごとに倍にした。それは不可能に見えたものを建設したからだ。Hoover Dam は「大きすぎて高すぎる」、Interstate Highway System は「採算が合わない」、California の水利システムは「要求が狂っている」と評されたが、結局すべて建設された。
ここに投入できる人が さらに3億人 いるかもしれない、という点を見落としている。水工学とエネルギー問題を解ける賢いアメリカ人たちが、HN でなぜ難しいかをコメントする代わりに、実際に働ける。
1969年以降のアメリカの衰退を正当化してきた NIMBY 的な諦めにとどまるべきではない。かつては生活を変えた不可能なインフラを建設したのに、今は「昔のインフラがどれほど建設困難だったか」を扱った本を引用し、新しいインフラが不可能な理由を洗練された文章で書いている。その昔のインフラは、結局建設されたにもかかわらず。
California のような場所で行われていない唯一の理由は、ほぼ規制だと思う。むしろ Arizona が先に進むかもしれない。Arizona と Mexico の間では、Arizona 州境から60マイル離れた Sea of Cortez で淡水化を進めようとする動きが最近あった。
どこかで、夢とは複雑な予測・分析機械である脳が 過学習 を避けるための仕組みだ、という文章を読んだことがあるが、こういう記事も集合知に対して似た役割を果たしている感じがする。
Salton Sea を持ち出すのがよい論拠なのかは分からない。内陸流域に水を入れて 内陸湖 を作るときに生じるリスクの代表例が、まさに Salton Sea に近いからだ。
Great Basin は North America 最大の内陸流域で、その中にある大きな自然内陸湖である Great Salt Lake は現在干上がりつつある。
その風下に住む人々はすでに乾燥化の影響を受けており、このまま干上がり続ければ、粉じん中の ヒ素 などの健康影響により、数百万人が移住しなければならなくなる可能性がある。
この記事はほかの難しい部分も無視したり、ざっくり流したりしている。大陸規模の淡水化から出る塩水は有害廃棄物の問題であり、データセンター規模の問題を見るだけでもどれほど厄介か分かる。
Lake Mead と Powell の水も、Quagga mussel のような問題のため、どこかへ移すには深刻な処理が必要だ。
すでに Colorado River の過剰配分と地下帯水層の減少によって、生産的な農地のかなりの部分が危険にさらされている。
Xyyzyy の干上がった湖底を見るだけでも、Mojave River を活用しようとする試みの問題が分かる。筆者がこの思考実験を楽しんだのはよいが、現在の形のアイデアは現実的ではない。
砂漠に水を持ってくる前に、住める場所を砂漠に変えるのをやめるべきだ。I-20 や I-30 を走ってみれば、有害な土木工事と思いやりのない土地利用がたくさん見え、そのどちらも地域の雨を失わせている。
年平均降水量は固定値ではなく、土地利用と雨水処理の仕方によって変わり得る。Gorchkov と Makarieva はこれを数学的にうまく整理し、そのプロセスの一つを 生物ポンプ と呼んだ。
概して、雨水を厄介な廃棄物のように扱うのをやめ、貪欲な水管理慣行を中止したうえで、自然と水を分かち合う必要がある。
ちなみに、夢想家だから言っているのではなく、水文学の教育をきちんと受けている。今は非常に安く単純な措置でいくつかの泉を復活させる実験をしており、すべてを測定し文書化している。
North America の大きな公然の秘密のひとつを思い出した。Ontario 北部と Quebec 北西部は肥沃だ。Winnipeg から Ottawa 近郊まで続く 25万 km² の粘土帯があり、生育期間は短いが、穀物や豆類には十分だ。
問題はまったく逆にある。排水が悪く、悪い時期に雨が多すぎるため、土地には大規模な排水工事が必要になる。冬は悲惨なほど寒く、都市から非常に遠い。
政府は入植を試みたが、ほとんどの人は南へ戻ってしまい、現在、耕地や牧草地は全体の5%にも満たない。人が住む気さえあれば、この地域全体を Prairies 規模の ジャガイモ地帯に変えることもできる。現実的には、もっと適した場所が別にある。
淡水へのアクセスと「冬は寒いが、破滅的な天候はまれ」という条件を考えると、この地域全体は Phoenix や Las Vegas よりも大規模な定住にずっと適している。
Canada の内陸性気候と Scandinavia の場合は Gulf Stream が差を生んでいるのかもしれない。ただ、Hudson Bay があるので、もう少し海洋性気候になりそうにも思える。
核心的な問いは「なぜ？」だ。太陽光発電と蓄電容量を大規模に建設するなら、それを巨大な淡水化プロジェクトに使うより、残りのエネルギーインフラを 脱炭素化するために使うほうが、はるかに筋が通るのではないか。
本文の提案が技術的に不可能だと言っているのではなく、経済的・社会的な観点からまったく意味がないということだ。再生可能エネルギー発電がどれだけあっても、世界は毎年、記録的または記録に近い量の温室効果ガスを排出している: https://ourworldindata.org/greenhouse-gas-emissions
当時も現状維持を擁護する反対者はいただろうが、今日では彼らは間違っていたように見える。
炭素や温室効果ガスに関する環境面の論拠は文脈を加えてくれるが、それだけで完全な反論になるとは言いにくい。炭素を理由に新しいことに反対するなら、やらないことが実際に状況を大きく改善する点と、既存の規制を無視する企業や国を取り締まるより、これがより容易な目標である点をまず示す必要がある。
冬作物を海外から輸入する代わりに Arizona で栽培し、世界中から船で運び込む代わりに、米国全土へ鉄道で輸送できる。これも温室効果ガス排出に大きな影響を与え得るし、農地は砂漠を実際に テラフォーミングして気温を下げ、ほこりを減らし、より住みやすくする。
バッテリーをすべて充電したあと、夏の余剰電力をどこに使うのか？淡水化に使うのは良さそうだ。
Florida を住みにくくしていたのは水不足ではなく気候だった。Florida の人口爆発は、戦後の時期に米国の家庭へ エアコンが普及したタイミングと正確に重なる[1]。常に暑く湿った場所に住みたい人はほとんどいない。
「最後の氷期はわずか1万年前」と言うが、私たちはまだ氷河時代にいる。氷河時代とは、単に地球の極地に氷床がある時期を意味する。
[1] - https://countrydigest.org/florida-population/
エアコンは20世紀の偉大な発明のひとつで、飛行機、抗生物質、トランジスタ、コンテナ輸送と並べてよいものだ。
「Florida では、開発、排水、エアコンの組み合わせが、かつて疫病がはびこる沼地だった場所を、地球上で最も住みたい都市のひとつに変えた」
反対。人間はありとあらゆる方法で地球を破壊しており、これ以上増える必要はない。人の数が2倍になったからといって、存在の謎を2倍速く解けるわけでもない。むしろ、その結果としての汚染が2倍になれば、発見の速度は半分に落ちるかもしれない
これは無分別な環境破壊でもある。ある場所が乾燥しているという理由だけで、完全に作り変えてよいのか。何のために？
ネバダに似ているが、より湿度が高く雨の多いダラスに住んだことがあるが、まともに住める場所ではない。人々はエアコンの効いた空間から別のエアコン空間へ駆け込む。外を5分歩くだけで汗でびしょ濡れになり、日陰もコンクリートの少なさも助けにならない。車で2時間走って何もない場所へ行っても、予熱されたオーブンの中にいるようだった。
半年の間は、熱中症になるか、全体的にひどく汗臭くなるかで、外で楽しいことはほとんどできない。空き地を活用したいなら、むしろ極寒で人口の少ないカナダの広大な地域へ行くほうがずっと賢明だ。寒さは着込めばよいが、暑さには脱げる服に限界がある。
人が2倍になっても存在の謎を2倍速く解けるわけではない、という話も考え直せる。ASMLのような唯一無二の最先端組織の人々が1日に使える時間が2倍になったり、そういう人が2倍になったりすれば、もっと素晴らしいことをより多くできるのではないか？
2か月ほど前、HNにものすごく安い太陽光淡水化について話していた人がいなかったか？
MITは毎年、太陽光淡水化を解決したと発表している。
2021 [1]
2022 [2]
2023 [3]
2024 [4]
[1] https://news.mit.edu/2020/passive-solar-powered-water-desali...
[2] https://news.mit.edu/2022/solar-desalination-system-inexpens...
[3] https://news.mit.edu/2023/desalination-system-could-produce-...
[4] https://news.mit.edu/2024/solar-powered-desalination-system-...
人類が目的に合わせて地形を変えようとして、改善するどころか破壊したことがどれほど頻繁にあったか。はるかに良い道は、現在の条件の中で生きる方法を学び、自然資源を活用する技術をそれに合わせて調整することだ。場合によってはそれすら不可能なので、単にそこに住まなければよい。
もちろん時には失敗するが、全体として見れば偉大で、さらには不可欠なことだ。
もちろんバランスは維持すべきだ。本当の問題は、「バランス」とは何かについて合意するところにあると思う。
地質学の専門家ではないので提案の妥当性は分からないが、筆者は過去のある時点で干上がった川に流れを戻そうとしているように見える。
大学で地質学を少し学んで理解した限りでは、人間は少なくとも古代エジプトのナイル川の時代から川の流れを変えてきた。ロサンゼルスの生命力も人工的な水流転換の産物で、映画『チャイナタウン』も少なくとも間接的にはそれを扱っている。
間違っていなければ、フーバーダムですら、かつて別の場所へ流れていた水のかなりの量を迂回させている。もちろん今日、多くの環境運動家はダムが地域の生態系に非常に有害だと言うだろう。
気候変動が天候と気候を通じて多くの地域を大きく変え、大規模な人口集団に激変をもたらしている状況なら、米国が水の流れを変えて、新たな人口中心地を再び作れる場所を検討することにも利益があるかもしれない。
私たちは生態系の一部であり、私たちもまたそれを形作っている。
うわあ、実際にやったらとんでもないプロジェクトになるだろう
本当に興味深い記事で、数字は少し概算ではあるものの、費用見積もりが一桁間違っていたとしても、それでも非常に安いだろう
残念ながら、米国はこうしたメガプロジェクトへの意欲を失ってしまった
巨額の資金を投じて特定のライフスタイルを補助する方法として見ると、急に魅力が薄れる
もちろん、過去数十年間の経済的進歩は構造的欠陥のせいで光と影が混在していた。それでも、汚水を捨てようとして赤ん坊まで一緒に捨てることには同意できない
作り手や問題解決者のコミュニティに、全体的な冷笑と否定性が見えるのは本当に悲しい
California沿岸から水を汲み上げると多くの海洋生物が深刻な被害を受けるというが、私はこれを独自の工学的課題だと見ている
可能なはずだ
https://www.cbo.gov/publication/59899