家の中に配管があり、一年中電気が使える生活を送っている場合、こうした利便性を生活の標準的な側面として当然のことと考えがちです。しかし、世界中で約10億人が電力にアクセスできない状態にあります。40億人以上、つまり世界人口の60%が、トイレや関連する衛生インフラを利用できません。
近代化された先進国では、下水道や廃棄物処理施設などのインフラが衛生管理の主な取り組みとなっています。しかし、こうしたインフラが整っていない第三世界の人口密集地域では、毎年80万人以上の子供が死亡しています。
幸いなことに、不適切な衛生方法に解決策を提供できる革新が進行中です。たとえば、2011年にビル＆メリンダ・ゲイツ財団は「トイレを再発明する」という世界的なコンテストを立ち上げました。この取り組みは、配管インフラが不足している地域に安全な衛生方法をもたらすという困難な問題を解決するために、世界中の優れた人材を集めました。さまざまな独創的な解決策がある中、上位2社は太陽エネルギーと高効率電子機器を活用して問題解決に取り組みました。
太陽光廃棄物管理：Seva持続可能な衛生プロジェクト
カリフォルニア工科大学のこの消毒技術は、 ソーラーパネル 電気化学反応器に電力を供給するバッテリーシステムを充電します。原子炉は汚染された水と下水を浄化します。Sevaシステムは、人間の排泄物を分離して消毒する2つのセクション、つまり第1段階の浄化槽システムと、水を処理する第2段階の電気化学リアクターに依存しています。
汚水収集タンクは処理プロセスの最初のステップであり、ここで固形物の沈殿が起こり、細菌による嫌気性消化が前処理として機能します。固形物消化プロセスの副産物は肥料として安全に使用できます。
次に、浄化槽の上澄み液が太陽光発電式の電気化学反応器に流れ込み、陽極で人間の排泄物を酸化する一方、陰極で水が水素に還元されます。この反応で食塩の塩化物が酸化されて塩素が形成され、これが水の殺菌と処理に使用されます。このシステムのプロトタイプは、4時間以内に5ガロンの水を処理し、トイレ システムやその他の水のニーズに再利用できる衛生的な水を生成することができます。
この消毒ソリューションをユニークなものにしている重要な要素は、消毒プロセスを開始するために太陽光発電を利用する電気化学リアクターです。太陽光発電パネルを使用して収集された電気がなければ、電気化学反応器は役に立たなくなります。ただし、電気化学リアクターは、太陽エネルギーを利用するシステム内の唯一のコンポーネントではありません。メンテナンスとシステムの継続性を維持するために、Sevaプロジェクトでは、さまざまな低電力センサーも採用して、消毒プロセスを監視し、重大な障害があればSMSで技術者に通知します。電気化学リアクターと同様に、メンテナンス通知電子サブシステムはすべて太陽エネルギーを利用します。
ソーラートイレのデザイン
コロラド大学ボルダー校は、「トイレを再発明する」チャレンジへの貢献として、約200万ドルの資金提供を受けた。この太陽エネルギー収集トイレは、排泄物を消毒するために太陽エネルギーも利用しています。この優れたソリューションは、従来のPVソーラー発電機を使用するのではなく、大量の太陽エネルギーを切手サイズの表面積に集中させます。
8つの放物面鏡を使用して、太陽エネルギーを石英棒に集中させ、同じ大きさの標準的な物体の約2000倍の高エネルギー太陽フラックスを捕捉します。次に、石英棒は、この集中した太陽エネルギーを光ファイバーケーブルを通じて熱分解反応器に送ります。この反応器は、直接照射のみで300°Cを超える温度に達することができます。虫眼鏡で葉を燃やすのを想像してください。
8つの放物面鏡と光ファイバー ケーブル アセンブリはそれぞれ80 ～ 90ワットを生成でき、反応室に700ワット以上を供給できます。このエネルギー量は、わずか4時間で最大6人分の廃棄物を処理するのに十分です。トイレで排泄物から分離された尿を処理するために、よりシンプルな太陽熱温水器を使用して尿を70°C以上に加熱します。これは、尿を将来の使用に備えて殺菌するのに十分な高温です。
熱分解反応器内の高温により、排泄物に含まれる細菌や病原体を直接除去することができます。しかし、この太陽エネルギー駆動システムの最もユニークな利点は、熱分解反応器で生成される副産物であるバイオ炭であると言えるでしょう。
バイオチャールトイレ：衛生の革新的な未来
環境工学教授であり、ソルチャープロジェクトの主任研究員であるカール・リンデン氏は、バイオ炭をわずか10％含む土壌混合物でも、最大50％多くの水分を保持でき、植物栄養素の利用性を高めることができると述べています。バイオ炭は木炭として燃やすこともでき、市販の木炭と同様のエネルギーを提供します。Sol-Charは、さまざまなモーターとアクチュエータを使用して、どのリアクターが使用され、処理されるかを循環させることができます。このバイオ炭の継続的な生産と消毒対象廃棄物の収集は、Sol-Charが2つの非常に複雑な世界的問題に対して非常に革新的であることを証明しています。
太陽エネルギーは、地球上で最もクリーンで影響力のあるエネルギー形態の1つと考えられています。 SevaやSol-Charなどのプロジェクトは、テクノロジーと革新的な問題解決の限界を継続的に押し広げています。「トイレを再発明する」などの取り組みは、太陽エネルギーを収集する新しい形態などの技術を推進し、世界でこれまでにない方法で活用することに貢献しています。