正浸透 （せいしんとう）とは浸透 プロセスの一種。逆浸透 同様に半透膜 を使用する。正浸透では、半透膜を挟んで、薄い溶液の側から濃い溶液の側に水が移動する。その現象を利用して、塩水を淡水化したり、発電に利用したりする。英語ではforward osmosis（FO）と言う場合が多いが、engineered osmosis、manipulated osmosisという場合もある。
効率の悪さなどの課題もあるが、アメリカのHydration Technology Innovations社（HTI）、イギリスのModern Water社などが一部実用化に成功している[ 1]
浸透圧と流体圧の関係は、次のように表すことができる。
J
w
=
A
(
Δ
π
−
Δ
P
)
{\displaystyle J_{w}=A\left(\Delta \pi -\Delta P\right)}
ここで
J
w
{\displaystyle J_{w}}
流束 、
A
{\displaystyle A}
Δ
π
{\displaystyle \Delta \pi }
Δ
P
{\displaystyle \Delta P}
Δ
π
{\displaystyle \Delta \pi }
Δ
P
{\displaystyle \Delta P}
[ 2]
オマーン のアル＝カラフ （英語版 ） 水から半透膜 を使って溶質を取り除く分離操作 （英語版 ）
この技術に用いるドロー溶液の溶質には、除去が容易なものが用いられる。例えば、温度で溶解度 が大きく変わる硝酸カリウム などの無機塩、磁力で分離可能なマグネトフェリチン 、低温でガス化するものなどである[ 3] 炭酸水素ナトリウム と水酸化アンモニウム の混合物を使い、水を吸い取った後の溶液を加熱して、溶質を二酸化炭素 ガスとアンモニア ガスに分解する方法などが提案されている[ 4]
この技術の主要課題テーマの一つは、ドロー溶液の開発である。溶質にアンモニア と二酸化炭素 からなる化合物が使われる場合が多く「アンモニア二酸化炭素FOシステム」と呼ばれている[ 5] [ 6] コジェネレーション などの余熱を利用することで、逆浸透を使うよりもエネルギーコストを減らすことができる[ 7]
この技術の欠点は、溶質の完全除去が難く、水質の高い純水を得にくいことである。また、現在の技術では半透膜の透水性が低いため、処理速度が遅いことも挙げられる[ 8]
イギリスのモダン・ウォーター社がオマーン とジブラルタル に、正浸透技術を使った淡水化プラントを設置している[ 1]
フールムの正浸透発電設備 半透膜 を使った塩分濃度差発電 は正浸透の利用技術の一つである。（なお塩分濃度差発電の全てが正浸透を利用しているわけではなく、別の原理のものもある。）海水と淡水を半透膜 を挟んで接触させると、浸透圧 により水流が発生する。この水流を利用してタービン を回して発電する。河口などで行えば、海水と淡水が同じ場所で採取できるので、安定した発電ができる[ 9]
実用化の例として、ノルウェー の電力大手スタットクラフト （英語版 ） ブスケルー県 にあるフールム （英語版 ） [ 10]
病原体 や有害物質を含む水の浄化にも正浸透技術が用いられる。ただし、純水を得るのではなく、汚水中の水分を、高濃度のグルコース やフルクトース などの溶液に抽出し、それをそのまま飲用に用いる。尿 の再利用に使う場合もあり、バックパッカー や兵士が乾燥地域で生活する場合などに用いられる[ 11] 救命ボート に備え付けて海難時に利用することも検討されている[ 12]
NASA は、汚染水から正浸透で水を取り出して糖液を作る装置に、水を取り出す時に生じた浸透圧で発電してその装置の動力源とする仕組みを開発している[ 13]
冷却塔の中には、水を蒸発させ、その蒸発熱を利用するものがある。蒸発で失われた水は外部から補う必要があるが、その水に塩分が含まれていると、蒸発で塩分が濃縮していくので、冷却効率も落ちるし故障も増える。純水を補えば問題は少なくなるが、コストが上昇する。これを防ぐため、正浸透膜を使い、水分を海水から補うことも試みられている[ 14] [ 15] [ 16]
^ a b
Thompson N.A., Nicoll P.G. (September 2011). "Forward Osmosis Desalination: A Commercial Reality" (PDF) . Proceedings of the IDA World Congress . Perth, Western Australia: International Desalination Association.
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^
Nicoll P.G., Thompson N.A., Bedford M.R. (September 2011). "Manipulated Osmosis Applied To Evaporative Cooling Make-Up Water – Revolutionary Technology" (PDF) . Proceedings of the IDA World Congress . Perth, Western Australia: International Desalination Association.
