MIT、超音波で乾燥地でも数分で飲料水を生成する空気集水技術を発表

マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームは、極度に乾燥した地域においても、空気中から飲料水を記録的な速さで抽出できる超音波ベースのシステムを開発し、2025年11月18日に学術誌『Nature Communications』で発表しました。この新技術は、従来数時間から数日を要した大気水採取（AWH）のプロセスを数分に短縮し、水資源が乏しい地域社会への貢献が期待されています。

MIT機械工学科のスヴェトラーナ・ボリスキナ主席研究員が率いるこの研究は、大気水採取の基本原理と、吸着材に捕捉された水蒸気を超音波で急速に放出させる新しい機構を統合したものです。実験装置は、電圧印加により超音波周波数で振動するセラミックアクチュエータを利用しており、この振動が吸着材表面と水分子間の弱い結合を迅速に破壊し、水滴を分離・回収させます。研究チームの報告によれば、このプロトタイプは、従来の太陽熱蒸発に基づく方法と比較して、捕捉された水の放出効率が約45倍高いとされています。

この振動による水放出メカニズムは、熱による蒸発の熱力学的限界を克服し、AWH技術の経済的実現可能性を高めるものです。従来のAWHシステムが水分の放出に太陽エネルギーと長い時間を必要としたのに対し、この手法は材料から水を物理的に「揺り動かす」ことで、急速な吸収・放出サイクルを可能にし、装置の一日あたりの収穫量を向上させます。飽和した吸着材サンプルは、超音波作動後わずか数分で完全に乾燥することが確認されました。

この技術の潜在的な課題は、太陽光のみに頼る受動システムと異なり電源が必要な点です。しかし、研究チームは、このデバイスを小型の太陽光発電セルと統合することを提案しています。このセルは電源として機能するだけでなく、吸着材の飽和を検出するセンサーとしても機能し、サイクルの自動化を実現します。大学院生のイクラ・イフテカル・シュヴォ氏は、超音波が水分子と吸着材の間の弱い結合を正確に破壊し、水が波と共に運動量を得て水滴として放出されると説明しています。

MITはこの技術を乾燥地域における家庭用ソリューションとして構想しており、窓ほどの大きさのコンパクトなシステムが、一日に複数回水を収集し、基本的な生活ニーズを継続的に満たすことを目指しています。ボリスキナ氏は、このシステムが水凝和物だけでなく、金属有機構造体（MOF）や超吸水性繊維など、既存のほとんどの吸着材と互換性がある柔軟性を強調しています。試算では、この超音波による抽出コストは1リットルあたり0.19米ドルであり、これは多くの地域で市販されているペットボトルの水よりも低く、商業的な展開の可能性を示唆しています。