掲載誌：Zenodo (CERN European Organization for Nuclear Research)

ライセンス: CC BY 4.0　対象: 公開論文　確認元: DataCite

研究の目的

研究チームは、太陽の熱で飲み水を加熱殺菌する「バッチ式」（一定量ずつ処理する方式）の装置について、病原体を十分に減らすのに必要な加熱条件、それにかかるエネルギー、1日に処理できる水の量を計算で見積もることを目指しました。この装置は、殺菌を終えた温かい水を次に処理する未処理の水と熱交換させ、その熱を再利用する設計です。なお、この研究は計算による検討で、装置を実際に作ったり試験したりしたものではないと著者らは明記しています。

何を、どのように調べたか

著者らは、殺菌済みの水を排出する際に、管の中で流れの向きを互いに逆にして熱を受け渡す「対向流熱交換器」を通し、次に入る未処理の水を予熱する装置を想定しました。殺菌に必要な条件は、大腸菌、サルモネラ属菌、そしてA型肝炎ウイルスを代表とする腸管系ウイルスについて、文献で報告されている水準の熱死滅の指標を使って求めました。この指標は、ある温度で菌やウイルスを10分の1に減らすのにかかる時間（D値）と、その時間を10分の1にするのに必要な温度上昇の幅（z値）です。さらに、熱回収の効率、1平方メートルあたりの1日の日射量、太陽熱集熱器の効率を仮定し、家庭向けと学校向けの装置規模を試算しました。結果はすべて、公開された計算プログラムで再現できる計算値です。

主な報告結果

計算では、最も熱に強いウイルスの群が処理条件を決めました。病原体を100万分の1に減らす（6桁の低減）には65℃で9.0分間保つ必要があり、65℃で1分間保つだけではこのウイルス群は0.67桁しか減らないと報告されています。熱回収の効率を0.70とすると、65℃での処理に正味で必要なエネルギーは水1リットルあたり50.23キロジュールで、25℃の水を沸騰温度まで加熱するのに必要な熱の0.160倍にとどまりました。日射量を1平方メートルあたり1日5.0キロワット時、集熱器の効率を0.50とすると、集熱面積1平方メートルで1日179.2リットルを処理できる計算になりました。1日20リットルを使う家庭向けでは集熱面積0.11平方メートルと10.0リットルの処理タンクで1日2回の処理、1日200リットルを使う学校向けでは集熱面積1.12平方メートルと50.0リットルのタンクで1日4回の処理が必要と見積もられました。

この報告が示すこと

この報告は、太陽熱による水の殺菌では、細菌よりもウイルスを基準に加熱時間を決める必要があり、殺菌後の水の熱を回収する設計にすれば、煮沸に比べてずっと少ないエネルギーで処理できるという見通しを、計算の上で示しています。また、家庭や学校の規模に応じた集熱面積やタンクの大きさの目安も示しました。ただし、これらはすべて仮定に基づくシミュレーションの値で、装置は製作も試験もされておらず、実際の性能はまだ確かめられていません。

※出版社のサイトから本文を取得できないため、本記事は原著論文の抄録だけで作成しています。

原著論文の著者・所属：Aldred, William Alexander

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Aldred, William Alexander. A Batch Solar Water Pasteurizer with Counterflow Heat Recovery: Lethality Priced from Thermal Death Kinetics and Daily Output Sized from Insolation. Zenodo (CERN European Organization for Nuclear Research) 2026-11-10. DOI: 10.5281/zenodo.24108833. 原著ライセンス：CC BY.