2020 Fiscal Year Annual Research Report
Autonomous water reclamation and energy system aiming for building recycling and resilient
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18H04153
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
中島 淳 立命館大学, 理工学部, 教授 (00309098)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 直樹 立命館大学, 理工学部, 講師 (10583271)
宗本 晋作 立命館大学, 理工学部, 教授 (20581490)
惣田 訓 立命館大学, 理工学部, 教授 (30322176)
佐藤 圭輔 立命館大学, 理工学部, 准教授 (30456694)
清水 聡行 立命館大学, 理工学部, 講師 (50584025)
近本 智行 立命館大学, 理工学部, 教授 (60388113)
神子 直之 立命館大学, 理工学部, 教授 (70251345)
李 明香 立命館大学, 理工学部, 准教授 (00734766)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自立型水・エネルギーシステム / 水再生循環 / 省・創・蓄エネルギー / 循環型社会 / レジリエンス社会 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（1）水再生技術・水循環システム開発：膜、紫外線、自然型浄化の技術開発を行った。オゾン等を用いた難分解性有機物の分解および生分解性向上、藻類と細菌を組み合わせた処理方法（バッチ実験とラボスケールでの長期実験）、様々な紫外線ランプを用いた微生物の増殖抑制、qPCR法による紫外線照射槽の性能評価、有機物の分解、アオウキクサを用いた実験、途上国内流域での水質統合指標（WQI）を用いた水需給バランス（WS）の定量的な評価を行った。また、雨水タンク、膜ろ過装置、紫外線消毒装置、太陽光発電、蓄電池を組み合わせ、自立型水・エネルギーシステムの実証的研究を行うための装置を構成した。
（2）建築設備・エネルギーマネジメント：住宅の電源安定化の実大実証試験およびシミュレーションツールの整備を図り、とくに本ツールの精度についての実証を行った。電気自動車（EV）を「自走式蓄電池」と考え、太陽光発電（PV）により充電させ、CO2の排出量減少と交通利便性を両立させながら、Vehicle to Home （V2H）システムによって建物とつなぎ、仮想発電所（VPP）の実現を目指した。同時にEVが建物から離れた時を想定し、V2Hと家庭用据置型リチウムイオン蓄電池（LiB）を組み合わせ、V2HとLiBとの自己制御による給放電挙動を調査し、シミュレーションツールでの再現を確認した。さらにVPPの導入シナリオを想定し、シミュレーションツールの効果の検討を行った。
（3）システム提案・LCA評価：水循環・エネルギーシステムに関わる評価手法の構築に取り組んだ。水循環システムの構成要素となる浄化槽を対象に、機能で分類したタイプ別のライフサイクル環境影響評価を進めた。また、水辺環境や緑地の保全とエネルギー消費および健康影響との関連性の評価として、ヒートアイランド現象緩和効果のメソレベルでの評価を、水田作を対象として試みた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（1）水再生グループおよびエネルギーマネジメントグループにおいては、それぞれの研究計画にしたがって、膜、紫外線、自然型浄化の技術開発、および住宅の電源安定化の実証試験とシミュレーションツールの整備が継続され、順調にそれぞれの成果が得られている。
（2）また、システムおよびLCA評価グループにおいては、研究で開発する技術の社会実装へ向け、水再生技術・水循環システム開発と連動して研究がすすめられた。
（3）さらに、今後の水とエネルギーの技術を統合した自立型技術実装実験装置が導入され、本格的にモニタリングを実施する体制ができた。おおむね順調にその内容の検討が進捗しているが、さらに細部の計画の精査をすすめて実施してゆくものとする。
（4）本装置は、ベトナムでの導入も検討していたが、新型コロナウイルス感染症の影響により、国内に設置することとなった。また、インドなどとの研究の共同・交流についても、対面での交流は不可となったが順調に進展し、論文や研究発表の成果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）雑排水を対象とした藻類と細菌を組み合わせた処理方法の検討、オゾン等を用いた酸化処理による難分解性有機物の生分解性向上の検討、UV-LEDなどの様々な紫外線ランプを用いた消毒や効率的な促進酸化処理の検討、人工湿地法による水再生循環技術など膜、紫外線、自然型浄化の技術開発を継続する。そして、水資源の安定化や水循環系改善に向けて、本研究で開発された技術を含む施策メニューの適用可能性とその効果を比較・分析する。同時に、自立型水・エネルギーシステムの実証実験装置を用いて、水量・水質・エネルギーのモニタリングを継続し、水量やエネルギーの観点からどれだけ自立的な水処理が可能か評価を行い、得られた最終的な成果を取りまとめる。
（2）V2HとLiB、PV、商用電源を接続した各機器の挙動実験により開発された建築設備・エネルギーマネジメント技術、および実証の成果を組み込んで構築されたシステムシミュレーションモデルを用いて、開発された技術の社会実装へ向けた自立型水・エネルギーシステムの導入シナリオを具体化する。また、その効果とエネルギーマネジメント行うための最適制御方法を検討する。さらに、キャンパスを対象とした効果の検証を図る。
（3）水再生技術・水循環システム開発グループにおける技術開発および実証の成果をシステムの評価・提案に組み込むための手法構築を行う。具体的には、実証実験装置で得られたデータを用いて、技術の導入効果をLCAにおいて適切に評価する。また、実際に得られたデータを踏まえて、評価対象となる環境負荷物質の拡充など、LCAにおける既存のインパクト評価手法の拡張を検討する。
（4）以上（1）～（3）について得られた結果から、開発されたVPPを組み込んだ水再生・循環システムおよびその評価について、総括的に取りまとめる。
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