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世界の海をきれいにする - 特許ごとに

Dennemeyer Group February 10, 2023 Read time: 7 minutes

毎年、何百万トンものプラスチックが川や海に流れ込み、野生生物を脅かし、水源を汚染しています。プラスチックは自然に分解されないため、この問題は時間とともに悪化するばかりです。世界中の水からプラスチックが取り除かれない限り、これらの汚染物質は何世紀にもわたって残り、害を及ぼし続けるでしょう。幸いなことに、世界中の機知に富んだ革新者たちが、この問題を解決する方法を開発しています。

海洋や河川の水質を改善すること、そしてそれと同じくらい汚染されていない水域の水質を維持することは、長期的な環境と社会の健全性の鍵を握っています

水生生態系の持続可能性に貢献する発明と、その研究開発を保護する知的財産権に注目してみましょう。

サステナビリティへの道

マイクロプラスチックは、大きなプラスチックごみが時間の経過とともに分解されたり、ナイロンなどの合成繊維が布地から脱落したりする際に生じる5mm以下の小さな物質です。世界自然保護基金（WWF）の調査によると、人は1日に最大200ミリグラムのプラスチック (up to 200 milligrams of plastic a day)を飲料水として摂取していると推定されています。

しかし、海洋における微小粒子状の廃棄物の第2位の発生源は、見落とされがちですが自動車のタイヤ (car tires)なのです。The Tyre Collectiveの共同設立者であるヒューゴ・リチャードソンは、ロイヤル・カレッジ・オブ・アートとインペリアル・カレッジ・ロンドンで大学院の研究を行っていたときに、このことを知りました。リチャードソンは、同僚のハンソン・チェン、シヴォーン・アンダーソンとともに、タイヤ廃棄物の問題に取り組むプロジェクトを開始しました。

csm_The_Tyre_Collective_9617b07e4a — 自動車タイヤに使われているゴムのうち、自然界に存在するものは約40％で、残りの60％は石油由来の炭化水素から合成されています。(画像引用元：https://deepakmallya.com/the-tyre-collective)

3人はディーパク・マリヤとともに、車の下側に取り付け、タイヤが浸食する際に合成ゴムの粒子を回収するプロトタイプを開発しました。彼らの努力により、2020年に学生デザインに贈られるジェームズ・ダイソン賞を受賞しました。The Tyre Collectiveは現在も製品を改良中ですが、根本的なソリューションの特許は現在、欧州特許庁（EPO）および特許協力条約（PCT）を通じて申請中です。

水中解析の詳細

水質浄化のためには、その水域の汚染の程度や種類を正確に把握することが重要です。しかし、海は広大なため、従来の方法でこのようなデータ収集を行うには、リソースを確保するのが難しいのです。そこで登場したのが、人工知能（AI）です。

この分野で特に興味深いのが、米国の2社ProMareとTerradepthの開発です。前者は非営利企業で、「メイフラワー自律船（MAS）」と呼ばれる完全自動の水上船舶を開発しました。一方、スタートアップのTerradepthは、海岸、船舶、さらには空中プラットフォームから展開可能で、ソナーや写真測量、水深計などのセンサー (sonar and photogrammetric and bathymetric sensors)を装備できるAI誘導型潜水艦を製造しています。

2022年6月に大西洋を横断したProMareのMASは、持続可能性に重点を置き、人間の乗組員なしで海底の高度な分析を実行することが可能です。この目的のために、ProMareはIBMからオックスフォード大学まで、多くのスポンサー企業や研究機関から技術的・財政的な支援を受けています。一般の人々はProMare号のルート、歴史的な名前の由来から選ばれたイギリスのプリマスからマサチューセッツ州のプリマスまでの大西洋を横断 (crossed the Atlantic)するルート、をたどることができました。また、搭載されたカメラやセンサーからのライブ映像は、火星探査機「パーサヴィアランス」(Perseverance Mars rover)のリアルタイム追跡と同様に、この単独航行の壮大さを物語っています。

csm_Terradepth_73266f95e5 — Terradepthのような自律型探査船は、ダイバーや遠隔オペレーターよりもはるかに長い時間、作業を続けることができます。このような自律型探査機が収集したデータは、その後の廃棄物対策や清掃活動において、非常に貴重なものとなります。(画像出典：Terradepth）

Terradepthは、環境測量を数多くのアプリケーションの一つとして挙げており、潜水艇 (submarines)だけでなく、航行システムや燃料電池の充電システムの特許も出願しています。この潜水艇は、貯蔵した水素と大気中の酸素を結合させる発電機を内蔵している上に廃棄物は純水のみと、海中ではほとんど問題になりません。さらに、ダイバーチームよりも効率的に、静止センサーよりも優れたカバー率で、研究者やエンジニアに豊富なデータを送信することができるのです。

これらの生まれたばかりのプロジェクトは、AIと再生可能エネルギーを組み合わせることで、環境を取り巻く深刻な問題に、お金と人手の面で効率的に取り組めることを実証しています。

ゴミと真正面から向き合う

オランダでは、スタートアップRanMarineの主力製品が、より直接的に水質汚染と戦っています。WasteSharkは、水路に投入して1日に最大500kgのゴミを集めることができる自律型ドローンシステムです。ウェイポイントパッシングを利用して、混雑する港湾内をくぐり抜け、野生動物を避けるために衝突防止AIも使用可能です。

この発明は、4G通信帯域（またはオプションの光検出と測距（LiDAR）技術）を使用して航行するコンパクトな電動ユニットと、水中から浮遊廃棄物をろ過する収納箱の2つの主要コンポーネントから構成されています。メガシャークと呼ばれる大型のシステムは、通常のボートのように操縦することができ、より多くの汚染物質を回収するための吸引ジェットと圧縮機が搭載ています。WasteSharkが都市部やマリーナを想定しているのに対し、MegaSharkは河口や港湾などより広大な水域を想定しています。

csm_WasteShark_f9e423837f — 濾過摂食を行うジンベエザメをモデルにしたWasteSharkは、海洋の食物連鎖に入る前に水質汚染物質を飲み込みます。(画像出典：RanMarine）

RanMarineは、WasteSharkの名称を複数の法域ですでに商標登録 (multiple trademarks)しており、このコンセプトがまさに水も漏らさぬ構想であることを示しています。

WasteSharkが池の水質浄化装置に相当するとすれば、Seabinはゴミ箱に相当するものです。オーストラリアのアンドリュー・タートンとピート・セグレンスキーによって2015年に立ち上げられ、都市の水路にろ過箱と吸引ポンプを設置するというシンプルかつ効果的なソリューションで、年間最大9万枚のビニール袋を除去することができます。

プロジェクトの初期には、データ収集はペンと紙とスプレッドシートを使っていました。しかし、創業者たちはすぐに、最大の効果を上げるためにはデジタル化が必要であることを認識しました。現在、Seabinの最新版 (latest iterations of the Seabin)には、「スマートテクノロジー、水中センサー、クラウドベースまたはIoT（モノのインターネット）接続用のモデム」が搭載されています。Seabinは地元シドニーにおいて、都市の水質汚染の問題を研究し、最終的に軽減するために世界初のMicroplastic and Ocean Health Research Labを設立しているほどです。

グレートバリアリリーフ

ボイヤン・スラット氏は、WasteSharkの開発者と同じく、オランダに拠点を置いています。しかし、The Ocean Cleanupの創設者兼CEOである彼の事業は、より大きなスケールで展開されています。スラットのシステムは、ドローンを使ってゴミを回収するのではなく、海流をモニターしコンピューターによるモデリングでゴミが溜まる場所を予測します。このゴミは、人工的な海岸線として機能する浮遊バリアによって流され、ゴミの回収をより簡単かつ効率的に行うことができるのです。

csm_The-Ocean-Cleanup_98b40738ce — オーシャン・クリーンアップ・システムは、浮遊する廃棄物を捕捉し、漏斗状に保持し、抽出するシステムです。水生生物は、このバリアの下を安全に泳ぐことができ、巻き込まれるのを防ぐことができます。(画像出典：The Ocean Cleanup）

スラット氏は、「Great Pacific Garbage Patch（太平洋ゴミベルト）」への取り組みを、同組織の最大の優先事項の1つにしています。ハワイとカリフォルニアの間にあるこのゴミの海域は、160万平方キロメートルと推定され、テキサスの2倍、フランスの3倍の広さがあります。このプロジェクトは、予防的な取り組みや使い捨てプラスチックへの依存を減らすことと合わせて、2040年までに海洋漂流プラスチックの90％を除去することを目標としています。

そのひとつが、「インターセプター」と呼ばれる川を利用した自律型ゴミ回収機です。インターセプターは、廃棄物が海岸に流れ着くのを防ぐことを目的とした、太陽電池を動力源とする海洋システムの姉妹機です。すでにキャッチーなトレードマークをつけ、特許も申請中 (a pending patent)です。インターセプターの世界各地の進捗状況はオンラインで確認することができ (can be followed online)、現在210万kg以上のゴミを回収しているとのことです。

油流出事故に対する魅力的な解決策

カリブ海に浮かぶバルバドス島で育ったアーデン・ワーナーは、海洋汚染が脆弱な生態系に与える直接的な影響を目の当たりにしてきた。本業はイリノイ州バタヴィアにある米国エネルギー省のフェルミ国立加速器研究所で最先端の粒子加速器に携わっているが、ここで紹介するのは、海洋油流出事故の解決に向けた独自の方法を完成させたという点である。

ワーナーはメキシコ湾原油流出事故を受けて、2010年代初頭 (in the early 2010s)から油の浄化方法に取り組み始めました。2014年には、磁化された油の流れを操作して清掃を容易にするために電磁場を作り出す構造物のシステムの特許 (Patent)を初めて取得しました。彼のアプローチは、まず、油と優先的かつ可逆的に結合するミクロンサイズのマグネタイト粒子を流出油に「種」まきをします。マグネタイトは自然界に存在し、毒性がなく、そしてもちろん磁性を持っています。

csm_Oil-spill_36cf9ce353 — 国際タンカー船主汚染連盟（ITOPF）によると、2022年にタンカーから失われた原油は約15,000トン。その大半は3件の大規模事故によるものです。

種子粒子が油と結合すると、ドーナツ型の電磁石の長い構造物が油を回収ランプの方に引っ張ります。各電磁石は順番にオン・オフを繰り返し、油を徐々に引き込んでいきます。回収されたオイルは、強力な磁石によってマグネタイトが取り除かれることにより、マグネタイトと共にそれぞれ再利用が可能となります。ワーナーの起業したNatural Science LLCは、現在多くの登録済または申請中の特許を条件とした製品群 (products)を商品化する段階にあります。

一つだけの発明では、水質汚濁の問題をグローバルに解決することはできません。世界中のイノベーターが力を合わせても、今日見られるような環境破壊を解決するには数十年かかるでしょう。そのため、このかけがえのない仕事を担っているシステムや装置の長期的な知的財産の保護がより一層重要となっています。

デンネマイヤーは、海、川、浜辺、湖の保全に取り組む発明家や企業のために、特許の安全を確保することを約束します。より明るく、より健康的な未来のために、私たちは今すぐ行いを浄化する必要があります。

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