宇宙ステーションの水循環では尿から飲み水を再生している｜安全性と仕組みが見える！

宇宙ステーションでは水を簡単に補給できないため、宇宙飛行士が出した尿や汗、呼吸に含まれる水蒸気まで回収し、再び利用できる水へ変える仕組みが使われています。

「尿をそのまま飲んでいるのではないか」「においや成分は残らないのか」「本当に安全なのか」と不安に感じる人もいますが、実際には蒸留、ろ過、化学的な分解、殺菌、水質確認を組み合わせた複数段階の処理が行われており、宇宙飛行士が口にする時点では尿ではなく、飲用基準を満たした再生水になっています。

国際宇宙ステーションでは、尿だけでなく船内の空気から集めた湿気や各設備から生じる排水も水循環の一部に組み込まれ、飲料、食事の準備、歯磨き、酸素生成などに活用されていますが、すべての水が永久に失われず循環する完全な閉鎖系ではなく、運転状況や設備の範囲によって回収率の示し方も異なります。

ここでは、宇宙ステーションで尿がどのように回収され、どの装置を通って安全な水になるのかを順番に整理し、回収率の数字が資料によって違う理由、故障や細菌への備え、月や火星の有人探査に水循環技術が必要とされる背景まで詳しく説明します。

宇宙ステーションの水循環では尿から飲み水を再生している

国際宇宙ステーションでは、宇宙飛行士の尿から水分を取り出し、ほかの排水と合わせて浄化したうえで、飲料や食事の準備に使える水へ再生しています。

ただし、トイレから回収された液体がそのままコップへ送られるわけではなく、尿処理装置と水処理装置を中心とする生命維持システムを通り、汚染物質を分離、除去、分解してから水質が確認されます。

最初に理解しておきたいのは、宇宙飛行士が飲むものは「薄めた尿」ではなく、尿を原料の一つとして回収された水分を高度に精製した再生水だという点です。

結論は再生水

宇宙ステーションの水循環を端的に表すと、尿に含まれる水分を回収し、飲用可能な再生水として再利用する仕組みです。

人の尿は大部分が水ですが、尿素、塩類、有機物、微生物なども含むため、そのまま飲んだり、単純な布フィルターだけに通したりして安全になるものではありません。

国際宇宙ステーションの米国側設備では、まず尿処理装置で水分を蒸留し、取り出した液体をほかの排水とともに水処理装置へ送り、多層のろ過材や触媒反応などを使って飲料水の基準を満たす状態まで処理します。

地上の下水処理と浄水処理を小型の設備内で連続的に行うイメージに近く、原料が尿であったとしても、最終的な水の性質と安全性は処理工程と検査結果によって判断されます。

したがって、「宇宙飛行士は尿を飲んでいる」という表現は話題性がありますが、正確には「尿を含む排水から回収、精製された水を飲んでいる」と説明するのが適切です。

回収する水源

宇宙ステーションで再利用される水の原料は尿だけではなく、人が生活することで船内に放出されるさまざまな水分が対象になります。

密閉性の高い船内では、呼吸や発汗によって出た水蒸気が空調設備で凝縮されるため、地上では見過ごされやすい湿気も貴重な水資源として集められます。

• 宇宙飛行士の尿
• トイレで使用する洗浄水
• 汗から蒸発した水分
• 呼吸に含まれる水蒸気
• 船内空気の除湿で生じる凝縮水
• 船外活動服の設備から回収される水
• 一部の生命維持装置から得られる生成水

タオルや衣類に残った水分も乾燥すれば船内の湿気となり、空調に回収される可能性があるため、宇宙では人の周囲を移動する水分全体が大きな循環の中にあります。

一方で、調理した食品の中に残る水、廃棄物と一緒に処分される水、装置の運転中に失われる水などもあるため、搭載した水が一滴も減らず永遠に循環し続けるわけではありません。

回収率の見方

宇宙ステーションの水回収率について調べると、約80％、約90％、97％、98％など複数の数字が見つかりますが、必ずしもどれか一つが誤りということではありません。

数字が変わる主な理由は、資料が作られた時期、対象とする設備、尿だけの回収率か船内全体の回収率か、技術実証で達成した値か通常運用を説明する概数かが異なるためです。

NASAは2023年、尿処理後に残る濃縮液からさらに水を取り出すブライン処理装置を組み合わせ、生命維持システム全体で水回収率98％を実証したと発表しました。

その後のNASAによる一般向け設備紹介では約90％という表現も使われているため、98％を常に全区画、全運転条件で保証される固定値と考えず、特定構成で達成された重要な実証値として理解することが大切です。

尿を直接飲まない

「尿を再利用する」という説明から、トイレで集めた尿が配管を通って直接飲料タンクへ移される場面を想像する人もいますが、そのような単純な構造ではありません。

尿処理装置で回収されるのは主に蒸留によって分離された水分であり、塩類や多くの不要成分は濃縮された廃液側に残されます。

さらに、蒸留した水はそれだけで完成品とはされず、湿度凝縮水などと合流して水処理装置へ送られ、微量の有機物やイオンを除去するための複数の工程を通過します。

最終段階では水質を監視し、条件を満たさない水は飲料用の貯蔵先へ送らず、再処理する仕組みが設けられています。

JAXAの説明でも、蒸留、フィルター処理、高温の酸化触媒反応、イオン除去、殺菌、水質確認を経て、通常の飲料水と同じように利用できる水になることが紹介されています。

完全な閉鎖系ではない

高い回収率を達成していても、現在の国際宇宙ステーションは、水を外部から一切補給しなくてよい完全閉鎖型の居住施設ではありません。

装置の処理後に残る濃縮廃液、交換したフィルター、清掃で拭き取られた汚れ、廃棄物、船外へ放出される物質などを通じて、水循環の外へ出る水分が生じます。

また、設備の保守、故障、乗員数の変化、実験での使用量、酸素生成設備への供給などによって水の収支は変わるため、地上から運ばれる補給水や予備の水も安全な運用に欠かせません。

回収率98％という数字は、100単位の回収対象水から98単位を循環へ戻し、2単位程度が失われる状態を示す考え方であり、失われる量が小さくても長期間では積み重なります。

月面基地や火星宇宙船のように補給が難しい環境では、この数％の損失をさらに減らすことに加え、故障しても修理できる構造や、少ない交換部品で長期間動く信頼性が重要になります。

区画で仕組みが異なる

国際宇宙ステーションは複数の国や機関が参加して建設した施設であり、すべての区画が一つの同一設備だけで水を処理しているわけではありません。

一般に尿の蒸留や水処理装置について詳しく紹介されるときは、米国側運用区画で使われる水回収システム、尿処理装置、水処理装置、ブライン処理装置を中心に説明されています。

ロシア側区画にも独自の生命維持設備や水管理の仕組みがあり、空気中の湿気から水を回収する装置、酸素を発生させる装置、地上から補給する水などを組み合わせて運用してきました。

そのため、「ISSでは何％の水を再利用しているか」を比較するときは、米国側の特定システムの性能なのか、ステーション全体の水収支なのかを確認しなければ、異なる対象の数字を比べることになります。

一般向けには宇宙ステーション全体の水循環として説明されることが多いものの、技術的に理解する場合は、装置や区画ごとに役割と処理対象が異なる点を押さえる必要があります。

飲む以外にも使う

再生された水は宇宙飛行士が直接飲むだけでなく、乾燥食品を戻すための水、飲み物の準備、歯磨きなどの日常生活にも使われます。

宇宙ステーションでは地上のように大量の水を流してシャワーを浴びたり、食器を水道で洗い続けたりできないため、生活方法そのものも節水を前提に設計されています。

さらに重要なのが酸素生成であり、水を電気分解すると、宇宙飛行士が呼吸に利用できる酸素と水素に分けられます。

一部の仕組みでは、電気分解で生じた水素を船内から回収した二酸化炭素と反応させて水を作り、再び循環へ戻すことで、空気と水の再生を結び付けています。

つまり、水回収システムは飲料水を作る単独の浄水器ではなく、空気の湿度管理、排せつ物の処理、酸素供給、二酸化炭素処理を支える環境制御・生命維持システムの中心的な要素です。

尿が飲料水になるまでの処理工程

尿から飲料水を作る工程は、一つの高性能フィルターで汚れを除く方法ではなく、性質の異なる複数の装置を順番に使う方法です。

最初に尿の状態を安定させて蒸留し、次に蒸留水をほかの排水と合流させてろ過と触媒処理を行い、最後に水質を確認して微生物の増殖を抑える処置を加えます。

蒸留後に残った濃い廃液にも水分が含まれるため、近年はその水分まで回収する追加設備が導入され、循環の輪をさらに閉じる取り組みが進められています。

尿処理装置

トイレで回収された尿は、配管や装置内で成分が析出したり微生物が増殖したりするのを抑えるため、前処理剤を加えた状態で尿処理装置へ送られます。

国際宇宙ステーションの尿処理装置は、低い圧力を利用した蒸留によって水分を蒸発させ、塩類や不揮発性の成分が多く残る濃縮液と分ける仕組みです。

• 尿を回収する
• 前処理で状態を安定させる
• 減圧環境で水分を蒸発させる
• 水蒸気を凝縮して液体へ戻す
• 濃縮された廃液を分離する

微小重力環境では液体が容器の底に自然にたまらず、気体と液体の分離も地上ほど単純ではないため、回転機構や圧力差などを利用して安定した蒸留を行います。

尿処理装置から出る液体は水分を多く含みますが、この段階だけで飲料水が完成するわけではなく、微量成分を取り除くために水処理装置でさらに精製されます。

水処理装置

尿処理装置で得た蒸留水は、船内空気から回収した凝縮水などと合流し、水処理装置で飲用に適した品質まで仕上げられます。

水源によって含まれる不純物の種類が違うため、固形物を一度こし取るだけではなく、吸着、イオン交換、触媒による酸化など役割の異なる処理を組み合わせます。

処理後の水が定められた条件を満たさない場合は、そのまま乗員側へ供給せず、再び処理工程へ戻す設計になっています。

NASAの生命維持システム資料では、多層ろ過材と触媒酸化装置で水を浄化し、電気伝導度を利用するセンサーで水質を確認すると説明されています。

複数の工程を直列に置くことで、一つの処理方法が苦手とする物質を別の工程で減らし、飲料水としての品質を安定させています。

濃縮液の追加処理

尿を蒸留したあとに残る濃縮液はブラインと呼ばれ、塩類や不要成分が高い濃度で含まれていますが、その中にも回収可能な水分が残っています。

従来はこの残留水分の多くを循環へ戻せなかったため、尿処理装置単体の性能を高めても、水循環全体の回収率を上げるうえで限界になっていました。

ブライン処理装置では、濃縮液を特殊な膜を備えた容器で扱い、暖かく乾いた空気を利用して水分を蒸発させ、その湿った空気を船内の凝縮水回収系へ送ります。

蒸発した水は空気中の湿気として回収され、ほかの排水と同様に水処理装置を通るため、濃縮液から取り出した水が無処理のまま飲料タンクへ入ることはありません。

NASAが2023年に公表した成果では、この追加処理を組み合わせたことで、水回収率98％という長期有人探査に向けた目標を実証できたとされています。

再生された水の安全性を支える管理

尿が原料に含まれると聞くと心理的な抵抗が先に立ちますが、水の安全性は原料の印象ではなく、最終的に残る化学物質、微生物、におい、味などが許容範囲に管理されているかで評価されます。

宇宙ステーションでは装置内のセンサーだけに頼らず、定期的な保守、フィルター交換、乗員による採水、地上での分析、運転データの監視などを組み合わせています。

完全に無菌の水を永久に維持するというより、微生物が存在し得る閉鎖環境で増殖やバイオフィルム形成を抑え、異常を早く発見して安全な水供給を続けることが現実的な管理目標になります。

水質基準

再生水は、尿由来か凝縮水由来かにかかわらず、宇宙飛行士が飲用できる水として定められた品質条件を満たす必要があります。

確認対象には、有機物、無機イオン、微生物、濁り、におい、味、装置から溶け出す可能性がある物質などが含まれ、単一の数値だけで合否を決めるものではありません。

船内で連続的に測れる項目と、サンプルを詳しく分析しなければ分からない項目があるため、リアルタイム監視と定期検査を組み合わせる必要があります。

水質が条件から外れた場合に再処理へ回す構造は、異常な水を誤って飲料用に供給する可能性を下げる重要な安全策です。

異常時の備え

宇宙で使う水再生設備は複雑な機械であるため、ポンプ、センサー、蒸留部、触媒、フィルターなどが故障したり、性能が徐々に低下したりする可能性を前提に運用されます。

地上の浄水場とは異なり、専門技術者がすぐ現場へ駆け付けることはできないため、宇宙飛行士が手順書と地上管制の支援を受けて部品を交換できる構造が必要です。

• 処理水を自動で再処理へ回す
• 運転データを地上側でも監視する
• 交換用フィルターや部品を保管する
• 補給水を予備として確保する
• 別系統の設備を組み合わせる
• 使用量を調整して水収支を保つ

装置が一時的に停止しても直ちに飲み水が尽きないよう、貯蔵水、補給水、別の供給源を含めた全体の水管理が行われます。

将来の火星探査では地上から交換部品を短期間で届けられないため、故障箇所を切り分けやすい設計、再生可能なろ過材、少ない部品で動く構造、自動診断機能がさらに重要になります。

細菌との向き合い方

高度に処理された飲料水であっても、配管、タンク、装置内部を含む現実の水環境を永久に完全無菌に保つことは難しく、栄養が少ない環境で生きられる細菌が確認されることがあります。

2026年2月にJAXAが紹介した研究では、国際宇宙ステーションの飲料用再生水から分離された細菌を調べた結果、ラルストニア・ピケッティという一般細菌が分析対象の中で大きな割合を占め、バイオフィルムを形成する性質が詳しく調査されました。

この研究結果は「宇宙ステーションの水が直ちに危険」という意味ではなく、長期運用する設備の内部でどのような微生物が生き残り、配管の詰まりや装置性能の低下につながる可能性があるかを理解するための情報です。

バイオフィルムは細菌が作る粘着性の物質によって形成され、消毒成分や洗浄の影響を受けにくくなる場合があるため、水質だけでなく設備保全の観点からも監視が必要です。

JAXAが公開した研究紹介は、宇宙に近い環境で細菌が作る物質や膜状の集まりを調べることが、将来の安全な水供給や地上の水処理技術にも役立つ可能性を示しています。

水を循環させる理由は補給の負担にある

宇宙ステーションで尿まで再利用する最大の理由は、水が生命維持に不可欠である一方、地上から大量に運ぶには大きな費用、燃料、貨物容量が必要になるためです。

水を循環させれば、同じ量の初期搭載水を繰り返し使えるため、補給船に載せる水を減らし、その分を食料、実験装置、交換部品などに振り向けられます。

低地球軌道にある国際宇宙ステーション以上に、月面や火星へ向かうミッションでは補給に時間がかかるため、水回収は便利な節約技術ではなく、探査の成立条件に近い技術になります。

輸送量を減らす効果

水は一人が毎日飲む分だけを考えても継続的に必要になり、食事の準備、衛生、酸素生成、実験まで含めると、長期滞在で必要な総量は大きくなります。

仮に回収を行わず、乗員が使用する水をすべて地上から運ぶとすれば、滞在期間が延びるほど必要な貨物質量がほぼ積み上がり、打ち上げ機や補給船への負担が増えます。

高い回収率の価値は、単に水道代を節約するような話ではなく、ロケットが運ばなければならない質量と、補給に失敗した際の生命維持リスクを同時に減らせる点にあります。

ただし、水回収装置そのものにも質量、電力、交換部品が必要なので、回収率だけでなく装置の小型化、省電力性、保守頻度を含めて総合的に評価しなければなりません。

長距離探査への条件

国際宇宙ステーションは地球に比較的近く、補給船を定期的に送れる環境ですが、火星へ向かう宇宙船では不足した水を数日後に届けるような対応はできません。

乗員が安全に帰還するまで水を確保するには、回収率の高さだけでなく、長期間安定して動き、部品交換を最小限にし、現地で修理できるシステムが求められます。

• 高い水回収率
• 低い消費電力
• 小型で軽い装置
• 少ない交換部品
• 自動的な水質監視
• 故障時の切り替え機能
• 乗員が修理しやすい構造
• 廃棄物からの資源回収

火星探査では水を飲料として再生するだけでなく、水から酸素を作り、二酸化炭素処理で水を回収し、植物栽培や衛生にも配分する総合的な物質循環が必要になります。

尿、汗、呼気、二酸化炭素、食料残渣などを別々のごみとして扱わず、水、酸素、炭素、栄養分を回収できる資源として扱う発想が、地球から離れた有人拠点の自立性を高めます。

日本の次世代技術

JAXAは、国際宇宙ステーションの日本実験棟「きぼう」で、将来の有人探査に向けた次世代水再生システムの技術実証にも取り組んでいます。

JEM Water Recovery Systemでは、尿に含まれるカルシウムやマグネシウムをイオン交換で取り除き、有機物を電気化学的に分解し、電気透析で残ったイオンを除去する考え方が採用されています。

カルシウムやマグネシウムを初期段階で減らすのは、配管やフィルターに水あかのような析出物が生じ、詰まりや性能低下を起こすことを防ぐためです。

電気透析で生じる酸性側とアルカリ性側の水をイオン交換樹脂の再生に利用できれば、交換品を地上から頻繁に運ぶ負担を減らし、保守性を高められる可能性があります。

現在の国際宇宙ステーションで使われる方式だけが唯一の完成形ではなく、蒸留、膜分離、電気化学処理、生物処理などを比較し、目的地や滞在期間に適した方式を組み合わせる研究が続いています。

宇宙の水循環から見える誤解と注目点

宇宙ステーションの尿再利用は、「汚いものを我慢して飲む話」として紹介されがちですが、本質は限られた資源を安全に循環させるための工学技術です。

正しく理解するには、蒸留だけですべてが解決するわけではないこと、100％循環ではないこと、回収率と安全性は別の評価軸であることを押さえる必要があります。

地上の水道や再生水と比べる場合も、原料の印象だけで判断せず、どの工程で何を除去し、どのような検査と保守が行われているかを見ると、宇宙の水循環が身近な技術の延長にあることが分かります。

蒸留だけでは不十分

水を加熱して蒸気にし、再び液体へ戻せばすべての汚染物質が消えると思われがちですが、蒸留だけであらゆる成分を完全に分離できるとは限りません。

水と一緒に移動しやすい揮発性物質、装置内部から混入する微量成分、凝縮水に含まれる船内由来の化学物質なども考慮する必要があります。

• 蒸留で水分と塩類を大きく分ける
• 吸着材で微量成分を捕らえる
• イオン交換で溶解成分を減らす
• 触媒酸化で有機物を分解する
• 殺菌成分で微生物増殖を抑える
• センサーで処理状態を監視する

性質の異なる処理を重ねる多重防護の考え方によって、一つの工程に性能低下が起きた場合でも、すぐに飲料水の安全性が失われないようにしています。

宇宙用の設備では処理能力だけでなく、微小重力でも気液分離ができること、限られた電力で動くこと、乗員が交換作業を行えることも同時に満たさなければなりません。

回収率と水質は別

回収率が高い装置ほど水質も必ず優れていると考えるのは適切ではなく、回収率と処理水の品質は分けて評価する必要があります。

回収率は原料中の水をどれだけ循環へ戻せたかを示し、水質は戻した水に有害物質や微生物がどの程度残っているかを示すため、意味が異なります。

極端に水を搾り取ろうとすると、析出物による詰まり、膜の汚れ、処理負荷の増加などが起こる可能性があるため、回収率の向上には設備全体の設計変更が必要です。

98％という成果が注目されるのは、飲料水の品質を保ちながら、従来は捨てられていた濃縮液中の水を追加で回収できる可能性を示したからです。

地上にも応用できる

宇宙用水再生技術は特殊な環境だけの技術に見えますが、限られた水を繰り返し使う必要がある地域や施設にも考え方を応用できます。

災害時の避難施設、離島、砂漠地域、船舶、潜水艦、遠隔地の研究基地では、水の輸送量を減らしながら安全な水を確保する小型再生装置が役立つ可能性があります。

宇宙では装置の小型化、省電力化、消耗品削減、遠隔監視が強く求められるため、その研究成果は地上の分散型水処理や再利用設備を改善する手掛かりになります。

また、微生物が少ない栄養環境で作るバイオフィルムや、長期間閉鎖された配管内の変化を研究することは、病院や工場の純水設備を管理するうえでも参考になります。

宇宙ステーションの水循環は、汚れた水を無理に飲むための例外的な工夫ではなく、水を使用後に捨てる一方向型の生活から、品質を管理しながら資源を循環させる生活へ移るための実験場でもあります。

尿を資源に変える水循環が宇宙生活を支える

国際宇宙ステーションでは、尿、汗、呼吸から生じる湿気などを回収し、尿処理装置、水処理装置、濃縮液の追加処理設備を通して、飲料や食事、衛生、酸素生成に利用できる水へ戻しています。

宇宙飛行士が飲んでいるのは尿そのものではなく、蒸留、吸着、イオン除去、触媒酸化、微生物対策、水質監視を経た再生水であり、条件を満たさない水は再処理される仕組みです。

水回収率は資料の時期や対象範囲によって異なり、NASAが2023年に発表した98％はブライン処理装置を含めた重要な実証成果ですが、宇宙ステーションが補給不要の完全閉鎖系になったことを意味するわけではありません。

安全な運用を続けるには、処理性能だけでなく、細菌やバイオフィルムの監視、フィルターや部品の交換、地上での分析、故障時の予備水確保まで含めた管理が欠かせません。

尿を捨てる対象ではなく水を含む資源として扱う技術は、月面基地や火星探査の自立性を高めるだけでなく、災害時や水不足地域で限られた水を循環利用する地上技術にもつながる重要な研究分野です。