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水不足が縛る世界の半導体・データセンターと日本の水処理新商機

by 田中 健司
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#半導体 #データセンター #水処理 #インフラ #AI

水不足が産業立地を左右する新局面

半導体とデータセンターは、いずれも「水を使うデジタル産業」です。半導体工場はウエハー洗浄に超純水を使い、データセンターはサーバーの発熱を逃がすために冷却水を使います。電力や土地に比べると目立ちにくいものの、水は操業の連続性を決める基礎インフラです。

水リスクは新興国だけの問題ではありません。世界資源研究所は、25カ国が毎年「極めて高い水ストレス」にさらされ、世界人口の少なくとも半分に当たる約40億人が年に1カ月以上、高い水ストレスの下で暮らすとしています。UNESCOも、世界人口のおよそ半分が年の一部で深刻な水不足を経験すると整理しています。

この制約は、AI投資や半導体再興の成否にも直結します。工場を誘致できるか、データセンターを増設できるかは、電力系統だけでなく、取水、排水、再利用、地域合意を一体で設計できるかに左右されます。本稿では、産業基盤としての水を軸に、半導体・データセンターのリスクと日本の水処理企業に開く商機を読み解きます。

半導体工場を支える超純水の制約

先端工程ほど増す洗浄水需要

半導体製造で水が重い意味を持つのは、単に大量に使うからではありません。微細化した回路では、目に見えない不純物やイオンの混入が歩留まりを落とします。ウエハーを何度も洗浄する工程では、一般の工業用水ではなく、ほぼ不純物を含まない超純水が必要になります。

熊本県菊陽町のTSMC系工場を取材した熊本朝日放送の記事では、地下2階に約2万5000平方メートルの水処理システムが設けられていると紹介されています。2024年11月の地下水使用量は1日平均4800トン、フル稼働時は8500トン程度と説明されました。単なる付帯設備ではなく、工場そのものの一部と見るべき規模です。

同記事によれば、使った水は36種類に分けて処理され、平均で3.5回繰り返し使う仕組みです。水の回収率は75%程度とされます。ここで重要なのは、回収率の高さだけで安心できない点です。回収できない25%分は新たな取水で補う必要があり、地域の地下水や河川、ダムの利用と必ず接点を持ちます。

再利用率より重要な取水の安定性

TSMCは台湾でも水再利用を加速しています。南部科学園区の再生水プラントは2022年に運転を始め、同年末までに1日1万トンの工業用再生水を供給する計画でした。2026年には供給能力を1日3万6000トンまで高める見込みとされます。さらに、新竹科学園区の新工場では将来、100%再生水を使う構想も示されています。

米アリゾナ州のフェニックス工場でも、水は投資判断の中心にあります。TSMCの説明では、立ち上げ時に使う水の約65%を自社の水リサイクルシステムから賄い、将来は90%の水再生を目標に高度水処理施設を建設します。砂漠地帯での半導体投資では、水再利用は環境対策であると同時に、操業許可と地域合意の条件です。

日本でも同じ構図が広がります。Rapidusは2025年1月、北海道と千歳工場の水利用に関する協定を結びました。半導体工場は雇用や税収をもたらしますが、水利用を曖昧にしたままでは、地域の農業、生活用水、防災計画と衝突します。水量、水質、排水、異常時停止のルールを早い段階で示すことが、工場建設の工程管理にも直結します。

半導体産業の競争力は、露光装置や材料だけで決まりません。水処理設備の設計、薬液を含む排水の分別、超純水の品質監視、再生水を工程に戻すリスク管理まで含めた総合力が問われます。ここに、水処理メーカー、建設会社、自治体、運営事業者が連携する余地があります。

AIデータセンター冷却が広げる水リスク

水冷と空冷を分ける地域条件

データセンターの水問題は、AIブームで一段と可視化されました。IEAは、世界のデータセンターの電力需要が2030年に約945テラワット時へ倍増し、日本の年間電力消費量をやや上回る規模になると予測しています。電力需要の増加は、冷却需要の増加でもあります。

水冷は、エネルギー効率の面で有利な場合があります。Googleは2024年、データセンターとオフィスで約81億ガロン、約310億リットルの水を消費しました。同社は水冷が多くの地域で効率的な冷却手段になると説明する一方、英国のWaltham Cross、米アリゾナ州Mesa、ウルグアイのCanelonesでは、水リスク評価に基づき通常運用時に冷却水を使わない空冷を選ぶ方針を示しています。

この判断は、データセンターが「どこでも同じ箱」ではなくなったことを示します。寒冷地、湿潤地、渇水地域では、最適な冷却方式が異なります。安い土地と電力だけで立地を決めると、後から取水制限や住民反発で拡張余地を失う可能性があります。

電力由来の間接的な水消費

水リスクは施設内の冷却水だけではありません。データセンターが使う電力の発電にも水が関わります。DOEによると、米国のデータセンターは2023年に国内電力消費の約4.4%を占め、2028年には6.7%から12%へ高まる可能性があります。電力が火力や原子力に依存する地域では、発電所の冷却水も間接的な水フットプリントになります。

各社は効率指標を前面に出しています。AWSは2024年の世界平均WUEを1キロワット時当たり0.15リットルと公表し、2023年比で17%改善したとしています。ただし、同じAWSでも東京リージョンのWUEは0.91、シンガポールは1.68、ジャカルタは2.75と大きな差があります。気候、冷却方式、再生水の利用可能性が数字に反映されるためです。

Microsoftも、米ワシントン州Quincyで自治体と水再利用施設を整備し、地域の飲用水使用を97%削減したと説明しています。年間150万立方メートルの水を地域の飲用水需要に回せるとされ、データセンターが自治体インフラ投資の呼び水になる例です。

データセンター事業者にとって、水はESGの開示項目にとどまりません。電力購入契約、冷却設備、排熱利用、再生水管路、地域の水道料金までを横断して設計する必要があります。施設を早く建てる力だけでなく、地域の水循環に組み込む運営力が差別化要因になります。

日本の老朽インフラが映す海外展開の課題

日本は降水量が多く、水道水をそのまま飲める地域が広い国です。しかし「水の国」という安心感は、産業インフラとしては弱点にもなります。国土交通省の水道カルテは、人口減少による料金収入の減少、老朽化に伴う更新投資の増加、耐震化の遅れを指摘しています。

2026年に公表された上下水道施設の耐震化状況では、令和6年度末時点で取水施設が約52%、導水管が約35%、浄水施設が約47%、送水管が約49%、配水池が約68%にとどまります。重要施設に接続する水道・下水道管路の両方が耐震化されている割合は約9%です。能登半島地震で長期断水が問題になった後でも、更新の遅れは構造的です。

この現実は、水処理企業にとって国内市場が単なる成熟市場ではないことを示します。老朽管の更新、漏水検知、施設統廃合、広域運営、料金改定、官民連携を一体で進める必要があります。国内で運営型の収益モデルを磨けなければ、海外でも「設備を売って終わり」になりやすいのです。

経済産業省は2026年、世界の水ビジネス市場では米国と中国の規模が大きく、アフリカでは高い伸びが見込まれると整理しました。日本企業の海外売上高は増加傾向にある一方、世界市場では欧米企業が上位を占めています。課題は技術の有無ではなく、長期契約、資金調達、運営、現地人材育成まで束ねる事業設計です。

水処理企業が伸ばす運営型収益の視点

日本企業には、膜、ポンプ、薬品、超純水、監視制御、建設施工で強みがあります。東レはRO膜を海水淡水化、超純水製造、排水再利用などに展開し、UF膜やMBRも飲料水、下水、産業排水の処理に使われています。こうした部材技術は、半導体やデータセンターの水循環設計で重要性を増します。

ただし、今後の勝負は装置単体ではありません。顧客が求めるのは、取水量を抑え、排水を再利用し、水質を常時監視し、異常時には操業を止める判断まで支援する仕組みです。水処理を「建設工事」ではなく、20年、30年にわたる運営サービスとして設計できる企業が収益を伸ばします。

投資家や経営者が注視すべき指標は三つあります。第一に、半導体・データセンター案件で再生水や超純水の運営契約を取れているか。第二に、自治体との官民連携で実績を積んでいるか。第三に、海外で現地企業や金融機関と組み、設備販売後の運営収益を確保できるかです。

水不足は産業の制約ですが、同時に水処理を中核インフラへ押し上げる力でもあります。半導体再興とAI投資の裏側で、見えにくい水の設計力を持つ企業ほど、次の成長局面で存在感を高めることになります。

参考資料:

田
田中 健司

製造業・建設・インフラ

製造業・建設・インフラ産業を中心に取材。大企業の事業再編から建設現場の人手不足問題まで、日本の産業基盤の変化を追い続ける。

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