JP2005342656A

JP2005342656A - 気体成分を海洋の深層域に溶入させる方法および装置

Info

Publication number: JP2005342656A
Application number: JP2004167352A
Authority: JP
Inventors: Yoji Nakajima; 洋司中島; Minoru Miwa; 實三輪; Akiyoshi Takeno; 明義武野
Original assignee: NAKAJIMA KOGYO KK; Nakashima Kogyo Corp
Current assignee: NAKAJIMA KOGYO KK; Nakashima Kogyo Corp
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】
燃焼ガスを浅海に直接溶かし込む方法や、CO₂ガスを液化して深海にため込む方法、ガスリフトポンプを用いて深海に隔離する方法等の周知技術の欠点、特に海洋に溶かし込まれた気体成分が、気泡の状態で合体や吸収を繰り返すことにより浮力が増大し、早期に海面より大気中に放出される点、一般に大型で複雑であり、価格・維持運転費も高いものとなっている等の点を解消することにあり、温室効果ガスとも称される気体成分を、効率良く海洋の深層域に溶入して隔離する方法と装置を提供し、地球の温暖化を防止することにある。
【解決手段】
耐圧タンク内に圧縮して収容された、燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出されたCO₂ガス、CO等の気体成分を、海洋の深層域に数十ミクロン（μm）程度の加圧された微細な気泡の状態で発生させることにより、海洋の深層域にCO₂ガス、CO等の気体成分の隔離が図られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、化石燃料の燃焼により人為的に大気へ放出される燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出されたCO₂ガス、CO等の気体成分を、海洋の深層域に溶入して隔離する方法とその装置に関するものである。

従来、大気中へ排出される燃焼ガスを浄化する方法としては、触媒を利用した硫黄脱硫防止装置等が広く一般に用いられている。一方、燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出されるCO₂ガスにあっては、火力発電所などから排出されたCO₂ガスを浅海に直接溶かし込む方法や、液化して深海にため込む方法、さらにGLADという、ガスリフトポンプを用いて深海に隔離する方法等が試みられている。
特開平11‐231108号公報特開2003‐102325号公報柘植秀樹・海野肇「『泡』技術」p119 工業調査会 2004年

本発明の目的は、燃焼ガスを浅海に直接溶かし込む方法や、CO₂ガスを液化して深海にため込む方法、ガスリフトポンプを用いて深海に隔離する方法等の既存技術と比較して、既存技術を用いた装置では、海洋に溶かし込まれた気体成分が、気泡の状態で合体や吸収を繰り返すことにより浮力が増大し、早期に海面より大気中に放出される点、既存技術を用いた装置は一般に大型で複雑であり、価格・維持運転費も高いものとなっている等の点を解消することにあり、主に化石燃料の燃焼等により発生する燃焼ガス、もしくは燃焼ガスに含有され温室効果ガスとも称される気体成分を、効率良く海洋の深層域に溶入して隔離する方法と装置を提供することにある。

耐圧タンク内に圧縮して収容された、燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出されたCO₂ガス、CO等の気体成分は、送気管を通して、海洋の深層域に設置された気体透過部に圧縮状態で送気される。

気体透過部には、微細な気孔を有する通気性フィルムが気体透過材として装着されており、圧縮された状態のCO₂ガス、CO等の気体成分は、通気性フィルムの微細な気孔を加圧して拡張し、強制的に水中へ透過される。

このとき、海洋の深層域にCO₂ガス、CO等の気体成分からなる数十ミクロン（μm）程度の加圧された微細な気泡が発生することになる。海洋の深層域に発生した微細な気泡は海水との融合が極めて容易であり、深層域でCO₂ガス、CO等の気体成分の隔離が図られる。

本発明は、主に火力発電所等から排出される燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出された気体成分を、微細な気泡の状態で海洋の深層域に放出することにより、温室効果ガスとも称されるCO₂ガス、CO等の気体成分を海洋の深層域に隔離するものである。加圧された数十ミクロン程度の微細な気泡は、従来の気泡と比較して極めて効率よく海水に融合し、大気との隔離が長期に亘り図られることから、地球温暖化の一因となっているCO₂ガス、CO等の気体成分の大気中への排出が削減される。

本発明の、燃焼ガスに含まれるCO₂ガス、CO等の気体成分（以下「気体成分」という。）を海洋の深層部に溶入する方法及び装置は、化石燃料の燃焼等により人為的に大気中に放出される燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出された気体成分を、海洋の深層域に加圧された微細な気泡の状態で発生させることにより、深層域に気体成分を溶入して隔離するものである。

気体成分を含有する燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出された気体成分は、コンプレッサーで耐圧タンクに圧縮して収容され、レギュレータを介して適応圧に減圧され、送気管を通して、海洋の深層域に設置された気体透過部に送気される。

気体透過部には、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムが気体透過材として装着されており、圧縮された状態の気体成分は、通気性フィルムの微細な気孔を加圧して拡張し、強制的に海中へ透過される。これはクレーズを構成するボイドが通常の状態では気体も透過されることのない微細な貫通孔であり、加圧されることによりボイドが拡張してフィルムに通気性をもたせるものであることによる。

本発明の実施例を以下に図示しながらさらに詳しく説明するが、これは代表的なものを示したものであり、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、燃焼ガスに含有される気体成分を水中へ溶入する方法を例示した概略図である。火力発電所2より排出される燃焼ガスは、大気中に放出されることなく、コンプレッサー4により2.0MPa程度に圧縮して耐圧タンク6内に収容される。

耐圧タンク6内に圧縮収容された気体成分は、レギュレータ（減圧弁）を介して、所望の対応圧に減圧され、送気管を通して、海洋の深層域に設置された気体透過部10に送気される。気体透過部には気体透過材として高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムが装着されており、この気体透過材を圧縮された気体成分が加圧することにより、強制的に透過される、これはフィルムに通気性をもたらすクレーズ領域が、圧縮された気体成分により加圧され、クレーズを構成するボイド（微細な空孔）が拡張されてフィルムが強制的に透過されることによるもので、加圧された数十ミクロン程度の微細な気泡が海水中に発生される。

数十ミクロン（μm）程度の微細な気泡を発生させる方法と装置は、従来より、撹拌羽根を高速回転させる、突起物に衝突させる、圧力急変部に空気を吸入し引きちぎる、等の方法が検討されている。しかし、こうした方法は均一に制御された微細な気泡を大量に発生させることが容易ではなく、装置も大型で複雑となり、価格・維持運転費も高いものとなっている。

本発明の装置により深層域に発生される加圧された微細な気泡のうち、20μm〜500μm程度の目視できる気泡径を有する気泡の中には、海水に融合されず深層域を漂うものもある。しかし、この程度に微細な気泡は大きさがほぼ均一であり、気泡同士の合体や吸収が行われず、単一気泡の状態を維持しながら、かかる水圧を受け永く深層域に留まることになる。また、視認できない程度に極めて微細な気泡にあっては、海中に溶入されて深層域に隔離される。

加圧された微細な気泡が容易に液中に融合されることは、次式により表される。
ｗ＝ｋＰ
この式においてｗは液体に溶ける気体の質量、Ｐは気体の圧力であり、ｋは比例定数である。このことから、溶ける気体の質量は気体の圧力に正比例することが解る。つまり液体に気体が溶けるときには、その液体に接触している気体の圧力が高くなるほど多くの気体が液体に溶けることになるのである。

また、加圧された微細な気泡を、水圧等を考慮せずに同じ条件で水中に発生させた場合、気泡径が海水中、水道水中、蒸留水中の順に5〜10μm程度大きくなり、気泡の発生量は蒸留水、水道水、海水の順に多くなることが知られている。これは水中に溶解している成分の差によるものと思われる。

本発明に用いる通気性フィルムには、縞状のクレーズが設けられている。該縞状のクレーズは、基本的に、高分子樹脂フィルムの分子配向の方向と略平行に、幅が一般に0.5〜100μm、好ましくは1〜50μmのものである。フィルムの厚み方向に貫通しているクレーズの数の割合は全クレーズの数に対して10％以上、好ましくは20％以上、特に好ましくは40％以上必要であり、貫通している割合が上記範囲未満であると十分な通気性が得られ難くなる。該クレーズを分子配向の方向と略平行の方向に形成するのは、分子鎖の配向の方向と直角の方向に引っ張ることによってクレーズが形成され、分子鎖の配向の方向と直角の方向にクレーズを形成することが難しいからである。

上記、高分子樹脂フィルムに形成されるクレーズは、一般に0.1〜1,000μm、好ましくは1〜800μmの間隔で形成され、縞状の領域として認識できる程度の量である。

上記の様な通気性フィルムは、用いる樹脂の種類により異なるが、例えばポリ弗化ビニリデンのホモ重合体を用いると、酸素及び窒素ガスのガス透過度で一般に0.3〜100,000×10^−４cm^３/m^２・24hr・atmの範囲内のものに、引張強度で一般に5〜50MPa、好ましくは6〜50MPa、特に好ましくは7.5〜50MPaの範囲内のものにすることができる。

本発明に用いる通気性フィルムの通気性の程度は、高分子樹脂フィルム中に形成されたクレーズの幅、クレーズ間の隔たり、クレーズの貫通された数の割合を変えることで調節することができる。具体的には、高分子樹脂フィルムの分子配向の度合いやクレーズを形成させる時の温度、高分子樹脂フィルムの緊張度（緊張状態における張力）、フィルムの折り曲げ角度等を調節することで、容易に通気性をコントロールすることができ、使用目的に応じた通気性フィルムを提供することができる。例えば、クレーズを形成させる時の緊張度を増大させたり、折り曲げ角度を小さくすると、生成するクレーズの間隔は小さくなり、クレーズの貫通された数の割合が増大し、その結果、通気性は増大する。この様なクレーズの幅、クレーズ間の隔たり、貫通されたクレーズの割合を変えることで調節された通気性フィルムは、CO₂ガスのガス透過度、透湿度、引張強度等をコントロールすることができる。

この発明に用いる高分子樹脂フィルムとしては、ポリプロピレンを採用するのが望ましいが、クレーズが形成され得るものであればこれ以外に、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、スチレン系樹脂、ポリカーボネート、ハロゲン含有熱可塑性樹脂、ニトリル樹脂等を採用しても良い。ポリフッ化ビニリデンは、低温から高温まで広い使用温度範囲をもち、可撓性を有すると共に力学的に優れ、また耐候性も極めて良く、可撓性が変わらず、耐薬品性にも優れる。従って、これらの条件が要求される場合には、さらに使用に適したものといえる。

これらの熱可塑性樹脂の中でも、フィルムやシートへの成形性や経済性の観点から、ポリオレフィン、ポリエステル、スチレン系樹脂、ハロゲン含有熱可塑性樹脂を使用することが好ましく、中でもポリオレフィン、スチレン系樹脂、ハロゲン含有熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。これらの熱可塑性樹脂は、単独で用いても、複合して組成物として用いても、或いは、別の高分子樹脂をブレンドしたりしても良く、更には２種以上の樹脂を多層化して用いても良い。また、クレーズの形成の容易さから、該熱可塑性樹脂のガラス転移温度が−45℃以上、好ましくは−30℃以上、特に好ましくは−15℃以上の樹脂を使用することが望ましい。組成物として使用するときや多層化して使用するときは、主な構成成分である熱可塑性樹脂のガラス転移温度が上記範囲内にあることが好ましい。これより低いガラス転移温度を示す熱可塑性樹脂の場合は、柔軟過ぎるためにクレーズの効率的な形成が難しい。

上記熱可塑性樹脂を用いて得られる高分子樹脂フィルム又はシートは、その製造方法に於いて特別な制約はなく、各種の成形方法を適用することにより得ることができるが、一般に広く行われているＴダイ押出成形法やブローアップを行うインフレーション成形法を適用して得られたものが工業的には有利である。また、高分子樹脂フィルムの厚みは、一般に0.5〜1,000μm、好ましくは1〜800μm、特に好ましくは2〜500μmのものが使用される。

図2は気体透過部の概略図であり、気体透過部の開口部12にパッキング18、クレーズ生成通気性フィルム16とを重ね合わせ、その上面に加圧による気体透過材の変形を防ぐ目的の補強材20が載置されて、気体透過材固定枠により開口部10に固着される。耐圧タンクに2.0MPa程度に圧縮して収容されたCO₂等の気体はレギュレータ（減圧弁）を介して、所望の対応圧に減圧され、送気管を通して気体透過部に送気され、気体透過材に透過量を制限され徐々に水中へ放出される。

本発明に用いられる加圧式微細泡噴出装置は本発明等が特開2003‐102325号公報に於いて既に開示されたものと同様のものであるが純粋なCO₂であれば透過剤として用いられるフィルムに化学的に組成の変化は認められないがCO₂とともに他の物質が混入した場合には高分子樹脂フィルムに対する化学反応を誘引することも考えられ、単離あるいは分離される段階で純度の高いCO₂抽出が求められる。

高分子樹脂フィルムに生成させるクレーズは、クレーズを構成するボイドが通常の状態では気体も透過されることのない微細な貫通孔であり、加圧されることにより拡張してフィルムに通気性をもたせるものである。ここでいうクレーズとは、高分子樹脂フィルムの表面に現れる表面クレーズとその内部に発生する内部クレーズの両方を含むものであって、細かなひび状の模様を有する領域をいう。そしてこのクレーズは、分子束（フィブリル）とボイドから構成されており、ボイドは、フィルムの表面だけでなくその厚さ方向に殆ど貫通しているが、一部においては貫通せずに厚さ方向の途中で止まっている。クレーズは、全体としてスポンジの構造に似たものとなっている。

本発明の活用例として、特に溶存酸素濃度の低下が見られる水域にあっては、CO₂の換わりに酸素やエアー等を溶入することにより、溶存酸素濃度が高められる。この場合生息する動植物が、それぞれに必要とする気体養分を考慮して適宜供給することにより、水域の活性化が図られる。

本発明のCO₂等を水中へ溶入する方法の一例を例示した概略図である。微細泡噴出装置の概略図である。

符号の説明

2 火力発電所
4 コンプレッサー
6 耐圧タンク
10 気体透過部
12 開口部
16 クレーズ生成通気性フィルム
18 パッキング
20 補強材

Claims

燃焼ガス、もしくは燃焼ガスより単離あるいは分離して抽出されたCO₂ガス、CO等の気体成分を、加圧された微細な気泡の状態で海洋の深層域へ発生させることを特徴とする、海洋の深層域にCO₂ガス、CO等の気体成分を溶入して隔離する方法。
水中へ発生される微細な気泡が、CO₂ガス、CO等の気体成分を圧縮して、高分子樹脂フィルムにクレーズを生成してなる通気性フィルムのを加圧し、クレーズを構成するボイド（微細な空孔）を拡張して透過させることにより発生した、加圧された数十ミクロン程度の微細な気泡であることを特徴とする、請求項１に記載の海洋の深層域にCO₂ガス、CO等の気体成分を溶入して隔離する方法。