JP2015511492A - 海洋藻類育成並びに漁場立ち上げ及び維持システム - Google Patents

Abstract

藻類育成及び漁場立ち上げ及び維持、並びに温室ガスを低減するためのシステムであって、深層の冷たい栄養豊富な水を海洋の底から引いて前記海洋の表面にポンプでくみ上げるための、ホース（１１０）を有する複数のポンプ（１００）と、前記ホースを囲むより温かい水から熱を取り出す複数の熱交換器（１１２）とを備え、前記複数の熱交換器は、前記ホースの少なくとも一部で熱を伝達して、上昇する深層の冷たい栄養豊富な水を、前記ホースを通して上昇される間に徐々に温めて、海洋の表面に到達する頃には実質的に海洋の表面水温に達する、システム。【選択図】図１

Description

本出願は２０１２年３月１２日付で出願された米国仮出願第６１／６０９，８２３号の利益を主張するものであり、本発明に競合しない範囲で参照により引用される。本出願はまた、２０１１年１１月２日付で出願された米国仮出願第６１／５５４，９１４号に関する。

本発明は、概して海洋設備、より具体的には海洋藻類育成のため並びに海洋漁場の立ち上げ及び維持のためのシステム及び方法に関する。

適切な地理的位置において、海洋のより深層の栄養豊富な水が表面に押し上げられると、藻類ブルーム及び漁場が特定の条件下で素早くそして豊富に成長する場合があることが知られている。

太陽光が届くことができる表面に栄養豊富な水がくることで、大規模な広範囲に使用される藻類育成のための環境が提供され得る。その自然な結果として、海の生物の生態系は、この与えられた食料源を餌として食べるように発達する可能性があり、これにより、豊富な、自然による、天然の漁場が発生する場合がある。

この現象が自然に発生する場所（例えば、ペルー／チリ、カリフォルニア、アラスカ又は南アフリカの海岸沿い）では、この惑星上における海の生物のいくつかの最大の結集が自然に増殖してきたことを観察することができる。この現象は、対応する地域及び世界全般に対して、大きな経済利益に転換される。

漁場関連の戦略として栄養豊富な深層水を表面にポンプでくみ上げることによって、どのようにこの並外れた現象を人工的に再現するかについての議論は何年にもわたってなされている。しかしながら、これらの議論される手法は、冷たくて密度の高い栄養豊富な水が元の海の底に沈んでいくという自然な傾向、及び／又は海のサーモクラインの垂直完全性（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を妨害する問題について未対応／未解決であるように見受けられる。上昇される水を温めるシステム及び方法を採用することによって、これらの問題を解決するための解決策が求められている。上昇される水を温める別の理由／利点は、魚類の成長及び転換率と同様に、より温かい水であることで藻類の生長を加速できることである（体重増加のために食べられる餌も、より多くなる可能性がある｛すなわち、魚は、食べた餌のポンド毎に、より多くの体重が増える｝）。さらに、議題に上がっていないことが、システムの向上された効率及び性能を提供する、深海の栄養豊富な水を能動的且つ素早く再炭酸化／再酸素処理する手段となるように見える。

したがって、上記の問題に対応するための新しく改善されたシステム及び方法が求められている。

本概要は、以下の詳細な説明に記載される概念の選択を簡易的に紹介するために提供される。この概要に、請求される発明の主題の主要な様態又は必須な様態を識別する意図はない。また、この概要は請求される発明の主題の範囲を判定するための補助として用いられることを意図しない。

一例示的な実施形態では、冷たい栄養豊富な深層水が表面に持ってこられると、これらの上昇した冷たい水を、ホースを囲むより温かい水から熱エネルギーを直接取り出して、上昇した冷たい水をホースの中で温める１つ以上の熱交換器と接触させる。この設計は、栄養豊富な深層水が表面に表面周囲温度で到着することを確実にする。この理由の１つは、より冷たくて密度の高い栄養豊富な深層水が（より高い密度に起因して）直ちに海の底まで沈み戻らないようにするためである。この設計の別の目的は、海のサーモクラインの垂直完全性を維持するためであり、これは後ほどより詳細に説明する。

別の例示的な実施形態では、エアリフトポンプはポンピングレッグ（ｐｕｍｐｉｎｇ ｌｅｇ）の少なくともいくつかの段階において用いられる。これは、素早く且つ積極的に深層水を再炭酸化／再酸化処理するように作用し、自然な波の混合に比べて加速したプロセスを提供することができる。

上記実施形態及び利点、さらにその他の実施形態及び利点は、以下の説明及び添付図面によって明示されるであろう。

例示目的のため、及び限定する目的なしで、本発明の実施形態を添付図面に図示する。

図１は、いくつかの実施形態に係る、海洋藻類の育成のため並びに海洋漁場の立ち上げ及び維持のためのシステムを示す概略図である。

以下に、本発明を実行することができる本発明の好適な実施形態の詳細を記載する。添付図面を参照して、図面に含まれる情報も詳細な説明の一部を果たしている。ここに記載される本発明の具体的な好適な実施形態は例示目的で提示されており、制限する目的はない。なお、当業者による構造上及び／又は論理上の変形は、本発明の範囲を逸脱することなく行うことができるものと理解されるべきである。したがって、本発明の範囲は、添付の請求の範囲及びその等価物によって定義される。

図１を参照すると、いくつかの実施形態に係る、海洋藻類育成並びに海洋漁場の立ち上げ及び維持のためのシステムを示す概略図が示されている。上記のとおり、海洋のより深層で冷たい栄養豊富な水１３１が海洋の底１０８の近くから表面１０６に押し上げられた場合、藻類ブルーム及び漁場は特定条件下にてすばやく且つ多量に成長する可能性がある。これは、太陽の光が届く表面１１４に届けられた栄養豊富な水によって、大規模な広範囲における藻類の育成が可能な環境を提供し得るからである。これの自然な結果として、海の生物の生態系がこの与えられた食料源を食料として発達し、これによって、豊富な自然による天然の漁場が発生する可能性がある。このプロセスが成功する可能性を高めるには、深層水１３１は、表面１０６に到達したとき（１１４を参照のこと−海面にポンプでくみ上げられた水が到達する）には、温められて適切に酸素処理されていなければならない。後ほどより詳細に説明する。

図１に図示されるシステム１００は、好ましくは海洋のより深層の冷たい栄養豊富な水１３１まで延伸するホース１１０を有する、一連の固定された又はＧＰＳにより自己位置調整された浮遊型ポンプ１０２を備える。好ましくは、ポンプ機構は、波動、風、又は太陽光をそのエネルギー源として使用するが、これによってより費用効果が得られ、環境にもやさしい。風エネルギーを用いた場合、示されるとおり、各ポンプ１０２は、１つ以上の風車１０４を搭載したポンプタワー１０３を有していてもよい。図１に図示される例示的なポンプ、及び本発明を実施するのに用いられる可能性のある他の例示的なポンプの詳細については、本出願と競合しない範囲で参照によって引用される、本出願者が２０１０年７月９日に出願した米国出願第１２／８３３，８９９号に示されている。

これら深層の冷たい栄養豊富な水１３１を表面にポンプでくみ上げるときに、これらは、図１に概略的に図示される、好ましくは受動型の一連の熱交換器１１２を通り抜ける。熱交換器１１２は、ホース１１０の周囲のより温かい水から熱を直接取り出すことでホース１１０の中で上昇された冷たい水を温めるという単純な熱伝導を通して作動してもよい。交互に冷やされるこれら周囲の水は、平均して下方向に位置され（１３０を参照のこと）、ホース１１０を通って表面に引かれる栄養豊富な底部の水１３１と空間的に入れ替わる。結果として得られる熱交換器の効果は、栄養豊富な水が表面に周囲表面温度を有して到達するというものである。

したがって、熱交換器の動作は少なくとも２つの理由で非常に重要である。１つ目は、熱交換器は海洋の天然のサーモクライン１２０の垂直完全性が維持されることを確実にし、熱エネルギーが世界の海及び海洋により深く押し込まれないように作用する。上昇してくる水が表面周囲温度に温められることも、別の理由で重要である。より温かい表面海洋水は、その下にあるより深層のより冷たい水よりも密度が低い。もし深層のより冷たい栄養豊富な水を温めないままで表面に上げてきても、より高い密度を有することは単に深いところへすぐに戻ってしまう傾向があることを意味し、これによって栄養成分と共に受光ゾーン／層１２３から直ちに離れてしまい、これらを表面に持ち上げるポンプの成果を打ち消してしまうことになる。

なお、海洋の温度勾配はしばしばかなり複雑ではあるが（例えば、異なる深度で温度勾配が異なる場合がある）、簡略化する目的で、海洋の天然のサーモクライン１２０（ここで、サーモクラインは深さ対温度又は所定の深さにおける温度を意味する）はその概略図が図１にしめされるが、冷層１２１、中間層１２２及び温層１２３の３層又はゾーンしか含まない。

また、図１に示すように、熱交換器１１２がホース１１０の縦方向の長さの一部、典型的にはその高い部分のみ、又はホースの縦方向の長さ全体に（すなわち、３層１２１〜１２３の全てにわたって）設置されることを観察すべきである。熱交換器の適切な縦方向の長さを選択するときに、費用、システムが設置される海洋領域の実際のサーモクライン、熱交換器の容量及び熱を伝える効率性などの要素を考慮しなければならない場合がある。例えば、適切な大きさを有して調整された場合、熱交換器を水がより温かい上部分のみで用いてもよく、これによって、深層／冷たい水と上方／より温かい水との間のより大きい温度差を有することで、費用を抑えつつ実質的に同量の熱転移を得ることができる。したがって、状況毎に、熱交換を得るための経済的な最良適合が適用される。

従来技術で周知の任意の種類の熱交換器を用いることができる。しかしながら、好ましい熱交換器は、腐食を最小限に抑えるために、塩水用途で用いられるチタン材料からなる。また、費用を抑えるべく、好ましくは簡単な金属管であるカスタムで簡易な熱交換器であり、おそらく２フィートの長さしかなく、必要に応じてホースに沿って挿入され、熱交換を容易にするための内部フィンを有する。

システムは、上記の結果を得るために、上昇された水の速度、熱交換器の大きさ／種類、ホースの大きさ、ポンプのパワーなどの観点で適切に調整されなければならない。

したがって、システム１００は、藻類ブルーム及び漁場の成長に適切な地理的位置において、海洋の深層の栄養豊富な水を表面にポンプでくみ上げるように作用する。

栄養豊富な水を表面周囲温度にさせる熱交換器の使用、及び太陽光を最大限にするためのシステムの地理的位置を選択する能力、並びに成長温度を最適化することは、システムが藻類及び魚類の成長において無比の効率性を提供する能力があることを意味する。この結果は、藻類及び魚類の成長が遅らせ、魚の増加体重に対して、食べられた餌の転換率を最小化する、含有栄養に関連する冷水の難点があるため、自然湧昇する既存の漁場をも超えるものとなる。

さらに、エアリフトポンプ技術をここに記載のシステムに取り入れることで、ポンプレッグの少なくともいくつかの段階で、上昇される栄養豊富な水は、表面に到達する頃には能動的に、素早くそして自動的に炭酸ガスを含むようにされて酸素処理される。この改善はさらに藻類および魚類の育成を刺激する。

ここに記載のシステム及び方法は集約的な海洋湧昇漁場を、藻類及び魚類の定常的な育成を通して生成及び維持する機能を有するが、システムはさらに、大量のＣＯ_２ガスを固体有機物に固定するように作用する。これにより、世界が深刻なＣＯ_２汚染問題に直面している今日において明らかに多くの利点を有する。

ＣＯ_２のガス放出は、自然に発生する湧昇ゾーンにおける顕著な現象である。大気から海洋に吸収されたＣＯ_２ガスはより低い大気ＣＯ_２量を助長するが、酸性化（ＣＯ_２＋Ｈ_２０＝ＨＣＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋）の打撃（ａ ｋｎｏｃｋ ｏｎ）と、海洋水がＣＯ_２で過飽和される可能性を引き起こす。溶液において、冷たい水は比較的多くのＣＯ_２をより温かい水よりも保持することができるため、冷たい深層水が表面に届いて温められると、溶液からそのＣＯ_２ガスがいくらか放出されることを意味する。ガス放出が観察されたときはそれが発生しているときである。

ガス放出とＣＯ_２の取り込みとの間のバランスの正確な科学的な定量化、並びに藻類及び魚類による（海雪並びに藻類及び魚製品の収穫物を通した）除去を行うべきである。しかしながら、全体的な炭素サイクルバランスにおいて、固形状に取り込まれた炭素がより多ければ多いほど、（環境＝海洋可溶化＝海洋酸性化）平衡の連続に入る量が少ないことは明らかである。世界的規模で一貫して多い藻類及び魚類の基礎量が、大気から著しい量のＣＯ_２を排除する。農業作物にて用いられる、生成された海洋漁場から得られる魚粉肥料は、作物の土壌にＣＯ_２除去を激増させた。生成された湧流からの魚類蛋白質を人間が消費した場所におけるヒト非活性化下水汚泥肥料（ｈｕｍａｎ ｄｅａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓ）に関しても同じことが言える。

したがって、このシステムは今日の主要な喫緊の問題（温室二酸化炭素蓄積、海洋の酸性化及び漁場の減少）に、簡単で費用効果のある技術を用いて、完全に天然のシステムを模倣する方法で対応できる見込みのあるものである。この見込みは、真に両者に有利な経済的及び環境的な解決策である。

さらに、太陽光が届く表面に栄養豊富な水を持ってくることで、ここに開示された海洋藻類の育成のため並びに海洋漁場の立ち上げ及び維持をするためのシステム及び方法は、大規模な広範囲にわたる藻類育成の環境を提供する。これの自然な結果として、海の生物の生態系がこの提供された食料源を餌にするように発達し、これによって、豊富な自然による天然の漁場を実際に「生成」して成長させることを可能とする。実際に、新たな主要の世界クラスの漁場の生成の効力によって、既存の漁場に対する圧力を軽減することができ、惑星規模で全体的な魚の成長見込みが増加することにより、最大維持可能な収穫量へのリセットができる見込みが出てくる。

システムの目的は、再酸素処理された栄養豊富な水を、途中で熱交換器によって表面温度に温めながら表面に持ってくることである。

システムが表面及び深層の海流を有する場所に設置されると、表面にポンプでくみ上げられるため、吸引点に常に新しい深層の栄養豊富な水が到達することになる。また、ホースを囲み、交互に冷却されて沈む水は中間レベル及び表面流によってシステムから離れるため、ホースの底に縦に直接沈むことはなく、栄養量が少ししか有さなくてもすぐに表面に引き上げられる。したがって、海流を有する場所は、最適な性能を期待できる場所である。

システムはまた、海流のない領域でも作動することはできる。しかしながら、互いに冷却されて底に直接沈む傾向のある水が直ちに再循環される可能性がより高くなり、栄養豊富な「深層水」ではなくても自ら表面にポンプでくみ上げられる可能性がある。

ＧＰＳ自己位置調整ポンプは、長いアンカーチェーンを維持するように試みるより安価であり問題点も少ないと考えられ、深層における海流が少ない領域でプログラム化されたルートを取ることを可能とする。ポンプの運動性を最小限にしてＧＰＳシステムを搭載することで、深層海洋ケーブルを係留させるように維持するよりもより費用効果が高いことが証明される可能性がある。海流、潮せき効果などは、システムにおけるポンプが動作したくなることを意味する。

ポンプの運動性を最小限にしてＧＰＳシステムを搭載することにより、卓越流にわたってポンプが互いに一定の距離（例えば、１マイルの距離）を維持するプログラムを書くことが可能となる。ポンプはその後、必要に応じて、ＧＰＳを用いて自動的に位置を調整する。

この特許文献中に使用される特定用語及び表現の定義を記載することが有利であろう。用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」並びにその派生表現は、限定をしない包含を意味する。用語「又は（ｏｒ）」は包括的であり、及び／又は、を意味する。表現「関連する（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ）」及び「それと関連する（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｔｈｅｒｅｗｉｔｈ）」、並びにその派生表現は、内に含む、相互に連絡して、含有する、内に含有される、接続する、連結する又は連結される、伝達可能である、協働する、交互配置する、並置する、近接する、かけられる、有する、性質を有するなどを含むように意味してもよい。

この記載を通して、示された実施形態及び実施例は、記載されるか請求される装置及び方法を制限するものではなく、典型例として考慮されるべきである。多くの実施例において方法における作用又はシステム要素の具体的な組み合わせを伴うが、これらの作用や要素は同一の目的を得るべく他の方法で組み合わされてもよい。１つの実施形態のみに関連して議論された作用、要素及び特徴は、他の実施形態において同様の役割から排除される意図はない。

請求項に記載されるミーンズ・プラス・ファンクションクレームについて、あれば、これらのミーンズは記載の機能を行うために本出願に記載されたミーンズに制限する意図はなく、記載の機能を遂行するための、現時点で周知又は後に開発される任意のミーンズを網羅することを意図する。

好ましい実施形態を開示する目的で本明細書に具体的な実施形態を図示し説明したが、当業者であれば、同一の結果を得ることが可能と思われる代替の実施形態及び／又は同等の変形を用意に検知することができ、本発明の範囲を逸脱することなく、本明細書に図示及び記載される具体的な実施形態の代わりとしてもよい。したがって、本出願の範囲は、本明細書に図示及び／又は記載された具体的な実施形態の代替的な実施形態及び／又は同等の変形を網羅することを意図する。そのため、本発明の範囲は添付の請求項及びその等価物によって定義される。さらに、全ての各請求項は明細書中のさらなる開示として導入され、請求項は本発明の実施形態である。

Claims (8)

1. 藻類育成並びに漁場の立ち上げ及び維持、並びに温室ガスを低減するためのシステムであって、深層の冷たい栄養豊富な水を海洋の底から引いて前記海洋の表面にポンプでくみ上げるための、ホースを有する複数のポンプと、前記ホースを囲むより温かい水から熱を取り出す複数の熱交換器とを備え、前記複数の熱交換器は、前記ホースの少なくとも一部で熱を伝達し、上昇される深層の冷たい栄養豊富な水を、前記ホースを通して上昇される間に徐々に温めることで、海洋表面に到達する頃には実質的に海洋の表面水温である、システム。
2. 前記上昇する深層の冷たい栄養豊富な水が再酸化処理されて海洋の表面に到達するように、前記複数のポンプは、ポンプでくみ上げられる距離の少なくとも部分的にエアリフトポンプ技術を用いる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記複数のポンプは、風エネルギーを用いて自走し、前記複数のポンプのそれぞれは、少なくとも１つの風車を搭載するポンプタワーを備える、請求項２に記載のシステム。
4. 前記複数のポンプは、それぞれＧＰＳ機能及び自走部品を用いて、プログラミングされたルートに従って自己の位置を定める、請求項２に記載のシステム。
5. 藻類育成並びに漁場立ち上げ及び維持、並びに温室ガスを低減するための方法であって、深層の冷たい栄養豊富な水を海洋の底から引いて前記海洋の表面にポンプでくみ上げるための、ホースを有する複数のポンプを搭載することと、前記ホースを囲むより温かい水から熱を取り出す複数の熱交換器を搭載することとを含み、前記複数の熱交換器は、前記ホースの少なくとも一部で熱を伝達し、上昇される深層の冷たい栄養豊富な水を、前記ホースを通して上昇される間に徐々に温めることで、海洋表面に到達する頃には実質的に海洋の表面水温に達する、方法。
6. 前記上昇する深層の冷たい栄養豊富な水が再酸化処理されて海洋の表面に到達するように、前記複数のポンプは、ポンプでくみ上げられる距離の少なくとも部分的にエアリフトポンプ技術を用いる、請求項５に記載の方法。
7. 前記複数のポンプは、風エネルギーを用いて自走し、前記複数のポンプのそれぞれは、少なくとも１つの風車を搭載するポンプタワーを備える、請求項６に記載の方法。
8. 前記複数のポンプは、それぞれＧＰＳ機能及び自走部品を用いて、プログラミングされたルートに従って自己の位置を定める、請求項６に記載の方法。

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