JP2016164332A - 海底資源の採掘方法及び海底資源採掘用スラリー - Google Patents
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Abstract
【課題】海洋環境の悪化を抑制しつつ海底資源を採掘し得る方法を提供する。
【解決手段】海底表面１０の上にスラリーを流出させ、スラリーで海底表面を覆い被覆層１２を形成する被覆層形成工程を行う。被覆層１２の下方に位置する海底資源を採掘する採掘工程を行う。
【選択図】図３
【解決手段】海底表面１０の上にスラリーを流出させ、スラリーで海底表面を覆い被覆層１２を形成する被覆層形成工程を行う。被覆層１２の下方に位置する海底資源を採掘する採掘工程を行う。
【選択図】図３
Description
本発明は、海底資源の採掘方法及び海底資源採掘用スラリーに関する。
近年、日本近海等における海底資源の採掘技術の開発が進められている（例えば特許文献１を参照。）。海底熱水資源の場合、海底熱水系には多様な生態系が存在している。このため、海底熱水資源の採掘は、生物多様性条約を批准するためにも生態系を保護しながら勧める必要がある。
メタンハイドレートの場合、分解法や置換法などを用いた採掘技術の実用化検討が進められているが、周辺の海洋環境への影響は調査されていない。
熱水系の海底表面には、火山活動等に由来するヒ素や水銀などが堆積している。このため、海底熱水資源を採掘するにあたり、有毒成分を含む堆積物が海水中に飛散する虞がある。また、採掘により海底に窪地が形成され、貧酸素域が発生したり、熱水流路が変移したりすることも考えられる。このため、海洋環境の悪化を抑制しつつ海底熱水資源を採掘する方法が求められている。
ガス分解によるメタンハイドレートの採掘には、採掘過程および分解過程で周辺地盤から、メタンガスが噴出する虞がある。
本発明の主な目的は、海洋環境の悪化を抑制しつつ海底資源を採掘し得る方法を提供することにある。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、海底表面の上にスラリーを流出させ、スラリーで海底表面を覆う被覆層形成工程を行う。その後、被覆層の下方に位置する海底資源を採掘する採掘工程を行う。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、海底資源を採掘する前に海底表面を被覆層で覆う。このため、海底表面上の堆積物の飛散を抑制することができる。また、採掘により窪地が生じ、貧酸素域が発生したり、熱水流路が変化したり、ガスが噴出したりすることを抑制することができる。従って、本発明に係る海底資源の採掘方法によれば、海洋環境の悪化を抑制しつつ海底資源を採掘し得る。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、採掘工程において、パイプを被覆層を貫通させて海底に挿入し、パイプを経由して海底資源を採掘することが好ましい。この場合、海底表面上の堆積物の飛散や窪地の発生やガスの噴出をより効果的に抑制することができる。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、スラリーとして、比重が２．５ｇ／ｃｍ３以下のスラリーを用いることが好ましい。比重が低いスラリーを用いることにより、スラリー海底表面上にスラリーを流出させた際に、海底表面上に堆積した堆積物が飛散することを抑制することができる。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、被覆層形成工程において、懸濁物質量が、１０００ｍｇ／ｌ以下となるように、スラリーを流出させることが好ましい。そうすることによりスラリーが海水中に飛散することを抑制でき、スラリーにより海底表面を好適に覆うことができる。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、スラリーとして、水と反応して硬化する水硬性スラリーを用いてもよい。この場合、強固な被覆層を形成することができる。
本発明に係る海底資源の採掘方法では、スラリーとして、非水硬性スラリーを用いてもよい。この場合、海底表面に対する追随性の高い被覆層を形成することができる。
本発明によれば、海底表面上の堆積物の飛散や採掘による窪地の発生やガスの噴出を効果的に抑制できるため、海洋環境の悪化を抑制しつつ海底資源を採掘し得る。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
本実施形態では、海底資源の採掘方法について説明する。
（被覆層形成工程）
まず、被覆層形成工程を行う。具体的には、図１に示すように、海底表面１０の上にスラリー１１を流出させる。そうすることにより、海底表面１０のうち、海底資源を採掘しようとする部分を覆う。その後、スラリー１１は、図２に示す被覆層１２を形成する。被覆層１２は、海底表面１０のうち、少なくとも、海底資源を採掘しようとする部分を覆っている。
まず、被覆層形成工程を行う。具体的には、図１に示すように、海底表面１０の上にスラリー１１を流出させる。そうすることにより、海底表面１０のうち、海底資源を採掘しようとする部分を覆う。その後、スラリー１１は、図２に示す被覆層１２を形成する。被覆層１２は、海底表面１０のうち、少なくとも、海底資源を採掘しようとする部分を覆っている。
なお、スラリー１１として、水硬性スラリーを用いてもよい。その場合は、スラリー１１により海底表面１０のうち、海底資源を採掘しようとする部分を覆った後に、スラリー１１を硬化する硬化工程を行うことにより被覆層１２を得る。この場合、強固な被覆層１２を形成することができる。
一方、スラリー１１として、非水硬性スラリーを用いた場合は、海底表面１０に対する追随性の高い被覆層１２を形成することができる。
被覆層形成工程においては、スラリーとして、比重が２．５ｇ／ｃｍ３以下であるスラリーを用いることが好ましい。比重が低いスラリーを用いることにより、スラリーを海底表面１０上にスラリーを流出させた際に、海底表面１０上に堆積した堆積物が飛散することを抑制することができる。比重が２．４ｇ／ｃｍ３以下のスラリーを用いることがより好ましく、比重が２．３ｇ／ｃｍ３以下のスラリーを用いることがさらに好ましく、比重が２．２ｇ／ｃｍ３以下のスラリーを用いることがなお好ましい。
但し、用いるスラリーの比重が小さすぎると、海水中に浮遊してしまう虞がある。従って、スラリーの比重は、１．３ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましく、１．５ｇ／ｃｍ３以上であることがより好ましく、１．６ｇ／ｃｍ３以上であることがさらに好ましく、１．７ｇ／ｃｍ３以上であることがなお好ましい。
用いるスラリーは、２０ＭＰａにおいて、フロー値が１００ｍｍ〜３００ｍｍであることが好ましく、１２０ｍｍ〜２８０ｍｍであることがより好ましく、１３０ｍｍ〜２７０ｍｍであることがさらに好ましく、１４０ｍｍ〜２５０ｍｍであることがなお好ましい。スラリーのフロー値が小さすぎると、海底面を均一に被覆できない場合がある。スラリーのフロー値が大きすぎると、水中不分離性能が低下して海水中に希釈されてしまう場合がある。
なお、スラリーのフロー値は、内径が５ｃｍであり、高さが５．１ｃｍの容量が約１００ｍｌのフローコーンを使用してスラリーのフローの広がりを直角２方向のそれぞれにおいて測定し、それらの平均値を求めることにより、測定することができる。
用いるスラリーの２０ＭＰａにおける高剪断速度（５０ｓｅｃ−１）における粘度は、０．５Ｐａ・ｓ〜８．０Ｐａ・ｓであることが好ましく、１．０Ｐａ・ｓ〜７．５Ｐａ・ｓであることがより好ましく、１．５Ｐａ・ｓ〜７．０Ｐａ・ｓであることがさらに好ましく、２．５Ｐａ・ｓ〜６．０Ｐａ・ｓであることがなお好ましい。スラリーの高剪断速度（５０ｓｅｃ−１）における粘度が高すぎると、パイプ壁の摩擦が大きくなり輸送が困難となる場合がある。スラリーの高剪断速度（５０ｓｅｃ−１）における粘度が低すぎると、材料分離を生じて輸送パイプ中で閉塞する場合がある。
用いるスラリーの２０ＭＰａにおける低剪断速度（５ｓｅｃ−１）における粘度は、３．０Ｐａ・ｓ〜２０Ｐａ・ｓであることが好ましく、３．５Ｐａ・ｓ〜１８Ｐａ・ｓであることがより好ましく、４．０Ｐａ・ｓ〜１６Ｐａ・ｓであることがさらに好ましく、５．０Ｐａ・ｓ〜１５Ｐａ・ｓであることがなお好ましい。スラリーの低剪断速度（５ｓｅｃ−１）における粘度が高すぎると、海底面を均一に被覆できない場合がある。スラリーの低剪断速度（５ｓｅｃ−１）における粘度が低すぎると、水中不分離性能が低下して海水中に希釈されてしまう場合がある。
なお、粘度は、レオストレスメーターに標準圧力セルを設置し、１２０秒かけて、剪断速度を０Ｐａ・ｓから１００Ｐａ・ｓまで線形上昇させた後に、再度０Ｐａ・ｓにまで線形下降させて得られたヒステリシスの下り曲線から求めることができる。
０．１ＭＰａにおいて積分球式散乱光度法により測定したスラリーの懸濁物質量が１０００ｍｇ／ｌであることが好ましく、８００ｍｇ／ｌ以下であることがより好ましく、５００ｍｇ／ｌ以下であることがさらに好ましく、２００ｍｇ／ｌ以下であることがなお好ましい。スラリーの懸濁物質量を小さくすることにより、海水中での水中不分離性能が向上する。
なお、スラリーの懸濁物質量は、４００ｃｃの海水にスラリーを１００ｇ投入し、１０分間静置した後に得られた上澄み液に浮遊しているスラリーの質量を測定することにより求めることができる（ＪＳＣＥ−Ｄ１０４−２００７「コンクリート用水中不分離性混和剤品質規格」を参照。）。
（採掘工程）
次に、被覆層１２の下方に位置する海底資源を採掘する（採掘工程）。具体的には、図３に示すように、パイプ１３を被覆層１２を貫通させて海底に挿入する。そして、そのパイプ１３を経由して、被覆層１２の下方に位置している海底資源を採掘する。
次に、被覆層１２の下方に位置する海底資源を採掘する（採掘工程）。具体的には、図３に示すように、パイプ１３を被覆層１２を貫通させて海底に挿入する。そして、そのパイプ１３を経由して、被覆層１２の下方に位置している海底資源を採掘する。
このように、本実施形態では、海底資源を採掘する前に、採掘しようとする海底資源が存在している領域に位置する海底表面１０の上に被覆層１２を形成する。このため、採掘時に海底表面１０上の堆積物の飛散を抑制することができる。また、採掘により窪地が生じ、貧酸素域が発生したり、ガスが噴出したり、熱水流路が変化したりすることを抑制することができる。従って、本実施形態に係る海底資源の採掘方法によれば、海洋環境の悪化を抑制しつつ海底資源を採掘し得る。
被覆形成工程においては、懸濁物質量が１０００ｍｇ／ｌ以下となるようにスラリーを流出させることが好ましく、８００ｍｇ／ｌ以下となるようにスラリーを流出させることがより好ましく、５００ｍｇ／ｌ以下となるようにスラリーを流出させることが更に好ましく、２００ｍｇ／ｌ以下となるようにスラリーを流出させることがなお好ましい。そうすることによりスラリーが海水中に飛散することを抑制でき、スラリーにより海底表面１０を好適に覆うことができる。
１０ 海底表面
１１ スラリー
１２ 被覆層
１３ パイプ
１１ スラリー
１２ 被覆層
１３ パイプ
Claims (6)
- 海底表面の上にスラリーを流出させ、前記スラリーで海底表面を覆い、被覆層を形成する被覆層形成工程と、
前記被覆層の下方に位置する海底資源を採掘する採掘工程と、
を備える、海底資源の採掘方法。 - 前記採掘工程において、パイプを前記被覆層を貫通させて海底に挿入し、前記パイプを経由して海底資源を採掘する、請求項１に記載の海底資源の採掘方法。
- 前記スラリーとして、比重が２．５ｇ／ｃｍ３以下のスラリーを用いる、請求項１又は２に記載の海底資源の採掘方法。
- 前記被覆層形成工程において、懸濁物質量が、１０００ｍｇ／ｌ以下となるように、前記スラリーを流出させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の海底資源の採掘方法。
- 前記スラリーとして、水硬性スラリーを用いる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の海底資源の採掘方法。
- 前記スラリーとして、非水硬性スラリーを用いる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の海底資源の採掘方法。
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