JP7378027B2

JP7378027B2 - 赤道反流を利用した水素生成プラント

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Publication number: JP7378027B2
Application number: JP2020033976A
Authority: JP
Inventors: 邦一吉田; 峰男吉田; 卓吉田
Original assignee: 一般社団法人赤道で水素を作る会
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2023-11-13
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: JP2021079931A

Description

本発明は、赤道付近をゆっくりと流れる赤道反流を利用した水素生成プラントに関するものである。

近年、化石燃料からの大量の二酸化炭素排出による地球温暖化、原子力の安全性への懸念などから従来の化石エネルギーや原子力エネルギーから、太陽光や風力、水力、バイオマス、地熱などの再生可能エネルギーへの切り換えが急務となっている。これらの再生可能エネルギーは通常、電力として取り出され、家庭用や工場用の電力としてそのまま利用される他に、クリーンなエネルギーといわれる水素を製造するための電力として利用することが検討されている。

例えば、以下の特許文献１では、再生可能エネルギーで発電された電力を用いて水を電気分解して水素を製造し、これを貯蔵して利用する水素エネルギー貯蔵システムが提案されている。また、以下の特許文献２では、再生可能エネルギーの余剰電力を蓄電し、その蓄電された電力を用いて水素を製造し、これを吸蔵合金タンクに貯蔵して利用する方法が提案されている。さらに、以下の特許文献３では、再生可能エネルギーを用いて水素を製造し、これを燃料電池車の燃料として利用する方法が提案されている。

再公表特許ＷＯ２０１８－０６９９３特開２０１９－１３３８０３号公報特開２０２０－８９１９号公報

ところで、前述したような再生可能エネルギーは、天候などの自然状況や地理的条件などに左右されることから不安定であり、需要に合わせた効率的な供給が難しいといった課題がある。また、太陽電池モジュール（ソーラーパネル）や風力発電機などを設置するには広大な土地が必要となるが、特に電力の需要が大きい大都市やその近辺地域では土地買収や住民補償などの諸問題があり、それを確保するのが難しい。

そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その主たる目的は、再生可能エネルギーの１つである太陽光エネルギーを効率良く利用してこれを水素として安定的に生産・供給できる新規な赤道反流を利用した水素生成プラントを提供するものである。また、本発明の目的は、化石燃料を一切使用せずに、従って二酸化炭素を発生させないクリーンエネルギーを大量に生産できる新規な赤道反流を利用した水素生成プラントを提供するものである。また、生産した水素と化石燃料の消費で発生した二酸化炭素とを利用してメタンガスを生成できる水素生成プラントを提供するものである。

前記課題を解決するための第１の発明は、赤道反流海域の海面上を浮遊する浮体構造物に、太陽光発電設備と、当該太陽光発電設備で得られた電力を利用して海水又は雨水や蒸留水を電気分解して水素を生成する水分解設備と、当該水分解設備で生成した水素を貯蔵して輸送する水素貯蔵輸送設備とを備えたことを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。

ここで本発明でいう「赤道反流」とは赤道逆流ともいわれ、図２０に示すように主に太平洋の北緯３度から１０度の間を赤道とほぼ並行に西から東にむかってゆっくり（０．５～３ｋｎｏｔ／ｈ（１ｋｎｏｔ＝１．８ｋｍ））と流れる帯状の海流をいう。そして、その「海域」とは、この赤道反流が流れる海域だけでなく、この海域を挟むようにしてその南北をそれぞれ反対方向（東から北）に流れる南赤道海流および北赤道海流の海域をも含む。

この南赤道海流および北赤道海流の上空はそれぞれ赤道とほぼ並行に北東貿易風および南東貿易風が吹いており、これらの貿易風によって東から西に向かう海流が発生すると考えられているが、その間の赤道反流が流れる海域は赤道無風帯と呼ばれ、１年を通して殆ど強い風が吹くことはない。これは、重力の影響を受けるほどの大きな渦流は、北半球では水でも空気でも反時計回りとなり、南半球では時計回りとなることからその間に位置する赤道付近では渦流が発生せず、その結果、その海域は上昇気流とその上昇によって低圧となったところに南北からゆっくりと流れ込む大気の流れのみとなるからである。

このように赤道反流の海域は大気の渦流が発生しないため、海水温度が高くとも熱帯低気圧や台風が発生しない。また、上昇気流により生じた積乱雲によりスコールなどの降雨は見られるが、それも短時間であり日中を通してほぼ晴天である。このため、日照時間は大陸上の広大な砂漠に匹敵し、また、太陽の見かけの軌道は赤道を挟んだ南北２２．６°の南北回帰線の範囲で移動するため、大量の直射日光が年間を通して安定的に得られる。

また、前記のように赤道反流が流れる海域では貿易風のような強い風が吹くことがないから、その海流の速度も平均で０．５～３ｋｎｏｔ／ｈ（１ｋｎｏｔ＝１．８ｋｍ）と遅く、しかも、その速度は赤道に近づくほど低下する。このため、その速度を０．５ｋｎｏｔ／ｈとし、赤道反流の距離を１０，０００ｋｍで計算すると、赤道反流の西端から東端に至るまでの時間は１０，０００時間以上（１年以上）いう長時間を要する。また、この海域は強い風が吹くことがないから、その海面には大きな波（荒波）やうねりが発生しない。

従って、本発明はこのように強い風や荒波が発生しない穏やかな海域であって、かつ大量の直射日光が安定的に得られる赤道反流の海面上に巨大な浮体構造物（メガフロート）を構築してこれを浮遊させ、この浮体構造物に、太陽光発電設備と、この太陽光発電設備で得られた電力を利用して海水又は雨水や蒸留水を電気分解して水素を生成する水素生成設備と、この水素生成設備で生成した水素を貯蔵して輸送する水素貯蔵輸送設備とを備えることによって再生可能エネルギーの１つである太陽光エネルギーを効率良く利用してこれを水素として安定的に生産し、大都市などの需要地に輸送して供給することができる。

また、この海域（東西約１０，０００ｋｍ、南北約４００ｋｍ）はその多くが公海または排他的経済水域・接続水域であるため、国際法上の公海自由の原則により人工島や巨大な浮体構造物を設置（浮遊）することについて特別な許可は必要としない（国連海洋法条約第８６条第１項）。また、この海域には島嶼がないため、巨大な浮体構造物であってもその移動の邪魔になることもない。しかも、この海域は海の砂漠ともいわれ、大陸の沿岸に比べるとミネラルや栄養素が乏しくてプランクトンやそれを食す海洋生物が殆ど棲息していない。そのため、この浮体構造物を、例えば縦横それぞれの長さ数ｋｍ～数百ｋｍといった巨大なものにして海中に差し込む太陽光を一時的に遮ったとしても生態系に及ぼす悪影響は殆どない。

第２の発明は、赤道反流海域の海面上を浮遊する浮体構造物に、太陽光発電設備と、当該太陽光発電設備で得られた電力を利用して海水又は雨水を電気分解して水素を生成する水分解設備と、当該水分解設備で生成した水素と二酸化炭素を反応させてメタンを生成するメタン生成設備とを備えたことを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。

火力発電所や製鉄所などは、化石燃料を燃焼させた熱エネルギーによって稼働する設備であるが、同時に二酸化炭素を大量に生産する工場でもある。そのために長年排出されてきた二酸化炭素は地球の植物や植物性プランクトンによる炭酸同化作用で吸収出来るものではなく、今や地球の環境を脅かすほど深刻な影響を及ぼしている。地球の生物が築き上げた二酸化炭素ガスの循環システムでは同化できないほど大量の二酸化炭素が人類の欲望によって排出されている以上、人工的な二酸化炭素の循環システムあるいは安全な貯蔵システムを作ることは急務である。

そこで、本発明では、水分解設備で生成された水素と、火力発電所や製鉄所などで発生した二酸化炭素とを反応させてメタンを生成するものであり、これによって大気中に放出される二酸化炭素を削減して地球温暖化を防止できるだけでなく、これをメタン（燃料）として再利用することが可能となる。

また、第３の発明は、前記浮体構造物に、当該浮体構造物の位置を検出する位置検出部と、当該位置検出部で検出された位置情報から前記浮体構造物が前記赤道反流海域内に留まるようにその位置を移動する浮体移動部とからなる位置制御設備を備えたことを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。

前述したようにこの赤道反流は、赤道に沿って約１０，０００ｋｍの距離を西から東にむかってゆっくりと流れる海流であることから、仮にその海域の西端に前記浮体構造物を浮かべると、この浮体構造物はその海域を漂流して約１年後には東端に達する。東端に達した海流は図２０に示すようにメキシコ沖でその後、南北に分かれ、その北側の海流は、北米の西海岸を南下してくるカリフォルニア海流（寒流）と合流して北赤道海流側に流れる。他方、南側の海流は、南米の西海岸を北上してくるペルー海流（寒流）と合流して南赤道海流側に流れる。

このため、この赤道反流に乗って漂流しながらその海域の東端に達した浮体構造物は、その後、北赤道海流か南赤道海流のいずれかの方向へ流され、その海流に乗ってこんどは東から西に向かって漂流する。これら北赤道海流および南赤道海流の一部は、西に向かって流れている途中でそのまま赤道反流と合流するため、その浮体構造物の位置が赤道反流近くであれば、浮体構造物はそのままその一部の海流に乗って赤道反流側に移動することになるが、そうでない場合は、そのまま漂流して北赤道海流または南赤道海流の西端にまで達する。

北赤道海流の西端は、フィリピン沖で南北に分かれ、南側に流れた海流は再び赤道反流となるが、北側に流れた海流はその後、黒潮となって日本の沖を北上する。一方、南赤道海流の西端は、ニューギニア沖で同じく南北に分かれ、北側に流れた海流は北赤道海流と合流して再び赤道反流となるが、南側に流れた海流はオーストラリア沖を南下して南極海流と合流する。従って、この浮体構造物の漂流を単に海流の流れに任せただけでは、最悪の場合、黒潮に乗って北上したり、南下してしまうおそれがある。そこで、第２の発明は、この浮体構造物に、この浮体構造物の位置を検出する位置検出部と、この位置検出部で検出された位置情報から浮体構造物が前記赤道反流海域内に留まるようにその位置を移動する浮体移動部とを備えたものである。

すなわち、ＧＰＳ（Global Positioning System）などの位置検出部によってこの浮体構造物の位置を常時または定期的に検出し、この浮体構造物が赤道反流海域から外れそうになったときは位置制御部が作動して各浮体に付属する多数の方向舵（舵板またはステアボード）により位置制御してその海域内に留まるように浮体構造物の位置を調整することになる。これによって、浮体構造物は赤道反流海域から外れることなくその海域内を永遠に循環しながら漂流するため、年間を通じて常時最適な環境で効率的な発電を行うことができる。また、台風による強風や荒波に晒されて浮体構造やその設備が破損してしまうような事態も回避できる。

第４の発明は、前記水素貯蔵輸送設備は、有機ケミカルハイドライド法によって水素を貯蔵することを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。前記のように本発明の水素生成プラントによれば、太陽光エネルギーを効率良く利用してこれを水素として安定的に生産することができる一方、生産した水素の需要地である大都市などは、太平洋上を漂流する浮体構築物からは数千ｋｍ～数万ｋｍもの遠距離にあることから、生産した水素を需要地まで長距離に亘って効率良く輸送する必要がある。しかし、水素ガスは天然ガスのようには簡単に液化し難い上に、浮体構築物自体が常時移動していることからパイプラインでの輸送も不可能である。

そこで、本発明では生産した水素の貯蔵輸送に有機ケミカルハイドライド法を用いたものである。この有機ケミカルハイドライド法（ＯＣＨ法：Organic Chemical Hydride Method）とは、トルエンなどの芳香族の水素化反応によって水素を固定し、メチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）などの飽和環状化合物に転換を行い、常温・常圧の液体状態で貯蔵輸送を行った後、脱水素反応で水素を取り出して利用する方法である（特開２００７－２６９５２２号など）。

この有機ケミカルハイドライド法の詳細は後述するが、この技術を用いることによって水素は約１／５００の体積のメチルシクロヘキサンとして固定されるため、タンカーなどの輸送船を用いて洋上から需要地まで効率良く輸送することができる。また、この有機ケミカルハイドライド法は貯蔵輸送条件が常温・常圧であることから潜在的な危険性が少ない方法である上に、長期貯蔵にロスを伴わないことから、大量貯蔵／長距離輸送に適しており、水素の国家備蓄も可能な技術である。

第５の発明は、前記水素貯蔵輸送設備は、前記有機ケミカルハイドライド法によって水素を貯蔵した溶媒を多数のコンテナに個別封入し、コンテナ単位で輸送することを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。このような構成によれば、ＬＮＧ船のような専用の液体輸送船舶を用いることなく、通常のコンテナ船でも容易に輸送できる上に、コンテナ単位で輸送することにより陸上で小分けする（充填をし直す）必要がなくなり、荷揚げ後に直ぐに陸上輸送ができるため、経済的である。

第６の発明は、海水を蒸発させて得られる蒸留水を生成する蒸留水生成設備を備え、前記水分解設備は前記蒸留水生成設備で生成した蒸留水に電解質を加えたものを用いることを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。このような構成によれば、海水をそのまま利用する場合に比べて、濃縮水などの発生がなくなり、より自然に対する影響を抑えることができる。また、汲み上げた海水をそのまま電気分解すると塩素ガスその他の不純物が微量が発生し、これが水素ガスと混ざってしまう可能性があるが、適度な添加物を加えて通電性を持たせた蒸留水であれば不純物がないため、高純度の水素ガスが安定的に得られる。

第７の発明は、海面付近の海水を冷却して取水する冷却水取入設備を備え、当該冷却水取入設備は、海面に浮かぶベースフロートと、複数本の汲上げホースからるホース群と、汲上げポンプとを有し、前記ホース群は、その両端が前記ベースフロートに取りつけられ、その途中が深海まで垂下していると共に、前記ベースフロートから深海に至る部分は束ねられており、かつ深海部分は保持板によって各汲上げホース同士が離れるように保持されていることを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラントである。

このような構成によれば、海面近くで取水した高温の海水を深海の低温によって冷却して汲み上げることができるため、この冷却水を太陽光発電モジュールの冷却や建物の冷房などに活用することができる。しかも、ホース群の海水取入口と排出口の高さが海面付近でほぼ同じ高さとなっていて高低差（水頭圧差）が殆ど生じないため、深海の海水を直接汲み上げる場合に比べて動力が極端に少なくなる。これによって、小型の汲上げポンプでも簡単に汲み上げることが可能となり、設備投資や消費電力を低く抑えることができる。また、このホース群は、ベースフロートから深海に至る部分は束ねられており、かつ深海部分は保持板によって各汲上げホース同士が離れている構造となっているため、効率的な熱交換（冷却）が行えると共に汲み上げ時の熱放散を防止できる。

本発明によれば、再生可能エネルギーの１つである太陽光エネルギーを効率良く利用してこれを水素として安定的に生産し、大都市などの需要地に輸送して供給することができる。また、年間を通じて常時最適な環境で効率的な発電を行うことができる上に、台風による強風や荒波に晒されて浮体構造やその設備が破損してしまうような事態も回避できる。また、浮体構造物は赤道反流海域から外れることなくその海域内を永遠に循環するため、年間を通じて常時最適な環境で効率的な発電を行うことができる。さらに生産した水素の貯蔵輸送に有機ケミカルハイドライド法を用いることから輸送船を用いて需要地まで効率良く輸送して利用することができる。また、大気中に放出される二酸化炭素を削減して地球温暖化を防止できるだけでなく、これをメタン（燃料）として再利用できるなどといった優れた効果を発揮する。

本発明に係る赤道反流を利用した水素生成プラント１００の概要を示す説明図である。本発明に係る赤道反流を利用した水素生成プラント１００の実施の一形態を示す説明図である。浮体ユニット１１１の構成を示す縦断面図である。太陽光発電設備１２０を示す構成図である。水分解設備１３０の一例を示す構成図である。水分解設備１３０の設置例を示す側面図である。蒸留水生成設備１６０の前段部分を示す平面図である。蒸留水生成設備１６０の後段部分を示す平面図である。蒸留水生成設備１６０の蒸発通路１６３の構造を示す縦断面図である。冷却水取入設備１７０の構成を示す説明図である。（Ａ）は図９中Ａ－Ａ線断面図、（Ｂ）は図９中Ｂ－Ｂ線断面図である。水素貯蔵輸送設備１４０の一例を示す説明図である。有機ケミカルハイドライド法による化学反応式を示す図である。有機ケミカルハイドライド法による化学反応式の他の例を示す図である。水素貯蔵部１４１における水素貯蔵工程を示す説明図である。コンテナＣを一時的に係留するためのコンテナプールＣＰを示す平面図である。位置制御設備１５０の一例を示す説明図である。メタン生成設備１８０の一例を示す説明図である。二酸化炭素回収設備１９０の一例を示す説明図である。太平洋の海流を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る赤道反流を利用した水素生成プラント１００の全体の概要を示す説明図である。図示するようにこの水素生成プラント１００は、浮体構造物１１０に、太陽光発電設備１２０と、水分解設備１３０と、水素貯蔵輸送設備１４０と、位置制御設備１５０とを主に備えたものであり、図１８に示すような太平洋上の赤道反流海域をゆっくりと漂流しながら水素エネルギーを生成・供給するようになっている。以下、各設備の構成および作用（機能）などを説明する。

（浮体構造物１１０）
浮体構造物１１０は、図２に示すように一辺が数十ｍ～数百ｍの大きさの矩形状をしたタイル様の浮体ユニット１１１を縦横に多数連続して繋ぎ合わせたものであり、その一辺の大きさは少なくとも数ｋｍ～数百ｋｍといった巨大なものとなっている。この浮体ユニット１１１は、図３に示すようにデッキプレート１１４とボトムプレート１１５を複数の支柱１１７で連結すると共に、そのボトムプレート１１５の下面（喫水線下）にタンク１１６を備えた構造となっており、このタンク１１６の浮力によって十分な浮力を確保した構造となっている。

そして、このデッキプレート１１４の上に次述する太陽光発電設備１２０の太陽電池モジュール１２１が敷き詰められるように設置されていると共に、タンク１１６内に後述する水分解設備１３０などの諸設備が設けられている。また、このタンク１１６の下面には、後述する位置制御設備１５０の方向舵（舵板：ステアボード）１５５が複数設けられている。なお、このタンク１１６内とデッキプレート１１４との間は図示しない階段が設けられており、その間を作業員が行き来できるるようになっている。また、この浮体ユニット１１１は、海面上に浮かぶものであればこの構造に限定されるものでなく、木材や竹材などのような自然に還る材料、例えば耐久性が高くかつ浮力の大きい孟宗竹（耐用年数２０年）を筏のように組み合わせたものであっても良い。

また、図２に示すようにこれら各浮体ユニット１１１の上面には、太陽光発電設備１２０の太陽電池モジュール（ソーラーパネル）１２１が縦横に敷き詰めるように設けられているが、これら各浮体ユニット１１１の一部は、輸送船などの船着き場となる浮桟橋１１２やこのプラント１００を運営・管理する作業員などが宿泊する宿泊施設や管理棟などを設置する多目的用地などとして利用される。また、この浮桟橋１１２の近くには後述する水素貯蔵輸送設備１４０などを設置する設備エリア１１３が設けられている。

また、前述したように赤道反流海域は、大きな波やうねりが発生しないことから、この浮体ユニット１１１の高さとしては、多少の波が立ってもその表面に設置された太陽電池モジュール（ソーラーパネル）に海水が被らない高さであれば良い。具体的には、これを海面に浮かべたときに上面のデッキプレートの位置が海面から約２ｍ程度となる高さであれば十分である。そして、浮体ユニット１１１を多数縦横に繋ぎ合わせ、その縦横の長さを、仮に約２００ｋｍ×約５０ｋｍとすると、この浮体構造物１１０の総面積は約１万ｋｍ^２にも達する巨大なものとなる。ただし、これは全体を１つに繋ぎ合わせた場合のことであって、実際には赤道反流を南北に横切る船舶との折り合いをつけるために、６０ｋｍ×２０ｋｍ程度の大きさのものを一定の間隔をあけて多数漂流させることになる。なお、この赤道反流海域周辺の総面積は少なくとも４００万ｋｍ^２（約１万ｋｍ×約４００ｋｍ）以上と広大であり、その総面積に占める浮体構造物１１０の割合は僅か０．２５％にしか過ぎない。

（太陽光発電設備１２０）
太陽光発電設備１２０は、従来のものと同様、図４に示すように多数の太陽電池モジュール（ソーラーパネル）１２１と、それらを電気的に接続する接続箱１２２と、発電された電力を制御するパワーコンディショナー（ＰＣ）１２３と、蓄電池１２４などから構成されている。そして、太陽電池モジュール１２１で発電された電力をパワーコンディショナー１２３を介して水分解設備１３０や水素貯蔵輸送設備１４０、位置制御設備１５０などに供給する。そして、その一部の電力は蓄電池１２４に一時的に貯められて夜間の照明や作業員の生活空間などに活用される。

パワーコンディショナー１２３は、太陽が照り続けている昼間であれば、太陽電池モジュール１２１で発電された電力をそのまま水分解設備１３０や水素貯蔵輸送設備１４０、位置制御設備１５０などに供給するが、発電がされない夜間には蓄電池１２４に貯められた電力に切り替えてこれを供給することもできる。これによって、水分解設備１３０や水素貯蔵輸送設備１４０などは常時電力の供給を受けることができるため、２４時間連続して稼働することも可能となっている。

また、前述したようにこの赤道反流海域は、ほぼ晴天状態でありかつ低緯度であって日出から日没に亘って強い直射日光を受けることができることから、太陽光発電には最適な環境であり、最高効率での発電を行うことができる。その発電量は同じソーラーパネルを用いた場合、日本のような高緯度の地域では最高でも約３．９０ｋＷｈ／日（平均）であるのに対し、この赤道反流海域では７．００ｋＷｈ／日以上（平均）となり、１．５倍以上の発電量を得ることが可能となる。また、日本の年間の日照時間は１，５００～２，２００時間程度であるのに対し、この赤道反流海域は年間３０００時間に達し、その総発電量は日本に設置した場合の２倍以上に達する。

（水分解設備１３０）
水分解設備１３０は、図５に示すように取水部１３２と、電気分解部１３３と、これらを制御する制御部１３１とから主に構成されており、制御部１３１によって制御される取水部１３２のポンプなどで汲み上げた海水、あるいは浮体構造物１１０上に降り注いだ雨水などを集水して電気分解部１３３に送り、電気分解部１３３が従来公知の技術によってその原料となる水を分解して水素（ガス）と酸素（ガス）を生成する（２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２＋Ｏ_２）。なお、この電気分解に用いる電力は前述したように太陽光発電設備１２０で発電された電力のみである。

そして、この電気分解部１３３で生成した水素は、すべて水素貯蔵輸送設備１４０に送り、酸素はそのまま大気放出する。大気放出された酸素は大気中に拡散されるか、上昇気流に乗ってオゾン層に達し、有害な紫外線を吸収するオゾンの原料となることが期待される。また、原料となる海水中には、塩化ナトリウムや塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、塩化カリウム、その他の成分が含まれているため、水分（Ｈ_２Ｏ）が分解されて減少するにつれてこれらが濃縮されて濃縮水となる。

この濃縮水中の塩化ナトリウムなどの濃度が一定以上を超えると電気分解効率が低下するため、一定時間以上電気分解処理したならば、その濃縮水を海中に放出して電気分解部１３３の分解槽内の水をすべて入れ替える必要がある。なお、この濃縮水をそのまま海中に放出したとしても局所的に塩分濃度が上がって海洋生物や環境などに悪影響を与えるおそれは低い。すなわち、前述したようにこの赤道反流海域はもともと海洋生物の棲息数が少ないうえに、この海域の平均深度は４０００ｍ以上と深いため、放出された濃縮水はその重量によって海底低くまで沈み込む過程で海水と混ざり合って十分に希釈されるからである。また、この浮体構造物１１０は、一箇所に留まることなく常に移動していることから、濃縮水の放出位置も一箇所ではなく散らばり、局所的に海水成分の濃度が大きく変化することはない。

図６はこの水分解設備１３０の取り付け状態の一例を示したものである。図示するように海面上に浮かぶ浮体ユニット１１１の下面（水面下）には、耐食性に優れた材料からなるタンク１１６が設けられており、このタンク１１６内に、前述した取水部１３２や電気分解部１３３、制御部１３１などが設置されている。そして、このタンク１１６には、取水管１３５と、排水管１３６と、水素管１３７と、酸素管１３８と、図示しない電源（信号）ケーブルなどが接続されており、取水管１３５から海水などを取り込んでこれを電気分解して水素と酸素を生成し、水素は水素管１３７から取り出すと共に、酸素は酸素管１３８から大気中に放出し、濃縮水などは排水管１３６から海中に排出するようになっている。また、この取水管１３５には分岐管１３４およびバルブＶ１、Ｖ２が設けられており、このバルブＶ１、Ｖ２を操作することで海水に代えて雨水や次述する蒸留水を取り込むことができるようになっている。

図７および図８は、この水分解設備１３０で海水に代えて蒸留水を用いたときの蒸留水を生成するための蒸留水生成設備１６０の一例を示したものである。この蒸留水生成設備１６０は、太陽電池モジュール１２１が取り付けられた浮体ユニット１１１上に縦横に張り巡らされた海水通路１６１（図７：前段部分）と、ベースフロートＢＦ上に設けられた蒸発通路１６３と凝縮器１６４（図８：後段部分）などから構成されている。そして、この蒸留水生成設備１６０は、後述する冷却水取入設備１７０から取り入れた低温（約１６℃）の海水をこの前段部分の海水通路１６１に流し、それを通過する間に太陽電池モジュール１２１や浮体ユニット１１１を冷却すると共に、浮体ユニット１１１上に注ぐ太陽光の熱によって暖められる。

これによって温度が上がった海水は温水（約４０℃）となって図８に示す蒸発通路１６３を流れる間に太陽光の熱によってさらに温められてその一部が蒸発して水蒸気となる。そして、図９に示すようにこの蒸発通路１６３内で発生した水蒸気は、蒸発通路１６３の上面に一定の間隔で接続された複数のダクト１６５を通過して凝縮器１６４に流れ、ここで冷却されて凝縮して液体（蒸留水）となって水分解設備１３０に供給される。その後、この蒸留水を水分解設備１３０で用いる場合には適量の電解質、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）、炭酸ナトリウム（Ｎａ_２ＣＯ_３）などを添加することで効率的に電気分解に寄与することができる。なお、この凝縮器１６４に流す冷却水としては、次述する冷却水取入設備１７０で取り入れた冷却水を用いることができる。また、水蒸気が蒸発して塩分濃度などが高まった海水はそのまま海洋に放流される。

図１０はこの冷却水取入設備１７０の一例を示したものであり、海面上に浮かぶベースフロートＢＦと、複数本の汲上げホースからなるホース群１７１と、汲上げポンプ１７３とから主に構成されている。このホース群１７１は、図１１に示すように複数本の可撓性ホースＨからなっており、その一端の海水取入口ａ１および他端の海水排出口ａ２がベースフロートＢＦに取りつけられていると共に、その途中が深海まで垂下している状態となっている。そして、ここでいう深海とは、赤道反流が発生する表層流よりも低い深海流が流れる深さをいう。具体的には、赤道反流が発生する表層流は水深１００～２００ｍであるため、それよりも深い領域をいう。この深海流の海水温は約１６℃であり、赤道反流の海面近くの海水温の約３０℃に比べてかなり低い温度となっている。

また、このホース群１７１の垂下している部分のうち赤道反流域、すなわち水深１００～２００ｍのほぼ垂直部分は単に海水を下降方向または上昇方向に流すための輸水部Ｙとなっており、この輸水部Ｙでは図１１（Ａ）に示すように各複数本の可撓性ホースＨが互いに密着するように束ねられた状態となっている。一方、ホース群１７１の垂下している下端の折り返し部分は、海水取入口ａ１から取り込んだ雨水や冷却水などをその深海流の低温の海水によって冷却するための熱交換部Ｎとなっている。

そして、この熱交換部Ｎには、錘を兼用した金属製または錘を備えたプラスチック製の保持板１７２が少なくとも１つ以上設けられている。この保持板１７２には、図１１（Ｂ）に示すように貫通穴Ｓが所定の間隔を隔てて多数開口しており、各貫通穴Ｓにそれぞれ可撓性ホースＨが貫通することによって各可撓性ホースＨが互いに所定の距離で離れた状態で保持されるようになっている。従って、汲上げポンプ１７３を駆動すると、浮体ユニット１１１やベースフロートＢＦ上に降った雨水や前述したように蒸留水生成設備１６０で水蒸気を冷却した後の冷却水などの比較的高温（約３０℃）の水が海水取入口ａ１からホース群１７１に取り入れられた後そのまま下降して熱交換部Ｎに達したときに、周囲の低温の深海流に熱を奪われて冷却される。この熱交換部Ｎは、各可撓性ホースＨが離れた状態となっていて深海流との接触面積は大きくなっていることから効率的な熱交換（冷却）が行われる。

その後、この熱交換部Ｎで温度が下がった雨水などは、輸水部Ｙを上昇してベースフロートＢＦに達し、海水排出口ａ２から連続的に排出されることで前述したような太陽電池モジュール１２１など冷却水や蒸留水の原料として活用される。この輸水部Ｙは前述したように束ねられていて周囲の海水と各可撓性ホースＨとの接触面積が小さくなっているため、熱交換部Ｎで温度が下がった海水が輸水部Ｙを上昇するときに周囲の海水温によって暖められることが殆ど無く、低温のまま汲み上げられることになる。

なお、深海流の海水をそのまま汲み上げてこれを冷却水として利用することも考えられるが、海水中に含まれる塩分などによって配管などが腐食してしまい、定期的なメンテナンスや交換作業が必要となり、運用コストが増加する。そのため、深海流の海水をそのまま冷却水として使用するのではなく、雨水や冷却水などのような真水を使用することで設備の腐食などを回避して運用コストの増大を回避することができる。また、このホース群１７１を構成する可撓性ホースＨの数を増やしたり、その口径を小さくすればベルヌーイの定理によって海水の上昇速度があがるため、上昇時の水温の上昇をより小さく抑えることができる。

（水素貯蔵輸送設備１４０）
水素貯蔵輸送設備１４０は、図１２に示すように浮体構造物１１０側に設けられた水素貯蔵部１４１と、この浮体構造物１１０から遠く離れた地域（需要地）にある水素回収部１４２と、この水素回収部１４２と水素貯蔵部１４１との間を往復する輸送船１４３とからなっている。そして、洋上の水素貯蔵部１４１で図１３（Ａ）に示すように有機ケミカルハイドライド法を用いた水素貯蔵法によって水素ガス（Ｈ_２）を溶媒となる液体のトルエン（Ｃ_７Ｈ_８）と反応させてメチルシクロヘキサン（Ｃ_７Ｈ_１４）として取り込む（水素化（水素貯蔵））。その後、このメチルシクロヘキサンを輸送船１４３に積み込んで需要地まで海上輸送した後、図１３（Ｂ）に示すように需要地の水素回収部１４２がこのメチルシクロヘキサンに取り込まれた水素を取り出して回収する（脱水素（水素発生））。

このように水素ガスを有機ケミカルハイドライド法によって液体のトルエンと反応させて取り込むことにより、水素は約１／５００の体積のメチルシクロヘキサンとして固定されるため、輸送船１４３を用いて洋上から需要地まで効率良く輸送することができる。そのため、例えば最大５万ｍ^３のメチルシクロヘキサンを積める輸送船を用いれば、２５００万ｍ^３相当の大量の水素ガスを一度に輸送することができる。また、前述したように、この有機ケミカルハイドライド法は貯蔵輸送条件が常温・常圧であることから潜在的な危険性も少ない。また、水素ガスの体積当たりの燃焼エネルギーは３０％程度なので２５００万ｍ^３の水素ガスは７５０万ｍ^３の天然ガスに匹敵する。

そして、この水素回収部１４２で回収された水素は、水素ガスを用いた発電所や自動車などの燃料として需要地で利用される。燃料となる水素は、酸素と結合することで燃焼されて無害な水となるため、化石燃料のような二酸化炭素や有害な窒素酸化物などを発生しないクリーンなエネルギーとして活用される。一方、水素が取り出された溶媒であるトルエンは再び輸送船１４３で洋上の浮体構造物１１０に海上輸送され、ここで次々と生産される水素を取り込む溶媒として何度も再利用される。

なお、このトルエンに代えて図１４に示すようにナフタレン（Ｃ_１０Ｈ_８）を溶媒として用いても良い。ナフタレンを溶媒として用いた場合は、同図（Ａ）に示すように水素を取り込んでデカリン（Ｃ_１０Ｈ_１８）となり、これを需要地まで輸送する。そして、需要地において同図（Ｂ）に示すように脱水素反応によってデカリンから水素が取り出され（Ｃ_１０Ｈ_８＋５Ｈ_２←→Ｃ_１０Ｈ_１８）、その後はナフタレンとなって同様に何度も再使用される。

図１５は、この水素貯蔵部１４１における水素貯蔵工程の一例を示したものである。図示するように、この水素貯蔵部１４１は、設備エリア１１３に設けられるコンテナＣと、このコンテナＣを海面上に浮かばせるコンテナフロートＣＦと、前述した各水分解設備１３０で生成された水素を集めて供給するための作業用ベースフロートＷＢＦと、この作業用ベースフロートＷＢＦ上に設けられた供給ポンプ１４４と、コンテナＣ内に水素ガスを供給する水素供給バルブＨＶと、このコンテナＣを加熱する加熱機器１４６とから主に構成されている。コンテナＣ内には、水素供給バルブＨＶと脱着されるノズル１４５が設けられると共に、トルエンやナフタレンなどの溶媒Ｌが封入されている。そして、図示するように水素管１３７端部の水素供給バルブＨＶとノズル１４５とを連結し、生成した水素をコンテナＣ内に供給（充填）してノズル１４５から噴出させる。これによってコンテナＣ内で前述した水素化反応が起こり、その溶媒Ｌ中に順次水素が貯蔵されることになる。

この水素化反応は約５気圧、２００～３００℃で最も効率が良くなることから、供給ポンプ１４４で水素ガスを加圧すると共に、水素充填中に加熱機器１４６によってコンテナＣ全体を加熱する必要がある。この加熱機器１４６は、太陽光を集光する集光レンズや鏡などから構成されているため、加熱に要するエネルギーは特に必要とならない。また、水素ガス充填の際に溶媒Ｌが攪拌されるため、太陽光の位置などによってコンテナＣの加熱位置が変化したとしてもコンテナＣ全体に均一に熱が伝わる。なお、このコンテナＣのサイズとしては、特に限定されないが、例えば縦横長２ｍ×２ｍ×２０ｍ程度の発電所や都市ガス向けの巨大サイズや、小規模発電向けや中小工場向けの２ｍ×２ｍ×１０ｍの中サイズ、末端のガスステーションなどのそのまま設置できる２ｍ×２ｍ×４ｍの小サイズのものを用いることができる。

図１６は、このコンテナＣを一時的に係留するためのコンテナプールＣＰの一例を示したものである。このコンテナプールＣＰは、海面に浮かぶ複数の作業用ベースフロートＷＢＦを鎖などによって枠状に連結したものであり、その枠内に複数（数百から千個程度）のコンテナＣ（コンテナフロートＣＦ）が浮遊して一時的に係留されるようになっている。そして、このコンテナプールＣＰを構成する作業用ベースフロートＷＢＦ同士の間隔は、コンテナＣおよびこれを曳航する船が十分に通過できる程度の大きさ例えば５～１０ｍ程度となっており、それぞれ水路（キャナル）が形成されている。

そして、図示するようにコンテナプールＣＰ内の水素を貯蔵したコンテナＣは、曳航船によってコンテナプールＣＰから水路を通って外海へ曳航されて浮桟橋１１２の仮置き場に置かれた後、順次あるいは直接輸送船１４３に積み込まれて輸送されることになる。一方、輸送船１４３で輸送されてきた溶媒ＬのみのコンテナＣは、浮桟橋１１２に荷下ろしされた後、コンテナフロートＣＦに載せられて同じく曳航船によってコンテナプールＣＰ内に曳航された後、順次いずれかの作業用ベースフロートＷＢＦに連結されて水素貯蔵処理が行われることになる。

なお、この曳航船や輸送船１４３の動力としては、この水素を燃料としたエンジンを用いれば、曳航や海上輸送に際しても一切化石燃料を消費することがなくなる。また、この浮体構造物１１０あるいは水素貯蔵部１４１などには、浮体構造物１１０の現在位置を輸送船１４３や需要地などに知らせるための衛星通信設備などが備わっていることはいうまでもない。また、この水素ガスの運搬は、液化水素運搬船を用いても良い。水分解設備１３０で生産された水素をそのまま－２５３℃まで冷却して液化すれば、体積は１／８００に圧縮されて溶媒も不要となる。ただし、現時点においては技術的な困難が多く実用化には至っていないが、最近になって水素ガスを動力源とし９０００Ｎｍ^３、８９３Ｋｇ、トルエン換算２０００ｍ^３の液化水素の運搬を実用化した液化水素タンカーの造船計画が中国で発表されている（http://www.escn.com.cn/news/show-710054.html）。

（位置制御設備１５０）
位置制御設備１５０は、図１７に示すように浮体構造物１１０の位置を検出する位置検出部１５１と、浮体移動部１５２とからなっており、この位置検出部１５１で検出された位置情報から浮体構造物１１０が赤道反流海域内に留まるようにその位置を移動制御している。すなわち、位置検出部１５１はＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナやその信号を取り出すＧＰＳユニットから構成されており、赤道反流海域の洋上を漂流する浮体構造物１１０の位置を衛星信号を受信して高精度で検出し、その位置情報を常時あるいは定期的または随時に浮体移動部１５２に入力している。

また、浮体移動部１５２は、操舵装置１５４と、前述したように各浮体ユニット１１１のタンク１１６底面に設けられた方向舵（舵板：ステアボード）１５５と、これらを電子制御するコントロールユニット１５３などから構成されている。コントロールユニット１５３には、赤道反流海域を含む領域の地図データや海流に関するデータなどが記憶されており、位置検出部１５１から入力される位置情報からその浮体構造物１１０がどの位置にあるのかを高精度で検出し、その浮体構造物１１０が赤道反流海域から外れたときあるいは外れそうになったときは、操舵装置１５４を制御してその浮体構造物１１０が赤道反流海域内に留まるようにその位置を制御する。

すなわち、一般に海に浮かぶ構造物を動かすためにはエンジンやモーターによって駆動するスクリューなどを備えてその推進力を利用することが考えられる。しかし、本発明のような数十～数百ｋｍにも及ぶ巨大な浮体構造物１１０の流れる方向を変えるには膨大な動力を要する上に、エンジンを駆動するために化石燃料を使用したり、発電された電力を用いてモータを駆動する方式では、本願発明の目的に反してしまう。前述したように浮体構造物１１０の流れる方向を変えるのは赤道反流の東西端での折り返し地点だけであり、赤道海流の外縁から離れて浮遊している以上、そこから逸脱しまうことはない。

その一方で、赤道反流や南赤道海流は、両者の接触面では流速が低下するため、浮体構造物１１０が両端に辿りつく前に内側に流されてしまう可能性も否定できない。そのために何らかの操舵設備が必要となり、折り返し地点で旋回する必要はなく先端部と後端部が入れ代わるスイッチバックのような運動が可能な方向舵１５５を用いるのが最適である。そして、この方向舵１５５による操舵能力は微調整程度で良い。たとえば折返し点の５００ｋｍ手前から徐々に浮体構造物位置を北または南に３５ｋｍほど横に移動させれば充分であってｓｉｎ０．０７０は４°でしかない。この程度であれば、浮体ユニット１１１の後部（海流圧がかかる部分）に多数の方向舵１５５を取り付け、これを操舵装置１５４およびコントロールユニット１５３で一斉に舵角度を変え、水の抵抗を操作するだけで方向の調整は容易にできる。

このように本発明の水素生成プラント１００によれば、再生可能エネルギーの１つである太陽光エネルギーを効率良く利用してこれを水素として安定的に生産し、大都市などの需要地に輸送して供給することができる。また、年間を通じて常時最適な環境で効率的な発電を行うことができる上に、台風による強風や荒波に晒されて浮体構造物１１０やその設備が破損してしまうようなこともない。これにより、化石燃料の大量消費による地球温暖化などを防止でき、将来懸念される人類のエネルギー危機を回避できる。

また、浮体構造物１１０は赤道反流海域から外れることなくその海域内を永遠に循環するため、年間を通じて常時最適な環境で効率的な発電を行うことができる。さらに生産した水素ガスの貯蔵輸送に有機ケミカルハイドライド法を用いることから輸送船１４３を用いて需要地まで効率良く輸送して利用することができる。また、前述したように本発明の水素生成プラント１００は、赤道反流の東端でその海流に乗ってその向きを自然に変えるようになるが、赤道反流の東端海域（エクアドル本土より西約９００ｋｍ）には、大小多くの島と岩礁からなるガラパゴス諸島（南緯１°３６′西経８９°１６′）があるため、より正確には、そのガラパゴス諸島の西約２００海里あたりで向きを変えるように制御することが望ましい。また、赤道反流の西端にはキリバス共和国キンチマチ島（北緯１°５６′西経１５７°２８′）があることから、その東約２００海里あたりで折り返すように制御することが望ましい。

なお、トルエン１ｋｇがメチルシクロヘキサンに変化することで増加する水素の質量は４９．５ｇとされているので、５万ｔのトルエンには２５０ｔの水素が添加されることになるが、この数字は燃焼ベースで約８３ｔのＬＮＧ相当するに過ぎず、この非効率が今までＭＣＨによる大量輸送というアイディアを妨げてきた。たとえば、東京電力などで使用しているＬＮＧタンカーは一度に６～７万ｔ輸送できるので、コスト的にまったく太刀打ちできないように見える。

しかし、運んだＬＮＧで水素ガスを生成する場合、ＬＮＧ１００から作れる水素ガスはエネルギーベースでは７０になってしまう。現在は派生する二酸化炭素の量は石炭を燃やして発電するのに比べればまだマシだということで、その問題は野放しにされているが、この二酸化炭素を回収するとなると莫大な費用がかかることになる。また、ＬＮＧは購入しなければならないが、赤道反流上で生成される水素ガスの生産コストは初期投資を除けばほぼゼロであり、その後のランニングコストも全体のコストに影響するほどではない。

輸送そのもののコストにおいてもＬＮＧは液化して冷却状態を保ちながら輸送する必要があり、専用タンカーの建造費や安全対策を考慮すると、そのコストは一般の貨物船（コンテナキャリア）で運べるメチルシクロヘキサンに比べて大きく見劣りする。また、コンテナ船であればＬＮＧのような受入れ設備が不要であるから、いわゆる「瀬取り」ができる。すなわち、沿岸の適当な海域で海上に浮くコンテナＣを一部放出し、小型コンテナキャリアに移しかえて、宅配便の配達のように沿岸の一般的な港湾に運ぶことができるから、陸上輸送コストを大幅に削減したり、沿岸近くの中小都市や離島に小型発電所を作ることができる。

以上のような事情を考えれば、コンテナキャリアを多数シャトルさせることは決して荒唐無稽な着想ではない。現時点ではたしかに多数の船舶が重油で動けば、二酸化炭素問題が発生するが、これまで水素動力船が開発されていないのは技術的な問題よりも、コスト的な問題が大きく建造する理由がなかったことによる。水素ガスの価格も無視できないが専用船を作れば水素冷却と船への注入設備を持った母港が必要になり、航路も限定されてしまう。ＬＮＧを改質して作った水素ガスを燃料にするより、ＬＮＧをそのまま燃料にしてしまった方が有利であることは自明であるし、すでにＬＮＧを燃料とする船が就航している。

また、浮体構造物１１０を構成する各浮体ユニット１１１やベースフロートＢＦの随所に避雷針を兼ねるポールを立て、そのポールに衝突防止用ビーコンや遠方から目視できるような船旗、アドバルーン、ＬＥＤ照明などを取り付ければ、近くをとおる船舶や大型タンカーなどにその存在を確実に知らせることができる。なお、濃霧の発生や台風による視界不良が殆ど発生しない赤道反流域では、これで充分通用する。

また、数十個の浮体ユニット１１１にそれぞれ独立した発電・電解・貯蔵・充填・域内移動運搬・作業員生活空間の設備を備え、これらの機能を統合してコントロールしても良い。例えば、水素ガス輸送船の効率的な配船・本国との連絡などを行う場合は、その統合指揮部署だけは船舶に設置し、浮体構造物１１０と伴走させるようにしても良い。そして、この指揮機能をもつ船舶には、浮体構造物１１０にはないヘリコプター基地、病院設備、学術観測設備なども備えても良い。

（メタン生成設備１８０）
また、前述した水素貯蔵輸送設備１４０と共に、あるいはこの水素貯蔵輸送設備１４０に代えて図１８に示すようなメタン生成設備１８０を備えることもできる。このメタン生成設備１８０は、タンク状のメタン生成部１８１と、同じくタンク状のメタン液化部１８２とから主に構成されており、前述した水分解設備１３０で得られた水素（Ｈ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）とを高温高圧下で化学反応させてメタン（ＣＨ_４）と水（Ｈ_２Ｏ）を生成するようにしたものである

すなわち、図示するようにこのメタン生成部１８１には、圧縮機１８３、１８４をそれぞれ備えた供給ラインＬ１、Ｌ２が備えられており、一方の炭酸ガス取入ラインＬ１から二酸化炭素（ＣＯ_２）が加圧されて供給されると共に、他方の水素供給ラインＬ１から水素（Ｈ_２）が加圧されて供給されるようになっている。そして、このメタン生成部１８１内にはヒーター１８５と図示しないニッケル触媒が備えられており、加圧供給された水素（Ｈ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）と高温（４００℃）下でサバティエ反応させてメタン（ＣＨ_４）と水（Ｈ_２Ｏ）を生成するようになっている（４Ｈ_２＋ＣＯ_２＝ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ）。

このメタン生成部１８１とメタン液化部１８２は、その途中が海中深くにまで延びる冷却ラインＬ３で連結されており、メタン生成部１８１で生成されたメタンはこの冷却ラインＬ３を介して３０℃程度まで冷却された後、メタン液化部１８２に送られるようになっている。そして、このメタン液化部１８２には図示しない冷凍機が備えられており、導入されたメタンガスをその沸点（－１６１．６℃）以下の－１８０℃程度まで冷却して液化した後、液化メタンラインＬ４を介して図示しないタンカーへ送り、液化メタンとして陸地に輸送するようにしたものである。

このメタン生成設備１８０で使用する二酸化炭素は、前述した水素の輸送地（陸地）にある発電所、製鉄所、セメント製造工場、アンモニア製造工場などの設備で必然的に発生する大量かつ高濃度の二酸化炭素を使用することができる。具体的には、化石燃料を使用する発電所などの設備から回収された二酸化炭素ガスは常圧下－７８．６℃で昇華（ドライアイス化）させ、それをタンカーの液化天然ガス貯蔵室に格納し冷却状態を保持しながら赤道反流上にある本発明の水素生成プラント１００まで運ぶ。

ドライアイスの重量は１．５６ｔｏｎ／ｍ^３であり、液化メタンガス４１５ｋｇ／ｍ^３より遥かに重く、積載ボリュームはメタンガスの１／４程度にしかならないのでドライアイス注入時に断熱膨張して微粉末状になり体積が増しても容易に充填できる。水素生成プラント１００では積みおろしたドライアイスをそのまま冷却保存し、必要な量を気体化してこのメタン生成設備１８０に導入する。

タンカーの貯蔵室にはドライアイスを噴出させるためのノズルを設置し、外部より直接噴出させて注入する。タンカーの冷却機はドライアイスが安定するようにマイナス７８℃で調節できるように調整する。このタンカーは帰路にはメタン生成設備１８０で生成された液化メタンガスを運んでくるので、採掘現場から液化天然ガスを運ぶタンカーのように片道が空荷にして無駄になることはない。液化メタンを充填するスペースは極低温に耐える設計になっているので、ドライアイスが充填スペースの内壁を傷つけることは物理的にも化学的にもない。

また、メタン生成部１８１での反応に必要な高温（４００℃）は、電気ヒーター１８５の他に陽光反射集光装置で熱する溶融塩や水素バーナーを用いることで容易に得ることができると共に、反応に必要な圧力はソーラーパネルで発電された電気で駆動する圧縮機１８３、１８４によって容易に得ることができる。なお、二酸化炭素は陸上からの輸送費がかかってしまうが、メタンガスと二酸化炭素の両方を運べるタンカーを造れば空荷で運航する部分が減るのでコストは大幅に節減できる。

このようにメタン生成設備１８０を備えれば、水分解設備１３０で生成された水素と、陸地の既存の火力発電所や製鉄所などで発生した二酸化炭素とを反応させてメタンを生成させれば、大気中に放出される二酸化炭素を大幅に削減して地球温暖化を防止できるだけでなく、これをメタン（燃料）として再利用することが可能となる。このように生成されたメタンガスはカーボンニュートラルであり、そのメタンガスを化石燃料による発電や都市ガスの燃料に置き換えることで二酸化炭素の排出を削減させ社会の要請に応えることができる。

なお、このサバティエ反応を利用した炭酸ガス循環システム、すなわち自然エネルギーによる電力による水素ガスを調達し、併せて余剰の排熱の一部をサバティエ反応に利用するシステムを構築すれば発電所や製鉄所などの近隣で稼動させることもできる。ＣＯ_２を産業廃棄物と捉え、そこに廃棄コストがかかることを受容すれば、この排出されたＣＯ_２をクリーンな水素と反応させてメタンガスを作り燃料として再利用する循環システムは、炭酸ガス排出削減の一つの手段となり得る。

また、このメタン生成設備１８０でメタンの原料となる二酸化炭素としては、図１９に示すような二酸化炭素回収設備１９０を使用して本発明の水素生成プラント１００が浮遊する海域の大気中から回収したものを用いることができる。図示するようにこの二酸化炭素回収設備１９０は、温度の低い海面下に位置するタンク状の炭酸ガス吸収部１９１と、同じくタンク状の炭酸ガス回収部１９２とから主に構成されており、本発明の水素生成プラント１００が浮遊する海域の大気中からわずかな二酸化炭素を回収してこれをメタン生成設備１８０で利用するようにしたものである。

すなわち、地球上の大気のなかに占める二酸化炭素は０．０４％であり、これをこの二酸化炭素回収設備１９０で９０％程度まで濃縮してメタン生成設備１８０に供給するものである。この炭酸ガス吸収部１９１には、大量の大気を取り入れるべく送風機１９６を備えた大口径（約２ｍ）のパイプからなる大気取入ラインＬ１が設けられていると共に、その内部には海水または真水が貯留されている。さらに、この大気取入ラインＬ１には水素バーナー部１９３が設けれている。そのため、送風機１９６によって大気取入ラインＬ１を通過する空気は、燃焼バーナー部１９３で水素を燃料とするバーナーの燃焼によって酸素が消費されてその二酸化炭素はその濃度が０．０５％まで上昇した状態で炭酸ガス吸収部１９１内に送り込まれ、その底部にある無数の穴が空いたノズル１９４から細かな泡となって海水または真水中に放出される。

炭酸ガス吸収部１９１内に放出された大気は、海水または真水と接触することで含まれている二酸化炭素が海水または真水中に溶け込み、炭酸水を生成する（Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２＝Ｈ_２ＣＯ_３）。一方、海水または真水に溶け込み難いその他のガス（Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒなど）はそのまま水面上に出て水面に一定の気圧を与えることで二酸化炭素の溶解度を増加させた後、排ガスラインＬ４から大気中に放出される。

その後、炭酸ガス吸収部１９１で生成された炭酸水は、連結ラインＬ２を介して炭酸ガス回収部１９２に順に流れる。この炭酸ガス回収部１９２の底部には電気ヒーター１９５が設けられており、流れ込んだ炭酸水を約６０℃まで温めるようになっている。これによって、温められた炭酸水中の二酸化炭素がガスとなって気相中に分離されて水面上に溜まりその濃度が約９０％程度まで濃縮されるため、その後は炭酸ガス供給ラインＬ３からメタン生成設備１８０に順次供給されることになる。

なお、この高濃度の二酸化炭素中には、少量の窒素や酸素、アルゴンなどが含まれているが、これらのガスはサバティエ反応に影響しない。そして、最初に吸入する大気中のＣＯ_２は０．０４％とされているので、４ｋｇのＣＯ_２を獲得するには１０ｔｏｎの空気を取り込めばよい。大気の重さはおおむね１ｍ^３あたり１ｋｇなので１０００ｍ^３で１ｔｏｎになる。したがって、この方法で４ｔｏｎのＣＯ_２を得るには１万ｔｏｎ、１千万ｍ^３の大気が必要になる。いま、断面積が４．０ｍ^３（口径２ｍ強）のパイプに流速１０ｍ／ｓｅｃの空気を流すと４０ｍ^３／ｓｅｃ（２４００ｍ^３／ｍｉｎ１４４０００ｍ^３／ｈ）の流量になるので、このようなパイプを１０本作れば一日あたり約１１ｔｏｎのＣＯ^２を取り出すことができる。

同様の計算で１日３０００ｔｏｎ（年間１００万ｔｏｎ）のＣＯ_２を回収するのには、上記パイプを３００本作ればよい。ＣＯ_２を運搬する費用はゼロであり、構造としては酸素を除去するための炭酸ガス吸収部１９１と、炭酸ガス回収部１９２を６０℃に保つヒーター１９５だけの極めて単純なものである。もちろん広大な敷地を必要とするが、一面に敷き詰めたソーラーパネルの下に莫大な未利用空間のある本発明の水素生成プラント１００にあっては大きな障害にはなり得ない。

この構成では、前述したドライアイスのような純度の高い二酸化炭素を得られ難いが、もしサバティエ反応器に残余の窒素やアルゴンが混入しても水素ガスと反応しないので生産効率が若干落ちるだけだと推測される。空気を送り込むパイプは可燃物を扱うわけではないので一般に使う対塩性プラスチック製のものに水圧で萎まないように所々にリングをつけたものでよい。個々のパイプラインの長さは最長で３００ｍ程度である。

また、このようにメタンとして輸送するためには、大型船の接舷受入れ設備が必要となるが、ＬＮＧタンカーなどは陸上の装置からパイプによってガスを注入や排出をするために、バルブは船体上部に取り付けられており、船によって取り付け口の高さも違う。港湾の中とは違って海面に「うねり」のあることもあるので、浮島には接舷用のフロートを作り、本発明の水素生成プラント１００側のガスパイプが船体の注入バルブに届くように高さを調節する必要がある。

また、メタノール、エタノール、アンモニア、ギ酸、尿素など社会の基幹になる素材産業でありながら、大量の化石燃料や化石燃料由来の水素を使い、二酸化炭素を排出せざるを得ないために物流の便のよい陸地での操業が難しくなっている。本発明は赤道反流上の恵まれた気候条件や地理的条件に加え、初期投資を軽減できる下記のインフラを用意して、これらを資源として利用する企業に敷地を提供できるものである。

１００…水素生成プラント
１１０…浮体構造物
１１１…浮体ユニット
１１２…浮桟橋
１１３…設備エリア
１１４…デッキプレート
１１５…ボトムプレート
１１６…タンク
１１７…支柱
１２０…太陽光発電設備
１２１…太陽電池モジュール
１２２…接続箱
１２３…パワーコンディショナー
１２４…蓄電池
１３０…水分解設備
１３１…制御部
１３２…取水部
１３３…電気分解部
１３４…分岐管
１３５…取水管
１３６…排水管
１３７…水素管
１３８…酸素管
１４０…水素貯蔵輸送設備
１４１…水素貯蔵部
１４２…水素回収部
１４３…輸送船
１４４…供給ポンプ
１４５…ノズル
１４６…加熱機器
１５０…位置制御設備
１５１…位置検出部
１５２…浮体移動部
１５３…コントロールユニット
１５４…操舵装置
１５５…方向舵（舵板：ステアボード）
１６０…蒸留水生成設備
１６１…海水通路
１６３…蒸発通路
１６４…凝縮器
１６５…ダクト
１７０…冷却水取入設備
１７１…ホース群
１７２…保持板
１７３…汲上げポンプ
１８０…メタン生成設備
１８１…メタン生成部
１８２…メタン液化部
１８３、１８４…圧縮機
１８５…ヒーター
１９０…二酸化炭素回収設備
１９１…炭酸ガス吸収部
１９２…炭酸ガス回収部
１９３…水素バーナー部
１９４…ノズル
１９５…ヒーター
１９６…送風機
Ｃ…コンテナ
ＢＦ…ベースフロート
ＣＦ…コンテナフロート
ＣＰ…コンテナプール
Ｈ…可撓性ホース
ＨＶ…水素供給バルブ
Ｌ…溶媒
Ｎ…熱交換部
Ｓ…貫通穴
Ｖ１、Ｖ２…バルブ
Ｙ…輸水部
ＷＢＥ…作業用ベースフロート
ａ１…海水取入口
ａ２…海水排出口

Claims

赤道反流海域の海面上を浮遊する浮体構造物に、太陽光発電設備と、当該太陽光発電設備で得られた電力を利用して海水又は雨水を電気分解して水素を生成する水分解設備と、当該水分解設備で生成した水素を貯蔵して輸送する水素貯蔵輸送設備と、海面付近の海水を冷却して取水する冷却水取入設備とを備え、
前記冷却水取入設備は、海面に浮かぶベースフロートと、複数本の汲上げホースからなるホース群と、汲上げポンプとを有し、
前記ホース群は、その両端が前記ベースフロートに取りつけられ、その途中が深海まで垂下していると共に、前記ベースフロートから深海に至る部分は束ねられており、かつ深海部分は保持板によって各汲上げホース同士が離れていることを特徴とする赤道反流を利用した水素生成プラント。