JPH0483528A - 炭酸ガスの海洋固定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は炭酸ガスを海洋に固定化する方法に係り、特に
炭酸ガスを直接海洋中の深海に導き、炭酸ガスと海水と
の水和物を生成させることにより炭酸ガスを海洋中に固
定化する方法に関する。

〔従来の技術〕

地球環境問題に関し、温室効果ガスに起因する地球温暖
化の現象が問題となっている。温室効果ガスとしては、
大気中の炭酸ガス（Ｃｏ、）メタン（ＣＨ，）　、亜酸
化窒素（Ｎ２［＋）　　フロンガスなどが挙げられるが
、このうちフロンガスはオゾン層破壊の主因物質である
ことが判明し、西暦２０００年を目途に全廃の方向で世
界的に確認されている。

Ｃ０２は石炭、石油、天然ガスといった化石燃料の消費
によって排出され、大気中でのその濃度が圧倒的に大き
いことから、温暖化の主因とされており、その増加が問
題となっている。温暖化の影響として、海水温度上昇に
伴う海水の膨張、北極、南極の氷の溶解などによる海面
上昇、降水量の変化など気象への影響、またそれらの生
体系への影響が指摘されている。このため、温暖化抑制
のためにＣＤ２発生量の削減が重要課題となっている。

００２発生量削減のために発生源の代替エネルギーなど
の検討がなされている一方で、地球の表面の７０％以上
が海であり、「海洋を利用したＣＤ２固定法」による削
減が提案されている（化学工学誌、　Ｖｏｌ　５４．　
Ｎ（１１）　。例えば１）海洋施肥法、２）深水循環、
表層混合法、３）沈み込み流利用法、４）直接吸収法、
５）海藻による固定法等である。

このうち、１）海洋施肥法は海洋表層にはカルシウムイ
オンが大量に溶存しているが、リン、窒素などの栄養分
はゼロに近く、植物性プランクトンが増殖しないため、
海洋表層にリンや窒素肥料を散布し、プランクトンの増
殖と死滅・分解による大気中Ｃ０２の海洋への吸収固定
を促進させるものである。

２）の深水循環、表層混合法は、太陽光の届かない海洋
の深水層では、リンや窒素の溶存濃度が表層より高く、
人工的な湧昇流により表層に循環させることで、前記プ
ランクトンによるＣＤ２の吸収を促進させるものである
。

３）沈み込み流利用法は、地球の海洋に大循環流があり
、ノルウェー沖で冷却された海水が深層に沈み込み、大
西洋を南下してインド洋、太平洋へと流れ、その過程で
表層に現れて再びノルウェー沖に戻るといわれる。この
ため、ノルウェー沖において沈み込み流を利用して海中
に００２を吸収固定する可能性が提案されている。

４）の直接吸収法は、排出されるＣ０２を直接海水中に
導き吸収させる方法である。同様にＣＤ２を海洋に投棄
する考えは、以前に検討された報告がある。一つはＣＯ
３の海水によるスプレー吸収及び海中バブリング法の検
討で、他は液化炭酸ガスを深海へ注入する場合のコスト
試算である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のＣＯ３削減対策については、現状では具体化でき
る技術はなく、それぞれ次の問題がある。

１）海洋を利用する海洋施肥法や深水循環法などは、間
接的で気長なＣＤ、固定システムであり、現状の００２
増加に対する緊急の削減対策としては対応できない。

２）海洋への直接吸収法では、Ｃｏ２は海水に飽和量し
か溶解せず、はとんどのＣｏ２は大気中に放散する。

３）上記海洋への吸収法は、海水のｐＨが酸性に変化し
、海洋の生体系に直接影響する。

など、いずれもＣＯ２を処理して削減するには問題があ
る。

本発明の目的は、上記問題を解決し、ＣＯ，を直接海洋
に固定し、多量の炭酸ガスを迅速に処理することが可能
な炭酸ガスの海洋固定化方法とその装置を提供すること
にある。

〔課題を解決するた杓の手−段〕 上記目的を達成するために、本発明では、炭酸ガスを海
洋に固定化する方法において、水圧１３気圧以上及び温
度−４℃〜１０℃の範囲で、海水と炭酸ガスとを接触さ
せ、炭酸ガスと水との水和物を生成させることを特徴と
する炭酸ガスの海洋固定化方法としたものである。

また、上記性の目的を達成するた杓に、本発明では、炭
酸ガスを海洋に固定化する装置において、炭酸ガスを圧
力１３気圧以上で供給する手段と圧力１３気圧以上で温
度−４℃〜１０℃の海水中にガスを導入することのでき
るガス導入管とからなり、該導入管に海水の逆流を防止
する機構を設けたことを特徴とする炭酸ガスの海洋固定
化装置としたものである。

上記の固定化方法において、炭酸ガスと水との水和物を
生成させるには、炭酸ガスが液化炭酸ガスとなる条件で
反応させるのが好適であり、液化炭酸ガスとするには、
圧力２８気圧以上で、温度は一４℃〜１０℃の条件で反
応させるのがよい。

本発明においては、ＣＯ，を海洋に導入管で導き、１３
気圧以上及び温度−４℃〜１０℃の範囲の海面を導入管
に作り、該海面でＣＤ２と海水を接触させＣＤ□と海水
中の水との水和物を生成させることにより、その自重で
海中に沈降させ固定することができる。また、上記ＣＯ
，密度が海水と同じかそれより大きい範囲の条件下にガ
ス導入管で海面に作り、液化ｃｏ２を吹き込み前記水和
物を生成させ、水和物とともに液化ＣＯ。

を海中に固定することができる。更に、ＣＤ２を含むガ
スにより前記条件の海面を作り、液化ｃｏ２は海中に固
定し、液化しない他のガスは適宜導入管の外に放出する
ことができ、このようにすることにより、海中にＣＯ２
を直接、且つ大量、迅速に固定して処理することができ
る。

上記の海洋固定化装置において、炭酸ガスの供給手段は
、供給量の制御機構を有するのがよく、また、ガス導入
管には、混合ガスを用いた場合の炭酸ガス以外の液化し
ないガスを抜き出すガス放出機構を設けるのがよく、更
にガス導入管の先端部には、振動又は攪拌手段を設ける
のがよい。

〔作　用〕

本発明は、Ｃ０２と海水を接触させると、Ｃ０２分子と
水分子とが結合して、水和物（クラスレート）を生成す
ることに着目してなされたものである。海中へのＣＯ２
バブリング法では、ＣＯ２は海水に飽和溶解量しか吸収
できず、過剰のＣＤ２は海中から大気に放散される。又
、ＣＤ□溶解により、海水のｐＨが酸性に変化して、直
接海洋の生体系に影響する。しかし、前記タラスレート
は塩濃度は変化するものの、海水ｐＨへの影響は少ない
。又、海氷より重く　（比重的１．１）　　自重により
沈降するた杓、ＣＤ、を海中に固定できる。

第７図は、Ｃ０２の圧力−温度線図を示す。沸騰線を境
にガス相と液相が存在する。前記タラスレートは海中を
模擬した（例えば、５０気圧、水温５℃）高圧ベッセル
内において、液化Ｃ０２と海水を接触させると生成し、
タラスレートが温度１０℃以下で生成することを実験で
確認した。

第８図は海水温度と水深の関係の一例を示す。

水温の比較的高い太平洋の沖縄海域でも、６００メート
ルの海中になれば水温は１０℃以下であり、上記１０℃
以下の温度条件は海洋においては容易に得ることができ
る。タラスレートは海水温度が低い方が生成し易い。海
水の凍結温度は約−４℃であるが、凍結して氷となれば
タラスレートは生成しない。したがって、タラスレート
生成の温度範囲は一４℃から１０ｔである。

一方、水深３．０００メートル（３００気圧）のような
深海にＣＯ２を導入した場合、水温５℃以下ならば液化
ＣＤ２の密度（約１．０５　ｍｇ／　ｃｃ）は海水（同
１．０３　ｍｇ／　ｃｃ）より大となる。このため、前
記条件の深海にＣＤ２を吹き込めばクラスレートととも
に液化ＣＯ２もその自重により海底に沈殿して固定する
ことができる。ここで、導入管の海面に直接ＣＯ２を圧
入して押し下げるようにすれば、所定の水深の海面に至
る前で任意にタラスレートが生成−し、やがては導入管
内が閉塞する。このため、ガス導入管内に海水が進入し
ないように海水の逆流防止機構を具備したものとする必
要がある。

なお、本発明の主目的はタラスレート生成によるＣＧ□
の固定であるが、海中では炭素の多くは、ＨＣＯ３−の
形で溶解しており、液化ＣＯ□を吹き込めばその量が増
大し、次の化学平衡式から２ＨＣ［］］３−モ全Ｃ］２
＋ＣＯ３’−＋　８２０ＣＤ３′−がＣａ　２＋と反応
して炭酸カルシウム（ＣａＣＬ）が生成し、より安定な
形で固定できる可能性がある。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により、図面を用いて説明するが
、本発明はこれらに限定されない。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図である。第
１図においては、液化ガス貯槽１、高圧ポンプ２及び海
中へのガス導入管３で構成される。ＣＤ２を圧縮して液
化ＣＯ２として液化ガス貯槽１に貯約、これを高圧ポン
プ２で送液し、ガス導入管３を介して圧入して海中に導
く。

第２−ａ図及び第２−ｂ図に該ガス導入管先端の詳細な
断面図を示し、操作方法を説明する。

ガス導入管３の先端は弁５を具備しており、水圧により
弁が閉じ、海水の導入管内への逆流を防止する（第２−
ａ図の状態）。高圧ポンプ２で液化Ｃ０２を送液し、所
定の水深の気圧以上に導入管内を昇圧すると、弁５が開
き（第２−ｂ図の状態）、液化ＣＤ２は海中に流入する
。この時点で液化Ｃ０２４は順次タラスレート７を生成
し、海底に沈降する。

実施例２ 第３図は、ガス導入管３の先端を裾広がり状にした実施
例を示す断面図である。実施例（但し、高圧ベッセルで
の実験）　　５０気圧（水深５００メートルに相当）水
温５℃の条件では、液化ＣＯ２の密度（約０．９１　ｍ
ｇ／　ｃｃ）は海水（同１、０３　ｍｇ／　ｃｃ）より
小さく、液化ＣＤ２が上層、海水が下層でその海面にお
いてクラスレートが生成し成長する。すなわち、第３図
でタラスレート７は順次生成するが、過剰の液化ＣＯ２
は浮上する。このため、導入管先端で液化Ｃ０２を回収
し、タラスレート生成海面の面積を大きくし、さらに超
音波などの振動発信器８を取り付け、振動を付加するこ
とによりタラスレート層を海面から脱離、落下させると
ともに、タラスレート生成効率を高とる。

実施例３ 第４図は、ガス導入管先端に逆止弁９とノズル１０を組
み合せて構成した実施例を示す断面図である。所定の気
圧以上に昇圧されて送液した液化ＣＤ、４は、逆止弁９
を経てノズル１０から液滴４ａで噴出する。噴出されだ
液滴４８が微細なほど海水との接触効率はよく、また液
滴が核となってタラスレート生成速度が大となる。

実施例４ 第５図は炭酸ガスを含むガスを直接海洋に固定する場合
の実施例を示す概略構成図である。

ガス圧縮機１１でガスを圧縮し、ガス貯槽１２を経て、
ガス導入管３ａで海中に導く。第６図にガス導入管３ａ
の詳細な断面図を示す。ガス中のＣＯ□は導入管の任意
の位置で液化し、所定の水深において前記同様弁５が開
き、海中に流出してクラスレートを生成させる。一方、
ガス中の大部分の液化しないガス４ｂ（例えば、窒素な
ど）はガス導入管の任意の位置から排気管３ｂに導き、
地上の海面において保圧弁１３で圧力制御して放出する
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、以下の効果がある。

１）炭酸ガスと水との水和物を生成させることで、水和
物の自重により沈降するため炭酸ガスを海底に固定でき
る。

２）炭酸ガスは水和物となっているため、海水のｐＨ変
化は少なく、海洋生体系に直接影響しない。

３）炭酸ガスを多量、迅速に直接処理することができ、
炭酸ガスの削−減効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の概略構成図、第２−ａ図
及び第２−ｂ図は、ガス導入管の詳細断面図、第３図及
び第４図は、他の実施例のガス導入管の詳細断面図、第
５図は本発明による他の実施例の概略構成図、第６図は
、第５図に用いるガス導入管詳細断面図、第７図は炭酸
ガスの温度−圧力相平衡図、第８図は海水温度と水深の
関係を示すグラフである。 １・・・液化ガス貯槽、２・・・高圧ポンプ、３・・・
ガス導入管、４・・・液化ガス、５・・・弁、６・・・
バネ、７・・・クラスレート、８・・・振動発信機、９
・・・逆止弁、１０・・・ノズル、１１・・・ガス圧縮
機、１２・・・ガス貯槽、１３・・・保圧弁特許出願人
　　株式会社　日立製作所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭酸ガスを海洋に固定化する方法において、水圧１
   ３気圧以上及び温度−４℃〜１０℃の範囲で、海水と炭
   酸ガスとを接触させ、炭酸ガスと水との水和物を生成さ
   せることを特徴とする炭酸ガスの海洋固定化方法。 ２、炭酸ガスが、液化炭酸ガスである請求項１記載の炭
   酸ガスの海洋固定化方法。 ３、炭酸ガスの密度が、接触する海水より小さい場合、
   炭酸ガスと海水との接触による生成水和物の自重により
   海中に沈降させることを特徴とする請求項１記載の炭酸
   ガスの海洋固定化方法。 ４、液化炭酸ガスの密度が、接触する海水と同程度以上
   の場合、炭酸ガスと海水との接触による生成水和物及び
   液化炭酸ガスの自重により海中に沈降させることを特徴
   とする請求項２記載の炭酸ガスの海洋固定化方法。 ５、炭酸ガスが、他のガスとの混合物である請求項１記
   載の炭酸ガスの海洋固定化方法。６、炭酸ガスを海洋に
   固定化する装置において、炭酸ガスを水圧１３気圧以上
   で供給する手段と水圧１３気圧以上で温度−４℃〜１０
   ℃の海水中にガスを導入することのできるガス導入管と
   からなり、該導入管に海水の逆流を防止する機構を設け
   たことを特徴とする炭酸ガスの海洋固定化装置。 ７、炭酸ガスの供給手段が、供給量制御機構を有するこ
   とを特徴とする請求項６記載の炭酸ガスの海洋固定化装
   置。 ８、ガス導入管に、炭酸ガス以外の液化しないガスを抜
   き出すガス放出機構を設けたことを特徴とする請求項６
   記載の炭酸ガスの海洋固定化装置。 ９、ガス導入管の炭酸ガス放出端に、振動又は攪拌する
   手段を具備したことを特徴とする請求項６記載の炭酸ガ
   スの海洋固定化装置。