JPH09508853A - 大気の二酸化炭素の低減する為の輸送機関及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、二酸化炭素の処理のための方法及び輸送機関（１−３）に関するものである。二酸化炭素ガスは固体化され、少なくともその一部分が堆積層中に固定されるような開放された水中を自由落下させられる。堆積物によって、海洋環境は炭酸塩隔離を介する全体的な炭素吸い込みとなることを保証する。

Description

【発明の詳細な説明】 大気の二酸化炭素の低減する為の輸送機関及び方法 本発明は、二酸化炭素ガスの処理の為の処理及び輸送機関に関するものである 。ガス状の二酸化炭素は大気中に存在して、自然に製造されるものである。それ はまた、工業活動の副製造物である（人為改変の二酸化炭素）。上記処理は、大 気中の二酸化炭素の固体化、少なくとも部分的に、開放された水の底の堆積物の 中の上記固体二酸化炭素を固定することを含む。上記輸送機関は、二酸化炭素が 開放されている水中を自由落下をさせられた場合、少なくとも部分的に地質的に 深い堆積形成物にそれ自身を固定させる形態の固体化された二酸化炭素を含む。 二酸化炭素は世界的な温暖化に寄与する主な温室ガスの一つと考えられている 。大気中の二酸化炭素濃度の増加を相殺する二酸化炭素を大気から分離する幾つ かの固体が提案されている（オール．ジェー．シー、ネイチャー、３５７刊、２ ８３−２８４（１９９２年）,(Ｏｒｒ．Ｊ．Ｃ，Ｎａｔｕｒｅ，Vol.357,283-28 4)、ナキセノビック、エヌ．ジョン、エイ．エネルギー、１６刊、Ｎｏ．１１／ １２、１３４７−１３７７（１９９１年）、(Nakicenovic,N.&John,A.,Energy v ol.16,NO11/12,1347-1377 1991)、デ バール、エイチ.ジェー.ダブリュー．、 エネルギーコンバース．エム．ジー．エム、．３３刊、ＮＯ．５−８、６３５− ６４２（１９９２年）、(De Baar,H.J.W.,Energy Convers.Mgmt.Vol.33,NO.5-8, 635-642 1992)、及びウイルソン、ティー．アール．エス．、エネルギーコンバ ース．エム、ジー、エム、３３刊、ＮＯ．５−８、６２７−６３３（１９９２年 ）、(Wilson,T.R.S.,Energy Convers.Mgmt.Vol.33,No.5-8,627-633 1992)）。 深い大洋の利用は、過剰な大気中の二酸化炭素に対して可能性のある適切な媒 体として提案される。（マーシャッチ、シー．、気候変化 １、５９−６８ １ ９７７年、(Marchetti,C.,Climate Change 1,59-68 1977)）。研究は、大洋のと ても深い場所における二酸化炭素の処理の必要を強調する、例えば３ｋｍより深 い場所で、かつ大気に二酸化炭素の急速な開放を防ぐ為に、沈んでいく潮流を利 用する。（ヘルゾック、エイチ.、ゴルブ、ディー．アンド ゼムバ、エス．エ ンブ．ポルグ．１０、６４−７４ １９９１年、(Herzog,H.,Golomb,D.&Zemba,S .Env.Prog.10,64-74 1991)）、及びバカストウ、アール.アンド ステゲン、ジ ー.アール.プロック、大洋、１９９１ ３刊、１６５４−１６５７、アイ．イー ．イー．イー、ホノルル、ハワイ １９９１、(Bacastow,R.&Stegen,G.R in Pr oc.Oceans 1991 Vol.3,1654-1657 IEEE,HonoLulu,Hawaii,1991))。 さらに最近の研究は、二酸化炭素を海水中で分解させ、溶解したガスをさらに 深い所へ輸送することの結果による水中の二酸化炭素濃度の増加を信頼する事に より、二酸化炭素の浅い注入でさえも考えることができると示している。（ホウ ガン、ピー．エム、アンド ドラング、エイチ.、ネイチャー、３５７刊、３１ ８−３２０、(Haugen,P.M.&Drang,H.,Nature,Vol.357,318-320,1992)）。それは 、もし二酸化炭素が沿岸に注入されると（２００−４００ｍ水準の深さで）、比 重潮流は、水に運ばれている濃二酸化炭素を、底の斜面に沿って深い水に向かっ て、輸送することができると、提案している。固体、ガスの混合物として海へ直 接注入すること、又はポンプ作用によるもののどちらか一方、及び所望の深度で 二酸化炭素の注入に依存するという大筋が記載されている処理の両方は、加圧下 で二酸化炭素を含んでいる海水を人工的に豊富にするものである。エネルギー及 び主要なコストに関して深海洋の処理よりも、沿岸地域での二酸化炭素の浅い注 入のほうが高価でないということを、それらは論じている。（ホウガン、ピー． エム、アンド ドラング、エイチ.、ネイチャー、３５７刊、３１８−３２０、( Haugen,P.M.&Drang,H.,Nature,Vol.357,318-320,1992)）。 処理媒体としての二酸化炭素に対する海洋環境の選択は、海洋水及び堆積物が 大きな炭素サイクルにおいて重要な役割をしていること、かつ自然炭素の主な沈 下物及び供給源として知られていることに基ずく。堆積物は、海洋環境が炭酸塩 隔離を介した炭素沈下物全体であるということを保証する。海水自身は、炭酸イ オン及び重炭酸イオンとして、又は炭酸ガスが溶解したものとしての大量の炭酸 を含んでいるが、大気中の二酸化炭素と動的な交換上にシステムがあり、温度及 び塩濃度に依存するものである。海洋環境はこのガスの為の吸い込み又はソース として振る舞うことができる。 この理論によって、不確実に深い水又は浅い水のどちらにおいての溶解による 、二酸化炭素処理方法を作っていて、潜在的な生物学の影響とは無関係なもので あり、経済的に及び社会的に許容できるものである。海洋水の二酸化炭素を希釈 し、溶解させる能力は非常に大きなものであり、地質的プロセス（数百万年）に より、堆積鉱物として長時間それを隔離するように、自然プロセスは二酸化炭素 を隔離する傾向にあり、深海水の形成又は主たる生成物のような物理的及び生物 海洋学的な変化は二酸化炭素を非常に高速（数百年に対する数十年）に大気中に 放出する能力かもしれない。これまでに提案されている技術は、このように不変 でかつ／又は長期の間処理固体を保証することなしに、相対的に近い将来におい て問題を表示する傾向のみであるだろう。（ホッフアート、エム.エル．、ウェ イ、ワイーシー．、カレガリ、エー．ジェー．、ブロッカー ダブリュー．エス ．、気候変化、２、５３−６８ １９７９(Hoffert,M.L.,Wey,Y-C.,Callegari,A .J.,Broecher W.s.,Climate Change,2,53-681979)） 海溝（深さ６−８ｋｍ）及び深海の平野（深さ３−５ｋｍ）といった深い大洋 地域は、地球上で最も近づき難い場所であり、潜在的な急速な気候の変化によっ ても分裂されそうもない。深海の海洋堆積物は、量的に２種類の主な堆積、深海 粘土及び炭酸塩、で形成させる。前者は、主に遅い速度（１００年で１０ｍｍ以 下）で沈殿させられた粒子から引き出された（岩石起源の）細かい粒状の地面か らなり、選択された微小成分内には豊富であるフェロマンガン層のような自生の 構成物（水素を含んでいる）もまた含んでいるかもしれない。（チェスター、ア ール．、及びアストン、エス．アール．、深海堆積の化学；化学海洋学から、エ ヂス リレイ、ジェー．ピー．、及びチェスター、アール．６、３４刊２８１− ３８３、１９７６、(Chester,R.,and Aston,S.R.,The Chemistry of Deep-sea s edimennts; In Chemical Oceanography,Eds Riley,J.P.,and Chester,R．Vol．6 ,34，281-383,1976)） 他方、深海の炭酸塩は急速な速度（１００年に１０ｍｍ以上）で堆積していき 、微小成分においては通常ストロンチウムよりも相対的に量が少ない石灰岩の貝 の破片を主な比率含んでいる。（ベルガー、ダブリュー．、エイチ．、生命起源 の 深海堆積物、生成、保護及び解釈、化学海洋学、エヂス リレイ、ジェー．ピー ．、及びチェスター、アール．５、２９刊 ２６５−３７２、１９７６、（Berg er,W.,H.,Biogenous Deep-sea sediments;production,preservation and interp retation,Chemical Oceanography,Eds Riley,J.P.,and Chester,R.Vol.5,29,265 -372,1976)）海洋環境によって、地球の表面の半分を少し上回る程（２６８／５ １０．１０^-6ｋｍ²）を取り囲んでいて、そこにおいては、深海底の約半分は石 灰岩の分泌物によって覆われ、従って深海底の約半分は、ほとんどが惑星の表面 の材料で覆われた広められた地殻である。（ベルガー、ダブリュー．、エイチ． 、生命起源の深海堆積物、生成、保護及び解釈、化学海洋学、エヂス リレイ、 ジェー．ピー．、及びチェスター、アール．５、２９刊 ２６５−３７２、１９ ７６、(Berger,W.,H.,Biogenous Deep-sea sediments;production,preservation and interpretation,Chemical Oceanography,Eds Riley,J.P.,and Chester,R.V ol.5,29,265-372,1976)） 追加して、本発明は、 二酸化炭素を固体化する手段と、 上記固体二酸化炭素を開放されている水の底の沈降物に少なくとも部 分的に固定させる手段と、 を含む二酸化炭素ガスの処理のための方法を提供する。 望ましいのは、上記海底沈殿物は、４ｋｍの深さにあり、かつて炭素がおかれ ていて、炭素の為の安定した吸い込みを形成する炭酸塩補償深度（ＣＣＤ）より も浅い深度で惹起される上記大洋の沈降形態の炭酸塩が豊富な堆積物である。選 択的に望まれている海底沈殿物は、二酸化炭素が大気に放出されるのに効果的な 障壁としても振る舞う４ｋｍ又はそれより深い所の柔らかい粘土の種類である。 本発明は、二酸化炭素は−７８．５℃に冷却するで固体として得られるという 事実に依存するものである。凍っているときの比重は、海水のおおよそ１．５倍 （１．５６）である。 二酸化炭素が開放されている水中を自由落下させられる場合、二酸化炭素が上 記開放されている水の堆積物底に少なくとも一部分固定させられるような物理的 な次元において、固体化された二酸化炭素を含んだ二酸化炭素の処理の為の輸送 機関を提供する。以下で、係る輸送機関は固体二酸化炭素貫通機として記載され る。望ましい具体例は流体力学的な形態、例えば魚雷形態、の凍結された二酸化 炭素を含んでいる。係る実施例においては、固体二酸化炭素が開放されている水 中を自由落下させられている場合、海底の柔らかい堆積物を貫通するだろう。 上記二酸化炭素は大気に拡散される前に、それらの供給源から直接人為改変の 排気ガスが排除されているものであるのが望ましい。 上記貫通機がそれ自身を開放されている水の底に完全に固定されない場合、上 記固体二酸化炭素貫通機の部分的固定化が発生する。このことは、重量が５トン 以下の小さな貫通機の場合、密度が１．５ｋｇｄｍ^-3以下の場合、に発生する。 この密度が高い場所においては、均等な部分的貫通の為に上記貫通機の重量は低 くなる。本発明によると二酸化炭素を処理する目的の為に、固体二酸化炭素貫通 機は完全にそれ自身を上記開放された水底に固定化されることが望ましい。上記 固体二酸化炭素自身を全て開放された水の堆積物底に固定させる為には、少なく とも２０ｍ／ｓの終端速度が要求されている。 終端速度、密度及び堆積物の応力は上記貫通機の設計に関して考慮されなくて はならない。貫通の充分な深さが堆積物底に達する重大な要素は、上記貫通機の 密度である。このことを増加させる為に、例えば上記固体化された二酸化炭素の 周囲の管において、上記固体二酸化炭素は製造中幾つかの重金属の削りくずとの 混合、又は幾つかの重金属もしくはプラスチック材料のどちらかとクラッドされ てもよい。選択的に上記貫通機は固体金属をノーズコーンにしてもよい。魚雷は スチールで作られていて、重量が２０００ｋｇ程度であることから、堆積物への 貫通が３０ｍ以上であることを示している相似的に設計された流線型発射体を利 用して、大西洋海底において、実験が着手された。 開放されている水中を自由落下させられている形態の固体二酸化炭素で、流体 力学的に効果的な形態は、それ自身を上記開放された水底に少なくとも部分的に 固定させられるであろう。例えば固体二酸化炭素の堅固な塊はそれ自身固定され ないであろう、それは開放された水中を自由落下するに伴う終端速度が充分なも のでないからである。しかしながら、もしそれが劣化したウランの覆い上（密度 が１８ｋｇ．ｄｍ^-3）に位置させられたのなら、上記過剰の密度によって部分的 に固定される結果となるだろう。類似的に覆われている二酸化炭素の球は部分的 固定に充分な密度に達成させられるであろう。 上記貫通機の製造は沿岸工業用地又は選ばれていた処理用地の浮遊しているプ ラットホームで実施することができる。上記貫通機は、それらの表面が進水に対 して流体力学的になめらかであるように準備されていることがのぞましい。 このことを保証する方法の一つは、提案されている貫通機の形及び全体の寸法 を保持する金属、又は柔軟若しくは堅い熱抵抗プラスチックで作られる垂直管に おいて上記二酸化炭素が固体化されることである。熱シールドとして振る舞い、 かつ上記水柱を介する流体力学的によい流れ及び充分な堆積物への貫通を保証す る金属（スチール）ノーズコーンがあるのが望ましい。 それらの管の上記垂直貫通機は、その後進水に関して準備される。上記管を少 し加熱（上記進水管に固定されている電気コイルを利用して）することによって 、上記管と直接接触している上記固体二酸化炭素の表面の昇華が惹起され、かつ 放出させられたガスは上記貫通機をそれ自身の重量で上記進水管から滑り出るよ うにさせる潤滑剤として振る舞う。上記熱技術は、結果的な貫通機の表面が水柱 を介する流体力学的によい動作を提供する自然ななめらかなものである、という こともまた保証する。進水が始まる前に、管の尾部フィンは上記貫通機の後部分 に押しつけることができる。 上記貫通機が水中を移動している間、上記貫通機からの二酸化炭素の主な融解 を防ぐ為、上記貫通機はその表面上に凍結された液体層をさらに含んでいる。上 記凍結された液体は、氷と水の混合物であるのが望ましい。二酸化炭素ガスの処 理の為の上記方法は、このように凍結された液体の型内部の上記二酸化炭素の固 体物と、固体化された二酸化炭素を伴い凍結された二酸化炭素で充満されている 型と、及び／又は凍結されている液体層でしっかりと囲まれている上記固体化さ れている二酸化炭素とを含んでいる。 本発明は、請求項１で請求されているように二酸化炭素ガスの処理に用いられ る、又は請求項１３から１５のうちの一つに記載されている輸送機関との組み合 わせにおいて用いられる、凍結された液体を含む型をさらに提供する。 本発明は現在添付している図面に関する参照を伴う実施例の方法によってのみ 記述される。それらにおいては、 図１は後部胴体抗力係数、円錐形胴尾のＣｄａを示すグラフである。 図２は平板上の乱気流境界層の外板摩擦抗力係数を示すグラフである （カルマン、ショーネルの公式(Karman-Schoennherr formula)）。 図３は配置における翼相当構成物及び胴体相当構成物の経験的な形態 要素を示すグラフである。 図４は本発明にかかる輸送機関の概略図である。 図５は貫通機の密度及び重量に伴う終端速度の変化を示すグラフであ る。 図６は温度及び圧力を範囲とした二酸化炭素及び水に関する相ダイヤ グラムである。 図７は本発明による輸送機関と結合して利用する凍結された液体型の 概略表示図である。この図は尾部フィン、金属ノーズコーンの熱シールド（３） を有する魚雷形態のもので、氷と水に覆われている層（１）が固体化された二酸 化炭素（２）を囲んでいることを示すものである。 図８は貫通機の密度及び重量に伴う終端速度の変化を示すグラフであ る。 図９は温度及び深さを範囲とした二酸化炭素及び水に関する相ダイヤ グラムである。 図１０は全体的な炭素の循環の概略図である。 以下は本発明の工学技術及び地球化学の観点から、考慮されなくてはならない 幾つかの主な要素の詳細である。これらには固体二酸化炭素貫通機の設計、自由 落下水柱速度及び溶解速度、堆積物固定深度及び粘土基盤の炭酸塩が豊富である 堆積物内での二次的な地球化学的振る舞い、が含まれる。ＩＧＷ石炭燃焼発電所 で年間に生産される二酸化炭素の処理の為に必要な貫通機の数量の概算も含まれ る。 非常に冷たい二酸化炭素が上記貫通機の胴体上で非常に薄い氷の膜に凍結する ことで、上記貫通機が上記水柱を自由落下したとき、上記貫通機の抗力係数は変 化することができる。この薄膜は、上記貫通機の表面をとてもなめらかにし氷の 立方体が水に導入されたように、上記貫通機の表面と水との摩擦を減少させるよ うに振る舞うことができ、従って上記終端速度を増加させる。上記貫通機の胴体 上を流体力学的に適切な流れをさせる為、及び上記貫通機の熱シールドとして振 る舞う為に上記貫通機のノーズコーンを金属で作ったことは都合がよい。このこ とは、増加されている終端速度を導いている上記貫通機全体の密度の増加の利点 を有する。 上記貫通機の達成可能な自由落下速度又は終端速度は、浮力と流体力学的抗力 の平衡によって決定される。速度を最大化する為に、上記貫通機の設計は可能な 限り抗力をなくすように、かつ露出した表面摩擦に対する抗力を減少するように 試みる。与えられている形態に対する抗力係数の評価は、航空産業においては慣 用的に利用されている半経験的方法に基ずくものである。流体力学的な問題に対 する航空力学的データーの適用は、ニュートンの水と空気の両方の流体特性によ り、基本的には正確なものであり、かつ可能なキャビテーションを妨げる非常に 高い流体静力学的圧力によって、本発明に従ってさらにさらに単純化されている 。 全輸送機関抗力（Ｃ_D）は、３つの要素を伴う； 1)Ｃ_Da−先端が切られている尾部による圧力抗力（いわゆる後部胴体 抗力）； 2)Ｃ_Df−境界層によるプロファイル抗力（摩擦＋圧力）；及び 3)Ｃ_Dr−位置されている荒さ及び／又は突出物による追加抗力 従ってＣ_D＝Ｃ_Da＋Ｃ_Df＋Ｃ_Dr 後部胴体抗力は、経験的データーの相互関係から評価される（図１）。各構成 物（胴体及びフィン）の摩擦抗力は、正確な表面に対する参照を用いて、局所的 な超過速度を考慮に入れる形態要素で校正されたレイノルズ数において、平面に 比例するものである。 従って、Ｃ_DfＡは以下の公式で表現される； Ｃ_DfＡ＝Ｃ_f.Ｓ_w（Ｓ．Ｆ）の総合計 上記合計は、幾つかの成分に拡張される。 Ａ＝貫通機胴体の断面領域（流体力学係数Ｃ_D，Ｃ_Df，Ｃ_Drに対する 参照表面としても与えられている）、 Ｓ_w＝湿っている貫通機表面 Ｓ．Ｆ=形状要素、及び Ｃ_f＝参照表面に関する摩擦抗力係数 上記貫通機と上記水柱との間の上記境界層は、非常に大きなレイノルズ数（１ ０⁸オーダーの）による完全な乱流があることが仮定される。上記貫通機の上記 表面は流体力学的に滑らかであると考えられる。つまり臨界値よりも低い平均粗 度を伴っている。 図４は本発明に関する貫通機の概略形態を示すものであり、ここでは； Ｌ_N＝ノーズ長 Ｌ＝全貫通機長 Ｌ_T＝尾翼長 Ｄ_ia=貫通機胴体直径 Ｃ_R＝フィン根翼弦 Ｃ_T＝フィン先翼弦 Ｄ_B＝ベース直径 Ｂ＝フィンスパン Ｘ_F＝フィンアーム（上記貫通機の重心の中心から平均航空力学弦の １／４） 提案されている外形（図４）の流体力学的計算の一連は、貫通機重量の広い範 囲の為に引き受けられている。５トンから１０００トンの一連の貫通機、及び１ ．５（純固体二酸化炭素）、２．０及び２．５（比重の変化に対する効果を示す 為）の３つの比重に対して、結果は図５に示されている。貫通機の上記範囲、及 びそれらが達されるであろう固定深度から得られる上記速度は、表１に示される 。これらの計算を基礎にして、自由落下速度（完全な尾翼の貫通を得る為の）は 、固体ＣＯ₂の自然比重では、１００トン以下の貫通機を伴って得ることができ る。 本発明の上記方法を実施するのに重要な要素は、水柱中での自由落下中の上記 観入機からの二酸化炭素融解、及びこの結果として二酸化炭素貫通機から重大な 質量損失があるか否かである。二酸化炭素の溶解は、周囲の海水の温度及び圧力 、貫通機が降下中に上記貫通機が達成する速度、従って水柱においては有効であ る時間の長さ、を含んでいる幾つかの要素に依存する。 深さ４０００ｍの処理用地への水柱の自由落下後の、異なる密度の５００トン の貫通機の重量損失の概算例は、表２に与えられる。 ここでは、ＣＯ₂の氷／氷−水界面を基に重量損失が計算されている。 上記貫通機（温度約−１００℃）が相対的に暖かい水（温度約５℃）を移動す るとき、上記温度差は上記水から貫通機質量の損失の可能性を含んでいる上記貫 通機への熱流束を惹起するだろう。必要とされる上記機構は、境界層の乱流を横 切る対流を強制され、かつ伝統的な手順はおおよその予測の為に利用することが できる。この境界層の正確な性質は不明確である。それは液体の水、又はその後 回りの液体の水と接する水−氷の薄い層で覆われている固体二酸化炭素からなっ ていてよい。どちらの可能性の理論も以下に拡張される。 本評価に利用される方法論は、通常空気中を高速で移動する胴体の表面熱流束 の予測に適用される。この特定の場合において、空気と水の主な違いはプラント ル数（Ｐｒ＝μ．Ｃｐ／Ｋ）であり、それは空気に関してはおよそ０．７、水に 関しては１０オーダーである。上記評価は円柱表面に沿った熱流束からなる。不 明確性を減少させる為、上記貫通機は少し増加した密度を与え、ノーズ熱流束を 大幅に減少させる為（例えば熱シールドとして振る舞う）に小さなノーズコーン を保持することが仮定される。約５℃の純水に基ずく、以下の数値は最初の概算 の為に利用される。 密度（ρ_w）＝1000kg．m^-3 粘性（μ） ＝1.57×10^-3kg.ｍ^-3.sec-¹ 比熱（Ｃｐ）＝4204kJ.ｋｇ^-1.℃ 熱伝導率（Ｋ）＝0.57W.m^-1.℃ 上記貫通機は、平均自由落下速度が５０ｍｓｅｃ^-1、及び温度差は−７８℃を 有すると仮定される。ＣＯ₂の昇華熱は１８８ＫＪ．Ｋｇ^-1である。 水中を５０ｍｓ^-1で胴体が移動することにより、熱交換係数が非常に大きなも のとなり、かつ４５ＫＷｍ^-2℃^-1のオーダと推算されることができる。上記推算 上の不確実性は、伴われている非常に大きなレイノルズ数によるものであり、上 記表面の性質及び２相の流れの存在の可能性によるものである。熱交換係数の上 記大きな数値によって、上記胴体と周囲の水の適度な温度差に対する非常に大き な熱流束が惹起される。本ケースにおいて、水と氷の間（ΔＴ＝５℃）の熱流速 は２２５ＫＷｍ^-2であり、水と固体二酸化炭素（ΔＴ＝７８℃）のケースにおい ては、３．４ＭＷｍ^-2まで増加する。 そのような熱束流は、上記貫通機によって吸収され、その核心の温度が−１０ ０℃と仮定される伝導熱よりもはるかに大きいものである。事実、低い熱伝導度 を保持する二酸化炭素の厚さ１ｃｍの層を横切るのに、熱束流は１．５ＫＷｍ^-2 であり、ΔＴ＝１００℃であるのに対して、氷の厚さ１ｃｍの層を横切るのに、 熱束流はおよそ２４ＫＷｍ^-2と計算される（Gmelins Handbuch Der Anorganisce n Chemie,Kohlenstoff,Teil C,Lifererung-1,584pages,Verlag Chemie GhbM,Wei nhein,Germany,(1970)）。かつここでは、温度差の限界が２２℃である（−１０ ０℃から−７８℃）。 結果として、上記貫通機の上記表面は全ての場合において相転移の温度に急速 にさせられるであろう（１秒未満）。従って上記水と胴体との間の温度差は、上 記表面において、材料の一致した相転移を惹起する。上記表面材料の性質は溶解 損失の影響において、重要な役割を演ずる。例えばもし固体二酸化炭素が液体の 水に直接接触した場合、結果的な数値は、熱流速が２．７ＭＷｍ^-2、及び層消耗 速度がおよそ１０ｍｍｓ^-1となる。非常に高い溶解速度である。しかしながら、 終端速度に加速される前で、ＣＯ₂の非常に低い低温が上記貫通機の表面上で水 と氷の固体層の形態に至るような場所において、熱束流は２２５ＫＷｍ^-2に減少 される。上記氷は低い熱束流及び高い液化熱のおかげで、０．７ｍｍｓ^-1の速度 で、まだ段々にとけている。これらの状況において、上記落下中、４０ｍｍの層 の形態は断熱材かつＣＯ₂を守るように効果的に振る舞う。 この現象の二酸化炭素の溶解速度に関する概算は、現場の実験的測定からおそ らく得ることができる（ナカシキ、エヌ．オオスミ、ティ．中央電力研究学会報 告、大洋での固体二酸化炭素の溶解速度及び落下速度、１７ページ、１９９１年 、(Nakashiki，N,．Ohsumi，T,.Shiashima，K,.Centoral Reseach Institute of Electoric Power Report”Fall velocity and dissolution rate of solid car bon dioxide in the ocean”17pages,1991)）。水温が約２５℃、圧力が１気圧 、毎秒１ｍ以下のオーダーの降下速度を保持する二酸化炭素の塊に対して、報告 されている数値は、０．０２３ｇｍ．sec^-1．ｃｍ^-2である。 しかしながら、これらはおよそ２℃、かつ数百気圧の深海の状態、及び熱交換 係数がおおよそ速度に比例していることが違っていることに注意すべきである。 にもかかわらず、貫通機が５００トンの重量を有するので、速度の影響を考慮に いれなくても、上記水柱内の材料の損失速度は約８７ｋｇｓ^-1と計算できる。７ ５秒である落下積分時間を利用して、これは、約５トンと判明し、上記貫通機の 初期重量に比較してわずかな量である（〜１％）。 図６の圧力−温度の相の関係図を基に、大洋深度の広い範囲の熱交換プロセス の詳細な調査がされる。４０−１１００気圧（又は同等な４００−１１０００ｍ ）の大洋状態において、二酸化炭素は、−５６℃から２℃（深度に依存する）の 温度において、固体として残存し、かつ２−１０℃の間の自然な大洋温度では、 クラスレートを形成する。 １０００トン貫通機の熱交換状態は表３に示されている。これらは、前に引用 されているナカシキらによる現場の実験的測定値からなる。 図６に記載されている制限内から、任意に選択されている（しかしながら限定 的でない）一連の深度（１−４ｋｍ）の溶解が発生しうる範囲を調査するした結 果を表４に示す。 状態（ii）において、４０ｍｍ厚の氷の層の形態が、落下中に断熱物及びＣＯ₂ を保護するように効果的に振る舞う。 図４は、機構的熱交換に依存する概算された溶解損失の非常に大きな変化、１ ０００ｍ又はそれ以下の水において保管の可能性を伴うことで、当初の考究より もさらに深くなった処理深度の範囲を明確に示すものである。仮定される最大の 溶解速度でさえ（ケース(1)の各深度）、沿岸用地の上記損失はおそらく容認で きる。 しかしながら、上記熱計算は二酸化炭素の上記表面上の水−氷の明確な薄い層 さえの形態示し、貫通機が溶解損失を意味があるように減少させるべきであるこ とを示すものである。表３で定められているように、４０ｍｍ厚の氷の層の形態 が、落下中に断熱物及びＣＯ₂を保護するように効果的に振る舞う。 上記安定範囲と、これによる保管庫（１１０００ｍ以下、図６）として利用で きる地質的に可能な深度と、溶解速度上で氷ー水の断熱効果のより詳細な研究を 基に、二酸化炭素損失は、有意義に減少させることができる。 海水及び幾種かの炭化水素溶媒としての液体以外の液体もまた、同方法におい て断熱物として利用することができる。 選択的に、二酸化炭素の損失を最小化を保証するために、深い深度に対する処 理に関してさえ、選択された処理用地に貫通機が水柱を落下する間に消費される 壁厚よりも厚い壁厚を有する空洞の水−氷貫通機（図７）のように、上記氷層は 予め形成されてもよい。上記水−氷貫通機は、金属ノーズコーン（熱障壁として ）を保持又は保持せずに、形成されてもよく、かつそれの内部空洞は、その後固 体二酸化炭素で充満されることができる。 上記貫通機周辺の水−氷壁の利用は、以下の例２に記載する。 深海地質形態の広い領域の利用は、豊炭素堆積物からなる。それらは自然安定 保管庫を形成し、かつ大洋に関して、及び従って大気の二酸化炭素濃度に関して 影響を与えるような地質的時間次元上での環境プロセスの結果である。魚雷に形 ずくられた胴体の早い動きの振る舞いを見積もる為に、上記貫通機と周辺の堆積 物との間の相互作用を制御するプロセスを評価するが必要である。貫通機の深度 及びホールクロージャーの２つの特徴は考慮される必要がある。 堆積物内での貫通機の動作に関する抗力は、単純で半経験的な公式を用いる現 在議論の目的の為に概算される。上記抗力は排水されていない堆積物のずれ応力 に比例し、かつ完全な固定後、胴体の断面に比例するノーズベアリングの項、及 び胴体の表面湿度に比例する摩擦の項によって与えられる。 Ｄ＝Ｄ_N＋Ｄ_F＝Ｎ_ed・ＡＣ_u∝_dＳ_wＣ_u ここでは； Ｄ＝土壌の力による、抑制力全体 Ｄ_N＝ノーズベアリング容量による抑制力 Ｄ_r＝表面抗力による抑制力 Ａ＝貫通機胴体断面 Ｓ_w＝貫通機胴体の断面図 Ｃ_u＝排水されていない堆積物のずれ応力 堆積物は、通常の整理されている状態で整理されていることができ、かつＣｕ は深さの関数である。一次相関関係Ｃ_u＝５＋１．２ｚＫＮｍ^-2であり、ここで ｚ＝報告されているデーターとよく一致するように利用されている堆積表面から の深さ（貫通深度）であり（オー．アルプら、環境報告、貫通機オプション部． 高水準放射性汚染の大洋処理、DOE/RW/82.102 1982（O.Arup et al.,Ocean disp osal of high-level radioactive waste,penetrater option.Dept．Dept.Enviro nment.Rep．DOw/RW/82.102 1982)）、（オー．アルプら、環境報告、貫通機オプ ション部．高水準放射性汚染の大洋処理、DOE/RW/82.0551982（O.Arup et al.,O cean disposal of high-level radioactive waste,penetrater option.Dept．De pt.Environment.Rep．DOw/RW/82.055 1982)）、かつ従ってＣｕは、公称ずれ応 力プロファイルとして仮定される。 Ｎ_ed＝経験的データーからの効果的な動ノーズベアリング容量であり、同報告 されたデーターを基に、２０に等しいと仮定される。 ∝_d＝再度（制限されている）経験データーからの、堆積物の感度を含んだ動 摩擦係数であり、０．４に等しいと仮定される。 貫通機の部分的な固定化の間、以下の関係が保持される： Ｄ＝Ｄ_N＋Ｄ_F＋Ｄ_H ここでは、Ｄ_H＝部分的固定化の間、残留流体力学抗力 従って： Ｄ＝Ｎ_edＡＣ_u＋∝_dＳ_eＣ_u＋１／２ρ_wＡV²ＣＤ（１−Ｓ_e／Ｓ_w） ここでは Ｎ_cd＝動ノーズベアリング容量係数 ρ_w＝水の密度 Ｃ_D＝流体力学抗力係数（全ロケット抗力） Ｓ_e＝固定されている貫通機の表面 Ｖ＝速度 このケースにおいて、残留流体力学抗力が上記表面の残り上で働くときにのみ に、摩擦は上記固定化されている表面Ｓｅ上で働く。ノーズベアリング関数は、 尾部の貢献がないために、１８に等しいとされる。 図８は、固定深度において、一定の形態（長さ、直径）において、貫通機の重 量及び密度の効果を示すものである。一つの明確な表示は、密度の増加は全体の 重量の増加よりも、貫通の増加のより効果的方法であることである。軽い貫通機 の完全な固定化が可能にする為に、全体の密度を増加することを介した大きな貫 通機の能力が有効であるが、このことはスチール（比重が約７．８）のような幾 つかの重材料を保持するクラッヂング貫通機でのみ、達成されることができる。 全体の比重が１．５６（固体二酸化炭素）から２．０又は２．５に増加すること は、一定の貫通機の体積に対して無視できない量である、重量が約２８％及び６ ０％別々に増加すること意味する。 従って、完全な尾部固定を保証するためのこの貫通機技術に対する重量の低限 界があることが明らかである。表１は、異なる重量の貫通機に対する尾部貫通を 比較したものである。約１００トンの純ＣＯ₂貫通機が、柔らかい深海堆積物形 態の意味がある深さ（約１０ｍ）にそれ自身を固定させることを見ることができ る。より重い貫通機はより深くに達成することができる。 二酸化炭素に対する安定した吸い込みとしての上記体積物の効果の評価に関し て考慮するべきさらなるポイントは、貫通機の出来事によって地質的障壁が妨げ られる程度である。上記理論は、堆積物表面への開かれている経路は好ましいも のではないこと、及び固定プロセス中、上記経路に流れ込む水によって惹起され る吸入力のおかげで、上記貫通機は、その移動中に大きな堆積物の変化を発生さ せ、堆積物表面の流入物に導かれることを示唆している（ヅウィルスキー、ピー ．テイー．、カルネス、シー．エイチ．深海堆積物貫通機背後のホールクロージ ャー.深海プログラム、年刊報告、１月−９月 １９８１．２刊 ２部、付録シ ー．ジー．サンド ８２−０６６４／１ １９８２（Dzwilewski,P.T.,Karnes,C .H．Hole Closure behind a deep ocean sediment pentrator．Subsea Program, Annual Report,Jan-sept 1981.vol 2,part 2,Appendix CG,SAND 82-0664/1 1982 )）、（ワイン ビー．アール．、エウィングトン、ピー．ジェー、深海貫通機 の輸送中における、堆積物形態のクロージャー特性の調査．３章、ホールクロー ジャー機構のモデル化、深海地質形態において、熱が発生する廃棄物の処理の可 能性及び安全の連続研究のジェーアールシー報告；海底の位置に対する調査技術 、エス．ピー．アイ．０７．シー２．８６．０８／３ １９８６、(Waine B.R. ，Ewington，P.J．Invenstigations into the closure charactisics of a sedi mentary formation during the passage of a deep ocean penetrator．Phase 3,Modelling of hole closure mechanisms.In:JRC Report Series Study of th e feasibility and safety of the disposal of heat generating wastes into deep oc eanic geological formations: E_ngineering investigations for sub-seabed e mplacement,SP.I.07.C2.86.08/31986))。このことは、堆積物に上記貫通機の後 ろを閉じさせる。考慮されている深度の周囲の高圧力のため、キャビレーション は発生しない。 一度深海の地質形態に据え付けられるのに成功している上記貫通機材料の振る 舞いは、一般的な現地の温度状態、圧力状態、及び地質的環境における主な形態 との相互作用に、明らかに依存する。永久に隔離されている二酸化炭素の環境の 自然状態を利用するような保存庫のこのタイプとして、柔らかい粘土炭酸塩堆積 物は、理想的な環境である。柔らかい粘土又は炭酸塩が豊富である特性を保持し 、総計が数百万平方ｋｍであり、間隙水の動きを有する３０００ｍより深い深度 の深海堆積物は、広い領域において無視できるものであることができ、従ってか ぶさっている海水から効果的に、永久に、二酸化炭素を孤立させる。 現場温度及び圧力（約５００ａｔｍ、２℃）において、現状の水温での二酸化 炭素の熱力学的に安定した形態は、クラスレート混合物のような固体であり、そ こにおいては二酸化炭素分子が水分子からなるゲージに保持されている。日本の 海の１５００ｍよりの深い所を観察することで、非常に高い濃度の二酸化炭素を 含んでいる地質的に熱された流束が確認される。このことで、かつて１０℃以下 に冷やされてた場所に沈殿させられていることが知られ、従って、ＮａＣｌ，Ｃ Ｏ₂，Ｈ₂Ｏの３システム内の二酸化炭素の平衡状態として固体網状態を確認でき る（図９）。上記堆積物底の配置深度で熱平衡に達成するまでの間、上記二酸化 炭素貫通機は、上記二酸化炭素と上記貫通機との境界で液体二酸化炭素と固体水 和物からなる過渡相を通り抜ける。さらに、間隙水と周囲の堆積物形態の相互作 用は、最終的な上記貫通機の化学形態を制御する。 溶解された二酸化炭素の部分的な増加は、水相、固体相の両方においての炭酸 塩の反応に影響し、上記堆積物の鉱物溶解に付随するｐＨの減少を導く。 最初の近似のとき、二酸化炭素の無数の貯蔵庫として、かつ現場の温度及び圧 力（例えば２℃及び５００ａｔｍ）での周辺堆積物、間隙水を保持する熱力学的 平衡におけるものとして上記貫通機の周辺領域を考慮することにより、間隙水混 合物の変化は概算することができる。平衡において、全固体二酸化炭素はクラス レートに変形する。それ故に溶解した固体として上記クラスレートを考慮するこ とは（熱力学的観点から）便利なものである。このことは莫大な緩衝容量を平衡 にさせるだろう、例えば塩供給鉱物の大きな過剰の存在である。海洋地質形態の 状態においてではなく、深海状態において、クラスレートの振る舞いは理論的に 研究される。上記網の形態に関する平衡の一定性は、以下に計算される： ＣＯ₂（ｇ）＋７．３Ｈ₂Ｏ（１）＝ＣＯ₂−クラスレート（ｓ） （Ａ） −１．４８℃、ＣＯ₂分圧が１０．２８ａｔｍ、共融点から、 氷＋水＋気体＋クラスレートである。 二酸化炭素の１分子当たりのＨ₂Ｏ分子数の変化は、温度、構成物容量、圧力 に依存する。ＣＯ₂混合物で安定させられている上記クラスレート構造は、この ように２つの小空洞及び６つの大空洞が形成され、配列されている４６の水分子 を含む。大空洞を満たすことはＣＯ₂７．３Ｈ₂Ｏを与えられるだけであるが、と ころが完全な充満はＣＯ₂５．７５Ｈ₂Ｏを与える。このことで、Ｐ−Ｔダイヤグ ラム（図９）の水が豊富な部分によって、不完全な充満が発生することが仮定さ れる。上記ＣＯ₂貫通機周辺のの深海の温度及び圧力（２℃及び５００ａｔｍ） は、上記ＣＯ₂−Ｈ₂Ｏ相ダイヤグラムのＣＯ₂が豊富な部分に位置する。上記ク ラスレート構造は、二酸化炭素分子で完全に充満されていて、従ってＣＯ₂５． ７５Ｈ₂Ｏが与えられる。上記方程式（Ａ）は、予備的な熱力学的評価に用いら れ、平衡定数の数値は完全にＣＯ₂で充満されたクラスレートに対しても有効で ある。溶解された電解質の存在によって、上記クラスレートの安定領域が減少さ れる。このことは、上記クラスレート混合物の変化よりも、むしろ主に水の活動 中の沈下によるものである。イオン化された種は、上記ＣＯ₂−水和物の水素バ ンド構造に入り込むことはできない 熱力学に関する定数の数値の圧力、温度、及び塩分の効果を考慮して、上記堆 積物の融解した鉱物の混合物モデルとして、ＣａＣＯ₃の反応図式が構築される ことができる。方解石、あられ石、磁鉄鉱といった固体炭酸塩は効果的なｐＨ緩 衝システムである。このことで、間隙水のｐＨ値の３．９が与えられる。しかし ながら上記反応の運動は、炭酸塩に対するものに比較して遅いものであるが、堆 積物内のアルミノケイ酸塩はより強いｐＨ緩衝容量さえ示す。従って、柔らかい 粘土炭酸塩堆積物の高いｐＨ緩衝ポテンシャルは、二酸化炭素の場所に対するお およその環境を示唆する。 上記クラスレートと反応する方解石の総量の最初の概算は、要約されている方 程式を基にしてなる： ＣＯ₂−クラスレート（s）＋ＣａＣＯ₃（s） ＝Ｃａ²⁺（ａｑ）＋Ｈ₂ＣＯ₃＊（ａｑ）＋４．７５Ｈ₂Ｏ（1） ここでは Ｈ₂ＣＯ₃＊（ａｑ）＝ＣＯ₂（ａｑ）＋Ｈ₂ＣＯ₃（ａｑ） これは、ｐＨ３．９において、炭酸塩を融解させるのに優れた種である。問題 を単純化する為に、融解堆積は、重量が１×１０⁶ｋｇで、固体二酸化炭素の球 （密度１．５６Ｋｇｄｍ^-3）として与えられ、その半径は約５．４ｍである。各 貫通機は、その後約２．４×１０⁶Ｋｇの炭酸カルシウムを溶解する２．４×１ ０⁷モルのＣＯ₂を含んでいるだろう。密度２．７ｇｃｍ^-3のＣａＣＯ₃（s）を保 持し、上記堆積物の平均炭酸塩含有率が５０ｗｔ％と仮定される、我々はクラス レート融解によって影響される深海堆積物の体積を１．８×１０^-3ｍ³と計算で きる。上記堆積物の間隙率（〜７０％）を考慮するで、ソース項は、全ての炭酸 塩堆積物が融解するｐＨ３．９を保持する、半径が約１１．２ｍの球と一致する だろう。 ここではアルミノケイ酸塩の存在が考慮されていない。高圧かつ低温における ＮａＣｌ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏの異成分からなる堆積物の性質及び熱力学的データーは 、炭酸塩−ケイ酸塩、ｐＨ緩衝の反応の範囲及び速度の情報と共に、知られてい ることが必要である。しかしながら、増加された中和容量は、堆積物変化の空間 的範囲をさらに制限する。 配置後、上記貫通機の時間的、空間的展開を予測するため、上記システムにお いて連続されているプロセスの見積もりが要求される。もし充分に小さい基本体 積が選択されたのなら、上記システムの幾つかの部分は、内部的に平衡であると みなすことができる。しかしながら反応の動力学及び不可逆性は、化学的勾配及 び温度勾配がはっきりしている上記貫通機の付近において重要であるかもしれな い。故に平衡−動力学が結合されている接近はより適切である。このことは、ク ラスレートの最初の融解速度と、動力学的圧縮と、アルミノケイ酸塩及び炭酸塩 鉱物の融解された沈殿物によって強要された溶解度限界と、間隙水中で発生する 水文学的輸送プロセスとを同時に処理することが要求される。３５００ｍの深度 の海底に注入された液体ＣＯ₂の池からの二酸化炭素の融解及び移動は、堆積物 との化学的相互作用を無視するようにモデル化される。５ｃｍ．ｓｅｃ^-1の大洋 の流れを保持し、海水を低いｐＨのＨ₂ＣＯ₃で豊富にする上昇流は４日間に５０ ００ｍ以上移動すると仮定される（オオスミら：溶解及び深海底の源からの二酸 化炭素の近接する移動範囲による、水の濃度変化．エネルギー ゴンバース.エ ム ジー エム ティー、３３刊、５−８、６８５−６９０、１９９２、(Ohsum i et al: Density change of water due to dissolution and near field behav iour of carbon dioxide from a source on deep sea floor．Energy Gonvers.M gmt.vol33,No.5-8,685-690 1992)）。 しかしながら、固定された貫通機の周辺領域の水文学的は、非常に低く又は拡 散するよう制御された流れの状態に支配されるだろう。従って、マグニチュード の多くのオーダーによって、二酸化炭素の分散範囲が減少する。５℃における純 水中のＣＯ₂の分子拡散係数は、１．１０^-5ｃｍ²ｓｅｃ^-1のオーダーである。Ｎ ａＣｌ及びＭｇＣｌ₂といったイオン化された溶質において、粘性効果のために 拡散はより遅くなる。堆積物柱の曲がりくねった経路の為に、明らかな拡散率は さらに減少するだろう。上記堆積物周辺障壁の保存されていてかつ無視されてい る相互作用によって、付近のフィルド領域の外での融解した二酸化炭素の拡散は 、１０ｃｍの距離を移動するのに約５×１０³年を要する。これは、間隙率が約 ７０％の深く埋め込まれている堆積物の為に計算されたものであり、１．４３の 地 質的曲折因子を保持する。水−堆積物の相互作用は、さらにこの拡散動作を遅ら せる。緩衝が続いている間、ソース項領域からの距離の増加とともに、ｐＨはゆ っくりと増加していく。結局、溶解度限界に達したとき、固体炭酸塩は促進され ている全面に沈殿が開始される。 上記貫通機が堆積物床に据え付けられた後、熱力学的に安定したクラスレート が形成されるまでに、上記固体ＣＯ₂貫通機（約１００℃）と周辺環境（２℃） 間に、大きな熱勾配が確立される。この過渡相の間、熱拡散輸送は、水成分を上 記冷領域に移動させる。このことは、化学勾配に沿って二酸化炭素貫通機からの 溶質の反動動作を打ち消す。上記システムの寸法の変化（固体二酸化炭素として の１．５６ｋｇ．ｄｍ^-3から、クラスレートとしての１．１ｋｇ．ｄｍ^-3へ、密 度は減少するだろう）、及び海洋堆積物の地球化学的特徴の結果として、これら の熱効果が得られる。 深海において液化作用及びポンプ作用によって、放出される発電所二酸化炭素 の隔離は研究されている。 陸地と海底の輸送（パイプライン）及び浮かんでいるプラットホームからの排 出を含めて、発電所から深海処理用地への二酸化炭素輸送の問題もまた研究され ている。 技術を処理の選択という局面からのみ考えると、やはり火力発電所の配置の為 に要求されるであろう海底領域にあるのがよい、上記火力発電所からの排気物の 処理に必要とされるかもしれない貫通機の数の極めておおよその概算をすること が可能である。火力発電所は約３．１０⁹Ｋｇの二酸化炭素（三百万トン）を１ 年に放出する。（ホウガン、ピー．エム．アンド ドラング、エイチ．深海への 浅い注入による二酸化炭素の隔離、ネイチャー、３５７刊、３１８−３２０、(H augen,P.M,&Drange,H.Sequestration of Carbon dixide in the deep ocean by shallow injection.Nature,VOl.357,318-320,1992)）。これは、前述した次元の ３０００貫通機の体積と同等なものである。 ２０ｍといわれる貫通機の配置距離を見積もる為、その後３０００の貫通機の 処理は約１．１ｋｍ²をカバーし、それは、柔らかい粘土又は炭酸塩が豊富な堆 積物を保持していて、総計が数百万平方ｋｍになる３０００ｍより深い深度にお いて（深海平原又は海溝）、与えられている海底の極わずかな表面である。上記 計算は発電所からの放出のみを考慮するものであるが、しかしながら地球的熱電 気生産に対するいくらかの予備的概算をすること、及びその量と自然炭素サイク ル流との比較とが可能である。 経済計画は、２０５０年までに大気中の二酸化炭素が２倍になること、及び人 類の現在の活動は大気に対して年間に２０Ｇｔの二酸化炭素、例えば５０Ｇｔの 炭素を注入していると予測した。（気候変化の国際政府パネル、（ＩＰＣＣ）、 気候変化、気候変化 ＩＰＣＣ査察、（ホートン、ジェー．ティー、ジャキンス 、ジー、ジー．ティー、及びエフラム、ジェー．ジェー、ケンブリッジ大学出版 、ケンブリッジ、英国、１９９０、(Intergovermental Panel on Climate Chang e,(IPCC).Climate Change -the IPCC Assesssment（Hougthon,J.T.,Jekins,G.T, and Ephraums,J.J,eds）Cambridge University Press,Cambridge,England,1992) ）。現在の状態のおいて、年間総放出の約５７％は大気中に残る。従ってこの莫 大な総放出のうち、３．２Ｇｔの炭素が大気中に残る（年間０．４−０．５％増 加）。よって２．３Ｇｔの炭素は自然環境（大洋−陸地、生物圏）によって吸収 されなくてはならない。しかしながら、この年間流束の吸い込みは明らかに確認 されていない。 しかしながら、化石燃料発電所は、世界で化石燃料からの放出される二酸化炭 素の３分の１に貢献していることが見積もられている。（ヘルゾック エイチ． 、ゴロムブ、ディー．、及びゼンバ、エス．フェシビリティ、深海での発電所放 出二酸化炭素の経済的隔離及びモデル化、環境プログラム、１０刊、ナンバー１ 、６４−７４、１９９１、(Herzog H.,Golomb,D.,and Zemba,S.Feasibility,mod elling and economics of sequestering power plant carbon dioxide emission s in the deep ocean.Environmental Progress,Vol 10,No.1,64-74,1992)）。 上記大洋は、二酸化炭素の主な吸い込みを示し、かつ二酸化炭素を大気の５０ 倍含んでいる。５５０Ｇｔの炭素を含んでいる地上の植物と比較して、大洋生物 量はわずかに約３Ｇｔの炭素しか含んでいない。しかしながら、この大きな差異 は、プランクトンの非常に高い生産性によって相殺される。結果として、光合成 を介する二酸化炭素の定着は、ほとんど同じ速度である、陸地においては年間５ ０−６０Ｇｔ炭素及び海洋環境においては３０−４０Ｇｔ炭素で実行される。し かしながら、急速に二酸化炭素の一部を大気に再注入するプランクトンの呼吸に よって、二酸化炭素の吸収は相殺される。定着された炭素のいくらかを深い底に ある水に輸出し、かつ結果として植物プランクトンの死体の上に堆積物を発生さ せることは、生物ポンプと呼ばれている（年間に１Ｇｔの炭素）。 図１０は地球的な炭素サイクルに伴われている主なソース及び吸い込み（貯蔵 庫）を概略的に示したものである。炭素に対して深海水は、重要な貯蔵庫である が、それらは底にある安定堆積形成物に例えられるむしろ小さいこと、及び処理 体積は自然処理とおおよそ等しい（１Ｇｔ炭素又は約４Ｇｔ二酸化炭素）である ことが容易にわかる。 もし発電所の放出大気（年間、６．５Ｇｔ二酸化炭素）が、全く深海地質形態 の利用によって処理されたのなら、貫通機（１００ｔ）の数量は明らかに印象的 であるだろう、総量年間６５０万である。３３万トンのスーパータンカーを用い ると、おおよそ年間１万８千隻の船が輸送すること、又は一日に約５０隻が、二 酸化炭素を輸送し処理の為に必要である。しかしながら、例えば世界中でタンカ ーによって石油及び天然ガスが輸送されているように、この図は、ほとんど毎日 発生している工業プロセスに類似する事情として考慮されるべきである。 議論のために、海を経由し最寄りの主な市場に輸出する主な１０の国際的石油 及び天然ガス製造者、かつ平均往復輸送時間は１８日（従って年間２０往復旅行 ）と仮定すると、生産する国ごとに必要される船の数量は、世界市場の保安の為 におおよそ９０隻である。より多くの仕事がこれら見積もられいるものを精製す るのにされる必要があることは明確なことであるが、上記数量は、今日の工業的 な船による輸送と比較して、過大評価されたものではない。二者の船荷システム を発達させることは可能である。従って、生産国とエンドユーザー国との間に同 意された汚染者支払いの原則において、大洋処理用地を経由して、石油を運び出 し二酸化炭素を戻す、よってさらに要求されている容量トンを減少させる。 上記貫通機の数及び上に見積もられている貫通機の間の処理距離を基に、一つ の処理用地は、約５０ｋｍ毎の、本当に小さい領域である、深海領域をカバーす るだろう。もし１つ又はそれ以上の処理用地が主な市場に近くなるように考えら れているのなら、個人的領域が狭くすることができる。 本発明は、続く制限されない例によって、以下にさらに記載される。 例１ 貫通機の仕様 貫通機長は直径に対して １０：１ 貫通機長は ４４ｍ 貫通機直径は ４．４ｍ 貫通機体積は ６６９立方ｍ 二酸化炭素の比重は、−７９℃の固体相において、１．５６である。従って固 体二酸化炭素の外に形成される上記直径の貫通機の重量は１０⁶ｋｇ 従って１ ０００トンである。上記貫通機は−１００℃の温度で製造される。 例２ 空洞貫通機の仕様 固体二酸化炭素貫通機に与えられている直径を囲むように上記空洞貫通機を形 成するように凍結されなくてはならない水／海水の体積は以下に記載される。氷 −水の貫通機の壁厚は、選択された処理用地及び熱溶解速度に依存する。４００ ０ｍの処理深度、７５秒の自由落下時間０．７ｍｍ．ｓｅｃ^-1の融解速度におい て、４から５ｃｍの間の氷−水の厚さを保持する完全な断熱物が得られる。 周辺層の水−氷の体積は、わずか０．３−５％の間の平均密度の減少を導給紙 口、かつ深海底堆積物上の貫通機の深度に明確な効果を与えない。 上記の記述から、同様の方法による深海投棄は、次のようなものであれば、他 のガス状、液状、さらには、固体状の廃棄物に対しても実施可能であるというこ とが容易に判明するであろう。すなわちそれらは、海底堆積層への埋め込みに適 した正しい流体力学的形状と密度とを備えるように形成ないしは調製されること ができ、かつそれらの組成は堆積物との化学作用により、それらが海底に永久的 に封じ込められるようなものであることが必要である。この方法による処理に対 する候補は、炭素又は窒素ベースのガス（例メタン）かつ水を含んでいるもので ある。本発明は、地球及び地球の大気から隔離又は他の惑星の胴体への導入の為 に、流体力学的な形態において空気と水のニュートン流体と同じ特性を保持する 材料の準備に関するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．二酸化炭素ガスの処理のための方法であって、 二酸化炭素を固体化する工程と、 開かれた水の底の堆積物に上記固体化された二酸化炭素を少なくとも部分的に 固定化する工程とを含むもの。 ２．上記開かれた水が海である請求項１に記載の方法。 ３．上記海底堆積物は、約４ｋｍの炭酸塩補正深度よりも浅い深度の炭酸塩堆積 層である請求項２に記載の方法。 ５．上記海底堆積物は、約４ｋｍ又はそれより深い場所の粘土タイプ堆積物であ る請求項２に記載の方法。 ６．上記固体二酸化炭素は、流体力学的、流線型形態において固体化される上記 請求項の中の１つに記載の方法。 ７．上記固体二酸化炭素は、魚雷形態において固体化される請求項６に記載の方 法。 ８．上記二酸化炭素が固体化される間、幾つかの重金属のクラッヂング又は削り くずが上記二酸化炭素に付加される請求項６又は７に記載の方法。 ９．上記二酸化炭素は、凍結された液体の型内部で固体化される請求項１から８ の中の一つに記載された方法。 １０．上記固体化された二酸化炭素が、凍結された液体の型内部に充満される請 求項１から８の中の一つに記載された方法。 １１．上記固体化された二酸化炭素が、凍結された液体の層で実質的に囲まれて いる請求項１から８に記載された方法。 １２．凍結された液体が氷−水である請求項９、１０又は１１に記載された方法 。 １３．開かれた水中を自由落下させられたとき、少なくともそれが部分的に開か れた水底の堆積物に固定されるように形成された固体二酸化炭素を含んでいる二 酸化炭素の処理の為の輸送機関。 １４．流体力学的に形成された請求項１３に記載の輸送機関。 １５．金属のノーズコーンを保持する請求項１３又は１４に記載された輸送機関 。 １６．高密度金属のケーシングを含んでいる請求項１３又は１４に記載された輸 送機関。 １７．上記固体の二酸化炭素表面上に凍結された液体層をさらに含んでいる請求 項１３から１５の一つに記載された輸送機関。 １８．上記凍結された液体層が、氷−水の層である請求項１７に記載された輸送 機関。 １９．請求項１に記載されたような、二酸化炭素ガスの処理の方法に利用する為 の凍結された液体を含む型。 ２０．請求項１３から１５の一つに記載されたような、輸送機関との組み合わせ において利用する凍結された液体を含む型。