JPH10504704A - 植物の生育を増進するための二酸化炭素の再利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、植物の生育を増進させる二酸化炭素の再利用方法を提供する。この方法では、二酸化炭素をＣＯ₂発生ソースから捕獲し、メタンを実質的に含有せず且つ植物の生育期の周囲昼間温度よりも低い温度を有している地下空洞に蓄積する。二酸化炭素が周囲昼間温度以下の温度に冷却されるまでは少なくとも地下空洞に二酸化炭素を貯蔵した後、地下空洞から植物地帯に搬送し、その地帯の植物に配給する。所望の場合には、地下空洞が廃坑から成る。ＣＯ₂ソースが坑から遠方に所在する場合、コンテナまたはタンク車でＣＯ₂を坑に搬送し得る。また所望の場合には、ＣＯ₂ソースを坑内に存在させることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 植物の生育を増進するための二酸化炭素の再利用方法発明の分野 本発明は、植物の生育を増進するための二酸化炭素の再利用方法に関する。発明の背景 二酸化炭素は現代社会におけるいくつかの環境問題の原因となっている。二酸 化炭素は、無色無臭であり、地球の大気の１成分を構成し、可視光線を透過する が長波赤外線を透過しない。二酸化炭素は地球の大気の重要な成分であると考え られるが、その理由は、可視光線は大気を通り抜けることができ、長波赤外線部 分は地球の表面で反射されて熱の形態で輻射されるときに一部分が二酸化炭素に よって捕獲されるからである。地球の大気のこのような熱捕獲特性によって、極 寒の宇宙空間内部で地球の生物が安全に生き延びられる精妙な均衡が保たれてい る。不幸なことに、現代の様々のプロセスは莫大な量の二酸化炭素を大気に放出 するものであり、これが地球温暖化を持続させる原因になっていると考えられる 。このような温暖化は温室の加熱に使用される原理と同様の熱及び輻射の不均衡 を生じさせ、生態系を変質させる懸念がある。従って、大気に放出される二酸化 炭素の量を削減することが要望されている。 大気に放出される二酸化炭素の量を削減するためには２つの基本的な方法が存 在する。第一の方法は、工業プロセスから発生する二酸化炭素の量を削減する方 法である。第二の方法は、二酸化炭素を地球の大気の内部で再利用する方法であ る。 二酸化炭素の再利用は、地球温暖化の可能性を大きく軽減し、適切に再利用さ れれば、その他の環境問題も実質的に軽減し得る。このような問題の１つとして 、米国西部のような水不足になり易い地区で作物の潅漑に使用される水の量があ る。ダムに貯水したり、地下の帯水層から水を回収したり、帯水層の貯水を水路 を介して作物に配給したりするための支援施設の建設には軽視できない額の費用 が支出されている。米国の現行の水管理システムは重大な環境被害を生じさせて いる。コロラド川のような多くの大河は、作物潅漑用水として取水された水の量 が原因となって流水量が大きく減少した。流水量の減少は、養魚場に重大な被害 を与え、 貴重な沼地を枯渇させ、かけがえのない貴重な生態系を破壊する。また、地下の 帯水層の水は補充されるよりも早い速度で取水されるので、いくつかの帯水層で は水位が１年間に３０フィートも低下する。このような地下の帯水層の取水が続 くと、汲み上げ高さが増し、同量の水を汲み上げるときのエネルギー消費量が増 加する。更に、粗放潅漑の後に地下水の内部及び水面に塩が蓄積するので土壌の 塩類化が生じる。カリフォルニアのサンワーキンバレー(San Joakin Valley)の いくつかの地域では過度の潅漑が原因となって塩が植物に有毒なレベルに達して いる。 二酸化炭素の再利用によって実質的に軽減され得る別の重要な問題は、農業収 穫量の増加を目的とした肥料及び農薬の使用量に関するものである。肥料は多く の作物の生育を増進するが、土壌に被害を与え、また、地下水中に浸出して周囲 環境を汚染する。同様に、農薬も土壌に被害を与え、農薬で処理した食物を摂取 する幼い子供達の健康を危険に曝す。また、肥料及び農薬の購入及び作物への散 布に多額の経費を要する。従って、地球の温暖化を防止するために二酸化炭素汚 染を軽減し、同時に農作物の潅漑水及び化学処理の量を削減することが要望され ている。 二酸化炭素汚染、作物の潅漑及び作物の化学処理などの環境問題は、二酸化炭 素を再利用し植物に吸収させる方法によってその解決が期待できる。植物が「呼 吸する」ために二酸化炭素を必要とすることはよく知られている。光合成プロセ ス中の植物は日光に照射されて炭酸ガスと酸素と水とを気孔を介して交換する。 このプロセスは蒸散として知られている。植物の蒸散が生じるとき、炭酸ガスは 植物に取り込まれ、水が気孔から蒸発する。炭酸ガスが植物の生育の限定要因で あること、植物をより高い濃度の周囲炭酸ガスに暴露させると植物の生育が増進 されることはよく知られている。このように正常以上の濃度の周囲二酸化炭素に 暴露されると、気孔が縮小し、蒸散によって失われる水の量もかなり減少する。 作物を二酸化炭素に暴露する利点の１つは、かなりの量の二酸化炭素が大気に 放出される代わりに作物によって吸収されることである。作物を二酸化炭素に暴 露する別の利点は、作物の生育に必要な水の量を有意に削減できることである。 上述のように、二酸化炭素の導入によって蒸散プロセスの効率が向上し、その結 果として、植物の気孔から失われる水の量が減少する。更に、植物の個体あたり の収穫高が増えるので、植物の総数を減らすことができ、これによって、同じ量 を収穫するために必要な植物の数が減る。これは、作物の潅漑に起因する河川、 湖沼及び地下帯水層の負担を軽減するだけでなく、増加の一途を辿っている貯水 経費及び給水経費も削減する。 作物を二酸化炭素に暴露する別の利点は、高収穫量の作物を育成するために必 要な肥料の量を有意に削減できることである。生育を増進する目的で化学肥料に 代替して二酸化炭素を使用したときにも所要の収穫量を生産する十分な生育速度 が得られるであろう。この結果、肥料が原因となる汚染が軽減され、これに伴っ て、肥料が幼い子供達に及ぼす健康の危険も軽減されるであろう。従って、二酸 化炭素汚染、潅漑の必要量及び肥料の使用量を同時に削減するために炭酸ガスを 大規模暴露によって植物に吸収させる再利用方法が切実に要望されている。 二酸化炭素に作物を暴露させる更に別の利点は、二酸化炭素が環境に有害な農 薬の代替物質として作用することである。一連の濃度の二酸化炭素を使用して作 物を二酸化炭素で包囲すると、植物に隣接の酸素が排除され、害虫を窒息死させ 得る。または、作物に配送されている二酸化炭素流に低濃度の安全な農薬を添加 してもよい。 しかしながら、現行の方法及び装置は効果が十分でないかまたは経済的に採算 が合わない。二酸化炭素を用いる植物の生育の増進は現在温室で使用されている 。温室は自然日光を使用し、二酸化炭素の配送を容易に管理できるという利点を 有しているが、生物量(biomass)と緊密に関連させて二酸化炭素を配送及び維持 するためにすべての作物を温室に封入することは現実にはできない。別の例では 、二酸化炭素を炭坑の深部から取り出して温室にポンプ輸送する。この場合には 、温室に関連する問題に加えて、二酸化炭素を取り出すときに酸素に富む周囲空 気が炭坑に流入し、坑内の黄鉄鉱を酸化させ、坑内の廃液が酸性になるという問 題がある。 植物に二酸化炭素を配給する現行の別の方法では、温室の屋根から懸吊される 固定した架空ガス潅漑システムを使用している。このような固定システムは、作 物の育成及び収穫に必要なトラクター、収穫機またはその他の農業機械の障害物 となるので戸外の広大な圃場で使用することは実際にはできない。また、風向き 次第では植物への二酸化炭素の配送が撹乱される。 二酸化炭素を流通させる放出ジェットを備えた水平及び垂直なパイプシステム を用いて二酸化炭素を植物に配給する自由空気のＣＯ₂富化システムが開発され ている。しかしながら、自由空気のＣＯ₂富化システムは、このような配管を有 する圃場ではトラクター及び他の農業機械が動き難いという問題を解決すること ができない。更に、このようなシステムでは大量の二酸化炭素が大気に失われる ので概して効率がよくない。 植物を炭酸水で潅漑する方法も実験されている。この方法は、炭酸水中の二酸 化炭素が水から離脱するときに植物に二酸化炭素が供給されるであろうという考 え方に基づく。しかしながら、このような二酸化炭素は低密度であり近傍の周囲 空気中の二酸化炭素の濃度を多少増加させるだけであるため、欠陥方法であると 言わざるを得ない。 水生植物に二酸化炭素を消費させるべく藻類生育池に二酸化炭素を吹き込んで 二酸化炭素を利用する実験も試行された。ある種の藻類は大量の二酸化炭素を消 費するが、二酸化炭素の発生量の極く一部だけを吸収するために数千平方マイル の水域が必要であり、また海洋のような遠隔の場所に二酸化炭素を配送するため に極度の経費がかかるので、この方法も実用化には適していない。更に、このよ うな大量の藻類の育成が環境に与える影響はまだ確認されていないが、このよう な大量の藻類が環境にマイナスの結果を与えることは十分に予測されることであ る。 野外条件下で植物の生育を増進させる方法及び手段は本願の発明者の米国特許 第５，３００，２２６号に「廃水処理方法(WASTE HANDLING METH0D)」として開 示されている。該特許の記載内容は参照によって本発明に含まれるものとする。 該特許は、植物を育成する帯状坑の上方に配置され得る複数の溝を開示している 。しかしながら該方法は、二酸化炭素が植物に吸収される前に大気に放出される ことを抑制するために二酸化炭素の密度を経済的に増加させる特に有効な方法を 提供してはいない。 植物に二酸化炭素を配送する現行の方法及び装置は、植物の生育を増進させる 有効なシステムを提供することに成功していない。このようなシステムに共通す る問題の１つは、農業用及び造林用の大規模使用を目的として大量の二酸化炭素 を配送する場合に、二酸化炭素が吸収される前に大気に放出されることを防止す るように透過、貯蔵及び配給の問題を解決した方法またはシステムが提供されて いないことである。従って、大気中の二酸化炭素の量を削減し、作物の育成に必 要な水及び肥料の使用量を削減するという有益な目的で廃棄二酸化炭素を使用す るために、植物に大量の二酸化炭素を経済的にかつ有効に配給する方法を提供す ることは現在の切実な要望となっている。 二酸化炭素を植物に吸収させるという再利用の外にも、廃坑の火災発生を防止 するために二酸化炭素を使用し得る。現状では、廃坑の火災防止のために、坑を 閉鎖するときに坑員が精密で高価な防火システムを設置している。しかしながら 、坑内で二酸化炭素を再利用すると燃焼に必要な酸素が排除される。従って、閉 鎖された坑内で二酸化炭素を再利用することによって、現行のシステムの数分の 一の経費で坑火災を有意に防止し得る。発明の概要 本発明の方法は、二酸化炭素を再利用して植物に吸収させる独自のシステムを 提供する。この方法は、二酸化炭素発生ソースから二酸化炭素を捕獲する段階を 含む。最も顕著な二酸化炭素発生ソースは、発電施設、大規模工業生産施設のよ うな化石燃料を燃焼させる集中的大コンビナートである。その他の有意な二酸化 炭素発生ソースは、堆肥化及び嫌気性消化の発生場所である。 方法は次に、捕獲した二酸化炭素をメタン及びその他の植物毒性ガス類を実質 的に含有せず且つ生育期の周囲昼間温度よりも低い温度を維持している地下空洞 に蓄積する段階を含む。本発明で考察されている地下空洞の１つの種類としては 廃坑があり、既存の通風システムを使用し、捕獲した二酸化炭素をより冷涼な坑 の凹部にポンプ輸送する。このような蓄積後、方法は、二酸化炭素が周囲温度よ りも低温になるまで少なくとも地下空洞に二酸化炭素を貯蔵する段階、次いで、 冷却された二酸化炭素を地下空洞から植物地帯に搬送する段階を含む。本発明の 搬送段階では、二酸化炭素を地下空洞からサイフォン式またはポンプ式に吸い上 げて、冷却された二酸化炭素を植物地帯に搬送するシステムに供給する。冷却さ れた二酸化炭素を植物地帯に搬送した後、方法は最後に、該地帯の植物に冷却さ れた二酸化炭素を配給する段階を含む。 本発明方法は、植物の生育を増進させるための費用効果的であり且つ実効性に も優れた二酸化炭素の再利用手段を提供する。本発明の１つの利点は、植物の生 育を増進させるために炭酸ガスを有益に再利用することによって、大気に放出さ れる二酸化炭素の量を削減することである。本発明の別の利点は、植物の生育を 増進させることによって、農作物の育成に必要な肥料の量を削減し、その結果と して肥料汚染を軽減することである。本発明の更に別の利点は、各植物によって 使用される水の量を有意に削減することによって現在のような配水系の負担を軽 減することである。図面の簡単な説明 図１は、本発明方法の１つの実施態様の概略説明図である。 図２Ａ及び２Ｂは、本発明方法の別の実施態様の概略説明図である。 図３は、本発明方法の更に別の実施態様の概略説明図である。 図４は、本発明方法に従って二酸化炭素を搬送する水路橋内のパイプの断面図 である。 図５は、本発明方法に従って二酸化炭素を搬送する水路橋の上方のフードの断 面図である。 図６は、既存の潅漑装置の概略説明図である。 図７は、本発明方法による両用二酸化炭素配給装置の概略説明図である。 図８は、本発明方法による二酸化炭素配給装置の斜視図である。 図９は、本発明方法による別の二酸化炭素配給装置の概略図である。 図１０は、図９の二酸化炭素配給装置の別の概略図である。 図１１は、本発明方法による水生農場の概略図である。 図１２は、図１１の水生農場の断面概略図である。好ましい実施態様の詳細な説明 本発明方法は、二酸化炭素を捕獲する段階と、捕獲した二酸化炭素を地下空洞 に蓄積する段階と、二酸化炭素を貯蔵する段階と、貯蔵した二酸化炭素を植物地 帯に搬送する段階と、該地帯の植物に二酸化炭素を配給する段階とから成る。方 法は更に、捕獲後の二酸化炭素を閉じ込める段階と、閉じ込めた二酸化炭素を地 下空洞に輸送する段階も含み得る。本発明方法の必要な構造、実施及び使用を示 す本発明の実施態様は図１〜１２及び以下の記載を参照することによって明白に 理解されるであろう。 二酸化炭素は多くの天然プロセス及び工業プロセスによって生成される。最も 顕著な二酸化炭素発生ソースは化石燃料の燃焼である。他の発生ソースとしては 、堆肥化、嫌気性消化及び発酵などを含む生物分解プロセスがある。二酸化炭素 が大気に放出されることを防止するために、本発明方法では、発生した二酸化炭 素を捕獲する。 化石燃料を燃焼させる定点ソース（図２の６２）から発生する二酸化炭素は最 も容易に捕獲される。好ましい実施態様において、二酸化炭素は、炭素燃料を燃 焼させることによって熱または電気を生産する施設から捕獲される。他の顕著な ソースとしては、製鋼所、他の種類の発電施設及びその他の化石燃料燃焼サイト がある。本発明の捕獲段階は上記のソースに限定されるものではなく、二酸化炭 素を発生させるいかなるソースをも包含することは理解されよう。概して、本発 明の好ましい実施態様は、捕獲されない場合には排気筒などから二酸化炭素を大 気に放出するような定点ソースから二酸化炭素を捕獲する段階を含む。 定点ソースから二酸化炭素を捕獲するために現存の多くの装置及び方法を使用 し得る。このような装置の１つが米国特許第４，０７３，０９９号に「植物育成 用の排ガス利用システム(SYSTEM OF UTILIZATION OF EXHAUST GASES FOR PLANT GROWTH)」として記載されている。該特許は、二酸化炭素を他の物質から単離す るために排気煙道で使用される膜を開示している。吸着と呼ばれる別の公知方法 では、除湿した煙道ガスから二酸化炭素を捕獲する。各々が約４，５００ポンド のゼオライトペレットまたは同効物質を収容し得る一連の大型タンクに二酸化炭 素を導入する。二酸化炭素はペレットで濾過されるときにゼオライトに吸着され 、ゼオライトの飽和後はガス流の向きを次のタンクに転向させる。ゼオライトを 減圧し加熱することによって最初のタンクのゼオライトから二酸化炭素を分離す る。次いで二酸化炭素を個別のタンクに収集して圧縮する。 吸収と呼ばれる別の公知方法は、モノエタノールアミン及び同様の化学物質を 用いる化学反応に依存する。吸収法では、煙道ガスが排気煙道を上昇するときに モノエタノールアミンを一連のチャンバからドリップさせる。二酸化炭素はモノ エタノールアミンと反応し、二酸化炭素を含むモノエタノールアミンが底部に集 まる。二酸化炭素を含むモノエタノールアミンを煙道から取り出し、再加熱して 二酸化炭素を遊離させ、次いでモノエタノールアミンを再循環させる。モノエタ ノールアミンから遊離した二酸化炭素をタンクに収集して圧縮する。 定点ソースから二酸化炭素を捕獲する以外にも、生物分解によって二酸化炭素 が発生している比較的広い地区から二酸化炭素を捕獲してもよい。このような広 い地区から二酸化炭素を捕獲するためには、堆肥化地区の内部に空気を吹き込ん で地区の中央に二酸化炭素を機械的に吸い込ませる。次に空気と二酸化炭素とを 近傍の施設に送り、この施設で二酸化炭素を分離してコンテナに貯蔵する。また 、堆肥化地区を囲い込み、囲い込まれた区域に酸素をポンプ輸送することによっ て二酸化炭素を排除するという方法で堆肥化地区から二酸化炭素を収集してもよ い。好ましい実施態様では、自然発生する二酸化炭素を地下空洞に容易に捕獲す る廃坑などの地下に堆肥化施設または嫌気性消化がまを配置する。二酸化炭素の ソースを地下に配置することによって二酸化炭素を捕獲する専用装置の必要度が 有意に軽減される。 二酸化炭素捕獲後の次の段階では、捕獲した二酸化炭素を地下空洞に蓄積する 。この段階は、特定形態の地下空洞５を準備し、ソースから捕獲した二酸化炭素 をこのような地下空洞に搬送し、地下空洞に二酸化炭素を蓄積する工程を含む。 本発明のこの特徴によれば、メタン及びその他の植物毒性ガスを本質的に含有せ ず且つ生育期の周囲昼間温度よりも低い温度を有している地下空洞５が必要であ る。上記のようなガスを実質的に含有しないので、空洞５の二酸化炭素が汚染さ れ植物毒性になるという懸念は不要である。地下空洞は廃坑５であってもよくま たは地下の帯水層のような天然の地質層５′であってもよい。上記の要件を満た す任意の天然または人工の地下空洞を使用し得る。二酸化炭素ソース及び植物地 帯の近傍にこのような廃坑が所在することが理想的ではあるが、このような立地 が必須ではない。 例えば図２に示すように二酸化炭素を地上で収集する場合、本発明の蓄積段階 は更に、捕獲した二酸化炭素を地下空洞に移送する工程を含むであろう。好まし い実施態様においては、地下空洞５が二酸化炭素ソース６２の近傍に所在してお り、従って、捕獲した二酸化炭素をパイプ８または他の適当なガス管を用いて地 下空洞に直接蓄積し得る。地下空洞が二酸化炭素ソースの近傍に所在しない場合 には、蓄積段階が更に、捕獲した二酸化炭素を（例えば、図示しない加圧タンク に）閉じ込めて、ソースから地下空洞に輸送する工程を含む。好ましい実施態様 においては、石炭貨車専用の線路の逆走区間を用いて、廃坑から成る地下空洞に 定点ソースから捕獲した二酸化炭素を輸送する。このような実施態様において、 二酸化炭素は気体、液体または固体の状態で輸送され得る。 二酸化炭素を液体状態で輸送する場合、液化二酸化炭素を慣用のタンク車に封 じ込める。二酸化炭素を気体または固体の状態で封じ込めて輸送するのが好まし い。このような好ましい実施態様においては、二酸化炭素を折り畳み可能な統合 輸送用コンテナに封じ込める。このような折り畳み可能な統合輸送用コンテナの １つの実施態様は本発明者の米国特許出願０８／２３３，１１１に「バルク材料 輸送用折り畳み式コンテナ(C0LLAPSIBLE CONTAINER FOR HAULING BULK MATERIAL S)」として、及び０８／１９０，９８９に「微粉砕乾燥石炭の搬送用コンテナ及 び搬送方法(CONTAINER AND METHOD FOR TRANSPORTING FINELY DEVIDED AND DRIE D COAL)」として記載されている。これらの双方の特許出願の記載内容は参照に よって本発明に含まれるものとする。 二酸化炭素を固体状態で輸送する場合には、固体二酸化炭素を粉砕し、折り畳 み可能な統合輸送用コンテナに導入する。コンテナを地下空洞に搬送した後、折 り畳み可能な統合輸送用コンテナから固体二酸化炭素を取り出すためには、折り 畳み可能な統合輸送用コンテナを開いて固体二酸化炭素をコンテナ外部に昇華さ せるだけでよい。別の実施態様としては、昇華速度を促進するために、開いた折 り畳み可能な統合輸送用コンテナの上方にフードまたは吸引手段を配置してもよ い。二酸化炭素を気体状態で封じ込めなければならない場合には、気体二酸化炭 素を折り畳み可能な統合輸送用コンテナに直接導入するとよい。 捕獲した二酸化炭素を地下空洞の近傍の場所に搬送した後で、二酸化炭素を適 当な深度までポンプ輸送することによって空洞に蓄積し得る。１つの好ましい実 施態様によれば、地下空洞は、地表から坑の遠方区間まで新鮮空気を配送する既 存の通風システム８を備えた坑５から成る。一般に、近代的な地下採掘作業はす べて、このような配送システムを使用している。この実施態様では、新鮮空気を 坑内に配送する既存の通風システムに二酸化炭素を供給するだけで二酸化炭素を 地下坑に蓄積し得る。このようにして大量の二酸化炭素を地下空洞に蓄積し得る 。 二酸化炭素を地下空洞に蓄積した後、本発明は、二酸化炭素を空洞に貯蔵する 段階を含む。冷涼な地下空洞に二酸化炭素を貯蔵する目的は、二酸化炭素の密度 を増加させることである。二酸化炭素は天然には同温度の周囲空気よりも密度が 高いが、捕獲した二酸化炭素は一般に周囲空気よりも低い密度になる温度まで加 熱されている。従って、捕獲した二酸化炭素を植物地帯に配給すると、植物が光 合成のために二酸化炭素を吸収する前に二酸化炭素が上昇して大気中に拡散する であろう。従って、二酸化炭素を植物に配送する前に密度を増加させることによ って光合成プロセス中に植物の間近に滞留させる。 本発明の貯蔵段階は、二酸化炭素が周囲昼間時間に少なくとも等しい温度、好 ましくはより低い温度に冷却されるまで生育期の周囲昼間温度よりも低い温度を 有する冷涼な地下空洞に蓄積した二酸化炭素を維持する工程を含む。好ましい実 施態様では、二酸化炭素が６８°Ｆよりも低い温度に達するまで、二酸化炭素を ６５°Ｆよりも低温の地下空洞に貯蔵する。二酸化炭素の温度を低下させること によって二酸化炭素の密度を十分に増加させると、植物が二酸化炭素を吸収する 期間は二酸化炭素が植物の間近に滞留し得る。 本発明の貯蔵段階の後、方法は、高密度にした二酸化炭素を植物地帯に搬送す る段階を含む。好ましい実施態様によれば、本発明の搬送段階は、地下空洞と広 大な農産地域との間に伸びる支援施設を使用する。支援施設は好ましくは、地下 の貯蔵空洞から作物育成地域まで設置されたパイプシステムから成る。採掘地帯 を開墾して耕地にしている場合、このような地帯は廃坑の近傍に所在するので支 援施設の所要距離はかなり短い。図１、２Ａ及び２Ｂを参照すると、植物地帯が 地下空洞の間近に所在する場合、地下空洞から植物に二酸化炭素を搬送するため に必要な支援施設が最小量でよいことが理解されよう。好ましい実施態様におい ては、地下空洞を植物に直結する地下パイプ（図１の７または図２Ｂの９）が使 用される。 別の場合には、地下空洞が農業地域からある程度離間した場所に存在する。こ のような場合の一例がカリファルニア中西部のサンワーキンバレーである。この ような地域で搬送段階を実行するために必要な支援施設は、地下空洞から育成地 域に直接に伸びるパイプシステムを含むであろう。図４に示す別の実施態様は、 地下空洞から既存の水路橋２６まで伸びる地下パイプシステムを含んでおり、こ のような水路橋は米国西部の多くの育成地域に設けられている。例えば、パイプ が水路橋に到達した場所から別のパイプまたはホース２２を水路橋の底部の水２ ９の下方に育成地域の全長にわたって設置し得る。このような水路橋の水は一般 に周囲空気に比べて比較的冷たいので、二酸化炭素を比較的低温及び高密度に維 持することが可能である。このような水路橋の使用によって新しい輸送パイプ用 地の必要性が軽減されることも理解されよう。 図５は、水路橋２６を細長いフード２４で被覆し得る変形例を示す。二酸化炭 素２０は水２９とフード２４との間のスペース２３に（図示しない）ポンプによ って搬送される。ポンプは水路橋内の既存のポンプ設置ステーションでフード内 に配置され得る。 本発明の別の実施態様においては、捕獲した二酸化炭素を広大な地下の帯水層 に貯蔵及び搬送し得る。帯水層は二酸化炭素発生場所から農業地区まで伸びてお り、農業地区で二酸化炭素が本発明方法に従って再利用され得る。このような帯 水層の一例は米国のノースダコタからテキサスに伸びるオガララ帯水層(Ogalall a Aquifer)である。ネブラスカ州オマハのような工業地帯から大量の二酸化炭素 がこの帯水層に集積する。二酸化炭素が帯水層に集積するとき、帯水層の実質的 に全域に二酸化炭素層が存在するようになるまで二酸化炭素が容易に流れ込むで あろう。二酸化炭素は、二酸化炭素流が到達した帯水層の一部分の上方に位置す る農業地域の作物によって再利用され得る。この実施態様は、地下の帯水層によ って提供される天然の搬送支援施設を利用しており、二酸化炭素が大気に放出さ れることを防止し同時に農業用の二酸化炭素を供給する。 地下空洞から植物地帯に二酸化炭素を搬送する段階では、地下空洞から支援施 設を介して二酸化炭素を植物にサイフォン式またはポンプ式に輸送する。図３は 、 天然に形成されたサイフォン９を利用し、貯蔵した二酸化炭素をかなり遠方まで 搬送支援施設を介して駆動し得る好ましい実施態様を示している。冷却された高 密度の二酸化炭素が空洞から取り出される点よりも高い位置にある点１１で二酸 化炭素の注入が行われるように、二酸化炭素ソースを地下空洞の天井の近傍に配 置してもよい。二酸化炭素は機械的支援を要せずに高さ及び密度の差によって取 り出し点から流出し得る。次いでこのようなサイフォン様作用を利用し、全く費 用をかけずに二酸化炭素を搬送支援施設内でかなり遠方まで駆動し得る。 別の実施態様においては、水のポンプ輸送と全く同様の方法で、高密度化した 二酸化炭素を支援施設を介して植物地帯にポンプ輸送し得る。このような水のポ ンプ輸送システムの一例はカリフォルニア州モノレークとカリフォルニア州ロス アンジェルスとの間に既に存在している。 冷却し高密度化した二酸化炭素を植物地帯に搬送した後、本発明方法は、高密 度化した二酸化炭素を植物に配給する段階を含む。本発明の配給段階では、野外 条件下で二酸化炭素を植物に配給するために既存の局部潅漑システムを使用する のが好ましい。必要であると判断された場合には、既存の潅慨システムを修正し 、局部潅漑システムと本発明の搬送段階で使用される主要な二酸化炭素搬送支援 施設とをつなぐ独立の供給ホースを配備することも可能である。搬送支援施設系 が水路橋に設置されている場合、搬送支援施設から既存の潅漑システムまで伸び る独立のパイプまたはホースによって局部潅漑システムを搬送支援施設に接続し てもよい。潅慨システムを二酸化炭素搬送支援施設に接続した後で、二酸化炭素 を潅漑システムから植物に供給し得る。 本発明で特に好適に使用される従来の潅慨システムの一例はピボット潅漑シス テムである。図６を参照すると、ピボット潅漑システム３０は、ピボット部材３ ７とサポート３８とによって作物の体高よりも上方に支持された長い水平パイプ ３２を有している。ピボット部材３７を軸として潅漑システム３０を回動させる 車輪３９をサポート３８の下端に取り付けてもよい。複数のホース３４が水平パ イプ３２の底部から下方に懸垂し得る。ピボットシステムの潅慨は、供給系３３ から水平パイプ３２に水をポンプ輸送し、下方に懸垂するホース３４から地面の 近傍で植物１００に水を配送することによって行う。 図７を参照すると、ピボットシステム３０′は、二酸化炭素をポンプ輸送する 独立の供給路４３を配備することによって二酸化炭素を植物に配送するように構 成され得る。二酸化炭素を水平パイプ３２にポンプ輸送し、下方に懸垂するホー ス３４内で流下させてもよく、または、下方に懸垂する多数の独立の管系４４に 接続された独立の水平ホース４２にポンプ輸送してもよい。この実施態様におい て、高密度二酸化炭素は、植物１００の間近に配送され、この場所では植物によ る吸収量が最大になる。このように本発明は、既存の潅慨システム３０を廉価に 改造して、地面または地面に近いレベルで水と二酸化炭素との双方を植物に配送 し得る両用潅漑システム３０′とすることができる。 変形例としては、高密度二酸化炭素を植物に配給するために既存のドリップ潅 漑システムを使用してもよい。図８を参照すると、ホース５４を圃場の植物１０ ０に極めて近接させて配置し、供給系５３を介して給水及び二酸化炭素搬送の双 方の機能を果たす支援施設に接続し得る。ホース５４はパイプでもよくまたは二 酸化炭素を搬送し得る他の任意の種類の導管であってもよい。ホース５４はその 全長に沿って多数の開孔５６を有しており、水または二酸化炭素または双方がこ れらの開孔を介して植物１００に配給される。植物１００の収穫時期には収穫装 置または作業員が圃場に入れるようにホース５４を圃場から容易に撤去し得る。 図９及び図１０は、本発明に従って高密度二酸化炭素を植物に配給する別の装 置を示す。土地の耕うん及び植付けが終わると、ホースの巻き戻し及び巻き取り システムを用いて二酸化炭素を植物に配給する多数のホース５４を圃場に配置す る。巻き戻しシステムは共通シャフト５７に取り付けられた多数の車輪５５を含 み得る。シャフト５７は、シャフト５７の全長に沿って離間して設けられた多数 の支柱によって回転自在に支持されている。図８のホースと同様のホース５４の 各々は、一端が車輪５５に取り付けられ、他端が共通の引張棒５９に取り付けら れている。引張棒５９はトラクター５０に作動的に連結され、トラクター５０と 引張棒５９とを共通シャフト５７から離れる方向に駆動するだけでホース５４を 圃場内に配置し得る。シャフト５７の内部を通っている二酸化炭素供給系（図示 せず）にホースを接続し、ホース５４に二酸化炭素をポンプ輸送することによっ てホース５４から二酸化炭素を植物に配給し得る。 特に図１０を参照すると、トラクター５０の動力取出装置５１をジョイント５ ２で共通シャフト５７に取り付けることによってホース５４を圃場から巻き戻す ことが可能である。収穫に先立って、ホース５４を圃場から撤収するように動力 取出装置５１でシャフト５７を回転させながらホース５４を車輪５５に巻き取る とよい。 本発明の配給段階では、最適には光合成が行われる昼間時間中に、野外条件下 の個々の地帯の植物に二酸化炭素を配給する。理想的には、光合成の最適温度範 囲である７０°Ｆ〜８０°Ｆの温度下で二酸化炭素を植物に配送する。二酸化炭 素を他の温度で配送してもよいこと、及び、実際には周囲温度が９０°Ｆ以上の ような高温下であっても冷却された二酸化炭素の冷却効果が植物の近傍の温度を ７０°Ｆ〜８０°Ｆに維持し得ること、が理解されよう。このようにして、この システムの分配段階は、植物がピーク光合成温度であるときに二酸化炭素の供給 量が増加するだけでなく、この温度が維持される期間を延長する。 本発明の分配段階は、既存の潅漑システムを最大限に利用し得る。何故なら、 このようなシステムは蒸発を最小にして吸収を最大にするために一般には夕刻及 び夜間に植物に給水するために使用されている。他方、光合成は昼間時間にしか 生じない。また、光合成に最適な温度は７０°Ｆ〜８０°Ｆであるが、この温度 範囲での水潅慨は蒸発損が生じるので極めて効率がよくない。従って本発明によ れば、従来の水専用の単用潅漑システムを、水潅漑に不利な影響を全く与えるこ となく、水と二酸化炭素との双方を潅漑する極めて有効な両用システムに転用で きる。 本発明方法の諸段階の相互関係は、大気に放出される二酸化炭素の量を削減し しかも植物の生育を有効に且つ経済的に増進する総合的な方法を提供する。本発 明はまた、方法を実施するために既存の地下空洞及び既存の潅漑システムを使用 することによって資本支出を最小にする。最も重要な利点は、本発明方法が、再 利用されなければ大気に放出されることになる大量の二酸化炭素を植物の生育増 進という有益な目的に利用し得ることである。 上記では主として陸地の植物の育成について考察した。図１１に概略的に示す 本発明の別の実施態様によれば、方法は、二酸化炭素を捕獲し、二酸化炭素を下 水処理施設に配送し、捕獲した二酸化炭素を下水廃液に含浸させ、二酸化炭素を 富化した廃液を湖、海洋などの広大な水域、または大きい淡水湖に集積させる段 階を含む。水域は、この水域に存在する水の量に対する廃液の量の割合が１パー セント未満になるような十分な広さを有していなければならない。この実施態様 の捕獲段階は、例えば二酸化炭素ソース６２において上述の任意の方法で実施し 得る。この実施態様の配送段階は、パイプ６４などを用い、捕獲した二酸化炭素 を廃液処理施設６６に直接配送することによって実施し得る。直接配送が可能で ない場合には、本発明の他の実施態様に関して上述したように、捕獲した二酸化 炭素を閉じ込めて輸送するとよい。含浸段階は多数の方法のいずれかによって、 例えば炭酸ガスを下水廃液に吹き込むなどの方法によって実施し得る。好ましく は、二酸化炭素が大気に脱出しないように下水廃液を海洋６０に集積させる直前 に下水廃液に二酸化炭素を導入する。 集積段階は、下水廃液を海洋に集積させる流出パイプ６８を使用する既存シス テムに二酸化炭素を富化した廃液を導入することによって実施し得る。このよう なシステムの一例はマサチューセッツ州ボストンに建設中であり、他の例はカリ フォルニア州ロスアンジェルス及びカリフォルニア州サンディエゴに既に建設さ れている。この実施態様は、海岸から数マイル離れた水中に下水廃液を集積させ る支援施設を既に有しているような水域の近隣都市６１で好ましく使用され得る 。または、二酸化炭素を含浸した廃液をタンカー船に積み込んで広大な水域の集 積サイトに回漕することによって集積段階を実施してもよい。 図１１及び図１２を参照すると、好ましい実施態様では、二酸化炭素を吸収す る藻類などを生育させるために、二酸化炭素を含浸した廃液８０を水生農場６９ に供給する。オイルスピルを収容するために使用される浮遊防材から成る周囲７ ０を有する封じ込め装置を使用して、水生農場の区域を限定し得る。封じ込め装 置は更に、少なくとも１フィートの水深まで下方に懸垂する錘付き布カーテン７ １と、封じ込め装置の封じ込め特性を強化するために水面に浮遊する格子状の交 差防材７０とを有している。封じ込め装置は極めて大型で、数平方マイルの水面 を占拠し、前縁７２が水流６３の上流、後縁が下流に配置されるように位置決め されなければならない。この段階は、二酸化炭素を含浸した廃液８０を封じ込め 装置の前縁７２に配置する工程を含んでおり、封じ込め装置が浮遊しており水流 が後縁７４に向かって進行するので、藻類などが生育し得る。収穫容器９０を封 じ込め装置の後縁７４に配置し、得られる藻類を有用な物質に加工してもよく、 または藻類を自由に浮遊させて水生生物に豊富な食料源を供給してもよい。 下水廃液を用いる本発明の好ましい実施態様においては、二酸化炭素を含浸し た下水廃液８０を加熱するために発電所６２から排出される余剰の熱を使用する 。または、地熱ソースから得られる熱によって廃液を加熱してもよい。加熱した 廃液を次に、前述のように水生農場６９に集積させ水面に維持する。加熱した廃 液８０を農場６９に集積させることによって、廃液８０はある程度の期間は水面 に維持される傾向を示し、従って浮遊障壁７０の廃液収容能力が強化される。 このような水生農場６９は流出パイプ６８の末端に配置されてもよくまたは他 の戦略的に重要な場所、例えば地熱サイト、航路またはオイル／ガスプラットフ ォームに配置されてもよい。１つの実施態様によれば、水生農場６９は北海のKe rr-McGee Corporationのプラットフォームのようなオイルプラットフォームに配 置され得る。一般に、オイル／ガスプラットフォームは採油中に発生する余剰の ガスを燃焼させるときに二酸化炭素及び熱のソースとなる。この実施態様におい て、浮遊防材７０及び格子７６は、（図示しない）プラットフォームに取り付け られるかまたはその近傍に係留される。例えば、Kerr-McGeeプラットフォームの 場合、プラットフォームは静止母船に取り付けられている。廃液８０はタンカー 船で水生農場６９に搬送され、船がプラットフォームからオイルを積み込むとき に水生農場に集積される。浮遊防材７０をオイル／ガスプラットフォームに取り 付ける一方の利点は、防材がオイルスピルにも利用できることである。米国特許 第５，３００，２２６号に記載されている浮袋と同様の折り畳み可能な大浮袋（ 図示せず）をタンカー船に積み込んでおき、この浮袋を用いて廃液８０をこのよ うなサイトに配送し得る。好ましくは船が寄港中で船の積み荷がないときに廃液 を浮袋に充填する。次に廃液をタンカー船で水生農場に搬送し、船から水生農場 に放出する。廃液の積み込みとオイル／ガスの積み下ろしとを同時に行うこと、 及び、水生農場を航路の近傍に所在させること、によって廃液の輸送に必要な追 加の時間を極力節約できる。好ましくは、廃液を正規のタンカーで輸送し、二酸 化炭素 を気体または液体の状態で液体天然ガス船で輸送する。 本発明の別の実施態様によれば、余剰の二酸化炭素を農場６９の浮遊廃液８０ に配給するために浮遊障壁７０を使用し得る。１つの実施態様では、浮遊障壁７ ０内で正の炭酸ガス圧を維持し、ガスを障壁の内周に沿った（図示しない）小開 孔を介して障壁から流出させる。好ましい実施態様においては、二酸化炭素８３ を流す独立の導管８２を浮遊障壁７０及び格子７６に担持させ得る。二酸化炭素 ８３を廃液８０に配給するように、独立の導管はその全長に沿って多数の開孔を 有している。従って、浮遊障壁７０及び格子７６は、廃液８０を収容する機能及 び二酸化炭素を廃液に配送及び配給する機能の２つの機能を果たす。 本発明の好ましい実施態様において、荒波が発生して障壁が損傷される恐れが ある場合には、浮遊障壁７０を潜水させてもよい。この実施態様の場合、障壁の 空気を抜いたり適当な比重の（図示しない）錘を用いて障壁に重みを付けたりす るとよい。このような錘を障壁に取り付けると、障壁は所定の水深まで潜水する 。同様に、水などのバラストまたは他の任意の適当なバラストを用いて障壁７０ を潜水させてもよい。障壁の潜水後にも下水廃液８０は自由に浮遊するであろう が、障壁は損傷されないので再膨張させて再使用し得る。 下水廃液に二酸化炭素を含浸させる実施態様は、二酸化炭素の極めて有利な再 利用方法である。その理由は、この実施態様では方法を実施するためにいかなる 有意な支援施設の建設も必要としないからである。更に、二酸化炭素を富化した 下水廃液は、基本的な海洋生物の生育を援助し、我々の海洋の極めて懸念される 生態系の回復を助けるであろう。 本発明の好ましい実施態様を記載してきたが、本発明の要旨及び請求の範囲を 逸脱することなく本文の記載の事項の種々の変更、応用及び修正が可能であるこ とを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）二酸化炭素発生ソースから二酸化炭素を捕獲する段階と、 （ｂ）メタンを実質的に含有せず且つ生育期の周囲昼間温度よりも低い温度を有 している地下空洞を準備し、捕獲した二酸化炭素を地下空洞に蓄積する段階と、 （ｃ）蓄積した二酸化炭素が周囲昼間温度以下の温度に冷却されるまでは少なく とも地下空洞に二酸化炭素を貯蔵する段階と、 （ｄ）貯蔵した二酸化炭素を地下空洞から植物地帯に搬送する段階と、 （ｅ）二酸化炭素を前記地帯の植物に配給する段階と、 を含む植物の生育を増進するための二酸化炭素の再利用方法。 ２．更に、捕獲した二酸化炭素を閉じ込める段階を含む、請求の範囲第１項に記 載の方法。 ３．閉じ込める段階が更に、タンク貨車に二酸化炭素を導入する工程を含む、請 求の範囲第２項に記載の方法。 ４．閉じ込める段階が更に、折り畳み可能な密閉式コンテナに二酸化炭素を導入 する工程を含む、請求の範囲第２項に記載の方法。 ５．地下空洞が坑であり、回収した二酸化炭素を地下空洞に蓄積する段階が、捕 獲した二酸化炭素を坑内にポンプ輸送する工程を含む、請求の範囲第１項に記載 の方法。 ６．坑が通風システムを有しており、通風システムを介して二酸化炭素を坑内に ポンプ輸送する工程を含む、請求の範囲第５項に記載の方法。 ７．地下空洞が帯水層であり、回収した二酸化炭素を地下空洞に蓄積する段階が 、捕獲した二酸化炭素を帯水層にポンプ輸送する工程を含む、請求の範囲第１項 に記載の方法。 ８．搬送段階が更に、貯蔵した二酸化炭素を配給システムを介して地下空洞から 植物地帯にサイフォン輸送する工程を含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 ９．搬送段階が更に、既存の水路橋に配置されたホースを介して地下空洞から複 数の植物地帯に二酸化炭素をポンプ輸送する工程を含み、ホースが個々の植物地 帯に伸びる分岐を有していることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法 。 １０．搬送段階が更に、既存の水路橋の上方に架設されたフードを介して地下空 洞から植物地帯に二酸化炭素をポンプ輸送する工程を含む、請求の範囲第１項に 記載の方法。 １１．搬送段階が更に、二酸化炭素が帯水層に導入される場所から遠方に所在す る植物地帯で帯水層から二酸化炭素を取り出す工程を含む、請求の範囲第７項に 記載の方法。 １２．水と炭酸ガスとを別々に配給し得る両用潅漑装置を準備し、配給段階が更 に、昼間時間中は潅漑装置を介して二酸化炭素を噴出させ、昼間以外の時間中は 潅漑装置を介して水を噴出させる工程を含む、請求の範囲第１項に記載の方法。 １３．周囲温度が約７０°Ｆ〜約９０°Ｆであるときに両用潅漑装置を介して二 酸化炭素を噴出させることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の方法。 １４．複数の支柱によって回転自在に支持されたシャフトとシャフトに取り付け られた車輪と第一及び第二の末端を有するホースとを有しており、ホースの第一 末端が車輪に取り付けられ且つホースの第二末端がトラクターの後部の引張棒に 取り付けられている潅漑装置を配給段階で使用し、配給段階が更に、通常はシャ フトから遠ざかる方向にトラクターを移動させることによって圃場内にホースを 配置し、昼間時間中はホースから二酸化炭素を噴出させ、シャフトを回転させて 車輪にホースを巻き取ることによってホースを撤収する工程を含む、請求の範囲 第１項に記載の方法。 １５．下水廃液に吸収させる二酸化炭素の再利用方法であって、 （ａ）二酸化炭素発生ソースから二酸化炭素を捕獲する段階と、 （ｂ）下水廃液に二酸化炭素を含浸させる段階と、 （ｃ）下水廃液を広大な水域に集積させる段階と、 を含むことを特徴とする方法。 １６．集積段階が更に、二酸化炭素を含浸した下水廃液を二酸化炭素吸収性植物 を育成している水生農場に導入する工程を含む、請求の範囲第１５項に記載の方 法。 １７．更に、廃液を加熱する段階と、加熱した廃液を広大な水域に集積させる段 階とを含む、請求の範囲第１５項に記載の方法。 １８．方法が更に、捕獲した二酸化炭素を二酸化炭素発生ソースから地下空洞に 両者間の専用導管を介して配送する段階を含む、請求の範囲第１項に記載の方法 。 １９．方法が更に、浮遊障壁を準備し、浮遊障壁を水域の所定の場所に配置し、 障壁によって水生農場を区画する段階を含む、請求の範囲第１６項に記載の方法 。 ２０．方法が更に、二酸化炭素発生ソースを地下空洞に配置する段階を含む、請 求の範囲第１項に記載の方法。