WO2017126533A1 - ガス捕集方法 - Google Patents

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water
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methane
film
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千春 青山
大樹 青山
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千春 青山
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    • C02F2209/02—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to a gas collecting method that collects a gas such as methane gas emitted from the sea bottom (hereinafter also including a lake bottom).
  • Patent Document 1 discloses a method for recovering seabed resources.
  • crude oil ejected from the seabed is collected by a dome-shaped frame, and is collected by a crude oil recovery ship on the sea surface via a pipe connected to the frame.
  • Patent Document 1 since the purpose of the method disclosed in Patent Document 1 is to recover crude oil, it is necessary to sink the dome-shaped frame and fix it stably. For this reason, the anchor which divides
  • An object of the present invention is to provide a gas collection method capable of efficiently collecting gas released from the seabed (lake bottom) without affecting marine resources on the seabed (lake bottom).
  • a feature of the present invention is a gas collection method for collecting a gas generated from a raw material existing on the seabed or lake bottom, which comprises a film body having a fixture connected to the lower end and extending downward from the top.
  • the film collecting is dropped into water, the three-dimensional position of the fixture in the water is grasped by a position maintainer provided in the fixture, and the three-dimensional position of the fixture is determined by autonomous navigation.
  • the lower end of the trapping membrane is higher than the seabed or the lake bottom, and the raw material is separated from a solid state into water and gas based on the vertical water temperature distribution obtained by CTD.
  • the lower end of the collection membrane is set at a position higher than the seabed (lake bottom) and shallower than the water depth at which the raw material separates into water and gas from the solid state. Can be collected. Furthermore, it is possible to prevent the fishery resources on the seabed (lake bottom) from being affected.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a basic configuration [fundamental configuration] of a gas collection device that performs a gas collection method.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between seawater temperature and water depth at which methane hydrate is separated into water and methane.
  • FIG. 3 is a perspective view of the gas collecting device.
  • Drawing 4 is an explanatory view showing the composition of the gas collection device which performs the gas collection method concerning an embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a collection procedure using the gas collection device.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing a configuration of a modified example of the gas collection device.
  • the gas collecting device 10 is subtracted from a ship 21 floating on the sea toward the sea bottom (lake bottom) L1, and spreads downward [flare (s) downward] collecting membrane [collecting membrane] ] 11. That is, the collection film 11 is formed of a film body that spreads downward from the top T1. The distance from the lower end of the collection film
  • the collection film 11 is supported by four wires 12.
  • a weight 13 fixed to the seabed L1 is connected to each lower end of the wire 12. That is, the weight 13 is attached to the lower end of the collection film 11 and functions as a fixture for maintaining (fixing) the collection film 11 at a desired water depth.
  • the trapping film 11 supported by the wire 12 has the top T1 at the highest point.
  • gas plumes gas ⁇ plume (s)] PL formed by releasing gas and gas hydrate (raw material) grains (for example, methane gas and hydrate particles) from the seabed L1.
  • gas and gas hydrate raw material grains
  • methane gas and hydrate particles for example, methane gas and hydrate particles
  • a tube 14 (for example, a double spiral tube) is connected to the top T1 (or the vicinity thereof) of the collection film 11.
  • the other end of the tube 14 is connected to an onboard unit 22 provided on the ship 21. That is, the methane gas collected by the collection film 11 is supplied to the shipboard unit 22 via the tube 14.
  • the onboard unit 22 includes equipment such as a gas-liquid separator 30 connected to the tube 14 and a pressure accumulating tank 32 that accumulates recovered methane.
  • the onboard unit 22 takes out the methane gas from the methane gas collected via the tube 14 and the gas-liquid mixture collected along with the methane gas, and sends the methane gas to downstream equipment.
  • the extracted methane gas is sent to a gas storage tank via a pipeline.
  • the trapping film 11 is made of a material that can withstand long-term use without being stretched or deteriorated even when placed in seawater for a long time.
  • the lower end of the collecting film 11 is separated from the seabed L1 (see distance P1 in FIG. 1). That is, the weight 13 is sunk on the seabed L1, but the lower end of the collection film 11 is disposed at a position (shallow position) higher than the seabed L1. Moreover, the top part T1 of the collection film
  • membrane 11 is arrange
  • the water depth at which methane hydrate (raw material) separates into water and gas and the water depth at which the bubbles of methane gas disappear vary depending on the seawater temperature.
  • the relationship between the water depth at which methane hydrate is separated into water and gas and the seawater temperature will be described with reference to FIG.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 2 indicates the seawater temperature (° C.), and the vertical axis indicates the depth (m) from the sea surface.
  • the + mark indicated by the reference sign Q1 indicates the seawater temperature and water depth at which methane hydrate (solid) is separated into water and gas, which is obtained by calculation. Therefore, the (approximate) curve (Q1) obtained from the + mark indicated by the reference sign Q1 is a methane hydrate stable region curve [methane hydrate stability zone curve]. On the left side of this curve Q1, methane hydrate exists as a solid. On the right side of curve Q1, methane hydrate separates into water and methane gas.
  • the lower the seawater temperature the shallower the water depth that exists as methane hydrate (solid).
  • methane hydrate is separated into water and gas.
  • methane hydrate is separated into water and gas.
  • a curve Q2 shown in FIG. 2 shows a typical water temperature change in the sea area of Japan.
  • the water temperature rises rapidly when the water depth is shallower than 300 m. That is, based on the correspondence between the curve Q2 of the target sea area (here, the Japan Sea area) and the methane hydrate stable area curve Q1, the water depth at which methane gas disappears can be obtained.
  • the target sea area here, the Japan Sea area
  • the methane hydrate stable area curve Q1 the water depth at which methane gas disappears can be obtained.
  • methane gas is generated from methane hydrate in the vicinity of a water depth of 300 m. Therefore, if the collection film 11 is installed so that the lower end of the collection film 11 is at a position shallower than the water depth of 300 m, methane gas generated from methane hydrate can be collected.
  • the ship 21 is moved to the sea level above the methane plume PL.
  • the weight 13 is sunk on the seabed, and the weight 13 is moved to a desired position using a robot operating in the sea. Specifically, the weight 13 is moved by remote control by the robot so that the methane plume PL is positioned at the approximate center of the spread collection film 11.
  • Various robots that operate in the sea are known, and detailed description of the configuration and operation of the robot is omitted.
  • a wire 12 is connected to the weight 13, and a collecting film 11 is attached to the wire 12. Accordingly, the trapping film 11 spreads downward in a quadrangular pyramid shape from the top T1 (see FIG. 3).
  • the collection film 11 was expanded in a quadrangular pyramid shape using four weights 13.
  • the collection film 11 may be spread in a polygonal pyramid shape using three or five or more weights 13.
  • membrane 11 is a polygonal cone shape or a cone-shaped cone shape, it is not limited to these shapes.
  • the collection film 11 only needs to be expanded in a shape that expands downward and has the top portion T1 as the uppermost point.
  • the lower end of the collection film 11 is arranged at a position higher than the seabed L1. Therefore, as indicated by the distance P1 (see FIG. 1), a gap is formed between the seabed L1 and the lower end of the trapping film 11, so that the influence on marine resources that inhabit the seabed can be reduced.
  • the top portion T1 of the collection membrane 11 is disposed at a position deeper than the water depth at which methane gas is mixed with seawater and cannot be confirmed by acoustic sonar. Methane gas separated from methane hydrate is mixed with seawater while ascending about 100 to 200 m and cannot be confirmed with acoustic sonar.
  • the top T1 of the collection film 11 is disposed at a position deeper than the water depth at which methane gas is mixed with seawater and cannot be confirmed by acoustic sonar. For this reason, methane gas can be collected by the collection film
  • the collected methane gas is introduced into the tube 14 connected to the top portion T ⁇ b> 1 of the collection film 11, and supplied to the onboard unit 22 provided on the ship 21.
  • the supplied methane gas is separated by the gas-liquid separator 30 and stored in the pressure accumulation tank 32.
  • the methane gas is collected by the collection film 11 spreading downward, so that the methane gas generated from the methane plume PL can be collected efficiently.
  • the lower end of the collection film 11 is disposed at a position higher (shallow) than the seabed L1, it is possible to prevent the marine resources of the seabed L1 from being affected. Furthermore, since the lower end of the collection film 11 is disposed at a position shallower than the water depth at which the methane hydrate is separated into water and methane gas, the methane gas can be collected efficiently.
  • methane gas generated from the methane plume PL is collected. Can be moved. Moreover, since the movement is easy, it is possible to easily collect methane gas released from the surface layer type methane hydrate.
  • the gas collection method gas collection device 50
  • the weight 13 is sunk to the seabed L 1, and the collection film 11 is spread by the wire 12 connected to the weight 13.
  • the end of the wire 12 is connected to a non-cable type (non-cable type) underwater robot 31 that functions as a weight.
  • the underwater robot 31 is placed at a desired depth in the sea, and the collection film 11 is spread through the wire 12. That is, the underwater robot 31 functions as a fixture for maintaining the collection film 11 at a desired water depth. Furthermore, the underwater robot 31 also functions as a position maintainer for maintaining the position of the fixture.
  • the gas collection device 50 in the present embodiment includes a collection film 11 that hangs down from the ship 21 floating on the sea toward the sea bottom L1 and spreads downward.
  • the collection film 11 has a configuration including a film body that spreads downward from the top T1.
  • the trapping film 11 is supported by four wires 12, and an underwater robot 31 for holding at a desired position in the sea is connected to the lower end of each wire 12.
  • One end side of the tube 14 is connected to the top portion T ⁇ b> 1 of the collecting film 11, and the other end side of the tube 14 is connected to an onboard unit 22 provided on the ship 21. That is, the methane gas collected by the collection film 11 is supplied to the onboard unit 22 via the tube 14.
  • the underwater robot 31 has a function of grasping its own position, and can navigate in the direction of 360 degrees autonomously. That is, if the coordinates of the target position are set, the underwater robot 31 recognizes the target position by the above function, autonomously navigates to the target position, and maintains the target position. Therefore, even if a force acts from the lateral direction of the collection film 11 due to the influence of the tidal current or the like, the underwater robot 31 autonomously navigates against the tidal current and maintains the target position. Therefore, the trapping film 11 can be maintained at a desired position without causing the weight 13 to sink to the seabed L1 as in the basic configuration described above.
  • step S10 the ship 21 is moved to the sea level above the methane plume PL.
  • step S50 the underwater robot 31 is moved so that the methane plume PL is positioned at the approximate center of the spread collection film 11.
  • the position of the underwater robot 31 can be grasped by radio or sonar.
  • the wire 12 is connected to the underwater robot 31, and the collecting film 11 is attached to the wire 12. Accordingly, the trapping film 11 spreads downward in a quadrangular pyramid shape from the top portion T1 (see FIG. 4).
  • the target position of the underwater robot 31 is determined (step S40)
  • the underwater robot 31 is made to recognize the coordinates of the target position.
  • the acquisition of the water temperature distribution (step S30) and the determination of the target position based on the water temperature distribution (step S40) will be described later.
  • the target position may be set in advance before the underwater robot 31 is dropped into the sea, or may be set wirelessly. Since the underwater robot 31 performs autonomous navigation so as to remain at the target position, the trapping film 11 can stably collect methane gas from the methane plume PL (step S60).
  • the metagas of the methane plume released from the seabed L1 is collected by the collection film 11 and collected by the tube 14.
  • the advantages of the basic configuration described above are also brought about in this embodiment. Further, in the present embodiment, the use of the underwater robot 31 capable of autonomous navigation instead of the weight 13 provides further advantages.
  • the underwater robot 31 is connected to the end of the wire 12, and the collection film 11 is maintained at a desired target position by autonomous navigation of the underwater robot 31. Therefore, it is not necessary to sink the weight 13 to the sea bottom L1 as in the basic configuration, and the collection film 11 can be installed at a desired depth even when the water depth of the sea bottom L1 is deep. As a result, methane gas can be reliably collected without being affected by the topography of the seabed L1.
  • the lower end of the collection film 11 is disposed at a position (shallow) higher than the depth at which the solid methane hydrate is separated into water and methane gas, the methane gas can be collected efficiently.
  • the top portion T1 of the collection membrane 11 is disposed at a position deeper than the water depth at which methane gas is mixed with seawater and cannot be confirmed by acoustic sonar. Methane gas separated from methane hydrate is mixed with seawater while ascending about 100 to 200 m and cannot be confirmed with acoustic sonar.
  • the top portion T1 of the collection film 11 is disposed at a position deeper than the water depth at which methane gas is mixed with seawater and cannot be confirmed by acoustic sonar. For this reason, methane gas can be collected by the collection film
  • the collected methane gas is introduced into the tube 14 connected to the top portion T ⁇ b> 1 of the collection film 11, and supplied to the onboard unit 22 provided on the ship 21.
  • the supplied methane gas is separated by the gas-liquid separator 30 and stored in the pressure accumulation tank 32.
  • the underwater robot 31 is connected to each end of the wire 12.
  • a weight can be connected together with the underwater robot 31 in order to obtain a desired weight.
  • the gas collection device 51 is a collection that hangs down from the ship 21 floating on the sea toward the sea bottom (lake bottom) L1 and spreads downward.
  • a membrane 11 is provided. That is, the collection film 11 is formed of a film body that spreads downward from the top T1.
  • the collection film 11 is supported by four wires 12.
  • a cabled underwater robot 41 for maintaining the collecting film 11 at a desired position in the sea is connected to each lower end of the wire 12.
  • a plurality of support vessels 42 for maintaining the position of each underwater robot 41 in the sea floats on the sea surface.
  • Each support ship 42 is connected to the underwater robot 41 by a support wire 43.
  • FIG. 6 only two sets of the underwater robot 41 and the support ship 42 are shown, but the collection film 11 is expanded by the four sets of the underwater robot 41 and the support ship 42.
  • Each support ship 42 has a function of grasping its own position, and can recognize the position (latitude / longitude) of the underwater robot 41 based on the relative positional relationship with the underwater robot 41. Therefore, the underwater robot 41 can be maintained at a desired target position by controlling the position of the support ship 42 even if the underwater robot 41 itself does not have an autonomous navigation function or a function of grasping its own position.
  • the target position may be set in advance before dropping the underwater robot 41 into the sea, may be set wirelessly, or may be set by wire via the support wire 43. Also, the position of the underwater robot 31 can be grasped by wire, wireless or sonar.
  • a roped underwater robot 41 is connected to the end of the wire 12, and the underwater robot 41 is connected to the support ship 42.
  • the underwater robot 41 is moved by the navigation of the support ship 42 to maintain the collection film 11 at a desired target position. Therefore, it is not necessary to sink the weight 13 to the sea bottom L1 as in the basic configuration, and the collection film 11 can be installed at a desired depth even when the water depth of the sea bottom L1 is deep. As a result, methane gas can be reliably collected without being affected by the topography of the seabed L1.
  • the underwater robot 41 since the underwater robot 41 is connected to the support ship 42 by the support wire 43, it is not necessary for the underwater robot 41 to have an autonomous navigation function. Therefore, the configuration of the underwater robot 41 can be simplified, and the apparatus scale can be reduced.
  • the water temperature distribution in the vertical direction of the sea area is acquired in advance using a measuring device 23 such as CTD (Conductivity Temperature Depth profiler) (step S30).
  • CTD Conductivity Temperature Depth profiler
  • the water depth at the target position of the collection membrane 11 is determined based on the water depth at the intersection of the curve Q2 in the middle) and the methane hydrate stable region curve (see the curve Q1 in FIG. 2). Further, the horizontal coordinate of the target position of the collection film 11 is determined in consideration of the position (path) of the methane plume PL.
  • the lower end of the collection film 11 is set at a position higher than the seabed and shallower than the water depth at which methane hydrate is separated into water and gas, and the top T1 of the collection film 11 is filled with seawater.
  • the position of the collection film 11 that is set at a position deeper than the water depth at which the bubbles disappear is mixed as the target position (step S40).
  • the gas collection method of the present invention is not limited to the above embodiment (and its modifications).
  • the configuration of each part can be replaced with any configuration having the same function.
  • methane gas released from methane hydrate existing under the seabed is collected.
  • the present invention can also be applied to collecting gas hydrates other than methane hydrate, for example, gas released from ethane hydrate or butane hydrate.
  • the acquisition of the water temperature distribution may be performed before the determination of the target position (step S40). Further, the determination of the target position (step S40) may be performed before the underwater robot 31 (41) is dropped into the sea, or may be performed after the drop. However, the determination of the target position (step S40) must be performed before maintaining (moving) the underwater robot 31 (41) at the target position (step S50).

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Abstract

海底（Ｌ１）又は湖底に存在する原料（ＰＬ）から発生するガスを捕集するガス捕集方法では、［１］下端に固定具（３１）が接続された、頂部（Ｔ１）から下方に向けて広がる膜体からなる捕集膜（１１）を、水中に投下し、［２］固定具（３１）に設けられた位置維持器（３１）によって固定具（３１）の水中での三次元位置を把握して、自律航行によって固定具（３１）の三次元位置を目標位置に維持し、［３］ＣＴＤによって取得される鉛直方向の水温分布に基づいて、捕集膜（１１）の下端を、海底（Ｌ１）又は湖底よりも高く、かつ、原料（ＰＬ）が固体状態から水とガスとに分離する水深よりも浅い位置に設定すると共に、捕集膜（１１）の頂部（Ｔ１）を、ガスが海水又は湖水に混じってガスの気泡が消失する水深よりも深い位置に設定し、［４］海底（Ｌ１）又は湖底より放出されるガスを捕集膜（１１）で捕集する。

Description

ガス捕集方法
　本発明は、海底[sea bottom]（以下、湖底[lake bottom]も含む）より放出されるメタンガス等のガスを捕集するガス捕集方法[gas collecting method]に関する。
　近年、海底下に存在するメタンハイドレート[methane hydrate]等の各種ガスハイドレートから放出されるガスを捕集することが試みられている。海底下に埋設されているガスハイドレートは温度や気圧等の条件に応じて水とガスに分かれ、分離したガスは海面に向けて上昇する。ガスが海面へ上昇する際に海水に混ざって[mix with seawater]しまうことがある。従って、ガスハイドレートから分離したガスを捕集するためには、ガスが海水に混じる以前に捕集する必要がある。
　下記特許文献１は、海底資源を回収する方法を開示している。特許文献１に開示された方法では、海底から噴出する原油は、ドーム状の枠体で収集され、該枠体に連結されたパイプを経由して海面の原油回収船に回収される。
日本国特開２０１２－２１３５７号公報
　しかし、特許文献１に開示された方法の目的は原油回収であるので、ドーム状の枠体を沈めて安定的に固定する必要がある。このため、海底に円形状の領域を区画するアンカーが設置され、エビやカニ等の海底の水産資源に影響を与えるおそれがある。
　本発明の目的は、海底（湖底）の水産資源に影響を与えることなく海底（湖底）から放出されるガスを効率良く捕集することのできるガス捕集方法を提供することにある。
　本発明の特徴は、海底又は湖底に存在する原料から発生するガスを捕集するガス捕集方法であって、下端に固定具が接続された、頂部から下方に向けて広がる膜体からなる捕集膜を、水中に投下し、前記固定具に設けられた位置維持器によって前記固定具の前記水中での三次元位置を把握して、自律航行によって前記固定具の前記三次元位置を目標位置に維持し、ＣＴＤによって取得される鉛直方向の水温分布に基づいて、前記捕集膜の前記下端を、前記海底又は前記湖底よりも高く、かつ、前記原料が固体状態から水とガスとに分離する水深よりも浅い位置に設定すると共に、前記捕集膜の前記頂部を、前記ガスが海水又は湖水に混じって前記ガスの気泡が消失する水深よりも深い位置に設定し、前記海底又は前記湖底より放出されるガスを前記捕集膜で捕集する、ガス捕集方法を提供する。
　上記特徴によれば、捕集膜の下端を、海底（湖底）よりも高く、かつ、原料が固体状態から水とガスとに分離する水深よりも浅い位置に設定するので、ガスを効率良く捕集することができる。更に、海底（湖底）の漁業資源に影響を与えることを防止できる。
図１は、ガス捕集方法を行うガス捕集装置の基本構成[fundamental configuration]を示す説明図である。 図２は、海水温度とメタンハイドレートが水及びメタンに分離する水深との関係を示すグラフである。 図３は、上記ガス捕集装置の斜視図である。 図４は、実施形態に係るガス捕集方法を行うガス捕集装置の構成を示す説明図である。 図５は、上記ガス捕集装置を用いた捕集手順を示すフローチャートである。 図６は、上記ガス捕集装置の変形例の構成を示す説明図である。
　以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。
［基本構成］
　まず、実施形態に先立って、ガス捕集方法を行うガス捕集装置の基本構成について説明する。図１に示されるように、ガス捕集装置１０は、海上に浮く船２１から海底（湖底）Ｌ１に向けて沈下され、下方に向けて広がる[flare(s) downward]捕集膜[collecting membrane]１１を備えている。即ち、捕集膜１１は、その頂部Ｔ１から下方に向けて広がる膜体で構成されている。捕集膜１１の下端から頂部Ｔ１までの距離は、例えば１００ｍである。捕集膜１１は４本のワイヤー１２によって支持されている。ワイヤー１２の各下端には、海底Ｌ１に固定される錘１３が連結されている。即ち、錘１３は、捕集膜１１の下端に取り付けられ、捕集膜１１を所望の水深に維持する（固定する）固定具[fixture]として機能する。
　ワイヤー１２の各下端に取り付けられた錘１３が矩形状領域の隅部に位置するように錘１３を海底Ｌ１に沈下させると、ワイヤー１２によって支持された捕集膜１１は、頂部Ｔ１を最上点として四角錐状に広げられる。海底Ｌ１からガス及びガスハイドレート（原料）の粒[grains]（例えば、メタンガス及びメタンハイドレートの粒）が放出されて形成されたガスプルーム[gas plume(s)]ＰＬが存在する領域に四角錐状の捕集膜１１を沈下させると、海底面から放出されたガス及びガスハイドレートを捕集膜１１によって捕集できる。なお、以下では、ガスハイドレートとしてメタンハイドレート、捕集するガスとしてメタンガスを例に挙げて説明する。
　捕集膜１１の頂部Ｔ１（又は、その近傍）には、チューブ１４（例えば、二重螺旋状チューブ）の一端が接続されている。チューブ１４の他端は、船２１に設けられた船上ユニット２２に接続されている。即ち、捕集膜１１によって捕集されたメタンガスは、チューブ１４を経由して船上ユニット[shipboard unit]２２に供給される。
　船上ユニット２２は、チューブ１４に接続された気液分離機[gas liquid separator]３０や、回収メタンを蓄積する蓄圧タンク３２等の設備を備えている。船上ユニット２２は、チューブ１４を経由して回収されたメタンガスと該メタンガスに付随して回収された気液混合物とからメタンガスを取り出して、下流の設備に送出する。例えば、取り出されたメタンガスは、パイプラインを経由してガス貯留用タンクに送出される。
　捕集膜１１は、海水中に長時間置かれていても伸縮や劣化することなく、長時間の使用に耐えられる材質で作られている。
　捕集膜１１の下端は、海底Ｌ１から離されている（図１中の距離Ｐ１参照）。即ち、錘１３は海底Ｌ１上に沈下されているが、捕集膜１１の下端は、海底Ｌ１よりも高い位置（浅い位置）に配置されている。また、捕集膜１１の頂部Ｔ１は、メタンガスが海水に混じって気泡が消失する水深よりも深い位置に配置される。この構成によって、メタンハイドレート（原料）が水とメタンガスとに分離した状態で該メタンガスを捕集することができる。更に、メタンガスが海水に混じる場合であっても、完全に混ざる以前にメタンガスを捕集できる。
　ここで、メタンハイドレート（原料）が水とガスとに分離する水深と、メタンガスの気泡が消失する水深とは、海水温度によって変化する。以下、メタンハイドレートが水とガスとに分離する水深と、海水温度との関係を、図２を参照しつつ説明する。
　図２に示されるグラフの横軸は海水温度（℃）を示し、縦軸は海面からの深さ（ｍ）を示している。符号Ｑ１によって示される＋印は、計算により求められた、メタンハイドレート（固体）が水とガスとに分離する海水温度及び水深を示している。従って、符号Ｑ１によって示される＋印から得られる（近似）曲線（Ｑ１）は、メタンハイドレート安定領域曲線[methane hydrate stability zone curve]である。この曲線Ｑ１の左側では、メタンハイドレートは固体として存在する。曲線Ｑ１の右側では、メタンハイドレートは水とメタンガスとに分離する。従って、曲線Ｑ１から分かるように、海水温度が低くなるほど、メタンハイドレート（固体）として存在する水深は浅くなる。例えば、水深５００ｍでは、水温が５℃を上回ると、メタンハイドレートは水とガスとに分離する。また、水深３００ｍでは、水温が２℃を上回ると、メタンハイドレートは水とガスとに分離する。
　なお、図２中に示される曲線Ｑ２は、日本海海域での典型的な水温変化を示している。曲線Ｑ２から分かるように、水深３００ｍよりも浅いと水温は急激に上昇する。即ち、対象海域（ここでは日本海海域）の曲線Ｑ２とメタンハイドレート安定領域曲線Ｑ１との対応関係に基づいて、メタンガスが消失する水深を求めることができる。図２に示される例では、水深３００ｍ近傍でメタンハイドレートからメタンガスが発生することが判る。従って、捕集膜１１の下端が水深３００ｍよりも浅い位置となるように捕集膜１１を設置すれば、メタンハイドレートから発生するメタンガスを捕集することができる。
　更に、捕集膜１１の下端の水深が、より浅い位置であると、メタンガスが海水に混ざってしまうので、メタンガスを効率良く捕集できない。従って、曲線Ｑ１と曲線Ｑ２との交点近傍の水深に、捕集膜１１の下端を配置するのが好ましい。
　次に、上述したガス捕集装置１０を用いて、海底Ｌ１から放出されるメタンプルームＰＬからメタンガスを捕集する手順について説明する。初めに、海底Ｌ１からメタンガスが放出されるメタンプルームＰＬの存在が確認されてメタンプルームＰＬに含まれるメタンガスを捕集する場合には、船２１をメタンプルームＰＬ上方の海面に移動させる。次に、錘１３を海底に沈下させ、海中で作動するロボットを用いて錘１３を所望の位置に移動させる。具体的には、広げられた捕集膜１１のほぼ中央にメタンプルームＰＬが位置するように、ロボットによって錘１３を遠隔操作で移動する。なお、海中で作動するロボットとしては種々のものが知られており、ロボットについての構成や動作についての詳細な説明は省略する。
　錘１３にはワイヤー１２が接続されており、ワイヤー１２には捕集膜１１が取り付けられている。従って、捕集膜１１は、頂部Ｔ１を基点として下方が四角錐状に広がる（図３参照）。ここでは、４個の錘１３を用いて捕集膜１１を四角錐状に広げた。しかし、３個や５個以上の錘１３を用いて捕集膜１１を多角錐状に広げてもよい。また、広げられた捕集膜１１の形状は、多角錐状や円錐状の錐体状であることが好ましいが、これらの形状に限定されない。捕集膜１１は、下方に向けて広がり、かつ、頂部Ｔ１が最上点となる形状に広げられればよい。
　捕集膜１１の下端は、海底Ｌ１よりも高い位置に配置される。従って、距離Ｐ１（図１参照）によって示されるように、海底Ｌ１と捕集膜１１の下端との間には隙間が形成されるので、海底に生息する水産資源への影響を低減できる。
　また、捕集膜１１の頂部Ｔ１は、メタンガスが海水に混ざって音響ソナーで確認できなくなる水深よりも深い位置に配置されている。メタンハイドレートから分離したメタンガスは、１００～２００ｍ程度浮上している間に海水に混じってしまい、音響ソナーで確認できなくなる。
　しかし、ここでは、メタンガスが海水に混じって音響ソナーで確認できなくなる水深よりも深い位置に捕集膜１１の頂部Ｔ１が配置される。このため、海水に混じる以前にメタンガスを捕集膜１１によって捕集できる。捕集されたメタンガスは、捕集膜１１の頂部Ｔ１に接続されたチューブ１４に導入され、船２１に設けられた船上ユニット２２に供給される。供給されたメタンガスは気液分離機３０で分離され、蓄圧タンク３２内に収容される。
　このようにして、基本構成を備えたガス捕集装置１０では、下方に広がる捕集膜１１でメタンガスを捕集するので、メタンプルームＰＬから発生するメタンガスを効率良く捕集できる。
　また、捕集膜１１の下端が海底Ｌ１より高い（浅い）位置に配置されるので、海底Ｌ１の水産資源に影響を与えることを防止できる。更に、捕集膜１１の下端がメタンハイドレートが水とメタンガスとに分離する水深よりも浅い位置に配置されるので、効率良くメタンガスを捕集できる。
　更に、基本構成を備えたガス捕集装置１０では、従来より実施されている掘削リグを用いて捕集する方法とは異なり、メタンプルームＰＬより発生するメタンガスを捕集するので、装置を容易に移動させることができる。また、移動が容易であることから、点在する表層型メタンハイドレートより放出されるメタンガスの捕集を容易に実行できる。
［実施形態］
　次に、実施形態に係るガス捕集方法（ガス捕集装置５０）について説明する。上述した基本構成では、錘１３を海底Ｌ１に沈下させ、錘１３に接続されたワイヤー１２で捕集膜１１が広げられた。本実施形態では、ワイヤー１２の端部は錘として機能する無索の[non-cable type]（紐付されていない[untethered]）水中ロボット３１に接続されている。水中ロボット３１を海中の所望の水深に配置して、ワイヤー１２を介して捕集膜１１を広げる。即ち、水中ロボット３１は、捕集膜１１を所望の水深に維持する固定具として機能する。更に、水中ロボット３１は、固定具の位置を維持するための位置維持器[position maintainer]としても機能する。
　図４に示されるように、本実施形態におけるガス捕集装置５０は、海上に浮く船２１から海底Ｌ１に向けて垂下され、下方に向けて広がる捕集膜１１を備えている。即ち、捕集膜１１は、頂部Ｔ１から下方に向けて広がる膜体からなる構成を有している。捕集膜１１は４本のワイヤー１２にて支持され、各ワイヤー１２の下端には、海中の所望位置に保持するための水中ロボット３１が接続されている。
　捕集膜１１の頂部Ｔ１には、チューブ１４の一端側が接続され、該チューブ１４の他端側は、船２１に設けられる船上ユニット２２に接続されている。即ち、捕集膜１１で捕集されたメタンガスは、チューブ１４を経由して船上ユニット２２に供給される。
　水中ロボット３１は、自身の位置を把握する機能を備えており、自律式で３６０度の方向に航行可能である。即ち、目標位置の座標が設定されていれば、水中ロボット３１は、上記機能によって目標位置を認識して、目標位置へと自律航行して目標位置を維持する。従って、潮流等の影響によって捕集膜１１の横方向から力が作用しても、潮流に抗して水中ロボット３１が自律航行して目標位置を維持する。従って、上述した基本構成のように錘１３を海底Ｌ１に沈下させなくても、捕集膜１１を所望の位置に維持することができる。
　次に、上述したガス捕集装置５０を用いて、海底Ｌ１から放出されるメタンプルームＰＬからメタンガスを捕集する手順について説明する（図５参照）。メタンプルームＰＬの存在が確認されてメタンプルームＰＬに含まれるメタンガスを捕集する場合には、船２１をメタンプルームＰＬ上方の海面に移動させる。次に、水中ロボット３１を海中に投下して（ステップＳ１０）、水中ロボット３１の位置を把握（ステップＳ２０）した後に、水中ロボット３１を目標位置に移動させる（ステップＳ５０）。具体的には、広げられた捕集膜１１のほぼ中央にメタンプルームＰＬが位置するように、水中ロボット３１を移動させる。水中ロボット３１の位置を把握は、無線やソナーによって把握できる。
　また、水中ロボット３１にはワイヤー１２が接続されており、ワイヤー１２には捕集膜１１が取り付けられている。従って、捕集膜１１は頂部Ｔ１を基点として下方が四角錐状に広がる（図４参照）。また、水中ロボット３１の目標位置が決定した場合（ステップＳ４０）には、目標位置の座標を水中ロボット３１に認識させる。水温分布の取得（ステップＳ３０）及び水温分布に基づく目標位置の決定（ステップＳ４０）に関しては後述する。また、目標位置は、水中ロボット３１の海中への投下前に予め設定してもよいし、無線で設定してもよい。水中ロボット３１は、目標位置にとどまるように自律航行を行うので、捕集膜１１によってメタンプルームＰＬからのメタンガスを安定的に捕集することができる（ステップＳ６０）。
　上述した基本構成と同様に、海底Ｌ１より放出されるメタンプルームのメタガスは捕集膜１１にて捕集され、チューブ１４にて回収される。上述した基本構成による利点は、本実施形態でも同様にもたらされる。さらに、本実施家形態では、錘１３に代えて自律航行可能な水中ロボット３１を用いることによって、更なる利点ももたらされる。
　本実施形態におけるガス捕集装置５０では、ワイヤー１２の端部に水中ロボット３１が接続され、水中ロボット３１の自律航行によって捕集膜１１を所望の目標位置に維持する。従って、基本構成のように錘１３を海底Ｌ１に沈下させる必要がなく、海底Ｌ１の水深が深くても、所望の深さに捕集膜１１を設置できる。その結果、海底Ｌ１の地形に影響されず、メタンガスを確実に捕集できる。
　また、捕集膜１１の下端が固体のメタンハイドレートが水とメタンガスとに分離する水深よりも高い（浅い）位置に配置されているので、メタンガスを効率良く捕集できる。
　また、捕集膜１１の頂部Ｔ１は、メタンガスが海水に混じって音響ソナーで確認できなくなる水深よりも深い位置に配置されている。メタンハイドレートから分離したメタンガスは、１００～２００ｍ程度浮上している間に海水に混じってしまい、音響ソナーで確認できなくなる。
　しかし、本実施形態では、メタンガスが海水に混じって音響ソナーで確認できなくなる水深よりも深い位置に捕集膜１１の頂部Ｔ１が配置される。このため、海水に混じる以前にメタンガスを捕集膜１１によって捕集できる。捕集されたメタンガスは、捕集膜１１の頂部Ｔ１に接続されたチューブ１４に導入され、船２１に設けられた船上ユニット２２に供給される。供給されたメタンガスは気液分離機３０で分離され、蓄圧タンク３２内に収容される。
　なお、本実施形態では、ワイヤー１２の各端部に水中ロボット３１が接続された。しかし、所望の重さとするために、水中ロボット３１と共に錘も接続することも可能である。
［変形例］
　次に、上記実施形態の変形例について説明する。上記実施形態では、無索の水中ロボット３１の自律航行によって、捕集膜１１が所望の目標位置に維持された。これに対して、本変形例では、有索の[cable type]（紐付されている[tethered]）水中ロボット４１によって、捕集膜１１が所望の目標位置に維持される。以下、図６を参照して変形例を詳細に説明する。
　図６に示されるように、本変形例におけるガス捕集装置５１は、上記実施形態と同様に、海上に浮く船２１から海底（湖底）Ｌ１に向けて垂下され、下方に向けて広がる捕集膜１１を備えている。即ち、捕集膜１１は、その頂部Ｔ１から下方に向けて広がる膜体で構成されている。捕集膜１１は４本のワイヤー１２によって支持されている。ワイヤー１２の各下端には、海中の所望位置に捕集膜１１を維持するための有索の水中ロボット４１が接続されている。
　海面には、各水中ロボット４１の海中での位置を維持するための複数の支持用船４２が浮いている。各支持用船４２は、支持用ワイヤー４３によって水中ロボット４１に連結されている。なお、図６では、２組の水中ロボット４１及び支持用船４２のみが示されているが、４組の水中ロボット４１及び支持用船４２によって捕集膜１１が広げられている。
　各支持用船４２は、自身の位置を把握する機能を備えており、水中ロボット４１との相対的な位置関係に基づいて、水中ロボット４１の位置（緯度・経度）を認識できる。従って、水中ロボット４１自体が自律航行機能や自身の位置を把握する機能を備えていなくても、支持用船４２の位置を制御することによって水中ロボット４１を所望の目標位置に維持できる。なお、目標位置は、水中ロボット４１の海中への投下前に予め設定してもよいし、無線で設定してもよいし、支持用ワイヤー４３を介して有線で設定してもよい。また、水中ロボット３１の位置を把握も、有線や無線やソナーによって把握できる。
　変形例におけるガス捕集装置５１では、ワイヤー１２の端部に有索の水中ロボット４１が接続され、かつ、水中ロボット４１が支持用船４２と連結されている。支持用船４２の航行によって水中ロボット４１を移動させて捕集膜１１を所望の目標位置に維持する。従って、基本構成のように錘１３を海底Ｌ１に沈下させる必要がなく、海底Ｌ１の水深が深くても、所望の深さに捕集膜１１を設置できる。その結果、海底Ｌ１の地形に影響されず、メタンガスを確実に捕集できる。また、支持用ワイヤー４３によって水中ロボット４１が支持用船４２に連結されているので、水中ロボット４１に自律航行機能を持たせる必要が無い。従って、水中ロボット４１の構成を簡素化でき、装置規模を縮小化できる。
　上述した目標位置の決定（ステップＳ４０）に関して、ＣＴＤ（Conductivity Temperature Depth profiler）等の測定機器２３を利用して海域の鉛直方向の水温分布を予め取得し（ステップＳ３０）、この水温分布（図２中の曲線Ｑ２参照）とメタンハイドレート安定領域曲線（図２中の曲線Ｑ１参照）との交点の水深に基づいて、捕集膜１１の目標位置の水深が決定される。また、メタンプルームＰＬの位置（経路）を考慮して、捕集膜１１の目標位置の水平座標が決定される。即ち、捕集膜１１の下端を、海底よりも高く、かつ、メタンハイドレートが水とガスとに分離する水深よりも浅い位置に設定すると共に、捕集膜１１の頂部Ｔ１を、メタンガスが海水に混じってその気泡が消失する水深よりも深い位置に設定する、捕集膜１１の位置が、目標位置として設定される（ステップＳ４０）。
　本発明のガス捕集方法は、上記実施形態（及びその変形例）に限定されない。各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成に置き換えることができる。
　例えば、上記実施形態では、海底（上述したように、湖底を含む）下に存在するメタンハイドレートより放出されるメタンガスを捕集した。しかし、メタンハイドレート以外のガスハイドレート、例えば、エタンハイドレートやブタンハイドレートより放出されるガスを捕集する場合にも、本発明を適用できる。
　また、水温分布の取得（ステップＳ３０）は目標位置の決定（ステップＳ４０）より以前に行われていればよい。さらに、目標位置の決定（ステップＳ４０）は、水中ロボット３１（４１）海中への投下前に行われてもよいし、投下後に行われてもよい。ただし、目標位置の決定（ステップＳ４０）は、水中ロボット３１（４１）を目標位置に（移動）維持する（ステップＳ５０）以前に行わなければならない。

Claims (2)

  1. 　海底又は湖底に存在する原料から発生するガスを捕集するガス捕集方法であって、
    　下端に固定具が接続された、頂部から下方に向けて広がる膜体からなる捕集膜を、水中に投下し、
    　前記固定具に設けられた位置維持器によって前記固定具の前記水中での三次元位置を把握して、自律航行によって前記固定具の前記三次元位置を目標位置に維持し、
    　ＣＴＤによって取得される鉛直方向の水温分布に基づいて、前記捕集膜の前記下端を、前記海底又は前記湖底よりも高く、かつ、前記原料が固体状態から水とガスとに分離する水深よりも浅い位置に設定すると共に、前記捕集膜の前記頂部を、前記ガスが海水又は湖水に混じって前記ガスの気泡が消失する水深よりも深い位置に設定し、
    　前記海底又は前記湖底より放出されるガスを前記捕集膜で捕集する、ガス捕集方法。
  2. 　請求項１に記載のガス捕集方法であって、
    　前記原料が、メタンハイドレートであり、
    　前記メタンハイドレートが水とガスとに分離する水深と水温との関係を示すメタンハイドレート安定領域曲線を取得し、
    　前記水温分布と前記メタンハイドレート安定領域曲線との交点近傍の水深を、前記捕集膜の前記下端の位置として設定する、ガス捕集方法。
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