(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面に立てられる固定部材と、前記固定部材に高さ別に固定される複数の気体流入口と、前記気体流入口と連通する複数の気体移送部材と、前記気体移送部材を通じて移送された気体の同位元素を分析する同位元素分析機を含む分析部材と、前記気体移送部材及び前記分析部材と連結され、前記複数の気体移送部材のうちの１つの気体移送部材を選択し、選択された気体移送部材を通じて移送された気体を前記分析部材に供給するチャンネルと、前記チャンネルと前記分析部材を連結させる連結部材を含む地表大気分析装置と、
前記同位元素分析機から出力される同位元素の成分を転送する地表大気用通信装置と、
前記地表面の下の非飽和帯に埋設され、筒形状を有するチャンバーと、前記チャンバーの側面に形成される気体流入口と、前記チャンバーの上部に貫通形成され、前記チャンバー内の気体に含まれた二酸化炭素の濃度を測定する非飽和帯二酸化炭素濃度測定センサーを含む非飽和帯二酸化炭素濃度感知装置と、
前記非飽和帯二酸化炭素濃度測定センサーから出力される二酸化炭素の濃度を転送する非飽和帯用通信装置と、
前記地表大気用通信装置から転送される同位元素の成分、及び前記非飽和帯用通信装置から転送される二酸化炭素の濃度を出力するモニタリングサーバと、
を含むことを特徴とする、非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項２】
前記気体は、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、硫化ガス（ＳＯＸ）、及び硫化水素（Ｈ２Ｓ）のうちの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項３】
前記同位元素分析機は、リアルタイム同位元素分析が可能なＷＳ−ＣＲＤＳ（Wavelength-Scanned Cavity Ring down Spectroscopy）方式またはＩＣＯＳ（Integrated Cavity output Spectroscopy）方式のうちから選択されたいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項４】
前記分析部材は、前記チャンネルを介して供給される地表大気の気体に含まれた二酸化炭素の濃度を測定する地表大気二酸化炭素濃度測定センサーをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項５】
前記地表大気及び非飽和帯二酸化炭素濃度測定センサーは、非分散赤外線（Non Dispersive Infra-Red；ＮＤＩＲ）センサーであることを特徴とする、請求項１または４に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項６】
前記非飽和帯二酸化炭素濃度測定センサーは、前記分析部材と連結されることを特徴とする、請求項５に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項７】
前記モニタリングサーバは、各々の前記地表大気及び非飽和帯二酸化炭素濃度測定センサーから転送される測定二酸化炭素の濃度と基準二酸化炭素濃度とを比較して、前記測定二酸化炭素濃度が前記基準二酸化炭素濃度より一定値以上大きかったり、特定数値または特定比率以上の場合、異常信号を発生させることを特徴とする、請求項４に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項８】
前記モニタリングサーバは、前記異常信号に応答して警報を出力する警報装置をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【請求項９】
前記非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステムは、二酸化炭素が地中貯蔵される敷地に用いられることを特徴とする、請求項１に記載の非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングに関し、より詳しくは、同位元素分析機を用いたリアルタイム非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム及びモニタリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、全世界的に温室ガスによる地球温暖化問題が深刻に台頭している。しかしながら、化石燃料を基盤とする現在の産業構造によって、地球温暖化を起こす温室ガスの主犯である二酸化炭素（ＣＯ２）が多量排出されている。したがって、地球温暖化を防止するためには産業体などから排出される二酸化炭素が処理されなければならない。
【０００３】
最近、主要温室ガス縮小手段の１つとしてＣＣＳ（Carbon Capture & Storage）が現在の化石燃料基盤の経済を維持しながらも温室ガスを縮小できる現実的な代案技術として世界各国の注目を浴びている。ＣＣＳの貯蔵分野である地中貯蔵技術は、産業体などから排出する二酸化炭素を捕集して地下８００ｍ以上に半永久的に貯蔵する技術である。
【０００４】
地中貯蔵技術を具現するためには適切な敷地選定と共に、漏れ危険を最小化することが重要であり、二酸化炭素の注入後にはさまざまな理由により地表に漏れることがある二酸化炭素が漏れるか否かをモニタリングすることが非常に重要である。これは、二酸化炭素が地表に漏れる場合、人命事故の発生や自然環境のために、地上設備の安定性を確保できなくなるためである。
【０００５】
現在、適用可能な二酸化炭素モニタリング技術には、弾性波探査、電気探査、重力探査、注入地層内の温度及び圧力測定などの地球物理学的モニタリングと、地表または地下水の内の二酸化炭素の濃度測定などの地化学的モニタリング、試錐孔内のモニタリング技術などがある。しかしながら、このような技術のうちの一部は個別的に適用することには信頼性が落ちて、かといって可能なモニタリング技術を全体的に適用すれば多過ぎる費用が消耗されるという問題点がある。
【０００６】
大韓民国登録特許公報第１０−０９９９０３０号（２０１０年１２月０１日登録）には圧力モニタリングによる地中ガス貯蔵層におけるガス流出探知方法及び地中ガス貯蔵システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】大韓民国登録特許公報第１０−０９９９０３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、同位元素分析機を用いて非飽和帯ガス及び地表大気をリアルタイムに信頼性あるようにモニタリングできる非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム及びモニタリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の実施形態に従う非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステムは、地表面に立てられる固定部材と、上記固定部材に高さ別に固定される複数の気体流入口と、上記気体流入口と連通する複数の気体移送部材と、上記気体移送部材を通じて移送された気体の同位元素を分析する同位元素分析機を含む分析部材と、上記気体移送部材及び上記分析部材と連結され、上記複数の気体移送部材のうちの１つの気体移送部材を選択し、選択された気体移送部材を通じて移送された気体を上記分析部材に供給するチャンネルと、上記チャンネルと上記分析部材とを連結させる連結部材を含む地表大気分析装置、上記同位元素分析機から出力される同位元素の成分を転送する通信装置、及び上記通信装置から転送される同位元素の成分を出力するモニタリングサーバを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の実施形態に従う非飽和帯ガス及び地表大気モニタリング方法は、二酸化炭素が地中貯蔵される敷地の非飽和帯ガス及び地表大気をモニタリングする方法において、（ａ）二酸化炭素地中貯蔵の以前、二酸化炭素濃度感知装置で二酸化炭素が地中貯蔵される敷地の非飽和帯二酸化炭素の濃度を時間帯別に測定して、通信装置を通じてモニタリングサーバに転送し、上記モニタリングサーバから転送された非飽和帯二酸化炭素の濃度資料を分析して自然的に表れることができる二酸化炭素濃度の最大濃度を基準二酸化炭素濃度として貯蔵するステップ、（ｂ）二酸化炭素の地中貯蔵が始まった後、地表大気分析装置の同位元素分析機で地表大気のうちの気体の同位元素を分析し、上記二酸化炭素濃度感知装置で上記非飽和帯の二酸化炭素の濃度を測定して、通信装置を通じて上記モニタリングサーバに転送するステップ、及び（ｃ）上記モニタリングサーバで測定二酸化炭素の濃度と上記基準二酸化炭素の濃度とを比較して、正常信号または異常信号を出力するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に従う非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム及びモニタリング方法は、リアルタイムに非飽和帯ガス及び地表大気二酸化炭素の濃度と同位元素分析機を用いて非飽和帯ガス及び地表大気の同位元素をモニタリングすることで、経済的な方法によりリアルタイムに二酸化炭素を含んだ気体の挙動を信頼性あるように観察することができる。
【００１２】
これを二酸化炭素地中貯蔵敷地のモニタリングに適用する場合、地中貯蔵された二酸化炭素の漏出時に直ちに対応し、地上設備の安定性を確保することができる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に従う非飽和帯ガス及び地表大気の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリングシステムを概略的に示す図である。
【図２】図１のモニタリングサーバを概略的に示す図である。
【図３】本発明に従う二酸化炭素が地中貯蔵される敷地の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリングシステムを概略的に示す図である。
【図４】本発明に従う非飽和帯ガス及び地表大気の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリング方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付する図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現され、単に本実施形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇により定義されるだけである。明細書の全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を指し示す。
【００１５】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態に従う同位元素分析機を用いた非飽和帯ガス及び地表大気モニタリングシステム及びモニタリング方法に関して説明する。
【００１６】
図１は本発明に従う非飽和帯ガス及び地表大気の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリングシステムを概略的に示す図であり、図２は図１のモニタリングサーバを概略的に示す図である。
【００１７】
図１を参照すると、図示された非飽和帯ガス及び地表大気二酸化炭素（ＣＯ２）濃度及び同位元素モニタリングシステム１００は、大別して地表大気分析装置１０５、地表大気用通信装置１７０、非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０、非飽和帯用通信装置１９０、及びモニタリングサーバ１９５を含む。
【００１８】
地表大気分析装置１０５は、地表大気の同位元素やＣＯ２の濃度を分析する装置であって、地表大気気体流入口１１０、気体移送部材１２０、固定部材１３０、チャンネル１４０、分析部材１５０、及び連結部材１６０を含む。
【００１９】
地表大気気体流入口１１０は、地表大気のうちの二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、硫化ガス（ＳＯＸ）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）などを含む気体が気体移送部材１２０の内部に流入するようになる。地表大気気体流入口１１０は、漏斗のような形状を有することができ、地表面に立てられた柱形状の固定部材１３０に固定できる。ここで、地表大気は地表面及び大気を含むことを意味する。地表大気は略地表面から２ｍ位の範囲となることができる。必要によっては２ｍ以上の高さに地表大気気体流入口１１０及び固定部材１３０を設置することができる。
【００２０】
気体移送部材１２０は地表大気気体流入口１１０と連通した管形状を有し、地表大気気体流入口１１０を通じて流入した気体をチャンネル１４０に移送させる。この際、地表大気気体流入口１１０と隣接した気体移送部材１２０の一部が固定部材１３０により固定できる。
【００２１】
気体移送部材１２０は移送過程中、流入した気体の変性を防止するために総長さが１０ｍ以下、好ましくは１〜２ｍ位の管が使用できる。
【００２２】
このような地表大気気体流入口１１０及び気体移送部材１２０は、地表面から高さを異にして複数個が形成される。
【００２３】
チャンネル１４０は複数の気体移送部材１２０と連結され、複数の気体移送部材１２０のうちの１つの気体移送部材１２０を選択し、選択された１つの気体移送部材１２０を通じて移送された気体を連結部材１６０を通じて分析部材１５０に供給する。チャンネル１４０は定まった順にリアルタイムに選択された１つの気体移送部材１５０を通じて移送された気体を分析部材１５０に供給することができる。
【００２４】
分析部材１５０は連結部材１６０によりチャンネル１４０と連結され、チャンネル１４０から連結部材１６０を通じて供給された気体を分析する。
【００２５】
具体的に、分析部材１５０は地表大気ＣＯ２濃度測定センサー１５１及び同位元素分析機１５３を含むことができる。
【００２６】
地表大気ＣＯ２濃度測定センサー１５１は、非分散赤外線（Non Dispersive Infra-Red；ＮＤＩＲ）センサーのものが好ましい。ＮＤＩＲセンサーは地表大気のうち、気体試料内のＣＯ２含量を測定するセンサーであって、簡便で、かつ正確度を高めることができる長所がある。
【００２７】
同位元素分析機１５３は、地表大気中のＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ、ＳＯＸ、Ｈ２Ｓ等の気体のうち、少なくとも１種を含む気体試料内の同位元素をリアルタイムに分析する機器であって、ＷＳ−ＣＲＤＳ（Wavelength-Scanned Cavity Ring down Spectroscopy）方式、またはＩＣＯＳ（Integrated Cavity output Spectroscopy）方式のうちのいずれか１つを用いることができる。
【００２８】
同位元素分析機１５３を用いて地表大気中の気体の同位元素を分析する場合、相対的に少ない費用を消耗しながらリアルタイムに地表大気中のＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ、ＳＯＸ、Ｈ２Ｓなどのような気体の同位元素を分析することによって、上記気体の挙動をより綿密に観察できる長所がある。
【００２９】
特に、同位元素分析機１５３と地表大気ＣＯ２濃度測定センサー１５１両方とも用いる場合、リアルタイムに地表大気中の気体の挙動、特にＣＯ２の挙動を信頼性あるように観察することができる長所がある。
【００３０】
地表大気用通信装置１７０は分析部材１５０と連結されて、地表大気ＣＯ２濃度測定センサー１５１から出力される地表大気のＣＯ２濃度と同位元素分析機１５３から出力される同位元素成分を有線または無線通信を通じてモニタリングサーバ１９５に転送する。
【００３１】
非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０は、チャンバー（chamber）１８１、非飽和帯気体流入口１８３、及び非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー１８５を含む。
【００３２】
チャンバー１８１はステンレススチール（stainless steel）などの材質であって、地表面の下の非飽和帯に埋設され、円筒、四角筒のような筒形状を有する。チャンバー１８１の底には地下水または土壌水が流入した場合、重力による自然排水可能に複数の排水孔（図示せず）が形成される。ここで、非飽和帯は地下水面の上部層を意味し、通常的に未膠結岩石と土壌が分布し、土壌内気体（酸素、窒素、二酸化炭素等）と水分とが共に存在する層を意味する。非飽和帯は略地表面から５０〜１００ｃｍ位下になることができる。
【００３３】
非飽和帯気体流入口１８３は、チャンバー１８１側面にメッシュ（mesh）などの網形状で少なくとも１つ以上形成されて非飽和帯の周辺の気体がチャンバー１８１内に流入するようにする。
【００３４】
非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー１８５は、チャンバー１８１の上部に貫通形成され、チャンバー１８１の内の気体に含まれたＣＯ２の濃度を測定する。この際、非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー１８５は、簡便で、かつ正確度を高めることができるＮＤＩＲセンサーのものが好ましい。
【００３５】
但し、ＮＤＩＲセンサーを土壌内に設置した場合、土壌孔隙内の気体の含量が不均質であるので、測定が不完全であることがある。したがって、本発明のように一定量以上の気体が集積できるチャンバー１８１を土壌層に設置し、チャンバー１８１に集められて平均化した分布を有する気体に対してＮＤＩＲセンサーを用いて、ＣＯ２濃度を測定することが好ましい。
【００３６】
一方、非飽和帯ＣＯ２濃度測定ＮＤＩＲセンサーは、地表大気濃度測定のための分析部材１５０と連結されて同位元素分析機１５３を用いた非飽和帯または非飽和帯ガスの同位元素測定が可能である。この場合、リアルタイムに非飽和帯ガスのうち、ＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ、ＳＯＸ、Ｈ２Ｓなどのような気体の挙動をより綿密に観察できる長所がある。
【００３７】
一旦、地表の上に漏れたＣＯ２は地表面の大気と混ざって速く移動するので、その濃度を速く感知し、漏れを判断して、地上設備を稼動するか否かを判断することが困難である。したがって、地表漏れの前段階である非飽和帯でＣＯ２濃度をモニタリングすることが求められる。
【００３８】
非飽和帯用通信装置１９０は、非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー１８５と連結されて、非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー１８５から出力されるＣＯ２濃度を有線または無線通信を通じてモニタリングサーバ１９５に転送する。
【００３９】
一方、モニタリングサーバ１９５は、時間帯別の非飽和帯及び地表大気での基準ＣＯ２濃度を貯蔵する。また、モニタリングサーバ１９５は地表大気用及び非飽和帯用通信装置１７０，１９０から転送される測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）と予め貯蔵された時間帯別の基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）とを比較して正常信号または異常信号をモニターまたはプリンタを通じて出力する。勿論、モニタリングサーバ１９５は測定ＣＯ２濃度を直接出力することができ、測定ＣＯ２濃度を貯蔵空間に貯蔵することができる。
【００４０】
モニタリングサーバ１９５は、転送される測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）と測定された時間に該当する基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）とを比較して、測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）が基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）より一定値以上大きい場合、異常信号を発生させることができる。
【００４１】
この際、モニタリングサーバ１９５で異常信号を発生させる基準は、基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）自体より測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）が特定数値（α）以上の場合、（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ≧Ｃ＿ｒｅｆ＋α）となることができる。
【００４２】
また、モニタリングサーバ１９５で異常信号を発生させる基準は、測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）が基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）の特定比率（β％、βは１より大きい値）以上の場合、（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ≧β×Ｃ＿ｒｅｆ）となることができる。
【００４３】
上記のような動作を遂行するために、図２に示すように、モニタリングサーバ１９５は、入力部２１０、データ貯蔵部２２０、比較部２３０、及び出力部２４０を含むことができる。
【００４４】
入力部２１０は、地表大気用及び非飽和帯用通信装置１７０，１９０から各々の測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）の入力を受ける。データ貯蔵部２２０は時間帯別の基準ＣＯ２濃度を貯蔵する。
【００４５】
比較部２３０は、入力部２１０から測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）の入力を受けて、データ貯蔵部２２０から基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）の入力を受けて、入力された測定ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｄｅｔｅｃ）と基準ＣＯ２濃度（Ｃ＿ｒｅｆ）とを比較して、‘０’と‘１’、または‘ＬＯＷ’と‘ＨＩＧＨ’のような結果信号を出力する。
【００４６】
出力部２４０は、比較部２３０の結果信号によって正常信号または異常信号をモニターまたはプリンタのような出力装置に出力する。
【００４７】
一方、モニタリングサーバ１９５は警報装置（図示せず）と連結できるが、警報装置はモニタリングサーバ１９５の異常信号に応答してアラームやサイレンなどの警報を発生させて、管理者や勤務者などが容易にＣＯ２漏れ発生を認知できるようにする。
【００４８】
説明の便宜のために、図１では非飽和帯ガス及び地表大気ＣＯ２濃度及び同位元素モニタリングシステム１００に限定して説明したが、非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０及び非飽和帯用通信装置１９０を省略して地表大気のＣＯ２濃度及び同位元素モニタリングに適切に応用されることもできることは勿論である。
【００４９】
図３は、本発明に従う二酸化炭素が地中貯蔵される敷地の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリングシステムを概略的に示すものである。
【００５０】
図３を参照すると、図示された二酸化炭素が地中貯蔵される敷地の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリングシステムは、ＣＯ２が地中貯蔵されるＣＯ２貯蔵敷地３１０の地表面３２０に立てられた複数の地表大気分析装置１０５、ＣＯ２貯蔵敷地３１０で地下土壌層３３０の非飽和帯に埋設された複数の非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０、各々の地表大気分析装置１０５に連結された複数の地表大気用通信装置（図示せず）、各々の非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０と連結された複数の非飽和帯用通信装置１９０、及びモニタリングサーバ１９５を含む。
【００５１】
ＣＯ２貯蔵敷地３１０には地下土壌層３３０の深部、略８００ｍ位に産業体から排出されるＣＯ２が捕集されて地中貯蔵されるＣＯ２地中貯蔵所３４０が位置する。
【００５２】
この場合、地表大気分析装置１０５は、ＣＯ２貯蔵敷地３１０でＣＯ２地中貯蔵所３４０と垂直な上部の地表面３２０に複数個が配置される。非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０は、地下土壌層３３０でＣＯ２地中貯蔵所３４０と垂直な上部の非飽和帯に複数個が配置される。また、ＣＯ２はＣＯ２貯蔵敷地３１０の周辺にも流出できるので、地表大気分析装置１０５及び非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０は、ＣＯ２貯蔵敷地３１０だけでなく、その周辺敷地にも複数個に配置されることが好ましい。
【００５３】
一方、ＣＯ２貯蔵敷地３１０には、ＣＯ２臨時貯蔵設備、加圧設備、増温設備、注入設備などが配置される。
【００５４】
上記地表大気分析装置１０５、非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０、地表大気用通信装置、非飽和帯用通信装置１９０、及びモニタリングサーバ１９５は、図１で前述したことと同一であるので、より詳細な説明は省略する。
【００５５】
ＣＯ２貯蔵敷地３１０で地表大気分析装置１０５及び非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０を用いる場合、非飽和帯ガス及び地表大気のＣＯ２濃度と共に同位元素をリアルタイムにモニタリングしてリアルタイムにＣＯ２の挙動を信頼性あるように観察することができ、これを通じて地中貯蔵されたＣＯ２の漏出時、直ちに対応できる長所がある。
【００５６】
このように、ＣＯ２が地中貯蔵される敷地のＣＯ２濃度及び同位元素モニタリングシステムは、ＣＯ２貯蔵敷地３１０で主に注入地層に限定されていたモニタリング対象を非飽和帯と地表大気まで拡張させる。また、同位元素分析機とＣＯ２濃度測定センサーを用いて経済的な方法により地中貯蔵されたＣＯ２が漏れるか否かをリアルタイムに信頼性あるようにモニタリングすることによって、ＣＯ２漏れに従う対応速度の向上と共に、地上設備の安定性を確保することができる。
【００５７】
図４は、本発明に従う非飽和帯ガス及び地表大気の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリング方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【００５８】
図４を参照すると、図示された非飽和帯ガス及び地表大気の二酸化炭素濃度及び同位元素モニタリング方法は、基準ＣＯ２濃度データ貯蔵ステップ（Ｓ４１０）、ＣＯ２濃度感知、同位元素分析及びモニタリングステップ（Ｓ４２０）、及び結果信号出力ステップ（Ｓ４３１、Ｓ４３２）を含む。
【００５９】
基準ＣＯ２濃度データ貯蔵ステップ（Ｓ４１０）では、ＣＯ２地中貯蔵の以前、ＣＯ２が地中貯蔵される敷地の非飽和帯ＣＯ２濃度及び地表大気のＣＯ２濃度を二酸化炭素地中注入前に時間帯別に測定して、通信装置を通じてモニタリングサーバに転送し、上記モニタリングサーバから転送された各々の非飽和帯ガス及び地表大気のＣＯ２濃度資料を分析して自然的に表れることができるＣＯ２濃度の最大濃度を基準ＣＯ２濃度として貯蔵する。
【００６０】
非飽和帯ＣＯ２濃度は、図１に図示された地表面の下の非飽和帯に埋設された非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置１８０を用いて測定される。地表大気ＣＯ２濃度は、図１に図示された地表面に立てられた地表大気分析装置１０５の地表大気ＣＯ２濃度測定センサー１５１を用いて測定される。
【００６１】
基準ＣＯ２濃度を予め貯蔵する理由は、次の通りである。非飽和帯のＣＯ２は土壌内の生物学的な活動とそれに影響を及ぼす物理化学的な現象、季節、昼と夜、その他の物理化学的な条件に従って濃度が随時変化する。そして、地表大気のＣＯ２は昼と夜、その他の物理化学的な条件に従って濃度が随時変化する。これによって、非飽和帯及び地表大気のＣＯ２濃度を一般化することは非常に困難である。したがって、注入されたＣＯ２が漏れるか否かを確認するためには、少なくとも１年以上定まった地点でＣＯ２の濃度を時間単位に測定して自然的な背景濃度を予め把握した後、このような背景濃度から外れる異常値が観測された時に対応することが必要である。
【００６２】
次に、ＣＯ２濃度感知、同位元素分析、及びモニタリングステップ（Ｓ４２０）では、ＣＯ２の地中貯蔵が始まった後、図１に図示された非飽和帯に埋設されたＣＯ２濃度感知装置１８０で非飽和帯ガスのＣＯ２の濃度を測定し、地表面に立てられた地表大気分析装置１０５で地表大気のＣＯ２の濃度を測定して、図１の通信装置１７０，１９０を通じてモニタリングサーバ１９５に転送し、モニタリングサーバ１９５で各々非飽和帯及び地表大気で測定されたＣＯ２の濃度と基準非飽和帯及び地表大気ＣＯ２濃度とを比較する。
【００６３】
また、図１に図示された地表大気分析装置１０５の同位元素分析機１５３でＣＯ２、ＣＨ４、Ｈ２Ｏ、ＳＯＸ、Ｈ２Ｓ等の気体のうち、少なくとも１種を含む地表大気の気体内の同位元素を分析して、図１の通信装置１７０を通じてモニタリングサーバ１９５に転送する。
【００６４】
また、非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー１８５、一例としてＮＤＩＲセンサーを地表大気分析装置１０５の分析部材１５０と連結して同位元素分析機１５３を用いて非飽和帯または非飽和帯ガスの同位元素を測定して、図１の通信装置１７０を通じてモニタリングサーバ１９５に転送することもできる。
【００６５】
結果信号出力ステップ（Ｓ４３１、Ｓ４３２）では、モニタリングサーバで、測定ＣＯ２の濃度と基準ＣＯ２濃度とを比較した結果を用いて正常信号または異常信号を出力する。モニタリングサーバは測定されたＣＯ２濃度と基準ＣＯ２濃度とを比較して、測定されたＣＯ２濃度が基準ＣＯ２濃度より一定値以上大きかったり、特定数値または特定比率以上の場合、異常信号を発生させることができる。
【００６６】
モニタリングサーバから異常信号が出力される場合、警報を出力する過程（Ｓ４３３）がさらに含まれて、ＣＯ２の注入が中断（Ｓ４３４）できるようにする。
【００６７】
前述したように、本発明に従う非飽和帯ガス及び地表大気のＣＯ２濃度及び同位元素モニタリング方法は、ＣＯ２の地中貯蔵前に予め時間帯別の非飽和帯及び地表大気の基準ＣＯ２濃度を測定貯蔵した状態でリアルタイムに非飽和帯及び地表大気で感知されるＣＯ２の濃度と比較することによって、環境の変化に従うＣＯ２濃度変化と地中貯蔵されたＣＯ２の漏れによるＣＯ２濃度変化を容易に区別することができる。
【００６８】
また、ＣＯ２濃度測定だけでなく、同位元素分析機を用いてリアルタイムに非飽和帯ガス及び地表大気に含まれた気体の同位元素を分析することによって、地中貯蔵されたＣＯ２が漏れるか否かを経済的な方法によりリアルタイムに信頼性あるようにモニタリングすることができるので、ＣＯ２漏れに従う対応速度の向上と共に、地上設備の安定性を確保することができる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を中心として説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形を加えることができる。このような変更と変形は本発明が提供する技術事象の範囲から外れない限り、本発明に属すると言うことができる。したがって、本発明の権利範囲は以下に記載される請求範囲により判断されるべきである。
【符号の説明】
【００７０】
１００    非飽和帯ガス及び地表大気ＣＯ２濃度及び同位元素モニタリングシステム
１０５    地表大気分析装置
１１０    地表大気気体流入口
１２０    気体移送部材
１３０    固定部材
１４０    チャンネル
１５０    分析部材
１５１    地表大気ＣＯ２濃度測定センサー
１５３    同位元素分析機
１６０    連結部材
１７０    地表大気用通信装置
１８０    非飽和帯ＣＯ２濃度感知装置
１８１    チャンバー
１８３    非飽和帯気体流入口
１８５    非飽和帯ＣＯ２濃度測定センサー
１９０    非飽和帯用通信装置
１９５    モニタリングサーバ
２１０    入力部
２２０    データ貯蔵部
２３０    比較部
２４０    出力部
３１０    ＣＯ２貯蔵敷地
３２０    地表面
３３０    地下土壌層
３４０    ＣＯ２地中貯蔵所
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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