(57)【要約】      （修正有）【課題】二酸化炭素の漏洩を早期に検出する装置および方法を提供する。【解決手段】水素を含むまたは水素を付加した二酸化炭素を陸域および海域に地下貯留した場合における陸域での二酸化炭素の漏出モニタリングに関わり、地表面下０．０５〜２０ｍに埋設された下部が開いたパイプ１あるいは地表面上の下部が開いた容器３の内部空気層において貯留層から地表面に漏出した水素を検知することにより、二酸化炭素の地表面への漏出を早期に予測する。水素は自然界の大気中には一般的に含まれておらず、二酸化炭素に比べて地下の岩盤などの多孔質層におけるガス拡散係数が大きく、水への溶解および岩石内部表面への吸着も二酸化炭素よりも小さいため、二酸化炭素よりも早期に地表面に漏出することから、二酸化炭素の漏出場所を精度良く予測可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に貯留された水素を０．０１〜１％の割合で含むまたは付加した二酸化炭素の地下貯留からの漏出を間欠的あるいは連続的に検出するため、下部が開いたパイプを地表から土壌あるいは岩盤層中に０．０５〜２０ｍ挿入するか、下部が開いた容器を地表面に置くことにより、地下貯留層から漏出したガスをパイプまたは容器内に保持し、内部の空気層を水素ガス濃度センサに吸引または直接接触させて間欠的または連続的に水素ガス濃度を測定し、おもに二酸化炭素の地表への漏出場所を早期に検出する装置および方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、温室効果ガスである二酸化炭素の大気中への排出量を削減するための二酸化炭素の地下貯留技術に関するものであり、より詳細には、二酸化炭素の陸域あるいは海域の地下貯留後、その周辺の陸域における地表面において、二酸化炭素の漏出場所を早期に予測し、その場所における二酸化炭素のモニタリング強化、周辺環境の安全性の確保ならびに二酸化炭素の地下への圧入の停止または継続の判断に関わるデータの取得についての技術分野である。
【背景技術】
【０００２】地球温暖化の主たる原因として考えられている二酸化炭素は、火力発電所、製鉄所ならびに製油所などの排出ガス中に多く含まれている。そのため、地球温暖化を抑制するためには、これらの事業所から大気中に排出される二酸化炭素量を削減する必要がある。【０００３】二酸化炭素を分離して地下貯留する技術が有効な二酸化炭素の排出量削減方法として実施されつつある。二酸化炭素の地下貯留技術は、前述した生産活動などにおいて排出されるガスの中から二酸化炭素を分離し、これを地下に圧入して貯留する技術である。このとき、二酸化炭素の地下貯留層としては、上部に不透気層を有する貯留層が選定されるが、不透気層に存在する亀裂などを通して、貯留された二酸化炭素が地表に漏出する可能性がある。二酸化炭素が地表に漏出した場合、二酸化炭素の地下貯留事業は、多くの費用を投入した状態で失敗に終わる可能性があり、かつ、周辺環境の安全性を確保できなくなるなど、多大な損害が生じることが予想される。【０００４】したがって、二酸化炭素の漏出を最小限に留める対策の適用、周辺環境の安全性の確保、ならびに事業の継続性を判断するために、地下に貯留した二酸化炭素の地表面への漏出場所を早期に予測する方法を確立する必要がある。【０００５】例えば、特開２００８−２０３１２４（特許文献１）では、生物代謝により生成される二酸化炭素濃度と、地下に圧入された二酸化炭素濃度の漏洩分とを識別するため、チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定するとともに、二酸化炭素濃度を測定し、これら生物代謝による酸素消費濃度と二酸化炭素濃度との収支を計算して二酸化炭素の漏洩の有無を評価することを提案している。【０００６】しかしながら土壌あるいは岩盤層中の微生物活動は季節、温度や水分によって大きく変化し、土壌あるいは岩盤層中の空気がチャンバ内に拡散し、実質的に微生物活動と漏洩したものとを区別することは難しい。また、大気中には一般に４００ｐｐｍ程度の二酸化炭素が含まれ、かつ動植物および産業からの二酸化炭素の排出に晒されているため、漏洩した二酸化炭素が土壌あるいは岩盤層中のガス雰囲気と混合し低濃度で地表に漏出してくる場合には漏出源を明確に定めることが難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】特開２００８−２０３１２４号公報
【非特許文献】
【非特許文献１】菅井裕一、佐々木久郎、Ｖｅｒｙ  Ｓｕｓａｎｔｏ、山城輝久、「ＣＯ▲２▼を主成分とする混合ガスの地中における流動と分離について」、資源・素材学会、２０１２年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】本発明の目的は、わずかな水素を含む二酸化炭素の地下貯留において懸念されている二酸化炭素の地表への漏出に対して、その漏出場所を早期に予測し、その場所における二酸化炭素の漏出抑制や周辺環境の安全性確保に貢献する、地表面における二酸化炭素の漏出検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】地下に貯留された水素を０．０１〜１％の割合で含むまたは付加した二酸化炭素の地表への漏出について、上部にキャップをした下部が開いたパイプ等を地表から土壌あるいは岩盤層中に経済的に妥当である０．０５〜２０ｍ挿入するか、下部が開いた容器を地表面に置くことにより、地下から漏出するガスをパイプまたは容器内の空気層に保持し、その空気層を水素ガス濃度測定器に吸引または直接接触させて間欠的または連続的に水素ガス濃度を測定し、優先的に水素の検出から二酸化炭素の漏出を予測する。
【発明の効果】
【０００９】本発明に係る地下に貯留した二酸化炭素の地表面への漏出の検出方法において、二酸化炭素に含まれる検知対象ガスである水素は、二酸化炭素よりも地下の岩盤などの多孔質層におけるガス拡散係数が大きく、水への溶解および岩石内部表面への吸着も二酸化炭素よりもきわめて小さいため、二酸化炭素よりも早期に地表面に漏出することから、二酸化炭素の漏出場所を早期に予測することができる。【００１０】水素は自然界の大気中には一般的に含まれておらず、大気中あるいは岩盤中に含まれるガスの影響による誤検知の確率が低く、二酸化炭素の漏出場所の予測精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】地下に貯留した水素を含む二酸化炭素の地表へ漏出したガスの代表的な６通りの検出装置を示す。
【図２】フィールド試験における下部が開いたパイプと圧入坑井の配置図である。
【図３】フィールド試験において水素を０．５％、二酸化炭素を４９．５％、窒素を５０％含む混合ガスを圧入し始めてから２時間３０分経過した時点において検出された水素濃度図である。
【図４】フィールド試験において水素を０．５％、二酸化炭素を４９．５％、窒素を５０％含む混合ガスを圧入し始めてから４時間３０分経過した時点において検出された水素濃度図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は地下に貯留された水素を含む二酸化炭素の漏出を検出するための代表的な６通りの装置構成を示す。パイプを用いる場合は地表面より０．０５〜２０ｍの深さで土壌あるいは岩盤層１１中に下部が開いたパイプ１を埋設する。地中のガス８が下部が開いたパイプ１内に拡散し、地中のガス濃度と平衡となった気層１０の濃度を間欠的に測定する場合には、下部が開いたパイプ１の上部をキャップ２で覆い、ガス吸引チューブ５を介して下部が開いたパイプ１内の空気を採取し、これを吸引式水素ガスセンサあるいは水素および二酸化炭素複合ガスセンサ６に導入して連続的および間欠的に測定する。同じく下部が開いたパイプ１内のガス濃度を測定するために、下部が開いたパイプ１内に接触式水素ガスセンサあるいは水素および二酸化炭素複合ガスセンサ７を設置し、単一および同時の測定を実施する。なお、ガス吸引チューブ５はパイプ１に直接接続した固定式のチューブであっても構わない。さらに、パイプ１の下部にステンレス網などを施し異物を排除することもできる。
【００１３】容器を用いる場合は、地表面に下部が開いた容器３を置くことによって、地中のガス８が下部が開いた容器３内の空気層に拡散し、地中のガス濃度と平衡となった気層１０の濃度を連続的および間欠的に測定する場合には、例えば下部が開いた容器にゴムシール２等を施し、ガス吸引チューブ５を介して容器３内の空気を採取し、これを吸引式水素ガスセンサあるいは水素および二酸化炭素複合ガスセンサ６に導入して測定する。同じく容器３内のガス濃度を測定するために、容器３内に接触式水素ガスセンサあるいは水素および二酸化炭素複合ガスセンサ７を設置し、単一および同時の測定を実施する。なお、ガス吸引チューブ５は容器３に直接接続した固定式のチューブであっても構わない。さらに、容器３の下部にステンレス網などを施し異物を排除することもできる。
【実施例】
【００１４】本発明における二酸化炭素の地表面における漏出の検出方法について、実際に水素を含む二酸化炭素を地下に圧入し、地表土壌に埋設した下部が開いたパイプ内の空気層中の水素および二酸化炭素の濃度測定試験を行なった。【００１５】図２に示すように、花崗岩から成る屋外フィールドの１５ｍ×１５ｍの領域に５７本の内径０．０２４ｍ、長さ０．４ｍの下部が開いたパイプを地表面から０．２ｍの深さに埋設し、その上部をゴム栓で密封した。図２の圧入坑井から水素を付加した二酸化炭素を深さ２０ｍの地下に圧入し、間欠的にすべての下部が開いたパイプから空気層を採取し水素濃度を測定した。圧入坑井において測定した地下水位は１４．５ｍであり、東南東へ向かって流れている。【００１６】試験条件について説明すると、二酸化炭素を４９．５％、水素を０．５％ならびに窒素を５０％含む混合ガスを０．１ＭＰａ一定圧力で１．６ｍ３圧入した。水素濃度の測定には分解能１ｐｐｍで測定範囲０〜５００ｐｐｍの接触燃焼式水素検知器を用い、二酸化炭素濃度の測定には分解能３０ｐｐｍで０〜５０００ｐｐｍのＮＤＩＲ方式二酸化炭素検知器を用いた。下部が開いたパイプのゴム栓に試料吸引針を刺し込み、下部が開いたパイプ内の空気層を各ガス検知器に導入して測定した。混合ガス圧入前はすべてのパイプ内の空気層から水素は検出されなかった。【００１７】図３に混合ガス圧入開始から２時間３０分後に測定したパイプ内の空気層中の水素濃度を示す。２本のパイプ内の空気層からいずれも１５ｐｐｍで水素が検出された。図４に混合ガス圧入開始から４時間３０分後に測定したパイプ内の空気層中の水素濃度を示す。４本のパイプ内の空気層から高い順に、６０ｐｐｍ、４５ｐｐｍ、１５ｐｐｍならびに１０ｐｐｍで水素が検出された。一方、これらの水素が検出されたパイプ内の二酸化炭素濃度は、いずれも圧入試験前の濃度からの変化が認められなかった。【００１８】このように、０．５％の濃度で地下に圧入された水素が地表において、その約百分の一の濃度に相当する数十ｐｐｍで検出されたのに対して、４９．５％の濃度で地下に圧入された二酸化炭素は、地表において圧入前の３００〜４００ｐｐｍから大きな変化は認められなかった。このことから、地下において水素のガス拡散係数が大きいことや地下水への溶解度ならびに岩石内部表面への吸着性が小さいことなどにより、二酸化炭素に先行して地表へ漏出したことを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００１９】陸域および海域での二酸化炭素の地下貯留からの二酸化炭素漏洩モニタリング装置およびシステムへの利用が可能である。
【符号の説明】
【００２０】（図１）
１  下部が開いたパイプ
２  キャップ
３  下部が開いた容器
４  ゴムシール
５  ガス吸引チューブ
６  吸引式水素ガスセンサあるいは水素および二酸化炭素複合ガスセンサ
７  接触式水素ガスセンサあるいは水素および二酸化炭素複合ガスセンサ
８  地中のガス
９  地表面
１０  地中のガス濃度と平衡となった気層
１１  土壌あるいは岩盤層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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