(57)【要約】  本発明は、沿岸の発電所や船舶などの化石エネルギーを使用する海洋施設から排出される排煙の炭素回収及び貯留を実行するために使用されることができる海洋炭素の回収及び貯留（海洋ＣＣＳ）、並びに直接空気回収（ＤＡＣ）の方法及び設備に関する。本発明では自然工学的方法が採用され、天然の海水が炭素回収のためにＣＯ２ガスを洗浄及び溶解するために使用される。天然の海水の炭酸塩中和及び形成された重炭酸塩が、水柱での海洋貯留に使用される。そしてエネルギー節約のために低い揚程と大きな水流が使われる。排水は環境規制に適合している。本発明は、気候変動に対処するために、炭素吸収及び貯留層の海洋生態系を使用するための手頃な費用で環境に優しい有効な手段を提供する。
2019524424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋炭素の回収及び貯留方法であって、該方法は、
１）ポンプで汲み上げた海水で二酸化炭素を含有する気体を洗浄して、前記気体の前記二酸化炭素を吸収した炭素回収の生成物として洗浄後の海水をもたらすことを含む炭素回収ステップと、
２）前記炭素回収の生成物を海洋の水柱に排出して海洋貯留をすることを含む炭素貯留ステップと
を含む方法。
【請求項２】
ステップ２）において、前記炭素回収の生成物は、常圧下でパイプを通して前記海洋の水柱に排出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
海洋に排出される前記炭素回収の生成物のｐＨ値を調節するために、前記炭素回収の生成物中における海水の体積と二酸化炭素の体積の比を調節することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ１）における前記二酸化炭素を含有する気体は大気であり、洗浄のための前記海水は、風及び／又は海流の波及び／又は太陽光によって得た電力によりポンプで汲み揚げられる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素を含有する気体は、化石燃料の燃焼により排出される排煙である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記排煙中の前記二酸化炭素の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が洗浄用海水に吸収され、その後に前記海洋の水柱に排出されるステップを更に含み、前記洗浄用海水の体積は、前記排煙の前記二酸化炭素の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％を吸収するために十分であるように構成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
二酸化炭素を含有する排煙を洗浄するために、前記海水が５０ｍ以下、又は４０ｍ以下、又は３０ｍ以下、又は２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、又は８ｍ以下、又は６ｍ以下、又は５ｍ以下、又は４ｍ以下、又は２ｍ以下、又は１ｍ以下の揚程までポンプで汲み揚げられるステップを更に含み、ここで０ｍの揚程は、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる場所での海面である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
充填物を提供することと、該充填物内で前記洗浄を行うことと、前記炭素回収のエネルギー消費が１０００ＭＪ／ｔ以下、５００ＭＪ／ｔ以下、又は４００ＭＪ／ｔ以下、又は３５０ＭＪ／ｔ以下、又は３００ＭＪ／ｔ以下、又は２５０ＭＪ／ｔ以下、又は２００ＭＪ／ｔ以下、又は１５０ＭＪ／ｔ以下、又は１００ＭＪ／ｔ以下、又は６０ＭＪ／ｔ以下、又は５０ＭＪ／ｔ以下、又は４０ＭＪ／ｔ以下、又は３０ＭＪ／ｔ以下、又は２０ＭＪ／ｔ以下、又は１０ＭＪ／ｔ以下、又は５ＭＪ／ｔ以下となるように、ポンプで汲み上げられる洗浄用海水の揚程を構成することとを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法を実施するための海洋炭素の回収及び貯留のための設備であって、該設備は、
前記化石燃料の燃焼により前記排煙を生じる燃焼器（１）と、
前記排煙を洗浄して二酸化炭素を回収するために前記燃焼器に接続された炭素回収装置（２）と、
海水を前記炭素回収装置（２）に導入するための海水ポンプ装置（３）と、
清浄された前記排煙を前記炭素回収装置（２）の外に出すための煙突（６）と、
海水排出管（７）と
を含み、前記炭素回収装置（２）は水供給装置（２．１）と充填層とを含み、前記炭素回収装置（２）の海水出口（５）は前記海水排出管（７）に接続され、前記海水排出管（７）の出口は前記海洋の水柱中に配置される、設備。
【請求項１０】
前記炭素回収装置（２）の前記水供給装置の高度（２．２）は、５０ｍ以下、又は４０ｍ以下、又は３０ｍ以下、又は２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、８ｍ以下、６ｍ以下、５ｍ以下、４ｍ以下、２ｍ以下、又は１ｍ以下であるように構成され、ここで前記水供給装置の前記高度（２．２）は、前記水供給装置（２．１）の水平の中心線と洗浄用海水が前記海水ポンプ装置（３）にポンプで汲み上げられる海面（３．２）との間の距離によって定められる、請求項９に記載の設備。
【請求項１１】
前記設備は、海洋に排出される洗浄用海水のｐＨ値を調節するために、水調節器（８）に接続された海水調節ポンプ（４）を更に含む、請求項９に記載の設備。
【請求項１２】
前記炭素回収装置（２）の充填層が、工業用バルク充填物、及び／又は通常の充填物、及び／又は多孔板の充填物、及び／又は格子からなる、請求項９に記載の設備。
【請求項１３】
請求項４に記載の方法を実施するための海洋炭素の回収及び貯留のための設備であって、該設備は、
炭素回収装置（２）と、
海水を前記炭素回収装置（２）に導入するための海水ポンプ装置（３）と、
前記海水ポンプ装置（３）に電力を供給するための電力設備（１４）と、
前記炭素回収装置（２）の上部にある水供給装置（２．１）と、
前記炭素回収装置（２）の下部にある集水器（２．３）と、
前記集水器（２．３）に接続された海水排出管（７）と
を含む設備。
【請求項１４】
前記電力設備（１４）は、
風で駆動される装置（１４．１）と、
該風で駆動される装置（１４．１）によって得た動力を前記海水ポンプ装置（３）に伝達するために前記海水ポンプ装置（３）に接続された動力伝達装置（１４．３）と
を含み、前記動力伝達装置（１４．３）は機械式の伝達装置、及び／又は風力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置を含む、請求項１３に記載の設備。
【請求項１５】
前記電力設備（１４）は、
水で駆動される装置（１４．２）と、
該水で駆動される装置（１４．２）によって得た動力を前記海水ポンプ装置（３）に伝達するために前記海水ポンプ装置（３）に接続された動力伝達装置（１４．３）と
を含み、前記動力伝達装置（１４．３）は機械式の伝達装置、及び／又は水力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置を含む、請求項１３に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沿岸の発電所、海洋船舶、及び化石燃料を燃焼させる他の海洋施設のための二酸化炭素回収及び貯留に適用可能な海洋炭素の回収及び貯留（海洋ＣＣＳ）並びに／又は直接空気回収（ＤＡＣ）の方法及び設備に関する。本発明は、クリーンエネルギー及び地球工学の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素の回収及び貯留、すなわちＣＣＳは、大気中の温室効果ガスを削減するために必要な技術的解決策である。しかしながら、既存のＣＣＳ技術はすべて費用の掛かる地質学的貯留の方策であり、経済的な面及び手頃な費用の面から実用には程遠い。大規模な排出削減の達成が困難である。
【０００３】
地球科学理論によると、大気中の余分な二酸化炭素の吸収は、最終的には深海の水柱に依存する。これについて、国際機関による大規模な研究は、海洋は既に約６Ｇトン／年のペースで大気からＣＯ２を自然に吸収しており、ＣＯ２は自然に深海に流れることを更に示す。国際的な研究はまた、二酸化炭素は天然に存在する生成物であり、海洋の炭素貯留層のサイズが大きいため（陸地の貯留層の何倍も大きい）、海洋環境へのその全体的な影響は非常に小さいはずであることを示している（IEA OCEAN STORAGE OF CO2（ＩＥＡのＣＯ２の海洋貯留））。これらの研究の結論は、海洋炭素貯留が気候変動に対応するための最も費用効果が高くて有望な方策であり、それはまた最も安全かつ最も効果的であるということである。この理由から、２００１年に海洋炭素貯留の試験が更に行われた。それらは、ハワイとノルウェーの２つの海域に液体二酸化炭素を注入することになっている。しかし、資金及び材料（６０ｔの液体二酸化炭素を含む）の準備がなされたが、環境保護庁が、液体、濃密ガス又は固体の形態での海洋へのＣＯ２の注入は、注入された海域の生態学的環境を著しく破壊する海の即死につながると指摘したので、試験は最終的に禁止された。したがって、この試験はロンドン条約及びＯＳＰＡＲ条約で禁止されている「海洋投棄」行為に属する。それ以来、海洋炭素貯留に関する国際的な実験的研究は１０年以上に亘って停滞している。したがって、地質学的貯留の高濃度二酸化炭素の貯留方式が継続して使用されるならば、海洋での海洋貯留試験を実施することができない。そのため、「最も費用対効果の高い方策」の利点が実証及び適用されることができず、海洋貯留は炭素削減のための実用的な方策になることができない。最終的に、海洋資源を用いて効果的に気候変動に対応するという長年の願望が達成されることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の海洋炭素の回収及び貯留方法並びに設備の目的は、海洋炭素貯留が気候変動に対応するための実用的な解決策になり得るように、海洋炭素貯留の先行技術の欠点を克服し、環境規制にも適合する海洋炭素貯留の最も費用対効果の高い方策を提供することである。同時に、その解決法は経済面及び環境面から利用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、第一に、
１）ポンプで汲み上げた海水で二酸化炭素を含有する気体を洗浄して、その気体の二酸化炭素を吸収した炭素回収の生成物として洗浄後の海水をもたらすことを含む炭素回収ステップと、
２）炭素回収の生成物を海洋の水柱に排出して海洋貯留をすることを含む炭素貯留ステップと、
を含む海洋炭素の回収及び貯留方法を提供する。
【０００６】
好ましい実施形態では、ステップ２）において、炭素回収の生成物は、常圧下でパイプを通して海洋の水柱に排出される。
【０００７】
好ましい実施形態では、その方法は、海洋に排出される炭素回収の生成物のｐＨ値を調節するために、炭素回収の生成物中における海水の体積と二酸化炭素の体積の比を調節することを更に含む。
【０００８】
好ましい実施形態では、ステップ１）における二酸化炭素を含有する気体は大気であり、洗浄のための海水は、風及び／又は海流の波及び／又は太陽光によって得られた電力によりポンプで汲み揚げられる。
【０００９】
好ましい実施形態では、二酸化炭素を含有する気体は、化石燃料の燃焼により排出される排煙である。
【００１０】
好ましい実施形態では、その方法は、排煙中の二酸化炭素の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が海水に吸収され、その後に海洋の水柱に排出されるステップを更に含み、海水の体積は、排煙の二酸化炭素の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％を吸収するために十分であるように構成される。
【００１１】
好ましい実施形態では、その方法は、二酸化炭素を含有する排煙を洗浄するために、海水が５０ｍ以下、又は４０ｍ以下、又は３０ｍ以下、又は２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、又は８ｍ以下、又は６ｍ以下、又は５ｍ以下、又は４ｍ以下、又は２ｍ以下、又は１ｍ以下の揚程までポンプで汲み揚げられるステップを更に含む。ここで、０ｍの揚程は、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる場所での海面である。
【００１２】
好ましい実施形態では、その方法は、充填物を提供することと、その充填物内で洗浄を行うことと、炭素回収のエネルギー消費が１０００ＭＪ／ｔ以下、５００ＭＪ／ｔ以下、又は４００ＭＪ／ｔ以下、又は３５０ＭＪ／ｔ以下、又は３００ＭＪ／ｔ以下、又は２５０ＭＪ／ｔ以下、又は２００ＭＪ／ｔ以下、又は１５０ＭＪ／ｔ以下、又は１００ＭＪ／ｔ以下、又は６０ＭＪ／ｔ以下、又は５０ＭＪ／ｔ以下、又は４０ＭＪ／ｔ以下、又は３０ＭＪ／ｔ以下、又は２０ＭＪ／ｔ以下、又は１０ＭＪ／ｔ以下、又は５ＭＪ／ｔ以下となるように、ポンプで汲み上げられる洗浄用海水の揚程を構成することとを更に含む。
【００１３】
好ましい実施形態では、炭素回収から炭素貯留までの方法全体が連続した反応である。
【００１４】
好ましい実施形態では、その方法は、炭素回収の生成物を海洋の水柱の表面層、及び／又は中間層、及び／又は深層に排出することを更に含む。
【００１５】
好ましい実施形態では、その方法は、洗浄後の海水を、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる場所を通らない海洋の水柱での海流に排出することを更に含む。
【００１６】
好ましい実施形態では、充填物での洗浄は、洗浄用海水と排煙との間の大きな面積接触により行われる。
【００１７】
本発明は第二に、海洋炭素の回収及び貯留方法を提供し、その方法は、
ａ．化石燃料を燃焼させるための燃焼器から排出される二酸化炭素を含有する排煙を連続的に炭素回収装置に導入するステップと、
ｂ．海水を連続的に炭素回収装置に導入するステップと、
ｃ．炭素回収装置内に充填物を与えて、ステップａの排煙とステップｂの海水との接触面積を大きくして、排煙を洗浄して排煙の二酸化炭素を吸収するステップと、
ｄ．洗浄した排煙を大気中に連続的に排出するステップと、ここで洗浄された排煙中において二酸化炭素の量は減少しており、
ｅ．ステップｃで生じた二酸化炭素を含有する海水を炭素回収装置から連続的に排出するステップと、
ｆ．ステップｅで生じた二酸化炭素を含有する海水を、炭素貯留のために海洋での炭素貯留場所に連続的に排出するステップと
を含み、上記の化石燃料は、石炭、石油及びガスからなる群から選択され、燃焼器は、沿岸の発電所又は海洋船舶で使用される、蒸気タービンのボイラ、内燃機関及びガスタービンからなる群から選択され、排煙は化石燃料の燃焼により発生し、ステップｂの海水は、直接洗浄に使用されるために海洋からポンプで汲み上げられる海水であり、及び／又は洗浄に使用される前に最初に燃焼器を冷却するために海洋からポンプで汲み上げられた海水である。
【００１８】
好ましい実施形態では、ステップｄの洗浄された排煙との対比で、ステップａでの排煙における少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％の二酸化炭素が除去される。
【００１９】
好ましい実施形態では、ステップｄの洗浄された排煙との対比で、ステップａでの排煙における少なくとも２０％の二酸化炭素が除去される。
【００２０】
好ましい実施形態では、ステップｅで連続的に排出される二酸化炭素を含有する海水の上昇した温度と、ステップｂで炭素回収装置に導入された海水の温度との間の差は、５０℃未満である。
【００２１】
好ましい実施形態では、ステップｅで連続的に排出される二酸化炭素を含有する海水の上昇した温度と、ステップｂで炭素回収装置に導入された海水の温度との間の差は、２０℃未満である。
【００２２】
好ましい実施形態では、ステップｅで連続的に排出される二酸化炭素を含有する海水の上昇した温度と、ステップｂで炭素回収装置に導入された海水の温度との間の差は、２℃未満である。
【００２３】
好ましい実施形態では、ステップｅで連続的に排出される二酸化炭素を含有する海水の低下したｐＨ値と、炭素貯留場所における海水のｐＨ値との間の差は、２ｐＨ単位以下である。
【００２４】
本発明は、第三に海洋炭素の回収及び貯留のための設備を提供し、その設備は、
化石燃料の燃焼により排煙を生じる燃焼器と、
その排煙を洗浄して二酸化炭素を回収するためにその燃焼器に接続された炭素回収装置と、
海水を炭素回収装置に導入するための海水ポンプ装置と、
清浄された排煙を炭素回収装置の外に出すための煙突と、
海水排出管と
を含み、炭素回収装置は水供給装置と充填層とを含み、炭素回収装置の海水出口は海水排出管に接続され、その排出管の出口は海洋の水柱中に配置される。
【００２５】
好ましい実施形態では、炭素回収装置の水供給装置の高度は、５０ｍ以下、又は４０ｍ以下、又は３０ｍ以下、又は２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、８ｍ以下、６ｍ以下、５ｍ以下、４ｍ以下、２ｍ以下、又は１ｍ以下であるように構成され、ここで水供給装置の高度は、水供給装置の水平の中心線と洗浄用海水が海水ポンプ装置にポンプで汲み上げられる海面との間の距離によって定められる。
【００２６】
好ましい実施形態では、炭素回収装置のための海水ポンプ装置は、燃焼器用の海水冷却システム、及び／又は海水取水ポンプである。
【００２７】
好ましい実施形態では、その設備は、海洋に排出される洗浄用海水のｐＨ値を調節するために、水調節器に接続された海水調節ポンプを更に含む。
【００２８】
好ましい実施形態では、炭素回収装置の充填層は、工業用バルク充填物、及び／又は通常の充填物、及び／又は多孔板の充填物、及び／又は格子からなる。
【００２９】
好ましい実施形態では、充填物の乾燥時パッッキングファクターは５〜２０００／ｍであり、ここで乾燥時パッッキングファクターの定義は、従来の充填物工業製品のマニュアルに従う。
【００３０】
好ましい実施形態において、海水排出管は膜で作られた管である。
【００３１】
好ましい実施形態では、炭素回収装置は、潮位に応じて調節可能な高度を有する海洋プラットフォーム上に配置されている。
【００３２】
本発明は第四に、本発明の方法を実施するための海洋炭素の回収及び貯留のための設備を提供し、その設備は、
炭素回収装置と、
海水を炭素回収装置に導入するための海水ポンプ装置と、
海水ポンプ装置に電力を供給するための電力設備と、
炭素回収装置の上部にある水供給装置と、
炭素回収装置の下部にある集水器と、
集水器に接続された海水排出管と
を含む。
【００３３】
好ましい実施形態では、電力設備は、風力発電装置、及び／又は海流の波の変換装置、及び／又は太陽光発電装置を含む。
【００３４】
好ましい実施形態では、電力設備は、
風で駆動される装置と、
風で駆動される装置によって得た動力を海水ポンプ装置に伝達するために海水ポンプ装置に接続された動力伝達装置と
を含み、動力伝達装置は機械式の伝達装置、及び／又は風力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置を含む。
【００３５】
好ましい実施形態では、電力設備は、
水で駆動される装置と、
水で駆動される装置によって得た動力を海水ポンプ装置に伝達するために海水ポンプ装置に接続された動力伝達装置と
を含み、動力伝達装置は機械式の伝達装置、及び／又は水力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置を含む。
【００３６】
好ましい実施形態では、本発明の方法を実施するための上記の２つの設備は、海底及び／又は海洋プラットフォームに固定されている。
【００３７】
以下の説明は、本発明の技術的原理及び効果を説明するためのものである。
【００３８】
本発明で使用される原理は、二酸化炭素が海水に可溶であって海水に豊富に存在する天然物質であり、そして海洋での二酸化炭素の貯留は、大量かつ長期的で環境に優しいものであり得るということである。本発明では、化石燃料から排出される排煙を海水で洗浄するか、又は大気（すなわち、自然状態の空気）を直接回収して洗浄して、排煙及び／又は大気中の二酸化炭素が溶解することにより炭素回収の目的を達成する。そして、排煙及び／又は大気中の二酸化炭素が溶解した海水を、海洋の水柱の表層、及び／又は中間層、及び／又は深層に排出して、ｐＨ値などの関連指標が環境規制に適合する条件下で炭素貯留の目的を達成する。また、海流の拡散は、海洋環境への有害な影響を更に減らして、更に海洋貯留の効果を高めることができる。二酸化炭素が溶解した海水は、海若しくは海洋の水柱の表層、又は中間層、又は深層に排出されることができる。他のいくつかの研究は、それが海洋での１０００ｍの深さに排出されたならば、ＣＯ２は１０００年間に亘って貯留されることができることを示している。
【００３９】
ＣＯ２は、次の式の反応に従って海水に溶解する（左から右へ）。
ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２ＣＯ３（炭酸）
Ｈ２ＣＯ３⇔Ｈ＋＋ＨＣＯ３−（重炭酸イオン）
ＨＣＯ３−⇔Ｈ＋＋ＣＯ３２−（炭酸イオン）
重炭酸イオンは海水中の二酸化炭素の主な形態である。炭酸、重炭酸イオン及び炭酸イオンは、まとめて溶存無機炭素（ＤＩＣ）と呼ばれる。
【００４０】
通常、水での二酸化炭素の溶解度は非常に低いため、海水洗浄は低濃度のＣＯ２、すなわち低濃度のＤＩＣを含有する洗浄後の海水をもたらす。「低濃度」の語は、従来技術と比較して理解されるべきである。従来技術では、炭素回収の生成物は純粋な液体二酸化炭素、濃密ガス又は固体の形態であり、それにおける二酸化炭素の濃度は本発明における濃度より数桁高い。当業者は、「低濃度」により大量の洗浄用海水が必要とされるため、本発明ではエネルギー消費が莫大であると考えるかもしれない。しかしながら、本発明では、海水のポンプ揚程を減らすことによって総エネルギー消費量を減らすことができ、それにより炭素回収及び貯留の費用は、従来のＣＣＳ技術の費用よりも少なくとも一桁低い。沿岸の火力発電所では、冷却水を再利用すれば費用を更に削減できる。
【００４１】
同時に、二酸化硫黄も海水に可溶であって豊富に存在する天然物質であり、そして排煙中の二酸化硫黄は二酸化炭素より少なく、更に二酸化硫黄は二酸化炭素よりも水に溶けるので、本発明は排煙脱硫の効果を有する。従って、本発明は排煙脱硫の効果もまた有する。
【００４２】
明らかに、本発明の適用は、大きな炭素排出源が密集する沿岸地域での炭素回収及び貯留の商業的適用を拡大することができる。このような状況では、規模による効果が大きい。
【００４３】
本発明を海上輸送に適用すれば、二重の効果を達成することができる。１つ目は、以前は回収できず放出されていた炭素排出物を、現在は回収して貯留することができるように海洋の表層の炭素吸収資源を利用でき、船舶からの二酸化炭素排出量を極めて低費用で削減することである。２つ目は、低硫黄燃料の使用を避け、石油精製産業の炭素排出量を間接的に削減することである。したがって、海運業は国際的な炭素削減、硫黄削減法による二重の圧力から解放されることができる。経済的及び環境に優しい利点が、継続的に維持されることができる。
【００４４】
本発明の炭素回収及び貯留が自然状態の空気について使用される場合、特に重要な利点がある。その第１の理由は、他の方法では回収することができない放出された炭素排出物を含め、輸送費なしであらゆる種類の炭素排出物を回収するために大気循環が使用できることである。第２の理由は、風力、海流、太陽光、及び他の再生可能エネルギーを使用することで、エネルギー消費量ゼロの炭素回収及び貯留を実現できることである。第３の理由は、海域に制限がなく、周辺機器の支援が不要であるため、あらゆる海域に多数の設備を設置できることである。
【発明の効果】
【００４５】
明らかに、地球科学の原理に基づく本発明は、自然工学の方法を採用することによって良好な技術的効果を達成している。本発明は、気候変動に対応するために海洋資源を使用するという長年の要望を達成するために、手頃な費用の実用的かつ効果的な技術的方針を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の海水の炭素回収及び貯留方法の実施ステップの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の海水の炭素回収及び貯留方法の実施ステップの別の実施例を示す概略図である。
【図３】沿岸のガス−蒸気複合サイクル発電所に使用される本発明の一例を示す概略図である。
【図４】沿岸の石炭火力発電所に使用される本発明の別の実施例を示す概略図である。
【図５】本発明の海洋船舶の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の水力による海洋上の大気の炭素回収及び貯留の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の風力による海洋上の大気の炭素回収及び貯留の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図面中の参照番号に対応する構成要素又は構造の名称は、以下の通りである。
【００４８】
本発明は、
１）ポンプで汲み上げた海水で二酸化炭素を含有する気体を洗浄して、その気体の二酸化炭素を吸収した炭素回収の生成物として洗浄後の海水をもたらすことを含む炭素回収ステップと、
２）炭素回収の生成物を海洋の水柱に排出することを含む炭素貯留ステップと、
を含む海洋炭素の回収及び貯留方法を提供する。
【００４９】
本明細書での用語「海水」は、工業施設を冷却するための天然の海水を含む、海又は海洋から得られる天然の海水である。本発明の目的は、他の物質を添加（例えばアルカリを添加）しない海水を使用することによって達成されることができる。もちろん、用途によっては、排煙中のいくつかの特別な成分を吸収するためなどの特別な目的を達成するために、他の添加剤を加えることもできる。
【００５０】
本明細書での用語「洗浄」は、二酸化炭素の回収を目的とした海水と気体の接触のステップとされる。接触は、限定でないが、スプレー噴射器、バブラー、ベンチュリタワー、噴霧器、フィルター、回転式噴霧器、格子、段塔又は充填塔を含む設備で行われることができる。
【００５１】
本明細書での用語「炭素回収」は、洗浄の過程で二酸化炭素を含有する気体中のＣＯ２を回収するステップである。洗浄の過程で、ＣＯ２の一部は海水に溶解し、洗浄後の海水での溶存無機炭素（ＤＩＣ）となる。
【００５２】
本明細書での用語「炭素貯留」は、排煙中のＣＯ２を含有する洗浄後の海水を、パイプを通じて常圧下で直接海洋の水柱に排出するステップである。炭素貯留の過程で、濃縮されたＣＯ２は排出前に必要とされない。必要に応じて、環境規制に適合するよう排出される海水のｐＨ値を調節するために、更なる海水を追加することによって更にＣＯ２を希釈することができる。海の深さの違いを含む、海の異なる海域では、排出される海水のｐＨ値に関する異なる要件が必要となる場合がある。
【００５３】
本明細書での用語「海洋の水柱」は、表層（深さ数十メートル）、中間層（深さ数百メートル未満）、又は深層（深さ数百メートル以上）の海水である。ＩＰＣＣとＩＥＡによる国際的研究は、海洋の水柱の物理的及び化学的システム、並びに海洋生態系によれば、環境に配慮した二酸化炭素の吸収及び貯留が可能であることを示している。
【００５４】
流れる海水、すなわち海流は、海洋炭素貯留の効果を高めることができる。入口を通じて洗浄用海水がポンプで汲み上げられない海洋の水柱の海流に炭素回収の生成物が排出される場合、排出された海水が入口に戻るのを防ぐことができる。
【００５５】
ＣＯ２は水に溶け、そして海水はより多くのＣＯ２を吸収できるのが一般的な知識である。しかし、これまでのところ、海水が炭素の回収及び貯留に使用される技術的方策に関していかなる報告もない。その理由は、当業者は、費用を削減する唯一の利用可能な方法は、材料体積を減らして輸送及び貯留の費用を削減するために、回収されたＣＯ２を液体、濃密ガス又は固体の形態で高濃度に精製することであると考えることに慣れているからである。高濃度溶液の費用は手頃な費用の実用的な技術とはかけ離れているので、当業者は低濃度の方策について考えることはできない。
【００５６】
本発明者は、海水洗浄による脱硫に関する研究に長年に亘って取り組んできた。本発明者は、海水洗浄の低濃度溶液が、脱硫だけでなく炭素の回収及び貯留の効果ももたらすことを偶然見出した。更に、本発明者は費用を大幅に削減する方法も見出したので、費用が削減されて手頃な費用で実用的である。
【００５７】
本発明の発明者が最初に見出したのは、海水洗浄の脱硫の先行技術（ＦＧＤ、ＥＧＣ）では、排煙中の二酸化炭素の１０％未満が通常は洗浄水に溶解され、それらが排水及び曝気処理の過程で大気中に出されていたことである。そこで、本発明者は、沿岸の発電所でのＦＧＤに関する試験及び海洋タンカーでのＥＧＣに関する試験を長年に亘って行った。その試験は、海水洗浄の脱硫技術が適切に修正されれば、排出された海水が環境規制に適合する状況で、海水に溶解した二酸化炭素は海水の外に放出されないか、又は海水に溶解している少量の二酸化炭素が海水の外に放出されることが起こり得ることを示した。
【００５８】
本発明の発明者はまた、洗浄用海水の量を増加させると、排煙中の二酸化炭素の１０％以上の回収及び貯留をもたらし得ることを更なる試験で見出した。発明者はまた、洗浄用海水の量を増やす過程で増加するエネルギー消費量と費用を、ポンプで汲み上げる洗浄用海水の揚程を減らす方法により削減できることを見出した。この場合、排煙中の二酸化炭素の少なくとも２０％の回収及び貯留のための費用は、発電所及び船舶などの様々な用途で通常は手頃なものである。本出願の以下の部分は、より多くの二酸化炭素を除去するための費用がいくつかの典型的な用途において手頃なものである、いくつかの実施例の詳細な説明を提供する。これらの実施例では、排煙中の３０％以上、又は４０％以上、又は５０％以上、又は６０％以上、又は７０％以上、又は８０％以上、又は９０％以上の二酸化炭素を回収して貯留するという目的が、最終的に達成される。沿岸の発電所の実施例では、排煙中の９９％ものＣＯ２が回収されて貯留され、そして増加する費用は手頃なものである。
【００５９】
一定量の水は限られた量のＣＯ２を溶かすことができるので（一般的に、１ｍ３の淡水は常温常圧で約０.８ｍ３のＣＯ２を吸収でき、海水は淡水よりも少し多くのＣＯ２を吸収することができる）、排煙から大量のＣＯ２を回収する必要がある場合は、大量の洗浄水が必要である。例えば、発電所の一例では、元々の冷却用海水の全てが排煙を洗浄するために使用される場合、約３０％のＣＯ２しか回収することができない。９０％以上のＣＯ２を回収する必要がある場合は、元々の冷却用海水の約２倍の量の更なる洗浄用海水を追加する必要がある。一般的に言えば、それは非常に膨大な量である。手頃な費用のためには、２つの技術的方策を採用する必要がある。一つは海水をポンプで汲み上げるエネルギー消費量を減らすことであり、もう一つは必要とされる洗浄用海水の量を最小にするためにＣＯ２に対する海水の吸収効率を高めることである。第一に、ポンプで汲み揚げられる海水の揚程、すなわち炭素回収装置の高度は、海水をポンプで汲み上げるエネルギー消費量を減少させるために低くされるべきである。大規模発電所の一例では、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる高度５０ｍの炭素回収装置がその要件を満たすことができる。もちろん、別の実施例では、４０ｍ又は３０ｍもその要件を満たすことができる。発電所及び海洋船舶のようないくつかの典型的な用途について、本出願の以下の実施例は詳細な説明を提供する。これらの実施例では、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる炭素回収装置は、２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、又は８ｍ以下、又は６ｍ以下、又は５ｍ以下、又は４ｍ以下、又は２ｍ以下、又は１ｍ以下の高度で構成される。別の実施例では、異なる時間で局部的な地域の潮位の平均は大きく変動するので、炭素回収装置はプラットフォーム又は浮遊ドック上に設置され、そのプラットフォーム又は浮遊ドックは潮位に応じて調節可能な高度を有する。そのような場合、ボートが水位と共に上がるという原理により、海水を送るためのエネルギー消費は最低レベルに減少する。
【００６０】
一方、本発明者は試験において、あらゆる種類の洗浄設備の中で炭素回収装置として充填洗浄装置又は吸収塔が、洗浄用海水量の削減及びポンプで汲み揚げられる海水の揚程の低減のために最良なものであることも見出した。結果として、海水をポンプで汲み揚げるためのエネルギー消費量が最小であり、運転は最も安定している。海水洗浄の脱硫及び二酸化炭素吸収試験に携わっている長年の経験に基づいて、本発明の発明者は、充填物の好ましい乾燥時パッッキングファクターが５〜２０００／ｍであることも見出した（乾燥時パッッキングファクターの定義は、従来の充填物工業製品のマニュアルに記載されている）。そのような充填物は、海水洗浄による炭素回収の最良の効果を提供する。例えば、５／ｍの乾燥時パッッキングファクターの充填物が要件を満たすことができる。以下の実施例では、１０／ｍ、又は１５／ｍ、又は３５／ｍ、又は５５／ｍ、又は６５／ｍ、又は９５／ｍ、又は１５０／ｍ、又は２５０／ｍ、又は３５０／ｍ、又は４５０／ｍ、又は６５０／ｍ、又は８５０／ｍ、又は１０００／ｍ、又は１２００／ｍ、又は１５００／ｍ、又は１８００／ｍ、又は２０００／ｍの乾燥時パッッキングファクターの充填物もまた、要件を満たすことができる。充填物洗浄とは、充填物中において洗浄用海水と排出された排煙との間の大きな面積接触により行われる洗浄を指す。
【００６１】
上記の説明によれば、本発明の発明者は、充填物洗浄及びポンプで汲み揚げられる海水の揚程を減らすことを含む方策により、最終的に炭素回収のエネルギー消費が削減され、ＣＣＳ技術の総費用が実用レベルまで削減されることを見出した。例えば、一例では、二酸化炭素回収のエネルギー消費は１０００ＭＪ／ｔ（百万ジュール／トン）以下であり、これは実用的である。発電所や海洋船舶の用途について、以下の実施例は、炭素回収のエネルギー消費量が５００ＭＪ／ｔ以下、又は４００ＭＪ／ｔ以下、又は３５０ＭＪ／ｔ以下、又は３００ＭＪ／ｔ以下、又は２５０ＭＪ／ｔ以下、又は２００ＭＪ／ｔ以下、又は１５０ＭＪ／ｔ以下、又は１００ＭＪ／ｔ以下、又は６０ＭＪ／ｔ以下、又は５０ＭＪ／ｔ以下、又は４０ＭＪ／ｔ以下、又は３０ＭＪ／ｔ以下、又は２０ＭＪ／ｔ以下、又は１０ＭＪ／ｔ以下、又は５ＭＪ／ｔ以下であることを示し、それもまた実用的である。
【００６２】
更に本発明者は、本発明によれば、海上での自然状態の空気に炭素回収及び貯留を用いることができ（ＤＡＣ）、それは大気中の炭素含有量を削減する良好な効果を有することを見出した。以下の実施例では、使用されるのは海上の風、及び／若しくは海流の波、及び／若しくは太陽光及び他の自然エネルギーから得た機械的エネルギー並びに／又は電気的エネルギーだけであり、これらはすべて再生可能エネルギーである。それはエネルギー消費量がゼロであることを意味する。したがって、稼働費は非常に低く、建設費及び減価償却費のみが必要とされ、発電及び輸送並びに周辺機器の支援が不要である。更に、建設費も非常に低い。一方で、多くの風力発電及び波力発電施設を建設する目的は、最終的に大気の炭素排出を減らすために沖合での化石エネルギーを代えることである。しかし、本発明によれば、大気中の二酸化炭素は直接回収されて貯留されることができる。この場合、炭素を減らす効率がより高い。
【００６３】
本発明の更なる詳細な説明は、図面に従って下記の実施例で与えられる。
【００６４】
実施例１
これは、本発明の海洋炭素の回収及び貯留方法の基本的な実施例である。図１に示されるように、この方法は、１）ポンプで汲み上げた海水で二酸化炭素を含有する気体を洗浄して、その気体の二酸化炭素を吸収した炭素回収の生成物として洗浄後の海水をもたらすことを含む炭素回収ステップと、２）炭素回収の生成物を海洋の水柱に排出して海洋貯留をすることを含む炭素貯留ステップとを含む。
【００６５】
この実施例に基づく変更例では、ステップ２）において、炭素回収の生成物は、常圧下でパイプを通して海洋の水柱に排出される。炭素回収から炭素貯留までの全過程は連続した反応である。
【００６６】
この実施例に基づく別の変更例では、その方法は、海洋に排出される炭素回収の生成物のｐＨ値を調節するために、炭素回収の生成物中における海水の体積と二酸化炭素の体積の比を調節することを更に含む。
【００６７】
この実施例に基づく別の変更例では、その方法は、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる場所を通らない海洋の水柱での海流に炭素回収の生成物を排出することを更に含む。
【００６８】
この実施例に基づく以下の変更例では、その方法は、炭素回収の生成物を海洋の水柱の表面層、及び／又は中間層、及び／又は深層に排出することを更に含む。
【００６９】
実施例２
これは、本発明の海洋炭素の回収及び貯留方法の他の基本的な実施例である。図２に示されるように、二酸化炭素を含有する気体は化石燃料の燃焼により排出される排煙であり、この方法は、ａ．化石燃料を燃焼させるための燃焼器から排出される二酸化炭素を含有する排煙を連続的に炭素回収装置に導入するステップと、ｂ．海水を連続的に炭素回収装置に導入するステップと、ｃ．ステップａの排煙とステップｂの海水の接触面積を大きくして海水による二酸化炭素の吸収性を高めるために、炭素回収装置内に充填物を与えるステップと、ｄ．洗浄した排煙を大気中に連続的に排出するステップと、ｅ．ステップｃで生じた二酸化炭素を含有する海水を炭素回収装置から連続的に排出するステップと、ｆ．ステップｅで生じた二酸化炭素を含有する海水を、炭素貯留のために海洋の水柱での炭素貯留場所に連続的に排出するステップとを含む。ここで、上記の化石燃料は、石炭、石油及びガスからなる群から選択される。燃焼器は、沿岸の発電所又は海洋船舶で使用される、蒸気タービンのボイラ、内燃機関及びガスタービンからなる群から選択される。排煙は化石燃料の燃焼により発生する。ステップｂの海水は、海洋からポンプで汲み上げられて直接洗浄に使用される海水であり、及び／又は洗浄に使用される前に最初に燃焼器を冷却するために海洋からポンプで汲み上げられた海水である。
【００７０】
実施例３
これは、上記の実施例２に基づく実施例である。図２に示されるように、ステップｄの洗浄された排煙との対比で、ステップａでの排煙における少なくとも１０％の二酸化炭素が除去される。
【００７１】
この実施例に基づく変更例では、ステップｄの洗浄された排煙との対比で、ステップａでの排煙における少なくとも２０％の二酸化炭素が除去される。
【００７２】
この実施例に基づく更なる変更例では、ステップｄの洗浄された排煙との対比で、ステップａでの排煙における少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％の二酸化炭素が除去される。
【００７３】
実施例４
これは実施例２に基づく実施例である。ステップｅで連続的に排出される二酸化炭素を含有する海水の低下したｐＨ値と排出場所での海水のｐＨ値の差は、２ｐＨ単位以下である。このｐＨ値は、炭素回収装置に導入される排煙の量、洗浄用海水の量、及び気体と液体の比を構成することにより達成される。その目的は、海洋排水に関する関連法規及び技術標準に適合することである。
【００７４】
実施例５
これは、本発明の方法を実施するための海洋回収及び貯留設備の基本的な実施例である。図３に示されるように、その設備は、
化石燃料の燃焼により排煙を生じる燃焼器１と、
その排煙を洗浄して二酸化炭素を回収するためにその燃焼器に接続された炭素回収装置２と、
海水を炭素回収装置２に導入するための海水ポンプ装置３と、
清浄された排煙を炭素回収装置２の外に出すための煙突６と、
海水排出管７と
を含み、炭素回収装置２は水供給装置２．１を含む。炭素回収装置２には充填層が備えられる。
炭素回収装置２の海水出口５は排出管７に接続され、そして排出管７の出口は海洋の水柱中に配置される。
【００７５】
実施例６
これは実施例５に基づく実施例である。炭素回収装置２は水供給装置２．１を含む。その水供給装置の高度２.２は２０ｍ以下である。水供給装置の高度２.２は、水供給装置２.１の水平の中心線と洗浄用海水が海水ポンプ装置３にポンプで汲み上げられる海面３.２との間の距離によって定められる。
【００７６】
この実施例に基づく更なる変更例では、水供給装置の高度２．２は、１９ｍ以下、１５ｍ以下、１２ｍ以下、１０ｍ以下、９ｍ以下、８ｍ以下、６ｍ以下、５ｍ以下、４ｍ以下、２ｍ以下、１ｍ以下である。
【００７７】
水供給装置の高度２.２を下げることの目的は、海水供給でのエネルギー消費を減らすことである。このエネルギー消費は、本発明におけるＣＣＳ技術の主要なエネルギー消費である。
【００７８】
炭素回収装置２に充填層が備えられる。充填層は工業用のバルク充填物からなり、充填物の乾燥時パッッキングファクターは５／ｍである。
【００７９】
この実施例に基づく１つの変更例では、充填物の乾燥時パッッキングファクターは３０／ｍである。
【００８０】
この実施例に基づくいくつかの他の変更例では、充填物の乾燥時パッッキングファクターは、それぞれ６０／ｍ、１２０／ｍ、２００／ｍ、３００／ｍ、４００／ｍ、５００／ｍ、６００／ｍ、７００／ｍ、８００／ｍ、９００／ｍ、１０００／ｍ、１２００／ｍ、１４００／ｍ、１６００／ｍ、１８００／ｍ、２０００／ｍである。
【００８１】
この実施例に基づく変更例では、充填層は標準的な充填物からなる。この実施例に基づく別の変更例では、充填層は多孔板の充填物からなる。
【００８２】
この実施例に基づく変更例では、充填層は様々な充填物の組み合わせからなる。
【００８３】
実施例７
これは実施例５に基づく実施例である。図４に示されるように、炭素回収装置２に接続された海水ポンプ装置３は、燃焼器１用の海水冷却システムである。
【００８４】
この実施例に基づく変更例では、海水ポンプ装置３は海水増量ポンプ３．１である。
【００８５】
この実施例に基づく別の変更例では、海水ポンプ装置３は、燃焼器１用の海水冷却システム及び海水増量ポンプ３．１である。そのような構成の目的は、二酸化炭素の排出量を減らすためにより大量の水を供給することである。
【００８６】
実施例８
これは沿岸のガス−蒸気複合サイクル発電所の一例である。図３に示されるように、発電所内には３組のガス−蒸気複合サイクル発生ユニットがある。各発電ユニットの電力は４００ＭＷ、総電力は１２００ＭＷである。この実施例では２つの実施段階がある。
【００８７】
実施の第１段階では、１つの発電ユニットの排煙中の二酸化炭素が回収される。排煙中の二酸化炭素の少なくとも９０％が洗浄用海水に溶解して回収され、海洋の水柱に排出される。年間約１００万トンの二酸化炭素が回収されて、貯留される。
【００８８】
この発電所では、以前に高濃度の炭素回収及び貯留のプロジェクトが実施されている。このプロジェクトでは、１つの発電ユニットの排煙中の二酸化炭素が回収される。年間約１００万トンの二酸化炭素が回収されて貯留される。プロジェクトの方法は、二酸化炭素の吸収、脱着、精製、圧縮及び輸送のステップを含む。回収された高濃度の二酸化炭素は、石油増進回収法（ＥＯＲ）のために海底油田に注入される。海洋には特別なプラットフォームが備えられる。このプロジェクトは、海底の地質学的貯留に属する。プロジェクト完了後、石油増進回収法は一定の収入をもたらすことができ、プロジェクトの総費用は他の非ＥＯＲ  ＣＣＳの総費用よりも低くなるが、総費用は依然として手頃なものでない。したがって、プロジェクトは最終的に終了した。
【００８９】
本実施例の炭素回収装置は、以前のＣＣＳプロジェクトのために用意された空きスペースに設置されている。炭素回収装置によって必要とされる面積は、以前のスペースの面積のわずか５分の１である。炭素回収装置の水供給装置の高度は、約１０ｍである。既存の海水冷却システムは、海水導入設備として直接使用される。発電所での冷却水用の既存の入口と出口もまた直接使用され、水柱での出口の深さは１５０ｍ以上である。沿岸の発電所では、冷却効率のために、冷却水の出口は元から海流が冷却水の入口を通らない海洋の水柱に位置している。この場合、洗浄によって回収された二酸化炭素が排出された後、二酸化炭素は海流で急速に拡散及び希釈され、それは海洋環境への本来の小さな影響を更に少なくする。二酸化炭素を回収するためのエネルギー消費は１００ＭＪ／ｔ以下であり、ＣＣＳ装置の製造及び運転のための費用は、高濃度のプロジェクトの元々の費用の１／１０である。
【００９０】
実施の第２段階では、他の２つの発電ユニットについて海水洗浄の炭素回収及び海洋水柱の炭素貯留を行うために、実施の第１段階を基にしてより多くの炭素回収装置及び海水ポンプを追加する。実施の第２段階が完了した後、発電所での約３００万トンの二酸化炭素が回収されて貯留される。
【００９１】
この実施例に基づく１つの変更例では、炭素回収装置は、潮位に応じて調節可能な高度を有するプラットフォーム上に設置される。この実施例に基づく別の変更例では、炭素回収装置は浮遊ドック上に設置される。したがって、海水をポンプで汲み揚げるためのエネルギー消費は、潮の干満に関係なく最小にされることができる。
【００９２】
実施例９
これは沿岸の石炭発電所の一例である。図４に示されるように、燃焼器は６００ＭＷの石炭火力発電ユニットである。この実施例では２つの実施段階がある。
【００９３】
実施の第１段階では、発電ユニットの排煙中の少なくとも２５％の二酸化炭素が、洗浄用海水に溶解して回収される。発電所での冷却水７０,０００トン／時が、洗浄用海水として直接使用される。年間約８０万トンの二酸化炭素が回収されて貯留される。
【００９４】
実施の第２段階では、発電ユニットの排煙中の約９５％の二酸化炭素が、洗浄用海水に溶解して回収される。２１０,０００トン／時の洗浄用海水が追加される。その海水は、追加の海水導入ポンプにより供給される。実施の第２段階が完了した後、発電ユニットについて約３００万トンの二酸化炭素が回収されて貯留される。
【００９５】
高度を減らすために炭素回収装置において充填塔が使用され、水供給装置の高度は約９ｍである。海洋炭素貯留を行うために、網状の有機膜の送水管が、水深約３００ｍの海の水柱の中間層に海水を排出するために使用される。
【００９６】
この実施例では、発電所の排煙のＣＯ２排出量は、８０％削減される。二酸化炭素を回収するためのエネルギー消費量は２００ＭＪ／ｔ以下である。
【００９７】
実施例１０
この実施例を図４に示す。海水調節ポンプ４は、海洋に排出される洗浄用海水のｐＨ値を調節するために水調節器に接続されている。これは排出される海水のｐＨ値を制御するためのより良い方法であり、エネルギー消費量は最小である。
【００９８】
二酸化炭素を含有する洗浄後の海水は、海洋の水柱の深さ８００ｍの中間層である、海面と海底の間の層に排出される。
【００９９】
この実施例に基づく変更例では、二酸化炭素を含有する洗浄後の海水は、海洋の水柱の深さ１５００ｍの深層に排出される。研究では、二酸化炭素が海洋の１０００メートル以上の深さに排出されるならば、二酸化炭素は１０００年以上に亘って貯留できることが示される。
【０１００】
実施例１１
これは海洋船舶の一例である。図５に示されるように、燃焼器１は１３０ＭＷの２サイクルの船舶ディーゼルエンジンを含む。燃料として硫黄３.５％ｖ／ｖの重油が使用される。発生するＣＯ２量は約８１００Ｎｍ３／時である。炭素回収装置は、元々の消音器に代えて構成されている。水供給装置の高度は、充填水位線に基づいて６ｍである。炭素の回収及び貯留のための洗浄用海水の量は、約５８００トン／時である。海水増量ポンプ３．１は、排出される海水のｐＨ値を制御するために調節されることができる。この実施例では、船舶の排煙のＣＯ２排出量は５０〜７０％削減され（特定の値は、船舶が航行する海水の質及び温度に関係する）、ＳＯ２排出量は９８％削減される。その効果は硫黄０.５％の燃料の使用と同等である。したがって、国際輸送における硫黄の制限が国連によって実施される２０２０年以降に、低価格の既存の石油を依然として使用することができる。二酸化炭素を回収するためのエネルギー消費量は、２０ＭＪ／ｔ以下である。その方法全体の費用は、最大出力でエンジンの燃料消費量の０.６％に相当する。海水の排出は、ＭＡＲＰＯＬ附属書ＶＩのＭＥＰＣの規則に適合している。洗浄後の海水は、海洋の水柱の表層に排出される。
【０１０１】
この実施例では、ＭＡＲＰＯＬ附属書ＶＩのＭＥＰＣの規則に適合した、入口と出口での海水のｐＨ値の検出と制御が行われる。エンジンの排ガスは、航行中の船舶において海水で洗浄され、化学薬品は添加されない。排出された洗浄用海水と入口での海水の間におけるｐＨ値の差は、２ｐＨ単位以下である。したがって、洗浄用海水を直接海洋に、すなわち海洋の水柱の表層に排出することができる。
【０１０２】
この実施例に基づく新しい船舶の建造での変更例では、船舶の燃料はＬＮＧである。この場合、炭素排出量は石炭及び石油からの排出量よりも少なくなるが、それはやはり炭素排出量の削減及び管理が必要とされる一種の化石エネルギーである。
【０１０３】
実施例１２
これは、海上での炭素直接空気回収（ＤＡＣ）及び貯留のための設備の一例である。図６に示されるように、設備は、
炭素回収装置２と、
海水を炭素回収装置２に導入するための海水ポンプ装置３と、
海水ポンプ装置３に電力を供給するための電力設備１４と、
炭素回収装置２の上部にある水供給装置２．１と、
炭素回収装置２の下部にある集水器２．３と、
集水器２．３に接続された排水管７と
を含む。
その設備は、海洋に浮かぶプラットフォームに固定されている。プラットフォームは海底に固定されている。
【０１０４】
この実施例に基づく変更例では、その設備は、海底にしっかりと接続された海洋のプラットフォーム上に固定される。この実施例に基づく別の実施例では、その設備は海洋の可動なプラットフォーム上に固定される。
【０１０５】
実施例１３
これは実施例１２に基づく実施例である。図６に示されるように、電力設備１４は、
水で駆動される装置１４．２と、
水で駆動される装置１４．２によって得た動力を海水ポンプ装置３に伝達するために海水ポンプ装置３に接続された動力伝達装置１４．３と
を含み、動力伝達装置１４．３は機械式の伝達装置である。
【０１０６】
この実施例に基づく変更例では、動力伝達装置１４．３は、水力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置である。
【０１０７】
実施例１４
これは実施例１２に基づく別の実施例である。図７に示されるように、電力設備１４は、
風で駆動される装置１４．１と、
風で駆動される装置１４．１によって得た動力を海水ポンプ装置３に伝達するために海水ポンプ装置３に接続された動力伝達装置１４．３と
を含み、動力伝達装置１４．３は機械式の伝達装置である。
【０１０８】
この実施例では、炭素回収装置２の下で集水器２．３に排水管７が接続されている。この排水管７の出口は、二酸化炭素を含有する洗浄用海水を海洋に排出するために、海洋の水柱に配置される。垂直軸ローターが風で駆動される装置で使用される。あるいは、水平軸ローターを使用することもできる。風で駆動される装置は、直接的に海水ポンプ装置を駆動して海水をポンプで汲み上げるために、得た風力エネルギーを回転機械エネルギーに変換する。た二酸化炭素を洗浄して回収する効果は、海洋のより深い層の海水がポンプで汲み上げられるならば、より良好である。炭素回収装置の下の集水器での水位が洗浄用海水をより深い海の層に送る場合、炭素貯留の効果はより良好である。動力伝達装置１４．３は、機械式の速度調節機能を有する。炭素回収装置２は、風を捕えるのに役立つように、垂直方向に開くように設計されている。格子板と格子からなる充填物が、洗浄効率を高めるために提供される。
【０１０９】
この実施例に基づく変更例では、中空の噴霧塔が炭素回収装置として使用される。この実施例に基づく別の変更例では、従来の洗浄塔が炭素回収装置として使用される。この実施例に基づく別の変更例では、洗浄用海水は集水器によって集められるのではなく、海面に直接噴霧される。
【０１１０】
この実施例に基づく別の変更例では、炭素回収装置内に空気を送風するために送風機が使用される。送風機の動力も、風で駆動される装置によってもたらされる。
【０１１１】
上記実施例の設備は、一種の炭素削減の風車設備である。その設備の製造及び維持費は、同じローター直径を有する風力発電機のものよりもはるかに低い。その設備の大気中の炭素含有量を減少させる効果は、多段階のエネルギー変換が必要とされないので、風力発電機の効果の何倍にもなる。
【０１１２】
実施例１５
これは実施例１２に基づく別の実施例である。電力設備１４は、
風で駆動される装置１４．１と、
動力伝達装置１４．３と
を含み、ここで動力伝達装置１４．３は、風力駆動式発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置である。電力設備１４として、洋上風力発電機が直接使用される。
【０１１３】
この実施例に基づく変更例では、電力設備１４として太陽光発電設備が直接使用される。
【０１１４】
本発明の特許請求の範囲の保護範囲は、上記実施例に限定されない。
【符号の説明】
【０１１５】
１      燃焼器
２      炭素回収装置
２．１  水供給装置
２．２  水供給装置の高度
２．３  集水器
３      海水ポンプ装置
３．１  海水増量ポンプ
３．２  海面
４      海水調節ポンプ
５      海水出口
６      煙突
７      海水排出管
８      水調節器
９      シーチェスト
１０      船の主海水ダクト
１１      客室
１２      海岸
１３      海流
１４      電力設備
１４．１  風で駆動される装置
１４．２  水で駆動される装置
１４．３  動力伝達装置
１５      風
【図１】
2019524424.tif 000003
【図２】
2019524424.tif 000004
【図３】
2019524424.tif 000005
【図４】
2019524424.tif 000006
【図５】
2019524424.tif 000007
【図６】
2019524424.tif 000008
【図７】
2019524424.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成31年2月12日(2019.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋炭素の回収及び貯留方法であって、該方法は、
１）ポンプで汲み上げた海水で二酸化炭素を含有する気体を洗浄して、前記気体の前記二酸化炭素を吸収した炭素回収の生成物として洗浄後の海水をもたらすことを含む炭素回収ステップと、
２）前記炭素回収の生成物を海洋の水柱に排出して海洋貯留をすることを含む炭素貯留ステップと
を含む方法。
【請求項２】
ステップ２）において、前記炭素回収の生成物は、常圧下でパイプを通して前記海洋の水柱に排出される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
海洋に排出される前記炭素回収の生成物のｐＨ値を調節するために、前記炭素回収の生成物中における海水の体積と二酸化炭素の体積の比を調節することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップ１）における前記二酸化炭素を含有する気体は大気であり、洗浄のための前記海水は、風及び／又は海流の波及び／又は太陽光によって得た電力によりポンプで汲み揚げられる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記二酸化炭素を含有する気体は、化石燃料の燃焼により排出される排煙である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記排煙中の前記二酸化炭素の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％が洗浄用海水に吸収され、その後に前記海洋の水柱に排出されるステップを更に含み、前記洗浄用海水の体積は、前記排煙の前記二酸化炭素の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％を吸収するために十分であるように構成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
二酸化炭素を含有する排煙を洗浄するために、前記海水が５０ｍ以下、又は４０ｍ以下、又は３０ｍ以下、又は２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、又は８ｍ以下、又は６ｍ以下、又は５ｍ以下、又は４ｍ以下、又は２ｍ以下、又は１ｍ以下の揚程までポンプで汲み揚げられるステップを更に含み、ここで０ｍの揚程は、洗浄用海水がポンプで汲み上げられる場所での海面である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
充填物を提供することと、該充填物内で前記洗浄を行うことと、前記炭素回収のエネルギー消費が１０００ＭＪ／ｔ以下、５００ＭＪ／ｔ以下、又は４００ＭＪ／ｔ以下、又は３５０ＭＪ／ｔ以下、又は３００ＭＪ／ｔ以下、又は２５０ＭＪ／ｔ以下、又は２００ＭＪ／ｔ以下、又は１５０ＭＪ／ｔ以下、又は１００ＭＪ／ｔ以下、又は６０ＭＪ／ｔ以下、又は５０ＭＪ／ｔ以下、又は４０ＭＪ／ｔ以下、又は３０ＭＪ／ｔ以下、又は２０ＭＪ／ｔ以下、又は１０ＭＪ／ｔ以下、又は５ＭＪ／ｔ以下となるように、ポンプで汲み上げられる洗浄用海水の揚程を構成することとを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法を実施するための海洋炭素の回収及び貯留のための設備であって、該設備は、
前記化石燃料の燃焼により前記排煙を生じる燃焼器（１）と、
前記排煙を洗浄して二酸化炭素を回収するために前記燃焼器に接続された炭素回収装置（２）と、
海水を前記炭素回収装置（２）に導入するための海水ポンプ装置（３）と、
清浄された前記排煙を前記炭素回収装置（２）の外に出すための煙突（６）と、
海水排出管（７）と
を含み、前記炭素回収装置（２）は水供給装置（２．１）と充填層とを含み、前記炭素回収装置（２）の海水出口（５）は前記海水排出管（７）に接続され、前記海水排出管（７）の出口は前記海洋の水柱中に配置される、設備。
【請求項１０】
前記炭素回収装置（２）の前記水供給装置の高度（２．２）は、５０ｍ以下、又は４０ｍ以下、又は３０ｍ以下、又は２０ｍ以下、又は１９ｍ以下、又は１５ｍ以下、又は１２ｍ以下、又は１０ｍ以下、又は９ｍ以下、８ｍ以下、６ｍ以下、５ｍ以下、４ｍ以下、２ｍ以下、又は１ｍ以下であるように構成され、ここで前記水供給装置の前記高度（２．２）は、前記水供給装置（２．１）の水平の中心線と洗浄用海水が前記海水ポンプ装置（３）にポンプで汲み上げられる海面（３．２）との間の距離によって定められる、請求項９に記載の設備。
【請求項１１】
前記設備は、海洋に排出される洗浄用海水のｐＨ値を調節するために、水調節器（８）に接続された海水調節ポンプ（４）を更に含む、請求項９に記載の設備。
【請求項１２】
前記炭素回収装置（２）の充填層が、工業用バルク充填物、及び／又は通常の充填物、及び／又は多孔板の充填物、及び／又は格子からなる、請求項９に記載の設備。
【請求項１３】
請求項４に記載の方法を実施するための海洋炭素の回収及び貯留のための設備であって、該設備は、
炭素回収装置（２）と、
海水を前記炭素回収装置（２）に導入するための海水ポンプ装置（３）と、
前記海水ポンプ装置（３）に電力を供給するための電力設備（１４）と、
前記炭素回収装置（２）の上部にある水供給装置（２．１）と、
前記炭素回収装置（２）の下部にある集水器（２．３）と、
前記集水器（２．３）に接続された海水排出管（７）と
を含む設備。
【請求項１４】
前記電力設備（１４）は、
風で駆動される装置（１４．１）と、
該風で駆動される装置（１４．１）によって得た動力を前記海水ポンプ装置（３）に伝達するために前記海水ポンプ装置（３）に接続された動力伝達装置（１４．３）と
を含み、前記動力伝達装置（１４．３）は機械式の伝達装置、及び／又は風力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置を含む、請求項１３に記載の設備。
【請求項１５】
前記電力設備（１４）は、
水で駆動される装置（１４．２）と、
該水で駆動される装置（１４．２）によって得た動力を前記海水ポンプ装置（３）に伝達するために前記海水ポンプ装置（３）に接続された動力伝達装置（１４．３）と
を含み、前記動力伝達装置（１４．３）は機械式の伝達装置、及び／又は水力発電機と電気モーターとからなる電気機械式伝達装置を含む、請求項１３に記載の設備。
【請求項１６】
請求項１０から１３のいずれか１つに記載の海洋炭素の回収及び貯留のための設備を含むことを特徴とする発電所。
【請求項１７】
請求項１０から１３のいずれか１つに記載の海洋炭素の回収及び貯留のための設備を含むことを特徴とする海洋船舶。
【国際調査報告】
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