(57)【要約】【目的】本発明の主たる目的は、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガスを地球環境保全のために海洋等に隔離するための簡単で効率的な方法及び装置を提供することにある。【構成】本発明の具体的な構成は、上記炭酸ガスをマイクロバブル化して水中に分散させ海洋又は地底に投棄するか、上記炭酸ガスをマイクロバブル化して水中に分散させ従来に比べ効率良く液体炭酸ガス化し、液体炭酸ガス又は炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒にした後、海洋又は地底に投棄・隔離するための比較的低コストな手段を得ることにある。【選択図】　図５
2004050167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスを含む気体をマイクロバブル化して水または海水中に分散させ、前記マイクロバブルを分散した水または海水を海中に溶解させ海中に炭酸ガスを隔離するか、又は前記マイクロバブル化した炭酸ガスを地底に隔離することを特徴とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項２】
炭酸ガスを含む気体をマイクロバブル化して水または海水中に分散させ、前記マイクロバブルを分散した水または海水を加圧、冷却し、マイクロバブル中の炭酸ガスを液体炭酸ガスに変化させ、又水または海水を氷に変化させ、氷の中に分散した液体炭酸ガスのマイクロ粒となし、これを深海に投棄して深海の圧力と１０℃以下の温度により液体炭酸ガスのマイクロ粒を炭酸ガス・ハイドレートに変化させ、炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒として安定に深海に隔離する事を特長とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項３】
炭酸ガスを含む気体をマイクロバブル化して水または海水中に分散させ、前記マイクロバブルを分散した水または海水を加圧、冷却し、マイクロバブル中の炭酸ガスを炭酸ガス・ハイドレートに変化させ、又水または海水を氷に変化させ、氷の中に分散した炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒となし、これを深海又は地底に投棄し、安定に深海又は地底に隔離する事を特長とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３において、前記炭酸ガスを含む気体の定義は、火力発電所の煙突等から抽出した二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、酸素、硫黄酸化物、窒素酸化物、水蒸気および炭素微粒子等からなる煙であるか、または上記炭酸ガスを含む気体から分離した炭酸ガスである事を特徴とし、かつ二酸化炭素と一酸化炭素を総称して炭酸ガスと称することを特徴とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項５】
請求項１、請求項２、及び請求項３において、水または海水中に界面活性剤を混入し、マイクロバブルと水または海水の界面に界面活性剤の分子を吸着させ、マイクロバブル同志が結合する事を妨げることを特長とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項６】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４及び請求項５において、水または海水中に塩基性炭酸ガス吸収剤、例えば炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、アミン等を混入し、マイクロバブル中の炭酸ガスの少なくとも一部を水または海水に吸収又は溶解するようにしたことを特長とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項７】
請求項１において、短脚管と長脚管とを上部で連結して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状の二管の内、短脚管をガスリフト溶解管として浅海に保持し、その下端部から炭酸ガスを含む気体のマイクロバブルを分散した水または海水を吹き込んで、その溶解管中における上記炭酸ガスを含む気体のガスリフト作用により溶解管下端から海水を流入させると共に、その内の炭酸ガス等即ち炭酸ガス、一酸化炭素、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が溶解管の上端に達するまでにそれを海水中に溶解させ、また上記逆Ｕ字状の二管の内、長脚管をその下端が深海に開口する沈降管として、上記炭酸ガス等の溶解により密度増加した海水を深海に重力流沈降させることを特徴とする炭酸ガス等の海中溶解隔離方法及びその装置。
【請求項８】
請求項７において、短脚管と長脚管とを上部で連結して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状の二管の内、短脚管をガスリフト溶解管として浅海に保持し、その下端部から炭酸ガスを含む気体のマイクロバブルを分散した水または海水を吹き込んで、その溶解管中における上記炭酸ガスを含む気体のガスリフト作用により溶解管下端から海水を流入させると共に、その内の炭酸ガス等即ち炭酸ガス、一酸化炭素、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が溶解管の上端に達するまでにそれを海水中に溶解させ、且つ溶解しなかった窒素及び酸素等を上記逆Ｕ管の頂点に設けた脱気弁を介して上方の海中に逃がし、また上記逆Ｕ字状の二管の内、長脚管をその下端が深海に開口する沈降管として、上記炭酸ガス等の溶解により密度増加した海水を深海に重力流沈降させることを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離方法及びその装置。
【請求項９】
請求項７及び８に記載の炭酸ガスを含む気体の海中溶解隔離装置において、沈降管の管径をガスリフト溶解管よりも大径にした、ことを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離装置。
【請求項１０】
請求項７、請求項８または請求項９に記載の炭酸ガスを含む気体の海中溶解隔離装置において、ガスリフト溶解管及び沈降管の双方またはいずれか一方に、それらの管中の海水の流れにより回転するタービン翼を設けて、その軸を発電機に接続し、エネルギーを回収することを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離装置。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０のいずれかに記載の炭酸ガスを含む気体の海中溶解隔離装置において、ガスリフト溶解管に、逆流防止機能を有すると共にその管内の流れを制御可能な制御弁を設けたことを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離装置。
【請求項１２】
請求項２、請求項３、請求項４、請求項５及び請求項６において、液体炭酸ガスのマイクロ粒又は炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒を含む氷を破砕し、海上から深海にパイプを下ろし、破砕した液体炭酸ガスのマイクロ粒又は炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒を含む氷を深海に投棄するか、又は炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒を含む氷を地底に投棄し隔離する事を特長とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項１３】
請求項１において、炭酸ガス等を含む気体のマイクロバブルを分散した水又は海水を地底に注入し、地底の炭層に炭酸ガスを吸着させるか、又は地底の砂層や土層に炭酸ガスを吸着又は反応させることを特徴とする炭酸ガスの隔離方法及びその装置。
【請求項１４】
請求項１において、長脚管のみを用い、長脚管をガス溶解管としてその上端部を海面又は海面近くに保持し、その下端部を深海に開口するようにして、その上端部から炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水を吹き込んで、溶解管中における上記炭酸ガスの海水への溶解作用により密度増加した海水を深海に重力流沈降させることを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離方法及び装置。
【請求項１５】
請求項１４において、長脚管の海面又は海面近くの管内に、モーターにより回転力を得るタービン翼を設け、炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水を長脚管の下方に向けて圧送することを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離方法及び装置。
【請求項１６】
請求項１５において、長脚管の海面又は海面近くの管内に設けた、モーターにより回転力を得るタービン翼と、長脚管の深海に開口する開口端との間の任意の部分の管内に、重力により沈降する海水によって回転力を得るタービン翼を設けて、その軸を発電機に接続し、エネルギーを回収することを特徴とする炭酸ガスの海中溶解隔離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガスを地球環境保全のために海中又は地底に隔離する方法及びその装置に関するものである。火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガスを含む気体は二酸化炭素、一酸化炭素、窒素、酸素、硫黄酸化物、窒素酸化物、水蒸気および炭素微粒子等からなる煙であり、ここでは二酸化炭素と一酸化炭素を総称して炭酸ガスと称する
【０００２】
【従来の技術】従来、炭酸ガスの海洋隔離は、（ａ）水深１０００ｍ以深に液体炭酸ガスを直接注入するか、（ｂ）ドライアイスを直接投入することにより隔離するというものであった。また、（ｃ）浅海（水深２００〜４００ｍ）に炭酸ガスを放出溶解させる方式もあるが、海中に直に炭酸ガスを放出するというものであった。
【０００３】上記（ａ）及び（ｂ）の方式においては、生物密度の高い水域を避けて深海に炭酸ガスを隔離することができるが、炭酸ガスの液化エネルギー、液化炭酸ガスの搬送エネルギー、液化炭酸ガスの投入エネルギー等が必要となる。例えば、火力発電所から排出される炭酸ガスの全量を上記（ａ），（ｂ）方式により処理しようとすれば、エネルギーの消費量は現在の４０〜５０％増になる。
【０００４】一方、（ｃ）方式では、エネルギー消費量を現在の１０〜２０％増に収めることができるが、炭酸ガスの吹き込み部付近の海水の更新作用が低い場合には、溶解効率が著しく低下する。また、生物密度の高い水域の酸性化、これによって引き起こされる二次的環境影響を避けることは不可能である。さらに、上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の各方式とも、液体炭酸ガスあるいは炭酸ガスに付与した圧力エネルギーを全て海洋に投棄する欠点を有している。以上のように、上記現行の各方式は、エネルギー的にも環境的にも重大な欠陥を有していると判断せざるを得ない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主たる技術的課題は、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガスを地球環境保全のために深海等に隔離するための簡単で効率的な方法及び装置を提供することにある。本発明の第一の具体的な技術的課題は、上記炭酸ガスをマイクロバブル化して水又は海水中に分散させ、浅海において海中に溶解させ、それに伴う密度増加を利用した重力流沈降により炭酸ガスを深海に隔離できるようにした簡単で低コストな手段を得ることにある。本発明の上記第一の技術的課題に付随した始めの課題は、海中に保持した逆Ｕ字状の長脚管と短脚管を用いて、炭酸ガスを溶解させる海水の更新作用を高め、溶解効率の向上を図るようにした炭酸ガスの海中溶解隔離方法及び装置を提供することにある。
【０００６】本発明の第一の技術的課題に付随した別種の課題は、長脚の管のみを用い、長脚管をガス溶解管としてその上端部を海面又は海面近くに保持し、その下端部を深海に開口するようにして、その上端部から炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水を吹き込んで、モーターにより回転力を得るタービン翼を用いて長脚管の下方に向けて圧送し、溶解管中における上記炭酸ガスの海水への溶解作用により密度増加した海水を深海に重力流沈降させることである。
【０００７】また本発明の第一の技術的課題に付随した他の技術的課題は、炭酸ガスに付与する圧力エネルギーの回収を図り、低コストで炭酸ガスの隔離を行えるようにした手段を提供することにある。
【０００８】本発明の第二の技術的課題は、炭酸ガス等を含む気体ををマイクロバブル化して水又は海水中に分散し、従来に比べ効率良く液体炭酸ガス化し、液体炭酸ガスのマイクロ粒にした後、深海に投棄・隔離するための比較的低コストな手段を得ることにある。
【０００９】更に本発明の第三の技術的課題は、炭酸ガス等を含む気体をマイクロバブル化して水又は海水中に分散し、従来に比べ効率良く液体炭酸ガス化し、液体炭酸ガスのマイクロ粒にした後、更に炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒に変えて、安定に深海に投棄・隔離するための比較的低コストな手段を得ることにある。
また本発明の第四の技術的課題は、炭酸ガス等を含む気体のマイクロバブルを分散した水又は海水を地底に注入し、地底の炭層に炭酸ガスを吸着させるか、又は地底の砂層や土層に炭酸ガスを吸着させる手段を得る事である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記第一の技術的課題を解決するための本発明の海中溶解隔離方法及び装置は、特開平８−１０３６４９「気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその装置」に示された装置を援用する。即ち短脚管と長脚管とを上部で連結して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状の二管における短脚管をガスリフト溶解管として浅海に保持し、その下端部から水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガス等を吹き込んで、その溶解管中における上記炭酸ガス等のガスリフト作用により溶解管下端から海水を流入させると共に、その炭酸ガス等が溶解管の上端に達するまでにそれを海水中に溶解させ、上記逆Ｕ字状の二管における長脚管をその下端が深海に開口する沈降管として、上記炭酸ガス等の溶解により密度増加した海水を深海に重力流沈降させることを特徴とするものである。
【００１１】また上記逆Ｕ字状の二管の頂点部に脱気弁を設け、溶解管で海水中に溶解しなかった窒素、酸素等の気体を上記脱気弁を介して上方の海中に逃がすようにすることも出来る。
【００１２】上記炭酸ガスの海中溶解隔離装置においては、沈降管の管径をガスリフト溶解管よりも大径にし、あるいは、ガスリフト溶解管及び沈降管の双方またはいずれか一方に、それらの管中の海水の流れにより回転するタービン翼を設けて、それを発電機に接続し、さらに、ガスリフト溶解管には、逆流防止機能を有すると共にその管内の流れを制御可能な単一または複数の制御弁を設けることができる。
【００１３】また本発明の第一の技術的課題に付随した別種の技術的課題に属する海中溶解隔離方法及び装置は、特開平８−１０３６４９「気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその装置」に示された装置は用いない。即ち長脚の管のみを用い、長脚管をガス溶解管としてその上端部を海面又は海面近くに保持し、その下端部を深海に開口するようにして、その上端部から炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水を吹き込んで、炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水を、モーターにより回転力を得るタービン翼により長脚管の下方に向けて圧送し、溶解管中における上記炭酸ガスの海水への溶解作用により密度増加した海水を深海に重力流沈降させることである。
【００１４】また上記第二の技術的課題を解決するための本発明の海中溶解隔離方法及び装置は、特開平８−１０３６４９「気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその装置」に示された装置は用いない。即ち炭酸ガスをマイクロバブル化して水又は海水中に分散させたものを、加圧、冷却して水を氷に変えると共に、炭酸ガス・マイクロバブルを氷の中に分散した液体炭酸ガスのマイクロ粒とし、深海に下ろしたパイプを通じて深海に投棄し、深海の水圧と１０℃以下の温度により液体炭酸ガスのマイクロ粒を水と反応させ、炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒に変えて深海に安定に隔離する事を特長とする。
炭酸ガスは室温（２０℃）であっても３．５ＭＰａ以上に加圧すれば液体炭酸ガスになる。もし炭酸ガスが水中に分散したマイクロバブルになっておれば、これを加圧するのは気体そのものを加圧するよりも比較的安全かつ容易である。なぜなら水が加圧媒体として働くので、水圧コンプレッサ等を用いてマイクロバブル状の炭酸ガスを容易に圧縮し、液体炭酸ガスのマイクロ粒に変えることが出来る。これを０℃よりわずかに低い温度に冷却するのも容易であり、水は氷となり液体炭酸ガスのマイクロ粒は氷に閉じ込められて安定に存在できるようになる。深海に投棄する前まで常温の水中に分散した炭酸ガス・マイクロバブルのままにしておき、投棄する直前にこれを３．５ＭＰａ以上に加圧し、次いで０℃より少し低い温度に冷却し深海に投棄すれば、そのエネルギーコストは比較的安価にできる。
【００１５】更に上記第三の技術的課題を解決するための本発明の海中溶解隔離方法及び装置も、特開平８−１０３６４９「気体二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその装置」に示された装置は用いない。即ち炭酸ガスをマイクロバブル化して水中に分散させたものを、加圧、冷却して水を氷に変えると共に、炭酸ガスを氷の中に分散した炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒とし、上記氷を破砕し、深海に下ろしたパイプを通じて深海に投棄し、安定に深海に隔離することを特徴とする。あるいは廃坑や採油寿命の終わった石油、天然ガス等のボーリング穴を用いて地底に隔離することも出来る。
【００１６】
【作用】上記第一の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置によって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガスを海中溶解隔離するに際しては、逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状の二管を海中に設置し、その逆Ｕ字状の二管におけるガスリフト溶解管（短脚管）を浅海に保持し、沈降管（長脚管）の下端を深海に開口させる。この状態で、ガスリフト溶解管の下端部に吹き込み口を開口させた炭酸ガスを含む気体のマイクロバブルを吹き込む吹き込み装置により、該ガスリフト溶解管に水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガス等を吹き込むと、ガスリフト溶解管の下端から吸入された海水がその溶解管中を炭酸ガス等と共にガスリフト作用により上昇し、炭酸ガス等は溶解管の上端に達するまでに海水及び水中に溶解する。このような手段は、溶解させる海水の更新作用を高め、溶解効率の向上を図るために有効である。
【００１７】上記炭酸ガスの溶解により密度増加した海水は、逆Ｕ字状の二管における上端の湾曲部を経て、下端が深海に開口する沈降管内を重力流沈降し、そこに隔離される。上記炭酸ガス等の海中溶解隔離に際し、沈降管の管径をガスリフト溶解管よりも大径にすると、海水の流動に伴う圧力損失を低減させ、重力流沈降作用を促進させることができる。また、ガスリフト溶解管及び沈降管に、それらの管中の海水の流れにより回転するタービン翼を設けて発電機に接続すると、炭酸ガス等の圧力エネルギーを発電等により回収してエネルギーの消費量を大きく低減できる。
【００１８】さらに、上記ガスリフト溶解管に、逆流防止機能を有すると共にその管内の流れを制御可能な制御弁を設けることにより、ガスリフト溶解管内への炭酸ガス等の吹き込み量との関係において、ガスリフト溶解管と沈降管内における海水の流動のバランスをとり、あるいは、運転開始時の流動の安定化を図ることができる。この制御弁の駆動には、上記発電機によって得られた電力を利用するのが有利である。
【００１９】このように、炭酸ガス等を浅海において海中に溶解させ、それに伴う密度増加を利用した重力流沈降により炭酸ガスを深海に隔離するため、火力発電所等から多量に排出される炭酸ガス等を簡単で効率的に深海に隔離することができ、地球環境保全のために有効に機能させることができる。
【００２０】上記第二の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置の作用は、水又は海水中に分散した炭酸ガス等のマイクロバブルを３．５ＭＰａ以上に加圧し、０℃よりわずかに低い温度に冷却する事により氷の中に分散した液体炭酸ガスを含むマイクロ粒に変え、約４００ｍ以深の深海に投棄した時、深海の水圧と１０℃以下の温度によってマイクロ粒の内、液体炭酸ガスの部分は水と反応して容易に炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒に変化し、炭酸ガス・ハイドレートの安定性により安定に深海に隔離できることである。また上記第三の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置の作用は、水中に分散した炭酸ガス等のマイクロバブルを３．５ＭＰａ以上に加圧し、１℃程度に冷却する事により液体炭酸ガスを水と反応させ、更に約―２４℃以下に冷却して炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒に変えることにより、深海に投棄した時、炭酸ガス・ハイドレートの安定性により安定に深海に隔離できるようにしたことである。上記第二、第三の方法及び装置の別の作用は、従来のように炭酸ガスをチャンバーに入れたままで冷却したり加圧しようとすると、大きなエネルギーとコストが必要になるが、水中に分散し、マイクロバブル化した炭酸ガス等を冷却したり加圧すれば、水の熱伝導の良さと圧縮作業流体としての水の扱いやすさにより、従来より小さなエネルギーとコストで、炭酸ガスを液体炭酸ガスや炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒にする事ができるばかりでなく、分散媒の水も氷となるので、上記マイクロ粒を氷の中に長時間安定に保持できる作用もある。
【００２１】
【実施例】図１は、上記第一の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置によって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガス等を海中溶解隔離する海中溶解隔離装置の構成を示すものである。図示した海中溶解隔離装置は、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガス等を海中に溶解させ、深海に隔離するためのもので、短脚の管と長脚の管とを上部で連結して逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状の二管１を備えている。この逆Ｕ字状の二管１は、それを海中に設置し、短脚のガスリフト溶解管２を浅海に保持し、長脚の沈降管３の下端を深海に開口させて使用するものである。
【００２２】上記逆Ｕ字状の二管におけるガスリフト溶解管２は、その下端部に、吹き込み管５を通して送給される水または海水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガスを吹き込むための吹き込み装置６を備え、その吹き込み装置６における吹き込み口をガスリフト溶解管下端部に開口させると共に、その溶解管２の下端を、吹き込まれた水または海水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガスのガスリフト作用による海水の流入のために開口させている。上記逆Ｕ字状ガスリフト１に対する水または海水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガスの吹き込みは、吹き込み水深に相当する海水の静水圧より低い元圧で足りる。即ち炭酸ガス等を含む気体の固定発生源からこの海中溶解隔離装置の設置位置まで水または海水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガスを搬送する過程で発生する圧力損失に見合う損失圧と、水または海水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガスの重力による静水圧を加算した元圧をかけて送り込むことになる。なぜなら水または海水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガス等の比重は炭酸ガス等気体のみの比重と水または海水の比重の中間の比重を有するからである。
【００２３】一方、上端の湾曲部４を介してガスリフト溶解管２に連結された上記沈降管３は、ガスリフト溶解管２において炭酸ガスを溶解することにより密度増加した海水を重力流沈降させるためのもので、その下端を深海に開口させている。逆Ｕ字状の二管１を海中に設置するに際し、上記ガスリフト溶解管２は、その管長を１００〜２００ｍ程度として、下端を水深２００〜４００ｍに保持するのが望ましく、また、沈降管３はその管長を１０００〜２０００ｍ程度とするのが望ましい。
また水又は海水中に分散した炭酸ガス等のマイクロバブル中の炭酸ガス、一酸化炭素、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等が溶解管２の上端に達するまでにそれを海水中に溶解させ、且つ溶解しなかった窒素及び酸素等を上記逆Ｕ管の頂点に設けた脱気弁４Ａを介して上方の海中に逃がす事も出来る。
【００２４】上記沈降管３は、その管径をガスリフト溶解管２よりも大径にしているが、それにより海水の流動に伴う圧力損失を低減させ、重力流沈降作用を促進させることができる。また、上記ガスリフト溶解管２及び沈降管３には、それらの管中の海水の流れにより回転するタービン翼１０，１１を設けて、それらを発電機８，９にそれぞれ接続している。これらのタービン翼及び発電機は、炭酸ガスの圧力エネルギーを発電等により回収してエネルギーの消費量を大きく低減させるものであるが、上記ガスリフト溶解管２に設けたタービン翼１０は、その回転により吹き込まれた炭酸ガス等を微小化して、溶解を促進させるためにも有効なものである。なお、これらのタービン翼及び発電機は、ガスリフト溶解管２及び沈降管３の一方のみに設けることもできる。
【００２５】さらに、上記ガスリフト溶解管２には、逆流防止機能を有すると共にその管内の流れを制御可能な制御弁１４，１５を、ガスリフト溶解管２の下端における海水の吸込口部及び同管２の上部に設けている。これらの制御弁１４，１５は、ガスリフト溶解管２内への炭酸ガスの吹き込み量との関係において、ガスリフト溶解管２と沈降管３内における海水の流動のバランスをとり、あるいは、運転開始時の流動の安定化を図るためのものである。この制御弁１４，１５を上記ガスリフト溶解管２及び沈降管３内の流れの制御のために駆動する場合に、上記発電機８，９によって得られた電力を利用するのが有利である。
【００２６】上記構成を有する装置によって、火力発電所等から排出される炭酸ガス等を海中溶解隔離するに際しては、逆Ｕ字状に形成した逆Ｕ字状の二管１を海中に設置し、その逆Ｕ字状の二管１におけるガスリフト溶解管２を浅海に保持し、沈降管３の下端を深海に開口させ、この状態で、ガスリフト溶解管２の下端部に吹き込み口を開口させた吹き込み装置６により、該ガスリフト溶解管２に水中に分散したマイクロバブル化した炭酸ガス等等を吹き込むが、その吹き込みに伴ってガスリフト溶解管２の下端から吸入された海水が、その溶解管２中を炭酸ガス等と共にガスリフト作用により上昇し、炭酸ガス等は溶解管２の上端に達するまでに海水中に溶解する。このようにして炭酸ガス等を海水に溶解させると、溶解させる海水が常に更新されるため、同じ海水に多量の炭酸ガス等を溶解させる場合に比して、溶解効率の向上を図ることができる。
【００２７】上記炭酸ガス等の溶解により密度増加した海水は、逆Ｕ字状の二管１における上端の湾曲部４を経て、下端が深海に開口する沈降管３内を重力流沈降し、深海に隔離される。このようにして、炭酸ガス等を浅海において海中に溶解させ、それに伴う密度増加を利用した重力流沈降により炭酸ガス等を深海に沈降させると、火力発電所等から多量に排出される炭酸ガス等を簡単で効率的に深海に隔離することができ、地球環境保全のために有効に機能させることができる。
【００２８】図２は前記第一の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置によって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガス等を海中溶解隔離する為、ガスリフト溶解管に炭酸ガス等を吹き込む際に、煙突からの煙をあらかじめ海水または冷水の中に吹き込むことによって冷却した後、公知のマイクロバブル発生装置を用いてマイクロバブル化して水又は海水中に分散させ、水又は海水中に分散した煙のマイクロバブルをポンプを用いて前記ガスリフト溶解管に圧送するためのフローを示すブロック図である。また火力発電所の煙突等の煙から公知の手段によって分離した炭酸ガスのみを用いる場合は図２の左方の冷却槽は不要である。
【００２９】図３は前記第二の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置によって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガス等を海中溶解隔離するに際し、図２と同様の手段で形成した、水又は海水中に分散した煙のマイクロバブルを約４ＭＰａ（４メガパスカル）程度に加圧すると炭酸ガスは液体炭酸ガスとなるので、これを約０℃よりわずかに低い温度に冷却して水を氷に変え、煙の中の炭酸ガスを液体炭酸ガスに変えて、氷中に分散した液体炭酸ガスを含むマイクロ粒を形成するためのフローを示すブロック図である。この氷を水深４００ｍ以下の深海に下ろしたパイプを通じて深海に投棄すれば深海の水圧と１０℃以下の温度により液体炭酸ガスは水と反応し炭酸ガスハイドレートのマイクロ粒を形成するので、安定に深海に投棄できる。
【００３０】従来は炭酸ガスをチャンバーに入れ炭酸ガスを液化して液体炭酸ガスを造り、この液体炭酸ガスを深海に下ろしたパイプを通じて深海底の窪地に投棄する案があった。深海底の窪地に投棄された液体炭酸ガスの溜まりの表面だけが水と反応して炭酸ガス・ハイドレートの膜を形成し、膜の下にある液体炭酸ガスの海中への拡散を防いでいた。しかしもしこの炭酸ガス・ハイドレートの皮膜が破れると、海中に液体炭酸ガスが拡散することになり、これが問題である為、この案は実用化できなかった。
【００３１】しかし図３に示す方法では、液体炭酸ガスのマイクロ粒が水深４００ｍ以下の深海の圧力により水と容易に反応して、マイクロ粒全体が炭酸ガス・ハイドレートを形成するので、もはや液体炭酸ガスは存在せず、海中へ溶け出す成分は無い。炭酸ガス・ハイドレートは安定な個体なので、そのまま深海底に留まる。
【００３２】図４は前記第三の技術的課題を解決するための構成を有する方法及び装置によって、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガス等を海中溶解隔離するに際し、図２と同様の手段で形成した、水又は海水中に分散した炭酸ガスを含む気体のマイクロバブルを、４ＭＰａ程度に加圧し、１℃程度に冷却して気体中の炭酸ガスを水と反応させ、更に―２４℃以下に冷却して炭酸ガス・ハイドレートに変えて、氷中に分散した炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒を形成するためのフローを示すブロック図である。
【００３３】図４の加圧、冷却の仕方の一例は次の通りである、まず常温・常圧で容器中の水又は海水の中に分散した煙のマイクロバブルを約４ＭＰａ（４メガパスカル）程度に加圧すると煙中の炭酸ガスは液体炭酸ガスとなる。次に容器全体を１℃にまで冷却し、水と炭酸ガスを反応させ炭酸ガス・ハイドレートを形成させる。次に容器全体を―２４℃にまで冷却すると、水は氷になり氷の中に閉じ込められた炭酸ガス・ハイドレートを含むマイクロ粒となる。次に容器の内容物を常圧下に取り出しても炭酸ガス・ハイドレートは氷の中に閉じこめられ、炭酸ガス・ハイドレートのままに止まる。
このとき煙中の他の成分、たとえば窒素や酸素は気体のままで氷の中に残存する。また煙中のカーボンの粒子も氷の中に残存する。
【００３４】ここで上記の氷を破砕すれば、気体のままで氷の中に残存している窒素や酸素は破砕によって開放され大気中に逃げる。
深海に投棄する直前に上記氷を破砕するようにすれば、深海に下ろしたパイプを通じて効率よく氷を深海に投棄することが出来る。あるいは氷を破砕しないで廃坑を利用して地底に投棄することも出来る。
この投棄によって炭酸ガス・ハイドレートだけでなく煙中のカーボン粒子をも深海や地底に投棄できる。この煙中のカーボン粒子も大気中にあれば地球温暖化の原因となることが知られている。
これにより比較的安いコストで煙の中の炭酸ガスとカーボンを窒素、酸素から分離出来たことになる。上記加圧、冷却の仕方は上記の方法に限らず、水と炭酸ガスの相図を参考にして種々の方法が取れることは言うまでもない。例えば上記―２４℃の冷却は必ずしも必要ではなく、炭酸ガスと水の相図を参考にした、炭酸ガスハイドレートの形成可能温度
即ち０℃前後の温度でも良い。
【００３５】図５は図１とは別種の実施例で、長脚の管のみを用い、長脚管をガス溶解管としてその上端部を海面又は海面近くに保持し、その下端部を深海に開口するようにした。その上端部は海面から海水ポンプを用いてくみ上げられた海水で満たされている。マイクロバブル発生器を用いて、その海水中に炭酸ガスのみのマイクロバブルを吹き込むと、炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水となる。次に炭酸ガスのマイクロバブルを分散した海水を、モーターにより回転力を得るタービン翼により長脚管の下方に向けて圧送し、溶解管中における上記炭酸ガスの海水への溶解作用により密度増加した海水を深海に重力流沈降させる。また長脚管の海面又は海面近くの管内に設けた、モーターにより回転力を得るタービン翼と、長脚管の深海に開口する開口端との間の任意の部分の管内に、重力により沈降する海水によって回転力を得るタービン翼を設けて、その軸を発電機に接続し、エネルギーを回収する事もできる。
【００３６】前記長脚管の海面近くの部分から注入された炭酸ガスのみからなるマイクロバブルを分散した海水はモーターにより回転力を得るタービン翼により長脚管の下方に向けて圧送されるが、下方へ圧送されるにしたがってマイクロバブル中の炭酸ガスは海水に溶解し、海水の比重を増大させる。重力による静水圧によって、下方に行くほど比重と静水圧が増大した海水はマイクロバブルの周囲の静水圧を増大させるので、マイクロバブルの直径はボイルシャルルの法則に従い小さく圧縮される。静水圧の高い海水中で、しかも直径の小さい炭酸ガスのマイクロバブルは、海水に対する溶解度を更に増し、いよいよ海水中に溶解するようになる。長脚管の下方に行くほどこの作用が甚だしくなり、比重の増大した海水は自重で沈降する力を増す。
この下方に向かって沈降する海水の流れで別のタービン翼を回転させると、タービン翼の軸に接続した発電機が回るので、長脚管の上方で消費した電力の内、多くの部分を回収出来る事は言うまでも無い。
【００３７】ここで長脚管の下方３５０ｍ以下では上方のタービンの圧力と静水圧を加えた圧力が３５気圧（３．５Ｍｐａ）以上となるので、海水の温度が１０℃以下では、海水に溶解している炭酸ガスは容易に炭酸ガス・ハイドレートになる。これは炭酸ガス―水の相図から言えることである。
また海水に溶解せずに残留していた炭酸ガスの微小なマイクロバブルがあったとしても、それも問題なく炭酸ガス・ハイドレートの微小なマイクロバブルになる。このようにして炭酸ガスは炭酸ガス・ハイドレートという固体に変わり、この固体は海水より比重が重いので上方へ浮き上がることなく、深海に向けて沈降し深海底に堆積する。ここにはもはや液体炭酸ガスは存在せず、固体である炭酸ガス・ハイドレートのみなので液体炭酸ガスのように海中に溶け出さない。この点から液体炭酸ガスのみを深海に注入する従来の案の欠点を克服できる。
【００３８】また前記マイクロバブル発生装置は公知のもので、種々の方式があるが一例として、特開２０００−４４７「旋回式微細気泡発生装置」等を挙げることが出来る。しかし上記の方式に留まらず種々の
方式のマイクロバブル発生装置を用いても良いことは明白である
【００３９】図６は別の実施例を示す。炭酸ガスを含む気体又は炭酸ガスのマイクロバブルを分散した水又は海水を、圧入装置により、地中に向かって埋設した圧入パイプを通じて地底に圧入する。
地底に圧入された炭酸ガスを含む気体又は炭酸ガスのマイクロバブルを分散した水又は海水中の炭酸ガス等は地底の炭層に吸着される。
また上記炭酸ガスは、地底の砂層又は土層に吸着されるか、または地底の砂層又は土層中のアルカリ金属酸化物、やアルカリ土類金属酸化物と反応して炭酸塩又は重炭酸塩となり、地底に固定化される。即ち例えば炭酸カルシウム等となる。地底には天然の石灰石等の層もあり、これらは環境に何の悪影響も与えていないので上記炭酸カルシウム等の層が新たに出来たとしても問題は無い。また上記炭酸ガスが地下水に混入した場合、地下水中の炭酸の溶解度を越えた部分は、やはり炭酸カルシウム等となって地下で沈殿物を形成するので、何ら問題は無い。
また炭酸ガスを含む気体又は炭酸ガスのマイクロバブルを分散した水又は海水は、廃坑や採油寿命の終わった石油、天然ガス等のボーリング穴を用いて地底に注入することも出来る。
【００４０】また上記すべての実施例において、炭酸ガス等を含む気体又は炭酸ガスのマイクロバブルを分散する水又は海水の中に、塩基性炭酸ガス吸収剤、例えば炭酸カルシウム、重炭酸カルシウム、炭酸カリウム、重炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、アミン等を混入し、マイクロバブル中の炭酸ガスの少なくとも一部を水または海水に吸収あるいは溶解させる事もできる。
【００４１】更に上記すべての実施例において、水または海水中に界面活性剤を混入し、マイクロバブルと水または海水の界面に界面活性剤の分子を吸着させ、マイクロバブル同志が結合する事を妨げるようにすることも出来る。このことによって、マイクロバブル相互の結合により、マイクロバブルが肥大化することを妨げ、浮き上がって消滅することを妨げ、マイクロバブルの存在寿命を延ばすことが出来る。
【００４２】
【発明の効果】以上に詳述したように、本発明によれば、火力発電所等の固定発生源から多量に排出される炭酸ガス等を地球環境保全のために深海又は地底に隔離するための簡単で効率的な方法及び装置を提供することができる。
また本発明と類似の作用を有し、類似の効果が得られる、ここに示さなかった多くの実施例は均等の原則に従い、本発明と同一の発明とみなされることは明白である。
更に明細書中に示した総ての実施例及びここに示さなかった多くの実施例を、明細書中に述べられた要素技術または公知の要素技術を用いて実施する場合、その要素技術はすべて公知の技術を用いて実施できるので、本発明の構成が完成しているのは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭酸ガスの海中溶解隔離装置の構成図であり、長脚管と短脚管からなる逆Ｕ字状の２管を用いた実施例を示す。
【図２】本発明に係る炭酸ガスの海中溶解隔離装置において、煙突からの煙をあらかじめ海水または冷水の中に吹き込むことによって冷却した後、公知のマイクロバブル発生装置を用いてマイクロバブル化して水中に分散させ、水中に分散した煙のマイクロバブルをポンプを用いて前記ガスリフト溶解管に圧送するためのフローを示すブロック図である。
【図３】本発明に係る炭酸ガスの海中溶解隔離装置において、図２と同様の手段で形成した、水中に分散した煙のマイクロバブルを加圧・冷却して水を氷に変え、煙の中の炭酸ガスを液体炭酸ガスに変えて、氷中に分散した液体炭酸ガスのマイクロ粒を形成するためのフローを示すブロック図である
【図４】本発明に係る炭酸ガスの海中溶解隔離装置において、図２と同様の手段で形成した、水中に分散した煙のマイクロバブルを加圧・冷却して水を氷に変え、煙の中の炭酸ガスを炭酸ガス・ハイドレートに変えて、氷中に分散した炭酸ガス・ハイドレートのマイクロ粒を形成するためのフローを示すブロック図である
【図５】本発明に係る炭酸ガスの海中溶解隔離装置において、図１とは別の実施例を示し、長脚管のみを用い炭酸ガスのみからなるマイクロバブルを深海に圧送して溶解させ、その後自重で沈降させる装置を示す。
【図６】本発明の別の実施例を示す。炭酸ガスを含む気体又は炭酸ガスのマイクロバブルを分散した水又は海水を、圧入装置により、地中に向かって埋設した圧入パイプを通じて地底に圧入する図である。
【符号の説明】
図１；１　逆Ｕ字状の二管、２　ガスリフト溶解管、３　沈降管、４　逆Ｕ字管の頂点部、４Ａ　脱気弁、５　吹き込み管、６　吹き込み装置、８，９発電機、１０，１１タービン翼、１４，１５　制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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