(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底下のメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採掘する方法であって、
波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光をレーザ光源から出力させ、
前記レーザ光源から出力されたレーザ光をメタンハイドレート層へ向けて出力するとともに、そのレーザ光をメタンハイドレート層の表面または内部で集光することで高調波光を発生させ、その高調波光をメタンハイドレート層へ照射して、
前記レーザ光または前記高調波光が照射されたメタンハイドレート層で発生する炭化水素ガスを収集する、
ことを特徴とするメタンハイドレート採掘方法。
【請求項２】
前記高調波光をメタンハイドレート層へ照射することによりメタノールを生成して、このメタノールを分解促進剤として用いる、ことを特徴とする請求項１記載のメタンハイドレート採掘方法。
【請求項３】
前記高調波光をメタンハイドレート層へ照射することにより炭素の微粒子または重合体を生成して、この炭素の微粒子または重合体を光吸収増強剤として用いる、ことを特徴とする請求項１記載のメタンハイドレート採掘方法。
【請求項４】
海中に配置した前記レーザ光源からレーザ光を出力させ、海上または陸上に配置された駆動部により前記レーザ光源を動作させる、ことを特徴とする請求項１記載のメタンハイドレート採掘方法。
【請求項５】
収集した炭化水素ガスをエネルギー源として用いて前記駆動部を動作させることを特徴とする請求項４記載のメタンハイドレート採掘方法。
【請求項６】
海底下のメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採掘する装置であって、
波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されたレーザ光をメタンハイドレート層へ向けて出力するとともに、そのレーザ光をメタンハイドレート層の表面または内部で集光することで高調波光を発生させ、その高調波光をメタンハイドレート層へ照射する照射光学系と、
前記レーザ光または前記高調波光が照射されたメタンハイドレート層で発生する炭化水素ガスを収集する収集手段と、
を備えることを特徴とするメタンハイドレート採掘装置。
【請求項７】
前記照射光学系が前記高調波光をメタンハイドレート層へ照射することによりメタノールを生成することを特徴とする請求項６記載のメタンハイドレート採掘装置。
【請求項８】
前記照射光学系が前記高調波光をメタンハイドレート層へ照射することにより炭素の微粒子または重合体を生成することを特徴とする請求項６記載のメタンハイドレート採掘装置。
【請求項９】
前記レーザ光源が海中に配置されてレーザ光を出力し、前記レーザ光源を動作させる駆動部が海上または陸上に配置されている、ことを特徴とする請求項６記載のメタンハイドレート採掘装置。
【請求項１０】
収集した炭化水素ガスをエネルギー源として用いて前記駆動部が動作することを特徴とする請求項９記載のメタンハイドレート採掘装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底下のメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採掘する方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタンハイドレートは、複数個の水分子が集まって構成される結晶格子構造（籠構造）の中にメタン等の炭化水素（メタンを含む。）が閉じ込められたものであり、日本近海を含む大陸周辺部の海底地盤中に低温度かつ高圧力のもとに固体状態で大量に存在することが知れられている。メタンハイドレートを含有する層（メタンハイドレート層）は水深数千ｍの海底下数百ｍの深さに存在すると想定されている。また、メタンハイドレートの埋蔵量は天然ガスの確認埋蔵量の数十倍であると推定されている。それ故、メタンハイドレートは未来のエネルギー源として期待されている。
【０００３】
特許文献１に記載されているように、メタンハイドレート採掘技術は、熱刺激法，減圧法および分解促進剤注入法などが検討されているが、未だ研究段階である。熱刺激法は、坑井を介してメタンハイドレート層に熱流体（熱水や蒸気）を注入し、メタンハイドレートを熱分解させて炭化水素ガス（メタンガスを含む。）を発生させ、その炭化水素ガスを収集する方法である。減圧法は、坑井内の泥水量や泥水比重を低下させ、メタンハイドレート層の付近の圧力を低下させて、メタンハイドレートを分解させて炭化水素ガスを発生させ、その炭化水素ガスを収集する方法である。また、分解促進剤注入法は、メタノール等の分解促進剤（インヒビタ）をメタンハイドレート層に注入して、メタンハイドレートの分解を促進させて炭化水素ガスを発生させ、その炭化水素ガスを収集する方法である。これらのメタンハイドレート採掘技術は何れも難点があって実用化が困難であるとされている。
【０００４】
これに対して、特許文献２に提案されているメタンハイドレート採掘技術は、メタンハイドレート層にレーザ光を照射することにより、メタンハイドレートを分解させて炭化水素ガスを発生させ、その炭化水素ガスを収集するものである。また、この文献に提案されている技術では、レーザ光源は海上または地上に配置され、そのレーザ光源から出力されたレーザ光は光ファイバにより導波されてメタンハイドレート層に照射される。このことから、レーザ光波長としては、石英光ファイバの伝送損失が少ない波長域（１.０〜１.３μｍ）に含まれる波長が好ましいとされている。また、この波長域内ではレーザ光は水中の吸収が少ないと記載されている。
【０００５】
また、特許文献３に提案されている技術は、レーザ光源から出力されたレーザ光をレーザ波長変換手段により波長変換して、水中での吸収率が高い波長の第１レーザ光、または、水中での吸収率が低い波長の第２レーザ光を発生させて、この第１レーザ光または第２レーザ光を水中の地層に照射して、その地層を掘削するものである。なお、この特許文献３にはメタンハイドレート採掘について何ら記載がない。
【特許文献１】特開２００５-１３９８２５号公報
【特許文献２】特許第３５０６６９６号公報
【特許文献３】特許第３８５６８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に提案されているメタンハイドレート採掘技術、および、特許文献３に提案されている技術をメタンハイドレート採掘に適用したと仮定した場合のメタンハイドレート採掘技術は、何れも、メタンハイドレート層にレーザ光を照射することによりメタンハイドレートを分解させようとするものである。
【０００７】
しかし、特許文献２において、波長域（１.０〜１.３μｍ）内ではレーザ光は水中の吸収が少ないと記載されているが、これは誤りである。実際には、該波長域における水中の吸収は非常に大きい。すなわち、水の吸収スペクトルを用いてランベルト・ベールの法則から見積もると、例えば、波長１.０６μｍの光は、厚さ１ｍの水の層があると、１兆分の１程度以下にまで減衰してしまう。また、波長１.３μｍの光は、厚さ１０ｃｍの水の層でさえも、１０００億分の１程度以下にまで減衰してしまう。したがって、この波長域を用いて海中でレーザ光照射を行っても、そのレーザ光の殆どが水に吸収されてしまい、光エネルギーをメタンハイドレート層に注入することができず、実質的には、炭化水素ガスを收集することは極めて困難である。
【０００８】
また、特許文献３に提案されている技術をメタンハイドレート採掘に適用したと仮定した場合のメタンハイドレート採掘技術では、水中での吸収率が高い波長の第１レーザ光、または、水中での吸収率が低い波長の第２レーザ光を、メタンハイドレート層に照射することになるが、何れの波長のレーザ光をメタンハイドレート層に照射したとしても、メタンハイドレート採掘効率は非常に低い。すなわち、水中での吸収率が高い波長の第１レーザ光は、その殆どが水で吸収されてしまい、メタンハイドレート層に到達する光エネルギーが僅かなものとなってしまう。また、水中での吸収率が低い波長の第２レーザ光は、水での吸収が少なくメタンハイドレート層に到達し得るが、メタンハイドレートとのクロスセクションが小さく（充分な光吸収ができず）充分な相互作用を行なうことができない。何れの場合にも効率的な炭化水素ガスの収集は困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、レーザ光を用いて効率よくメタンハイドレートを採掘することができる方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るメタンハイドレート採掘方法は、海底下のメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採掘する方法であって、波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光をレーザ光源から出力させ、レーザ光源から出力されたレーザ光をメタンハイドレート層へ向けて出力するとともに、そのレーザ光をメタンハイドレート層の表面または内部で集光することで高調波光を発生させ、その高調波光をメタンハイドレート層へ照射して、レーザ光または高調波光が照射されたメタンハイドレート層で発生する炭化水素ガスを収集することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るメタンハイドレート採掘方法は、高調波光をメタンハイドレート層へ照射することによりメタノールを生成して、このメタノールを分解促進剤として用いるのが好適であり、また、高調波光をメタンハイドレート層へ照射することにより炭素の微粒子または重合体を生成して、この炭素の微粒子または重合体を光吸収増強剤として用いるのが好適である。ここで言う炭素の微粒子または重合体とは、高調波光の照射による光反応によりメタンハイドレートが分解または重合して生成されたスス状カーボンやタールなどの物質である。
【００１２】
本発明に係るメタンハイドレート採掘方法は、海中に配置したレーザ光源からレーザ光を出力させ、海上または陸上に配置された駆動部によりレーザ光源を動作させるのが好適である。さらに、収集した炭化水素ガスをエネルギー源として用いて駆動部を動作させるのが好適である。
【００１３】
本発明に係るメタンハイドレート採掘装置は、海底下のメタンハイドレート層からメタンハイドレートを採掘する装置であって、(1) 波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光を出力するレーザ光源と、(2) レーザ光源から出力されたレーザ光をメタンハイドレート層へ向けて出力するとともに、そのレーザ光をメタンハイドレート層の表面または内部で集光することで高調波光を発生させ、その高調波光をメタンハイドレート層へ照射する照射光学系と、(3)レーザ光または高調波光が照射されたメタンハイドレート層で発生する炭化水素ガスを収集する収集手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るメタンハイドレート採掘装置では、照射光学系が高調波光をメタンハイドレート層へ照射することによりメタノールを生成するのが好適であり、また、照射光学系が高調波光をメタンハイドレート層へ照射することにより炭素の微粒子または重合体を生成するのが好適である。
【００１５】
本発明に係るメタンハイドレート採掘装置では、レーザ光源が海中に配置されてレーザ光を出力し、レーザ光源を動作させる駆動部が海上または陸上に配置されているのが好適である。さらに、収集した炭化水素ガスをエネルギー源として用いて駆動部が動作するのが好適である。
【００１６】
本発明に係るメタンハイドレート採掘方法またはメタンハイドレート採掘装置では、波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光がレーザ光源から出力される。そのレーザ光源から出力されたレーザ光は、メタンハイドレート層へ向けて出力されるとともに、メタンハイドレート層の表面または内部で集光される。この集光位置において多光子過程により高調波光が発生し、その高調波光がメタンハイドレート層へ照射される。そして、レーザ光または高調波光が照射されたメタンハイドレート層で炭化水素ガスが発生し、その炭化水素ガスが収集される。
【００１７】
なお、レーザ光源から出力されるレーザ光はパルスレーザ光であるのが好ましい。また、レーザ光源から出力されるレーザ光の波長は、好ましくは４００〜５５０ｎｍの範囲内であり、より好ましくは４２５〜５００ｎｍの範囲内であり、最も好ましくは４６０ｎｍ近傍である。
【００１８】
このように、本発明では、水における吸収が小さい波長のレーザ光をレーザ光源からメタンハイドレート層へ向けて出力し、そのレーザ光をメタンハイドレート層の表面または内部の集光位置で集光することにより、水中でのレーザ光の損失を低く抑えることができる。また、この集光位置での多光子過程により高調波光を発生させ、その高調波光をメタンハイドレート層へ照射することにより、効率よくメタンハイドレートを分解して炭化水素ガスを生成することができる。
【００１９】
また、高調波光をメタンハイドレート層へ照射することによりメタノールおよび炭素の微粒子または重合体の双方または何れか一方を生成して、このメタノールまたは炭素の微粒子もしくは重合体を分解促進剤や光吸収増強剤として用いることにより、更に効率よくメタンハイドレートを分解して炭化水素ガスを生成することができる。
【００２０】
また、海中に配置したレーザ光源からレーザ光を出力させ、海上または陸上に配置された駆動部によりレーザ光源を動作させることにより、上記波長範囲のレーザ光を海上または陸上から光ファイバで海底まで導く必要がなく、光ファイバにより導波される間のレーザ光の損失が回避される。さらに、収集した炭化水素ガスをエネルギー源として用いて駆動部を動作させる場合には、海上または陸上に配置された駆動部に対して電力供給設ける上で好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、レーザ光を用いて効率よくメタンハイドレートを採掘することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。
【００２３】
図１は、本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１の構成を示す図である。この図に示されるメタンハイドレート採掘装置１は、海底９３下のメタンハイドレート層９５からメタンハイドレートを採掘する装置である。メタンハイドレート層９５は、海底９３の直下の地盤９４と更に下の地盤９６との間にある。メタンハイドレート採掘装置１は、海上構造物１１，貯蔵部１２，発電部１３，駆動部１４，採掘管２１，電力供給線２２，移動部３１，保護部３２，レーザ光源３３，照射光学系３４および光出射面洗浄部３５を備えている。
【００２４】
海上構造物１１は、船舶や掘削リグであり、海面９１上に貯蔵部１２，発電部１３および駆動部１４を配置するためのものである。貯蔵部１２は、メタンハイドレート層９５で発生して採掘管２１の内部を通過して来た炭化水素ガス（メタンガスを含む。）を貯蔵するものである。貯蔵部１２は、炭化水素ガスを気体のまま貯蔵してもよいが、炭化水素ガスを液化したものを貯蔵するのが好適であり、また、メタンハイドレートに戻したものを貯蔵するのも好適である。
【００２５】
発電部１３は、海上構造物１１上に配置された駆動部１４を含む諸設備に供給されるべき電力を発生するものである。発電部１３は、貯蔵部１２に貯蔵された炭化水素の一部を燃焼させ、その熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、電力を発生するのが好適である。駆動部１４は、発電部１３から電力供給を受けて、レーザ光源３３を駆動するための駆動電力を電力供給線２２へ出力する。
【００２６】
採掘管２１は、上端が海上構造物１１上の貯蔵部１２まで達し、海水３２および海底９３下の地盤９４を経て、下端がメタンハイドレート層９５まで達している。電力供給線２２は、採掘管２１内に挿通されており、駆動部１４から出力される駆動電力をレーザ光源３３へ伝送する。採掘管２１の下端の近傍に、移動部３１，保護部３２，レーザ光源３３，照射光学系３４および光出射面洗浄部３５が設けられている。
【００２７】
移動部３１は、レーザ光源３３の位置および方位を変更することで、レーザ光源３３からの光出射の位置および方向を変更するものである。レーザ光源３３は、保護部３２に覆われて移動部３１の先端に設けられている。保護部３２は、水圧に対してレーザ光源３３を保護するためのものである。また、この保護部３２は、レーザ光源３３で発生する熱を外部へ放出する役目も有している。なお、外部へ放出された熱はメタンハイドレートの熱分解にも活用することができる。
【００２８】
レーザ光源３３は、駆動部１４から電力供給線２２を経て駆動電力を供給されて、波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光Ｌ１を出力する。このレーザ光Ｌ１はパルスレーザ光であるのが好ましい。また、このレーザ光Ｌ１の波長は、好ましくは４００〜５５０ｎｍの範囲内であり、より好ましくは４２５〜５００ｎｍの範囲内であり、最も好ましくは４６０ｎｍ近傍である。
【００２９】
照射光学系３４は、レーザ光源３３から出力されたレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５へ向けて出力するとともに、そのレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５の表面または内部の集光位置Ｐで集光することで多光子過程により高調波光Ｌ２を発生させ、その高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５へ照射する。この照射光学系３４は、１または複数のレンズまたは曲面鏡からなり、これらの各位置を調整することでレーザ光Ｌ１の集光位置Ｐを調整することができるのが好適である。光出射面洗浄部３５は、泥水等に因る光出射面の汚れを落とすため該光出射面を洗浄するものである。
【００３０】
なお、メタンハイドレート層９５までの距離を測定する測距部が更に設けられているのが好適である。この測距部は、光学式のものであってもよいし、超音波を用いたものであってもよい。そして、この測距部により得られたメタンハイドレート層９５までの距離に基づいて照射光学系３４が制御されてレーザ光Ｌ１の集光位置Ｐが調整されるのが好ましい。
【００３１】
また、採掘管２１の下端の近傍に設けられる各構成要素の動作を制御する制御信号を海上構造物１１から送るための制御信号線や、採掘管２１の下端の近傍における状態（温度や圧力など）を測定した結果を海上構造物１１へ送るための測定信号線は、採掘管２１内に挿通される。さらに、メタンハイドレート層９５にレーザ光Ｌ１または高調波光Ｌ２が照射されることにより発生する炭化水素ガスは、採掘管２１の下端から内部を経て上端に達して、貯蔵部１２内に貯蔵される。すなわち、採掘管２１および貯蔵部１２は、レーザ光Ｌ１または高調波光Ｌ２が照射されたメタンハイドレート層９５で発生する炭化水素ガスを収集する収集手段として作用する。炭化水素ガスを収集する収集手段として、コレクター（収集容器）が用いられてもよい。
【００３２】
図２も、本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１の構成を示す図である。図１では、レーザ光源３３からの光出射の方向を下方向としていたが、図２では、特に移動部３１の作用によりレーザ光源３３からの光出射の方向を横方向にした様子を示している。
【００３３】
図３は、本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１の要部の構成を示す図である。この図には、採掘管２１の下端の近傍に設けられる保護部３２，レーザ光源３３，照射光学系３４および光出射面洗浄部３５が示されている。
【００３４】
本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１またはメタンハイドレート採掘方法は、水９７における吸収が小さい波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光Ｌ１をレーザ光源３３からメタンハイドレート層９５へ向けて出力する。そして、照射光学系３４により、そのレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５の表面または内部の集光位置Ｐで集光することで多光子過程により高調波光Ｌ２を発生させ、その高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５へ照射する。また、多光子過程に寄与しなかった残りのレーザ光Ｌ１をもメタンハイドレート層９５へ照射する。
【００３５】
高調波光Ｌ２は、レーザ光Ｌ１の周波数に対して２倍の周波数を有する第２高調波光を含み、また、レーザ光Ｌ１の周波数に対して３倍の周波数を有する第３高調波光を含む。例えばレーザ光Ｌ１の波長が４６０ｎｍであるとすると、第２高調波光の波長は２３０ｎｍであり、第３高調波光の波長は１５３ｎｍである。
【００３６】
波長４６０ｎｍにおいて水の吸収係数は略最小となり約０.０００２ｃｍ−１以下である。すなわち、波長４６０ｎｍのレーザ光Ｌ１が水９７中を１ｍ進んでも、吸光度は０.０２以下であり、透過率は９５％以上となる。なお、水９７は、元々メタンハイドレート層９５に存在していたもの、メタンハイドレートの分解により生じたもの、および、海水９２が流れ込んできたもの、を含む。一方、レーザ光Ｌ１と比べて高調波光Ｌ２の波長では、メタンハイドレートの吸収係数が数桁程度（１００倍〜１０万倍）大きく、強い相互作用が起こる。
【００３７】
なお、光化学の研究から、メタンは、上記の高調波光Ｌ２のような紫外光または真空紫外光の照射により励起されると、メチルラジカルおよび水素ラジカルに分解されることが知られている。また、水は、紫外光または真空紫外光の照射により励起されると、水素ラジカルおよびヒドロキシルラジカルに分解されることが知られている。さらに、海底１０００ｍ以上という環境の条件（温度が数℃、１００気圧程度）の下では高密度の反応基質は容易に光化学反応を起こす。すなわち、レーザ光のエネルギーがメタンハイドレートに注入されることにより、メタンを含む炭化水素および水の分解反応が起こり、各種のラジカルが生成し、一部は、水素、エタン、メタノールなどを生じ、その結果、メタンハイドレートの構造が崩壊し、籠状の水構造を形作る水素結合も切断される。
【００３８】
このように、本実施形態では、メタンハイドレート層９５の集光位置Ｐ１まではレーザ光Ｌ１が低損失で進み、集光位置Ｐ１で発生した紫外域または真空紫外域の高調波光Ｌ２がメタンハイドレート層９５に照射されることで、高効率にメタンハイドレートが分解されて炭化水素が生成される。そして、この炭化水素ガスは、採掘管２１の下端から内部を経て上端に達して、貯蔵部１２内に貯蔵される。
【００３９】
上述したように、高調波光Ｌ２がメタンハイドレート層９５に照射されることに因るメタンハイドレートの分解反応の結果、一部メタノールが生成される。前述したように、メタノールは、分解促進剤注入法において分解促進剤（インヒビタ）として用いられるものであるが、これまで、メタンハイドレート層全体に如何にして注入するかが研究課題となっていた。しかし、本実施形態では、外部からメタノールを注入するのではなく、メタンハイドレート層９５に高調波光Ｌ２照射により光エネルギーを注入することにより、メタンハイドレート中にメタノールを生成することができる点に大きな特徴がある。また、生成されるメタノールは、紫外光の波長域における吸収端が２６０ｎｍ付近にあるので、第２高調波の２３０ｎｍおよび第３高調波の１５３ｎｍの各波長において、絞られた高調波光Ｌ２のエネルギーを効率良く吸収する光吸収増強剤としても機能することもでき、レーザ光によるメタンハイドレートの分解に有効に機能する。
【００４０】
また、上記の高調波光Ｌ２の強い相互作用の結果、メタンハイドレートが分解し、一部のメタンは炭素の微粒子または重合体となる。この炭素の微粒子または重合体は、メタンハイドレートと比べて、紫外および可視の波長域で極めて大きな吸収係数を持ち、レーザ光を非常に効率良く吸収するので、光吸収増強剤として機能する。すなわち、炭素の微粒子または重合体は、レーザ光照射によるメタンハイドレートの分解に極めて有効であり、一種の分解促進剤として機能する。しかも、外部から光吸収増強剤または分解促進剤を注入する必要がないので、これまでの分解促進剤注入法の注入方法に関する課題は問題とならない。
【００４１】
本実施形態では、特に、メタンハイドレートが均質で砂岩や石灰岩などが共存しない場合に有効である。何故なら、砂岩や石灰岩などが共存している場合には、これらの岩石が紫外光を比較的効率良く吸収するので炭素の微粒子または重合体の生成は不可欠ではないが、紫外光を効率よく吸収する砂岩や石灰岩などが共存しない場合には、これらに替わって炭素の微粒子または重合体が紫外光を効率よく吸収するからである。
【００４２】
なお、炭素の微粒子または重合体が生成された後は、必ずしも高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５に照射する必要はなく、基本波のレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５に照射しても充分に炭素の微粒子または重合体が光エネルギーを吸収するので、メタンハイドレートの分解は可能である。
【００４３】
また、本実施形態では、メタンハイドレート層９５へ高調波光Ｌ２を照射することによりメタノールおよび炭素の微粒子または重合体の双方を生成するのが好ましい。この場合には、メタノールおよび炭素の微粒子または重合体の相乗効果により、レーザ光照射によるメタンハイドレートの分解を更に効率的に実施することができる。
【００４４】
図４は、本実施形態に係るメタンハイドレート採掘方法を説明するフローチャートである。ステップＳ１では、波長範囲３００〜７００ｎｍに含まれる何れかの波長のレーザ光Ｌ１をレーザ光源３３から出力させ、そのレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５へ向けて出力するとともに、そのレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５の表面または内部で集光することで高調波光Ｌ２を発生させ、その高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５へ照射する。
【００４５】
上記波長範囲のレーザ光Ｌ１は水９７中を低損失で進むことができる。レーザ光Ｌ１の最も好適な波長は４６０ｎｍであり、この場合には、１ｍの水９７の層をレーザ光Ｌ１が通過しても９５％以上の透過率を達成できる。しかし、このレーザ光Ｌ１の波長では、メタンハイドレートの吸収のクロスセクションが非常に小さいので、強い相互作用を起こすには不充分である。そこで、レーザ光Ｌ１の多光子励起を利用することにより、高調波光Ｌ２（第２高調波光または第３高調波光）を生成して、この高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５に照射する。
【００４６】
続くステップＳ２では、高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５へ照射することにより、メタノールおよび炭素の微粒子または重合体の双方または何れか一方を生成して、このメタノールまたは炭素の微粒子もしくは重合体を分解促進剤や光吸収増強剤として用いる。さらに、ステップＳ３で、レーザ光Ｌ１または高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５に照射し、ステップＳ４で、メタンハイドレートを分解して炭化水素ガスを生成し、そして、その炭化水素ガスを収集する。
【００４７】
以上のように、本実施形態では、水９７における吸収が小さい波長のレーザ光Ｌ１をレーザ光源３３からメタンハイドレート層９５へ向けて出力し、そのレーザ光Ｌ１をメタンハイドレート層９５の表面または内部の集光位置Ｐで集光することにより、この間のレーザ光Ｌ１の損失を低く抑えることができる。また、この集光位置Ｐでの多光子過程により高調波光Ｌ２を発生させ、その高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５へ照射することにより、効率よくメタンハイドレートを分解して炭化水素ガスを生成することができる。また、高調波光Ｌ２をメタンハイドレート層９５へ照射することによりメタノールおよび炭素の微粒子または重合体の双方または何れか一方を生成して、このメタノールまたは炭素の微粒子または重合体を分解促進剤や光吸収増強剤として用いることにより、更に効率よくメタンハイドレートを分解して炭化水素ガスを生成することができる。
【００４８】
なお、メタンハイドレート層付近の水圧は１００気圧程度にまで及ぶが、高温の水や水蒸気のような物質を吹き付けることをしないので、高圧という条件による制約を受けずに、本実施形態のように最適な波長を選択することにより、光エネルギーを減少させることなく、メタンハイドレートにエネルギーを注入することができ、高効率でメタンを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１の構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係るメタンハイドレート採掘装置１の要部の構成を示す図である。
【図４】本実施形態に係るメタンハイドレート採掘方法を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
１…メタンハイドレート採掘装置、１１…海上構造物、１２…貯蔵部、１３…発電部、１４…駆動部、２１…採掘管、２２…電力供給線、３１…移動部、３２…保護部、３３…レーザ光源、３４…照射光学系、３５…光出射面洗浄部、９１…海面、９２…海水、９３…海底、９４…地盤、９５…メタンハイドレート層、９６…地盤、９７…水、Ｌ１…レーザ光、Ｌ２…高調波光、Ｐ…集光位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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