環境影響評価分野
モニタリング技術
ガス漏洩モニタリング（直接法、広域検知法）－メタンセンサーの開発と広域監視法の調査研究ー

モニタリング技術

直接検出法
現状 採水→分析(FID 陸上・船上）
モニタリング 不向き

既往メタンセンサ－（ＭＥＴＳセンサ－）
モニタリング可能幾つか問題点があり 適用可能性調査･試験

新規開発（集水型モニタリングシステム）
メタン透過膜集水方法についての検討

モニタリング技術

1

メタンセンサー（METSセンサー） 原理
シリコン分離膜支持体(焼結金属）

温湿度センサー

半導体センサー



1
 −U t   1c = exp1.3333* ln  0.02961 + 31.13963* exp−  * 
 0.50637    U CH 4 4.89736 − 1.95456 *U t 

電子基盤

出力データ
メタン濃度値
半導体出力値(V)
温度
絶対湿度

長さ ：200㎜
直径 ：50㎜
重量 ：1kg
モニタリング技術

メタンセンサー （METSセンサー）
基本性能評価試験及び特性評価

センサー機構・原理 予備試験 聞き取り調査¾半導体検出器出力電圧の溶存酸素濃度依存¾溶存メタン濃度切換時の半導体検出器出力の応答特性¾溶存メタン濃度値の再現性（repeatability）

モニタリング技術2

メタンセンサー （METSセンサー）
半導体検出器出力電圧の溶存酸素濃度依存性(1)12018100

1580

1260

940

6
溶存酸素濃度[%]
溶存メタン濃度値[μmol/L]

2000:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

3

溶存メタン濃度値[μmol/L]

溶存酸素濃度[%]空気バブリング後(100%)→窒素ガスバブリング(0%)

溶存酸素が減少↓
メタン溶存量がが増加する様な性状を示す

06:00

経過時間[時：分]

モニタリング技術

メタンセンサー （METSセンサー）
溶存メタン濃度切換時の半導体検出器出力の応答特性
濃度値：
58

溶存メタン濃度計算値[μmol/L]

473.56352.54231.52110.5

高濃度
0

低濃度

0:00

0:30

高濃度
1:00

1:30

2:00

0

溶存メタン濃度計算値[μmol/L]

4.5

半導体検出器出力電圧[V]0.1～8.0μmol/L

9半導体検出器出力電圧[V]メタン濃度¾高→低：67分(90%応答)¾低→高：10分(90%応答)
約7倍の時間差

経過時間[時:分]

モニタリング技術

3メタンセンサー （METSセンサー）
溶存メタン濃度値の再現性(repeatability)
同メタン濃度溶液で３回測定実施
10.9

980.7

70.6

60.5

50.4

40.3

30.2

20.1

100:00半導体検出器出力電圧[V]

溶存メタン濃度値[μmol/L]

0.810

溶存メタン濃度値[μmol/L]（1回目）
溶存メタン濃度値[μmol/L]（2回目）
溶存メタン濃度値[μmol/L]（3回目）
半導体検出器出力電圧[V]（1回目）
半導体検出器出力電圧[V]（2回目）
半導体検出器出力電圧[V]（3回目）

0:10

0:20

0:30
経過時間[時：分]

0:40

0:50

¾メタン濃度値最大差約600nmol¾最大ピーク後濃度値が減少（低濃度顕著）↓
半導体検出器湿度、溶存酸素濃度、分離膜等の影響か？

01:00

モニタリング技術

メタンセンサー （METSセンサー）
まとめ¾METSセンサーの性能について把握できた
・酸素濃度依存性が大きい
・高濃度から低濃度へ変化する過程において、応答に時間を要す・濃度値の再現性と定常性が乏しい¾上記問題点あるが低廉使用実績もあり改良改造することによりアラームセンサとして使用可能

4

集水型モニタリングシステム
キャリアガス検出セル

赤外レーザ
吸 光分 析 器

排気排出

選択透過気化膜ポンプ

海水集水ノズル¾ 本システムの重要な項目– 試験装置の製作– 分離膜の集水基本試験
山口大学 機能材料工学科
岡本教授 田中助教授
共同研究

集水型モニタリングシステム
ポリジメチルシロキサン(PDMS)膜CH3Si O
CH3¾透過係数が非常に大きい¾透過係数の濃度依存性
ほとんどない膜の種類
ABは同一メーカー
A

膜厚[μm]
109

メタンガス透過係数[cm3(STP)cm/(cm2scmHg]
9.5×10-8B

157

8.7×10-8C

556

6.4×10-85

集水型モニタリングシステム
濃度依存性
1.0

見かけの透過係数／真の透過係数

PDMS 109μm, 4℃
0.6

濃度依存性はない（ > 10μmol/L ）3.4 L/min
0.3
2.4 L/min
1.4 L/min
0.4 L/min
0.1110100

1000

10000

溶存メタン濃度 [μmol/L]

集水型モニタリングシステム
見かけの透過係数／真の透過係数

温度依存性
0.50.4

温度依存性は小さい0.3PDMS 109μm
流量：3.4 L/min

0.2

濃度：8.8(4℃）～
6.6(16℃)μmol/L

0.1

供給側メタン分圧＝2.9mmHg

0.00510
温度 ［℃］15206

集水型モニタリングシステム
透過流束に対する流量および膜厚の影響
1.0E-04（157μm膜）32

流束 Q/ A [cm (STP)/(cm s)]

真の透過係数から計算した値（109μm膜）

L=556μm
L=157μm
L=109μm

1.0E-05¾膜厚を薄くしてもあまり増えない

境膜抵抗による減少¾膜厚が薄いほど流量依存性大きい（556μm膜）

A
Q = P ( ) ∆p
LPDMS
4℃, 170μmol/L

境膜による影響大1.0E-0601234

供給水流量 [L/min]

集水型モニタリングシステム
境膜物質移動抵抗モデル
供給液（液相）膜

透過側（減圧またはキャリアガス）
境膜の抵抗がない場合

溶質濃度CF（平衡蒸気圧pF）

piCP(=0)(pP(=0))

物質移動

バルク

境膜

流れ

分子拡散

溶解－拡散

7

集水型モニタリングシステム
透過セルによる相違

見かけの透過係数／真の透過係数

0.5

PDMS,109μm
温度：4℃
濃度：170μmol/L

0.4

セル②

セル②
3.6 cm2

セル①0.3

セル③0.2

セル①2.1 cm2

0.1
0.0
012
3
供給水流量 [L/min]

4
セル③4.8 cm2

集水型モニタリングシステム
まとめ¾PDMS膜を通る溶存メタンの透過において、 供給液側の境膜物質移動抵抗が大きな影響を及ぼす。
¾供給側の膜表面近傍における水の流動状態を高くすることで効率良く境膜物質移動抵抗を減らし、モニタリングシステムの応答性を向上できる。

8

光学的手法を用いた
大気中のメタンガスモニタリング技術
メタン漏えい時周囲の海上大気中のメタン濃度が上昇¾一地点から広範囲を遠隔測定¾（メタン）分子選択性¾連続・リアルタイム測定

光学的手法が有効
モニタリング技術

DIAL（差分吸収ライダ） 原理・特長
原理¾レーザ光源使用
λon：吸収波長
λoff：非吸収波長¾大気中のエアロゾル・塵、人工ターゲットで散乱¾散乱光強度を受光装置で測定¾ λonとλoffの強度比から濃度計算

特長¾メタン選択性がある

DIALシステム概要図¾光源と検出器が同位置にある¾人工光源使用（夜間も測定可能）¾濃度マッピングが可能

モニタリング技術

9

DIAL（差分吸収ライダ） 適用事例

配管からの漏洩メタンの検知

石油・ガス精製工場、化学工場における漏洩メタンの検知（出典：東京ガス）（出典：米国SANDIA研究所）

地下埋設配管からの漏洩メタンの検知（出典：米国SRI International）

DIAL （差分吸収ライダ） まとめ
研究機関など測定範囲

検 出 限 界 （メ タン ）東京ガス／アンリツ（市販）1～10m

100ppm･m

三菱重工／九州大学100～400m1000ppm･m

Sandia National Laboratories

70ｍ12ppm･m

SRI International

10～15m18ppm･m

10

人工衛星を用いた観測技術 原理・特長¾光源：太陽光や地表からの放射光¾地表の広範囲を一度に測定可能

ADEOS衛星によるメタン濃度監視（出典：国立環境研究所）

ADEOS衛星によるメタン濃度監視（出典：電力中央研究所）
モニタリング技術

人工衛星を用いた観測技術 まとめ
現在、環境観測技術衛星ADEOS-II（宇宙開発事業団）が運用中¾鉛直方向×水平方向の測定範囲 : 1km×13km¾測定高度 : 地表から10km ~ 60km
¾リアルタイム測定ができない¾太陽―地球―人工衛星の幾何学的配置により、測定可否が決まる

観測エリアの長期的なメタン濃度モニタリングに適用可能
モニタリング技術11

ガス漏洩モニタリング技術（超音波センサーによるモニタリング技術）
受波器１

受波器３

送波器
気泡群
音波散乱

指向性ビーム間隔：100～1000m

音波散乱

受波器１
： 散乱波のみ計測
受波器２＆３ ： 直接波＋散乱波を計測

受波器２

気泡探知イメージ
モニタリング技術

大型水槽での気泡検出試験（１）大型水槽：IHI船型試験水槽 (L200m×W10m×d5m)
200m
10m

10m

20～160m

台車

10m

気泡群

参照用ハイドロホン

送受波器(28/75kHz)

(移動)

5m24m

モニタリング技術12

大型水槽での気泡検出試験（２）

台車
送波方向

散乱波方向

気泡発生例

試験状況
モニタリング技術

大型水槽での気泡検出試験（３）散乱波の計測結果例（気泡無／L=100m／f=75kHz）

13

大型水槽での気泡検出試験（４）散乱波の計測結果例（気泡発生／L=100m／f=75kHz）

大型水槽での気泡検出試験（５）
10

気泡発生時

998kPa(G)7Area [V ms]

散乱強度指標8654

気泡発生の判定しきい値の例

32

気泡無し

10

No bubbles① ②③ ④⑤ ⑥計測サンプル番号⑦ ⑧

散乱強度指標（L=100m/f=75kHz）

14

大型水槽での気泡検出試験（６）散乱波強さ(dB//0dB@20m)
Attenuation [dB]0-5-10-15

22１/ｒ1/r-20-25

3 3１/ｒ1/r-30
10100

気泡発生装置からの距離(m)Distance [m]散乱波の距離減衰特性

大型水槽での気泡検出試験（７）まとめ¾超音波の利用により160m先の気泡群存在を検知できることが分った。
¾気泡群からの散乱波の距離減衰特性は距離の3乗に比例する傾向のあることが分かった。

15