二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法並びに二酸化炭素の地中固定方法
【課題】本発明は、生物代謝により生成される二酸化炭素濃度と、地中に圧入された二酸化炭素濃度の漏洩分とを識別すると共に、二酸化炭素を地中に適量圧入できるようにしたものである。
【解決手段】本発明は、チャンバ２内の生物代謝による酸素消費濃度を測定すると共に、前記チャンバ内の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ようにしたのである。
【解決手段】本発明は、チャンバ２内の生物代謝による酸素消費濃度を測定すると共に、前記チャンバ内の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ようにしたのである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法並びに二酸化炭素の地中固定方法に係り、特に、二酸化炭素の地中への圧入後又は圧入中における二酸化炭素の漏洩を監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法並びに二酸化炭素の地中固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模における環境汚染が進む中で、化石燃料の使用によって排出される二酸化炭素の大気圏内蓄積による温室効果のために、地球の温暖化が問題になっている。そこで、使用後の排出ガス中から二酸化炭素を分離し、この分離した二酸化炭素を地中の石炭層や油田，天然ガス田，帯水層等に圧入して固定化する技術が開発されている。
【０００３】
しかしながら、地中には断層等の割れ目が無数にあることや、砂礫層等の多孔質の地層もあるために、地中に固定した二酸化炭素の一部が、圧力変動や地殻変動、更には濃度拡散によって断層や砂礫層を経由して地表に漏洩することが懸念される。
【０００４】
そこで、二酸化炭素の圧入中及び圧入後の地表付近のガスを測定して地中からの二酸化炭素の漏洩を監視するために、地表付近にチャンバを埋設し、大気と地中ガスとを隔離した状態で、チャンバ内の二酸化炭素濃度を測定することで、地中からの二酸化炭素の漏洩を監視することが提案されている。
【０００５】
尚、関連技術として特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平7−３３３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記背景技術によれば、大気中の二酸化炭素に左右されずに地中の二酸化炭素を監視することができる。
【０００８】
しかしながら、チャンバ内で測定される地中の二酸化炭素の中には、地中に圧入した二酸化炭素の漏洩分のほかに、地表付近の地中に存在する二酸化炭素も一緒に測定されるので、二酸化炭素の漏洩を正確に測定する妨げになっていた。
【０００９】
即ち、地表付近の地中には、生物代謝によって生成される二酸化炭素が存在している。具体的には、地表付近の地中には、微生物等が地中の有機物を栄養源として活動しており、これら微生物が排出する二酸化炭素が地中に存在する。したがって、チャンバ内の二酸化炭素を測定しようとすると、微生物活動により生成された、云い代えれば生物代謝によって生成された二酸化炭素が地中からの二酸化炭素漏洩に加味されて測定されるので、漏洩した二酸化炭素を正確に測定する妨げになっていた。
【００１０】
そのために、二酸化炭素の地中への圧入時も、正確な二酸化炭素の漏洩を把握しないまま圧入作業を行なっていた。
【００１１】
本発明の目的の一つは、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別できる二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の目的のもう一つは、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別しながら二酸化炭素の地中への圧入を制限し、例えば圧力を適正化処理するなどして、最適条件による二酸化炭素の地中固定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために、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共に、前記チャンバ内の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ようにしたのである。
【００１４】
通常、地表付近の地中の微生物は、酸素が比較的供給され易い環境にあるので、地中（土壌中）の有機物を栄養源として、酸素を吸収して二酸化炭素を排出する呼吸作用により活動している。
【００１５】
そして、微生物の呼吸は、次式のように、消費される酸素量と生成排出される二酸化炭素量の収支は等しく、等モルであることが知られている。
（ＣＨ２Ｏ）ｘ＋ｘＯ２→ｘＣＯ２＋ｘＨ２Ｏ
したがって、１モルの二酸化炭素が微生物から生成されたときは、１モルの酸素が消費されたことになり、加えて微生物が生成した二酸化炭素濃度は、次式のように、微生物が消費した酸素濃度を超えることがない。
二酸化炭素濃度≦酸素消費濃度
以上から、チャンバ内の二酸化炭素濃度と酸素消費濃度との収支を求めることにより、云い代えれば、二酸化炭素濃度が酸素消費濃度を超えたとき地中からの二酸化炭素の漏洩があることが判断できるので、生物代謝によって生成される二酸化炭素と地中に圧入した二酸化炭素の漏洩分を容易に識別することができる。尚、微生物が消費した酸素濃度は、大気中の酸素濃度とチャンバ内の酸素濃度の差から求めることができる。
【００１６】
図２は、微生物による酸素消費濃度とチャンバ内の二酸化炭素濃度の相関図である。微生物が消費した酸素量が増えると、微生物が生成排出する二酸化炭素量も増加する。一方、図２において残る領域が二酸化炭素漏洩濃度となる。
【００１７】
したがって、チャンバ内の二酸化炭素濃度と酸素消費濃度との収支を求めながら、地中に二酸化炭素を圧入することで、漏洩がない適量の二酸化炭素を地中に圧入して固定化することができる。
【００１８】
また、上述のように、微生物が消費した酸素量と微生物が生成排出する二酸化炭素量の収支は、等モルであるために、上記微生物が消費した酸素濃度を微生物が生成した二酸化炭素濃度と見なすことができる。そして、チャンバ内の二酸化炭素濃度と微生物が生成した二酸化炭素濃度との収支を求めることで、二酸化炭素の漏洩の有無を評価することができ、この評価を行いながら、地中に二酸化炭素を圧入することで、漏洩がない適量の二酸化炭素を地中に圧入して固定化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別して測定できる二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法を得ることができる。
【００２０】
さらに、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別しながら二酸化炭素を地中に圧入することで、適量の二酸化炭素を地中に固定化することができる二酸化炭素の地中固定方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭの第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。ここでは、地上で回収された二酸化炭素が、地中の石炭層や油田，天然ガス田，帯水層等の二酸化炭素貯留層に圧入されて固定化されていることを前提とする。
【００２２】
地表1から地中に向かって底部が開口しているチャンバ２を埋設し、大気と捕集した地中ガスＧＡとを隔離する。このようにチャンバ２を埋設することで、チャンバ２内に補修されたガスは、地中ガス（土壌ガス）ＧＡと見なすことができる。このチャンバ２には、捕集ガス循環路３を設け、ポンプ4によって捕集した地中ガスＧＡを循環させている。そして、この捕集ガス循環路３には、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６とが設けられており、捕集した地中ガスＧＡが循環する過程においてチャンバ２内の二酸化炭素濃度と酸素濃度とを測定している。これら二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６からの測定信号は、二酸化炭素濃度計７及び酸素濃度計８によって処理され、演算器9に測定結果が送られる。ここで、二酸化炭素濃度センサ５と二酸化炭素濃度計７が本発明によるチャンバ内の二酸化炭素を検出する手段を構成し、酸素濃度センサ６と酸素濃度計８が本発明によるチャンバ内の酸素濃度測定手段を構成する。
【００２３】
一方、チャンバ２外には、大気中の酸素濃度を測定する大気酸素濃度センサ１０が設置され、測定信号は、大気酸素濃度計１１を経由して前記演算器９に送られる。この大気酸素濃度センサ１０及び大気酸素濃度計１１が本発明による大気中の酸素濃度測定手段を構成する。
【００２４】
上記構成の二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、まず、演算器９によって、大気酸素濃度センサ１０及び大気酸素濃度計１１で測定した大気酸素濃度と、酸素濃度センサ６及び酸素濃度計８で測定したチャンバ２内の酸素濃度から、微生物が消費した酸素消費濃度を求める。したがって、酸素濃度センサ６と酸素濃度計８と演算器9と酸素濃度センサ１０と大気酸素濃度計１１とが本発明によるチャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段となる。
【００２５】
次に、演算器９によって、二酸化炭素濃度センサ５及び二酸化炭素濃度計７で測定したチャンバ２内の二酸化炭素濃度と、既に求められた微生物による酸素消費濃度とを比較する。比較の結果、微生物による酸素消費濃度に較べてチャンバ２内の二酸化炭素濃度が高い場合には、地中ガスＧＡ中に地中の二酸化炭素貯留層に固定した二酸化炭素からの漏洩ガスＧＬが含まれていると判断し、微生物による酸素消費濃度に較べてチャンバ２内の二酸化炭素濃度が低い場合には、地中の二酸化炭素貯留層に固定した二酸化炭素からの漏洩ガスＧＬが地中ガスＧＡ中に含まれていないと判断する。
【００２６】
尚、上記実施の形態においては、チャンバ２内の二酸化炭素濃度と、微生物による酸素消費濃度とを比較することで、地中に固定して二酸化炭素の漏洩の有無を判断したが、求められた微生物による酸素消費濃度を、演算器９によって生物代謝によって生成した二酸化炭素濃度に換算し、更に演算器9によって、生物代謝による二酸化炭素濃度とチャンバ２内の二酸化炭素濃度とを比較することで、二酸化炭素の地中からの漏洩の有無を判断するようにしてもよい。ここで前記演算器９が、本発明による生物代謝による酸素消費濃度を生物代謝で生成された二酸化炭素濃度に換算する手段及び換算された二酸化炭素濃度をチャンバ内の二酸化炭素濃度と識別する手段となる。
【００２７】
いずれにしても、本実施の形態によれば、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別して測定できるので、二酸化炭素の漏洩の有無を正確に把握することができる。
【００２８】
次に、上記判断の実験例を説明する。この実験は、ある年の９月と１０月の２ヶ月に渡るものである。
【００２９】
まず、図３は、上記二酸化炭素漏洩モニタリング装置で測定したチャンバ２内の、云い代えれば、土壌中の二酸化炭素濃度の変化である。土壌中の二酸化炭素濃度は、大気濃度から３％強の濃度変化があり、この変化は気象変化によるものと判断される。
【００３０】
図４は、同じ装置で測定した土壌及び大気中の酸素濃度の変化である。これら酸素濃度も上記土壌中の二酸化炭素濃度と同じ影響を受けて変化しているものと判断できる。
【００３１】
図５は、実験期間中における大気圧の変動を示すもので、別置の気圧測定装置で測定したものである。
【００３２】
これらから、大気圧の変動が大きいときに、土壌中の二酸化炭素濃度及び酸素濃度の変化が顕著であることが分かる。
【００３３】
図６は、大気中の酸素濃度と土壌中（チャンバ２内）の酸素濃度から求めた生物代謝による酸素消費濃度と、土壌中（チャンバ２内）の二酸化炭素濃度との相関図である。この図から、生物代謝によるものは、ほぼ直線的に分布して高い相関があるが、一部に、相関から外れて二酸化炭素濃度が上方に分布している部分がある。この上方に外れて分布している部分が、地中からの二酸化炭素の漏洩分と判断できる。
【００３４】
図７は、チャンバ２内（土壌中）の二酸化炭素濃度と生物代謝による酸素消費濃度の変化を重ねて表示したものである。
【００３５】
図７から分かるように、大部分は両者が重なって変化しており、これは図６の直線に沿って分布している部分に該当する。一方、図中、斜線部で表示した部分では、酸素消費濃度よりも二酸化炭素濃度が高くなっており、この部分は図６に示した相関から外れて二酸化炭素濃度が上方に分布している部分に該当するもので、地中からの二酸化炭素の漏洩を表している。
【００３６】
上記第１の実施の形態は、チャンバ２内の二酸化炭素濃度と酸素濃度を測定するために、捕集ガス循環路３を設けたものであるが、捕集ガス循環路３を設けることで二酸化炭素漏洩モニタリング装置が大型化する懸念がある。
【００３７】
そこで本発明による第２の実施の形態は、図８に示すように、二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭを簡素化したものである。尚、図１と同符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００３８】
即ち、図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、チャンバ２内の二酸化炭素濃度と酸素濃度を測定するために、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６とを、直接チャンバ２内に設置した点である。そして、チャンバ２内に捕集された地中ガスＧＡを均一化するために、チャンバ２内に攪拌用ファン１２を設けている。
【００３９】
上記構成によれば、各種ガスの濃度の測定，処理，判断（判定）は、第１の実施の形態と同じであるが、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６をチャンバ２内に設置することで、二酸化炭素漏洩モニタリング装置全体を簡素化することができる。
【００４０】
ところで、以上説明の各実施の形態においては、地中に固定した二酸化炭素の漏洩を、生物代謝により生成される二酸化炭素を識別することで検出精度はかなり向上したが、この検出精度は前述のように、気象変化によって左右されることがある。
【００４１】
そこで、気象変化に左右されにくい検出精度を得るために、図９に基づいて本発明による第３の実施の形態を説明する。尚、図１と同一符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１の第１の実施の形態と異なる点は、チャンバ２内にチャンバ内温度センサ１３とチャンバ内湿度センサ１４を設置し、チャンバ内温度センサ１３からの測定信号は演算器９へ送信し、チャンバ内湿度センサ１４からの測定信号はチャンバ内湿度計１５を経由して演算器９へ送信するようにしている。また、チャンバ２内の圧力は、チャンバ内圧力センサ１６を経由して演算器９へ測定信号を送信するようにしている。
【００４３】
このほか、チャンバ２外には、大気温度センサ１７，大気圧力センサ１８，大気湿度センサ１９が設置されており、大気温度センサ１７，大気圧力センサ１８からの測定信号は演算器９に送信し、大気湿度センサ１９の測定信号は大気湿度計２０を経由して演算器９へ測定信号を送信するようにしている。
【００４４】
このような二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６及び大気酸素濃度センサ１０で測定された値は、（１）式で示される基本式で補正される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、Ｃは補正後のガス濃度（％）、Ｃｍは測定されたガス濃度（％）、Ｔｒは基準温度（℃）、Ｔｍは測定温度（℃）、Ｐｒは基準大気圧（ｈＰａ）、Ｐｍは測定大気圧（ｈＰａ）、Ｐｈは測定湿度(絶対湿度ｈＰａ)である。
【００４７】
（１）式でチャンバ２内の二酸化炭素濃度及び酸素濃度の補正を行うと、それぞれ（２）式及び（３）式となる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
ここで、Ｃ（ＣＯ２）は補正後のチャンバ内二酸化炭素濃度（％）、Ｃｍ（ＣＯ２）は測定されたチャンバ２内の二酸化炭素濃度（％）、Ｃ（ＣＯ２）ｃｈは補正後のチャンバ２内の酸素濃度（％）、Ｃｍ（Ｏ２）ｃｈは測定されたチャンバ２内の酸素濃度（％）、Ｔｃｈはチャンバ２内の温度（℃）、Ｐｃｈはチャンバ２内の圧力（ｈＰａ）、Ｐｈｃｈはチャンバ２内の湿度（ｈＰａ）である。
【００５１】
大気の酸素濃度の補正は、（４）式によって行う。
【００５２】
【数４】
【００５３】
ここで、Ｃ（Ｏ２）ａｔｍは補正後の大気中の酸素濃度（％）、Ｃｍ（Ｏ２）ａｔｍは測定された大気中の酸素濃度（％）、Ｔａｔｍは気温（℃）、Ｐａｔｍは大気圧（ｈＰａ）、Ｐｈａｔｍは大気の湿度（ｈＰａ）である。
【００５４】
尚、それぞれのガス濃度センサ及びガス濃度計において自動的に環境パラメータの一部又は全部が補正されて出力される場合は、環境パラメータの一部又は全ての補正が省略される。
【００５５】
また、大気とチャンバ２内のそれぞれ補正された酸素濃度から（５）式により酸素消費濃度を演算する。
【００５６】
【数５】
【００５７】
得られた酸素消費濃度とチャンバ２内の二酸化炭素濃度を比較することにより、二酸化炭素の漏洩有無を判断するのである。
【００５８】
次に、本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第４の実施の形態を図１０に基づいて説明する。尚、図９に示す第３の実施の形態と同符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００５９】
図９に示す第３の実施の形態と異なる構成は、チャンバ２及び大気中の二酸化炭素濃度及び酸素濃度を測定する機器を、多成分ガス分析計２１によって行うようにした点である。尚、チャンバ２内の採取ガスと大気中の採取ガスは、捕集ガス循環路３のチャンバ２側に設けた切換弁２２を切り替えることによって、チャンバ２内及び外気取り入れ口２３から交互に採取して測定するようにしたものである。
【００６０】
このような多成分ガス分析計２１によっても試料ガスの温度，圧力，湿度等の補正は行うほうが望ましく、第３の実施の形態と同様な補正を行うことで、地中からの二酸化炭素の漏洩分を的確に判定することができる。但し、多成分ガス分析計２１に第３の実施の形態と同様な補正機能がある場合には、第３の実施の形態と同様な補正処理は省略できる。
【００６１】
以上の説明は、前述したように、地上で回収された二酸化炭素が、地中の石炭層や油田，天然ガス田，帯水層等の二酸化炭素貯留層に圧入されて固定化されていることを前提とした上での二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭによる二酸化炭素の漏洩の有無の監視である。しかしながら、例えば石炭層に回収した二酸化炭素を圧入する場合にも、各実施の形態における二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭで二酸化炭素の漏洩の有無の監視を行いながら圧入することが望ましい。
【００６２】
図１１は、二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭで二酸化炭素の漏洩の有無の監視を行いながら圧入する二酸化炭素の地中固定方法の一例である。
【００６３】
地中２４の深部に石炭層２５が存在する場合、回収した二酸化炭素をこの石炭層２５に圧入して固定化するために、地表１の二酸化炭素圧入井口２６から石炭層２５に達する二酸化炭素圧入孔２７が掘られ、この二酸化炭素圧入孔２７を利用して二酸化炭素が圧入される。
【００６４】
ところで、石炭の中には元々メタンガスが含まれており、地表１のメタンガス生産井口２８から石炭層２５に達するメタンガス生産用孔２９を設けてメタンガスを回収してエネルギー源として利用する。このメタンガスの石炭層２５からの回収は、二酸化炭素の二酸化炭素圧入孔２７からの石炭層２５への圧入圧力とメタンガス生産用孔２９内の石炭層２５から湧出水をポンプで汲み上げることによって石炭層２５内のメタンガスを押し出してメタンガス生産用孔２９から回収するものである。
【００６５】
このように、二酸化炭素は、圧力をもって二酸化炭素圧入孔２７から圧入することで、二酸化炭素圧入井口２６とメタンガス生産井口２８との間の石炭層２５に封じ込められて固定化される。しかしながら、石炭層２５の上部の地層は完全な一枚岩で形成されているとは限らないので、岩盤等の隙間から固定化した二酸化炭素が漏洩ガスＧＬとなって地表１へ漏洩する可能性がある。
【００６６】
そのために、地表１に前述の各実施の形態による二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭを用いて二酸化炭素の圧入管理、圧入後の漏洩管理を行う必要がある。
【００６７】
即ち、二酸化炭素を二酸化炭素圧入孔２７から圧入中に二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭによって二酸化炭素の漏洩ガスＧＬが生物代謝による酸素消費濃度よりも上回ったときは、石炭層２５の二酸化炭素吸着量が許容量を超えたか何らかの理由で圧入できない状態になっているので、二酸化炭素の圧入を中止して漏洩がない状態になるまで二酸化炭素圧入を停止し、また、石炭層２５への二酸化炭素圧入後に二酸化炭素の漏洩ガスＧＬが検出されたなら、石炭層２５から地表１に通じる隙間が存在していると判断できるので、石炭層２５内の二酸化炭素ガス圧を低下させて適正化するために、二酸化炭素の圧入を停止して、漏洩のない適量の二酸化炭素量を固定化する等の適正化処理を行う必要がある。
【００６８】
尚、二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭの設置位置としては、予め実施している地質調査から地表１から石炭層２５に至る断層３０のほか、地質的にガスが通り易い場所や二酸化炭素圧入孔２７やメタンガス生産用孔２９の近傍等、他のガス不透過性の地質に対して漏洩ガスＧＬが地表１に早く到達する場所が選定される。
【００６９】
以上説明したように、二酸化炭素の地中への圧入中及び圧入して固定化した後の漏洩ガスＧＬの監視を二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭで行うことにより、漏洩のない適量の二酸化炭素を地中に固定化することができる。
【００７０】
尚、以上の説明は、二酸化炭素を石炭層２５へ圧入し、石炭層２５内のメタンガスを抽出する際の漏洩ガスＧＬの監視を説明したが、化石燃料の抽出を伴わない二酸化炭素の地中への圧入にも本実施の形態による二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭによる監視を適用できるのは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第１の実施の形態を示す概念図。
【図２】微生物による酸素消費濃度とチャンバ内の二酸化炭素濃度の相関図。
【図３】図１の装置で測定した土壌中の二酸化炭素濃度の変化を示す線図。
【図４】図１の装置で測定した土壌中と大気中の酸素濃度の変化を示す線図。
【図５】図３及び図４の二酸化炭素及び酸素濃度測定時の大気圧の変化を示す線図。
【図６】図１の装置で求めた生物代謝による酸素消費濃度と土壌中の二酸化炭素濃度との相関図。
【図７】図１の装置で求めた土壌中の二酸化炭素濃度と生物代謝による酸素消費濃度の変化を示す線図。
【図８】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第２の実施の形態を示す概念図。
【図９】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第３の実施の形態を示す概念図。
【図１０】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第４の実施の形態を示す概念図。
【図１１】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置で監視を行いながら圧入する二酸化炭素の地中固定方法を示す概念図。
【符号の説明】
【００７２】
１…地表、２…チャンバ、３…捕集ガス循環路、４…ポンプ、５…二酸化炭素濃度センサ、６…酸素濃度センサ、７…二酸化炭素濃度計、８…酸素濃度計、９…演算器、１０…大気酸素濃度センサ、１１…大気酸素濃度、１２…攪拌用ファン、１３…チャンバ内温度センサ、１４…チャンバ内湿度センサ、１５…チャンバ内湿度計、１６…チャンバ内圧力センサ、１７…大気温度センサ、１８…大気圧力センサ、１９…大気湿度センサ、２０…大気湿度計、２１…多成分ガス分析計、２２…切換弁、２３…外気取り入れ口、２４…地中、２５…石炭層、２６…二酸化炭素圧入井口、２７…二酸化炭素圧入孔、２８…メタンガス生産井口、２９…メタンガス生産用孔、３０…断層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法並びに二酸化炭素の地中固定方法に係り、特に、二酸化炭素の地中への圧入後又は圧入中における二酸化炭素の漏洩を監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法並びに二酸化炭素の地中固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球規模における環境汚染が進む中で、化石燃料の使用によって排出される二酸化炭素の大気圏内蓄積による温室効果のために、地球の温暖化が問題になっている。そこで、使用後の排出ガス中から二酸化炭素を分離し、この分離した二酸化炭素を地中の石炭層や油田，天然ガス田，帯水層等に圧入して固定化する技術が開発されている。
【０００３】
しかしながら、地中には断層等の割れ目が無数にあることや、砂礫層等の多孔質の地層もあるために、地中に固定した二酸化炭素の一部が、圧力変動や地殻変動、更には濃度拡散によって断層や砂礫層を経由して地表に漏洩することが懸念される。
【０００４】
そこで、二酸化炭素の圧入中及び圧入後の地表付近のガスを測定して地中からの二酸化炭素の漏洩を監視するために、地表付近にチャンバを埋設し、大気と地中ガスとを隔離した状態で、チャンバ内の二酸化炭素濃度を測定することで、地中からの二酸化炭素の漏洩を監視することが提案されている。
【０００５】
尚、関連技術として特許文献１がある。
【０００６】
【特許文献１】特開平7−３３３１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記背景技術によれば、大気中の二酸化炭素に左右されずに地中の二酸化炭素を監視することができる。
【０００８】
しかしながら、チャンバ内で測定される地中の二酸化炭素の中には、地中に圧入した二酸化炭素の漏洩分のほかに、地表付近の地中に存在する二酸化炭素も一緒に測定されるので、二酸化炭素の漏洩を正確に測定する妨げになっていた。
【０００９】
即ち、地表付近の地中には、生物代謝によって生成される二酸化炭素が存在している。具体的には、地表付近の地中には、微生物等が地中の有機物を栄養源として活動しており、これら微生物が排出する二酸化炭素が地中に存在する。したがって、チャンバ内の二酸化炭素を測定しようとすると、微生物活動により生成された、云い代えれば生物代謝によって生成された二酸化炭素が地中からの二酸化炭素漏洩に加味されて測定されるので、漏洩した二酸化炭素を正確に測定する妨げになっていた。
【００１０】
そのために、二酸化炭素の地中への圧入時も、正確な二酸化炭素の漏洩を把握しないまま圧入作業を行なっていた。
【００１１】
本発明の目的の一つは、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別できる二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の目的のもう一つは、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別しながら二酸化炭素の地中への圧入を制限し、例えば圧力を適正化処理するなどして、最適条件による二酸化炭素の地中固定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記目的を達成するために、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共に、前記チャンバ内の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ようにしたのである。
【００１４】
通常、地表付近の地中の微生物は、酸素が比較的供給され易い環境にあるので、地中（土壌中）の有機物を栄養源として、酸素を吸収して二酸化炭素を排出する呼吸作用により活動している。
【００１５】
そして、微生物の呼吸は、次式のように、消費される酸素量と生成排出される二酸化炭素量の収支は等しく、等モルであることが知られている。
（ＣＨ２Ｏ）ｘ＋ｘＯ２→ｘＣＯ２＋ｘＨ２Ｏ
したがって、１モルの二酸化炭素が微生物から生成されたときは、１モルの酸素が消費されたことになり、加えて微生物が生成した二酸化炭素濃度は、次式のように、微生物が消費した酸素濃度を超えることがない。
二酸化炭素濃度≦酸素消費濃度
以上から、チャンバ内の二酸化炭素濃度と酸素消費濃度との収支を求めることにより、云い代えれば、二酸化炭素濃度が酸素消費濃度を超えたとき地中からの二酸化炭素の漏洩があることが判断できるので、生物代謝によって生成される二酸化炭素と地中に圧入した二酸化炭素の漏洩分を容易に識別することができる。尚、微生物が消費した酸素濃度は、大気中の酸素濃度とチャンバ内の酸素濃度の差から求めることができる。
【００１６】
図２は、微生物による酸素消費濃度とチャンバ内の二酸化炭素濃度の相関図である。微生物が消費した酸素量が増えると、微生物が生成排出する二酸化炭素量も増加する。一方、図２において残る領域が二酸化炭素漏洩濃度となる。
【００１７】
したがって、チャンバ内の二酸化炭素濃度と酸素消費濃度との収支を求めながら、地中に二酸化炭素を圧入することで、漏洩がない適量の二酸化炭素を地中に圧入して固定化することができる。
【００１８】
また、上述のように、微生物が消費した酸素量と微生物が生成排出する二酸化炭素量の収支は、等モルであるために、上記微生物が消費した酸素濃度を微生物が生成した二酸化炭素濃度と見なすことができる。そして、チャンバ内の二酸化炭素濃度と微生物が生成した二酸化炭素濃度との収支を求めることで、二酸化炭素の漏洩の有無を評価することができ、この評価を行いながら、地中に二酸化炭素を圧入することで、漏洩がない適量の二酸化炭素を地中に圧入して固定化することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別して測定できる二酸化炭素漏洩モニタリング装置及び二酸化炭素漏洩モニタリング方法を得ることができる。
【００２０】
さらに、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別しながら二酸化炭素を地中に圧入することで、適量の二酸化炭素を地中に固定化することができる二酸化炭素の地中固定方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭの第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。ここでは、地上で回収された二酸化炭素が、地中の石炭層や油田，天然ガス田，帯水層等の二酸化炭素貯留層に圧入されて固定化されていることを前提とする。
【００２２】
地表1から地中に向かって底部が開口しているチャンバ２を埋設し、大気と捕集した地中ガスＧＡとを隔離する。このようにチャンバ２を埋設することで、チャンバ２内に補修されたガスは、地中ガス（土壌ガス）ＧＡと見なすことができる。このチャンバ２には、捕集ガス循環路３を設け、ポンプ4によって捕集した地中ガスＧＡを循環させている。そして、この捕集ガス循環路３には、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６とが設けられており、捕集した地中ガスＧＡが循環する過程においてチャンバ２内の二酸化炭素濃度と酸素濃度とを測定している。これら二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６からの測定信号は、二酸化炭素濃度計７及び酸素濃度計８によって処理され、演算器9に測定結果が送られる。ここで、二酸化炭素濃度センサ５と二酸化炭素濃度計７が本発明によるチャンバ内の二酸化炭素を検出する手段を構成し、酸素濃度センサ６と酸素濃度計８が本発明によるチャンバ内の酸素濃度測定手段を構成する。
【００２３】
一方、チャンバ２外には、大気中の酸素濃度を測定する大気酸素濃度センサ１０が設置され、測定信号は、大気酸素濃度計１１を経由して前記演算器９に送られる。この大気酸素濃度センサ１０及び大気酸素濃度計１１が本発明による大気中の酸素濃度測定手段を構成する。
【００２４】
上記構成の二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、まず、演算器９によって、大気酸素濃度センサ１０及び大気酸素濃度計１１で測定した大気酸素濃度と、酸素濃度センサ６及び酸素濃度計８で測定したチャンバ２内の酸素濃度から、微生物が消費した酸素消費濃度を求める。したがって、酸素濃度センサ６と酸素濃度計８と演算器9と酸素濃度センサ１０と大気酸素濃度計１１とが本発明によるチャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段となる。
【００２５】
次に、演算器９によって、二酸化炭素濃度センサ５及び二酸化炭素濃度計７で測定したチャンバ２内の二酸化炭素濃度と、既に求められた微生物による酸素消費濃度とを比較する。比較の結果、微生物による酸素消費濃度に較べてチャンバ２内の二酸化炭素濃度が高い場合には、地中ガスＧＡ中に地中の二酸化炭素貯留層に固定した二酸化炭素からの漏洩ガスＧＬが含まれていると判断し、微生物による酸素消費濃度に較べてチャンバ２内の二酸化炭素濃度が低い場合には、地中の二酸化炭素貯留層に固定した二酸化炭素からの漏洩ガスＧＬが地中ガスＧＡ中に含まれていないと判断する。
【００２６】
尚、上記実施の形態においては、チャンバ２内の二酸化炭素濃度と、微生物による酸素消費濃度とを比較することで、地中に固定して二酸化炭素の漏洩の有無を判断したが、求められた微生物による酸素消費濃度を、演算器９によって生物代謝によって生成した二酸化炭素濃度に換算し、更に演算器9によって、生物代謝による二酸化炭素濃度とチャンバ２内の二酸化炭素濃度とを比較することで、二酸化炭素の地中からの漏洩の有無を判断するようにしてもよい。ここで前記演算器９が、本発明による生物代謝による酸素消費濃度を生物代謝で生成された二酸化炭素濃度に換算する手段及び換算された二酸化炭素濃度をチャンバ内の二酸化炭素濃度と識別する手段となる。
【００２７】
いずれにしても、本実施の形態によれば、生物代謝により生成される二酸化炭素と、地中に圧入された二酸化炭素の漏洩分とを識別して測定できるので、二酸化炭素の漏洩の有無を正確に把握することができる。
【００２８】
次に、上記判断の実験例を説明する。この実験は、ある年の９月と１０月の２ヶ月に渡るものである。
【００２９】
まず、図３は、上記二酸化炭素漏洩モニタリング装置で測定したチャンバ２内の、云い代えれば、土壌中の二酸化炭素濃度の変化である。土壌中の二酸化炭素濃度は、大気濃度から３％強の濃度変化があり、この変化は気象変化によるものと判断される。
【００３０】
図４は、同じ装置で測定した土壌及び大気中の酸素濃度の変化である。これら酸素濃度も上記土壌中の二酸化炭素濃度と同じ影響を受けて変化しているものと判断できる。
【００３１】
図５は、実験期間中における大気圧の変動を示すもので、別置の気圧測定装置で測定したものである。
【００３２】
これらから、大気圧の変動が大きいときに、土壌中の二酸化炭素濃度及び酸素濃度の変化が顕著であることが分かる。
【００３３】
図６は、大気中の酸素濃度と土壌中（チャンバ２内）の酸素濃度から求めた生物代謝による酸素消費濃度と、土壌中（チャンバ２内）の二酸化炭素濃度との相関図である。この図から、生物代謝によるものは、ほぼ直線的に分布して高い相関があるが、一部に、相関から外れて二酸化炭素濃度が上方に分布している部分がある。この上方に外れて分布している部分が、地中からの二酸化炭素の漏洩分と判断できる。
【００３４】
図７は、チャンバ２内（土壌中）の二酸化炭素濃度と生物代謝による酸素消費濃度の変化を重ねて表示したものである。
【００３５】
図７から分かるように、大部分は両者が重なって変化しており、これは図６の直線に沿って分布している部分に該当する。一方、図中、斜線部で表示した部分では、酸素消費濃度よりも二酸化炭素濃度が高くなっており、この部分は図６に示した相関から外れて二酸化炭素濃度が上方に分布している部分に該当するもので、地中からの二酸化炭素の漏洩を表している。
【００３６】
上記第１の実施の形態は、チャンバ２内の二酸化炭素濃度と酸素濃度を測定するために、捕集ガス循環路３を設けたものであるが、捕集ガス循環路３を設けることで二酸化炭素漏洩モニタリング装置が大型化する懸念がある。
【００３７】
そこで本発明による第２の実施の形態は、図８に示すように、二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭを簡素化したものである。尚、図１と同符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００３８】
即ち、図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、チャンバ２内の二酸化炭素濃度と酸素濃度を測定するために、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６とを、直接チャンバ２内に設置した点である。そして、チャンバ２内に捕集された地中ガスＧＡを均一化するために、チャンバ２内に攪拌用ファン１２を設けている。
【００３９】
上記構成によれば、各種ガスの濃度の測定，処理，判断（判定）は、第１の実施の形態と同じであるが、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６をチャンバ２内に設置することで、二酸化炭素漏洩モニタリング装置全体を簡素化することができる。
【００４０】
ところで、以上説明の各実施の形態においては、地中に固定した二酸化炭素の漏洩を、生物代謝により生成される二酸化炭素を識別することで検出精度はかなり向上したが、この検出精度は前述のように、気象変化によって左右されることがある。
【００４１】
そこで、気象変化に左右されにくい検出精度を得るために、図９に基づいて本発明による第３の実施の形態を説明する。尚、図１と同一符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００４２】
図１の第１の実施の形態と異なる点は、チャンバ２内にチャンバ内温度センサ１３とチャンバ内湿度センサ１４を設置し、チャンバ内温度センサ１３からの測定信号は演算器９へ送信し、チャンバ内湿度センサ１４からの測定信号はチャンバ内湿度計１５を経由して演算器９へ送信するようにしている。また、チャンバ２内の圧力は、チャンバ内圧力センサ１６を経由して演算器９へ測定信号を送信するようにしている。
【００４３】
このほか、チャンバ２外には、大気温度センサ１７，大気圧力センサ１８，大気湿度センサ１９が設置されており、大気温度センサ１７，大気圧力センサ１８からの測定信号は演算器９に送信し、大気湿度センサ１９の測定信号は大気湿度計２０を経由して演算器９へ測定信号を送信するようにしている。
【００４４】
このような二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、二酸化炭素濃度センサ５と酸素濃度センサ６及び大気酸素濃度センサ１０で測定された値は、（１）式で示される基本式で補正される。
【００４５】
【数１】
【００４６】
ここで、Ｃは補正後のガス濃度（％）、Ｃｍは測定されたガス濃度（％）、Ｔｒは基準温度（℃）、Ｔｍは測定温度（℃）、Ｐｒは基準大気圧（ｈＰａ）、Ｐｍは測定大気圧（ｈＰａ）、Ｐｈは測定湿度(絶対湿度ｈＰａ)である。
【００４７】
（１）式でチャンバ２内の二酸化炭素濃度及び酸素濃度の補正を行うと、それぞれ（２）式及び（３）式となる。
【００４８】
【数２】
【００４９】
【数３】
【００５０】
ここで、Ｃ（ＣＯ２）は補正後のチャンバ内二酸化炭素濃度（％）、Ｃｍ（ＣＯ２）は測定されたチャンバ２内の二酸化炭素濃度（％）、Ｃ（ＣＯ２）ｃｈは補正後のチャンバ２内の酸素濃度（％）、Ｃｍ（Ｏ２）ｃｈは測定されたチャンバ２内の酸素濃度（％）、Ｔｃｈはチャンバ２内の温度（℃）、Ｐｃｈはチャンバ２内の圧力（ｈＰａ）、Ｐｈｃｈはチャンバ２内の湿度（ｈＰａ）である。
【００５１】
大気の酸素濃度の補正は、（４）式によって行う。
【００５２】
【数４】
【００５３】
ここで、Ｃ（Ｏ２）ａｔｍは補正後の大気中の酸素濃度（％）、Ｃｍ（Ｏ２）ａｔｍは測定された大気中の酸素濃度（％）、Ｔａｔｍは気温（℃）、Ｐａｔｍは大気圧（ｈＰａ）、Ｐｈａｔｍは大気の湿度（ｈＰａ）である。
【００５４】
尚、それぞれのガス濃度センサ及びガス濃度計において自動的に環境パラメータの一部又は全部が補正されて出力される場合は、環境パラメータの一部又は全ての補正が省略される。
【００５５】
また、大気とチャンバ２内のそれぞれ補正された酸素濃度から（５）式により酸素消費濃度を演算する。
【００５６】
【数５】
【００５７】
得られた酸素消費濃度とチャンバ２内の二酸化炭素濃度を比較することにより、二酸化炭素の漏洩有無を判断するのである。
【００５８】
次に、本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第４の実施の形態を図１０に基づいて説明する。尚、図９に示す第３の実施の形態と同符号は同一構成部品を示すので、再度の詳細な説明は省略する。
【００５９】
図９に示す第３の実施の形態と異なる構成は、チャンバ２及び大気中の二酸化炭素濃度及び酸素濃度を測定する機器を、多成分ガス分析計２１によって行うようにした点である。尚、チャンバ２内の採取ガスと大気中の採取ガスは、捕集ガス循環路３のチャンバ２側に設けた切換弁２２を切り替えることによって、チャンバ２内及び外気取り入れ口２３から交互に採取して測定するようにしたものである。
【００６０】
このような多成分ガス分析計２１によっても試料ガスの温度，圧力，湿度等の補正は行うほうが望ましく、第３の実施の形態と同様な補正を行うことで、地中からの二酸化炭素の漏洩分を的確に判定することができる。但し、多成分ガス分析計２１に第３の実施の形態と同様な補正機能がある場合には、第３の実施の形態と同様な補正処理は省略できる。
【００６１】
以上の説明は、前述したように、地上で回収された二酸化炭素が、地中の石炭層や油田，天然ガス田，帯水層等の二酸化炭素貯留層に圧入されて固定化されていることを前提とした上での二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭによる二酸化炭素の漏洩の有無の監視である。しかしながら、例えば石炭層に回収した二酸化炭素を圧入する場合にも、各実施の形態における二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭで二酸化炭素の漏洩の有無の監視を行いながら圧入することが望ましい。
【００６２】
図１１は、二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭで二酸化炭素の漏洩の有無の監視を行いながら圧入する二酸化炭素の地中固定方法の一例である。
【００６３】
地中２４の深部に石炭層２５が存在する場合、回収した二酸化炭素をこの石炭層２５に圧入して固定化するために、地表１の二酸化炭素圧入井口２６から石炭層２５に達する二酸化炭素圧入孔２７が掘られ、この二酸化炭素圧入孔２７を利用して二酸化炭素が圧入される。
【００６４】
ところで、石炭の中には元々メタンガスが含まれており、地表１のメタンガス生産井口２８から石炭層２５に達するメタンガス生産用孔２９を設けてメタンガスを回収してエネルギー源として利用する。このメタンガスの石炭層２５からの回収は、二酸化炭素の二酸化炭素圧入孔２７からの石炭層２５への圧入圧力とメタンガス生産用孔２９内の石炭層２５から湧出水をポンプで汲み上げることによって石炭層２５内のメタンガスを押し出してメタンガス生産用孔２９から回収するものである。
【００６５】
このように、二酸化炭素は、圧力をもって二酸化炭素圧入孔２７から圧入することで、二酸化炭素圧入井口２６とメタンガス生産井口２８との間の石炭層２５に封じ込められて固定化される。しかしながら、石炭層２５の上部の地層は完全な一枚岩で形成されているとは限らないので、岩盤等の隙間から固定化した二酸化炭素が漏洩ガスＧＬとなって地表１へ漏洩する可能性がある。
【００６６】
そのために、地表１に前述の各実施の形態による二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭを用いて二酸化炭素の圧入管理、圧入後の漏洩管理を行う必要がある。
【００６７】
即ち、二酸化炭素を二酸化炭素圧入孔２７から圧入中に二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭによって二酸化炭素の漏洩ガスＧＬが生物代謝による酸素消費濃度よりも上回ったときは、石炭層２５の二酸化炭素吸着量が許容量を超えたか何らかの理由で圧入できない状態になっているので、二酸化炭素の圧入を中止して漏洩がない状態になるまで二酸化炭素圧入を停止し、また、石炭層２５への二酸化炭素圧入後に二酸化炭素の漏洩ガスＧＬが検出されたなら、石炭層２５から地表１に通じる隙間が存在していると判断できるので、石炭層２５内の二酸化炭素ガス圧を低下させて適正化するために、二酸化炭素の圧入を停止して、漏洩のない適量の二酸化炭素量を固定化する等の適正化処理を行う必要がある。
【００６８】
尚、二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭの設置位置としては、予め実施している地質調査から地表１から石炭層２５に至る断層３０のほか、地質的にガスが通り易い場所や二酸化炭素圧入孔２７やメタンガス生産用孔２９の近傍等、他のガス不透過性の地質に対して漏洩ガスＧＬが地表１に早く到達する場所が選定される。
【００６９】
以上説明したように、二酸化炭素の地中への圧入中及び圧入して固定化した後の漏洩ガスＧＬの監視を二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭで行うことにより、漏洩のない適量の二酸化炭素を地中に固定化することができる。
【００７０】
尚、以上の説明は、二酸化炭素を石炭層２５へ圧入し、石炭層２５内のメタンガスを抽出する際の漏洩ガスＧＬの監視を説明したが、化石燃料の抽出を伴わない二酸化炭素の地中への圧入にも本実施の形態による二酸化炭素漏洩モニタリング装置ＧＭによる監視を適用できるのは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第１の実施の形態を示す概念図。
【図２】微生物による酸素消費濃度とチャンバ内の二酸化炭素濃度の相関図。
【図３】図１の装置で測定した土壌中の二酸化炭素濃度の変化を示す線図。
【図４】図１の装置で測定した土壌中と大気中の酸素濃度の変化を示す線図。
【図５】図３及び図４の二酸化炭素及び酸素濃度測定時の大気圧の変化を示す線図。
【図６】図１の装置で求めた生物代謝による酸素消費濃度と土壌中の二酸化炭素濃度との相関図。
【図７】図１の装置で求めた土壌中の二酸化炭素濃度と生物代謝による酸素消費濃度の変化を示す線図。
【図８】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第２の実施の形態を示す概念図。
【図９】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第３の実施の形態を示す概念図。
【図１０】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置の第４の実施の形態を示す概念図。
【図１１】本発明による二酸化炭素漏洩モニタリング装置で監視を行いながら圧入する二酸化炭素の地中固定方法を示す概念図。
【符号の説明】
【００７２】
１…地表、２…チャンバ、３…捕集ガス循環路、４…ポンプ、５…二酸化炭素濃度センサ、６…酸素濃度センサ、７…二酸化炭素濃度計、８…酸素濃度計、９…演算器、１０…大気酸素濃度センサ、１１…大気酸素濃度、１２…攪拌用ファン、１３…チャンバ内温度センサ、１４…チャンバ内湿度センサ、１５…チャンバ内湿度計、１６…チャンバ内圧力センサ、１７…大気温度センサ、１８…大気圧力センサ、１９…大気湿度センサ、２０…大気湿度計、２１…多成分ガス分析計、２２…切換弁、２３…外気取り入れ口、２４…地中、２５…石炭層、２６…二酸化炭素圧入井口、２７…二酸化炭素圧入孔、２８…メタンガス生産井口、２９…メタンガス生産用孔、３０…断層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を検出する手段と、これら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演算器とを備えたことを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項２】
前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段は、大気中の酸素濃度測定手段と、前記チャンバ内の酸素濃度測定手段と、これら二つの酸素濃度測定手段での測定値から生物代謝による酸素消費濃度を求める演算器とを有することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項３】
前記生物代謝による酸素消費濃度を求める演算器は、前記二酸化炭素の漏洩の有無を評価する演算器であることを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項４】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を検出する手段と、前記生物代謝による酸素消費濃度を生物代謝で生成された二酸化炭素濃度に換算する手段と、これら換算された二酸化炭素濃度を前記チャンバ内の二酸化炭素濃度と識別する手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項５】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を検出する手段と、前記チャンバ内外の酸素濃度を検出する手段と、前記チャンバ内外の酸素濃度から前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を計算し、これら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演算器と、前記チャンバ内の温度を測定するチャンバ内温度センサと、前記チャンバ内の湿度を測定するチャンバ内湿度センサ及びチャンバ内湿度計と、前記チャンバ内の圧力を測定するチャンバ内圧力センサと、前記チャンバ外に設置した大気温度センサと、前記チャンバ外に設置した大気圧力センサと、前記チャンバ外に設置した大気湿度センサ及び大気湿度計と、これらチャンバ内温度，チャンバ内湿度，チャンバ内圧力，チャンバ外大気温度，チャンバ外大気湿度，チャンバ外圧力とに基づいて前記チャンバ内の二酸化炭素濃度及び前記チャンバ内外の酸素濃度を補正する演算器とを備えたことを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項６】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング方法において、前記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共に、前記チャンバ内の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特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング方法。
【請求項７】
前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度の測定は、大気中の酸素濃度と前記チャンバ内の酸素濃度を測定し、これら二つの酸素濃度から生物代謝による酸素消費濃度を求めるようにしたことを特徴とする請求項６記載の二酸化炭素漏洩モニタリング方法。
【請求項８】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング方法において、前記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共に、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を測定し、前記生物代謝による酸素消費濃度を生物代謝で生成された二酸化炭素濃度に換算させた後、換算された二酸化炭素濃度を前記チャンバ内の二酸化炭素濃度と識別することを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング方法。
【請求項９】
大気と地中ガスを隔離する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共に、前記チャンバ内の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監視しながら二酸化炭素を地中に圧入するようにしたことを特徴とする二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１０】
前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度の測定は、大気中の酸素濃度と前記チャンバ内の酸素濃度とを測定し、これら二つの酸素濃度から生物代謝による酸素消費濃度を求めるようにしたことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１１】
生物代謝による酸素消費濃度よりも二酸化炭素濃度が上回ったとき、二酸化炭素の地中への圧入を制限するようにしたことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１２】
生物代謝による酸素消費濃度よりも二酸化炭素濃度が上回ったとき、圧入した二酸化炭素の圧力を適正化処理することを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を検出する手段と、これら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演算器とを備えたことを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項２】
前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段は、大気中の酸素濃度測定手段と、前記チャンバ内の酸素濃度測定手段と、これら二つの酸素濃度測定手段での測定値から生物代謝による酸素消費濃度を求める演算器とを有することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項３】
前記生物代謝による酸素消費濃度を求める演算器は、前記二酸化炭素の漏洩の有無を評価する演算器であることを特徴とする請求項２記載の二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項４】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を測定する手段と、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を検出する手段と、前記生物代謝による酸素消費濃度を生物代謝で生成された二酸化炭素濃度に換算する手段と、これら換算された二酸化炭素濃度を前記チャンバ内の二酸化炭素濃度と識別する手段とを備えたことを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項５】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング装置において、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を検出する手段と、前記チャンバ内外の酸素濃度を検出する手段と、前記チャンバ内外の酸素濃度から前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度を計算し、これら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演算器と、前記チャンバ内の温度を測定するチャンバ内温度センサと、前記チャンバ内の湿度を測定するチャンバ内湿度センサ及びチャンバ内湿度計と、前記チャンバ内の圧力を測定するチャンバ内圧力センサと、前記チャンバ外に設置した大気温度センサと、前記チャンバ外に設置した大気圧力センサと、前記チャンバ外に設置した大気湿度センサ及び大気湿度計と、これらチャンバ内温度，チャンバ内湿度，チャンバ内圧力，チャンバ外大気温度，チャンバ外大気湿度，チャンバ外圧力とに基づいて前記チャンバ内の二酸化炭素濃度及び前記チャンバ内外の酸素濃度を補正する演算器とを備えたことを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング装置。
【請求項６】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング方法において、前記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共に、前記チャンバ内の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特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング方法。
【請求項７】
前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度の測定は、大気中の酸素濃度と前記チャンバ内の酸素濃度を測定し、これら二つの酸素濃度から生物代謝による酸素消費濃度を求めるようにしたことを特徴とする請求項６記載の二酸化炭素漏洩モニタリング方法。
【請求項８】
地中に圧入した二酸化炭素の地表への漏洩を、大気と地中ガスを隔離するチャンバを用いて監視する二酸化炭素漏洩モニタリング方法において、前記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共に、前記チャンバ内の二酸化炭素濃度を測定し、前記生物代謝による酸素消費濃度を生物代謝で生成された二酸化炭素濃度に換算させた後、換算された二酸化炭素濃度を前記チャンバ内の二酸化炭素濃度と識別することを特徴とする二酸化炭素漏洩モニタリング方法。
【請求項９】
大気と地中ガスを隔離する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共に、前記チャンバ内の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監視しながら二酸化炭素を地中に圧入するようにしたことを特徴とする二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１０】
前記チャンバ内の生物代謝による酸素消費濃度の測定は、大気中の酸素濃度と前記チャンバ内の酸素濃度とを測定し、これら二つの酸素濃度から生物代謝による酸素消費濃度を求めるようにしたことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１１】
生物代謝による酸素消費濃度よりも二酸化炭素濃度が上回ったとき、二酸化炭素の地中への圧入を制限するようにしたことを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素の地中固定方法。
【請求項１２】
生物代謝による酸素消費濃度よりも二酸化炭素濃度が上回ったとき、圧入した二酸化炭素の圧力を適正化処理することを特徴とする請求項９記載の二酸化炭素の地中固定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２０３１２４（Ｐ２００８−２０３１２４Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４０４１５（Ｐ２００７−４０４１５）
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００２３３２２８）日立協和エンジニアリング株式会社 (35)
【出願人】（５９１１５１８０８）株式会社環境総合テクノス (23)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００２３３２２８）日立協和エンジニアリング株式会社 (35)
【出願人】（５９１１５１８０８）株式会社環境総合テクノス (23)
【Ｆターム（参考）】
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