KR20180102178A - 가스 포집 방법 - Google Patents

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KR20180102178A
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지하루 아오야마
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Abstract

해저(L1) 또는 호수 바닥에 존재하는 원료(PL)로부터 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 방법에서는, [1] 하단에 고정구(31)가 접속된, 정상부(頂部)(T1)로부터 아래쪽을 향하여 퍼지는 막체로 이루어지는 포집막(11)을, 수중에 투하하고, [2] 고정구(31)에 설치된 위치 유지기(31)에 의해 고정구(31)의 수중에서의 3차원 위치를 파악하고, 자율 항행에 의해 고정구(31)의 3차원 위치를 목표 위치에 유지하고, [3] CTD에 의해 취득되는 수직 방향의 수온 분포에 기초하여, 포집막(11)의 하단을, 해저(L1) 또는 호수 바닥보다 높게, 또한, 원료(PL)가 고체 상태로부터 물과 가스로 분리되는 수심보다 얕은 위치에 설정하고, 또한 포집막(11)의 정상부(T1)를, 가스가 해수 또는 호수에 섞여서 가스의 거품이 소실하는 수심보다 깊은 위치에 설정하고, [4] 해저(L1) 또는 호수 바닥으로부터 방출되는 가스를 포집막(11)으로 포집한다.

Description

가스 포집 방법
본 발명은, 해저[sea bottom](이하, 호수 바닥[lake bottom]도 포함함)로부터 방출되는 메탄 가스 등의 가스를 포집하는 가스 포집 방법[gas collecting method]에 관한 것이다.
최근, 해저 하에 존재하는 메탄 하이드레이트[methane hydrate] 등의 각종 가스 하이드레이트로부터 방출되는 가스를 포집하는 것이 시도되고 있다. 해저 하에 매설되어 있는 가스 하이드레이트는 온도나 기압 등의 조건에 따라 물과 가스로 분리되고, 분리된 가스는 해면을 향하여 상승한다. 가스가 해면으로 상승할 때 해수에 혼합되는[mix with seawater] 경우가 있다. 따라서, 가스 하이드레이트로부터 분리된 가스를 포집하기 위해서는, 가스가 해수에 섞이기 전에 포집할 필요가 있다.
하기 특허문헌 1은, 해저 자원을 회수하는 방법을 개시하고 있다. 특허문헌 1에 공개된 방법에서는, 해저로부터 분출하는 원유는, 돔형의 프레임체로 수집되고, 상기 프레임체에 연결된 파이프를 경유하여 해면의 원유 회수선에 회수된다.
일본공개특허 제2012-21357호 공보
그러나, 특허문헌 1에 개시된 방법의 목적은 원유 회수이므로, 돔형의 프레임체를 가라앉혀 안정적으로 고정할 필요가 있다. 이 때문에, 해저에 원형상의 영역을 구획하는 앵커가 설치되어, 새우나 게 등의 해저의 수산 자원에 영향을 미칠 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 해저(호수 바닥)의 수산 자원에 영향을 주지 않고 해저(호수 바닥)로부터 방출되는 가스를 효율적으로 포집할 수 있는 가스 포집 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 특징은, 해저 또는 호수 바닥에 존재하는 원료로부터 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 방법으로서, 하단에 고정구가 접속된, 정상부(頂部)로부터 아래쪽을 향하여 넓어지는 막체(膜體)로 이루어지는 포집막을, 수중에 투하하고, 상기 고정구에 설치된 위치 유지기에 의해 상기 고정구의 상기 수중에서의 3차원 위치를 파악하고, 자율 항행에 의해 상기 고정구의 상기 3차원 위치를 목표 위치에 유지하고, CTD에 의해 취득되는 수직 방향의 수온 분포에 기초하여, 상기 포집막의 상기 하단을, 상기 해저 또는 상기 호수 바닥보다 높고, 또한, 상기 원료가 고체 상태로부터 물과 가스로 분리되는 수심보다 얕은 위치에 설정하고, 또한 상기 포집막의 상기 정상부를, 상기 가스가 해수 또는 호수에 섞여서 상기 가스의 거품이 소실하는 수심보다 깊은 위치에 설정하고, 상기 해저 또는 상기 호수 바닥으로부터 방출되는 가스를 상기 포집막으로 포집하는, 가스 포집 방법을 제공한다.
상기 특징에 의하면, 포집막의 하단을, 해저(호수 바닥)보다 높고, 또한, 원료가 고체 상태로부터 물과 가스로 분리되는 수심보다 얕은 위치에 설정하므로, 가스를 효율적으로 포집할 수 있다. 또한, 해저(호수 바닥)의 어업 자원에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 가스 포집 방법을 행하는 가스 포집 장치의 기본 구성[fundamental configuration]을 나타내는 설명도이다.
도 2는, 해수 온도와 메탄 하이드레이트가 물 및 메탄으로 분리되는 수심의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 상기 가스 포집 장치의 사시도이다.
도 4는, 실시형태에 따른 가스 포집 방법을 하는 가스 포집 장치의 구성을 나타낸 설명도이다.
도 5는, 상기 가스 포집 장치를 사용한 포집 수순을 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 상기 가스 포집 장치의 변형예의 구성을 나타낸 설명도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 실시형태에 대하여 설명한다.
[기본 구성]
먼저, 실시형태에 앞서, 가스 포집 방법을 행하는 가스 포집 장치의 기본 구성에 대하여 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 가스 포집 장치(10)는, 해상에 뜨는 배(21)로부터 해저(호수 바닥)(L1)를 향하여 침하되고, 아래쪽을 향하여 넓어지는[flare(s) downward] 포집막[collecting membrane](11)을 구비하고 있다. 즉, 포집막(11)은, 그 정상부(T1)부터 아래쪽을 향하여 넓어지는 막체로 구성되어 있다. 포집막(11)의 하단으로부터 정상부(T1)까지의 거리는, 예를 들면, 100m이다. 포집막(11)은 4개의 와이어(12)에 의해 지지되고 있다. 와이어(12)의 각 하단에는, 해저(L1)에 고정되는 추(13)가 연결되어 있다. 즉, 추(13)는, 포집막(11)의 하단에 장착되고, 포집막(11)을 원하는 수심으로 유지하는(고정하는) 고정구[fixture]로서 기능한다.
와이어(12)의 각 하단에 장착된 추(13)가 직사각형 영역의 코너부에 위치하도록 추(13)를 해저(L1)에 침하시키면, 와이어(12)에 의해 지지된 포집막(11)은, 정상부(T1)를 최상점으로 하여 사각뿔형으로 넓어진다. 해저(L1)로부터 가스 및 가스 하이드레이트(원료)의 알갱이[grains](예를 들면, 메탄 가스 및 메탄 하이드레이트의 알갱이)가 방출되어 형성된 가스 플룸[gas plume(s)](PL)이 존재하는 영역에 사각뿔형의 포집막(11)을 침하시키면, 해저면으로부터 방출된 가스 및 가스 하이드레이트를 포집막(11)에 의해 포집할 수 있다. 그리고, 이하에서는, 가스 하이드레이트로서 메탄 하이드레이트, 포집하는 가스로서 메탄 가스를 예로 들어 설명한다.
포집막(11)의 정상부(T1)(또는, 그 근방)에는, 튜브(14)(예를 들면, 2중 나선형 튜브)의 일단이 접속되어 있다. 튜브(14)의 타단은, 배(21)에 설치된 선상 유닛(22)에 접속되어 있다. 즉, 포집막(11)에 의해 포집된 메탄 가스는, 튜브(14)를 경유하여 선상 유닛[shipboard unit](22)에 공급된다.
선상 유닛(22)은, 튜브(14)에 접속된 기액(氣液) 분리기[gas liquid separator](30)나, 회수 메탄을 축적하는 축압(蓄壓) 탱크(32) 등의 설비를 구비하고 있다. 선상 유닛(22)은, 튜브(14)를 경유하여 회수된 메탄 가스와 메탄 가스에 부수되어 회수된 기액 혼합물로부터 메탄 가스를 취출하여, 하류의 설비에 송출한다. 예를 들면, 취출된 메탄 가스는, 파이프라인을 경유하여 가스 저류(貯留)용 탱크로 송출된다.
포집막(11)은, 해수 중에 장시간 두어도 신축이나 열화하지 않고, 장시간의 사용에 견딜 수 있는 재질로 만들어져 있다.
포집막(11)의 하단은, 해저(L1)로부터 이격되어 있다(도 1 중의 거리(P1) 참조). 즉, 추(13)는 해저(L1) 상에 침하되어 있지만, 포집막(11)의 하단은, 해저(L1)보다 높은 위치(얕은 위치)에 배치되어 있다. 또한, 포집막(11)의 정상부(T1)는, 메탄 가스가 해수에 섞여서 거품이 소실하는 수심보다 깊은 위치에 배치된다. 이 구성에 의해, 메탄 하이드레이트(원료)가 물과 메탄 가스로 분리된 상태에서 상기 메탄 가스를 포집할 수 있다. 또한, 메탄 가스가 해수에 섞이는 경우라도, 완전히 혼합되기 이전에 메탄 가스를 포집할 수 있다.
여기서, 메탄 하이드레이트(원료)가 물과 가스로 분리되는 수심과, 메탄 가스의 거품이 소실하는 수심은, 해수 온도에 의해 변화한다. 이하, 메탄 하이드레이트가 물과 가스로 분리되는 수심과, 해수 온도의 관계를, 도 2를 참조하면서 설명한다.
도 2에 나타내지는 그래프의 가로축은 해수 온도(℃)를 나타내고, 세로축은 해면에서의 깊이(m)를 나타내고 있다. 부호 Q1에 의해 나타내는 + 표시는, 계산에 의해 구해진, 메탄 하이드레이트(고체)가 물과 가스로 분리되는 해수 온도 및 수심을 나타내고 있다. 따라서, 부호 Q1에 의해 나타내는 + 표시로부터 얻어지는 (근사) 곡선(Q1)은, 메탄 하이드레이트 안정 영역 곡선[methane hydrate stability zone curve]이다. 이 곡선(Q1)의 좌측에서는, 메탄 하이드레이트는 고체로서 존재한다. 곡선(Q1)의 우측에서는, 메탄 하이드레이트는 물과 메탄 가스로 분리된다. 따라서, 곡선(Q1)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 해수 온도가 낮을수록, 메탄 하이드레이트(고체)로서 존재하는 수심은 얕아진다. 예를 들면, 수심(500m)에서는, 수온이 5℃를 상회하면, 메탄 하이드레이트는 물과 가스로 분리된다. 또한, 수심(300m)에서는, 수온이 2℃를 상회하면, 메탄 하이드레이트는 물과 가스로 분리된다.
그리고, 도 2 중에 내는 곡선(Q2)은, 동해(일본해) 해역에서의 전형적인 수온 변화를 나타내고 있다. 곡선(Q2)으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수심(300m)보다 얕으면 수온은 급격하게 상승한다. 즉, 대상 해역(여기서는 동해 해역)의 곡선(Q2)과 메탄 하이드레이트 안정 영역 곡선(Q1)의 대응 관계에 기초하여, 메탄 가스가 소실하는 수심을 구할 수 있다. 도 2에 나타내는 예에서는, 수심(300m) 근방에서 메탄 하이드레이트로부터 메탄 가스가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서, 포집막(11)의 하단이 수심(300m)보다 얕은 위치로 되도록 포집막(11)을 설치하면, 메탄 하이드레이트로부터 발생하는 메탄 가스를 포집할 수 있다.
또한, 포집막(11)의 하단 수심이, 더욱 얕은 위치이면, 메탄 가스가 해수에 혼합되어므로, 메탄 가스를 효율적으로 포집할 수 없다. 따라서, 곡선(Q1)과 곡선(Q2)의 교점 근방의 수심에, 포집막(11)의 하단을 배치하는 것이 바람직하다.
다음으로, 전술한 가스 포집 장치(10)를 사용하여, 해저(L1)로부터 방출되는 메탄 플룸(PL)로부터 메탄 가스를 포집하는 수순에 대하여 설명한다. 처음에, 해저(L1)로부터 메탄 가스가 방출되는 메탄 플룸(PL)의 존재가 확인되어 메탄 플룸(PL)에 포함되는 메탄 가스를 포집할 경우에는, 배(21)를 메탄 플룸(PL) 위쪽의 해면으로 이동시킨다. 다음으로, 추(13)를 해저에 침하시키고, 해중에서 작동하는 로봇을 사용하여 추(13)를 원하는 위치로 이동시킨다. 구체적으로는, 넓혀진 포집막(11)의 대략 중앙에 메탄 플룸(PL)이 위치하도록, 로봇에 의해 추(13)를 원격 조작으로 이동시킨다. 그리고, 해중에서 작동하는 로봇으로서는 다양한 것이 알려져 있고, 로봇에 대한 구성이나 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.
추(13)에는 와이어(12)가 접속되어 있고, 와이어(12)에는 포집막(11)이 장착되어 있다. 따라서, 포집막(11)은, 정상부(T1)을 기점으로 하여 아래쪽이 사각뿔형으로 넓어진다(도 3 참조). 여기서는, 4개의 추(13)를 사용하여 포집막(11)을 사각뿔형으로 넓혔다. 그러나, 3개나 5개 이상의 추(13)를 사용하여 포집막(11)을 다각뿔형으로 넓혀도 된다. 또한, 넓혀진 포집막(11)의 형상은, 다각뿔형이나 원뿔형의 뿔형인 것이 바람직하지만, 이들 형상으로 한정되지 않는다. 포집막(11)은, 아래쪽을 향하여 넓어지고, 또한, 정상부(T1)가 최상점이 되는 형상에 넓어지면 된다.
포집막(11)의 하단은, 해저(L1)보다 높은 위치에 배치된다. 따라서, 거리(P1)(도 1 참조)에 의해 나타낸 바와 같이, 해저(L1)와 포집막(11)의 하단의 사이에는 간극이 형성되므로, 해저에 서식하는 수산 자원에 대한 영향을 저감할 수 있다.
또한, 포집막(11)의 정상부(T1)는, 메탄 가스가 해수에 혼합되어 음향 소나로 확인할 수 없게 되는 수심보다 깊은 위치에 배치되어 있다. 메탄 하이드레이트로부터 분리된 메탄 가스는, 100∼200 m 정도 부상하고 있는 동안 해수에 섞이게 되어, 음향 소나로 확인할 수 없게 된다.
그러나, 여기서는, 메탄 가스가 해수에 섞여서 음향 소나로 확인할 수 없게 되는 수심보다 깊은 위치에 포집막(11)의 정상부(T1)가 배치된다. 이 때문에, 해수에 섞이기 이전에 메탄 가스를 포집막(11)에 의해 포집할 수 있다. 포집된 메탄 가스는, 포집막(11)의 정상부(T1)에 접속된 튜브(14)에 도입되고, 배(21)에 설치된 선상 유닛(22)에 공급된다. 공급된 메탄 가스는 기액 분리기(30)로 분리되고, 축압(蓄壓) 탱크(32) 내에 수용된다.
이와 같이 하여, 기본 구성을 구비한 가스 포집 장치(10)에서는, 아래쪽으로 넓어지는 포집막(11)으로 메탄 가스를 포집하므로, 메탄 플룸(PL)으로부터 발생하는 메탄 가스를 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 포집막(11)의 하단이 해저(L1)보다 높은 (얕은) 위치에 배치되므로, 해저(L1)의 수산 자원에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 포집막(11)의 하단이 메탄 하이드레이트가 물과 메탄 가스로 분리되는 수심보다 얕은 위치에 배치되므로, 메탄 가스를 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 기본 구성을 구비한 가스 포집 장치(10)에서는, 종래부터 실시되고 있는 굴삭 리그(rig)를 사용하여 포집하는 방법과는 달리, 메탄 플룸(PL)으로부터 발생하는 메탄 가스를 포집하므로, 장치를 용이하게 이동시킬 수 있다. 또한, 이동이 용이하므로, 점재(點在)하는 표층형 메탄 하이드레이트로부터 방출되는 메탄 가스의 포집을 용이하게 실행할 수 있다.
[실시형태]
다음으로, 실시형태에 따른 가스 포집 방법(가스 포집 장치(50))에 대하여 설명한다. 전술한 기본 구성에서는, 추(13)를 해저(L1)에 침하시키고, 추(13)에 접속된 와이어(12)로 포집막(11)가 넓혀졌다. 본 실시형태에서는, 와이어(12)의 단부(端部)는 추로서 기능하는 무삭(無索)의[non-cable type](끈이 달려져 있지 않은 [untethered]) 수중 로봇(31)에 접속되어 있다. 수중 로봇(31)을 해중의 원하는 수심에 배치하고, 와이어(12)를 통하여 포집막(11)을 넓힌다. 즉, 수중 로봇(31)은, 포집막(11)을 원하는 수심에 유지하는 고정구로서 기능한다. 또한, 수중 로봇(31)은, 고정구의 위치를 유지하기 위한 위치 유지기[position maintainer]로서도 기능한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에서의 가스 포집 장치(50)는, 해상에 뜨는 배(21)로부터 해저(L1)를 향하여 수하(垂下)되고, 아래쪽을 향하여 넓어지는 포집막(11)을 구비하고 있다. 즉, 포집막(11)은, 정상부(T1)부터 아래쪽을 향하여 넓어지는 막체로 이루어지는 구성을 가지고 있다. 포집막(11)은 4개의 와이어(12)서 지지되고, 각 와이어(12)의 하단에는, 해중의 원하는 위치에 유지하기 위한 수중 로봇(31)이 접속되어 있다.
포집막(11)의 정상부(T1)에는, 튜브(14)의 일단측이 접속되고, 상기 튜브(14)의 타단측은, 배(21)에 설치되는 선상 유닛(22)에 접속되어 있다. 즉, 포집막(11)으로 포집된 메탄 가스는, 튜브(14)를 경유하여 선상 유닛(22)에 공급된다.
수중 로봇(31)은, 자신의 위치를 파악하는 기능을 구비하고 있고, 자율식이며 360도의 방향으로 항행 가능하다. 즉, 목표 위치의 좌표가 설정되어 있으면, 수중 로봇(31)은, 전술한 기능에 의해 목표 위치를 인식하여, 목표 위치에 자율 항행하여 목표 위치를 유지한다. 따라서, 조류 등의 영향에 의해 포집막(11)의 가로 방향으로부터 힘이 작용해도, 조류에 저항하여 수중 로봇(31)이 자율 항행하여 목표 위치를 유지한다. 따라서, 전술한 기본 구성과 같이 추(13)를 해저(L1)에 침하시키지 않아도, 포집막(11)을 원하는 위치에 유지할 수 있다.
다음으로, 전술한 가스 포집 장치(50)를 사용하여, 해저(L1)로부터 방출되는 메탄 플룸(PL)으로부터 메탄 가스를 포집하는 수순에 대하여 설명한다(도 5 참조). 메탄 플룸(PL)의 존재가 확인되어 메탄 플룸(PL)에 포함되는 메탄 가스를 포집하는 경우에는, 배(21)를 메탄 플룸(PL)의 위쪽의 해면으로 이동시킨다. 다음으로, 수중 로봇(31)을 해중에 투하하고(스텝 S10), 수중 로봇(31)의 위치를 파악(스텝 S20)한 후, 수중 로봇(31)을 목표 위치로 이동시킨다(스텝 S50). 구체적으로는, 넓혀진 포집막(11)의 대략 중앙에 메탄 플룸(PL)이 위치하도록, 수중 로봇(31)을 이동시킨다. 수중 로봇(31)의 위치는, 무선이나 소나에 의해 파악할 수 있다.
또한, 수중 로봇(31)에는 와이어(12)가 접속되어 있고, 와이어(12)에는 포집막(11)이 장착되어 있다. 따라서, 포집막(11)은 정상부(T1)를 기점으로 하여 아래쪽이 사각뿔형으로 넓어진다(도 4 참조). 또한, 수중 로봇(31)의 목표 위치가 결정된 경우(스텝 S40)에는,목표 위치의 좌표를 수중 로봇(31)에 인식시킨다. 수온 분포의 취득(스텝 S30) 및 수온 분포에 따른 목표 위치의 결정(스텝 S40)에 대해서는 후술한다. 또한, 목표 위치는, 수중 로봇(31)의 해중으로의 투하 전에 미리 설정할 수도 있고, 무선으로 설정할 수도 있다. 수중 로봇(31)은, 목표 위치에 머무르도록 자율 항행을 행하므로, 포집막(11)에 의해 메탄 플룸(PL)으로부터의 메탄 가스를 안정적으로 포집할 수 있다(스텝 S60).
전술한 기본 구성과 마찬가지로, 해저(L1)로부터 방출되는 메탄 플룸의 메탄 가스는 포집막(11)으로 포집되고, 튜브(14)로 회수된다. 전술한 기본 구성에 의한 이점은, 본 실시형태에서도 동일하게 가지게 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 추(13)를 대신하여 자율 항행 가능한 수중 로봇(31)을 사용함으로써, 더 한층의 이점도 가지게 된다.
본 실시형태에서의 가스 포집 장치(50)에서는, 와이어(12)의 단부에 수중 로봇(31)이 접속되고, 수중 로봇(31)의 자율 항행에 의해 포집막(11)을 원하는 목표 위치에 유지한다. 따라서, 기본 구성과 같이 추(13)를 해저(L1)에 침하시킬 필요가 없으며, 해저(L1)의 수심이 깊어도, 원하는 깊이에 포집막(11)을 설치할 수 있다. 그 결과, 해저(L1)의 지형의 영향을 받지 않고, 메탄 가스를 확실하게 포집할 수 있다.
또한, 포집막(11)의 하단이 고체의 메탄 하이드레이트가 물과 메탄 가스로 분리되는 수심보다 높은 (얕은) 위치에 배치되어 있으므로, 메탄 가스를 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 포집막(11)의 정상부(T1)는, 메탄 가스가 해수에 섞여서 음향 소나로 확인할 수 없게 되는 수심보다 깊은 위치에 배치되어 있다. 메탄 하이드레이트로부터 분리된 메탄 가스는, 100∼200 m 정도 부상하고 있는 동안 해수에 섞이게 되어, 음향 소나로 확인할 수 없게 된다.
그러나, 본실시형태에서는, 메탄 가스가 해수에 섞여서 음향 소나로 확인할 수 없게 되는 수심보다 깊은 위치에 포집막(11)의 정상부(T1)가 배치된다. 이 때문에, 해수에 섞이기 이전에 메탄 가스를 포집막(11)에 의해 포집할 수 있다. 포집된 메탄 가스는, 포집막(11)의 정상부(T1)에 접속된 튜브(14)에 도입되고, 배(21)에 설치된 선상 유닛(22)에 공급된다. 공급된 메탄 가스는 기액 분리기(30)로 분리되고, 축압 탱크(32) 내에 수용된다.
그리고, 본 실시형태에서는, 와이어(12)의 각 단부에 수중 로봇(31)이 접속되었다. 그러나, 원하는 무게로 하기 위하여, 수중 로봇(31)과 함께 추도 접속하는 것도 가능하다.
[변형예]
다음으로, 상기 실시형태의 변형예에 대하여 설명한다. 상기 실시형태에서는, 무삭의 수중 로봇(31)의 자율 항행에 의하여, 포집막(11)이 원하는 목표 위치에 유지되었다. 이에 비해, 본 변형예에서는, 유삭(有索)의[cable type](끈이 달려져 있는[tethered]) 수중 로봇(41)에 의해, 포집막(11)이 원하는 목표 위치에 유지된다. 이하, 도 6을 참조하여 변형예를 상세하게 설명한다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 변형예에서의 가스 포집 장치(51)는, 상기 실시형태와 마찬가지로, 해상에 뜨는 배(21)로부터 해저(호수 바닥)(L1)를 향하여 수하되고, 아래쪽을 향하여 넓어지는 포집막(11)을 구비하고 있다. 즉, 포집막(11)은, 그 정상부(T1)로부터 아래쪽을 향하여 넓어지는 막체로 구성되어 있다. 포집막(11)은 4개의 와이어(12)에 의해 지지되어 있다. 와이어(12)의 각 하단에는, 해중의 원하는 위치에 포집막(11)을 유지하기 위한 유삭의 수중 로봇(41)이 접속되어 있다.
해면에는, 각수중 로봇(41)의 해중에서의 위치를 유지하기 위한 복수의 지지용선(42)이 떠 있다. 각 지지용선(42)은, 지지용 와이어(43)에 의해 수중 로봇(41)에 연결되어 있다. 그리고, 도 6에서는, 2조의 수중 로봇(41) 및 지지용선(42)만이 나타나 있지만, 4조의 수중 로봇(41) 및 지지용선(42)에 의해 포집막(11)이 넓혀지고 있다.
각 지지용선(42)은, 자신의 위치를 파악하는 기능을 구비하고 있어, 수중 로봇(41)과의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 수중 로봇(41)의 위치(위도·경도)를 인식할 수 있다. 따라서, 수중 로봇(41) 자체가 자율 항행 기능이나 자신의 위치를 파악하는 기능을 구비하고 있지 않아도, 지지용선(42)의 위치를 제어함으로써 수중 로봇(41)을 원하는 목표 위치에 유지할 수 있다. 그리고, 목표 위치는, 수중 로봇(41)의 해중으로의 투하 전에 미리 설정할 수도 있고, 무선으로 설정할 수도 있고, 지지용 와이어(43)를 통하여 유선으로 설정할 수도 있다. 또한, 수중 로봇(31)의 위치도, 유선이나 무선이나 소나에 의해 파악할 수 있다.
변형예에서의 가스 포집 장치(51)에서는, 와이어(12)의 단부에 유삭의 수중 로봇(41)이 접속되고, 또한, 수중 로봇(41)이 지지용선(42)과 연결되어 있다. 지지용선(42)의 항행에 의해 수중 로봇(41)을 이동시켜 포집막(11)을 원하는 목표 위치에 유지한다. 따라서, 기본 구성과 같이 추(13)를 해저(L1)에 침하시킬 필요가 없고, 해저(L1)의 수심이 깊어도, 원하는 깊이에 포집막(11)을 설치할 수 있다. 그 결과, 해저(L1)의 지형에 영향을 미치지 않고, 메탄 가스를 확실하게 포집할 수 있다. 또한, 지지용 와이어(43)에 의해 수중 로봇(41)이 지지용선(42)에 연결되어 있으므로, 수중 로봇(41)에 자율 항행 기능을 가지게 할 필요가 없다. 따라서, 수중 로봇(41)의 구성을 간소화할 수 있고, 장치 규모를 축소화할 수 있다.
전술한 목표 위치의 결정(스텝 S40)에 대하여, CTD(Conductivity Temperature Depth profiler) 등의 측정 기기(23)를 사용하여 해역의 수직 방향의 수온 분포를 미리 취득하고(스텝 S30), 이 수온 분포(도 2 중의 곡선(Q2) 참조)와 메탄 하이드레이트 안정 영역 곡선(도 2 중의 곡선(Q1) 참조)의 교점의 수심에 기초하여, 포집막(11)의 목표 위치의 수심이 결정된다. 또한, 메탄 플룸(PL)의 위치(경로)를 고려하여, 포집막(11)의 목표 위치의 수평 좌표가 결정된다. 즉, 포집막(11)의 하단을, 해저보다 높고, 또한, 메탄 하이드레이트가 물과 가스로 분리되는 수심보다 얕은 위치에 설정하고, 또한 포집막(11)의 정상부(T1)를, 메탄 가스가 해수에 섞여서 그 거품이 소실하는 수심보다 깊은 위치에 설정하는, 포집막(11)의 위치가, 목표 위치로서 설정된다(스텝 S40).
본 발명의 가스 포집 방법은, 상기 실시형태 (및 그 변형예)로 한정되지 않는다. 각 부의 구성은, 동일한 기능을 가지는 임의의 구성으로 변경할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 해저(전술한 바와 같이, 호수 바닥을 포함함) 아래에 존재하는 메탄 하이드레이트로부터 방출되는 메탄 가스를 포집했다. 그러나, 메탄 하이드레이트 이외의 가스 하이드레이트, 예를 들면, 에탄 하이드레이트나 부탄 하이드레이트로부터 방출되는 가스를 포집하는 경우에도, 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 수온 분포의 취득(스텝 S30)은 목표 위치의 결정(스텝 S40)보다 이전에 행해지고 있으면 된다. 또한, 목표 위치의 결정(스텝 S40)은, 수중 로봇(31)(41)의 해중으로의 투하 전에 행해져도 되고, 투하 후에 행해져도 된다. 다만, 목표 위치의 결정(스텝 S40)은, 수중 로봇(31)(41)을 목표 위치로 (이동)유지하기(스텝 S50) 이전에 행하지 않으면 안된다.

Claims (2)

  1. 해저 또는 호수 바닥(湖底)에 존재하는 원료로부터 발생하는 가스를 포집하는 가스 포집 방법으로서,
    하단(下端)에 고정구가 접속된, 정상부(頂部)로부터 아래쪽을 향하여 넓어지는 막체(膜體)로 이루어지는 포집막을, 수중에 투하하고,
    상기 고정구에 설치된 위치 유지기에 의해 상기 고정구의 상기 수중에서의 3차원 위치를 파악하고, 자율 항행에 의해 상기 고정구의 상기 3차원 위치를 목표 위치에 유지하고,
    CTD에 의해 취득되는 수직 방향의 수온 분포에 기초하여, 상기 포집막의 상기 하단을, 상기 해저 또는 상기 호수 바닥보다 높고, 또한, 상기 원료가 고체 상태로부터 물과 가스로 분리되는 수심보다 얕은 위치에 설정하고, 상기 포집막의 상기 정상부를, 상기 가스가 해수 또는 호숫물에 섞여서 상기 가스의 거품이 소실하는 수심보다 깊은 위치에 설정하고,
    상기 해저 또는 상기 호수 바닥으로부터 방출되는 가스를 상기 포집막으로 포집하는, 가스 포집 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료가 메탄 하이드레이트이며,
    상기 메탄 하이드레이트가 물과 가스로 분리되는 수심과 수온의 관계를 나타낸 메탄 하이드레이트 안정 영역 곡선을 취득하고,
    상기 수온 분포와 상기 메탄 하이드레이트 안정 영역 곡선의 교점 근방의 수심을, 상기 포집막의 상기 하단의 위치로서 설정하는, 가스 포집 방법.
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