Aug 24, 2014

メタンハイドレートの採掘の新案

私は、メタンハイドレートが、生物の死骸に由来すると考えていません。

以下は、メタンハイドレートの生成起源の仮説です。

メタンは、ハイドレートがある場所のさらに深い地底から少しずつ上昇しいると考えています。

地底に水素と炭素が豊富にある理由は、「地球内部には水素と炭素が大量にある」です。

メタンが湧き出る場所が、たまたま海底であり、海水温と水圧と海流の条件が揃うと、ハイドレート化すると考えます。

もし、ハイドレート化の条件が合わないと、メタンガスとして海水中に出てきます。つまりメタンは、気体となって海面まで到達する、ごくごく一部は海水に溶け込む。(根拠は、この資料の図2やメタンの水への溶解度 3.5 mg / 100 mL @ 17 度 摂氏)

あるいは、地層的にガスを通さない粘土層があればその粘土層の下にガスとして滞留していきます、これが天然ガス田です。

メタンハイドレートがある海底では、つぎつぎとメタンが地底の奥深くから沸き上がっているのです。では、メタンハイドレートはどんどん貯まる一方なのか、あるいは、平衡状態(湧き上がる量と気化する量がバランスしている状態)となりガス化して海水中に出てきているのでしょうか。私は、平衡状態である可能性が極めて高いと考えます。

日本海側のハイドレートは、海底面に直接露出しているそうですから、海水と接触する上部のハイドレートは、まず間違いなく、ガス化して海面に出てきている平衡状態と考えられます。

日本の太平洋側のハイドレートは、砂地の下数十メートルにあります。こちらもハイドレートの上層が砂地であり、粘土層ではないので、これもまた、ガス化を伴う平衡状態と考えられます。

平衡状態である補足理由は、ハイドレートはいまだ人類が手を付けていない資源であるからです。つまり、自然のまま手付かずであるからこそ、現在は平衡状態になっていると推測できるのです。

また、アメリカの枯れたはずの油田が、しばらく、といっても数年以上ですが、放置しておいたらまた石油が湧いてきたこともある、という話があります。この現象は、石油が地下から湧きだしているという説を裏付けるものです。油田は、結局のところ、油を通さない粘土層がありその下に、油層がありそこまで届くストローのパイプを突き刺すと石油が自噴するというものです。石油は地底からどんどん湧き上がっているのですが、湧き上がる量より多く汲み出すと枯れてしまうわけです。ですから、地底から沸き上がる量だけ汲み出せば、かなり長い期間、100年とかではなくもっと長く、利用できると思われます。

石炭も同様に考えることができます。たまたま木の死骸があるような場所に地下から石油が湧き上がり、ここで石油の成分が固化して石炭になった。木のミクロの隙間だらけの構造は、粘り気のある油をと止めておくのに都合がいい性質だったということ。木の死骸には、石油由来の炭素が多く残り、軽い水素成分やメタンガス成分は気化して逃げていきさらさらのガソリン成分も流れて逃げて行った。石炭層の上には、ガスとさらさらの石油を遮断できる粘土層がなかったので、それらは地上や海底面に染み出して行き、生物の餌になった。

以下から採掘の方法です。

メタンハイドレートを採掘するのではなくメタンを直接収集するというふうに発想を切り替えます。

ガス田は、ガスを通さない粘土層がありその下にガスが溜まっています。ですから、ストローのようなパイプを粘土層に突き刺すと、その下のガスが吹き出して来ます。

メタンハイドレート層は粘土層が無いのですから、人工的に粘土層を作ればよいのです。巨大なシートを海底に敷き詰めることで、粘土層の代わりにできます。仮説で述べましたように、平衡状態になっていてガスが湧き出ているのですから、シートの下には、メタンガスが滞留してきます。このメタンガスを吸い出せば良いのです。吸い出しにも力は不要です、ガスの浮力を利用します。つまりシートの中央部に、はじめからパイプをつけて置き、シート中央部を三角コーンのように、といってもごくわずかに坂になる程度でよいのです、こうして持ち上げておけば、高い位置のパイプの底にガスが自然と集まりますから、そのパイプを伝ってガスを海上に取り出せることになります。

理科の実験で、水素ガスを水上置換法でビンに集めましたよね、それと同じ原理です。

この方法のメリットは、採掘エネルギーをほとんど使わないで済むことです。また、ガスを高い純度で取り出せます。

海底は誰のものでもない国有地ですから、巨大なシートを海底にかぶせることは法的にも権利的にも可能で、材料費のみという低コストで行えます。

漁業資源の問題ですが、海底底引き網は、50mぐらいの深度で、ハイドレートとかぶることはなさそうです。深海漁業もせいぜい1000mまでのようで、ハイドレートとかぶることは少ないと思えます。それでも海底の環境が変わるので、慎重な環境変動の評価は必要でしょう。

おまけですが、日本近海で取れるガスですから、パイプラインでそのまま地上に運ぶこともできます。そのほうが安くガスや石油を運べます。

技術的には、巨大なシートを作り、沈め、シートの端っこにおもりを結びつけるとか、杭を打って、固定します、海底下でシートを多数つなぎ合わせることができるかどうか、シートの保守をどのようにするかという点はロボット潜水艇を利用、シートを作ることもつなぎ合わせることも既存の技術で比較的容易に実現できると思います。が、シートの全面積があまりに巨大になるのでそのコストが心配です。しかしいったん設置し保守の手間がかからないとなれば、採算が取れる可能性が高まります。

巨大なシートにしなければならない理由は、地底からの供給とガス化の平衡状態を利用しているからです。つまり強制的に地下を掘削して破壊して収奪することはしないというわけです。収奪ではなく、平衡状態の部分を取り出して人間が集めて利用するため、どうしても巨大シートにしなければならないわけです。

従来考えられてきた方法は、加熱法、減圧法、分解促進剤注入工法であり、メタンハイドレートそのものを掘削して砂や土砂と分離するという収奪手法ですから、海底下のさらに地底化を掘り進み、メタンを取り出すという、エネルギー効率の悪い方法です。これでは確かに採算が悪くなります。また、資源の永続性も考えていない配慮が足りない方法です。これらの直接的掘削法は、地下をほじくり返してしまうので、海水の水質汚染にもつながり、あまり賢くないやり方です。

ということで、海底で、メタンハイドレートがあったり、炭田があったりするところに、シートをかぶせると、メタンガスだけでなく石油も、それらが同時に取れる可能性が高いと思われます。