船舶用大気中酸素濃度連続測定装置の開発に関する研究（平成 28年度）
Development of the shipboard atmospheric oxygen measurements system

研究概要

大気中の酸素濃度の時空間変動は二酸化炭素濃度と同時に解析することで、地球表層での炭素循環や、大気−海洋間のガス交換に関する情報をもたらす。しかし、大気中酸素濃度の変化を検出するには高精度の分析手法が必要とされ、船舶等を利用した広域連続観測はほとんど例がない。本研究では燃料電池式酸素計を改良し、標準ガス等の消費量が少なく、長期運転の可能な船舶用の大気酸素濃度連続測定装置を開発することを目的とする。また、開発された装置を日本−北米間を定期運航する貨物船に搭載して連続測定を実施し、フラスコサンプルによる酸素濃度との比較による分析精度の評価や、二酸化炭素濃度連続測定結果との相関解析等の初期解析を行う。

研究の性格

• 主たるもの：技術開発・評価
• 従たるもの：モニタリング・研究基盤整備

全体計画

市販されている燃料電池式酸素計を用いて、船舶用高精度酸素濃度連続測定装置を開発する。圧力・流量・温度等の安定化により1ppm以下の精度を実現する。また、標準ガスや参照空気の交換頻度をできるだけ少なくするために、少ない流量（〜10mL/min）でも高精度で分析できる方法を開発する。さらに、酸素濃度の分別が生じないような大気採取・除湿方法を検討し、長期観測が可能な計測システムを開発する。開発された酸素濃度連続測定装置を日本−北米間を定期運航する貨物船に設置し船上連続観測を開始する。同時に実施されるフラスコサンプリングによる酸素濃度分析結果と比較し連続測定の評価を行う。さらに、酸素濃度の船上連続観測結果の初期解析を行う。

今年度の研究概要

貨物船で大気O₂濃度連続観測システムによる観測を開始してから判明した2つの問題点の解決に取り組む。除湿の問題については、2段目のSUSトラップが研究室での実験よりも早く詰まる原因の一つとして、1段目のガラストラップの除湿効率が不十分で2段目のSUSトラップに流れ込む水の量が多いことが考えられる。そこで、ガラストラップの除湿・冷却効率を上げるために、ガラストラップ内にガラスビーズ等を充填したり、ガラストラップの周囲を断熱したりする等の改良を試みる。
船体の揺れがO₂計に及ぼす影響については、数秒~数十秒の揺れに対してO₂計の出力に応答が見られ、揺れの大きさにもよるが数十ppmの変動が引き起こされる。そこで、揺れと出力変動の関係を調べるために、3軸加速度センサーをO₂測定システムに設置し、船の動揺を定量的に把握し、揺れに対するO₂計の出力変化を調べて出力の補正方法を検討する。