CO2 貯留技術

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(1)プロジェクト課題. C O2貯留技術背景・目的電力の安定供給のためには、世界的に資源量が豊富な石炭を今後も活用して行く必要がある。一方、地球温暖化対策として、火力発電所などからの CO 2 の大気への放出量の削減が求められている。そこで、火力発電所などから CO 2 を回収して、地下に貯留する CCS（CO 2 Capture and Storage）の適用が検討されつつある。本課題では、国内外の CCS に関する最新動向を把握すると共に、我が国の火力発電所など CO 2 の大排出源近傍における地質構造の特徴を踏まえて、CO 2 の地下貯留に関する技術を開発する。. 主な成果 1．サイト評価技術 CO 2 貯留候補地となる可能性のある海域の地下について、断層形成および活動に係わる地質構造と動きを整理し、地域ごとの断層の特徴をまとめた。また、CO 2 貯留の可能性評価における海底断層の調査および評価フローを提案した（図 1）。（本成果は、地球環境産業技術研究機構（RITE）からの受託研究として得られた） 2．CO2 の挙動メカニズムの解明深さ 1 , 1 0 0 m の坑井を用いて、2 0 0℃程度の岩盤内に 0 . 4％と 0 . 8％の濃度の CO 2 溶解水をそれぞれ約 5 トン注入する実験の結果、炭酸カルシウム（CaCO 3）の結晶が 3 時間で最大 2 . 2μm 成長することを確認し（図 2）、高温域では CO 2 が比較的速く炭酸塩鉱物となる可能性を明らかにした。また、CO 2 溶解水の注入により、同坑井内の電気比抵抗値が大きく低下することが判り、CO 2 挙動モニタリングに適用できる可能性を見出した（図 3）。 3．モニタリング技術海底設置型の音響トモグラフィー装置の開発や、各種化学センサーを搭載した無索海中ロボット（AUV）などの導入により、海底付近の CO 2 の検知・モニタリング手法を提案した［V 0 9 0 3 4、V 0 9 0 3 5］。また、数値シミュレーションによる検討の結果、地下 9 5 0 m に CO 2 を 5 0 0 万トン注入すると、地表で重力と自然電位がそれぞれ約 7 0 μgal、約 2 0 0 mV 低下すると予測され、これらの手法が CO 2 挙動モニタリングとして適用性できる可能性を明らかにした。（なお、2．3．の成果の一部は、RITE との共同研究および受託研究として得られた） 4．海洋中環境影響評価水平解像度 1 0 km の高解像度地域海洋モデルの適用により、日本周辺海域を対象とした CO 2 の海中拡散状況の解析的な評価が可能であることを示した。 5．国内外動向調査海外の動向調査として、英国における CCS の義務化について調査結果をまとめた［V 0 9 0 1 0］。また、豪州ゼロジェンプロジェクトにおける CCS について、関係地域住民の合意形成に関する調査結果をまとめた［V 0 9 0 0 4］。 50.

(2) 電力安定供給技術電力安定供給技術電力安定供給技術電力安定供給技術［海域のボーリング調査計画］［海域のボーリング調査計画］［海域のボーリング調査計画］［海域のボーリング調査計画］. ［海域断層の水理特性調査］［海域断層の水理特性調査］［海域断層の水理特性調査］［海域断層の水理特性調査］. 海域断層地質調査海域断層地質調査海域断層地質調査海域断層地質調査＜海域～沿岸陸域の断層部調査＞＜海域～沿岸陸域の断層部調査＞＜海域～沿岸陸域の断層部調査＞＜海域～沿岸陸域の断層部調査＞原位置試験（透水係数，間隙水圧，孔間ト原位置試験（透水係数，間隙水圧，孔間ト原位置試験（透水係数，間隙水圧，孔間ト原位置試験（透水係数，間隙水圧，孔間トモグラフィ），検層（自然電位，比抵抗，密モグラフィ），検層（自然電位，比抵抗，密モグラフィ），検層（自然電位，比抵抗，密モグラフィ），検層（自然電位，比抵抗，密度，音波，P波・S波速度，温度，流速），度，音波，P波・S波速度，温度，流速），度，音波，P波・S波速度，温度，流速），度，音波，P波・S波速度，温度，流速）， BHTV，採水（pH，酸化還元電位），室内 BHTV，採水（pH，酸化還元電位），室内 BHTV，採水（pH，酸化還元電位），室内 BHTV，採水（pH，酸化還元電位），室内試験（物理，力学），シミュレーション試験（物理，力学），シミュレーション試験（物理，力学），シミュレーション試験（物理，力学），シミュレーション＜調査項目（海域・沿岸陸域断層）＞＜調査項目（海域・沿岸陸域断層）＞＜調査項目（海域・沿岸陸域断層）＞＜調査項目（海域・沿岸陸域断層）＞・断層性状（ガウジ，破砕帯，切断関係）の・断層性状（ガウジ，破砕帯，切断関係）の・断層性状（ガウジ，破砕帯，切断関係）の・断層性状（ガウジ，破砕帯，切断関係）のコア観察コア観察コア観察コア観察・断層，破砕帯の走向傾斜，亀裂頻度・断層，破砕帯の走向傾斜，亀裂頻度・断層，破砕帯の走向傾斜，亀裂頻度・断層，破砕帯の走向傾斜，亀裂頻度（BHTV）（BHTV）（BHTV）（BHTV）・断層の透水性，連通性（孔間試験）・断層の透水性，連通性（孔間試験）・断層の透水性，連通性（孔間試験）・断層の透水性，連通性（孔間試験）・断層の周辺への連続性・断層の周辺への連続性・断層の周辺への連続性・断層の周辺への連続性・断層形成時期の特定（年代測定）・断層形成時期の特定（年代測定）・断層形成時期の特定（年代測定）・断層形成時期の特定（年代測定）. ボーリング配置計画ボーリング配置計画ボーリング配置計画ボーリング配置計画. ・断層を挟む・断層を挟む・断層を挟む・断層を挟む 2本セット 2本セット 2本セット 2本セット・各セグメント・各セグメント・各セグメント・各セグメント. ボーリング掘削ボーリング掘削ボーリング掘削ボーリング掘削原位置試験・検層原位置試験・検層原位置試験・検層原位置試験・検層弾性波探査（VSP），孔間試験弾性波探査（VSP），孔間試験弾性波探査（VSP），孔間試験弾性波探査（VSP），孔間試験. 海域断層構造地質断面図作成海域断層構造地質断面図作成海域断層構造地質断面図作成海域断層構造地質断面図作成（詳細3Dモデル）（詳細3Dモデル）（詳細3Dモデル）（詳細3Dモデル）断層水理モデル作成断層水理モデル作成断層水理モデル作成断層水理モデル作成. 評価項目評価項目評価項目評価項目 ●貯留対象域での遮蔽層の性能 ●貯留対象域での遮蔽層の性能 ●貯留対象域での遮蔽層の性能 ●貯留対象域での遮蔽層の性能 ●海域断層の連続性と遮蔽層との関係 ●海域断層の連続性と遮蔽層との関係 ●海域断層の連続性と遮蔽層との関係 ●海域断層の連続性と遮蔽層との関係 ●断層，破砕帯の透水性と遮蔽性能 ●断層，破砕帯の透水性と遮蔽性能 ●断層，破砕帯の透水性と遮蔽性能 ●断層，破砕帯の透水性と遮蔽性能 ●海域断層の活動性（活動度，活動時期） ●海域断層の活動性（活動度，活動時期） ●海域断層の活動性（活動度，活動時期） ●海域断層の活動性（活動度，活動時期） ●断層からのCO ●断層からのCO 2漏洩可能性 2漏洩可能性 ●断層からのCO ●断層からのCO 2漏洩可能性 2漏洩可能性. ・断層性状・断層性状・断層性状・断層性状・透水性・透水性・透水性・透水性・断層の連続性・断層の連続性・断層の連続性・断層の連続性. 地下水流動解析地下水流動解析地下水流動解析地下水流動解析（本解析）（本解析）（本解析）（本解析）モニタリングモニタリングモニタリングモニタリング. 図図11 海域における断層の調査フロー案海域における断層の調査フロー案図 1 海域における断層の調査フロー案図 1図海域における断層の調査フロー案 1 海域における断層の調査フロー案断層の調査フローとして調査項目と評価項目をまとめた。断層の調査フローとして調査項目と評価項目をまとめた。断層の調査フローとして調査項目と評価項目をまとめた。断層の調査フローとして調査項目と評価項目をまとめた。断層の調査フローとして調査項目と評価項目をまとめた。（RITE （RITE からの受託研究として実施）からの受託研究として実施）（RITE からの受託研究として実施）（RITE （RITE からの受託研究として実施）からの受託研究として実施）. 0 00. 0. 200℃ 200℃ 200℃200℃. 表面の凹凸 (μm) 表面の凹凸 (μm) 表面の凹凸 (μm). 700m 700m 700m700m. 表面の凹凸 (μm). (4) (4) BB (4) (4) B B. test2-1. -3.8μm -3.8μm 200 200 μm μm-3.8μm -3.8μm 200 μm 200 μm test2-1 test2-1 test2-1. AA test2-1 A A. 2 2 実験後実験後 2 2 2,224 2,224nm nm 実験後実験後 11 2,2242,224 nm nm 実験前実験前 1 1 実験前実験前 00 00 100 100 200 200 CO CO 2 2 0 0 水平距離水平距離 (μm) (μm) 0 100 100 200 200 CO2 溶解水 CO 溶解水 2 0. 溶解水溶解水. (2) (2) (2) (2). 水平距離水平距離 (μm)(μm). 結晶成長試験器結晶成長試験器結晶成長試験器結晶成長試験器 1,100m 1,100m 1,100m 1,100m. 金箔部金箔部金箔部金箔部炭酸カルシウム炭酸カルシウム炭酸カルシウム結晶炭酸カルシウム結晶結晶結晶炭酸カルシウム炭酸カルシウム炭酸カルシウム結晶炭酸カルシウム結晶. 500. 500 500 500. 400. 400 400 400. 300. 300 300 300. 200. 200 200 200. 100. 100 100 100. 比抵抗(0.4wt%CO 比抵抗(0.4wt%CO 2) 2) 比抵抗(0.8wt%CO 比抵抗(0.8wt%CO 22))2) 比抵抗(0.4wt%CO 比抵抗(0.4wt%CO 2) 水温(0.4wt%CO 水温(0.4wt%CO 比抵抗(0.8wt%CO 比抵抗(0.8wt%CO 2) 2) 2)2) 水温(0.8wt%CO 水温(0.8wt%CO 22))2) 水温(0.4wt%CO 水温(0.4wt%CO 2) 水温(0.8wt%CO 水温(0.8wt%CO 2) 2). 0. 0. 0 50. 200 200 200. 160. 160 160 160. 120. 120 120 120. 80. 50 100. 100 150 150 200 200 250 経過時間(分) 経過時間(分) 経過時間(分) 経過時間(分). 8080 80. 4040 40 00 300 0 300 0 250 300 300. 地表水地表水 CO CO2 2溶溶解解水水 0 0地表水地表水 CO CO 溶2解溶水解水 2 5050 100 100 150 150 200 200 250 250 00. 0. 200. 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃) 温度(℃). B. 0 0B B 100 100 0 100 100. CO CO2 2溶解水の到達溶解水の到達 CO2CO 溶解水の到達 2 溶解水の到達. 温度(℃). 金箔部金箔部金箔部金箔部 BB. AA A. 比抵抗(Ωm) 比抵抗(Ωm) 比抵抗(Ωm) 比抵抗(Ωm). 反応域反応域反応域反応域 A. -5.7μm -5.7μm -5.7μm -5.7μm. 比抵抗(Ωm). 100μm μm 100 100 μm. (3) (3) (3) (3) 100 μm. (1) (1) (1). 0. (1) 0m 0m 0m 0m. 40. 結晶結晶. 図 2 炭酸カルシウム成長実験結果図図で 22 2炭酸カルシウム成長実験結果炭酸カルシウム成長実験結果深さ 1,1 0 0m 0 0℃の岩盤に CO2 溶解水を注入し図 2図炭酸カルシウム成長実験結果 2 炭酸カルシウム成長実験結果深さ深さ 1,100ｍで 1,100ｍで 200℃の岩盤に 200℃の岩盤にCO CO22溶解水を溶解水を（1）、坑内に吊した炭酸カルシウム結晶（2）の表面深さ深さ 1,100ｍで 1,100ｍで 200℃の岩盤に 200℃の岩盤に CO2CO 溶解水を 2 溶解水を注入し(1)、坑内に吊した炭酸カルシウム結晶注入し(1)、坑内に吊した炭酸カルシウム結晶の凹凸の変化を計測した結果（3）、3 時間の反応で注入し(1)、坑内に吊した炭酸カルシウム結晶注入し(1)、坑内に吊した炭酸カルシウム結晶 (2)の表面の凹凸の変化を計測した結果(3)、３ (2)の表面の凹凸の変化を計測した結果(3)、３約 2.2μm 結晶表面が盛り上がり（4）、結晶の成長を (2)の表面の凹凸の変化を計測した結果(3)、３ (2)の表面の凹凸の変化を計測した結果(3)、３時間の反応で約時間の反応で約2.2μm 2.2μm結晶表面が盛り上がり結晶表面が盛り上がり確認した。時間の反応で約時間の反応で約 2.2μm 2.2μm 結晶表面が盛り上がり結晶表面が盛り上がり (4)、結晶の成長を確認した。 (4)、結晶の成長を確認した。（RITE との共同研究の成果） (4)、結晶の成長を確認した。 (4)、結晶の成長を確認した。（RITE （RITEとの共同研究の成果）との共同研究の成果）（RITE （RITE との共同研究の成果）との共同研究の成果）. 図 3 CO2 溶解水の注入による坑内比抵抗の変化図図 3 CO CO22溶解水の注入による坑内比抵抗の変化溶解水の注入による坑内比抵抗の変化図 23と同様の実験において、坑内に吊した比抵抗検図 3図CO 3 2CO 溶解水の注入による坑内比抵抗の変化 2 溶解水の注入による坑内比抵抗の変化図図 2 2 と同様の実験により、坑内に吊した比抵抗検と同様の実験により、坑内に吊した比抵抗検 2 溶解水の注入により比図層器による計測の結果、CO 2図と同様の実験により、坑内に吊した比抵抗検 2 と同様の実験により、坑内に吊した比抵抗検層による計測結果、CO 層による計測結果、CO 溶解水の注入により比抵溶解水の注入により比抵 2 2 抵抗が大きく低下することが判り、CO 2 モニタリン層による計測結果、CO 層による計測結果、CO 2 溶解水の注入により比抵 2 溶解水の注入により比抵抗が低下することを明らかにし、CO 抗が低下することを明らかにし、CO モニタリング 22モニタリンググへの適用可能性を見出した。抗が低下することを明らかにし、CO 抗が低下することを明らかにし、CO モニタリングモニタリングへの適用可能性を見出した。への適用可能性を見出した。 2 2 への適用可能性を見出した。への適用可能性を見出した。. 51.

(3)