ページ番号1006229 更新日 平成30年2月16日

「二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ~石油・天然ガス上流技術への期待~

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レポートID 1006229
作成日 2006-07-20 01:00:00 +0900
更新日 2018-02-16 10:50:18 +0900
公開フラグ 1
媒体 石油・天然ガスレビュー
分野 技術
著者
著者直接入力 大関 真一 嘉納 康二
年度 2006
Vol 40
No 4
ページ数
抽出データ 財団法人エンジニアリング振興協会 前常務理事石油開発環境安全センター所長ozeki@kogyo-kyokai.gr.jp大関 真一財団法人エンジニアリング振興協会石油開発環境安全センター 総務・企画部長kanou@enaa.or.jp嘉納 康二アナリシス「二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて?石油・天然ガス上流技術への期待?1. はじめに 近年、地球温暖化が一因と推測される大型ハリケーンや台風、あるいは十数年前には予想もしなかった気象変動が顕著に表面化し、各方面で深刻な影響を与えている。 地球規模での環境対策が、関係国の権益や国際政治等の思惑に大きく影響されるなか、温室効果ガスの排出を地球規模で抑制しようとする枠組みである「京都議定書」の第1回締約国会合(COP/MOP1)が、2005年11?12月にカナダのモントリオールにおいて開催された。この会合でも、二酸化炭素排出削減の早期実現に向けての具体的な技術開発の動向が大きく注目されている。 二酸化炭素排出削減技術の一つである「二酸化炭素の回収・貯留」(CCS*1)の技術についても、この技術をいかに早く、現実的に開発・利用するかについての議論が高まっており、世界各国、各方面でこの技術の実現に向けて数多くの研究が進められている。 昨年9月の「気候変動に関する政府間パネル(IPCC*2)」総会のなかで、第3作業部会を中心にまとめられた「二酸化炭素回収・貯留に関する特別報告書」(以下「IPCC特別報告書」)が採択され、この技術の早期実現化への加速がおおいに期待されるところである。 そもそも「二酸化炭素の回収・貯留」とは、主要な温室効果ガスである二酸化炭素を分離・回収し、地下の地層が有する貯留能力(地中貯留)や海洋の持つ二酸化炭素溶解能力(海洋隔離・貯留)を利用して二酸化炭素を隔離・固定するものであり、わが国では、政府の「地球温暖化対策推進大綱」(2002年3月)における「革新的な環境・エネルギー技術」の一つとして、大きく位置づけられている。 具体的な技術開発については、財団法人「地球環境産業技術研究機構(以下RITE*3)」が中心となり、経済産業省の国家的プロジェクトとして、二酸化炭素隔離固定化技術の実用化への研究開発に取り組んでいる。 本稿では、二酸化炭素の回収・貯留技術のうち、「二酸化炭素地中貯留」事業へ向けた最近の技術開発動向について紹介したい。とは目的が異なるため、増進回収事業による操業条件と、この二酸化炭素地中貯留の操業条件(地中での圧力バランスや圧入量等)とでは相反するものがあるといえる。また、二酸化炭素地中貯留に利用できる(枯渇)油・ガス田は限られ、古い坑井の存在による二酸化炭素への腐食耐食性の問題や、坑井からの漏リスク等も懸念される。 一方、帯水層は油・ガス田に比べ地中の圧倒的に広い範囲に分布している洩えろうい2. 「二酸化炭素地中貯留」とは(1) 二酸化炭素地中貯留の概要 二酸化炭素地中貯留における地中へのガス圧入・貯留技術に関しては、これまでの石油・天然ガスの掘削、地下貯蔵、増進回収等で蓄積された技術を応用できることから、最も即効性のある実用可能な技術として大きな期待がかけられている。これは、もともと地中にあった化石燃料等に起因する二酸化炭素を、再び地中に戻す試みでもある。 二酸化炭素の地中貯留候補としては、①枯渇油田およびガス田への貯留②石油・ガス増進回収(EOR/EGR*4)による貯留③帯水層*5への貯留④炭層への固定などが考えられる(図1参照)。 しかし現在、石油・ガス生産増進回収としての可能性はあっても、二酸化炭素の流動的な活性効果による石油・ガス生産増産回収と、二酸化炭素を地中で不動固定させようとする地中貯留*1:Carbon Dioxide Capture and Storage*2:Intergovernmental Panel on Climate Change*3:Research Institute of Innovative Technology for the Earth*4:EOR: Enhanced Oil Recovery, EGR: Enhanced Gas Recovery*5:孔隙率の大きい砂岩などから成り、水(塩水)で飽和されている地層。57石油・天然ガスレビューAナリシスこうばいは、二酸化炭素貯留時の圧入による加圧状態、もしくは浮力等で発生する加圧状態でのシール層の健全性の確認が重要となる。②残留ガストラップ 地中での二酸化炭素は、圧入による圧力勾配(圧力の傾き)や自然に存在する圧力差、浮力や拡散等により移動するが、移動は圧入によるものを除くと極めてゆっくりとしている。また、すべての二酸化炭素が移動していくのではなく、一部の二酸化炭素が残留する現象(残留的ヒステリシス*6)があることも明確にわかってきた。 残留ガストラップとは、このように時間軸をベースに残留してトラップされるメカニズムで、経過時間と大きな関係があり、現在多くの研究者によりその時間的挙動についての研究が行われている。明確な背斜構造がなくとも、シール層下に連続的に貯留層が存在すれば、ある時間軸においてその貯蔵能力が大きく評価される結果となりうる。この種の地質構造は、国内では二酸化炭素の大量排出源がある地域近傍に多数存在し、二酸化炭素地中貯留の実用化を考えるにあたって大きく期待されるトラップである。3b143a2生産原油ガス圧入CO2貯留 CO21km2km二酸化炭素地中貯留法概観1.枯渇油田およびガス田への貯留2.石油ガス生産増進回収による貯留(EOR/EGRによる貯留) 3.帯水層への貯留((a) 海域 (b)陸域)4.炭層への固定出所:IPCC特別報告書図1二酸化炭素地中貯留の方法(2) 地中での貯留メカニズム 二酸化炭素地中貯留の方法(トラップメカニズム)には、以下の四つが考えられる。①構造的(物理的)トラップ 上部のシール性のある遮断層(シール層/キャップロック)により、明確な背斜構造(おわんを伏せた状態の構造)が形成された「物理的に貯留される構造を有する帯水層」が存在する場合に採用される。この種のトラップでため、将来の地中貯留可能量としてより大きな規模が期待され、帯水層貯留は最も有望と考えられている。 なお、炭層固定に関しては、現状では依然として基礎的実験レベルにあるといえる。 図2は、帯水層への二酸化炭素地中貯留の概要である。まず発電所、製鉄所や石油精製工場などから大気に放出拡散される二酸化炭素を含む排気ガスまたは石油ガス生産に含まれる随伴ガスから、二酸化炭素を効率的、経済的に分離・回収する。その後、パイプラインやタンカー等で輸送し、地上および海上の圧入地点から地下の帯水層に圧入して貯留する概要を示している。 圧入される二酸化炭素は、密度が大きく低粘度、高拡散性を有する「超臨界状態」(臨界圧約7.39MPa、臨界温度約31.1℃)で地中に貯留することが有効であるとの観点から、約800m以深での帯水層貯留が適当であると考えられている。*6:ヒステリシス(Hysteresis)とは、ある系(おもに物理系)の状態が、加わった力に対して即時に追従せずに、反応が遅れること。別な言い方をすると、最初の状態には完全に戻ることがないこと(ウィキペディアより抜粋)。図2二酸化炭素地中貯留の概要2006.7 Vol.40 No.458u二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ?石油・天然ガス上流技術への期待?③溶解トラップ 地中内の帯水層における二酸化炭素は、長時間をかけて接触している水(塩水)に溶解していく。溶解すると溶解水の密度が増加し、動きにくい安定した状態となるため、時間はかかるが安定したトラップになりうると考えられる。④地化学的トラップ(鉱物トラップ)地中内の帯水層で溶解し、イオン化した二酸化炭素が、かなり長い時間をかけて鉱物と地化学反応して鉱物化していく現象である。 このように、貯留メカニズムは四つに分類される。①②③は、二酸化炭素地中貯留の地中挙動として早期実現が可能なトラップであり、その挙動把握が早急に必要である。④については、かなり長い時間をかけた反応過程であるが、長期的に最も安定した貯留となりうる。この種の長期間の地中での影響(地層水や岩石への影響)については、「ナチュラルアナログ(天然類似現象)による二酸化炭素地中隔離の環境評価と安全管理」として、基礎的研究が進められている。(3) 海外における地中貯留事業 海外においては、従来から石油・ガス増進回収技術(EOR/EGR)として二酸化炭素地中圧入が行われてきた。近年では、温暖化対策として、この技術を応用した二酸化炭素地中貯留が大規模(商業化レベル)で進められている。以下に、代表的な四つのプロジェクトを紹介する。①SLEIPNER CO2 Geological Storage(ノルウェー) 世界最初の、北海の帯水層(Sleipner Site)への圧入プロジェクトである。20年間で総量2,000万トンの二酸化炭素の圧入を計画している。海底下約1,000mのUtsila帯水層(砂岩層、層厚約200?250m)の下層部に、Sleipner地域の天然ガス田から産出される随伴ガスに含まれる二酸化炭素を、1996年1059石油・天然ガスレビュー水深1,000m水深1,000m圧入レート:100万t-CO2/年圧入レート:100万t-CO2/年総圧入量:2,000万t-CO2総圧入量:2,000万t-CO2天然ガス層(砂岩層)Utsila帯水層(砂岩層)出所:Statoil Webサイト図3SLEIPNERプロジェクト月から年間100万トン規模で圧入している。圧入された二酸化炭素の挙動モニタリングとその検証は「SACS(Saline Aquifer CO2 Storage)プロジェクト」(欧州ドイツ、デンマーク、ノルウェー、イギリス等)として1998年?2002年まで実施され、その後は「CO2 STOREプロジェクト」として活動している(図3)。②WEYBURN CO2 Monitoring & Storage(カナダ) 石油生産井の油層に対する二酸化炭素を用いた原油増進回収を目的に、20009月からカナダのWeyburn油田にて圧入が実施されている。隣国の米国にある石炭ガス化工場で発生した二酸化炭素を約320kmのパイプラインで輸送し、年間100万トン規模で20年間、総量2,000万トンの圧入を計画している。 「IEA GHG Weyburn CO2 Monitor-ing & Storageプロジェクト」では、圧入された二酸化炭素の地中挙動のモニタリングおよび地質構造への影響などの研究を推進している。 第1段階(Phase-1:2000?2004年)では約28億m3が圧入され、2005年からの第2段階(Phase-2)では、EORを中心とする二酸化炭素地中貯留に関してのBEST PRACTICE MANUAL(事例に基づく手引書)の作成に取り組んでいる。このプロジェクトには、日本からRITEが協賛スポンサーとして参画している。③IN SALAHプロジェクト (アルジェリア) In Salahプロジェクトは、環境への配慮から、生産ガス中の二酸化炭素分(ガス全体の5?10%)を大気放散せずに、産出しているガス層に再圧入する世界初の試みであり、2004年から実バロー島 プラントガス貯留層出所:GORGON Joint Venture作成(2004年9月号本誌掲載)CO2貯留帯水層図4GORGONプロジェクトにおける二酸化炭素地中貯留コンセプトAナリシス施している。④GORGONプロジェクト(豪州) Gorgonプロジェクトでは、生産が予定される天然ガス(10?15%がCO2)からバロー島のプラントで二酸化炭素を除去・分離し、Sleipner同様に地下2,000mの帯水層に圧入する計画である(図4)。 その他、現在、世界各国で数多くの二酸化炭素地中貯留の事業が計画、実施されている(表1)。これらの二酸化炭素地中貯留の実用化プロジェクトは、実際の天然ガス開発の一環として実施され、その地中挙動は多くの研究者によりモニタリング観測され、研究が進められている。 国内においては、二酸化炭素の地中挙動把握の研究開発を目的とした、新潟県長岡市の岩野原基地におけるプロジェクトがあり、詳細なモニタリングから、実際の地中挙動把握、さらに将来の地中挙動予測のシミュレーション技術等に至る、数多くの研究が精力的に進められている。表1各国の二酸化炭素地中貯留プロジェクトプロジェクト名〔国名〕実証試験プロジェクト実用化プロジェクト〔一部実証〕長岡〔日本〕FRIO〔アメリカ)SINK〔ドイツ〕SLEIPNER〔ノルウェー〕WEYBURN〔カナダ〕CRUSTGORGONIN SALAH〔オランダ〕〔オーストラリア〕〔アルジェリア〕経済産業省 RITE ENAA米国テキサス大 DOE ほかガス田上の帯水層陸域:1,1002003年7月油田上の帯水層陸域:1,5002004年10月ドイツ地質研究所 Shell Statoilほかガス田上の帯水層陸域:600計画中(事前調査中)30,000Statoilほかカナダ石油技術研究センター(PTRC) DOE ほかNovem GPN ほかChevron Shell ExxonMobilBP Sonatrach Statoilガス田上の帯水層海域:1,0001996年10月20年間3,0002,000万油層(EOR)陸域:1,0002000年9月20年間3~5,0002,000万枯渇ガス田海域:3,9002004年5月100~1,000800万ガス田上の帯水層海域:2,0002008年~産出ガス層陸域:1,5002004~2009年10,0003~4,0001,700万周辺排出源から供給新設バイオマス発電所から供給天然ガスの随伴ガス(CO2 9%)石炭ガス炉工場より300kmをパイプライン輸送天然ガスの随伴ガス天然ガスの随伴ガス(CO2 10~15%)天然ガスの随伴ガス(CO2 5~10%)10日間約1601,6001.5年間20-4010,000アンモニア製造工場の副産物(液化CO2)圧入レート(t/d)圧入総量(t)CO2供給源 [トン]:t-CO2特徴実施主体場所深度(m)開始時期圧入期間3. わが国の「二酸化炭素地中貯留」技術研究開発 日本周辺における帯水層での二酸化炭素地中貯留については、二酸化炭素の挙動把握や安全性、環境への影響などの克服すべき技術的課題があり、in-situでの実証試験も含めた科学的技術的な探求が望まれてきた。こうした課題解決に向け、RITEが中心となり、2000年から8年計画で二酸化炭素地中貯留技術の研究開発が国家的プロジェクトとして進められている。(1) PHASE-1:前期(2000?2004年) 基礎的研究、圧入実証試験および全国地質調査を実施した。①基礎的研究・二酸化炭素と対象帯水層との反応確認のための基礎実験・モニタリング手法の検討・長期予測シミュレーターの開発・総合的な環境負荷や経済性、社会合意形成に関するシステム研究②圧入実証試験(長岡岩野原基地)・二酸化炭素を実際の地下帯水層に圧入して既存技術(資源工学等)の適用性を検証・二酸化炭素の地中挙動を把握するための各種モニタリング観測と貯留メカニズムの解明・将来の挙動予測のためのシミュレーション・スタディ③全国地質調査・日本周辺における帯水層の分布・地質構造等の地質広域調査による地中貯留の潜在的能力算定とデータ取得(2)  PHASE-1:後期(2005?2007年) 前期で集積された「科学的・技術的知見をもとにした実適用への進展」を目指し、総合評価と安全性評価手法の開発を進め、以下の研究開発項目を実施している。④総合評価・想定モデル地点を対象に実適用のイメージ策定とコスト算定、実適用への技術的課題抽出と今後の研究計画作成・排出源を考慮した実適用可能な全国の貯留可能量の算定・コスト、貯留可能量をもとに地中貯留の有効性に関するシナリオの策定と技術実証・実適用ロードマップの作成・社会受容性や法体系などの社会システム基盤の構築や安全確認・環境影響評価にかかる指針案の作成⑤安全性評価手法の開発・長岡のモニタリング継続とシミュレーションの精度向上・各種基礎物性値取得と地中挙動予測手法の高精度化に関する研究の実施 上記のうち、石油ガス関連の工学的な研究技術開発である長岡での圧入実証試験では、二酸化炭素を地下1,100mの帯水層に実際に圧入し、その挙動を詳細にモニタリングすることにより、地下での二酸化炭素の挙動を明確にとらえることに成功した。2006.7 Vol.40 No.460u二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ?石油・天然ガス上流技術への期待?4. 長岡での圧入実証試験(1) 圧入実証試験の実施概要 2000年度よりスタートした「圧入実証試験」は、1本の圧入井、3本の観測井を掘削し、新潟県長岡市にある帝国石油株式会社の岩野原基地において、2003年7月から二酸化炭素の圧入を開始した。図5に、岩野原実証試験基地の全体図を示す。 これにより地下1,100mの帯水層に二酸化炭素が圧入・貯留され、10,400t-CO2の累積圧入量をもって2005年1月11日に圧入を完了した。 二酸化炭素圧入時の地中挙動を把握するための各種観測(物理検層、弾性波トモグラフィー等)と、その挙動予測のためのシミュレーション・スタディ検討を実施した。貯留された二酸化炭素の圧入後の地中挙動把握を目的に、圧入終了後も各種観測を継続し、シミュレーション等の予測技術の精度向上と「安全性評価手法の開発」に向けての研究開発を進めている。(2) 実証試験地点と地形・地質概要 圧入実証試験地点は、長岡市南西部の信濃川支流渋海川左岸に位置する岩野原基地で、河岸段丘が発達した標高200?300mの丘陵地域である。従来から天然ガスを産出する地域である。既存の坑井掘削結果および地震探査結果に実証試験地点北長岡市長岡市たいせきしゅうきょくはいづめ基づき、圧入実証試験地点とその周辺の広域的な地質構造を調査した。 この地域の深度約4,000?5,000m以深には、天然ガス産出層となっている第三紀中新世の基盤(緑色凝灰岩類、寺泊層)が分布し、その上位に、下から西山層、灰爪層、魚沼層と呼ばれる新第三紀後期?第四紀にかけての堆積岩、段丘堆積物、沖積層が分布している。 これらの堆積岩は顕著な褶曲構造をなし、天然ガス鉱床として重要なトラップを構成している。 圧入対象の帯水層(貯留層)としては前期更新世灰爪層の砂岩卓越部を、キャップロック(遮断)層としては貯留層上位にあたる同じく灰爪層の泥岩卓越部を、それぞれ選定した(図6)。圧入実証試験地点は、図7の圧入対象帯水層の3次元モデルに示すように、閉じた背斜構造の南翼に位置している。図5岩野原実証試験基地全体図(3)  事前調査(坑井配置および圧入地点層の選定) 圧入実証試験地点では、2000年度から2002年度にかけて、貯留層およびキャップロックの地質工学的特性の調査を行い、合計4坑の坑井(圧入井1坑、観測井3坑)を掘削した。 2000?2001年にかけて、圧入井(CO2-1坑、深さ1,230m)、観測井2本(CO2-2坑、深さ1,319m、CO2-3坑、深さ1,270m)を掘削し、コア採取、物理検層およびキャップロックと貯留層の両方を対象とした室内試験を実施した。 2002年には観測井(CO2-4坑、深さ1,322m)を掘削し、圧入井において、貯留層の浸透率試験、二酸化炭素の圧入能力試験、および地層水の採取と分析による水質の把握を目的とした揚水試験を実施した。また、掘削した坑井での層序対比および地層イメージ検層により、試験地点近傍の地質構造を調査した。 観測井の平面的な配置は、シミュレーション・スタディで予想された二酸化炭素の地下での挙動と分布予想範囲を考慮して、経時変化を捉えられる配置(観測井は圧入井からの距離が異なる不等辺三角形の各頂点に位置する)とした(図8参照)。 地層の走向、傾斜は、N10°E,15°Eでほぼ東へ傾斜する単斜構造を示し、貯留層の層厚は約60mで、キャップ渋海川渋海川信濃川信濃川Site (ground surface)Depth (m)魚沼層群魚沼層群灰爪層灰爪層西山層西山層寺泊層寺泊層003,0003,0004,0004,000緑色凝灰岩類緑色凝灰岩類5,0005,000(m)06km図6実証試験の位置、地層図図7対象帯水層の3次元モデル61石油・天然ガスレビューィ理検層地層傾斜15°観測井4-2OCUP06mアナリシス坑底の圧力と温度坑口、坑底の圧力と温度04m物理検層観測井2-2OC021m観測井3-2OC物理検層圧入井圧入井1-2OC601m弾性波トモグラフィーDOWN地層検層:比抵抗検層、中性子検層、ガンマ線検層、音波検層図8圧入井および観測井の位置関係と観測項目図9圧入設備の全体イメージロックの層厚は貯留層の約2倍の約150mあり、十分なシール性が期待され、また断層などの明瞭な構造不連続面は認められなかった。 貯留層は岩相の相違から大きく五つのゾーン(Zone-1?Zone-5)に区分され、圧入実証試験における圧入対象としては、物理検層結果およびコア試験結果によりその浸透性が最も良好である二つ目のZone-2(層厚約12m)を選定した。 圧入実証試験の貯留層の主要データは、表2の通りである。(4) 圧入設備 圧入設備は、二酸化炭素を圧入井の坑底において超臨界状態に保つことを要点として、圧力・温度制御を考慮したシステムを設計、設置した。 圧入設備における各設備の機能、構成は以下の通りである。貯留層を含めた圧入全体の概略イメージを図9に、表2貯留層の概略データ貯留層の主要パラメーター(貯留部)灰爪層の砂岩卓越部(シール部)灰爪層の泥岩卓越部(貯留層)59.2~59.4m(シール層)131.4~134.7mZone-2(深度1,093~1,105mMD)11.2MPa(深度1,102)50℃(深度1,102)20~25%0.33~11.15mdコア試験結果から得た曲線を使用0.477g/cc岩質層厚圧入区間長初期地圧地温孔隙率浸透率相対浸透率圧入CO2密度圧入設備の構成の概要を図10に示す。①液化炭酸ガス受入、貯蔵、払出設備 液化炭酸ガスローリーからの液化炭酸ガスの受入、貯蔵、および受入/払出のための加圧を行う設備であり、液化炭酸ガス貯槽(容量95t-CO2、高さ18m、搭径3.5m)、およびポンプ時の液面低下による系内の圧力低下防止のための液化炭酸ガス貯蔵タンク用加圧蒸発器から構成される。②液化炭酸ガス加圧設備 液化炭酸ガス貯槽からの液化炭酸ガスを所定の圧力まで加圧する設備であり、液化炭酸ガス加圧ポンプ(設計圧14.31MPa)と、液化炭酸ガス加圧ポンプを作動させるための予備加圧機として、液化炭酸ガス貯槽と液化炭酸ガス加圧ポンプの間に設置したブースターポンプ(設計圧2.94MPa)から構成される。③液化炭酸ガス加温設備 液化炭酸ガス加圧ポンプからの液化炭酸ガスを所定の温度まで加温する設備であり、液化炭酸ガスヒーター設備である。④給水設備 液化炭酸ガス貯槽用加圧蒸発器および液化炭酸ガスヒーターに熱媒の清水を供給する設備であり、取水ポンプおよび給水タンクで構成される。⑤制御、監視システム図10圧入設備構成の概要2006.7 Vol.40 No.462Y素の実挙動のモニタリング観測を実施した。①温度・圧力観測 圧力・温度計測は、圧入井CO2-1坑の坑口と坑底(深度1,072.46mMD)、および観測井CO2-4坑のケーシングの坑底(1090.83mMD)の2カ所で、二酸化炭素圧入開始前の2003年6月23日よりデータの取得を開始し、圧入による貯留層の圧力・温度変化を継続的に観測した。図12にCO2-1坑とCO2-4坑における坑底圧力の経時変化を示す。圧入終了後に圧入開始前の状態に戻っていく状況が確認された。②弾性波トモグラフィー 弾性波トモグラフィーは、貯留層に圧入した二酸化炭素の分布とその経時変化を、坑井間の広い範囲で把握することを目的として実施した。 表4に示すように、観測井CO2-2坑?CO2-3坑間についての測定を、二酸化炭素圧入開始前の第1回測定(BLS:ベースライン測定)、圧入中?圧入終了直後の第2回?第5回測定(MS1?MS4:モニタリング測定)として実施した。 圧入終了直後の第5回測定(MS4)では、圧入後の二酸化炭素挙動を3次表3圧入運転状況の概要圧入深度圧入期間圧入RATE圧入時圧力圧入時CO2温度CO2状態圧入期間累計圧入量圧入運転状況の概要Zone-2(深度1,093~1,105mMD)2003年7月7日-2005年1月11日20~40t/d(坑口)6.6~7.4MPa(坑底)11.9~12.6MPa(坑口)32.0~35.5 ℃(坑底)45.0~48.6 ℃超臨界状態約18カ月10,400t-CO2表4弾性波トモグラフィーの実施BLSMS-1MS-2MS-3弾性波トモグラフィーの実施圧入開始前圧入開始3,200t-CO26,200t-CO28,900t-CO2圧入完了圧入開始前 2003年 2月2003年 7月圧入開始3,2002004年 1月2004年 7月6,2002004年11月8,9002005年 1月圧入完了2005年 1月10,40010,4002005年10月MS-4MS-510,400t-CO210,400t-CO2ひっ期の圧入休止(7月7日?8需給逼月11日)、10月23日午後5時56分発生の新潟県中越地震による圧入中断(10月24日?12月5日)を経て、2005年1月11日まで継続され、同日正午に最終累計圧入量10,400t-CO2をもって完了した。圧入レートおよび累計圧入量の推移を図11に、圧入運転の概要を表3に要約する。迫ぱく(6) モニタリング観測 圧入試験に伴い、①坑口・坑底温度圧力測定、②弾性波トモグラフィー、③物理検層(音波検層、比抵抗検層、中性子検層、ガンマ線検層)、および④微動観測を開始し、地中での二酸化 圧入設備の制御は、現場および約3km離れた制御室の両方で行えるよう設計した。(5) 圧入運転 二酸化炭素圧入運転は、圧入運転開始時に予想される圧入井近傍の圧力が地層破壊圧を超えないことを確認しながら、圧入レート10t-CO2/日で2003年7月7日に開始し、2003年8月より、圧入レート20t-CO2/日での連続圧入運転を行った。2004年度からは、シミュレーション・スタディでの予測値を慎重に比較検討し、40t-CO2/日の連続圧入運転を行った。 連続圧入運転は、夏期の二酸化炭素圧入レート(t-CO2/日)累計圧入量(t-CO2)最大圧入能力48t/d圧入開始03.7.7中越地震04.10.23圧入終了05.1.11図11圧入レートおよび累計圧入量の推移圧入レート(t/d)圧力(Mpa)最終累計圧入量:10,405.2t-CO22005年1月11日12時圧入完了時点経過日数図12坑底圧力の経時変化(CO2-1、CO2-2坑)63石油・天然ガスレビュー「二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ?石油・天然ガス上流技術への期待?ウ的に捉える基礎情報を得るために、観測井CO2-2坑?CO2-3坑間に加えて、観測井CO2-2坑?CO2-4坑間、および観測井CO2-3坑?CO2-4坑間の3測線での測定も実施した。2005年10月には、同じく3測線での第6回測定(MS5)を実施し、圧入終了後のCO2挙動について調査・検証している。 これらの実績により、陸域帯水層では初めて、弾性波トモグラフィーによる地中二酸化炭素挙動のモニタリングに成功した。 二酸化炭素圧入前地盤速度(BLS)に対する二酸化炭素圧入3,200t-CO2時(MS1)、および二酸化炭素圧入10,400t-CO2終了後(MS4)の地盤速度の変化率を図13に示す。 弾性波トモグラフィーの実施により、二酸化炭素の地中での貯留状況が画像として可視化でき、下記のことなどが確認できた。・二酸化炭素の圧入により、圧入井IW-1近傍に、地盤弾性波速度の低下と低下域の拡大が認められる・地盤速度低下領域は、二酸化炭素の圧入進行により、地層の傾斜方向に沿って拡大する傾向がある・圧入された二酸化炭素は、安定してシール層下の貯留層に留まっている③物理検層 物理検層は、観測井CO2-2坑、CO2-3坑およびCO2-4坑を対象として二酸化炭素到達を捉え、さらにその経時変化を高い分解能で計測して、地下における二酸化炭素挙動を把握することを目的として実施した。 2003年度は、2週間?2.5カ月の間隔で、2004年度は約1カ月の間隔で、以下4種目の物理検層を測定を実施した。2005年度には、3?4カ月間隔で測定を実施し、合計30回の現地測定が終了している。・音波(P波)検層(Sonic Logging)・比抵抗検層(Induction Logging)・中性子検層(Neutron Logging)・ガンマ線検層(GammaRay Logging) 観測井CO2-2坑においては、2004年2月12日に実施した第13回物理検層までは、二酸化炭素が到達したことを示す変化は見られなかった。しかし、同3月10日に実施された第14回検層において、Zone-2区間で、P波検層、比抵抗検層および中性子検層において二酸化炭素の到達を示唆する変化(P波速度の減少、比抵抗値の増加、中性子孔隙率の減少)が認められた。 観測井CO2-4坑においては、2004年6月14日の第17回検層では、観測井圧入井CO2-1坑圧入井CO2-1坑観測井CO2-3坑観測井CO2-2坑観測井CO2-3坑観測井CO2-2坑速度変化率(%)速度変化率(%)圧入量3,200t-CO2圧入量10,400t-CO2注:赤は変化率0、黄、緑、青になるにしたがって(減少の)変化率は大となる図13圧入量3,200トンと10,400トンの地盤速度の変化率アナリシスCO2-4坑のZone-2区間にも、二酸化炭素の到達を示唆する変化(P波速度の減少、中性子孔隙率の減少)が見られた。その後の二酸化炭素圧入の進行に伴い、観測井CO2-2坑およびCO2-4坑で、検出変化に拡大傾向が継続した。観測井CO2-3坑においては、二酸化炭素が到達したことを示す変化は認められていない。 二酸化炭素到達を示す物理検層での変化の結果は以下の通りである。A CO2-2坑(圧入井から40m)・第13回物理検層(3,500t-CO2) 変化なし・第14回物理検層(4,000t-CO2)・音波検層:0.71km/秒、28%減少・比抵抗検層:0.54 Ohmm増加・中性子検層:10%減少B CO2-4坑(圧入井より60m)・第16回物理検層(4,300t-CO2) 変化なし・第17回物理検層(5,400t-CO2) 音波検層:0.33km/秒、13%減少・中性子検層:6%減少C CO2-3坑(圧入井より120m) 変化なし 観測井CO2-2坑のZone-2における変化発生後の物性値(P波速度、比抵抗値、中性子孔隙率)の変化量を測定次数ごとに配列した変化を図14に示す。 物理検層の継続観測により、各観測井への二酸化炭素到達は、P波速度の減少、比抵抗値の増加、中性子孔隙率の減少という現象にて明確に捉えることができた。 特にP波速度は、比抵抗値の変化、中性子孔隙率の変化と比べ特徴的で、二酸化炭素到達時の著しい現象(最大28%減少)の後は、ガス増加に対しては非常に緩慢な変化をすることがわかった。 Gassmann理論*7によると、等方均質な媒体中のP波速度は、体積弾性率、*7:Gassmannの式は多孔質媒質中の空隙に水分や空気で満たされた場合の弾性波速度の変化を説明する理論式として用いられており、一般の弾性波探査に用いられる周波数帯域でも用いられている。(地震調査研究推進本部ホームページ)。2006.7 Vol.40 No.464}14観測井CO2-2坑における物性値の変化量入量(1日ごとの圧入量、累計圧入量)の間の相関を検討した結果、二酸化炭素圧入量と微動の発生に明確な相関は認められなかった。化炭素の移動は極めて小さく、圧入された二酸化炭素は実質的に、実証試験が行われた極めて限定された地域に、長期間安定した状態で貯留されるという予測が得られた(図16、17)。(7) シミュレーション・スタディ 圧入運転開始に先立って、「二酸化炭素地中貯留の長期挙動予測用シミュレーター」(GEM-GHG)を開発し、圧入運転および観測計画立案のためのシミュレーション・スタディを実施した。 圧入運転開始後は、このGEM-GHGを用い、以下の観測されたデータを対象としたヒストリーマッチング*9・シミュレーション・スタディを実施した。・圧入井CO2-1 坑における坑底圧(圧力計設置標高?1,018.90m)・観測井CO2-4坑における坑底圧(圧力計設置標高?1,034.96m)・観測井CO2-2坑への到達時期・観測井CO2-4坑への到達時期・観測井CO2-3坑へは完了時まで未到達 これらのデータのほか、現地の堆積環境の見地から推定される浸透率の不均質性を導入することにより、観測データとほぼ一致を示す貯留層モデルを得た。 これらの結果に基づき、圧入した二酸化炭素についての1,000年後の長期挙動予測計算を行った。 浮力等を主とした1,000年後の二酸(8) 圧入試験設備の耐震性 2004年10月23日に、岩野原基地から約20kmの地点を震央とする新潟県中越地震(6.8JMA*10)が発生し、同基地内の地表地震計では最大加速度約705gal*11が記録された。 地震と同時に、岩野原基地の圧入試験は緊急停止したが、同日のうちに圧入設備を点検し、設備に損傷、破損がないことを確認した。 その後、圧入設備の詳細確認のため、1カ月半をかけ、以下の調査を実施した。・物理検層(音波、比抵抗、中性子、ガンマ線)・セメントボンド検層・ボアホール・テレビュア検層・弾性波トモグラフィー(MS-3)・圧入設備の詳細点検整備、試運転・観察・計測結果の見直し その結果、坑井、貯留層および圧入設備が、地震後も健全な状況であることが確認できたため、2004年12月6日に二酸化炭素の圧入を再開した。 中越地震の影響で圧入実証試験は中断し、当初の予定より1カ月半のスケせん断係数、密度の関数で表され、二酸化炭素が地中内の流体と置換されることにより、体積弾性率、せん断係数が変化してP波速度が減少する。CO2-2坑における中性子孔隙率より求めたCO2飽和率と実測P波速度の関係を対比すると、Gassmann理論計算値とよく一致することが判明し(図15)、物理検層(P波速度等)の結果をもとに、二酸化炭素の到達の判定とともにCO2飽和度等の変化の推定が可能となった。④微動観測 二酸化炭素圧入期間中における地盤の微動発生状況を観測するため、岩野原基地内地上に設置した地震計1カ所、および観測井CO2-2坑内のハイドロフォン*81カ所の計2カ所において微動観測を実施した。 ノイズや、震源が特定できる地震を除去した後の記録数と、二酸化炭素圧理論計算値0.20.40.30.8CO2飽和率(fraction)0.50.60.70.91.01.50.00.13.02.52.0P波速度(km/sec)図15CO2飽和度に対するP波速度の実測値(点)と計算値(曲線)「二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ?石油・天然ガス上流技術への期待?P波速度比抵抗値中性子孔隙率*8:超音波用の水中マイクロフォン*9:数値がわかっている過去のデータにシミュレーションを適用して、数値を満足させるように変数を調整する手法(名古屋大学大学院環境学研究科ホームページ)。*10:気象庁の震度階級を示す。*11:gal(記号:Gal)はCGS単位系における加速度の単位で、1Gal=0.01m/s2。65石油・天然ガスレビューWュールの遅れが生じた。しかし、その中断時の貯留層および圧入設備の安全確認と詳細検討の実施により、結果的に二酸化炭素圧入試験設備の「耐震健全性を検証する試験場」となった。(9) 圧入終了後の展開 圧入終了後は、圧入による圧力勾配がない状態でのモニタリングを継続し、二酸化炭素の挙動観測を続けている。 圧入終了後、地中内圧力は圧入前の状態に確実に戻り、また、その後の物理検層および弾性波トモグラフィーにより、その挙動の変化や移動等の状態観測の結果、圧入終了後はほとんど動きがないことが判明した。 また2005年12月には、CO2-2坑から実際の地層水を採取し、地中での状況把握のための貴重なデータを入手することができ、モニタリングおよびシミュレーション結果の検証を実施した。さらに実証試験エリアでの3次元アナリシス地震探査等の結果を利用して、さらなるシミュレーション技術の高精度化をめざした各種の検討分析が進められようとしている。 長岡での実証試験とモニタリングの結果は、二酸化炭素の地中挙動の解明とシミュレーション予測技術、さらに地化学的アプローチへの展開等、地中貯留の安全性の検証に大きく貢献できるものと考えている。Gaseous CO2= 62.9 % Gaseous CO2= 62.9 % of total injected of total injected (圧入終了時)Gaseous CO2= 50.9 % Gaseous CO2= 50.9 % of total injected of total injected (圧入完了1,000年後)CO2in Solution = 16.9 % CO2in Solution = 16.9 % of total injected of total injected (圧入終了時),CO2in Solution = 22.7 % CO2in Solution = 22.7 % of total injected of total injected (圧入完了1,000年後)シミュレーション・スタディ図16CO2飽和率(fraction)の分布図17溶解CO2(sm3 CO2/m3 rock)の分布ヒステリシスあり(Sgrmax=0.33)5. わが国の二酸化炭素地中貯留ポテンシャルについて 国内での二酸化炭素地中貯留事業を教授を中心に1993年にまとめられた考える場合に、地中挙動把握とともに、「二酸化炭素地中処分技術調査」の中貯留可能な貯留層ポテンシャルがどれで、国内における二酸化炭素地中貯留だけ国内に存在するのかを把握するこ可能量の試算を行っている。当時、世とは、重要な課題である。界的に見てもこの種の貯留ポテンシャ 国内における将来の二酸化炭素地中ル量を算定するという試みはほとんど貯留の実現に向けて、国内の二酸化炭例がなく、定量的算定という面で極め素貯留可能量の見直しが、実証試験とて先駆的な調査であったといえる。平行して行われた。 この調査研究の中では、海域および 「IPCC特別報告書」においても、そ陸域を四つの分類に分けている。の評価手法、算定法、および有効な地・カテゴリー1:油ガス田の油ガス層お質データの不足から、世界における帯水層貯留ポテンシャルについては明確な貯留可能量の算定を避け、大きな幅をもった表現に留めている(Lower Estimate: 1,000Gt-CO2?Upper Estimate: Uncertain but Probably 10,000Gt-CO2と報告されている)。 一方わが国では、田中彰一東大名誉よび帯水層で既発見の大規模なもの・カテゴリー2:背斜構造をもつ帯水層・カテゴリー3:陸域で確認された堆積盆地内での背斜構造を伴わない帯水層・カテゴリー4:海域に発達する堆積盆地内の背斜構造を伴わない帯水層 地層水溶解については、掃攻率*1250%で80%溶解、20%高密度流体で貯留される条件として、国内の二酸化炭素地中貯留ポテンシャル量としては、約900億t-CO2と算定した。 その後の各種地質調査のデータ集積や長岡での実証試験の知見から、2005年には、全国の二酸化炭素貯留可能量の見直しが行われた。 算定においては、前回での4カテゴリー分類に変わり、そのトラップ構造上の特徴から、 A、 Bの二つに分類した。・カテゴリーA:シール層が期待され、かつクロージャーが想定される貯留層(構造的トラップが期待される貯留層)・カテゴリーB:連続的なシール層が期待される貯留層(残留ガストラップが期待できる貯留層) さらに地質データの量、質に応じて1?3段階に分類した。帯水層の分類、特徴は表5に示す。*12:油層からの原油の採収率を向上させるために液体を圧入する2、3次回収において、油層の総孔隙容積に対する、圧入流体の接触した部分の容積比率(「石油・天然ガス用語辞典」より抜粋)。2006.7 Vol.40 No.466u二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ?石油・天然ガス上流技術への期待?表5帯水層カテゴリー分類坑井地質データ油・ガス田 坑井・震探データが豊富基礎試錘基礎試錘貯留タイプ坑井・震探データあり坑井なし、震探データありカテゴリーAA1(旧1)A2(旧2)A3(旧4の一部)Physical Trapping ・トラップメカニズム検証済(長岡)カテゴリーBシール層B1(旧3)B2(旧4)貯留層Physical/Residual Trapping ・トラップメカニズム検証中貯留ポテンシャル貯留概念図中坑井シール層貯留層大坑井シール層シール層貯留層貯留層内陸盆地ならびに内湾(瀬戸内海、大阪湾、伊勢湾など)は対象とせず評価精度高高~中貯留量中~小中~小中大・貯留期間1,000年を想定 ・対象は層状分布する砕屑性堆積物・ データ量、質により不確定性損じ(貯留層性状、シール能力、CO2移動、断層)・地下800m以深かつ4,000m以浅 ・水深区分(200m、500m、1,000m) ・断層の取り扱い(遮蔽/通路)国周辺には二酸化炭素地中貯留事業を行う上での十分な貯留ポテンシャル量が存在していることがわかってきた。 上述の貯留ポテンシャル量の分布は、使用したデータ(内陸盆地および内湾は対象外)から図20に示すように、日本列島の周辺部に分布する堆積盆を算定した。二酸化炭素地中貯留の実現に向けては、二酸化炭素の輸送距離がコストに大きく影響することから、上記で対象外であった内陸盆地や内湾等の二酸化炭素の大量排出源近傍での貯留可能量の算定が必要となる。 大量排出源近傍エリア(図21)での貯留量算定については、大量排出源集中地域でかつ十分な堆積層が期待でA1 3,492百万トンA25,202百万トンA1A2A3B1B2A321,393百万トン21,393百万トン合 計146,096百万トンA:30,087百万トンB:116,009百万トンB127,532百万トン27,532百万トンB288,477百万トン88,477百万トンCO2飽和率50%出所:RITE WEBサイト 国際WS資料図19国内の二酸化炭素地中貯留ポテンシャル量 貯留可能量の算出は以下の式を用いて試算した。貯留可能量 = Sf×A×h×φ×Sg/BgCO2×ρSf:貯留率 50%(カテゴリーA)25%(カテゴリーB)A:対象面積h:有効層厚〔層厚h0×砂泥比率(砂)〕φ:孔隙率Sg:超臨界飽和率0.5BgCO2:CO2容積係数0.003ρ:CO2密度 0.001976(t/m3) 今回の試算では、長岡圧入実証試験での知見を反映し、圧入した二酸化炭素はその30%が溶解、70%は超臨界状シール層シール層坑井貯留層貯留層態*13で貯留されると仮定した(1993年と今回との算定条件の違いを図18に示す)。 これらの算定基準により、二酸化炭素地中貯留可能量は、構造性トラップが期待できるカテゴリーA(A1?A3)だけでも約300億t-CO2(合計1,460億t-CO2)と算出された(図19)。特に北海道エリア、新潟エリアおよび常磐沖等に、有望な貯留層の存在が確認された。 算定にあたっては、いくつかの前提を置いているが、それを加味しても、わが地層水超臨界CO2CO2が溶解した地層水貯留率  %貯留率  %25252005年カテゴリーA2005年カテゴリーB圧入したCO2の30%が溶解、70%が臨界超臨界CO2:超臨界CO2飽和率0%超臨界CO2:超臨界CO2飽和率20%溶解CO2:孔隙を満たす地層水量にCO2溶解度を乗じる溶解CO2:超臨界CO2を除いた孔隙を満たす地層水量にCO2溶解度を乗じる1993年旧カテゴリー3&41993年旧カテゴリー1&2貯留率  %50図18貯留可能量算定の条件の違い(1993年対2005年)*13:超臨界状態、または超臨界流体とは、臨界点以上の温度・圧力下においた物質の状態のこと。気体の拡散性と、液体の溶解性を持つ(ウィキペディアより抜粋)。67石油・天然ガスレビューォる堆積岩分布地域の条件で、東京湾、伊勢湾、大阪湾、北部九州の4地域を対象とし、既存地質データの活用により貯留可能量の試算を試みた。 この4地域では、図22で示すように、明確な背斜構造はないが、連続的に期待できるシール層と、800m以深での貯留層の存在がわかってきた。 なお、利用できるデータが限られているため、各地域の詳細検討は避け、地中貯留の全体としての「器の評価」にとどめたが、この4地域だけでも、さらに残留ガストラップが期待される相当量の貯留可能貯留層の存在が確認できた。 これは、二酸化炭素大量排出源地域アナリシスに近い、大規模で有望な貯留層になりうる可能性(貯留ポテンシャル)があり、今後の地中挙動のさらなる技術進展(残留ガストラップ(Residual Trapping)の地中挙動研究の推移)とともに、この調査の意味合いは大きい。 今後はさらに、この地域の詳細のデータ取得によるより正確な検討、地域的地質の特徴把握、特に「断層等」を考慮した詳細検討が期待されている。Formation Thickness (>800m)Water Depth (<1,000m)Thermal Power StationCement FactoryFe?neryIronworkTokyoLarge-Sale CO2 Emission Zone(1)大阪湾800m(3)北部九州800m(2)伊勢湾800m遮蔽層貯留層(4)東京湾800m出所:RITE WEBサイト 国際WS資料出所:RITE WEBサイト 国際WS資料出所:RITE WEBサイト 国際WS資料図20全国の貯留可能な堆積盆図21二酸化炭素大規模排出エリア図224地域の地層概要図6. わが国における二酸化炭素地中貯留の実用化イメージの策定 国内において二酸化炭素地中貯留を現実化していくためには、大量排出源からの二酸化炭素分離・回収から輸送、さらに圧入・貯留、監視まで、実際どのような実用化イメージになるのであろうか? その全体イメージを策定するため、油・ガス田等で地下の地質データが比較的そろい、構造的トラップが確認されているⅡ地域(北海道エリアおよび新潟エリア)の4地点を検討対象のモデル地域と想定し、二酸化炭素の分離・回収、輸送、圧入、貯留、モニタリングの内容での具体的なイメージ策定のため、実際のエンジニアリングスタディを通して、実用化までの技術的問題点の抽出とコストを算定した。 排出源としては、発電所(石炭火力、LNG火力)、製鉄所、製紙工場、製油所を対象として、それぞれの設備特徴に応じた二酸化炭素分離・回収の最適プロセスを選定し、実用規模「年100万トン」、実証規模「年10万トン」での検討を実施した。 また輸送に関しては、陸上のパイプラインを想定し、貯留層近傍での圧入ポイントから陸域では「垂直+水平坑井」、海域では大偏距掘削井での可能性の検討し、二酸化炭素地中貯留の全体システムの概要を検討した。 これらの検討から、国内における「二酸化炭素地中貯留」事業を実現するため、その技術的問題点の抽出とコスト算定を詳細に実施した。 全体システムの設備概要のイメージは図23に示す。今回の検討内容は以下の通りである。①分離回収設備の最適化検討 各対象設備に最も効率的に二酸化炭素を分離・回収できる方法と、最適で燃焼排ガス CO 2濃度:3? 14 %<分離・回収>オフガス (煙突にリターン)液化設備CO 2<輸 送> <圧 入> 貯槽設備圧入井 船舶輸送火力発電所 CO 2 回収装置 貯槽設備 オフガス (製鉄プロセスにリターン)(製鉄プロセスにリターン)圧縮機 CO 2 製鉄所 BFG (高炉ガス) CO 2 濃度:22% CO2回収装置 パイプライン輸送 ポンプ &気化器 圧縮機 圧入井 図23二酸化炭素地中貯留の全体設備イメージ2006.7 Vol.40 No.468u二酸化炭素地中貯留」事業の実現に向けて ?石油・天然ガス上流技術への期待?現実的な分離・回収設備プロセスの選定、および全体システムの最適設備のエンジニアリングを実施した。②モデル地点における詳細貯留層検討 モデル地点の地質データを詳細検討し、現状レベルでの二酸化炭素地中貯留量の確認と、その監視モニタリング手法について検討した(図24参照)。③大偏距掘削法の可能性の検討 想定モデル地点(海域)での計画坑井は、大偏距掘削法の技術が必要となるので、モデル地点における大偏距掘削の可能性を詳細検討した(図25)。 計画される地点での大偏距掘削は国内での実績の標準技術領域を超えるが、海外の実績に基づく詳細エンジニアリングスタディにより、対応可能な範囲であることがわかった(図26参照)。また、想定地点の地質データ解析により、圧入井あたりの最大圧入可能量の検討も行った。 これらのエンジニアリングによる詳細検討の結果、想定された地域での二酸化炭素地中貯留の可能性は、解決すべき技術的問題点は多少あるが、今後のボーリング調査等の現地地質調査、各種技術的な詳細検討、および実証試験を実施することにより、技術的には充分に克服できる範囲であることが判明した。X想定地点のCO2坑井国内での実績8,0009,000DEP/TVD=2DEP/TVD=2VVDDP/TP/T実実DD績績EE績EERRDD削実掘海海外外ででのの国内での4,50001,0002,0003,0004,0005,0006,0007,000水平深度(偏距(DEP))(m)==11計画で要求される技術水準は国内実績・標準技術領域を超える→海外での実績に基づく  詳細エンジニアリングスタディDEP/TVD=4DEP/TVD=4DERDの検討ERDの検討CAB05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,000垂直深度(TVD)(m)想定地点のCO2坑井はERD技術が必要となる掘削ターゲット掘削ターゲットERD=偏距÷垂直深度>2KOPERD井掘削ターゲット掘削ターゲット偏距(DEP)垂直深度(TVD)傾斜井KOP垂直深度(TVD)CO2貯留可能エリア構造トラップ構造トラップ(2,600万トン貯留)(2,600万トン貯留)+α 5,000万(深部)+α 5,000万(深部) 10万トン/年ケース100万トン/年ケースERDスタディによる詳細検討排出源X排出源Y排出源Z4D震探モニタリング4D震探モニタリング想定エリア想定エリア 8km8km((( ..33(圧入井)(圧入井)図24モデル地点での貯留層検討図25ERDの概要図26国内の大偏距坑井とCO2圧入坑井計画め、漏洩シナリオによるモニタリング予測管理技術とその評価基準の確立が必要であり、地中での二酸化炭素挙動の明確な把握とモニタリング技術のさらなる開発・改良が不可欠である。 これらは石油・天然ガスの資源開発で長年培ってきた各種技術、操業ノウハウ、およびその総合力が応用できるため、国内での「二酸化炭素地中貯留」事業の早期実現に向けては、今後とも石油・天然ガス開発の上流分野への大きな期待がかけられている。7. 今後の展望 今回の長岡での実証試験の実施とそれに伴う技術的検証により、二酸化炭素の地下での挙動把握、予測手法の開発などの二酸化炭素地中貯留技術を、大きく進展させることができた。 これら実証試験での検証と研究成果については、世界からも極めて高い評価を獲得し、本年2月に東京で開催されたRITE主催の「国際ワークショップ(世界の動向と長岡プロジェクト)」でも、国内外から多くの反響を得た。その意味ではin-situでの「実証試験」を伴う研究開発の重要性を痛切に感じさせられた。 二酸化炭素地中貯留技術は、温暖化対策としては即効性のある貴重な技術であるが、その技術開発においてはやはり一歩ずつ着実に実績を積み重ねていく必要がある。 今後の技術開発としては、①二酸化炭素排出源と貯留層との地理的マッチングを得た具体的貯留層SITE(地点)の選定②貯留層SITEの諸条件の詳細検討と貯留可能量の詳細評価③地中挙動把握のためのモニタリング手法の確立とその評価基準の策定④漏洩シナリオの明確化とその監視モニタリング手法の確立⑤実用化のためのさらなるコスト削減など、今後とも引き続き取り組んでいくべき課題も多く、これらの課題を解決していくためには「より大規模な実証試験」での検証が必要であろう。 二酸化炭素地中貯留というのは、大気に拡散した二酸化炭素を地中に戻す試みで、温室効果ガスの大気放散を遅らせるのが主たる目的である。この事業が社会から公正に認知されるためには、事業全体のイメージ策定と課題の明確化とともに、長期間でのリーク許容値の社会的コンセンサス獲得のた69石油・天然ガスレビューAナリシス8. おわりに 本稿では、財団法人エンジニアリング振興協会(ENAA)がRITEの分室として、その実務面を担当してきた技術開発の内容および成果について紹介してきた。このほかRITEでは、二酸化炭素地中貯留に関し、社会的受容性獲得手法の検討、法的検討および地中貯留有効性評価などの総合評価や、基礎実験、地中挙動高精度化技術開発等の安全性評価手法の確立に向けての多くの研究開発が鋭意進められている。なお、ここで紹介した内容の詳細については「RITE研究開発報告書」をぜひ参考にしていただきたい。 最後に、この研究活動を進めるにおいて、経済産業省のRITE補助金事業の中でプロジェクト全体の技術指導を担われている田中彰一東大名誉教授をはじめ多くの方々のご指導と各方面の方々のご尽力、ご協力をいただいたことにあらためて感謝の意を表したい。 また、我々をパートナーとして受け入れ、多くのサポートをいただいているRITEに感謝申し上げる次第である。 今後は、現在進めている研究技術開発をさらに推し進め、この事業を早期に実用化し、実績を上げることによりわが国の地球環境改善への貢献、温暖化対策の前進に大きく寄与したいと考えている。参考文献1. NEDO/RITE「二酸化炭素地中貯留技術研究開発成果報書」(2001?2002)2. RITE「二酸化炭素地中貯留技術研究開発成果報告書」(2003?2005)3. RITE「二酸化炭素地中貯留」国際ワークショップProceedings(2006年2月20日?21日)4. “IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (Final Draft)”10 Oct. 20055. RITE WEBサイト6. ENAA「二酸化炭素地中貯留シナリオ企画書」(2004年6月)7. ENAA「CO2地中処分技術調査研究」報告書(1993?1996年度)著者紹介大関 真一(おおぜき しんいち)嘉納 康二(かのう こうじ)[学歴]昭和48年3月 東北大学大学院工学研究科金属材料工学修士修了[学歴]昭和53年3月 東京大学大学院工学研究科土木工学修士修了[現職]日本鉱業協会 専務理事[現職](財)エンジニアリング振興協会 石油開発環境安全センター総務・企画部長[職歴]昭和48年4月 通商産業省入省(現・経済産業省)資源エネルギー庁石油部開発課課長補佐、同庁総務課課長補佐、石油公団計画第一部調査役等を経て平成5年6月 環境立地局鉱山課長平成6年6月 NEDOクリーンコール・テクノロジー・センター所長平成8年6月 工業技術院総括研究開発官(産業科学技術担当)平成9年6月 北海道鉱山保安監督部長平成10年2月 日本貿易振興会ウィーン・センター所長平成12年12月 通商産業省を退官平成13年1月 (財)エンジニアリング振興協会常務理事平成18年6月 日本鉱業協会専務理事[職歴]昭和53年4月 新日本製鐵株式会社 入社国内外の石油・ガス開発を含むエネルギー関連のEPCプロジェクトに従事昭和63年6月 STANFORD大学Engineering-Management学科修士修了平成8年12月 新日鉄㈱ エンジニアリング事業本部 エネルギー設計・技術室長平成12年4月 同 上  エネルギープロジェクト営業部 部長平成14年4月 同 上  エネルギープラントプロジェクト部長平成16年4月 (財)エンジニアリング振興協会に出向、現在に至る[趣味]美味しいワインを飲むこと、愛犬との散歩、一人旅(最近は沖縄がメイン)[趣味]ぶらり街かど探索、温泉めぐり、家族旅行2006.7 Vol.40 No.470
地域1 グローバル
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2006/07/20 [ 2006年07月号 ] 大関 真一 嘉納 康二
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