成果報告書詳細
管理番号20110000001021
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業「CO2地中貯留に係る新規地化学サンプラー技術に関わる探索研究」
公開日2011/7/2
報告書年度2009 - 2009
委託先名国立大学法人京都大学 三菱マテリアルテクノ株式会社
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約 本報告書は、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)からの委託により、三菱マテリアル株式会社と京都大学が共同で実施した、エコイノベーション推進事業「CO2地中貯留に係る新規地化学サンプラー技術に関わる探索研究」の成果をまとめたものである。
 洞爺湖サミットでの首脳宣言において、G8エネルギー大臣会合の議長声明の内容が支持され、これを受けてとりまとめられた「低炭素社会づくり行動計画」の中では、日本としては「2009年度以降早期に大規模実証に着手し、2020年までの実用化を目指す」旨明記された。CO2削減方法の1つに、CO2地中貯留技術(CCS; Carbon Capture and Stroage)があり、我が国でも新潟県長岡で試験的にCO2が注入された。CO2地中貯留技術の実用化のためには、その安全性評価を充分に行う必要があり、地下へ圧入されたCO2の挙動を的確にモニタリングする技術が重要となる。 地下へ圧入されたCO2のモニタリング技術は、現在までのところ、物理的手法が主体であり、地表あるいは孔井内のセンサーを用いて観測し、CO2が地層内をどのようにして移動しているかを検討している。これに対し、化学的手法は、CO2を含む地下水の採取・分析が必須となるため、現地での実施例は限定され、室内での岩石とCO2水との反応試験や、その結果をもとにした化学反応シミュレーションによる評価が一般的である。しかしこの手法は、大まかな反応を予測することはできても、現地での複雑な条件を考慮することは困難である。例えば、CO2が水に溶解して岩石と反応すると炭酸塩鉱物(方解石;CaCO3など)となって安定的に固定される。この反応が促進されれば、地表へのCO2の漏洩はなくなることから、安全性評価には重要である。このことから、CO2を含む地下水を採取・分析し、地下で起こっている化学反応(炭酸塩鉱物沈殿)を原位置で把握する新規地化学サンプラー及びその解析技術の開発が必要である。 本研究では、様々なCO2地中貯留法(帯水層貯留、高温下での貯留(ジオリアクター)など)に対応した地化学モニタリング手法を詳細に検討し、既存技術のレビューとその技術的課題を抽出した。次に、地中貯留時のCO2の挙動解析や安全性評価に必要な採取・分析・解析手法に関わる提案を行った。特に、地下深部での流体の採取と、その場で発生しているCO2-岩石反応をモニターするための新規地化学サンプラーの設計を行った。
英文要約Title: Research project for ECO-INOVATION. A study on a new simotaneous monitoring tools for geochemical examination for geological sequestration of CO2 (FY2009) Final report.
The research targets are (1) Review and extract the technical problems for geochemical monitoring methods in carbon sequestration and geothermal exploration and operation systems, (2) Design of a new simotaneous monitoring tools for fluid isotopic and chemical compositions by sampling without degassing at a certain depth (High T,P) and for mineral precipitation behavior (deposition rates), and (3) Proposal new projects for geochemical examinations for monitoring of CO2 behaviors during carbon sequestration into aquifer and into hydrothermal systems. During CO2 sequestration into underground aquifer, some of injected supercritical CO2 is dissolved into ground water, but most part of CO2 remains in the aquifer. The CO2 saturated water interacts with surrounding rocks and a part of CO2 is captured as minerals, which is stable in the aquifer. However, the amounts of minerals are not so much at the aquifer temperature (40-80 °C) due to low reaction rates. If carbonated water is injected into geothermal reservoir (>100 °C), we can expect that a large amount of CO2 can be fixed as carbonate minerals by interaction with reservoir rocks. Our group have been performed field experiments of CO2 sequestration into the Ogachi hot dry rock site (HDR; the temperature is 200 °C at 950m depth) for several years to investigate mineralization of a part of CO2 as carbonates by interaction with rocks (Georeactor). During the field experiments, dissolution or precipitation rates of calcite were determined by using a technique (Crystal Sonde) of “in site analyses”. Calcite crystals covered with Au film is hold in a crystal cell and set in the crystal sonde. The crystal sonde is then put into well and water samples at the certain depth are introduced into the sonde. After few hours, the sonde is recovered and the calcite crystal is observed by our newly developed phase shift interferometer to analyze the dissolution or precipitation rates of calcite from the well fluids. The “in situ analyses” show that calcite precipitation was observed within a short period after the injection. These data with the laboratory experiments and geochemical simulation results show a part of CO2 injected above 150 °C can be fixed as carbonate within a week and the saturation degree with respect to carbonate increases with decreasing CO2 content. Through the field experiments at Ogachi, we recognize several technical problems for both fluid sampling and observation of mineral precipitation. In this report, we review them and propose the improved methods by designing a new sampler which can collect fluid samples at a certain depth under high pressure and temperature without CO2 degassing and also simotaneoualy monitor mineral~CO2-water reaction rates (dissolution and precipitation). This new tool can be applied to many industrial fields as their monitoring method such as geothermal exploration, groundwater movement and so on as well as CO2 sequestration.
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