【研究分野】環境技術・環境負荷低減

【研究領域課題番号】25281036 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

二酸化炭素 / 地下貯留 / トラップメカニズム / 溶解 / 対流 / 物質輸送 / 空隙スケール / X線CT / マイクロトモグラフィ / 比表面積 / 地球温暖化ガス排出削減 / エネルギー一般 / 環境技術 / 流体工学 / 多孔質 / 混相流 / 界面不安定性

【研究成果の概要】

二酸化炭素地下貯留における最大の懸念は浮力に伴う漏洩である．本研究では，多孔質内部の空隙スケール計測に基づいて漏洩を阻害するトラップメカニズムの解明を行った．キャピラリートラップ飽和率は初期ガス飽和率に強く依存するため，初期ガス飽和率を決定する界面張力，粘性，浮力の影響をモデル化し，トラップ量推定を可能にした．次に，溶解トラップに移行する上で支配的な現象となる自然対流現象のモデル化を行うとともに，分散現象（多孔質の複雑性に伴う見かけの拡散現象）が対流開始時間に強く影響していることを見出した．また，溶解に関する物質輸送現象を対象として，デジタルロック技術の開発を行った．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】環境技術・環境材料

【研究領域課題番号】18510069 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

地下貯留 / トラップメカニズム / 残留ガス / X線CT / 格子ボルツマン法 / CO2 / 二酸化炭素排出削減 / 地球温暖化 / 環境技術 / 残留ガストラップ / 貯留量

【研究成果の概要】

漏洩リスクの無い安定的な貯留メカニズムである残留ガストラップと溶解トラップに注目し、これらのメカニズムによる貯留量の定量的な計測を行い、貯留量を実験的に明らかにするともに、格子ボルツマン法を用いた数値シミュレーションを通じて、貯留メカニズムの解明を行った。典型的な岩石としてベレア砂岩、多胡砂岩を対象として、残留ガス飽和度の計測を行った。ガスの残留量を計測する手法として、等温膨張を用いる手法を提案するとともに、この方法により、高精度で残留ガス量を計測できることを明らかにした。計測の結果、実験条件によらずベレア砂岩の場合、25-30%の二酸化炭素が界面張力によりトラップされることが明らかとなった。これらの実験結果に基づいて日本の残留および溶解トラップによる二酸化炭素地下貯留量を推定したところ、716.7億トンの貯留ポテンシャルが存在することが明らかとなった。キャップロックによる物理トラップと併せて、1018億トンの貯留ポテンシャルが存在し、これは日本の二酸化炭素排出量の約76年分に相当する。一方、ミクロなレベルからトラップメカニズムを解明するために、格子ボルツマン法による数値シミュレーションを試みた。本年度の成果として、地下1000mに対応する水と二酸化炭素の粘性、密度、界面張力を考慮した数値解析に成功し、残留ガストラップ状態を再現することに成功した。このように、残留ガストラップと溶解トラップを用いることにより、漏洩リスクの無い日本に適した二酸化炭素貯留が可能であることが示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】4,060千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 360千円)