(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石灰岩或は苦灰岩が存在するが、帯水層が存在しないか又は帯水層が存在しても二酸化炭素との反応に必要となる水量が存在しない地下であり、１００ｍ以深１０００ｍ以浅の地下に、加圧ガスあるいは液化あるいは超臨界状態の二酸化炭素とその２．５倍以上１００倍以下の質量の、淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、予め混合して供給し、二酸化炭素と水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩とを反応させることにより、二酸化炭素が水中に炭酸水素イオンとして、あるいは、炭酸水素イオンに加えて溶存二酸化炭素及び／又は炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【請求項２】
前記二酸化炭素と前記淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、別々に注入し、その後十分に混合することを特徴とする請求項１記載の二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地球温暖化抑止のための二酸化炭素貯留・隔離技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化抑止のために必要とされる技術として、燃料等を用いることによる生成する二酸化炭素を分離後、貯留・隔離する技術が必要とされ、その技術を完成させることが注目を浴びている。
種々の方法が検討されているが、現在では自然環境への影響を配慮して、二酸化炭素の地中への直接貯留する地下貯留法、地中の帯水層或いは海洋に隔離、溶解する方法等がある（非特許文献１）。
前者の地中に二酸化炭素を貯留・隔離する方法については知られており（特許文献１、２）、また、地下に貯えた炭酸ガスが地中を通り抜け大気中に再放出されることがあり得ることが指摘されている（特許文献３、４）。
後者の方法では、水など媒体に二酸化炭素を含有させた場合には、多くの二酸化炭素は液相内に全炭酸（溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオン）として存在させることを利用する方法（特許文献５、６）や石灰岩や苦灰岩のような炭酸塩鉱物を二酸化炭素により溶解させることを利用する方法がある。この方法には工場などから排出される二酸化炭素を石灰岩の砕石とともにプラント内で海水に溶解させ、海洋に放出する方法が従来から知られている。
これらの方法は二酸化炭素を中和した状態で貯留・隔離しているところから、中和隔離法とも呼ばれている。これらの中には、二酸化炭素を石灰岩と反応させて海水に溶解させた処理後に、浅海に放出することも行なわれる。生物作用等に基づく石灰化により炭酸ガスが大気中に再放出される二酸化炭素が再び分離され、貯留に問題が生ずる可能性が指摘されている。
【０００３】
現状では、前記いずれの方法によったのでは、問題点を解決しておらず、テストや検討段階を超えて、実現する段階には至っていない。
これらの問題点として、全体に言えることは、貯留後に、炭酸ガスが再放出してしまうことを防止することを解決していないことによるものである。例えば、水などの媒体に取り込まれている状態の炭酸ガスを再放出しないことを解決することが必要とされていることを意味している。
この問題点を解決することは環境問題を解決し、産業を継続して展開するうえで喫緊の課題であり、本発明者らはこの問題点を解決し、前記の方法の実現を目指して具体的な方法を発明することとした。
【０００４】
前記の問題点をより明確に理解するために、実際のサイトの点から見た状態を検討してみることとする。
前記の方法を実際に適用する場合には、以下のサイトが考えられる。
現在候補地として挙げられているサイトは図１に示され、サンゴ礁地下の石灰岩層ａ、海域地中石灰岩・苦灰岩層ｂ、又は陸域地中石灰岩・苦灰岩層ｃであり、いずれも帯水層として十分な水が存在する層がある。陸域地中石灰岩・苦灰岩層であり、水が存在しない層（油田・ガス田）ｄ及び陸域地中石灰岩・苦灰岩層であり、水が十分に存在しない層ｅがある。
【０００５】
油田・ガス田等に二酸化炭素を直接貯留する場合には、地下に気密性のキャップロック地層が存在し、高圧の二酸化炭素を直接投入してもキャップロックが障壁になって、二酸化炭素が漏出する恐れはほとんどないとも言われている。キャップロックといった気密性地層が存在する立地は限られている。又、キャップロックが存在していても、地震がおきた場合や、又二酸化炭素による地下でのキャップロックの溶解が促進される結果、キャップロック層に亀裂の発生やキャップロックの侵食が起こることも考えられ、キャップロック層の気密性が損なわれる恐れはある。
いずれにしても、地下空間や地層を利用する場合には、できるだけ多くの二酸化炭素を詰め込むことが必然であり、液体での貯蔵が可能となる、液化された二酸化炭素又は超臨界の状態で導入することが有効であるということができる。又、この様な場所は１０００メートル以上の深さの場合となることが想定される。
【０００６】
一方、キャップロックが存在しない地層の候補地も知られている。この地層に二酸化炭素を直接貯留すると、存在する地層の割れ目より貯留してきた二酸化炭素が割れ目を通って噴出することは過去の経験もあり、注意を図る必要がある。キャップロックのない地層に二酸化炭素を貯蔵する際には、固定された後に気体状の二酸化炭素が発生しにくい方法を選択することが必要となる。この場合に、帯水層に相当する水を海水などの水で満たされたサンゴ礁や石灰岩からなる地層に二酸化炭素を注入する場合には、注入された二酸化炭素の圧力より貯留地点の水圧が低いという条件下では炭酸ガスが漏出する危険性は高くなる。
【０００７】
中和隔離法を利用するにあたっては、二酸化炭素を石灰岩と反応させて後に、海水に溶解させる状態となると、微生物の作用による再石灰化が起こり、炭酸ガスが大気中に再放出することは現状では不可避的である。又、二酸化炭素と石灰岩の反応が促進されないと二酸化炭素を効果的に隔離することができない結果となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平０６−７１１６１号号公報
【特許文献２】特開２０００−６１２９３号公報
【特許文献３】特開２００７−４６３３９号公報
【特許文献４】特開２００４−３０９１４３号公報
【特許文献５】特開平０４−８３５２８号公報
【特許文献６】特開２００４−２０２３８６号公報
【非特許文献１】IPCC Special Report on Carbon dioxide Captureand Storage(Cambridge Univ.Pres,2005)
【非特許文献２】Rau and Caldeira:Enhanced carbonatedissolution:a means of sequestering waste CO2 as oceanbicarbonate,Energy&Management 40,1803-1813(1999).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、貯留された二酸化炭素が地中を通り抜け大気中に再放出されることを防止し、又水媒体に二酸化炭素を含有させ、多くの二酸化炭素を液相内に全炭酸（溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオン）として存在させ、二酸化炭素の分離、再放出を停止することができる、新規な二酸化炭素の貯留・隔離技術を確立する具体的な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは鋭意前記課題に取り組み以下のようにして課題を解決した。
（１）地下貯留法では単に液化炭酸ガスの状態として貯留・隔離することを採用することは、キャップロック層が存在する場合であっても、むずかしい部分が残る。この場合には帯水層が存在すれば、存在する水に液化炭酸ガスを溶け込ました状態で貯留・隔離すること、又、帯水層に存在する水が貯留・隔離するために十分でない場合には水を補充し、又帯水層が存在しない場合には新に水を供給するようにして、水が存在する系にとして、二酸化炭素を中和して隔離する方法によるのであれば、ことによると、有効であるということができる。この点から水が存在する系とした後に、二酸化炭素の再放出を防止することを研究することとした。
これらの場合に利用する系となる、水−二酸化炭素−石灰岩或は苦灰岩からなる系の状態（水圧、温度、各種成分の濃度）について研究し、処理しようとする実用的な時間の範囲内で、二酸化炭素と石灰岩或は苦灰岩を水の存在下に反応させることにより、炭酸ガスの再放出が少ない条件を設定できれば、その条件が、本発明の課題を解決するための手段であると言うことができる。図１では、地中に帯水層があり、十分な水がある場合、十分な水が無い場合、及び水が全くない場合を区別している。さらに、二酸化炭素を注入するにあっては、水（以下、水については、純粋な水、淡水、海水又はけん水などの一般に言われている水から選ばれたものを指す。これらを単に水と表現する場合もある。）を、注入前に予め混合して貯留・隔離する場合と、貯留・隔離する場所に二酸化炭素と水を別々に注入し、貯留・隔離する場所で混合させる場合を区別して考察を進めた。
（２）その結果、形成される水−二酸化炭素−石灰岩或は苦灰岩からなる系について、水圧、温度、各種成分の濃度について研究し、反応させて炭酸ガスの圧力を低下させる条件、即ち、二酸化炭素が前記系に取り込まれ、その後、二酸化炭素が遊離された状態で存在しない状態となる条件を求めた。この具体的な方法としては、以下の、三つの方法中のいずれかであるという結論に達して、課題を解決した。 
（イ）石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下であり、水圧１０気圧〜1００気圧の地下に、加圧ガス、液化或いは超臨界状態の二酸化炭素を注入し、二酸化炭素と地下に存在する、淡水、海水又はかん水から選ばれる水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩を反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。
（ロ）石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下であり、水圧１０気圧〜１００気圧の地下に、加圧ガス、液化或は超臨界状態の二酸化炭素とその２．５倍以上１００倍以下の質量の、淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、予め混合して供給し、二酸化炭素と水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩と反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。  
（ハ）前記二酸化炭素と前記淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、別々に注入し、その後十分に混合することを特徴とする（ロ）に記載の二酸化炭素の貯留・隔離方法。
（３）貯留する場所は図１で示せば、以下の層に適用される。（イ）の方法は、サンゴ礁地下の石灰岩層（ａ）、海域地中石灰岩・苦灰岩層（ｂ）、又は陸域地中石灰岩・苦灰岩層（ｃ）であり、いずれも帯水層として十分な水が存在する層に対して用いる。（ロ）及び（ハ）の方法は、陸域地中石灰岩・苦灰岩層であり、水が存在しない層（ｄ）（油田・ガス田）及び陸域地中石灰岩・苦灰岩層であり、水が十分に存在しない層（ｅ）に用いる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、二酸化炭素の地中貯留・隔離に際し、二酸化炭素を石灰岩あるいは苦灰岩に含まれる炭酸塩と水の存在下に反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化され、二酸化炭素を大気中に炭酸ガスとして再放出されることなく、貯留・隔離することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、二酸化炭素を地中に貯留・隔離する方法に関し、貯留・隔離する場所の条件に応じて、以下の三つの方法より何れか一つとして選択されるものである。
【００１３】
（１）石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下であり、水圧１０気圧〜1００気圧の地下に、加圧ガス、液化或いは超臨界状態の二酸化炭素を注入し、二酸化炭素と地下に存在する、淡水、海水又はかん水から選ばれる水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩を反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【００１４】
（２）石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下であり、水圧１０気圧〜１００気圧の地下に、加圧ガス、液化或は超臨界状態の二酸化炭素とその２．５倍以上１００倍以下の質量の、淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、予め混合して供給し、二酸化炭素と水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩と反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【００１５】
（３）前記二酸化炭素と前記淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、別々に注入し、その後十分に混合することを特徴とする（２）に記載の二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【００１６】
前記（１）の方法を用いることができる状態は以下の通りである。
石灰岩或いは苦灰岩等が存在する地中であり、帯水層には反応のための十分な水量が存在する場合である。石灰岩或いは苦灰岩等は貯留・隔離に際し、石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩が関与することができる状態にあることである。
前記（２）又は（３）の方法を用いることができる状態は以下の通りである。
石灰岩あるいは苦灰岩等が存在する地中であり、帯水層が存在しない場合、或いは帯水層が存在しても存在する水量では少ない場合である。この場合には不足する水量は補給することとなる。その補給する方法が具体的に示されている。石灰岩或いは苦灰岩等は貯留・隔離に際し、石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩が関与することができる状態にあることである。
【００１７】
以下に、二酸化炭素、水、及び石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩からなる組成物として二酸化炭素を固定する方法を説明する。
前記三つの方法で二酸化炭素を貯留・隔離する方法の「石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下」とは、二酸化炭素を貯留・隔離する場所を示している。
地層は「石灰岩或は苦灰岩等」からなる層、又はこれらの「石灰岩或は苦灰岩等」が存在する層であることが必要となる。又、石灰岩或は苦灰岩等に含まれる炭酸塩が、水及び二酸化炭素からなる組成物を形成する際の反応原料として利用することを意味している。
この反応は、石灰岩或は苦灰岩が、水及び二酸化炭素からなる組成物と接触し、石灰岩或は苦灰岩に含まれる炭酸塩が前記組成物中に取り込まれることにより進行する。
１０気圧〜1００気圧の水圧の地下」は、同じく「二酸化炭素を貯留・隔離する対象となる場所」を示している。この場所は、ほぼ、深度１００〜１０００ｍであることを意味している。この条件下に「水及び二酸化炭素のからなる組成物と接触し、石灰岩或は苦灰岩に含まれる炭酸塩が前記組成物中に取り込まれる」反応は進行し、この範囲の圧力の下に進行する環境にあることも意味している。そして、「１０気圧〜1００気圧の水圧の地下」の通常の温度を意味している。
「１０気圧〜1００気圧の水圧の地下」は、この二酸化炭素を貯留・隔離する対象となる場所は全体として大きな空間を形成していることが必要となる。
これらの空間にはメタンガスなどが存在しており、このメタンガスなどを取り出しつつ、二酸化炭素を貯留・隔離する十分な空間であることが好ましい。
地下に存在する水は、淡水、海水又はかん水などから選ばれるものであり、水は純粋な水であることは必要とされず、天然の状態で存在する水を意味する。
加圧ガス、液化或は超臨界状態の二酸化炭素に対して、その２.５倍以上１００倍以下の質量の水（淡水、海水又はかん水から選ばれるもの）を供給するに際し、帯水層が存在しない場合或いは存在しても反応に必要とする水が十分に存在しない場合に、反応に必要となる水量を特定しているものである。この場合には、いずれも水が存在しない場合を含む。
【００１８】
反応は、石灰岩或は苦灰岩に含まれる炭酸塩と二酸化炭素が水の存在下に反応して、多くが液相内に金属イオン及び全炭酸（溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオン）として存在している状態であり、二酸化炭素が液相内の全炭酸として金属イオンを含んだ状態で存在する結果、炭酸ガスの圧力が低下することとなり（反応が進行し、二酸化炭素は消費される結果、二酸化炭素は減少し、又逆反応が生起しないことにより、結果として、炭酸ガスの圧力が低下することを意味する。）、二酸化炭素の再放出の遅延又は防止が可能になる。
以下に二酸化炭素（ＣＯ2）と石灰岩（ＣａＣＯ3）と水（Ｈ2Ｏ）の化学反応式を示す。苦灰岩（ＣａＭｇ（ＣＯ3）2も同様である。）
（式）
ＣａＣＯ3  ＋  ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ  →  Ｃａ2+  ＋  ２ＨＣＯ3-
上式で、Ｃａ2+と２ＨＣＯ3-はカルシウムイオンと炭酸水素イオンが水に溶解していることを意味している。
前記非特許文献２記載の方法は、水の存在下に石灰岩或いは苦灰岩地層に二酸化炭素を注入することを記載していないから、本発明の方法で用いられる方法で用いられる化学式にしたがって、二酸化炭素により石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩が溶解され、水−二酸化炭素−石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩からなる組成物が生成することまでは示唆しない。
従来例（特許文献５）では、逆に、海水中のカルシウムイオンなどが液化炭酸ガスと海水の表面に炭酸カルシウムなどの殻を形成して炭酸ガスが海水に溶解することを防止することを利用することが提案されていることもある。本発明者らは、従来例である特許文献５のような反応は、地底に高濃度の炭酸ガス溶解水が注入されるような条件では生起しないことを、水一二酸化炭素一炭酸塩−金属イオン系で確認した。
【００１９】
水一二酸化炭素一石灰岩或いは苦灰岩系の状態（水圧、温度、各種成分の濃度）を解明して、実用的な時間で二酸化炭素と石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩を反応させて、かつ、炭酸ガスの再放出が少ない条件について検討する。
【実施例１】
【００２０】
図２は、高圧下の石灰岩層における二酸化炭素注入の条件を決定するための実験装置のフロー図である。
実験の目的：この装置を用いて、高圧下の石灰岩層における二酸化炭素固定量、および固定速度を定めるための具体的な条件を求める。
（１）実験及び装置概要：
（イ）試料について
用いた試料：Ｃａｌｃｉｔｅ（製品名、新見化学工業株式会社製，比重２.７ｇ／ｃｍ3）
Ｃａｌｃｉｔｅの性状：
粒径：        １０-1〜１０-2ｍｍφ
比表面積：    ８.１ｘ１０-4ｍ2／ｇ
溶解前重量：  １０１.７８３ｇ
見かけ体積：  ４９.１±９.８ｃｍ３
試料空隙率：  ２３％
（ロ）反応容器について
反応容器：    直径５０ｍｍ、深さ１１０ｍｍ
容器内試料厚：２５±１０ｍｍ
（ハ）実験操作
（ａ）液化炭酸ガスを製造するためのライン（ａ）
液化ＣＯ２ボンベ（１）より、液化状態のＣＯ2を冷却・恒温装置（３）を通して取り出して、液化ＣＯ2用ポンプ（２）を作動させて流量計（４）で流量を計測して、水、海水供給ラインに送り込む。
液化ＣＯ２用ポンプ（２）は１〜１００ｍｌ／ｍｉｎ．の能力を有している。
流量計（４）は、コリオリ式流量計であり、１〜３００ｇ／ｍｉｎ．の測定が可能である。
水、海水供給ラインには逆止弁（５）が設置されており、逆流を防止している。
フィルター（７）、逆止弁（５）、圧力計（８）を経て、液化ＣＯ2用ポンプ（２）により押し出され、リミッター付圧力計（１０）を経て、流量計は（４）を通り、逆止弁（５）を通り、水、海水供給ラインに送り込まれる。
ストップバルブ（１１）が途中に設置される。
（ｂ）水（海水又は純水）供給ライン（ｂ）
海水又は純水は供給だめ（図示せず）から、ポンプ（１１）（１〜２５ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲で可変のポンプである）を経て、海水又は純水供給ラインに供給される。ラインにはストップバルブ（１２）及び逆止弁（１３）が設けられている。
（ｃ）液化炭酸ガス及び水の耐圧容器への供給ライン（ｃ）
前記（ａ）の液化炭酸ガスと前記（ｂ）の海水又は純水を特定に割合で合流して、スタティックミキサー（１４）に供給され、反応器である耐圧容器（１５）に送りこまれる。
反応容器中には石灰岩（ＣａＣＯ３）が装填されており、前記液化炭酸ガスと前記水の均一混合物が供給される。そして、以下の反応が進行する。
（式）
ＣａＣＯ3  ＋  ＣＯ2  ＋  Ｈ２Ｏ  →  Ｃａ2+  ＋  ２ＨＣＯ3-
上式で、Ｃａ2+と２ＨＣＯ3-はカルシウムイオンと炭酸水素イオンが水に溶解していることを意味している。
耐圧容器には圧力計（１７）が取り付けられており、フィルター（１８）、ストップバルブ（１９）、安全弁（２０）が設けられている。
バイパスライン（ｄ）が取り付けられており、ガスの排出が可能となっている。
実験結果：
この装置を用いて、耐圧容器内に保持している石灰岩試料に対して、圧力を変えた条件下に液化炭酸ガスと海水の混合液を流した結果、石灰岩試料の時間当たりの溶解量は、炭酸ガスが１気圧のときに比べて、１０気圧、２０気圧、３０気圧では、それぞれ、石灰岩を４倍、６倍、９倍に溶解させることができた。
このことから、一般的に、液化炭酸ガスの圧力を増加させることにより、石灰岩を速やかに溶解することができることがわかる。しかしながら、その圧力に比例して増加するということではない。圧力が増加するに従い、溶解する石灰岩の含有量は飽和する傾向があることが判った。また、海水の代わりに純水を用いても石灰岩試料の時間当たりの溶解量に格別変わるところはなかった。
なお、本発明に関し、液化炭酸ガスは１０気圧〜1００気圧の水圧の地下で反応させることになる結果、溶解できる石灰岩を溶解する量はほぼ飽和量であるということができる。
【実施例２】
【００２１】
図３は、前記図２の装置を用いて水と液化二酸化炭素のポンプの注入流量を変化させた状態で、石灰岩の溶解速度と容器内流速の関係を示す図である。時間当たりの石灰岩溶解速度と容器内での流速を測定した。
結果を図３として示した。縦軸は石灰岩溶解速度（ｇ／ｍ2／ｍｉｎ．）であり、横軸は容器内流速（ｃｍ／ｍｉｎ．）である。
圧力は１００気圧（水深１０００ｍに相当）で、一定とした条件下に測定した結果、流量に比例して単位時間当たりの溶解量は増加していることがわかる。
海水と液化二酸化炭素の容器内流速は、５ｃｍ／ｍｉｎでは、１時間当たり約２質量％の石灰岩を溶解することが明らかになり、この数値の場合には、実用的に十分な溶解速度であるということができる。
なお、海水と二酸化炭素の流量比を変えても溶解速度に大きな変化は見られなかった。
【実施例３】
【００２２】
図２の装置で測定した石灰岩の飽和溶解量と二酸化炭素圧力の測定結果を用いて、石灰岩の飽和溶解量と二酸化炭素圧力の対数値の関係を計算した結果を図４として示した。縦軸は石灰岩溶解量（ｍｏｌ／ｌ）であり、横軸は二酸化炭素分圧（ａｔｍ）である。
これより、圧力が高い程、石灰岩飽和溶解量は増加し、１００気圧、３０℃で、１ｍ3の水に炭酸カルシウムは６.３ｋｇ、二酸化炭素換算２.７ｋｇが溶解することがわかった。
１０気圧、３０℃では１.７ｋｇの二酸化炭素換算が溶解する。さらに、高圧になる程どの温度でも溶解量は増加するが、１００気圧に近づくと増加の程度が小さくなることがわかった。
【実施例４】
【００２３】
図２の装置で測定したデータを用いて、水中の全炭酸と二酸化炭素圧力の対数値の関係を計算した結果を図５として示した。縦軸は溶存無機炭素（ｍｏｌ／ｌ）であり、横軸は二酸化炭素分圧（ａｔｍ）である。
これより、圧力が高い程、水中の全炭酸は増加し、１００気圧、３０℃、１ｍ3の水に二酸化炭素換算で６２ｋｇが溶解することがわかった。
１０気圧、３０℃では１３ｋｇの二酸化炭素換算が溶解する。
なお、高圧になる程、全炭酸は増加し、図５に見られた石灰岩の飽和溶解量の増加の程度が小さくなる傾向は認められなかった。
【実施例５】
【００２４】
図４と図５の関係を詳しく理解するため、石灰岩の溶解がない場合の水中の全炭酸に対する石灰岩の溶解がある場合の水中の全炭酸の比と二酸化炭素圧力の対数値の関係を計算した結果を図６として示した。縦軸は溶存炭素量比（石灰岩の
溶解有／無）であり、横軸は二酸化炭素分圧（ａｔｍ）である。
これより、１気圧では石灰岩の溶解があると石灰岩の溶解がある場合の８０％程度が中和隔離されるが、圧力が１０気圧を超えると２０％以下になることがわかった。
【００２５】
図２の装置で３０気圧に保った圧力容器のストップバルブを開いて圧力が大気圧に至る時間を測定したところ、石灰岩の溶解がない場合は約３分であったのに対し、石灰岩の溶解がある場合は約５分を要した。
このことから、石灰岩の溶解がある場合、炭酸ガスの放出が遅れる、換言すれば遅らせることができるという事実がわかった。
【００２６】
以上の考察を踏まえ、本発明の前記三つの方法について以下のように特定することができる。
【００２７】
（１）石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下であり、水圧１０気圧〜1００気圧の地下に、加圧ガス、液化或いは超臨界状態の二酸化炭素を注入し、二酸化炭素と地下に存在する、淡水、海水又はかん水から選ばれる水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩を反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【００２８】
前記（１）の方法では、地中に石灰岩或いは苦灰岩等が存在する場所を意味し、石灰岩或いは苦灰岩等に含まれる炭酸塩が反応に関与し、帯水層に十分な水が存在することにより、二酸化炭素（加圧ガスあるいは液化あるいは超臨界状態）を注入すると、二酸化炭素は全炭酸（溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオン）として貯留・隔離される。図５に見られるように、二酸化炭素が地下の水と石灰岩或いは苦灰岩等に含まれる炭酸塩と反応し、全炭酸の量が増加して二酸化炭素を貯留・隔離できる。
この場合に、高圧、即ち深度が深くなるほど、全炭酸の量が低下する結果となる。
一方、注入する地層が浅いと、注入可能な地層の体積が少なく、注入した液化二酸化炭素との反応が進行する前に地上に漏出する恐れが発生する。これらのことを考慮すると、少なくとも、二酸化炭素注入は１００ｍ以深が望ましい。さらに、二酸化炭素を地下に注入する注入井のコストを考慮すると、１０００ｍ以深ではキャップロックのある地層に直接貯留する方が有利であるということが生ずる（この程度の深度になると、漏洩の心配も無くなる）。
以上のことから、実用的な深度は水圧１０気圧から１００気圧に相当する１００ｍ以深１０００ｍ以浅と限定される。この程度の深さでは適切な石灰岩あるいは苦灰岩を有する場所が多く存在し、適した立地も多く、注入井のコストも低減するので、実用的かつ技術的に有望であると判断される
【００２９】
（２）石灰岩或は苦灰岩等が存在する地下であり、水圧１０気圧〜１００気圧の地下に、加圧ガス、液化或は超臨界状態の二酸化炭素とその２．５倍以上１００倍以下の質量の、淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、予め混合して供給し、二酸化炭素と水と前記地下に存在する石灰岩或いは苦灰岩に含まれる炭酸塩と反応させることにより、二酸化炭素が液相中に溶存二酸化炭素、炭酸水素イオン、炭酸イオンとして存在することで固定化されることを特徴とする二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【００３０】
前記（２）の方法では、石灰岩あるいは苦灰岩等の炭酸塩が存在し、かつ、帯水層がないか帯水層中の水が少ない場合、中和隔離には下記の反応式に従って注入する二酸化炭素と等モルの水が必要である。二酸化炭素の分子量は水の約２．５倍であるから、少なくとも注入する二酸化炭素の２．５倍の質量の水が必要となる。
（式）
ＣａＣＯ3  ＋  ＣＯ2  ＋  Ｈ2Ｏ  →  Ｃａ2+  ＋  ２ＨＣＯ3-
また、実施例３によれば１０気圧、３０℃で全炭酸として１ｍ3の水に溶解する二酸化炭素は１３ｋｇであり、１００気圧では６２ｋｇであり、液化二酸化炭素の比重を１とすれば、１ｍ3の液化二酸化炭素を全炭酸として溶解するには１０気圧で７７ｍ3、１００気圧で１６ｍ3の水が必要である。
これより、帯水層がないか帯水層中の水が少ない場合、圧力によるが、注入する二酸化炭素の２.５倍以上、１００倍以下の水を二酸化炭素と共に供給すると良い。
【００３１】
（３）前記二酸化炭素と前記淡水、海水又はかん水から選ばれる水を、別々に注入し、その後十分に混合することを特徴とする（２）に記載の二酸化炭素の貯留・隔離方法。
【００３２】
二酸化炭素の２.５倍以上１００倍以下の質量の水と加圧した二酸化炭素を混合して注入すると、地上に設置したポンプを二酸化炭素の圧力（１０気圧〜１００気圧）で運転しなくてはならない。
これに対し、地下１００ｍ以深１０００ｍ以浅に水のみ送水するには地下の水柱圧が１０気圧以上１００気圧以下になるので、地上に設置したポンプに加圧する必要はなく、送水抵抗に相当する圧力で給水できる。
この方法は、二酸化炭素と水のパイプを別途設置する必要があるが、太いパイプの内部に細いパイプを設置するなどの工夫により、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】候補地として挙げられているサイトを示す図である。
【図２】高圧下の石灰岩層における二酸化炭素注入の条件を決定するための実験装置のフロー図である。
【図３】石灰岩の溶解速度と容器内流速の関係を示す図である。
【図４】石灰岩の飽和溶解量と二酸化炭素圧力の関係を示す図である。
【図５】水中の全炭酸と二酸化炭素圧力との関係を示す図である。
【図６】石灰岩の溶解がない場合の水中の全炭酸に対する石灰岩の溶解がある場合の水中の全炭酸の比と二酸化炭素圧力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
図１に関して
ａ：サンゴ礁地下の石灰岩層、帯水層として十分な水が存在する層
ｂ：海域地中石灰岩・苦灰岩層、帯水層として十分な水が存在する層
ｃ：陸域地中石灰岩・苦灰岩層、帯水層として十分な水が存在する層
ｄ：陸域地中石灰岩・苦灰岩層であり、水が存在しない層（油田・ガス田）
ｅ：及び陸域地中石灰岩・苦灰岩層であり、水が十分に存在しない層
図２に関して
１：液化ＣＯ2ボンベ
２：液化ＣＯ2用ポンプ
３：冷却・恒温装置
４：流量計
５：逆止弁
６：逆止弁
７：フィルター
８：圧力計
９：リミッター付圧力計
１０：ストップバルブ
１１：ポンプ
１２：ストップバルブ
１３：逆止弁
１４：スタティックミキサー
１５：耐圧容器
１７：圧力計
１８：フィルター
１９：ストップバルブ
２０：安全弁
２１：背圧弁
２２：洗気瓶
２３：二酸化炭素排出口
【図１】
0005561706.tif 000002
【図２】
0005561706.tif 000003
【図３】
0005561706.tif 000004
【図４】
0005561706.tif 000005
【図５】
0005561706.tif 000006
【図６】
0005561706.tif 000007