RITE Today 2023

研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

CO2貯留研究グループ
グループメンバー（2023年4月）
グループリーダー・主席研究員
サブリーダー・主席研究員
主席研究員
主席研究員（兼）副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員

薛
自求
梅田 信雄
横井 悟
野村 眞
高須 伸夫
中島 崇裕
名井 健
橋本 励
三戸 彩絵子
利岡 徹馬
髙野 修
内本 圭亮
小牧 博信
指宿 敦志
渡辺 雄二
張毅
朴赫
末国 次朗
山下 裕士

主任研究員
主幹
主任
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

麻島 健
渕上 聡子
中西 公美子
三善 孝之
小谷 雅文
永田 丈也
Amer, Rasha
曹 金栄
沖本 竜太
峰崎 智成
穂積 章一郎
平井 順子
辻志織
氷見 悠子
西出 朱美
奥道 恵美
佐々木 惠
佐々井 登喜男日髙 奈江

CO2地中貯留の実用化へ向けた技術実証、情報発信と技術支援
1. はじめにSensing ） 、 ひ ず み （ DSS ： Distributed Strain

2023年3月に国が取りまとめた「CCS長期ロードマ

Sensing ） お よ び 音 響 （ DAS ： Distributedップ」では、2050年時点のCO2地中貯留規模が1.2～Acoustic Sensing）測定技術、貯留効率向上のため2.4億トンとなっている。2030年のCCS事業開始を目のマイクロバブルCO2圧入技術などを開発してきた。現指して、法制度をはじめCCS実用化の環境整備を急い

在は、国内外サイトでの技術実証試験を進めている。までいる。また、CCS事業の安全性確保と同時に、コストた、CCS技術の社会実装に向けての社会受容性向上手低減等の技術開発も求められている。

法の開発等にも取り組んでいる。

我が国におけるCO2地中貯留技術開発は、2000年

光ファイバー測定技術に関しては、米国内の大規模代前半の新潟県長岡市郊外の小規模実証試験（計1万トCO2圧入サイトでの有効性検証や国内CCS事業への実ンのCO2圧入）を皮切りに、2010年代前半までに様々適用に向けての計測システム運用等のノウハウの蓄積もな基盤技術が開発されてきた。その後、北海道苫小牧沖進めている。排出源と貯留サイトのマッチングや国内では計30万トンの大規模CO2圧入実証試験が行われた。

CCS事業の経済性向上（コスト削減）の検討では、既存

CO2貯留研究グループは、二酸化炭素地中貯留技術の 地 質 情 報 や 地 下 探 査 デ ー タ を 基 に 、 “ Storage

研究組合の一員として、100万トン/年規模のCO2貯留Resource Management”（SRM）手法を検討して技術の実用化に取り組んでいる（NEDO委託事業「安全おり、従来の貯留ポテンシャル評価に加えて、最適な事なCCS実施のためのCO2貯留技術の開発研究」）。

業計画検討が可能なCCSコスト試算ツールも開発して本事業の主眼は、CCS事業の安全性や経済性の向上いる。また、従来のPA（Public Acceptance）やPOのための技術開発とCCS普及のための条件整備であり、（Public Outreach）を発展させ、国内CCS事業に役

これまでに、圧入安全管理システムや光ファイバーによ

立 つ 社 会 合 意 形 成 （ SLO ： Social License toる 分 布 式 温 度 （ DTS ： Distributed TemperatureOperate）の手法を開発している。

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2. 主な研究課題と成果（音響）の同時計測を実施している。各計測システムの役

2.1. 光ファイバー測定技術開発と技術実証

割を表１にまとめた。

CO2地中貯留では、圧入されたCO2 が地下に安全に貯留されていることを示さなければならない。そのためには、地下のCO2分布範囲の把握に加えて、地層圧の上昇に伴う地層変形、圧力影響範囲の監視、CO2漏洩検知を目的とした坑井やCO2パイプラインの健全性監視等が必要である。これらの監視を効果的に実施できる技術として、光ファイバー測定技術が有望である。
光ファイバー測定技術は、光ファイバーそのものがセンサーとなるために、光ファイバーケーブルの長さ方向に連続的にデータ計測ができる。また、複数の光ファイバーを束ねた一本の光ファイバーケーブルを設置することで、温度・ひずみ・音響をすべて捉えるマルチセンサーとして利用でき、それぞれのセンサーやシステムを設置
図1 光ファイバーモニタリングシステムの概要する場合に比べて大幅なコスト削減が期待できる。
当研究グループでは、室内試験および現場試験を通表１ 光ファイバー計測の役割じて同技術の研究開発を進めており、現在では国内外サイトにおいて実証試験を実施中である。国内サイトでは、開発した光ファイバーケーブルの性能評価に加えて、複数坑井での圧入など実事業を想定したCO2圧入環境下

DAS (音響計測)

CO2分布状態の把握、地震観測

DTS (温度計測)

坑井・パイプライン周辺の漏洩監視

DSS (ひずみ計測) 貯留層・遮蔽層の安定性監視での光ファイバー計測の有効性検証を進めている。また、
米国ノースダコタ州CCSサイトでは、マルチセンシング型CO2地中貯留モニタリングシステムの技術実証として、一本の光ファイバーケーブルを用いた温度・ひずみ・音響の同時計測を実施している。以下では、米国ノースダ
コタ州CCSプロジェクトについて紹介する。
米国ノースダコタ州CCSプロジェクトでは、エタノール製造工場から回収される年間約18万トンのCO2を地下深 部 約 2,000m の 塩 水 性 帯 水 層 に 圧 入 し て い る 。
2022年6月中旬から圧入を開始し、2023年3月末現在、約10万トンのCO2が貯留されている。
同プロジェクトのCO2モニタリングは、我々の光ファイバー測定技術が用いられている。図1はCO2貯留サイトと光ファイバーモニタリングシステムの概要図を示している。4本の坑井（圧入井、観測井、浅部地下水観測井×2）とCO2輸送パイプラインには、光ファイバーケーブ
ルが設置され、DTS（温度）、DSS（ひずみ）およびDAS

地下のCO2の広がりを把握するには、2本の深い坑井に設置した光ファイバーによる弾性波探査（DAS‐VSP）
技 術 が 用 い ら れ る 。 VSP （ Vertical SeismicProfiling）探査では、坑井に受振装置を配置する探査手法であり、計測対象と受振器が近づくため、高品質なデータ取得が可能である。坑内受振器として、光ファイバーを利用することで、データ収録が高速化され、かつ繰り返し探査における受振点位置ずれによる誤差が低減できる。また、光ファイバーケーブルは直径が数ミリメートル程度であり、ケーシング背面に設置できるほかに、坑内装置のある圧入井であっても利用することができる。
地下のCO2の広がり把握を目的とした繰り返しの3次元弾性波探査は、数年毎に実施されることが多い。この観測期間のギャップを埋めるため、頻回なデータ取得が可 能 な 常 設 型 の 発 振 装 置 （ Surface Orbital51RITE Today 2023

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Vibrators: SOVs）を導入した。SOVsは、コンクリートになっている。

ブロック上に設置された偏芯おもり付きのモーターが高速に回転することで、地下に振動が伝わるようになっている。また、遠隔操作および自動コントロールが可能であるため、発振作業のための現場オペレーターが不要である。ノースダコタサイトでは、サイト周辺に4箇所設置し、毎日発振作業を行っている。
図2は、圧入井から約60mと約1,000mの地点にそれぞれ設置したSOVsから発振されたDAS-VSP測定結果である。横軸が深度に対して、縦軸が経過時間であり、左上から右下方向に連続する直達P波が、地表から地下（下方）に向かって伝播するのに対し、右上から左下方向に連続する波は、地下から上方へと伝播する反射波

図2 SOV発振によるDAS計測結果を表す。VSPデータ解析において主要なシグナルとなる反射波（上方へ伝播するP波）がS/Nよく記録されている。坑井近傍で発振されるゼロオフセット記録は、圧入開始直後のCO2 プルームの検知に用いられ、坑井から離れたオフセットVSP記録は、CO2プルームの広がりを把握するために利用される。現在、CO2の広がり把握のために、繰り返しのVSP記録のタイムラプス解析を実施中である。
図3は、圧入開始前後の圧入井におけるDTS計測結果である。カラーコンター図は縦軸深度、横軸時間に対して計測された温度を示しており、深度方向の時間的温度変化が確認できる。圧入開始前は地温勾配を反映した深度方向の温度分布であるが、圧入開始直後は最大

図3 圧入開始前後の圧入井のDTS計測結果で約20℃も温度が低下している。これは、坑井近傍の温度よりも低い温度のCO2 が圧入されたためである。

一方、豪州ビクトリア州南西部のOtwayサイトでは、

また、圧入開始後も、短期間の温度上昇・低下が数回ほ

光ファイバー測定技術を用いた浅部断層からのCO2漏ど見られる。これは、圧入を一時停止したことにより、洩検知現場試験が進められている。図４はCO2漏洩検CO2によって冷やされていた坑井周辺の温度が元の地知試験のために、新規に掘削された圧入井（Brumby層温度に戻ろうとする様子を示している。

3）と観測井（Brumby 4）と既存の２つの坑井の配置をCO2圧入に伴う地層変形の監視として、坑井に設置し示す断面図である。豪州研究機関CO2CRCの先行研

た光ファイバーによって地下深部から地表までの連続し究では、浅部断層破砕帯を貫く坑井を掘削し、光ファイたDSS（ひずみ）計測を実施している。ノースダコタ州

バーを用いてDTS（温度）測定を実施した。DTS測定でCCSプロジェクトでは、衛星データを用いた地表変形監は設置された光ファイバー周囲の狭い範囲の温度変化視も合わせて実施しており、地表変状（隆起）が地下深部しか監視できない。このため、新規掘削の２つの坑井にへのCO2圧入との関連性を見極めることができるよう

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は高性能のDSS（ひずみ）測定ができる新しい光ファイバーを設置した。

以下に、開発中のツールについてその特徴を記す。
１）使いやすいインターフェイス：ユーザが画面を見な

この光ファイバーは米国ノースダコタサイトや国内サイがら、迷うことなく適切に必要なデータの入力が行え、トでも使用されており、DSSのほかにDTSとDAS計測計算実行の指示ができるよう、入力インターフェイスにも実施できる。漏洩検知試験では、圧入井（Brumby

工夫を凝らしている。画面がわかりにくかったり、操作

3）からCO2ガスを圧入し、一部のCO2が断層破砕帯にが複雑であったりすると、ユーザは正しく諸元を入力で沿って地表に向かって移動すれば、観測井（Brumby

きず、それが原因で誤った結果を導いたり、操作時間の4）の光ファイバーがCO2漏洩の挙動を検出・追跡でき浪費に繋がったりする。そのため、平易かつ明瞭な入力ると期待できる。CO2漏洩検知試験は、今夏に予定してインターフェイスは重要である。図５にケースの選択画面いる。

を示した。この画面から諸元確認画面の呼び出しや、計算の実行を行うことができる。

図４ Otwayサイトの坑井配置の概念図

２.２. SRM手法開発：コスト試算ツールの開発
Storage Resource Management (SRM) 手法開発では、CO2 貯留サイトにおける地下の貯留容量（リソース）を有効活用する手法と、CCS事業全体のコスト評価を行うツールの開発を行っている。CCS事業全体には、CO2回収・輸送・貯留のステージが含まれており、様々なCO2排出源、輸送方法、圧入量の選択肢に対応したコスト試算が可能であることを目指している。

図５ ケース選択画面

また、出力インターフェイスも同様に重要である。計算結果はWeb画面上に表で出力されるが、簡単にコピー＆ペーストができるため、Excelや専用のグラフ作成ソフトに取込んで、自由にグラフを作成することができる。
図６は本ツールからの出力を利用して、パイプラインを利用した場合と船舶を利用した場合との輸送量別、距離別のCCSコストを示した。なお、ここでのパイプラインは陸上型を想定している。

２.２.１. ツールの特徴と構成
当研究グループでは、専門家以外でもCCS事業コスト を 適切に 試算 で きる とと も に 、 専 門 家 に も 種々の
CCS のケーススタ ディーに 利用 してい ただけ るよう
CCSコスト試算ツールの開発を進めている。ツールの仕様としては、個別ケースでの試算の他に、複数ケースを一括して処理できる仕組みを備えており、ケース毎の比較検討の他、ケースを組み合わせた検討も可能である。

図６ パイプラインと船舶における輸送量別、距離別のCCSコスト53

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２）DBMS（database management system）の本機能を拡張した計算機能も追加してゆく予定である。

搭載：ユーザ別に各検討ケースにおけるデータの管理を、なお、第一段階の開発（2023年度末まで）において容易かつ安全に行うことを目的に汎用のDBMSを搭載

は、CCSに要する費用の試算に特化する予定であるが、した。また、DBMSの搭載は、インターフェイスとデータ将来的にはインセンティブも考慮した経済性指標等の算の管理部分ならびに計算エンジンとを独立させる上で出機能も搭載し、ビジネスモデルの検討にも利用できるも重要である。コスト試算ツールは、完成すれば一連のように開発を進める計画である。

開発が全て終わるわけではなく、ルールの変更や追加、データの更新など継続的な保守が必要である。本ツール
では各部の独立性を高めることで保守性の向上を図っている。

2.3. 社会合意形成（SLO）手法の開発
CCS事業を実施するには、地元を含む社会の合意が必要不可欠である。地元住民がCCSの必要性を理解し、

３）WEBシステムとして開発：ユーザ側に特別なソフト事業を支持するために、事業者が地元住民とどのようにや更新等の操作は必要なく、ブラウザだけで利用できる。

コミュニケーションを取るべきなのかが社会合意形成

また、計算は全てサーバ上で処理されるため、ユーザ（SLO）手法の重要な課題の一つである。

PCの能力やプラットフォームに影響されない。そのため、事業者と地元住民のコミュニケーションという観点か会議室でスマホやパットを利用して、特定の諸元を変えら見たCCS事業の大きな特徴は、一般市民のCCSに関て再計算する等にも、対応が可能である。

する認知度が極めて低いということである。最近行われた認知度の調査では、「CCSを知っている」と答えた人

２.２.２. 開発の進捗状況と今後の開発計画
図７に、これまでに搭載済みのモジュール（赤枠）と開発予定のモジュール（青枠）を示した。

は１４%、「CCSという言葉を聞いたことがある」と答えた人は４２%で、半数近い人がCCSという言葉すら聞いたことがないという状況であった。このためCCS事業の初期のコミュニケーションでは、CCSの認知度を上げること、すなわち地元住民にCCSを知ってもらうことが主たる目的となる。
オランダのBarendrechtプロジェクトは地元住民の反対で中止になったCCS事業として有名である。住民の反対の要因として、手続きの公正性や信頼など、リスクコミュニケーションにおいて重要とされることがいくつも欠如していたことが指摘されている。しかし、ここで図７ これまでに搭載済みのモジュールと開発予定のモジュール注目するのは住民がＣＣＳ（事業）を十分に理解していなかったと考えられる点である。当初、住民は利害関係者

回収では、石炭火力発電所とLNG火力発電所が搭載済である。輸送では陸上パイプラインならびに、船舶輸送のうち陸から荷積みして海上を輸送し、再び陸に荷揚げするパターンの計算が可能である。貯留では陸から傾斜井で海底下にCO2を圧入するパターンの計算ができる。今後は、図の右側に示したモジュールについて、順次作り込みを行う予定である。その中には、各工程のコスト計算のほか、感度解析やハブ＆クラスターといった、基と見なされず、情報の提供が十分ではなかった。また、住民の反対が顕在化した後は、公的な情報提供が住民から「CCS派のプロパガンダ」とみなされ、住民への情報提供が十分機能しなかった。住民が十分な情報を得ていないということから、住民の反対がCCSや事業の理解に基づくものではなかった可能性が考えられる。すな
わち、信頼できる人（著名人やメディアなど）や多くの人から耳にする情報を基にして反対した可能性がある。こ54

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研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループのような場合には、誤った情報を基にして判断が行われンラインで行うことも効果的である。コロナ禍により、そることもある。実際、Barendrechtのケースでは、火山れまで対面で行われていたイベントの中には、オンラインの噴火のようにCO2が街に噴出するという現実には起で行われるようになったものもあるが、オンライン化にこり得ない絵が雑誌の表紙になったりもしている。事業

より対面イベントでは参加の少なかった層が参加するよ

初期にCCSの認知度を高めることの重要性の一つは、うになったという報告がある。ただし、オンラインイベン

CCSやCCS事業を理解した上で、事業に対する賛否をトは参加も気軽にできる反面、集中して見なかったり、判断できる人を増やすことである。

途中で見るのをやめたりすることが起きやすいという短

コミュニケーションに関する文献では、事業者が一方所もある。

的な説明（一方向コミュニケーション）をするのではなく、なお、ここまで述べてきたのは、あくまでも事業初期住民・市民の意見を聞き、対話をすること（双方向コミュのコミュニケーションであり、事業の計画が具体化してニケーション）が重要と指摘されている。しかし、これはいくにつれ双方向コミュニケーションの重要性が増してCCS事業初期のコミュニケーションには必ずしも当てはいく。事業者が決定したことを住民に説明し受け入れてまるとは限らない。対話の機会を作ったとしても多くのもらうということではなく、事業者は双方向コミュニケ

人は積極的に参加しないおそれがある。社会的な課題にーションで住民と対話し、その結果を意思決定に反映さ対しては「自分の貴重な時間や労力を割いてまで解決にせることが必要であり円滑な事業実施に重要となる。ま

向けて協力しようとは思わない」人が多いという指摘もた、CCSやCCS事業の認知度を上げるためには、このある。また受動的な（一方向）コミュニケーションの方がようなイベントと並行して、事業初期からwebやSNS、良いと感じる人もいる。双方向コミュニケーションでは、パンフレットなどを使った広報活動も必要である。

何か意見を述べなければならないと思い、精神的負担

当研究グループでは、住民にCCSについて説明したが大きいと感じるということと思われる。このため、事り、住民からの質問に回答したりする際に参照できる

業初期のコミュニケーションでは、一方向か双方向かよQA集の作成も行っている。一般市民がCCSに対して感りも、参加の負担が小さく、参加しやすいことが重要とじる不安や懸念の主たるものはCO2の漏出と地震の誘考えられる。

発と言われている。そのため、QA集ではこの2つに特に科学技術の普及、特に、科学技術への関心が低い人に重点を置いている。A（回答）は、当研究グループのこれ科学技術に親しみをもってもらうための科学イベントとまでの研究開発成果を含む科学的知見に基づいた内容して、講演会や展示会、サイエンスカフェなどがある。

ではあるが、予備知識が無くても理解できるような説明

CCS事業の初期のコミュニケーションイベントにおいてになるよう努めている。

も、参加の負担が小さいことからこれらの科学イベント住民・市民の「合意」には、CCS 技術そのものを理解しが適している。しかし、科学イベントの多くは、その目的てもらうことが重要であり、CCS 事業を行うことによるに反し、科学技術に関心の低い人の参加率が極めて低メリットを知ってもらうことも重要である。海外のＣＣＳいことが知られている。ただし、科学イベントでも、個人事業では、事業実施による投資額や雇用者数の増加に的利害に関わるテーマや生活に直結するテーマであれついて紹介している。商業規模といわれる 100 万トン/ば科学技術に関心の低い人の参加率が上がる。このこと

年程度の設備では、おおよそ 1,000 億円の設備投資額から、CCS事業の初期のコミュニケーションイベントは2が見込め、雇用効果は、建設時に数千人、操業時に数十種類、すなわち、科学技術に焦点を当てたイベントと生人の規模と報告されている。米国では、石炭火力発電所活に直結する事柄に焦点を当てたイベントを開催する必を廃止せずに、CCS を実施することにより、失業や地域要があると考えられる。

産業の過疎化を防ぐ効果があることも示されている。当

また、参加のしやすさという観点からはイベントをオ

該地域では、石炭火力発電所に隣接して、炭鉱がある。

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地域住民のほとんどが発電所や石炭産業に関わりを持っているため、石炭火力発電所の閉鎖は地域住民のみならず、自治体の存続にも悪影響が及ぶ。我が国においても、CO2 大量排出源である製油所、製鉄所、石炭火力発電所などの休廃止により、地元自治体の税収が激減することが懸念されている。脱炭素化のオプションとしての CCS は持続可能な地域運用に貢献でき、地元へのメリットが十分にある。
CCSの事業化には、国内各地域の状況にあったCCSビジネスモデルを想定する必要がある。CO2排出量を把握するために、排出源データベースを作成した。CO2排出量は火力発電所要覧、温室効果ガス排出量算定・報告・公表制度に基づく温室効果ガス排出量の集計結果などから換算して、直接排出量として整理した。排出源データベースには位置情報を含み、地図上で示すことができる。個社では排出量が少ない場合でも、地域クラスターとして排出源をまとめることにより、ハブ＆クラスター方式のCCSの検討に役立つ。排出源マップとRITEが所有するCO2貯留地の賦存量マップを統合し、事業イメージを可視化しやすくなるよう、工夫した。さらに、港湾情報を付加したことにより、排出源から貯留地までの輸送経路を陸路のみならず航路を含めて計画することを可能にした。現在、CCSのコスト試算ツールも開発しており、経済性の観点からも、CCS実施メリットを検討できるようSLO手法をとりまとめている。

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