◆ 革新的環境技術シンポジウム◆

2010年2月3日

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み(財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
CO2貯留研究グループ
村井 重夫

1

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み

内容

１．はじめに
２．CO2貯留の技術開発動向（１）国内の動向（２）海外の動向
３．RITEのCO2貯留技術開発への取り組み（１）長岡プロジェクト：圧入後のモニタリング（２）基礎的研究と安全性評価研究
４．まとめ
2

CCS(CO2回収・貯留）のイメージ

石炭

天然ガス
供 給

バイオマス
セメント･製鉄・製油等

天然ガス

石油

CO2

鉱物化固定

化石燃料
採掘

発 電 所

石油化学プラント

CO2回収

水素ガス
（将 来）

工業利用

地中貯留
CCS：Carbon dioxide Capture and Storage

海洋隔離
3＜IPCC-CCS-SR,2005>

3

IPCC
特別報告書「CO22回収貯留」（
2005年）におけるIPCC特別報告書「CO回収貯留」（2005年）におけるCO22地中貯留技術に関する報告概要
・ CO2回収をCO2大規模排出源で行うことができる・ 地中貯留サイトの多くは大規模発生源から 300 km以内にある・ CO2地中貯留の貯留能力は世界中で 約2兆t-CO2と推定する
・ CCSはCO2価格が 25-30 US$/t-CO2に達すると普及する
・ CCSは2100年までの世界中のCO2累積緩和策の15-55 ％に貢献する
・ CO2地中貯留のCO2保持率は1000年間で 99 ％超の可能性が高い
・ CCSは CO2緩和オプションの1つである
・ CCSの排出削減量は2006年 国別インベントリーガイドラインで記述の予定
・ リーケージや環境影響等長期的課題に関する法規制の枠組みは未だない
・ CO2地中貯留のリスクは適切な措置を伴う天然ガス貯蔵と同等である
・ CO2パイプライン輸送のローカルリスクは炭化水素用と同等以下である
CCS特別報告書：世界の研究者がCCSに関する知見を集めて、地球温暖化の抑制に有効か評価した報告書１．CO2回収技術、２．地中貯留技術、３．海洋隔離技術、４．経済性評価

4ＣＯ２地中貯留技術と帯水層貯留候補サイト

炭層メタン回収（ECBM)

枯渇ガス・油田
陸域帯水層貯留

海域帯水層貯留

石油増進回収（EOR）＜IPCC-CCS特別報告書, 2005>

陸域：5,600GtC
海域：1,500ＧｔＣ
10%：２．６兆t-CO2＜K. Akimoto et al., GHGT-7＞
5

CCSの世界的展開 （ ２０１０〜２０５０年のプロジェクト数とCO2回収量）
出典：IEA CCS技術ロードマップ２００９
ベースライン排出量：６２Gt
基準排出量 62Gt

CCS産業と転換
9％
CCS（産業、燃料転換）９％
CCS発電
10％
CCS（発電）１０％・２０５０年までにCO2排出量を半減するに
は、CCSを使って１９％減らすことが必要である。その為には、2020年までに100個再生可能エネルギー 21％のプロジェクトを、2050年までに3400個の発電効率と燃料転換 7％
プロジェクトを立ち上げる必要がある。
最終用途燃料転換 11％・発電部門では2020年までに1.5~4.5Mt/年のCO2削減ができるプロジェクトを38個必
最終用途電気効率 12％要とする。
・2050年までの累積のCO2貯留量は145Gt
最終用途燃料効率 24％になるが、世界の理論貯留可能量の約
IEA Blue Map シナリオの排出量：１４Gt
BLUE Map排出量 14Gt
1%になる。
出典：IEA Energy Technology Perspective 2008a・なお、2010~2050年に必要な投資額は約5兆ドルである。
WEO 2007 450ppmのケース
ETP2008 BLUE Mapのシナリオ

CO2排出量（Gt CO2/年）

原子力

２００５

２０２０

6％

（註）OECD太平洋：オーストラリア、日本、ニュージーランド、韓国

２０５０

プロジェクト
数2020年

発電CCS数
2020年

プロジェク
ト数2050年

CO2貯留量
累積2050年

理論貯留
可能量

総投資額
2010-2050

OECD北米

２９

１７

５９０

３８Gt

〜４,６５０Gt

1130 USD ｂｎ

OECD西欧

１４

９

３２０

１６Gt

〜９４０Gt475 USD ｂｎ

OECD太平洋

７

２

２８０

１４Gt

〜９００Gt530 USD ｂｎ

中国・インド

２１

６

９５０

３８Gt

〜３,０２０Gt

1170 USD bn

非OECD

２９

４

１２６０

３９Gt

〜５,９９０Gt

1765 USD bn

世界（合計）

１００

３８

３４００

145Gt

〜15,500Gt

5070 USD bn
6

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み

内容

１．はじめに
２．CO2貯留の技術開発動向（１）国内の動向（２）海外の動向
３．RITEのCO2貯留技術開発への取り組み（１）長岡プロジェクト：圧入後のモニタリング（２）基礎的研究と安全性評価研究
４．まとめ
7

CO2貯留・隔離ロードマップ
2010

2020

2030

＜経済産業省：技術戦略マップ2007＞

2040

2050

技術

2008
分離・貯留トータルコスト
7300円/tCO2（新設石炭火力）

地中貯留実証試験▼ 確立

CO2分離・回収本格適用▼ 技術

CO2地中貯留本格適用（CO2海洋隔離本格適用）

確立

・帯水層、廃油・ガス田、炭層貯留・輸送技術
・溶解希釈、深海底貯留隔離など

大規模実証試験★１ CO2地中挙動の理解と予測

地中貯留

影響評価・安全性評価
★５
手法の開発

実適用先の拡大とコストダウン

地下深部
塩水層貯留 貯留CO2の管理技術
廃油・ガス田
地中貯留システムの効率化とコスト低減
貯留
炭層貯留
貯留層賦存量調査と利用拡大★２
実証技術の適用・評価 ★３

２０５０年：約２．２億ｔｰＣＯ２/年（ＣＯ２削減必要量の約２５％）

★６
分離〜貯留
ﾌﾟﾛｾｽの実証★４

海洋隔離

２０２０年：約２，３００万ｔ-ＣＯ２/年

影響評価・安全性評価手法開発（モデル海域での実証）

CO2の海洋拡散・生物影響の科学的理解（海洋隔離技術の実適用）

石炭ガス複合発電（IGCC)
先進的超々臨界圧発電（A-USC)
石炭ガス化燃料電池複合発電(IGFC）★１ ：二酸化炭素地中貯留技術研究開発（2000〜2009ＦＹ） → ★５（★１＋★４）：二酸化炭素貯留隔離技術研究開発（2010〜2014FY)★２：石炭ガス化技術等実証普及事業（2007〜2011FY）★６：気候変動問題対策二酸化炭素削減技術実証試験（2010〜2014FY)★３： 革新的ゼロエミッション石炭火力発電プロジェクト（2008〜2012FY）
8★４：海洋隔離環境影響予測技術開発（2002〜2008（2009）FY）

ＣＯ２地中貯留のイメージ
分離・回収

圧入

輸送

大規模排出源
地上施設
より圧入

分離・回収

海上施設
より圧入

パイプライン輸送
パイプライン
輸送
圧入井
大偏距
掘削井

海底施設
より圧入

シール層
（キャップロック）

シール層（キャップロック）
CO2

陸域
地中帯水層
（構造性）

CO2

海域
地中帯水層
（非構造性）→空隙部分にCO2を貯留

空隙部分には塩水→（帯水層の顕微鏡写真）

9

想定モデル地点におけるCCS実現の技術課題＜CO2排出源＞＜分離・回収＞

＜輸送＞

オフガス

＜海底下地中貯留＞

全長 80ｋｍ（〜サイトA ）(製鉄プロセスにリターン)

サイトA 圧入基地
特殊部 29箇所

圧縮機 圧入井CO2

製鉄所BFG(高炉ガス)

CO2
回収装置

パイプライン輸送

製油所水素製造装置

水素

全長 1．4ｋｍ（〜ｻｲﾄA ）(製品)

技術課題の抽出：①低コスト化②敷地確保③既存事業への影響
・生産計画
・環境規制
・長期操業保障④パイプライン高圧化⑤安全対策⑥事前評価手法の確立⑦海域地下モニタリングほか＜サイト別の対策が必要＞

サイトB 圧入基地
圧縮機 圧入井
オフガス
火力発電所燃焼排ガス(煙突にリターン)

全長 11ｋｍ（〜サイトA ）特殊部 2箇所
全長 8ｋｍ（〜サイトB ）特殊部 7箇所＜H17年度RITE成果報告書参照＞

10

CCS技術開発の推移と今後の取組み（ＲＩＴＥの役割）「気候変動問題対策二酸化炭素削減技術実証試験」＜総合科学技術会議：評価検討会（２００８．１０．１４）＞
これまで国内で行われたＣＯ２地中貯留技術の研究開発では、大規模排出源の実ガスから分離したＣＯ２を利用した事例は無い。
ＣＣＳ技術の早期商業化に当たっては、実際の大規模排出源を利用した本格的モデル
プロジェクトの実施が不可欠であり、より規模の大きい実証事業（10万ﾄﾝ/年規模）において、効率の高いＣＯ２回収・貯留技術の評価を行う必要がある。

CO2

G8洞爺湖サミットにおいて、２０２０年までの幅広い普及に向けて、２０１０年までに世界で２０の大規模な実証プロジェクトの立ち上げが必要であることが表明され、 「低炭素社会づくり行動計画」において2009年以降早期に行うことが閣議決定された。

気候変動問題対策二酸化炭素削減技術実証試験委託費による事業期間
排出源近傍における実ガス
実ガスからの大規模(1010万ﾄﾝ
万ﾄﾝ//年)地中貯留実証試験
実証試験

2001

2002

2003

2008

適地選定・
︵地層調査︶

CO２ 地中貯留技術研究開発（ＲＩＴＥ）

2007

2009 2010
調査井
の掘削

2011

2012

2015

圧入井掘削、
施設整備

連携

圧入期間：2003.7〜2005.1

2016

2017

2018

2019

貯留、モニタリング¾ ３D地震探査、調査ボーリング等による貯留層構造の解明¾ ＣＯ２挙動予測等の実証による技術指標の確立¾ 安全性評価指標の検証¾ ＥＲＤ（extended reach drilling;、大偏距掘削）技術の実証 等

安全性評価の検討会を通じて、貯留の安全性や設備の安全性評価、漏洩監視等を制度化するとともに、信頼醸成手法等の高度化を図る

プログラム方式CO2固定化・有効利用技術開発（RITE）

2014

適地のうち、地層の情報が少ない地点は、震探調査を実施した上で、実証実験を実施

挙動
長岡市帝国石油岩野原基地 モニタ
実績：CO2 １万トン圧入 リング

ＲＩＴＥの役割

2013＜基礎的技術の開発＞

常設モニタリング装置、分離膜技術、高圧ｶﾞｽ分離技術等の開発

2020

二酸化炭素回収・貯留 本格導入

2000

分子ゲート機能ＣＯ２分離膜の技術開発閣議決定予定の「低炭素社会づくり行動計画」において分離・回収コストを2015年頃にトン当たり2000円台に低減することを目指すと明記

閣議決定された「低炭素社会づくり行動計画」におい
11て2020年までの国内での実用化を目指す旨明記。11

動向１ 日本ＣＣＳ調査株式会社の設立
我が国ＣＯ２の分離・回収・輸送及び地中貯留に関する研究開発や事業化にかかる調査を目的に設立（社長：石井正一（石油資源開発㈱常務取締役））、（2008年5月26日設立）
出資会社（平成21年7月30日現在：計37社） ※ RITEは技術提携先、役員１名（監査役）就任
電力会社（11社）：北海道、東北、東京、北陸、中部、関西、中国、四国、九州、沖縄、電源開発
石油（６社）：出光興産、コスモ石油、昭和シェル石油、ジャパンエナジー、新日本石油、アラビア石油
鉄鋼（４社）：住友金属、JFEスチール、NKシームレス鋼管、伊藤忠丸紅鉄鋼、化学（1）：三菱瓦斯化学
エンジニアリング（５社）：新日鉄エンジニアリング、千代田化工、東洋エンジニアリング、日揮、ＪＦＥエンジニアリング
石油開発（３社）：石油資源開発、国際石油開発帝石、三井石油開発、ガス（２）：大阪ガス、東京ガス
セメント（１社）：三菱マテリアル、 商社（４社）：三菱商事、伊藤忠商事、住友商事、丸紅

H21年度の調査事業：①発電からＣＯ２貯留に至るトータルシステムのフィージビリティ・スタディ（磐城沖FS調査）②二酸化炭素削減技術実証試験
・調査井掘削等、・CCSの普及・促進、・研究機関及び大学等との連携
今後の事業展開：
・本格的なＣＣＳ調査の実施後、・大規模実証試験ほかに展開

福島県
磐城沖
ガス田

磐城
約70km

2km×3kmN

苫小牧沖の３次元弾性波探査による海底下地質調査計画発表
磐城沖の海底下地中貯留計画 （発表：２００９年７月３日）
茨城県

勿来
IGCC

（新聞報道：2008年8月19日）

12

動向２：NEDO「革新的ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ石炭ガス化発電ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄ」
石炭ｶﾞｽ化発電ｼｽﾃﾑから CO2 を回収し、輸送、貯留するまでのﾄｰﾀﾙｼｽﾃﾑのﾌｨｰｼﾞﾋﾞﾘﾃｨｽﾀﾃﾞｨを実施
事業期間： H20-H24年度、 H20年度予算： 16.58億円（補正を含む）
事業内容（H21年度）：
調査事業(1)(2)〃石炭ガス化発電とCO2分離回収システムの概念設計
CO2 輸送システムの概念設計

電源開発、中国電力、日立
エン振協、 JFEｿﾙﾃﾞｨｯｸ、大林組、大成建設、三井造船、三菱重工〃(3)

CO2 貯留システムの概念設計と貯留ポテンシャル評価

〃

(4)

〃

(5)

全体システム評価（発電から CO2貯留に至るﾄﾀﾙｼｽﾃﾑ） 産総研、ｴﾈ総工研
特定ｻｲﾄでの石炭ｶﾞｽ化発電からCO2貯留に至るﾄｰﾀﾙｼｽﾃﾑの概念設計 日本CCS調査

研究事業(1)(2)〃

RITE、応用地質

ﾃｰﾏ設定型基盤研究事業（ CO2回収次世代 IGCCほか） 電中研、九州大学
ﾃｰﾏ提案公募型基盤研究事業（ｶﾞｽﾀｰﾋﾞﾝ水素燃焼技術） 日立

13

動向３： 東大・FRCER主催「CCSフォーラム」開催
第１回：H21年３月１１日「CO2地中貯留を取り巻く技術群の実際と展望〜今ある技術、活かせる技術、足りない技術〜」
・探査技術、掘削技術、貯留層工学、シミュレーション技術、
分離・回収技術
第２回：平成21年12月3日「日本型CCSに向けた技術開発の実際と展望〜2020年を見据え、今何を成すべきか〜」
・「地質からみた「日本型CCS」：日本の貯留層と世界の貯留層」
・「CCS導入のために：CCS実証事業の安全な実施にあたって」
・「システムとしてのCCS：革新的ゼロエミッション石炭ガス化発電プロジェクト」
・「CCS基盤技術のために：二酸化炭素貯留隔離技術研究開発」
・「環境影響に備えて：二酸化炭素海底下地層貯留とその海洋環境への影響評価のしくみ」
・「CCS実証を見据えて：二酸化炭素削減技術実証試験」
14

RITEのＣＯ２ 貯留研究：今後の展開
年度

平成12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

大規模実証試験（日本CCS調査会社）

ＣＯ２地中貯留（岩野原実証試験）
H12〜H16地中
貯留

ＣＯ２地中貯留（岩野原モニタリング）H17〜H19

ＣＯ２
圧入

モニタリング手法検討

ＣＯ２貯留隔離技術
研究開発事業（地中貯留安全評価）

地中挙動予測手法の高精度化

シミュレーション技術開発

貯留層内のCO2挙動解析
貯留層外へのCO2漏洩・漏出解析

基礎研究／室内実験
貯留性能評価手法
システム研究モデル地点調査／賦存量調査
CCS基盤の確立（理解促進、可能性拡大）

地中高温・海底利用貯留

ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ
研究

メタン菌利用貯留

ｼｰﾙ層
評価

長
期
安
全
評
価
・
安
全
基
準
案
作
成
・
新
貯
留
技
術

ジオリアクター貯留

蛇紋岩利用貯留

常設ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ

統合（地中貯留基盤技術を承継）

人工湧昇流評価

海洋
隔離
石炭火力
調査

海洋隔離(NEDO）
H09〜H13ＣＯ２海洋隔離に伴う環境影響予測技術研
究開発（フェーズ Ⅰ）

海洋隔離（フェーズ Ⅱ）

統合（海洋環境影響評価技術を承継）

石炭ガス化技術等実証普及事業（IZEC)中国CCS調査

石炭発電石油増進（中国CCS-EOR）

15

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み

内容

１．はじめに
２．CO2貯留の技術開発動向（１）国内の動向（２）海外の動向
３．RITEのCO2貯留技術開発への取り組み（１）長岡プロジェクト：圧入後のモニタリング（２）基礎的研究と安全性評価研究
４．まとめ
16

商業ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの例: 天然ガス中CO2のCCSと CO2-EOR●ノルウェー： Sleipnerプロジェクト
・事業主体： Statoil
・事業開始時期： 1996年
・CO2圧入量： 100万t/年
・貯留層： 地下深部塩水層
・別途、CO2ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ研究のSACSﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄを1998年より実施●カナダ： Weyburnプロジェクト
・事業主体： 加連邦政府，
州政府（操業管理：EnCana社）
・PJ実施期間： 2000年〜
・ CO2 圧入期間： 20年間を予定
・ CO2圧入量： 100万t-CO2/年
・別途、 ＩＥＡ-GHG Weyburn-Midale CO2
Monitoring and Storage Project を実施中
CO2
圧入井
CO2

●アルジェリア： In Salahプロジェクト
・事業主体： BP、Sonatrach、Statoil
・事業開始時期： 2004年
・CO2圧入量： 100万t/年
・貯留層： 地下深部塩水層

油層

ｻｽｶｯﾁｭﾜﾝ 州

油

CO2

CO2と
油の
混和

石
油
生
産
井

油

油層

Canada2

COUSA

CO2パイプライン ﾉｰｽﾀﾞｺﾀ州(320 km)CO2

石炭ガス化炉EOR：石油増進回収
EOR：石油増進回収
深さ1000メートル程にある
深さ1000メートル程にある
油層に、CO
油層に、CO2を圧入することによって、原油の粘性が低下し、原油の回収がしや
すくなる。
17

石炭火力ＣＣＳ実証計画の例
Oxyfuel （酸素燃焼回収）

IGCC （燃焼前回収）● 独 Vattenfall：Schwarze Pumpe ●米国： FutureGen計画
・30MWe・2008年CO2回収運転開始● 豪州 CS Energy ： Callide A

・商業規模の複数のＩＧＣＣ＋ＣＣＳ実証計画
を対象に、ＣＣＳ設備に対し資金援助
・2015年までに運転開始、・300ＭＷ以上
・2009.6.12.FutureGen Alliance 再開● 豪州： ZeroGen計画
・30MWe・2010年運転開始

・既設の石炭火力を改造
・200-250km 離れた枯渇ガス田にトラック輸送し、地中貯留
・3- 4年間で5万t 圧入・電源開発、IHI、三井物産が共同開発
・JCOAL（石炭ｴﾈﾙｷﾞｰｾﾝﾀｰ）が協力●独： ＲＷＥ ＩＧＣＣ＋ＣＣＳ計画●日本：革新的ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ石炭ガス化発電計画
・NEDO ・2008~2012年：FS調査（日本CCS調査社）

Postcombustion （燃焼後回収）●英国 CCSプロジェクトの公募（４社）●ノルウェー CCSプロジェクト
・Kosto（三菱重工FEED) ・Mongstad●米国 AEP Mountaineerプロジェクト
・20MWe ・2009年5月認可、10月運開 18

米国AEP社が石炭火力発電所のCO2を地中貯留（世界初）
米国連邦政府と州政府とAEP社及びAlstom社が、世界初の石炭火力発電所からのCO2を回収し、地中貯留するCCSプロジェクトの操業に入ったことを発表（2009.10.30.）。
AEP: American Electric Company

場所：Mountaineer Plant( New Haven, West Virginia)
CO2回収 ：2009.9.1.
・チルドアンモニア法
地中貯留 ：2009.10.2.
・約2,400ｍ、Copper Ridge Dolomite
本格操業：2009.10.30.
CO2貯留量: １０万トン／年(発電量：２０MWe）（2012年）： 150万トン／年（発電量：２３５MWe）
出典http://www.aep.com/environmental/climatechange/carboncapture/19

Weyburnプロジェクト技術開発の現状
ＩＥＡ-GHG Weyburn-Midale CO2 Monitoring and Storage Project

最終フェーズ (2005-2011) の目的• ベスト プラクティス マニュアル作成–将来のCO2 EOR貯留プロジェクトのための技術指針–技術的研究と政策的研究の統合
技術的要素

政策的要素

• サイト評価• 法規制課題• モニタリングと検証• 理解促進と社会的合意• 坑井の健全性評価• 年度ごとの課題• CO2圧入性能評価＜PTRC (Petroleum Technology Research Center)資料２００８＞

20

＜Weyburnプロジェクトの技術開発＞

CO2 地中貯留技術の統合
Site
Characterization
Modeling

Monitoring
定義
境界条件

予測・試算

初期
条件

Carle et al. (2006)

測定・観測

Experiments:
lab to field scale
provide fund’l data& test bed for MMC

Verification
結果の比較:
不一致の解消 とMMCの可能性高度化＜PTRC資料２００９＞

21

＜Weyburnプロジェクトの技術開発＞

Monitoring 研究の目的• Monitoring:– 貯留層内のCO2 量, CO2分布, CO2濃度.
– 貯留層からの漏出検知.
– 流体化学の展開.
– CO2 圧入による誘発微動地震.
• CO2 貯留のトラップメカニズム配分の予測.
• モニタリング方法の経済性、正確性、適用性についての評価.
• 時間や、想定リスクレベルを考慮したモニタリング技術に対するニーズの見極め.
＜PTRC資料２００９＞22

＜Weyburnプロジェクトの技術開発＞

Geophysical Monitoring 研究• Fugro Seismic Imaging: Enhanced Seismic Modeling and CO2
Pressure-Saturation Inversion for Weyburn CO2 Monitoring andStorage Project Phase 2• University of Saskatchewan: CO2 Saturation vs. Pressure
Effects from 4D PS surface and 3D VSP seismic data
• Bristol University: Passive seismic monitoring: Part 2. fault
properties and the geomechanical response to CO2 injection
within an oil reservoir• Carleton University/GSC: An assessment of caprock integrity
using seismic amplitude versus offset and azimuth (AVOA)
analysis to detect fracture systems• Geological Survey of Canada: Seismic Repeatability
Permanent seismic array / Monitoring well、Passive monitoring• LLNL: Numerical modeling to assess the sensitivity andresolution of long-electrode electrical resistance tomography(LEERT) surveys to monitor CO2 migration, Phase 1B area
• New proposals: Rock physics, InSAR＜PTRC資料２００９＞23

＜Weyburnプロジェクトの技術開発＞

Geochemical Monitoring 研究3.1 Storage Monitoring
3.1.1 Well-head fluid sampling
3.1.2 Well-head hydrocarbon sampling
3.1.3 Shallow groundwater sampling
3.1.4 Soil gas monitoring
April 2003

3.2 Storage Prediction
3.2.1 Reactive transport modeling (ARC)
3.2.2 Reactive transport modeling (SLB/LLNL)

3.3 Process/Property Studies
3.3.1 CO2-brine-rock interactions
3.3.2 Pore-scale matrix analysis
3.3.3 Fracture perm & its CO2-induced evolution*

3.4 Observation-tuned forward modeling3.4.1 Stochastic inversion of time-lapse
geophysical & geochemical data

＜PTRC資料２００９＞24CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み

内容

１．はじめに
２．CO2貯留の技術開発動向（１）国内の動向（２）海外の動向
３．RITEのCO2貯留技術開発への取り組み（１）長岡プロジェクト：圧入後のモニタリング（２）基礎的研究と安全性評価研究
４．まとめ
25

長岡プロジェクト（ＣＯ２地中貯留実証試験）〔 試験サイト}〔プロジェクト概要〕

CO2貯留槽CO2圧入ポンプ
気化器
長岡
サイト

実施主体

（財）地球環境産業技術研究機構

プロジェクト期間

2000年FY〜2007年FY

CO2圧入期間

2003/7〜2005/1

CO2圧入量

約10,400t-CO2

CO2圧入レート

20〜40t-CO2/日

CO2調達

市販品購入

モニタリング
CO2圧入井その他〔坑井配置とモニタリング〕〔圧入実証試験の概略〕
観
観
測
測
井
井

圧
圧
入
入
井
井

観測井４
物理検層
60m
液化CO2タンク
液化炭酸ガス
輸送ローリー

ヒータ ポンプ

地表

物理検層
観測井３

120m

物理検層
観測井２
40m

物理検層、弾性波トモグラフィー、
微動観測、地層水サンプリング他
2004/10/23に発生した新潟県中越地震（震度6）による影響なし〔CO2挙動の予測シミュレーション〕
１００ｍ

圧入終了時

圧入井１

ー
モグラフィ
弾性波ト

｛弾性波トモグラフィー：CO2分布｝

ｷｬｯﾌﾟﾛｯｸ ( 泥岩 )

深度約1,100m
圧入層：Zone-2（背斜構造）

液体や気体を通さない層（厚さ約１４０ｍ）（ 層厚：12m ）（傾斜：１５°）（孔隙率：約20%、浸透率：約7md）

１００ｍ

１０００年後

帯水層
（砂岩）
帯水層
深部地下塩水層：約６０ｍ
深部地下塩水層：約６０ｍ

CO2 圧入部

圧入CO

2
地圧：11.3MPa、地温：47℃

26

圧入実証試験の「ねらいと成果」
主なねらい

今までに得られた主な成果

9我が国特有の地質構造
9我が国特有の地質構造
における地中貯留のにおける地中貯留の
可能性検証
可能性検証

9地下1,100mの帯水層に20〜40トン/日で約10,400トンを
9地下1,100mの帯水層に20〜40トン/日で約10,400トンを圧入（H15/7〜H17/1）⇒圧入性を確認
圧入（H15/7〜H17/1）⇒圧入性を確認
9偶然発生した新潟県中越地震でも異常なし
9偶然発生した新潟県中越地震でも異常なし＋
9地下に圧入されたCO
9地下に圧入されたCO2の
2の
挙動を把握
挙動を把握

9坑底・坑口の圧力・温度の計測、微動観測など
9坑底・坑口の圧力・温度の計測、微動観測など
9観測井を用いた物理検層、弾性波トモグラフィーなど
9観測井を用いた物理検層、弾性波トモグラフィーなど
によりCO
によりCO2挙動を確認
挙動を確認
2

＋
9地下に圧入されたCO
9地下に圧入されたCO2の
2の
挙動を予測
挙動を予測

9モニタリング結果にもとづくヒストリーマッチングにより、9モニタリング結果にもとづくヒストリーマッチングにより、CO挙動をシミュレーションで予測
CO2挙動をシミュレーションで予測

9地下に圧入されたCO
9地下に圧入されたCO2の
2の
安全性確認
安全性確認

我が国における帯水層貯留の基礎的知見を修得。
我が国における帯水層貯留の基礎的知見を修得。
研究成果を安全評価手法の開発、全国賦存量調査
研究成果を安全評価手法の開発、全国賦存量調査などに活用。大規模実証、コスト低減等が課題。
などに活用。大規模実証、コスト低減等が課題。

2＜H17年度RITE成果報告書参照＞

27

＜圧入後のモニタリング＞

圧入井の坑底圧とCO2圧入量

圧入井の坑底圧（MPa）（赤破線は計算値）

圧入レート（t-CO2/日）
累積圧入量（ｔ−CO2）

圧入終了後、約6ヶ月で、予測通り、ほぼ初期圧に戻り、その後約２年間大きな変化はない。
28

＜圧入後のモニタリング＞

坑井間弾性波トモグラフィーによるCO2分布の時間変化
①

②

③

初期測定：
2003.2.8.
圧入開始：
2003.7.7.

圧入量：3,200ｔ

圧入量：６,200ｔ

圧入量：８,９00ｔ（圧入開始後6ヶ月）（圧入開始後12ヶ月）（圧入開始後16ヶ月）

④

⑤

⑥

圧入終了：
200５.１.15.
⑤回測定：
200５.１0.11.
⑥回測定：
200７.１0.4.

圧入量：１０,４00ｔ（圧入開始後18ヶ月）（圧入終了直後1ヶ月以内）

圧入終了後：9ヶ月

圧入終了後：２年9ヶ月

29

＜圧入後のモニタリング＞

観測井における比抵抗分布の時間変化＜CO2-2号観測井における比抵抗コンター図＞
CO2 圧入開始

１１０８

CO 2 圧入停止

CHDT
地層水

１１１０

A

１１１２

深度
（ｍ） １１１４

溶解CO 2BC

CO 2 / 溶解CO2
CO 2

CHDT

CO 2 / 溶解CO2

D

１１１６

CO 2

水

CO 2 / 溶解CO2

E

１１１８

比抵抗
（ohm-m）

CHDT

最大比抵抗低下部

溶解CO 2
地層水

１１２０
０

２００

４００

６００

８００

１０００

１２００

１４００

１６００

圧入後の経過時間（日）CO2挙動観測結果：①約250日でCO2が到達、②D層とB層へ超臨界CO2が浸透、③C層・E層・A層へ溶解CO2が広がり最大比抵抗低下部を形成、④C層はCO2圧入停止後超臨界CO2の広がりで比抵抗が上昇、⑤D層下部へ約1200日以降地層水が流入

30

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み

内容

１．はじめに
２．CO2貯留の技術開発動向（１）国内の動向（２）海外の動向
３．RITEのCO2貯留技術開発への取り組み（１）長岡プロジェクト：圧入後のモニタリング（２）基礎的研究と安全性評価研究
４．まとめ
31

RITEのＣＯ２ 貯留研究の今後の展開
年度

平成12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

大規模実証試験（日本CCS調査会社）

ＣＯ２地中貯留（岩野原実証試験）
H12〜H16地中
貯留

ＣＯ２地中貯留（岩野原モニタリング）H17〜H19

ＣＯ２
圧入

モニタリング手法検討

ＣＯ２貯留隔離技術
研究開発事業（地中貯留安全評価）

地中挙動予測手法の高精度化

シミュレーション技術開発

貯留層内のCO2挙動解析
貯留層外へのCO2漏洩・漏出解析

基礎研究／室内実験
貯留性能評価手法
システム研究モデル地点調査／賦存量調査
CCS基盤の確立（理解促進、可能性拡大）

地中高温・海底利用貯留

ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ
研究

メタン菌利用貯留

ｼｰﾙ層
評価

長
期
安
全
評
価
・
安
全
基
準
案
作
成
・
新
貯
留
技
術

ジオリアクター貯留

蛇紋岩利用貯留

常設ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ

統合（地中貯留基盤技術を承継）

人工湧昇流評価

海洋
隔離
石炭火力
調査

海洋隔離(NEDO）
H09〜H13ＣＯ２海洋隔離に伴う環境影響予測技術研
究開発（ フェーズ Ⅰ）

海洋隔離（フェーズ Ⅱ）

統合（海洋環境影響評価技術を承継）

石炭ガス化技術等実証普及事業（IZEC)中国CCS調査

石炭発電石油増進（中国CCS-EOR）

32

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
2010.01.15.

Ⅳ CCS推進基盤の確立
・国際連携 ・国内外動向調査
・サイト評価 ・有効性評価 ・理解促進

CO2 発生源Ⅴ CCS技術指針案の作成

Ⅱ-2 ．CO2移行監視の解析とモニタリング技術開発

Ⅲ． 長期モニタリング

観測井

CO2移行シナリオ作成とリスク評価システムの開発

観測井

圧入井

CO2海中モニタリング
技術の開発

坑井閉鎖の安全性評価

浅部地層移行監視手法の開発
上部地層
遮蔽性能評価長期モニタリング手法の開発

Ⅰ．CO2貯留性能
評価手法の開発
遮蔽性能の評価技術開発

貯留量の評価技術開発

CO2移行要因分析技術
開発（断層の類型化と浸透性の評価）

シール層
遮蔽性能評価

長期貯留メカニズムの定量的把握
長期挙動予測精度の高度化

圧入性能の評価技術開発
貯留層構造の評価手法
把握

断層

CO2
周辺影響（地震）の監視技術
開発

Ⅱ-1． 貯留層内CO2挙動の解析とモニタリング技術開発
常設モニタリング技術の可能性研究

1

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
CO2 発生源

観測井l

圧入井
観測井
断層

CO2

1

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
CO2 発生源

観測井l

圧入井
観測井
断層

CO2

1

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
CO2 発生源Ⅱ-2 ．CO2移行監視の解析とモニタリング技術開発

Ⅲ． 長期モニタリング

観測井

システムの開発
圧入井
観測井
断層

Ⅰ．CO2貯留性能
評価手法の開発

CO2

Ⅱ-1． 貯留層内CO2挙動の解析とモニタリング技術開発

36

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
CO2 発生源Ⅱ-2 ．CO2移行監視の解析とモニタリング技術開発

Ⅲ． 長期モニタリング

観測井

システムの開発
圧入井
観測井
断層

Ⅰ．CO2貯留性能
評価手法の開発
遮蔽性能の評価技術開発
圧入性能の評価技術開発
貯留層構造の評価手法
把握
貯留量の評価技術開発

CO2
周辺影響（地震）の監視技術
開発

Ⅱ-1． 貯留層内CO2挙動の解析とモニタリング技術開発

37

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
CO2 発生源Ⅱ-2 ．CO2移行監視の解析とモニタリング技術開発

Ⅲ． 長期モニタリング

観測井

CO2移行シナリオ作成とリスク評価システムの開発

CO2海中モニタリング
技術の開発

圧入井
観測井

浅部地層
移行監視手法の開発
上部地層
遮蔽性能評価断層
CO2移行要因分析技術
開発（断層の類型化と浸透性の評価）

シール層
遮蔽性能評価Ⅰ．CO2貯留性能
評価手法の開発
遮蔽性能の評価技術開発
圧入性能の評価技術開発
貯留層構造の評価手法
把握
貯留量の評価技術開発

CO2
周辺影響（地震）の監視技術
開発

Ⅱ-1． 貯留層内CO2挙動の解析とモニタリング技術開発
常設モニタリング技術の可能性研究

1

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
CO2 発生源Ⅱ-2 ．CO2移行監視の解析とモニタリング技術開発

Ⅲ． 長期モニタリング

観測井

CO2移行シナリオ作成とリスク評価システムの開発

観測井

圧入井

CO2海中モニタリング
技術の開発

坑井閉鎖の安全性評価

浅部地層移行監視手法の開発
上部地層
遮蔽性能評価長期モニタリング手法の開発

Ⅰ．CO2貯留性能
評価手法の開発
遮蔽性能の評価技術開発

貯留量の評価技術開発

CO2移行要因分析技術
開発（断層の類型化と浸透性の評価）

シール層
遮蔽性能評価

長期貯留メカニズムの定量的把握
長期挙動予測精度の高度化

圧入性能の評価技術開発
貯留層構造の評価手法
把握

断層

CO2
周辺影響（地震）の監視技術
開発

Ⅱ-1． 貯留層内CO2挙動の解析とモニタリング技術開発
常設モニタリング技術の可能性研究

1

CO2貯留隔離技術研究開発のイメージ
2010.01.15.

Ⅳ CCS推進基盤の確立
・国際連携 ・国内外動向調査
・サイト評価 ・有効性評価 ・理解促進

CO2 発生源Ⅴ CCS技術指針案の作成

Ⅱ-2 ．CO2移行監視の解析とモニタリング技術開発

Ⅲ． 長期モニタリング

観測井

CO2移行シナリオ作成とリスク評価システムの開発

観測井

圧入井

CO2海中モニタリング
技術の開発

坑井閉鎖の安全性評価

浅部地層移行監視手法の開発
上部地層
遮蔽性能評価長期モニタリング手法の開発

Ⅰ．CO2貯留性能
評価手法の開発
遮蔽性能の評価技術開発

貯留量の評価技術開発

CO2移行要因分析技術
開発（断層の類型化と浸透性の評価）

シール層
遮蔽性能評価

長期貯留メカニズムの定量的把握
長期挙動予測精度の高度化

圧入性能の評価技術開発
貯留層構造の評価手法
把握

断層

CO2
周辺影響（地震）の監視技術
開発

Ⅱ-1． 貯留層内CO2挙動の解析とモニタリング技術開発
常設モニタリング技術の可能性研究

1

石油技術とCCS（CO2地中貯留）技術の比較
石油技術

・乏しいデータを補う探
査手法の探索→CCS技術

貯留層構造評価手法の開発

貯留性能評価技術
３Ｄ震探データ
坑井データ

・遮蔽層の基礎特性→

３Ｄ震探データ
坑井データ

シール層の遮蔽性
能評価技術の開発

・砂岩層の基礎特性→

長期貯留メカニズムの解明

地質構造モデルの作成

地質構造モデルの作成
・不均質性の影響検討→

ヒストリー
マッチング

挙動解析

・圧力減少

ヒストリー
マッチング

・生産でデータ増加

貯留層圧入性能評
価技術の開発挙動解析とモニタリング
挙動解析

・圧力増加

・データ増加は少ない
・数千年の安全性を検証

生産終了

長期挙動予測41

研究項目の体系
A. CO2貯留層性能評価手法

2010.01.15.

C. CO2推進基盤の確立

A-1. 貯留層構造評価手法の開発

C-1. 国内外CCS技術動向調査

A-2. 貯留層性能に及ぼす断層の影響評価

C-2. CCS安全評価ガイドライン案の策定

A-3. シール層の遮蔽性能評価技術の開発
A-4. 砂泥互層によるCO2流動評価手法の開発／AIST

B①. 貯留層内のCO2挙動
B①-1. CO2挙動モニタリング技術の開発(1) 沿岸域に適用可能な地震探査法の開発(2) 溶解CO2を観測可能なﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ技術開発／AIST

B①-2. 長期挙動予測シミュレーションモデルの高精度化

B②. 貯留層外部へのCO2移行（漏洩）B②-1. 貯留層外部へのCO2移行シナリオ策定(1) CO2貯留メカニズム解明(2) シミュレーションモデルの高精度化／AIST(1) 漏洩漏出シナリオ定量化法の開発(2) 移行要因の分析・評価

B②-2. CO2移行モニタリング技術の開発

42

A:貯留性能評価手法の開発
A-① 貯留層構造評価手法の開発
A-② 貯留層性能へ及ぼす断層の影響評価
A-③シール層及び上部地層群の遮蔽性能評価技術の開発
A-④貯留層圧入性能評価技術の開発
A-⑤ 貯留層情報整備
43

CO2貯留隔離技術研究の開発スケジュール
開発項目

目的

A：CO2貯留層
性能評価手法

貯留性能評価に関わる挙動解析モデルの構築

H２１

H２２

H２３

2010.01.15.

H２４

A-①：貯留層構造評価手法の開発
A-②：貯留層性能に及ぼす断層の影響評価
A-③：シール層遮蔽性能評価技術の開発
A-④：砂泥互層によるCO2流動評価手法の開発

B-①：貯留層内のCO2挙動解析

B-②：貯留層外へのCO2漏洩・漏出解析

B-①-a：CO2挙動ﾓ
ﾆﾀﾘﾝｸﾞ技術の開発

海底ｹｰﾌﾞﾙ式等海底下貯留層内モニタリング手法の確立
ﾌｨｼﾞﾋﾞﾘﾃｨｽﾀﾃﾞｨｼｽﾃﾑ作成評価試験

B-①-b：長期挙動予測シミュレーションの高精度化

CO2貯留メカニズム（溶解、鉱物化）解明

B-②-a：CO2移行
リスク評価手法の開発

CCSサイトのCO2漏洩・漏出ｼﾅﾘｵ抽出とﾘｽｸ評価

B-②ｰa,-b：モニタリ
ング手法の開発-a：地層中,-b：海底

D：ＣＣＳ推進

ＣＣＳ推進基盤確立想定される実証
試験との連携日本ＣＣＳ調査会社との連携

ﾌｨｰﾙﾄﾞ試験での検証

貯留量の定量評価（MVA）の実施（長岡ﾃﾞｰﾀ取得とﾋｽﾄﾘﾏｯﾁﾝｸﾞ）

漏出要因分析と、発生確率論の構築

CO2漏洩・漏出
確率の
定量化

手法の選定
ｼｽﾃﾑ作成・予備試験
評価試験
ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ装置設計
現場実験
影響評価手法

ﾌｨｰﾙﾄﾞ試験での検証

長期安全評価ガイドライン案 作成

ﾌｨｰﾙﾄﾞ試験での検証

国際連携、国内外動向調査、サイト評価、有効性評価、理解促進等
実証試験のための調査

詳細設計

調達／建設／試運転

44

A：貯留層性能評価技術の開発
ＣＯ２挙動解析モデル構築の構成要素
P波速度構造（地震探査）

S波速度構造（微動アレー探査）①貯留層構造評価

比抵抗構造

地質情報のモデル化
・データのスケール効果の修正
・適切な解像度と解析項目の選択
・地球統計学パラメータの設定④貯留層圧入性能評価

重力探査
etc

地質調査
断層調査
②断層の影響評価⑤貯留層情報整備

現場試験
室内実験③遮蔽性能評価

物性空間分布の作成
挙動解析の適用例
・最大圧入圧評価
・圧入可能量評価
・最適な坑井配置
ＣＯ２挙動解析モデルの作成

45

CO2貯留性能評価手法開発の課題
Start
貯留層・遮蔽層の調査・試験

CO2地中貯留の安全性を的確にＣＯ２挙動解析モデルの作成評価するためには、貯留層におけるCO2貯留性能の評価手法を開発すモデルの妥当性検討
O.K.?

る必要がある。
とくに、左図に示すCO2挙動解析
モデルの作成において、CO2挙動の

No

Yes

挙動予測
許容範囲?

No

漏洩対策の考慮Yes

CO2圧入
モニタリング

許容範囲?

No

漏洩対策

Yes

End

CO2地中貯留の安全評価の流れ

予測精度を高めることが重要である。
挙動予測の確からしさは、次図に示
すように、・挙動の定式化
・近似解法(解析コード)
・数値解析モデル・境界条件/初期条件
・物性値推定法等の信頼性に依存する。
46

CO2挙動予測の確からしさ：P (Probability)

(
P

挙動の
定式化
95%?

,

近似
解法
95%?

ＣＯ２

,

数値
モデル化
30%?

境界条件

, 初期条件 ,

物性値
推定法

50%?

40%?

)

浸透率 k
孔隙率φ
相対浸透率 kr(SCO2)
スレッショルド圧 PTH
etc.
47

A-①：貯留層構造評価手法の開発：微動アレー探査法
位相速度の分散現象
位相速度 C （m/sec）

500

周波数（波長）によって速度が異なる

C
C
C
C
周波数（波長）400300

各層のS波速度と厚さを計算できる200
100

波長毎の伝わる早さ（位相速度）

地下構造（S波速度構造）
によって分散が異なる

0・深度構造が得られる
分散曲線

5

10

15

周波数 （Hz）

20

微動に含まれる表面波の性質
・自然の波浪による表面波をとらえる
・全方位の表面波から各周波数の速度を得る
・低周波の表面波ほど深部まで振動する

道路振動

微動
アレー観測

海洋波浪
48

探査事例（下総地殻活動観測井近傍）
微動アレー探査結果（S波速度構造）

P波速度

Ｓ波速度(m/s）
001000 2000 3000

370

A

200

490

400

650

反射法断面
（山水ほか，1993）

600

B

深度（m）

800

830
1000
1200
1400

1100

C

2540

D

1600
1800
2000

ボーリングデータと対応し掘削せずに一次元構造把握

A 下総層群B 上総層群
C 三浦層群D 先新第三系基盤

VSP
（下総井）

震探断面と対比させ
詳細な岩石性状を把握
49

海底下微動アレー探査基本構想案
アンテナ

観測船

海上ブイ

海面

伝送系
ロガー+GPS+電源

バラスト

海底地震計
海底用微動震動観測装置

ジンバル機構ツイステッドペアケーブル

圧力容器
A/D変換+アンプ+バックアップ電源
ジンバル+姿勢制御

錘海底面
水深200m程度

50

海底用微動震動観測装置の作製

圧力容器の蓋ジンバル機構と地震計 （測定周波数範囲 ： 0.13Hz〜50Hz）

圧力容器のカバー

今後の予定 ・評価用装置の作成と振動特性の把握・評価試験における課題抽出
・貯留性能評価に向けた必要仕様の整理

51

A-②：貯留層性能へ及ぼす断層の影響評価
実施内容：断層の形態や断層の分布等を定量化する手法を検討し、貯留候補サイトの断層密度や、圧入圧力と断層位置の関係など、貯留性能に及ぼす断層の評価手法を開発する。
log L = 0.6 M – 2.9
Ｌ ： 活断層の長さ （ｋｍ）
Ｍ ： 地震の規模 （マグニチュード）

断層と震度の関係

松田時彦 (1957)

log R = log (L/S)+1.9
s : 平均変位速度 (mm/年）
L : 断層の長さ (km)R : 地震の平均再来間隔 （年）断層と地震頻度の関係〔新編〕 日本の活断層−分布図と資料− （1991）

重複反射

第四紀層
Vs = 0.4 km/sec以下- 0.1 km

新第三紀層
Vs = 0.8 km/sec- 1.0 km

CO2貯留深度
CO2貯留深度

新第三紀層
Vs = 1.5 km/sec

10km
地下10数kmから数10km「活断層-震源断層システム」 （佐藤・他，2001）

地震動の伝播ﾓﾃﾞﾙと地下構造ﾓﾃﾞﾙ- 3.0 km52

A-③：シール層・上部地層の遮蔽性能評価技術の開発
目

的：CO2に対するシール層の遮蔽性能を調査評価する方法を開発する。H20年度までに開発した方法（従来法）に対し、試験時間の短縮化、試験装置の簡素化、小型化、試験工程の簡略化をねらった簡易型スレショルド圧力測定手法 (簡易法)の開発をおこなう。

実施内容：（１）遮蔽性能試験装置（簡易型スレショルド圧力測定装置）の開発（２）貯留候補サイトのシール層岩石を対象としたスレショルド圧力の測定・評価

供試体寸法
φ5cm×厚さ1cm

CO2圧力(Pg)

いわき市 多賀層群泥岩露頭

水圧（Pw）

・飽和供試体の側面を拘束し、不透水とする。
・供試体下部の空間をブライン(水)で満たす。
・供試体上部の空間を超臨界CO2で満たす。
・下部空間をバルブにより閉塞させる。
・上部のCO2圧力をステップ状に上昇させる。
・下部での水圧応答を計測する。
・破過点は流量変化を見て決める。

スレッショルド圧力測定の概要（簡易法）

泥岩ブロック採取状況

53

泥質岩を用いたthreshold pressure測定試験結果（封圧18MPa）
弾性波速度
threshold圧は1〜2MPa（出口圧：１０MPａ）

注入差圧：1→2MPa
流れ
方向

横ひずみ

試料：上総層群大田代層の泥岩
サイズ：直径 50 mm、長さ125 mm

54 5
54

遮蔽性能評価装置外観

圧力容器（恒温槽内）

スレショルド圧力測定装置(簡易法）全景

試料保持治具55

A-④：貯留層圧入性能評価技術の開発
目的 ：貯留層におけるCO2圧入性能に関わる基本特性を総合し、貯留量などの圧入性能を評価する技術を開発する。
実施内容 ：
地質情報のモデル化（１）データのスケール効果の修正（２）適切な解像度と解析項目の選択（３）地球統計学パラメータの設定（三次元不均質地質モデル）
挙動解析（１）最大圧入圧評価（２）圧入可能量評価（３）最適な坑井配置
56三次元不均質モデルの開発開発の必要性：•伊勢湾と大阪湾を対象とした二次元断面モデルのシミュレーションをH20
年度に賦存量調査の中で実施したが信頼性に欠けた。
•砂岩・泥岩の分布および浸透率の分布を地球統計学的手法を用いて三次元モデル構築するための手法の開発が必要である。

l
dia
e
M n
Fa

大

群
層
阪

l
via
u
l
F

部
下

最
群
層
阪
大

al
M
ed
ial

st
Di

部
下

各堆積相ごとに砂泥比を均質に与えた

不均質な砂泥比57

＜三次元不均質モデルの開発＞

有効孔隙率のアップスケーリングによる比較
Fine̲model

us1

us2

us3

ケース名

グリッドシステム

泥岩の有効孔隙率の扱い方

us1

水平方向のみ泥岩もアップスケール

us2

水平および垂直方向

泥岩もアップスケール

us3

水平および垂直方向

泥岩は無視

58

＜三次元不均質モデルの開発＞

地質構造モデルおよび流動シミュレーションの試算結果
CO2移行距離シミュレーション結果

4.5
us1
us2
us3

4
移行距離 (km)3.5

Gas rate
Cumulative Gas
BHP

3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0

200

400

600

圧入終了後 (年)

800

1000

圧入性が悪いので2,500万ｔの圧入に220〜350年を必要としている。

uｓ１のアップスケールは水平方向のみ、泥岩の有効孔隙率も考慮。
今後、５０ケース以上の条件で試算し、統計的に意味のある結果を
得る予定。
59

A-⑤：貯留層情報整備
目的 ：将来のCCS事業者に対して必要かつ有益な情報およびRITEがこれまでに蓄積した貯留層情報を整備するとともに、事業者に提供する方策を整備する。
実施内容 ：（１）沿岸域貯留可能性評価手法の開発（２）排出源近傍貯留可能性の再評価（東京湾を含む）（３）RITE全国貯留層賦存量データベースの高度化・利便性向上

データベース（改良中）

データベースの構成

B：挙動解析とモニタリング
B-①貯留層内CO2 挙動解析
-a：沿岸域CO2モニタリング技術の開発-b：長期挙動シミュレーションの高精度化
B-② 貯留層外へのCO２漏洩・漏出解析-a：CO2移行リスク評価手法の開発-b：CO2地中モニタリング手法の開発-c：CO2海中モニタリング手法の開発
61

CO2貯留隔離技術研究開発の進め方について
2010.01.15.
開発項目

目的

A：CO2貯留層
性能評価手法

貯留性能評価に関わる挙動解析モデルの構築

H２１

H２２

H２３

H２４

A-①：貯留層構造評価手法の開発
A-②：貯留層性能に及ぼす断層の影響評価
A-③：シール層遮蔽性能評価技術の開発
A-④：砂泥互層によるCO2流動評価手法の開発

B-①：貯留層内のCO2挙動解析

B-②：貯留層外へのCO2漏洩・漏出解析

B-①-a：CO2挙動ﾓ
ﾆﾀﾘﾝｸﾞ技術の開発

海底ｹｰﾌﾞﾙ式等海底下貯留層内モニタリング手法の確立
ﾌｨｼﾞﾋﾞﾘﾃｨｽﾀﾃﾞｨｼｽﾃﾑ作成評価試験

B-①-b：長期挙動予測シミュレーションの高精度化

CO2貯留メカニズム（溶解、鉱物化）解明

B-②-a：CO2移行
リスク評価手法の開発

CCSサイトのCO2漏洩・漏出ｼﾅﾘｵ抽出とﾘｽｸ評価

B-②ｰa,-b：モニタリ
ング手法の開発-a：地層中,-b：海底

D：ＣＣＳ推進

ＣＣＳ推進基盤確立想定される実証
試験との連携日本ＣＣＳ調査会社との連携

ﾌｨｰﾙﾄﾞ試験での検証

貯留量の定量評価（MVA）の実施（長岡ﾃﾞｰﾀ取得とﾋｽﾄﾘﾏｯﾁﾝｸﾞ）

漏出要因分析と、発生確率論の構築

CO2漏洩・漏出
確率の
定量化

手法の選定
ｼｽﾃﾑ作成・予備試験
評価試験
ﾓﾆﾀﾘﾝｸﾞ装置設計
現場実験
影響評価手法

ﾌｨｰﾙﾄﾞ試験での検証

長期安全評価ガイドライン案 作成

ﾌｨｰﾙﾄﾞ試験での検証

国際連携、国内外動向調査、サイト評価、有効性評価、理解促進等
実証試験のための調査

詳細設計

調達／建設／試運転

62

B-①：貯留層内CO2 挙動解析
必要性： 貯留層に圧入したCO2の挙動を把握するため、圧入中、圧入直後の安全監視に係るモニタリング手法の開発と、サイト閉鎖後の長期安定に関する予測を行い、安全評価基準に関する整備を行う必要がある。
現 状： 海外のCCSﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄでのCO2挙動把握には地震探査が適用されているが、わが国の多くの貯留層は海域に位置することから、海底下地層に適したCO2挙動把握手法の開発が求められている。
目 的： 現状の震探法を補完する技術として、沿岸域に適用可能な震探技術を開発するとともに、より精度を高めるための手法として、補完的なCO2観測モニタリング技術を開発する。
ａ． 貯留層内のCO2挙動モニタリング技術の開発（沿岸域適用手法）
ｂ． 長期挙動予測ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝモデルの高精度化

63

B-①-a：貯留層内CO2 挙動モニタリング技術の開発
陸域
地震探査技術を適用

海域沿岸部

海域沖合部

ストリーマケーブ
ル探査は不適ストリーマケーブル探査が適用設置型海底ケーブルが有効･ケーブル長い(3kｍ)ため、離岸2km以上で観測曳航式センサーケーブル

海底設置式ケーブル

OBC：Ocean Bottom Cable（海底ケーブル方式）
帯水層

開発項目
9既存方式（陸水）から実証方式（海域）への改良
9耐圧性能向上、海域ノイズ現状把握と、排除手法の開発
9最適設置（効果的埋設）手法の開発
9沿岸域における連続観測の実証
9経済性の評価64

CO2挙動モニタリング技術の開発 （OBCシステム概要）
The Sensor Module (OYO-Geospace)
Cylindrical Fixed Axis 3C
Hydrophone Geophones←海底油田
常設モニタリングシステム
BP社Vaｌhaｌｌ
BP社Valhall：Life of Field Seismic 資料より

Digitizers, telemetry,power electronics

Multi-axis accelerometers
for sensor orientation↑センサー・モジュール
震源車
発震点（道路上）

GPSアンテナ

GPSアンテナ

常設型OBC
データ収録装置
独立型レコーダ↑野外試験の概要

・センサー（3成分受振器、ハイドロフォン）
・アンプ／AD変換装置
・データ伝送装置←野外試験の機器配置概略図

65

B-①-b：長期挙動シミュレーションの高精度化
現状：
z 貯留したCO2は、超臨界相から、溶解を経て、鉱物化するといわれているが、トラップメカニズムは定性的概念で、速度的、量的な評価手法は確立していない。
z CO2圧入に先立つCO2挙動予測シミュレーションモデルの高精度化が必要である。

（１）. 貯留形態・量の研究：① ガストラップの研究：
構造・層位トラップ

弾性波測定＋X線CTによるガス飽和率の定量化手法開発

残留トラップ② 溶解トラップの研究：
耐圧式の炭酸系成分の計測技術開発
溶解トラップ
鉱物化トラップ③ 鉱物トラップの研究：
鉱物組成データベース作成（長期予測の入出力データの検証）（２）. 時間軸を含めた研究： CO2の長期挙動予測結果の信頼性向上
66

B-①-ｂ-（１）-①ガストラップ機構の研究
・CO2の検出から定量化に向けた研究開発
・入力データの取得・補完・修正方法を含めた長期挙動予測手法の提案＜長期挙動シミュレーションの高精度化＞（１）. 貯留形態・量の研究① ガストラップ機構の研究：
弾性波測定＋X線CTによる
ガス飽和率の定量化手法開発② 溶解トラップ機構の研究：
炭酸系成分の耐圧式計測技術開発③ 鉱物トラップ機構の研究：
鉱物組成データベース作成（長期予測の入力＆出力データの検証）（２）. 時間軸を含めた研究：
CO2の長期挙動予測結果の信憑性向上
67

安全性監視に係る基礎的検討（地下再現高圧実験装置によるCO2−水置換の観測）
岩石サンプル

実験システムの全体間隙流体制御ユニット

シール後

弾性波発振・受振ユニット

シール前

高温高圧ユニット

高圧容器内部に設置

超臨界CO2液量測定器
高温高圧ユニット

S.C. CO2

圧力容器

間隙流体制御ユニット
気液分離管

弾性波速度変化
CO2圧入

水 圧入

水（CO2に飽和）

間隙水（未分離）

試料と間隙流体制御装置の間に気液分離管を設置し、水と超臨界二酸化炭素に分離し、それぞれの流量変化を観測する。

68

69
69

X線CTスキャン用高圧容器の開発（２００９．１１）
X線透過性に優れ、高剛性のジュラルミンを用い、超臨界条件下でのX線CT
スキャンを用いたコアフラッド試験が可能となる圧力容器を作成した。
また、圧力容器と同じ肉厚のジュラルミン製の円筒を用い、X線透過性試験を行った。

ジュラルミン製の柱
60mm

多胡砂岩
d:23mm
L:35mm

肉厚60mmのジュラルミン容器のX線透過性試験70多胡砂岩のCTスキャン結果
乾燥状態でＸ線観察
Dry

Dry
12時-5時方向に線構造が確認できる。

容器内に水を充填して観察
Wet

Wet

水面

Berea砂岩に比べ水の分布が不均質。

＜電中研との共同研究＞

71B-①-ｂ-（１）-②溶解トラップ機構の研究
・CO2の検出から定量化に向けた研究開発
・入力データの取得・補完・修正方法を含めた長期挙動予測手法の提案＜長期挙動シミュレーションの高精度化＞（１）. 貯留形態・量の研究① ガストラップ機構の研究：
弾性波測定＋X線CTによる
ガス飽和率の定量化手法開発② 溶解トラップ機構の研究：
炭酸系成分の耐圧式計測技術開発③ 鉱物トラップ機構の研究：
鉱物組成データベース作成（長期予測の入力＆出力データの検証）（２）. 時間軸を含めた研究：
CO2の長期挙動予測結果の信憑性向上
72

室内試験用炭酸計成分連続計測技術の開発
岡村慶 准教授（高知大）との共同開発（2010.1）

全炭酸、水素イオン濃度、アルカリ度を測定し、CO2の状態別の濃度を算出する技術の開発。
高圧下でも測定できるように、比色法を採用。

（将来展開）
小型化によって坑井内
地層水のCO2濃度をその場測定できる。
73

B-①-ｂ-（１）-③鉱物トラップ機構の研究
・CO2の検出から定量化に向けた研究開発
・入力データの取得・補完・修正方法を含めた長期挙動予測手法の提案＜長期挙動シミュレーションの高精度化＞（１）. 貯留形態・量の研究① ガストラップ機構の研究：
弾性波測定＋X線CTによる
ガス飽和率の定量化手法開発② 溶解トラップ機構の研究：
炭酸系成分の耐圧式計測技術開発③ 鉱物トラップ機構の研究：
鉱物組成データベース作成（長期予測の入力＆出力データの検証）（２）. 時間軸を含めた研究：
CO2の長期挙動予測結果の信憑性向上
74

帯水層のCO2貯留性能評価の基礎的研究（溶解・鉱物固定メカニズムの寄与度を推定）
地層水組成と鉱物固定量の関係評価
日本の地層水は他国よりも塩分濃度が低くCO2が溶解しやすい↓
地化学的なCO2のトラップが期待される

NagaokaSleipner
Frio↓
CO2溶解量の異なる地層水の鉱物固定ポテンシャルを
熱力学計算コードPhreeqCで検討

Calcite (mol/kgs)

カルサイトCaCO3析出量0.4

常磐（淡水成層）長岡0.2

日本の地層水の塩分濃度の範囲（AIST地層水データベースより）

北海道中央（海成層）
0.0
5

6

7

8

pH （←CO2添加）

9

結論：CO2の最大固定量はいずれの場合も同じ（約20gCO2/1kg貯留岩）
75

岩野原をモデルとしたGEM-GHG解析結果
１万トン圧入直後
Mg鉱物あり１00万トン圧入直後
Mg鉱物あり

CO2分布

CO2分布
１万トン圧入1000年後
Mg鉱物あり

１万トン圧入1000年後
Mg鉱物なし沈澱沈澱
炭酸塩
CaCO3分布

溶解

溶解

炭酸塩
CaCO3分布76

B-①-ｂ-（２）トラップ機構の時間軸を含めた研究
・CO2の検出から定量化に向けた研究開発
・入力データの取得・補完・修正方法を含めた長期挙動予測手法の提案＜長期挙動シミュレーションの高精度化＞（１）. 貯留形態・量の研究① ガストラップ機構の研究：
弾性波測定＋X線CTによる
ガス飽和率の定量化手法開発② 溶解トラップ機構の研究：
炭酸系成分の耐圧式計測技術開発③ 鉱物トラップ機構の研究：
鉱物組成データベース作成（長期予測の入力＆出力データの検証）（２）. 時間軸を含めた研究：
CO2の長期挙動予測結果の信頼性向上
77

長期挙動予測シミュレーションモデルの高精度化
CO2圧入完了後のサイト周辺の長期にわたる安定性を確保するため、坑井の閉鎖方法に関する技術や、経済性や信頼性等を考慮に入れた
長期のモニタリングシステムを開発する。

①長期CO2貯留メカニズムの解明②シミュレーションモデルの高精度化

78

1000年後の超臨界CO2分布
1万トン-CO2

10万トン-CO2

・・100万トン-CO2

・ ・・・
79

B-②: 貯留層外へのCO２漏洩・漏出解析
現状
貯留層から外部へ移行（漏洩）したCO2の定量評価、および、漏洩の早期検出に効果的な手法としては、地震探査は最も重要な手法であるが、地震探査を補完する経済性・有効性に優れた手法の開発が必要である。
海中

化学環境観測他

海底浅部

重力、音波探査

深部
シール層
貯留層

CO2

移行解析・移行モニタリング手法評価
項目

B②a：移行シナリオ策定

実 施 内 容RITE日本語版FEP
データベースの改良

実証サイトの地質情報をシナリオ解析、定量的モデル解析
断層・坑井沿い漏洩評価、シール層分析（遮蔽性能）

B②ｂ：浅深部地層中CO2モニタリング

海底傾斜計、音波探査、微動アレイ、溶解ガス、自然γ線、
重力等

B②ｃ：海底・海中生物モニタリング

浅海遊泳生物。浅海底生生物へのCO2の影響評価
80B-②-a： CO2移行リスク評価手法の開発
漏洩・漏出シナリオ定量化手法の開発（CO2圧入サイトのCO2漏洩・漏出シナリオ抽出とリスク評価）
目的貯留サイトにおけるCO2移行（漏洩・漏出）シナリオの抽出と、移行ルートの漏洩要因を
地層データに基づき分析し、効率的なCO2移行モニタリング計画に資する。
注入井（背斜，層序との関係を考慮し本断面上に図示）

X

Y
m
0

G

E

-200

F

E
E

D

派生断層

D超臨界CO2

D

地下水(CO2)

C

C

B
A

-400

ｷｬｯﾌﾟﾛｯｸ
泥岩

C

帯水層
砂岩

A

構造ﾄﾗｯﾌﾟへの影響

A
F断層

f 断層群

-800
-1000

B

B

-600

-1200
-1400

D層

Q層

B層

F層

＜断層からの漏洩シナリオの例＞
C層
G層

開発項目
①RITE日本語版ＦＥＰデータベースの改良②ＦＥＰ漏洩シナリオによる分析評価：実サイトでの移行解析、定量的モデル解析③漏洩要因の分析評価：断層面沿い漏洩評価、坑井沿いの漏洩評価、シール層の遮蔽効果

81B-②-ｂ：CO2地中モニタリング手法の開発（漏洩ＣＯ２の海底および浅部地層中モニタリング技術の開発）
目的
海防法、CCS研究会、環境省検討会等の指針に従い、また既存の技術を応用し、二酸
化炭素海底下地層貯留事業のための、実適用可能な海底・浅部地層中モニタリング技
82
術および環境影響評価技術を開発する。
CO 2 の拡散（間隙水）
CO 2 気泡の噴出
地層水の流出海底下CO2漏出
のイメージ
最大
200m

バイパス

拡散
移動

1000m

断層

移動
拡散

断層

移動

断層

移動

拡散

移動
断層

拡散

断層

海底環境の監視・影響評価研究
地層中のCO2移行評価研究

移動

CO2

CO2

CO2貯留性能評価研究

環境影響評価およびモニタリングに必要な知見
・CO2漏出（移行）メカニズム ：時間スケール、発生確率、漏出量・速度、 範囲・場所
・海底/浅部地層中環境影響 ：CO2挙動、水質、泥質、生物・生態系の急性/長期影響・対策：漏出監視、漏出阻止、影響軽減・回避

82鹿児島湾海底でのCO2発生状況の観測（2009.12.）

海底カルデラと観測域（天然CO2放出域）

サブボトムプロファイラー

サイドスキャナー

サブボトムプロファイラーのCO2発生部分データ

観測風景と桜島の噴煙
83

2009/6/30

P 84

B-②-c：CO2海中・海底生物モニタリング手法の開発
開発項目①現場型生物影響モニタリング装置の開発②生物影響モニタリングデータの解析手法の開発

既存装置

新規開発装置

SPC
DPC

SBC

〜30m

〜400m

30m

350m〜

DBC

〜2000m

CO2貯留層2000m

プランクトン・ベントスの例：左上から、
円石藻、浮遊性有孔虫、カイアシ類、ウニ、エビ

・現場実験結果の分析のための影響解析室内実験手法の開発

・指標生物による海中環境影響のモニタリング手法の提案。
・現場モニタリング装置の運用手法の検討 （評価地点・実験期間・時期など）
84

浅海域海洋生物へのCO2影響評価技術の開発

CO2影響評価実験装置

CO2影響評価の参照生物
About 1 month

1 ｹ月で
成長

About 1 day

1 日でふ化

Foodsof already-known isotopic ratio温度調整器
１３C既知の餌を使って飼育

Thermostat

egg

１３Cの変化

Gas blender

高濃度CO2High CO2 Air空気

通常空気
Atmosphere（対照）CO Air)(present
2

adult
larva
soybean flour

テトラブライン・シュリンプの成長（目標）

高CO2飼育ﾌﾟﾗﾝｸﾄﾝの１３C測定

から、呼吸
や代謝への
CO2影響を評価する。
85

浅海底生生物CO2影響評価技術の開発＜浅海底生生物CO2影響実験装置の開発＞
対象地点の海底に本装置を設置し、対照区（CO2注入無し）と2種類のCO2濃度環境に対する、底生生物へのCO2影響を調査し、 底生生態系モニタリングシステムを開発する。
＜浅海用底生生物CO2影響実験装置＞

海中チャンバー１
対照区

低濃度区

高濃度区

センサー類
攪拌装置
CO2

センサー類

採水

底泥

攪拌装置
CO2

注入・
採水装置

採水

チャンバー３
注入・
採水装置

CO2

制御装置

攪拌装置

注入・
採水装置

センサー類

チャンバー２採水

86
底生生物（写真は京大・白山教授のWEBサイトより）

86

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み

内容

１．はじめに
２．CO2貯留の技術開発動向（１）国内の動向（２）海外の動向
３．RITEのCO2貯留技術開発への取り組み（１）長岡プロジェクト：圧入後のモニタリング（２）基礎的研究と安全性評価研究
４．まとめ
87

CCS技術に関わる国際協力
1. 日米協力：
・日米 CCS 協力会議 (2009.7.15. 米国にて)・米国 CCS ミッションRITE訪問 (2009.7.15.)
2. 日中協力: CCS-EORの可能性調査
3. 日加協力： RITE-Ｗａｙｂｕｒｎプロジェクト
４．情報交換:・RITE-英国大使館
・RITE-ノルウエー大使館
・RITE-台湾・工業技術研究院
5. 国際会合：CSLF, IEA-GHG, APP-FF-TFC, GCCSI
88

CO2貯留の技術開発動向とRITEの取り組み
まとめ１．国内では主に、大規模実証に向けた技術開発と、基礎的研究や安全性評価に向けた技術開発が進んでいる。
2. 海外では石炭火力発電のCO2地中貯留が始まり、技術指針作成に向けたフィールド研究が進んでいる。
3. 長岡プロジェクトについては、長期のモニタリング
継続が期待されている。
4. ＲＩＴＥにおいては、 CO2貯留性能評価手法の開発と、CO2挙動解析とモニタリングの技術開発が始まった。
５．ＲＩＴＥでは海外との共同研究も検討中である。
89参考情報源（１）（１）ＲＩＴＥのＷＥＢサイトの「プロジェクト」で
CO2地中貯留技術研究開発の成果報告書
http://www.rite.or.jp（２）ＮＥＤＯのＷＥＢサイト：成果報告書データベースで「ＣＯ２」「貯留」「地中」「海洋」を検索
http://www.nedo.go.jp/database/index.html（３）ＩＰＣＣ「ＣＯ２回収・貯留」特別報告書
ｈｔｔｐ://www. ipcc.ch（４）「図解 ＣＯ２貯留テクノロジー」 2006.12.発刊（財）地球環境産業技術研究機構編、工業調査会刊（５）資源・素材学会誌「二酸化炭素の地中貯留」小特集
J of MMIJ, Vol.124, ｐ37-93，200890参考情報源（２）（６）超臨界ＣＯ２の映像
産業技術総合研究所 コンパクト化学プロセス研究センター
http://riodb.ibase.aist.go.jp/SCF/sdb/scf/lecture/lecvideo
lecvideo.html（７）Ｍｏｕｎｔａｉｎｅｅｒ ＰｒｏｊｅｃｔとＣＯ２の地中挙動イメージ
ＡＥＰ社のＣＣＳ紹介ビデオ
http://www/aep.com/environmental/climatechange/carboncapture/（８）IEA ＣＣＳ技術ロードマップ
http://www.iea.org/papers/2009/CCS̲Roadmap.pdf（９）ＩＥＡ ＧＨＧ ＣＯ２ Capture and Storage ＷＥＢサイト
http://co2captureandstorage.info/
91

財団法人 地球環境産業技術研究機構
Research Institute of Innovative Technology for the Earth92
URL：http://www.rite.or.jp92