エネルギー資源学講座

Energy Resources

エネルギー資源リスク評価学分野

Resources and Energy Security

Deepening of Geo-Environmental Science andSustainable Energy Resource Development

教授 渡邉 則昭

助教 王 佳婕

Professor

Assistant Professor

Noriaki Watanabe

根ざした地圏システムの理解、エネルギー資源の開発にともなう安全保障および環境リスク管理、人の健康と自然環境との関係、地圏環境における土壌や地下水等の汚染問題、さらには有害化学物質のリスク評価に関する総合的な教育・研究を実施する。
本研究室の特色は、地球科学とエネルギー資源工学の学術を基礎として、地球環境および地域環境の保全に資する技術やシステムの研究開発を実施し、教育および研究を通じて学術や社会に貢献することである。学術集会や開発手法の技術公開、プレス発表等を通じて、研究成果を広く学術界および社会に発信している。

アル ビ アーニ

Assistant Professor

Vani Novita Alviani

助教 エコ プラムディヨ
Assistant Professor

生分解性キレート剤を用いた玄武岩へのCO2 貯留・鉱物固定促進法

Enhanced CO2 geological storage and mineralization
in basalt using biodegradable chelating agents

当研究室で発明した環境調和型キレート剤を用いた地熱貯留層の化学的刺激法（特許 7115692）を応用することにより、生分解性キレート剤を用いた玄武岩への CO2 貯留・鉱物固定促進技術を発明し、特許を出願した（特願 2023-51335）。また、本技術の日本

We conducted various research in energy resource, environmental sciences, and engineering, such as environmental risk assessments, geosciences, andgeoengineering in light of energy resource production, and geo-informatics for a sustainable future. We have investigated hydraulic, mechanical, andchemical properties of geomaterial such as rocks at a wide range of temperature and pressure conditions, as well as ways to control and utilize them.
Our work focuses on the sustainable and profitable production of petroleum and geothermal resources, as well as CO 2 sequestration and mineralization.
Recently, we initiated research on a new method for CO2 mineralization, in which an environmentally friendly chelating agent is applied and recycled
to efficiently extract calcium from industrial waste for high-purity calcium carbonate production in an alkaline aqueous solution. Furthermore, weinitiated new research on enhanced CO2 geological storage and mineralization in basalt using biodegradable chelating agents and atmospheric CO2
removal via enhanced mineral dissolution with natural chelating agents.

国内の玄武岩質 CO2 貯留層への適用に関する民間企業との共同研究を開始した。

再生可能キレート剤を用いた CO2 回収・鉱物固定技術
再生可能キレート剤をの革新的利用により大規模適用可能な新しい CO2 回収・鉱物固定技術を開発した（特許 7345791）。本技術は、室温での CO2 を吸収させたキレート剤水溶液（抽出液）による産業廃棄物からのカルシウム（Ca）の加速抽出、抽出液の加熱（100℃

CO2 利用 ／誘発地震抑制型地熱貯留層造成技術
CO2 を用いた岩石破砕により地熱貯留層を造成し、造成した貯留層から CO2 で熱抽出を行い発電するカーボンリサイクル CO2 地
熱 発 電 技 術の 研 究 開 発 が JOGMEC により実 施されている。 当研究室では、この CO2 を用いた岩石破砕の特 徴およびプロセスを室内実験および数値シミュレーションにより解明した（Takumaet al., 15th ISRM Congress 2023 & 72nd GeomechanicsColloquium ）。また CO2 を用いた岩石破砕における欠点を克服するため、新たに CO2 と水を併用した岩石破砕法を発明した。加えて、地熱貯留層への CO2 圧入における誘発地震のリスクを検討するため、新たに岩石き裂のせん断すべり実験を開始した。さらに、CO2や水などの高圧流体圧入の使用を最低限にとどめ、誘発リスクの懸念を低下させるために発明した、環境調和型キレート剤による選択的鉱物溶解を用いた岩石き裂浸透性改善技術（特許 7115692）に関して、花崗岩き裂への適用における最適 pH および火山岩への有効性を明らかにした ( Takahashi et al., Geothermics ; Salala etal., Geothermics )。

Creating geothermal reservoirs by injecting CO2
and/or environmentally friendly chelating agents
Japan Organization for Metals and Energy Security (JOGMEC) has
conducted research and development of carbon-recycling CO2 geothermal
power-generation technology, in which a geothermal reservoir is created byrock fracturing using CO2 , and CO2 heat extraction from the createdreservoir generates electricity. In our laboratory, the characteristics andprocesses of CO2 fracturing were elucidated by laboratory experiments andnumerical simulations (Takuma et al., 15th ISRM Congress 2023 & 72ndGeomechanics Colloquium). To overcome the disadvantage of rockfracturing using CO2 , a new rock fracturing method that combines the useof both CO2 and water was invented. In addition, shear-slip experiments ofrock fractures were initiated to investigate the risk of induced seismicity
when CO2 is injected into geothermal reservoirs. Moreover, a rock fracture
permeability improvement technique using selective mineral dissolution
by environmentally friendly chelating agents (patent 7115692) wasdeveloped to minimize the use of high-pressure fluid injection, such as
CO2 and water injections, to reduce the risk of induced seismicity. The
optimal pH for applying this technique to granite and the effectiveness of
this technique for volcanic rocks were determined (Takahashi et al.,Geothermics; Salala et al., Geothermics).

Group Photo

Eko Pramudyo未満）による炭酸塩鉱物の製造および CO2 ガス吸収による抽出液の再生からなる。本技術は、従来の CO2 鉱物固定技術のもつ問題を解決するとともに、CO2 回収をも可能にしたものであり、複数の企業と実用化に向けた共同研究を実施している。

天然キレート剤を活用した大気中 CO2 除去システム
ケイ酸塩鉱物の水中での溶解による pH 上昇を利用して、大気中CO2 の水への溶解を促進できる可能性がある。一方、キレート剤は鉱物の溶解を促進する。以上のことから、当研究室は、湿地生態系に豊富に存在する天然キレート剤（アミノ酸等）と水を活用したケイ酸塩鉱物の加速溶解による革新的な大気中 CO2 除去システムを考案した。さらに、天然キレート剤による鉱物溶解促進効果と大気中CO2 除去効果を検証し、促進効果が高い天然キレート剤の種類と今後の応用可能性を明らかにした（Kikuchi et al., 2023WRI-17）。

By applying the chemical stimulation method for geothermal reservoirs
using environmentally friendly chelating agents invented in ourlaboratory (patent 7115692), we invented a technology to enhance CO2
geological storage and mineralization in basalt using biodegradablechelating agents. This year, we initiated a joint research project with a
private company on the application of this technology to promisingbasaltic CO 2 reservoirs in Japan.

Enhanced CO2 capture and mineralization processusing recyclable chelating agents
An advanced CO2 capture and mineralization process, assisted by achelating agent, has been developed for large-scale application (patent7345791). This innovative approach tackles common challenges in CO2
mineralization, notably the excessive use of chemicals and substantial
wastewater generation. The process involves the enhanced extraction ofcalcium from industrial waste using a CO2-charged chelating agent solution
at room temperature, carbonate mineral production by heating theextraction solution (< 100°C), and CO2 capture by the extraction solution(regeneration of the solution). This process is currently undergoingpractical implementation through joint research with multiple companies.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

エネルギー資源リスク評価学分野は、環境とエネルギー資源の相互作用に関する様々な研究成果をもとに、地球環境における物質循環に

Jiajie Wang

助教 バニー ノ ビタ

先進社会環境学専攻

地圏環境科学の深化と持続可能なエネルギー資源開発

Atmospheric CO2 removal system using accelerated
mineral dissolution by natural chelating agentsThe dissolution of some silicate minerals in water raises the pH level andfacilities CO2 gas adsorption, and the presence of chelating agents boosts
this process. Based on this, our laboratory proposed an innovative
atmospheric CO2 removal system using natural chelating agents such asamino acids, and water abundantly present in wetland ecosystems toaccelerate mineral dissolution. The effectiveness of this system has been
experimentally demonstrated. We also identified specific natural chelating
agents with high promotion capacity, establishing a foundational theory
and toolbox for potential system applications.

Fig. 4 Isolated pore distributions
in basalt before and after achelating agent flooding

Fig. 1 Simulations on fracturing of a volcanicrock by water and CO2 injection

22 Coexistence Activity Report 2023

Fig. 2 Thin-section microphotographs offractured granite after a chelating agent flooding

Fig. 3 Formation of voids in a fractured
volcanic rock by a cheating agent flooding

Fig. 5 Enhanced CO2
mineralization process using
a recyclable chelating agent

Fig. 6 Natural chelating agents accelerate mineraldissolution for atmospheric CO2 reduction

Coexistence Activity Report 2023

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