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

先進社会環境学専攻

環境政策学講座

Resources and Energy Security

Environmental Policies

環境社会動態学分野

Socio-Environmental Dynamic Analysis

地圏環境科学の深化と持続可能なエネルギー資源開発

教授 渡邉 則昭

Professor

Professor

Takeshi Komai

Noriaki Watanabe

助教 中村 謙吾
Assistant Professor

Kengo Nakamuraを有する花崗岩（地熱貯留層となりうる岩石の一種）の透水性を迅
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速かつ大幅に向上できることがこれまでに示されている。エルサル

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、地圏環境にバドルの地熱フィールドから採取した亀裂を有する火山岩に対して、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。

キレート剤水溶液の流通実験を行い、火山岩からなる地熱貯留層

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。
We have conducted various research in energy resource and environmental sciences and engineering, such as environmental risk assessments,
geosciences and geoengineering in light of energy resource production, geo-informatics, and so on, for our sustainable future. We have investigatedhydraulic, mechanical, and chemical properties of rocks at a wide range of temperature and pressure conditions, as well as ways to control and utilize
them, particularly for sustainable and profitable production of petroleum and geothermal resources as well as CO2 sequestration and mineralization.
Recently, we initiated research on a new method for CO2 mineralization in which an environmentally friendly chelating agent is applied and is recycled
to dissolve calcium silicate efficiently and produce high-purity calcium carbonate in an alkaline aqueous solution. Furthermore, we initiated new
research on atmospheric CO2 removal in croplands via enhanced weathering of industrial calcium-rich silicate by-products.

でも新・化学的刺激法が有効であることを明らかにした（Salala etal., Geothermics）。

再生可能キレート剤を用いた CO2 の加速鉱物化プロセス
CO2 の加速鉱物化プロセスとして知られる pH スイングプロセ
スにおける主要課題（薬品の大量消費と廃液の大量発生）を解決するため、再生可能なキレート剤のアルカリ性水溶液を用いて、室温付近で CO2 の鉱物化を加速するプロセスを提 案し、技術的な実現可能性を実 験 的に明らかにした（Wang et al., Journal ofEnvironmental Chemical Engineering）。本プロセスは、弱ア

超臨界地熱貯留層の造成技術：超臨界水圧破砕法
発 電に利 用可能 な 超 臨 界 水や 過 熱 蒸 気の 生 産 が 期 待される
400 ℃ 以 上の 地 下 環 境 で の水 圧 破 砕 による地 熱 貯 留層 造 成シ
ミュレータおよび本シミュレータによる地熱貯留層造成シミュレー
ションの 結果を国 際 学 術 雑 誌 上で 発 表した（Watanabe et al.,Geothermics）。本シミュレータは、室内実験で明らかにした超臨界水圧破砕の発生条件および透水性増加量を組み込んだ三次元・超臨界地熱貯留層造成シミュレータである。本シミュレータを用いて、貯留層造成シミュレーションを実施した結果、水圧破砕により半径数百メートルの貯留層が形成できることや、初期地殻応力場の貯留層形成に及ぼす影響が明らかになった。

環境調和型キレート剤を用いた地熱貯留層の透水性改善技術
当研究室で発明した環境調和型キレート剤を用いた新・化学的刺激法により（特許 7115692）、鉱物の沈殿を生じることなく、亀裂ルカリ性におけるプロトンとキレート剤のアタックによるケイ酸塩かFormation of supercritical geothermal reservoir:
Supercritical hydraulic fracturing
We have published simulation results of supercritical geothermal
reservoir formation using hydraulic fracturing at supercriticaltemperatures of water (Watanabe et al., Geothermics). A new threedimensional supercritical geothermal reservoir formation simulator wasdeveloped based on experimental findings on fluid pressure and crustal
stress conditions for initiation of the supercritical hydraulic fracturing
and degree of permeability enhancement induced by the hydraulicfracturing. Reservoir formation simulations using this new simulator
showed that the hydraulic fracturing was able to form reservoirs with aradius of several hundred meters and that the initial crustal stress field
had a significant effect on reservoir-formation behavior.

Improving permeability of geothermal reservoir

using an environmentally friendly chelating agent

らのカルシウム（Ca）の加速抽出、強アルカリ性での Ca と炭酸イオンからの炭酸塩鉱物製造、および CO2 ガスのキャプチャによる抽出液の再生からなり、全反応をアルカリ性条件下で実施し廃液を生じさせない革新的プロセスである（特開 2022-102786）。

農地でのカルシウムに富む産業副産物の加速風化を利用した大気中 CO2 除去技術
農地におけるカルシウムに富む産業副産物の加速風化は、大気中CO2 の大規模除去に利用できる技術として提案されているものの、本技術の有効性や特徴は実験的に明らかにされていない。そこで、
農地土壌として黒ボク土、非農地土壌として真砂土、産業副産物としてポルトランドセメント、製鋼スラグおよびコールフライアッシュ用いた室内実験を行い、技術の有効性とその特徴を明らかにした（Yoshioka et al., Frontiers in Environmental Science）。

Group Photogranite (a type of rock that can serve as a geothermal reservoir) withoutcausing mineral precipitation. Chelating agent flooding experiments on
fractured volcanic rocks, taken from geothermal fields in El Salvador,
were newly conducted, and as a result, it was shown that the newchemical stimulation method was also effective in geothermal reservoirs
composed of volcanic rocks (Salala et al., Geothermics).

Enhanced CO2 mineralization process using
renewable chelating agent
To solve the major problems (i.e., large consumption of chemicals andgeneration of large amounts of waste fluid) in the pH swing process,which is a well-known enhanced CO2 mineralization process, weproposed a new process to enhance CO2 mineralization at around room
temperature using an alkaline solution of a renewable chelating agent,
and we experimentally demonstrated the technical feasibility of theprocess (Wang et al., Journal of Environmental Chemical Engineering).
The process consists of enhanced extraction of calcium (Ca) fromsilicates by proton and chelating agent attacks in a chelating agent
solution under weak alkalinity, production of carbonate minerals from
Ca and carbonate ions in the same solution under elevated alkalinity, andregeneration of the extraction solution by CO2 gas capture with the samesolution. This chelating-agent-based enhanced CO2 mineralization
process conducts all reactions under alkaline conditions and produces
no waste fluid.

Department of Environmental Studies for Advanced Society

Deepening of Geo-Environmental Science andSustainable Energy Resource Development

教授 駒井 武Atmospheric CO2 removal in croplands via
enhanced weathering of calcium-rich silicate
by-products
Enhanced weathering of calcium-rich industrial by-products in croplands
has been proposed as a method that can be used for large-scale removal of
atmospheric CO2, but the effectiveness and characteristics of this method
have not been experimentally clarified. Therefore, we clarified theeffectiveness and characteristics by conducting laboratory experiments
using andosol as agricultural soil, decomposed granite soil as nonagriculturalsoil, and Portland cement, steel slag, and coal fly ash as industrial byproducts (Yoshioka et al., Frontiers in Environmental Science).

A new chemical stimulation method using environmentally friendly
chelating agents, invented in our laboratory (Patent 7115692), has beenshown to rapidly and significantly improve the permeability of fractured

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

Fig.1 Simulation of supercritical geothermal
reservoir formation

20 Coexistence Activity Report 2022

Fig.2 High-temperature true triaxial rockmechanics experimental system

Fig.3 Wellbore failure of granite in a supercritical
geothermal environment

Fig.4 Void formation in a volcanic rockby a cheating agent flooding

Fig.6 Atmospheric CO2
removal by andosol withcalcium-rich byproducts
Coexistence Activity Report 2022

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