◆CCS Technical Workshop 2023◆

カーボンニュートラルに向けてのCO2地中貯留の役割－研究開発から実用化・事業化への推進－
From Research and Development
to Demonstration for Commercial Deployment
二酸化炭素地中貯留技術研究組合・技術部長(公財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
CO2貯留研究グループリーダー
せつ

じきゅう

薛 自求
Ziqiu Xue (xue@rite.or.jp)

１．CO2地中貯留： 誰が必要か  どう実施するか
Who needs  How to deploy

計画中

建設中
稼働中

2

CCS will not advance meaningfully without an
extraordinary shift in commercial incentives.

3

(DOE, 2022)

 社会的認知度、技術的（安全性）、経済性（コスト）4In Japan(Itaoka, 2022)
5

技術開発（technology development）から話術（art of conversation）への変身（transforming）

Risk Communications Approaches
Uncertainties in Subsurface Characterization (Geology, Science and Technology), Policy and Regulation

 Public Concerns over Potential Risks  Sending Experts into the Community & Building

Relationships and Trust !

6

地下深部の砂層へのCO2貯留の可視化（X線CT）
optic fiber cemented on
the rock sample
caprock
X-CT image

Porosity (%)

reservoir

どのようにCO2が砂層に溜まるか、遮蔽層がどうCO2を砂層に閉じ込めるか ?
7

CO2が徐々に砂層に溜まっていくが、遮蔽層に閉じ込められる①③②④8

Storing CO2 in deep saline aquifers（地下深部塩水層へのCO2貯留  地中貯留）

CO2 displacing brine in pore spaces(Juanes et al., 2006)9地中貯留の長期安全性に係るCO2 貯留（トラップ）メカニズム

Nagaoka pilot project demonstrated all trapping
mechanisms from both lab- and field- scale studies,including 15 years post-injection monitoring.
10

Storing CO2 in Saline Aquifers (1/2)

Major Steps in Process of Finding
and Developing Qualified Sites

NETL, 2007

国内CO2貯留適地調査事業
11CO2排出源ー貯留サイトのマッチング（輸送方法、事業コストなど）
12

SRM: CO2 Storage Resources Management（経済性評価込み）

Nakajima and Xue (2019)

RITE (2006)

RITE (2006)
Source: GCCSI
貯留可能量、排出源（排出量、距離）、輸送手段、貯留規模、経済性、社会的受容性（SLO）、複数の実想定サイトを選定！

13

複数の実想定サイトを対象とするSRM検討の取り組み
 貯留対象層の差異：深部塩水性帯水層、水溶性ガス地層、生産性低下ガス田
 地域特性の差異：堆積盆規模、既存

国内の未調査地域／既存データが乏しい地域（基礎調査対象外）の貯留サイト調査への知見提供

データ・情報量＆品質

SRM検討の目標

開発シナリオ
民間主導のCCS事業促進
CCS技術事例集に反映

国内CCS事業化の推進
CO2回収・輸送・貯留トータルシステムのコスト試算ツール作成中

CCS事業の経済性モデル検討（石炭火力、ガス火力、製鉄所など）
14

Storing CO2 in Saline Aquifers (2/2)
許認可

第三者機関による検証・認証

Community Concern, Risk Communication  Public Support
15

２．CO2地中貯留技術の実用化・事業化（社会実装）へ投資

環境
Cathcart et al., 2013
安全性政策

社会的受容性法規

技術移転や知見提供

Research & Development

Demonstration, Deployment

実用化には、安全性以外の要素（経済性、社会的受容性、法整備）

16

地下情報の不確実性、潜在的リスク、リスクマネジメント（1/3）
Scientific Knowledge & Evidence-based Risk Communication

Risk profile ＠CO2 injection site（site-specific）

Reducing Uncertainty／Mitigating Risks to the Manageable Levels !

Loses of Injectivity, Capacity and Containment,
Induced Seismicity, Environmental Impacts
17

Examples to develop a Local Screening Criterion
for CO2 storage in Saline Aquifers (in Europe)

Total storage capacity: to be much larger than the total amount from CO2 source
Reservoir: depth, thickness, porosity, permeability, salinity
Caprock: lateral continuity, un-faulted, thickness, threshold pressure
18

米国全土が６つの地域に、各地域では年間圧入量(DOE, 2022)や坑井当たりの圧入能力が大きく異なる

年間圧入量の合計： 1,660 Mtpa

1本の坑井の圧入能力： 0.2, 0.25, 0.4, 0.5, 1, 2 MTPA /well

19国内の主な調査地域における貯留性能（storage capacity, injectivity）分布について

 石油天然ガス開発地域以外は、今後の調査に期待
20

 CCS事業コスト試算ツールの開発
貯留可能量、排出源（排出量、距離）、輸送手段、貯留規模、経済性（コスト）
複数ケーススタディ  最適なサイトを決定21

地下情報の不確実性、潜在的リスク、リスクマネジメント（2/3）
Scientific Knowledge & Evidence-based Risk Communication

Risk profile ＠CO2 injection site（site-specific）

Reducing Uncertainty／Mitigating Risks to the Manageable Levels !

Loses of Injectivity, Capacity and Containment,
Induced Seismicity, Environmental Impacts
22大規模CO2地中貯留における安全性向上に向けてのリスクマネジメント①
 圧入サイト周辺の自然地震や微小振動（極微小地震）の観測（圧入安全性管理ツールATLSの開発）
ATLS: Advanced Traffic Light System2018: システムがほぼ完成

2019-2020: 試験運用・検証  実適用へ
地熱開発、非在来型資源開発にも同様な動き
23

A Dense Microseismic Monitoring Network @Tomakomai
METI-JCCS-RITE/技組の合意に基づいて、苫小牧の実測データを活用し、圧入安全管理ツール（ATLS）を開発

Onshoreseismometer

Observation well OB‐2 forMoebetsu Formation(vertical)

2 Injection wells(Deviated)

Observation well OB‐1 forTakinoue Formation
converted from survey wellObservation well OB‐3
for Takinoue Formation(vertical)(Deviated)

OBS
Working area of 3D seismic survey
OBS

OBC: Ocean Bottom Cable
OBS

OBS

OBS: Ocean Bottom Seismometer

Tanase, 201524

自然地震イベントを効果的に検出＠苫小牧

圧入前の自然地震の観測データ：

2015.02.01 -- 2015.02.28

従来のSTA/LTA法と新しいSDAR法の有効性の検証例
25

ATLSの主なシステム構成

ATLS状態変更（人間による判断）※圧入再開、圧入レート変更で再開

制御信号：圧入レート低下、圧入停止
圧入装置

圧入計画/実績

ATLS制御(3) 微小振動ATLS判定機能
地震発生位置評価

統合地震カタログ(1) データ受信・処理機能

圧入後
地震活動モデル評価

振幅評価

圧入中観測ベースライン観測

SEGD

微小振動検知

微小振動
震源決定

SEGD

ベースライン
観測時の微小振動検知

地震カタログとの関連付け

常設型OBC
OBS
坑内型地震計

微小振動
地震カタロ
グ

地震カタログ

地震活動変化評価

ベースライン
地震活動モデル評価

CO2挙動解析
リスク判定(2) データ評価機能／ 観測結果等の表示方法の検討

26

地下情報の不確実性、潜在的リスク、リスクマネジメント（3/3）
Scientific Knowledge & Evidence-based Risk Communication

Risk profile ＠CO2 injection site（site-specific）

Reducing Uncertainty／Mitigating Risks to the Manageable Levels !

Loses of Injectivity, Capacity and Containment,
Induced Seismicity, Environmental Impacts
27

大規模CO2地中貯留における安全性向上に向けてのリスクマネジメント②
 海域貯留におけるCO2漏出検知および海洋
環境影響評価技術開発

 万が一のCO2
漏出に備えて28

＠苫小牧実証試験サイト（澤田, 2018）

St.01- St.12： 観測点（採水ポイント）、年４回（四季）の採水より海中のCO2漏出を監視
海水中のCO2分圧と溶存酸素の関係を基に、圧入前の調査よりベースラインを作る。
ベースライン＝自然変動範囲  何年分あれば、ベースラインになりうるか
29

海域環境調査のあり方
CO2漏洩（地中）・漏出（海中）検出
漏出点の特定：音響ソナー
による漏出気泡検知＋
採水調査

効果的・経済的な調査方法を提案

貯留層から上位層へのCO2漏洩検出方法
検出能力
Vs
Early Warning

Remediation Plan30

（seafloor）

Shallow-focused monitoringin the sediment（Upper Regional Unconformity）（the high-amplitude, negative
polarity Top Gas reflections）

Gas is interpreted in areas withhigh amplitudes (red and green)（Planke et al, 2013）31

CO2気泡検出• 測線間隔実用的な漏出監視のためにはどう設定すればよいか？
• 船速• 検出可能フラックス

××

漏出点××

32

32

水平距離（測線間隔）【観測条件】
・CO2気泡径； 7.1mm
・放出率；5,000ml/min
・観測線（水平距離）；0，10，20，30m
・曳航高度；20～25m
・船速；3～4knot

30 25 20 15 10 505

水平距離0m30 25 20 15 10 50

水平距離10m

海面
SSS20m0m

30 25 20 15 10 50

水平距離20m

30m10m

曳航高度

30 25 20 15 10 50

水平距離30m
海底33生物影響データベース構築

34

 事業者の意思決定支援へのAdvanced Monitoring（US/DOE）

 Creating Value from Monitoring（well placementoptimization, cost cutting）
・Monitoring at a carbon storage site is necessary to track the movement of
CO2 and assure permanence for geologic storage.
・Advanced monitoring technologies are needed to decrease the cost anduncertainty in measurements and satisfy regulations.
・Giving site operators the ability to: (1) measure critical subsurface
parameters associated with the injected CO2, (2) provide measurementsof down-hole and reservoir conditions for real-time decision making andprocess optimization, and (3) provide long-term post-injection monitoringof the fate of injected CO2.
Fiber Optic Sensing: temperature, pressure, strain, acoustic, fluid chemistry35Fiber Optic Sensing (DTS, DAS, DFOSS)36

Fiber Optic Sensing for Multi‐purpose Data Acquisition(DTS, DAS, DSS) and Permanent Monitoring for CO2 Storage（日米CCUS協力事業）

North Dakotaサイト光ファイバー現場実証試験
Observation Well

Class VI Approved(Oct. 2021)

Injection Well

US/DOE

Baseline Survey Underway, CO2 Injection: June 16 202237

光ファイバーによるCO2モニタリング
CO2回収
SOV3

観測井
CO2パイプライン

光ファイバー

SOV2

WW2

圧入井

SOV1

SOV4

WW1

現在のCO2圧入量： 6万トン (11/22)

CO2圧入規模： 18万トン／年

RTE10.2

RTE10DAS （音響計測）

CO2プルームの広がり把握（DAS/VSP）DSS （ひずみ計測）

坑井健全性、貯留層/遮蔽層安定性監視、CO2挙動監視

DTS （温度計測）

坑井周辺のCO2挙動監視（坑井健全性）
38

Richards et al_(2022)

A fully coupled analysis with DSS at ground water wells

39Fiber installation at injection well

DTS-pipeline and injection well

DAS-VSPBaseline

53 kt-CO2

SOV2-RTE10(Offset ~1,080m)

40Applications of Optic Fiber Sensing in CO2 Storage Caprock and Well Integrity Monitoring
Strain Pressure and Plume Fronts Monitoring DAS/VSP CO2 Monitoring
Acoustic
 Microseismic /Earthquake Monitoring
Modified from Buscheck et al. 201441

Fault Integrity Monitoring (reactivation, leakage)with Fiber Optic Sensing

Kakurina et al, 2020
Installing fiber optic cables behind casing of monitoring wells forDistributed Strain, Temperature and Acoustic sensing

a fault identified
in 3D seismic image

Fault zone characterization
hydraulic property

42Collaborations: RITE‐CSIRO
Fiber Optic Sensing for Fault Zone
Mapping and Stability Monitoring（日豪CCUS協力事業）
In Situ Lab / SW-Hub: SouthPerth 4 seismometers installed 2D seismic survey completed Fault zone mapping and monitoring withStrain Sensing (RITE) coupled withtemperature and acoustic sensing (CSIRO)
43

Collaborations Between RITE‐CO2CRC
Fiber Optic Sensing for Fault Leakage Monitoring
DAS (Acoustic), DSS (Strain), DTS (Temperature)（日豪CCUS協力事業）

New wells ?

RITE-CO2CRC @Otway

 FY2022: shallow well drilling, fiber cable installation, baseline (strain, temp) monitoring FY2023～: water / CO2 injection, fault leakage detection, DAS/DSS/DTS monitoring
44

CO2地中貯留技術事例集の作成・英訳・公開

2021年度

2022年度長岡・苫小牧・海外の事例に基づき、2023年度末までに完成・逐次公開・英訳

付録
操業

2023年度・CCS技術事例のデータ
・CCSとは・長岡実証試験事例・用語集/略語集
・CCS技術の解説・参考資料
・引用文献
・CCS事例データベース
・DB掲載資料の概要シート

45公開済み＠技組, NEDO, METI, RITE

46

我が国における初期のCCSプロジェクトのイメージ①商⽤設備（製鉄所、⽕⼒発電所）、②油ガス⽥、③化学産業（アンモニア、エチレンプラント）＋輸送（PL・船）＋油ガス⽥ and/or その他地下情報が豊富な地点
昇圧

陸上パイプライン輸送
製鉄所

⽕⼒発電所

地下情報が豊富な地点

アンモニア／エチレン
昇圧

液化 タンク

液化CO2船タンク 昇圧・昇温

払出設備

船舶輸送

受⼊設備

液化 タンク

液化CO2船

払出設備

船舶輸送

油ガス⽥
タンク 昇圧・昇温

油ガス⽥

受⼊設備

油ガス⽥

地下情報が豊富な地点

関係する業界と研究組合員
CO2排出企業
電力(電源開発)､化学産業
油ガス田(三菱ガス化学)

コンサル・エンジニアリング企業等

商社（ファイナンス、ビジネスモデル）

⽯油・天然ガス関連企業

商社技術サポート企業

大成建設、応用地質

伊藤忠商事

INPEX、JAPEX、JX石油開発

伊藤忠石油開発47

謝辞
この講演は、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の委託業務より得られた成果に基づくものです。

This presentation is based on results obtained from a project (JPNP18006)
commissioned by the New Energy and Industrial Technology Development
Organization (NEDO) and the Ministry of Economy, Trade and Industry(METI) of Japan.

48