メタンハイドレートフォーラム 2013

メタンハイドレート開発研究の展望
＠産業技術総合研究所

臨海副都心センター （2014年1月24日）

メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム （MH21）
プロジェクトリーダー

増田 昌敬**) 東京大学大学院工学系研究科
エネルギー・資源フロンティアセンター（FRCER）
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日本周辺海域に眠るＭＨの資源ポテンシャル
東部南海トラフ海域のメタンハイドレート•

出所：石油公団他（２０００）

 メタンガス原始資源量（※）： 約1.1兆m3（ＬＮＧ換算で約８億４千万トン）
 BSR分布面積： 約5,000km2<<参考>>
・ 2011年の我が国のLNG輸入量は約８千万トン（天然ガス換算で約1,055億m3 ）（図の出所） MH21研究コンソーシアム
HP: http://www.mh21japan.gr.jp/(※) 原始資源量は，地下に集積が見込まれる資源の単純な総量であり，技術的に採掘可能な可採埋蔵量ではない点に留意が必要

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ＭＨ開発研究：資源量（Volume）を経済価値に変える
原始資源量（In-Place Resources）
将来的に生産可能な資源

推定究極可採量
Estimated
Ultimate Recoverable

 環境に調和した経済性のある開発技術
資源量（ポテンシャル） ガスの生産技術

Volume

科学技術の挑戦

埋蔵量（Reserves）
Net Present Value
プロジェクトの収益（現在価値）

将来の商業生産開発プロジェクト

Value
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我が国におけるＭＨ開発計画（経済産業省）【基本方針】
我が国周辺に相当量の賦存が期待されているメタンハイドレートについて、将来のエネルギー資源として位置付け、その利用に向け、経済的に掘削・生産回収するための技術開発を推進し、エネルギーの長期安定供給確保に資する。
【目標】
１．日本周辺海域におけるメタンハイドレートの賦存状況と特性の明確化
２．有望メタンハイドレート賦存海域のメタンガス賦存量の推定
３．有望賦存海域からのメタンハイドレート資源フィールドの選択、並びにその経済性の検討
４．選択されたメタンハイドレート資源フィールドでの海洋産出試験の実施
５．商業的産出のための技術の整備
６．環境保全に配慮した開発システムの確立【研究開発期間（3段階のアプローチを設定）】○ フェーズ１ （2001～2008年度）
目標１，２，３の達成○ フェーズ２ （2009～2015年度）
目標４の達成［我が国近海での海洋産出試験の実施］○ フェーズ３ （2016～2018年度）
目標5，6の達成［最終目標：メタンハイドレート商業的産出のための技術の整備］

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現在までのＭＨ開発研究の成果（流れ）Phase 1

Phase 2

FY2001‐FY2008 (H13‐H20年度)

FY2009‐FY2015 (H21‐H27年度)

生産手法（ガス生産手法の評価・選定）

第1回海洋産出試験の計画策定・設計・実施

ＭＨコアの採取・分析技術の確立
生産シミュレータ（MH21-HYDRES）の開発

室内実験シミュレーション• 減圧法の生産挙動の評価• 生産に伴う出砂・地層変形

ＭＨ資源フィールド（モデルフィールド）の選択・評価

MH濃集帯検知～資源量評価技術の確立

東部南海トラフ海域
2次元・3次元地震探査

2004年：基礎試錐「東海沖～熊野灘」•掘削調査（コア採取・検層データ）

東部南海トラフ海域のMH資源量評価•約1.1兆m3のメタン
原始資源量

技術の実証試験（フィールド開発技術）
2002年：
第1回陸上産出試験の実施•カナダ永久凍土下のＭＨ層•温水循環法による5日間のガス生産（累計ガス生産量約470m3）

2008年：
第2回陸上産出試験の実施•カナダ永久凍土下のＭＨ層•減圧法による約5.5日間の連続ガス生産（累計ガス生産量約13,000m3）

海洋産出試験の計画・設計• 試験対象の濃集帯の選定• コア・検層・地震探査データ解析による貯留層モデルの作成• 生産予測シミュレーション• 生産機器，生産・観測用坑井の設計，フローテスト計画• 環境影響評価（海域環境モニタリング），etc.
2013年3月：
第1回海洋産出試験の実施•渥美半島から志摩半島沖合，海底下のＭＨ層から減圧法によるガス生産実験•日量平均20,000m3で，約6日間の連続ガス生産（累計ガス生産量約120,000m3）

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第1回海洋産出試験の海域
 渥美半島から志摩半島沖合［第二渥美海丘のＭＨ濃集帯］
 水深: 約 1,000 m
 海底面からＭＨ層上部までの深度：約270 m（上図の出所） 海上保安庁 海底地形図
http://www1.kaiho.mlit.go.jp/KAN9/sodan/
kaiteitikei/japan006.jpg（左図の出所） 経済産業省 第20回メタンハイドレート開発実施検討会（平成23年8月2日）
資料5-2：第1回海洋産出試験の実施地点の決定について （http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004108/020_haifu.html）

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第1回海洋産出試験（ガス生産実験）
地球深部掘削船 "ちきゅう"(JAMSTEC)

スクリーンパイプ外側をグラベ
ルパック（図の出所） 経済産業省 第26回メタンハイドレート開発実施検討会（平成25年12月16日）
資料5：第１回海洋産出試験の結果報告について（http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004108/026_haifu.html）

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技術実証(1)減圧法によるガス生産と分解モニタリング
 減圧法＝坑井での減圧をＭＨ層内に伝播させて，ハイドレートの分解を促す方法
 地熱がハイドレート分解エネルギーを供給

生産坑井

水の汲み上げによる減圧

海底面
地熱の供給

 MH分解の吸熱反応にメタン
分解メタンガス

よって，MH層温度は低下する
 MH分解の推進力となるエネルギーは地熱が供給
 環境に適合し，高いエネルギー産出比 EPR（Energy Profit Ratio)が得られる

泥質層

分解水ポンプ

地熱の供給

メタンハイドレート層（砂泥互層）

泥質層

ＭＨの分解（吸熱反応）6.05 H 2O  CH 4 (hydrate)  6.05 H 2O(l )  CH 4 ( g ); H r  52 kJ / mol
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MH層内の圧力分布

坑井からの距離8減圧法－燃える氷（Flammable Ice）から考える
 メタンハイドレート結晶は，低温・高圧の条件下で安定に存在‒ 周りの圧力が下がると，メタンガスと水に分解する

大気圧条件

Methane hydrate

Flammable ice

圧力を下げると，メタンがハイドレート（水分子の籠）から放出される.
吸熱反応

放出されたメタンが燃焼する.
発熱反応

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減圧法によるＭＨ分解とガス生産の原理（1/4）
ＭＨ
水ＭＨ

ＭＨ
水ＭＨ

ＭＨ
水ＭＨ

初期状態：
 ＭＨを含む砂層の圧力・温度
条件は，ＭＨの安定領域 砂層内の孔隙では，ＭＨと水が存在

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減圧法によるＭＨ分解とガス生産の原理（2/4）
ＭＨ
水ＭＨ

ＭＨ
水ＭＨ

ＭＨ
水
ＭＨ

減圧：
 ＭＨを含む砂層の端面に井戸（通路）を作り，端面の圧力をＭＨ分解圧力以下に低下させる
 端面での減圧が，水を通じて砂層内に伝わり，砂層内のＭＨが分解し始める

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減圧法によるＭＨ分解とガス生産の原理（3/4）
ＭＨ

ＭＨ

ＭＨ

ガス

水

ＭＨ

ＭＨ

水

ＭＨ

減圧の継続：
 端面から水を生産することによって，端面での圧力をさらに下げる（●）
 砂層内の孔隙圧力は，孔隙内の流動抵抗分だけ端面圧力より高いが，ＭＨ分解圧力より低い状態に維持される（●）
 ＭＨ分解によって発生したガスの飽和率が高くなると，ガスは連続相となり，端面から生産され始める
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減圧法によるＭＨ分解とガス生産の原理（4/4）
地熱ＭＨ

ＭＨ

ＭＨ

ガス

水ＭＨ

ＭＨ

水＋ガス

ＭＨ

減圧の継続と水・ガスの生産：
 ＭＨ分解による吸熱反応で，砂層の温度は低下する。ＭＨが存在していれば，3相平衡圧力曲線まで温度は低下する（●）
 地層の初期温度は高いので，その顕熱（地熱）供給によって，地層内ではＭＨの分解が継続する
 地層温度は徐々に低下しながら，ＭＨ分解が継続する
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技術実証(2)生産井とその坑内機器（図の出所） 経済産業省 第24回メタンハイドレート開発実施検討会（平成25年4月5日）
資料6-2：フィールド開発技術グループ（http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004108/024_haifu.html )Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan14

技術実証(3)生産実験の環境モニタリング（図の出所） 経済産業省 第24回メタンハイドレート開発実施検討会（平成25年4月5日）
資料6-2：フィールド開発技術グループ（http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004108/024_haifu.html )Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan

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技術実証(4)長期の環境影響モニタリング（図の出所） 経済産業省 第21回メタンハイドレート開発実施検討会（平成24年3月30日）
資料5-5 環境チーム （http://www.meti.go.jp/committee/summary/0004108/021_haifu.html )Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan16

第1回海洋産出試験の成果と課題 成果（世界初の海洋ＭＨからのガス生産）
2013年3月： 第1回海洋産出試験の実施•渥美半島から志摩半島沖合，海底下のＭＨ層から減圧法によるガス生産実験•日量平均20,000m3で，約6日間の連続ガス生産（累計ガス生産量約120,000m3）

 技術課題
1. 長期・安定的なガス生産• 坑井内に砂が流入する出砂が予想以上に発生したことや気象条件の悪化等により，当初２週間を予定していたガス生産実験が約６日間で終了➜出砂など長期安定生産を行う上で障害となる課題を克服する技術開発

2. 生産量の増加
石油天然ガス・金属鉱物資源機構
JOGMECchannel - YouTube
http://www.youtube.com/watch?v=jfdGC3GIKPE• ガス生産量はカナダでの陸上産出試験時の生産量より大幅に増加したが，将来の商業化のためには，一つの坑井からの生産量をさらに増大させる必要がある➜減圧法の改良等の技術開発

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海洋エネルギー・鉱物資源開発計画（平成２５年１２月２４日）（図の出所） 経済産業省 「海洋エネルギー・鉱物資源開発計画」の改定について
http://www.meti.go.jp/committee/sougouenergy/shigen_nenryo/report_01.html

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今後のＭＨ開発研究の展開（計画）Phase 2

Next Phase

FY2013‐FY2015 (H25‐H27年度)

FY2016‐FY2018 (H28‐H30年度)
商業化に向けた技術の整備

 海洋産出試験結果の分析と技術課題の克服
１． 出砂など長期安定生産を行う上で障害となる課題を克服する技術開発
２． 生産量を更に増大させるための技術開発（減圧法の改良，他の生産手法との組み合わせ等）

海洋産出試験（中長期） 生産コスト削減に貢献する技術開発
次回の海洋産出試験に向けて，連続生産を効率的に実施する坑井設計や生産関連設備の簡素化，生産したガスの処理・輸送方法等を含めた生産シス
テム等の検討 次回の海洋産出試験実施に向けた準備
具体的な検討と資機材の設計や製造等の事前準備等。環境影響調査等を計画的に実施

方 向 性 の 確 認 ・見 直 し技術課題への集中的対応

 民間企業間における技術に関する知見の共有
石油開発企業のみならず，様々な分野で先端技術を有する民間企業の技術開発等への参画を促す
 陸上における中長期の産出試験の実施
米国陸域での中長期の産出試験を検討•長期安定的なガス生産の実施•商業化の実現に向けた技術の整備に必要な諸課題についての検証

総合的検証
•技術課題
•経済性評価•環境影響評価

H30年代後半に民間が主導する商業化プロジェクトが開始される
ように，技術開発を進める

生産手法の高度化（生産量を更に増大させるための技術開発）
 （独）産業技術総合研究所メタンハイドレート研究センター
・ 大型のＭＨ生産試験装置を導入
・ 減圧法を用いた場合の回収率評価や補完的にＭＨ層に熱を加えることによって回収率を向上させるための研究（図の出所）（独）産業技術総合研究所 メタンハイドレート研究センター
MHRC Newsletter No.8 （http://unit.aist.go.jp/mhrc/alliance.html )Research Consortium for Methane Hydrate Resources in Japan

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ＭＨ開発技術の市場は世界に拡がる可能性
A. Johnsonが，石油システム的アプローチで最近試算した数値
 世界の原始資源量
43,311 tcf（約1,226兆m3）➜ 実際は，アジアよりも米国，北極海などに多く存在(Source) Johnson, A.H, “Global Resource Potential of Gas HydrateA New Calculation”, Fire in the Ice, vol.11 (2), US DOE, 2011.

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NPC（米国）によるガス生産ポテンシャル予測

GOMとアラスカのメタンハイドレート
2030-2050年に開発可能になり，2050年までに年間1-10 Tcf (283-2830億m3)の生産量

図の出所： NPC(National Petroleum Council): Chapter One: Resource and Supply in “Prudent Development: Realizing the Potentialof North America‘s Abundant Natural Gas and Oil Resources (2011)”. http://www.npc.org/

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参考：輸入LNG価格に基づくガス価格の推移

Source: 貿易統計（財務省, http://www.customs.go.jp/toukei/info/index.htm ）のデータと為替レートから作成

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参考：日本の貿易収支の悪化（震災前後の比較）
 貿易赤字の主要因は燃料の輸入
 2012年は，鉱物燃料の輸入額だけで約24兆円（輸入総額の約34%）：財務省貿易統計
2010年の貿易収支

鉱物燃料の輸入額＝17.4兆円
内訳）
原油：9.4兆円，石油製品：1.6兆円
LNG：3.5兆円，LPG：0.8兆円，石炭：2.1兆円2012年の貿易収支

鉱物燃料の輸入額＝24.1兆円
内訳）
原油：12.2兆円，石油製品：2.5兆円
LNG：6兆円，LPG：1兆円，石炭：2.3兆円

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補足：表層型メタンハイドレート
経済産業省
metichannel - YouTube
http://www.youtube.com/watch?v=_
gt8nxR6Q6o

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最後に：ＭＨ２１の研究体制
MH21研究コンソーシアムは，（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）と（独）産業技術総合研究所で構成され，経産省からの委託事業を実施しています。
研究には国内外大学，民間企業が参加し，Grリーダー，Teamリーダーが担当分野の研究を取り纏めています。関係者の方々のご尽力に謝辞を表します。

• 経済産業省 資源エネルギー庁• メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム（MH21）– プロジェクトリーダー
増田 昌敬 （東京大学）– サブプロジェクトリーダー
成田 英夫 （産業技術総合研究所・メタンハイドレート研究センター）
佐伯 龍男 （JOGMEC：石油天然ガス・金属鉱物資源機構）– 推進Grリーダー
磯部 人志（JOGMEC）– 資源量評価Grリーダー
藤井 哲哉（JOGMEC）– フィールド技術開発Grリーダー
山本 晃司（JOGMEC）– 生産手法開発Grリーダー
長尾 二郎（産総研）– 環境チームリーダー
中塚 善博（JOGMEC）
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