研究活動概説⃝CO 貯留研究グループ

ＲＩＴＥ

2Ｔｏｄａｙ２０１９

CO2貯留研究グループ【コアメンバー】

グループリーダー
主席研究員


薛

自求

サブリーダー・主席研究員

松田央

主任研究員

樋脇

主席研究員		

野村眞

主任研究員

和俊

橋本励

副主席研究員		

高須伸夫

主任研究員

指宿

敦志

副主席研究員		

中島崇裕

主任研究員

清水信寿

副主席研究員		

名井健

主任研究員

高野修

主任研究員		

内本圭亮

主任研究員

岡林

泰広

主任研究員		

田中良三

研究員

朴

赫

主任研究員		

三戸彩絵子

研究員

伊藤拓馬

主任研究員		

張毅

研究員

王

璐琛

主任研究員		

利岡

徹馬

研究員

三善孝之

主任研究員		

西村真

研究員

孫艶抻

主任研究員		

小牧博信

研究員

翟

鴻宇

主任研究員		

渡辺雄二

研究員

小谷雅文

安全なCCS実施のためのCO2貯留技術研究開発の取組み
1. はじめに中、CO2貯留研究グループは2018年11月には中国の2018年10月にオーストラリアのメルボルンで開催

君倫石油とマイクロバブル技術の使用許諾に関する契されたGHGT-14は、CCSに関して800を超える発表約を締結した。今後マイクロバブル圧入技術は低浸透がなされ、地球温暖化対策としてのCCSの必要性が性油田へのCO2-EOR適用など事業への展開が大いに改めて強調された会議であった。海外の動向に目を向期待できる状況である。

けても、特にトランプ政権になりパリ協定離脱を決定

二酸化炭素地中貯留技術研究組合の一員として研究した米国がSection45Qを改正し、CO2貯留に関する開発を進めているNEDO事業「安全なCCS実施のた税額控除を増額するなどしてCCSに対するインセンめのCO2貯留技術の研究開発」では、事業性向上に係ティブを高めたことは注目に値する。欧州におけるる研究だけでなく、安全性向上に係る研究開発も重要

CCSプロジェクトは若干停滞気味であるが、英国でである。特にCO2の海洋での漏出は、自然変動との区は2020年代半ばに最初のCCUS施設を運転開始する別が難しく、その発生の有無を判断する適切な基準のためのアクションプランを発表するなど事業化に向け設定が大きな課題となる。CO2貯留研究グループではた動きが進みつつある。途上国においても、中国では現在、実海域において連続的に海水中のCO2濃度観測大規模プロジェクトが進行しており、環境問題に対すを行い最適な基準設定のためのデータ取得・解析を精る取り組みが期待されている。

力的に実施している。

中国のプロジェクトはCO2-EORが主流であるが、CO2貯留研究グループでは、国際連携・海外動向調

中国では浸透性が低いため従来のCO2-EOR技術では査にも取り組んでおり、2019年2月にはC2ESとの共石油増産が難しい油田が多くある。一方CO2貯留研究

催で米国ワシントンにおいて国際CCUSラウンドテー

グループでは、これまで東京ガスと共同でマイクロバブルを開催した。また、苫小牧の大規模実証とも連携ブルによるCO2圧入効率の向上に取り組んできておしてCCSの早期実用化を目指している。

り、本技術は国内外から注目されている。このような36

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22. 主な研究課題と成果
2.1 大規模貯留層を対象とした地質モデルの確立

Ｔｏｄａｙ

２０１９することができた。
機械学習では、訓練データに対するエラーが減少す

CO2地中貯留技術を実用化するためには、地下情報る方向に学習が進むため、訓練データに対するエラーの不確実性を低減させる技術が必要不可欠である。不値は一般的には小さな値を示す。それに対して、訓練確実性の低減に有効な手段は、適切なデータ取得と、に用いていない検証データに対するエラーが同様に小データの有効利用であるが、CO2地中貯留では、経済さければ、構築されたニューラルネットワークモデル的制約および漏洩リスクの低減のために、直接的に地の妥当性は高い。本検討では、坑井沿いの孔隙率分布下情報を取得できる坑井掘削は限定的にならざるを得の機械学習に当たり、全入力データのうちの75%をない。そのため、一般的に使用できる坑井データは少訓練に使用し、25%のデータを検証データとして用いなく、対象とする貯留層物性値の空間的な広がりを推たときの学習過程における両データに対する平均絶対定する情報に乏しい。そこで、2D/3D空間を対象と誤差値を図1（b）に示す。学習が進むにつれ、訓練エした地震探査データを有効活用することは、地下情報ラー（青色）が減少すると同時に、検証データに対すの不確実性を低減する技術として期待されている。過るエラー値（橙色）も減少している。そのため、本検年度までに実施してきた、地震探査データを用いた堆討で用いたニューラルネットワークモデルが、新たな積相解析もその一つである。2018年度は、一次元デーデータに対しても同等の予測精度を有していることがタである坑井で取得される検層データを、地震探査わかる。

データと合わせて空間分布モデルへマッピングする技

続いて、構築した坑井沿いの孔隙率分布の予測モデ術の一つとして、機械学習によるアプローチの有効性

ルを用いて、長岡サイトの貯留層における孔隙率の空を検討した。

間分布を推定した。貯留対象層における予測孔隙率の機械学習とは、予測対象の既知のデータと異なる種

三次元俯瞰図および観測井と圧入井を含む二次元断面類の既存データとの関連性を機械的に学習して特定し図を図2に示す。二次元断面図における坑井位置には、た上で、その異種データを新たなデータと特定した関観測された孔隙率を重ねて示す。貯留対象層の中深度連性を基にして、予測対象のデータを推定する技術で付近において坑井で観測されている高孔隙率域（赤〜ある。ここでは、長岡CO2圧入実証試験サイトを対象暖色）が薄い層状に広がる様子がわかる。また、坑井として、地震探査データから作られるアトリビュート

より北西方向では、貯留対象層浅部（CO2圧入区間）データと坑井で取得した孔隙率データとの関連性を坑において、比較的高い孔隙率分布域が広がることが予井沿いのサンプル点で学習した後、坑井から離れた地測されている。

点におけるアトリビュートデータから対応する孔隙率の分布予測を試みた。使用した機械学習モデルは、図1（a）に示すような全結合型ニューラルネットワー
クモデルで、隠れ層を多層にすることにより学習精度の向上を図ることができる。ただし、地震探査データと検層データのデータ間隔が異なっており、直接的に比較することが難しいため、データ間隔の広いアトリ図1 （a）全結合型ニューラルネットワークの概念図、（b）訓練データと検証データの平均絶対誤差

ビュートデータは内挿によって補間を行い、データ変動周期の短い検層データに対しては平滑化を行うことで、アトリビュートデータと同等の変動周期を有するデータとした。これらの前処理によって、機械学習にとって重要な学習サンプル数を減らすことなく、地震探査データと同程度の空間分解能の地質モデルを構築

図2

貯留層の孔隙率空間分布図

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２０１９

機械学習を用いたアプローチは、非常に高速で簡便の見落としが増え、漏出の見落としを少なくしようとに実施することができるため、CO2貯留プロジェクトして異常値判定基準値を低く設定すれば誤検出が増え初期の圧入前評価時点における貯留量評価やCO2圧る。そこで、異常値判定基準を設定する際にはどの程入シナリオテストに用いる地質モデル構築に有効な技度の誤検出や漏出の見落としが起こり得るのかを見積術である。さらに、近年発展目覚ましい深層学習技術もる必要がある。本研究においては、pCO2と溶存酸によって、推定精度のさらなる向上が期待されている。

素飽和度の回帰における95%予測区間（観測されたCO2貯留研究グループでは地質モデルの確立に、よりpCO2の95％が含まれると予測される範囲：図3の二適した学習手法の構築に取り組んでいる。

本の点線の間）の上限を異常値判定基準値とする。この場合、理論的には2.5%の誤検出が生じる。

2.2 CO2漏出検出・環境影響評価総合システムの構築

大阪湾ではCO2貯留を行っていないためCO2漏出海底下地中にCO2を貯留する場合、CO2が海中に時のデータは解析データに含まれない。したがって、漏出していないことを確認するために、また万が一判定基準値を超えているデータの割合を誤検出率とみCO2が漏出した場合にも速やかに漏出を検出できるなすことができる。図3（a）は、解析に使用した9年ようにするために海洋の監視を行うことが法令で定め分 の 全 デ ー タ（465個 ） を プ ロ ッ ト し たpCO2とられている。漏出が起きていないことを示すことは、DO%の 散 布 図 に、9年 分 の 全 デ ー タ か ら 計 算 し た

社会受容性という観点からも重要なことである。

95%予測区間（緑点線）を重ねたものである。15個

CO2は海底から主に気泡として漏出すると考えらのデータが判定基準値（上の緑点線）より上にプロッれるが、CO2気泡は海水に溶けやすい。そこで、CO2トされている。全データ数が465個なので3.2%の誤貯留研究グループでは、漏出監視手法として、CO2気検出率となり、理論値に近い。しかし、判定基準値に泡を検知する手法と、海水に溶けたCO2の指標の一つ用いるデータ数が少ないと、場合によっては非常に高である海水のCO2分圧（pCO2）の異常値を検出する

い誤検出率になることがある。図3（b, c）に、2005手法の研究開発を進めてきた。本稿では、海水に溶けている酸素濃度の指標の一つである溶存酸素濃度飽和度（DO%）とpCO2が逆相関を持つことを利用したpCO2の異常値判定手法に関して、ベースライン調査（異常値判定基準値を作成するための観測調査）の必要年数についての研究を紹介する。
この研究には大阪湾で観測されたデータを用いている。大阪湾では40年以上に渡って大阪府が定点で年に4回（2月、5月、8月、11月）の四季調査を継続して い る。CO2貯 留 研 究 グ ル ー プ で は、2002年 〜2010年の9年分のデータを解析している。
海水には自然状態でもCO2が溶け込んでおり、その溶解量の指標であるpCO2は一定の幅で自然変動している。そのため、pCO2の値で漏出を検出しようとすると、必ず“誤検出”と“漏出の見落とし”が起きる。誤検出は漏出が起きていないにも拘わらず異常値と判定すること、漏出の見落としは漏出が起きているにも拘わらず正常値と判定することである。誤検出を少なくしようとして異常値判定基準値を高く設定すれば漏出

図3 pCO2とDO%の散布図。
（a）2002年〜2010年の全てのデータ（色は観測月を表す；赤：2月、ピンク：5月、青：8月、橙：11月）とその95%予測区間（緑点線）。
（b）2005年のデータ（×）の95%予測区間（黒点線）。
（c）2010年のデータ（×）の予測区間（黒点線）。95%予測区間上限を異常値判定基準としている。

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年のデータのみ、2010年のデータのみで判定基準値タを組み合せて解析することで、CO2漏出の有無を判を作成した例を示す。これらの判定基準値を9年分の定する基準設定のためのベースライン調査における適全てのデータに適用すると、2005年データによる判切な観測頻度や期間を明らかにできると考えられる。

定基準値の場合には、誤検出率が49.2%になった。
図3（b）の黒×印が基準値を作るのに使ったデータであるが、この年のデータは、9年分のデータの中で2.3 光ファイバーを利用した地層安定性や廃坑井の健全性監視システムの開発

pCO2の下限付近に集中している。そのため、95%予

CO2圧入によって圧入井周辺の地表が隆起したり、測区間が9年分のデータによるものよりずっと狭く、天然ガスの生産によって地表が沈降したりする現象

判定基準値（上の黒点線）も9年分のデータで作ったは、アルジェリアで行われていたIn Salahプロジェク基準値（上の緑点線）に比べて低い。その結果、誤検トのサイトで明確に観測された。流体圧入に伴う地層出が多くなり、2.5%程度の誤検出率の基準値と想定の変形量が大きくなると、貯留層を覆う遮蔽層に亀裂しているにも関わらず、約2回に1回の割合で、自然が生じる可能性があり、CO2地中貯留の安全性に影響変動による高値を異常値と誤判定してしまう判定基準を及ぼす恐れがある。このような地層変形の監視には、値となっている。一方、2010年のデータによる判定

地下深部から地表まで連続的に観測できることが望ま基準値の場合、誤検出率が1.1%と低い（図3c）。誤しく、流体圧入に伴う対象層の圧力増加の影響がどの検出率は低いが、この場合には判定基準値が高めに設ように地表の変位をもたらしたかの検討にも必要であ定されているため、漏出が起きた場合には検出されにる。しかし、従来の地中変位計は埋設場所を事前に決くくなる。したがって、必ずしも誤検出率が低ければめる必要があるほか、作業の観点から多数の変位計を良い基準値であるということにはならない。

埋設できないため、深度方向に連続的なモニタリング

このようにしてN（1≦N≦8）年のデータを用いてには適さない。分布式光ファイバーセンシング技術を

9

CN通りの基準を作り誤検出率を計算した結果が表1利用すれば、深度方向に連続的なデータ取得が可能とである。基準を作るのに用いる年数が少ないと、想定なる。以下では室内実験の結果を紹介するほか、
光ファしている誤検出率（2.5％）を大きく超える誤検出率

イバー測定に地層変形監視技術の有効性を示す。になることがある。検討の結果、少なくとも4〜6年のデータを用いて基準を作ることが望ましいと考えられる。
2018年夏季より大阪湾で連続観測を行っている。
連続観測データと今回解析した長期の四季調査のデー
表1 基準作成に用いる年数と誤検出率

図4

光ファイバーを巻き付けた砂岩試料及びそのX-CTイメージ

図4は地下深部の貯留層と遮蔽層の物理特性を模擬したユニークな砂岩試料を示している。室内実験では地下深部の温度圧力条件を再現したうえで、砂岩試料左端の粗粒部（貯留層）にCO2を注入しながら、医療39

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2Ｔｏｄａｙ２０１９用X-CT装置でCO2の挙動を可視化した。砂岩試料右界を超えることはなかったが、50mm〜60mm区間端の細粒部は浸透率が低く、粗粒部に溜まるCO2を封ではわずかな膨張ひずみが観測された。遮蔽層がわず入する遮蔽層の役割を果たしている。細粒部の遮蔽能

かな変形を生じるものの、貯留層に溜まるCO2をしっ力を超えると、CO2は粗粒部から細粒部へ浸入するこかり封じ込んでいることがわかる。室内実験ではCO2とになる。この室内実験において、X-CT装置は粗粒注入圧を大きくし、遮蔽層に浸入する現象も模擬して部にCO2が溜まっていく過程、細粒部に浸入する様子みたところ、CO2浸入によって遮蔽層のひずみが急激を可視化することができる。また、砂岩試料に巻き付に増加することが観測された（図6参照）。この室内けた光ファイバーはCO2が粗粒部に集積する過程の実験の結果より、圧入井に光ファイバーを設置すれば、砂岩試料の膨張量や細粒部への力学的影響などを監視

遮蔽層の力学的安定性や貯留層からのCO2漏えいがすることができるようになっている。

監視できることが明らかになった。
2.4 国際連携および海外動向調査
RITEは、CCSに関係する国際機関やと国際的な枠組みとの連携を通してCCSの普及に貢献するとともに、CCSの海外動向の調査を行っている。ここでは、2018年の海外動向と国際的な枠組みの動向に分けて以下にまとめる。
（1）CCSに係る海外動向
英国では、政府により設置された外部有識者からなるタスクフォースがCCSの普及戦略案を2018年7月に公表した。CCSの普及にはCO2の輸送および貯留

図5

砂岩試料長軸方向におけるCO2飽和度や膨張ひずみの分布用の共用インフラを核とし、将来の拡張が容易な“クラスター”による推進が有効であるとして、CCSの

図5は注入開始後、粗粒部にCO2が徐々に溜まって2030年代の本格普及に向け、2つ以上のCCSクラスいくとき、砂岩試料の長さ方向におけるCO2飽和度とターを2020年代半ばに稼働させることを前提に16のひずみの分布を示している。CO2飽和度はX-CTイメー提言を示した。CCSの普及は、クラスターにより推ジから求めたものであり、ひずみは光ファイバーに進し、かつ、適切なビジネスモデルとリスク分担が確よって測定された試料の膨張量である。試料左端から立されれば、民間主導で可能であるとしている点が注注入されたCO2は45mm付近の粗粒部と細粒部の境目される。一方、政府は2018年11月にCCSに関する

図6

遮蔽層へのCO2浸入に伴うひずみの急激な増加の様子

40研究活動概説⃝CO 貯留研究グループ

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2Ｔｏｄａｙ２０１９

行動計画を公表した。タスクフォースによる提言を踏ニケーションの活性化などに取り組みことになっていまえたものになっているが、2020年代半ばに稼働さる。

せるクラスターは1件となっている。19の具体的なア

5年間でクリーンエネルギーに関する研究開発へのクションが示されており、これらは最初のプロジェク

公的投資額を倍増することを目標に掲げたミッショントの稼働に向けたアクションと、2030年代の本格普イノベーションと呼ばれる国際的な取り組みにおいて及に向けたアクションに大別される。

は、CO2の回収、貯留、利用、横断的分野の4分野にノルウェーで検討されていた産業CCSプロジェクおける革新的な研究開発の優先分野を提示したCCS

トは、CO2排出源が当初の3つから2つに減ったものに関する報告書が2018年5月に公表された。CCSコの、その基本設計（FEED）の実施が2018年5月に議ミュニティは、既存技術によるCCSの普及にまい進会により正式決定された。このプロジェクトにおいてするとともに、飛躍的な普及を目指して、CCSのコも、CO2の船舶輸送と海底下貯留は共用のインフラとストの大幅な低減に資する研究開発にも取り組むことなる。プロジェクトの最終投資判断は、2020年度とが求められる。

されている。
CCS分野における共用インフラの草分け的な存在
は、米国の石油増進回収（EOR）向けのCO2パイプラインのネットワークであると言える。この本場の米国では2018年2月に、地中貯留されたCO2量に応じて付与される税額控除のスキームに、控除額が増額されるなどの改正が施された。この改正を受けて、複数のCO2回収プロジェクトが新たに検討されるなどしており、CCS普及の活性化が期待されている。
（2）CCSに係る国際枠組みの動向
CCSの 共 用 イ ン フ ラ は 国 際 的 に も 関 心 が 高 く、
CCSに係る国際枠組みである炭素隔離リーダーシッ
プフォーラム（CSLF）の技術グループにおいて、共用インフラを対象としたタスクフォースが2018年10月の会合で設置された。まずは共用インフラの現状をレビューし、その結果を踏まえて、タスクフォースの継続の必要性が検討され、継続する場合には具体的な方針が策定されることになっている。なお、同会合において、技術グループの副議長の改選が行われ、日本が豪州およびカナダと共に選出された。日本、ひいてはアジアの視点からの国際CCSコミュニティへの貢献が期待されている。
クリーンエネルギー大臣会合の枠組みにおいては、米国が2017年にCCSに係るイニシアチブの設置を提案していたが、その設置が2018年6月の大臣会合において正式に合意された。
同イニシアチブでは、クリーンエネルギーコミュニティにおけるCCSの認知度の向上のほか、CCSと金融の両コミュニティ間のコミュ

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