CCS Technical Workshop, Tokyo, Japan, 24th January 2013

Development of an assessment
methodology
h d lffor CO2 leakage
l kffrom
off-shoreoffshore reservoir
海底下貯留における海域環境影響評価手法の開発

Keisukek UCHIMOTO (RITE)()
内本 圭亮
亮（（地球環境産業技術研究機構）
境技究機 ）

海底下地中貯留

1000ｍ

キャップロックが貯留層にプが「蓋」をしている！

超臨界キャップロック
貯留層

様々なトラップ
物理的トラ プ
物理的トラップ(%)
100

物理的トラップに加え• 溶解トラップ: 地層水への溶解●

 溶解すると浮力がなくなる→安定●●

安定度が増す安定度増す• 鉱物トラップ: 炭酸塩鉱物になり安定●
●

●
●

●
● ●

01

●

●

●

●

●

10100
100010000
圧入終了からの経過時間 (年)これらのトラップにより、CO2
漏出のおそれはほとんどないと考えられる

海域環境影響評価は何故必要?
科 技術 完科学技術は完璧ではない。
。

漏出のおそれはほとんどないが０ではない。

–法的な義務→法的な義務→ 喜田主任研究員の講演–社会受容性

シミュレーションモデルの開発・構築
万が一貯留CO2が海へと漏出したらどうなるのか？

RITE
CO2の挙動をシミュレーションできる数の挙動をシミ レ シ ンできる数
値モデルの開発 構築
値モデルの開発・構築

CO2 シミュレーションモデル

海 MEC-CO2
海底堆積層
C.CANDI地中 Tough
CO2 貯留層考えられる漏洩経路

断層
IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage

地中のシミュレーション(Tough)
断層など考えられる漏出ルートのモデルを構築• 気泡CO2• 溶存CO2

海底CO2の移動、広がりを決めるのは
• 浸透率
• 浮力

モデルの中のCO2:
• 超臨界
• 気相
• 液相
• 溶存態

超臨界CO2（from reservoir）←海底に到達するCO
海
2Model domain

漏出経路の浸透率• 漏出経路の浸透率はどんな値なのか?
– 実際には貯留サイト付近に断層など漏出経路になるものは存在しない！

• 断層域のモデリング– Geometry（形状）・Complexity（複雑性）・Damage（形状）
l（複雑性）
zone（破砕帯）・Type of material（物質）
低浸透率

高Talwani et al. (2007)

海底堆積層
海堆積層
地中

数十～
100m強
わずか数十cm

おおよそ1km以上

貯留層

海底堆積層

こんな薄い堆積層が重要？
堆積層のシミュレー
積ションは必要？

海堆積層
地中

数十～
100m強
わずか数十cm

おおよそ1km以上

貯留層

海底堆積層
海有機物・糞尿・死骸
死骸etc.

沈降・堆積堆積層

海底堆積層（有機物の分解）
酸素呼吸

海堆積層

1

脱窒

Depth ((cm)

マンガン還元2鉄還元3

硫酸還元

4
メタン発酵

5Fossing (2004))

海底堆積層
海有機物・糞尿・死骸
死骸
etc.

沈降・堆積
堆積層

C.CANDI:堆積層内の分解・続堆積層内の分解続成過程を計算する

海底堆積層のシミュレーション（C.CANDI）• 有機物・無機物の変化
有機物 無機物 変– 分解、酸化還元反応– 移流（間隙水による輸送）– 拡散– 生物撹拌（底生生物によるかき混ぜ）海底堆積層のシミュレーション（C.CANDI）• 漏出CO2シミュレーション– 海底海底からのCOら
2:• 気泡のCO2 (気相)→海海底堆積層では変化を受けないものとする
堆積層
変 を受す
• 溶存態 CO2→ 海底堆積層内
海底堆積層内で大きな影響を受ける
大きな影響を受ける

海底堆積層のシミュレーション（C.CANDI）
海海へ

T-CO2(mmol/L)
0cm 02040

Sed
diment De
epthモデル領域
デ(堆積層 ;1次元モデル)

CO2 は濃度が低くなりながら上に広がっていく

海底

地中から出てきた溶存態のCO220cm

漏出CO2なし
漏出CO2あり
堆積層の底に飽和CO2海のシミュレーション
海中でのCO2の濃度と分布を計算

海の中のCO
海中
2• 気泡（海水に溶けていない）• 溶存態（海水に溶けている）
海洋環境・生態系に影響を及ぼし得る海のシミュレーション
気泡CO2 → 溶存態CO2 → 海の中に広がっていく中に広がっていく・・・

dissolved

dissolved

海漏出CO2（気泡・溶存態）

海のシミュレーション（MEC CO2）
海のシミュレーション（MEC-CO• MEC-CO2モデル
デ– 海洋モデル（MECモデル）
海洋 デル（デル）• 海の流れ、成層（水温、塩分）を計算• モデルの駆動力：潮汐、風応力、熱フラックス、淡水フラックス(降水, 蒸発, 河川水)– CO2 二相流モデル• 気泡のCO2• 溶存態のCO2• CO2溶解過程（気泡→溶存態）

海のシミュレーション（MEC CO2）
海のシミュレーション（MEC-CO
サンプル地形（水深図）(m)

××：CO2漏出点＋：潮位観測点

海のシミュレーション（MEC CO2）
海のシミュレーション（MEC-CO• 水位偏差の時系列
水位偏差 時系[cm]

青線：観測
緑点：シミュレーション[日]海のシミュレーション（MEC CO2）
海のシミュレーション（MEC-CO• 塩分分布 （海面,海 鉛直断面）
鉛直
強い成層

海のシミュレーション（MEC CO2）
海のシミュレーション（MEC-CO• 漏出率（Kano率
et al., 2010)– 標準ケ
標準ケース: 3,800,t/y/y– 極端ケース: 94,600 t/y

モデル解像度y km• Δx=Δy=1• Δz=2 m

海のシミュレーション（MEC CO2）
海のシミュレーション（MEC-COΔpCO2
極端ケース

標準ケース

漏出によるCO2
濃度の増加

生物影響データベース• データベースの蓄積
デ タベ
蓄積– CO2の生物への影響：pCO物
影響 p 2（（CO2分圧） 増加、増加、CO2増加によるpH変化（酸性化）– 種ごとに影響調査– 影響の程度： 死亡、成長阻害、etc.

データベースの例
供試生物

対照区pCO2（ppm）

サンゴ 成体Porolithon onkodes

135-460（pH 8.00-8.40）

サンゴ プラヌラ幼生
Acropora tenuis

400-475（pH 8.03）

動物プランクトン 幼生
Acartia erythrae

365

ヨコエビ 成体
Gammarus locusta

pH 8.1

巻貝 卵
Littorina obtusata

―

イカ類
Sepia
p lycidasy魚類
Paralichthys olivaceus

自然海水（pH 8.12-8.14）（p）
自然海水（pH 8.111）

実験区pCO2（ppm）
520-705（pH 7.85-7.95）
1,010-1,350
7.60-7.70）
60-7 70）（pH 7905-1,660（pH 7.64）
2,115-3,585
7.31）（pH 7.3（p）
2,365
5,365
10,365～550（pH 7.8）～980（pH 7.6）
1,100（pH 7.6）
30,000（pH 6.38）
50,000（pH 6.17）
70,000（pH 6.02）
100 000（ H 5
100,000（pH5.87）87）
150,000（pH 5.70）
9,900-79,000（pH 6.233-7.017）

暴露期間

影響

参考文献

白化が増加
8 週間

Anthony et al., 2008
白化が増加
なし

7 日間

生残率：低濃度区より増加
なし
24 時間 生残率減少
生残率減少

Suwa et al., 2010

Kurihara et al., 2004

なし
28 日間

Hauton et al., 2009なし

約28 日間 生残率減少

Ellis et al.,al 2009

半数生存限界24 時間 （TLm）：84 000
84,000ppm

Kikkawa et al., 2008

6 時間 LC50：27,600ppm

Kikkawa et al., 2003

データベース解析結果の例
group
貝類
ウニ類
サンゴ
円石藻
魚類
イカ類
動物プランクトン

pCO2

influence

Δ200ppm<pp

石灰化の減少灰減少

Δ2,000ppm<

生理的阻害

QICS
Quantifying and Monitoring Potential Ecosystem
I
Impacts
off G
Geologicall i lC
Carbonb SStorage
http://www.bgs.ac.uk/qics/

CO2 放出:100 200 kg/day
100-200
海堆積層

まとめ• 海底下CO
海底貯留 海域 境 響評価
2貯留の海域環境影響評価– 環境影響評価の必要性
環境影響評価 必要性• 法的な義務• 社会受容性向上– 方法• 漏出CO2のシミュレーションモデル
– 地中 →Tough– 海底堆積層 → C.CANDI– 海 → MEC-CO2• 生物影響データベース
Thank you for your attention.