「未来社会を支える温暖化対策技術シンポジウム in 関西 2020」

CO2地中貯留技術実用化に向けての安全管理技術開発の取り組み－海域CO2貯留における海洋環境影響評価－
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)

大規模CO2地中貯留の実用化に向けて
油ガス田開発技術・経験・ノウハウを活用しても、取り組むべき技術課題がある
 安全性（リスクマネジメント）、経済性（コスト削減）、社会的受容性の向上

Losses of Injectivity, Capacity and Containment,
Induced Seismicity, Environmental Impacts
環境影響評価（陸上・海域）
2

米国の陸上CO2地中貯留における環境影響評価（飲料水保護法）

海域CO2地中貯留に関しては、関連法規が議論中（Webb and Gerrard, 2019）3

海域CO2地中貯留に関する国際合意
International Agreements Respecting Offshore CCS the 1972 Convention on the Prevention of Marine Pollution by Dumpingof Wastes (London Convention) : ロンドン条約
 the 1996 Protocol to that Convention (London Protocol)：ロンドンプロトコール

to prevent pollution of the marine environment as a result of “dumping”
In 2006, when Annex 1 to the London Protocol was amended to list “carbondioxide streams from carbon dioxide capture processes for sequestration.”
Thus, the London Protocol now expressly allows the sub-seabed injectionof carbon dioxide for the purposes of sequestration, provided the injection
operation is permitted by the relevant national authority.
平成16 年に「海洋汚染等及び海上災害の防止に関する法律」を改正、環境大臣の許可がなければ廃棄物等の海水への投棄ができない。平成19年にCO2の海底下廃棄を追加改正。
「特定二酸化炭素ガスの海底下廃棄の許可等に関する省令」
4

Main possible pathways for potential leakage
 Abandoned Wells（廃棄された坑井） Operational Wells（操業中の坑井）
 Caprocks（遮蔽層・泥質岩）
 Faults and fractures（断層＆き裂）

5

潜在的漏洩経路とその漏洩規模

6既存断層（大曲断層・北海道）

7

断層モデル概要

CO2漏洩の様子（断層内）

8

CO2漏洩の経時変化＆漏出量

貯留層から海底面までに、5年もかかっています。貯留層の圧力低下により、漏れたCO2の駆動力（driving force）が大きく減少する（超臨界から液体、ガスへの相変換も考慮）。
9

断層の浸透性 vs CO2漏洩期間＆漏出量

断層破砕帯の浸透性を変えたCase Studyも実施し、浸透率が大きいと漏出は早く収束する。

10

苫小牧CCS大規模実証試験（海底下地層へのCO2貯留）

2016年の春季の海洋調査
では、事前調査よりも高いpCO2を観測した。確認調査を実施し、その間は圧入停止となった。
11

その後の対応と圧入再開

12

＠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
13

大阪湾海洋観測公開データを用いた
pCO2異常値検出基準作りの検討
Uchimoto et al., 2018

↓ 2倍 3倍↓ 2倍 3倍↓
1.7～8.8%↓

1.5～12%

1.3～20%1.1～49%↓↓ 2倍 3倍↓
1.7～7.1%↓2.2～5.1%

縦軸：100×（該当する組み合わせ数÷9CN）

2.5～3.8%

1.9～6.0%↓：9年分（全465データ）
False-positive率 3.2%

ベースライン：5年程度以上 1415

漏出検出：pCO2異常値検出
連続観測（大阪湾）
結果速報（暫定値）●, ▲：採水分析値

観測日数

7月 8月

9月

神戸

8日 23日 19日

関空

6日 21日 10日

8月（21日まで）のpCO2値
神戸：751～1632 ppm
関空：407～628 ppm↓
四季調査（1季節に1回の調査）では、必ずしもその海域・その季節の変動を捉えられない。

(時刻)

15

7月下旬～12月上旬
観測結果速報神戸港
関空MT局

連続観測結果から
四季観測の妥当性（どこまで、年間変動を表現できているか）16

サイドスキャンソナーによる漏出気泡検知
サイドスキャンソナー
曳航体

曳航体

＜サイドスキャンソナーとは＞船舶で曳航した装置から超音波のビームを発振し、戻ってきた音波の強弱から、海底面の構造等の情報を得る装置

サイドスキャンソナーの進行方向 ➡

海底面
17漏出検出：気泡の音波探査
サイドスキャンソナー（SSS）を使った気泡の検出

rrr・

18

サイドスキャンソナーによる気泡検出例
鹿児島湾火山性ガス湧出域（たぎり） （RITE, 2009）

推定漏出率：780 ml/min
気泡直径：1～2 cm

推定漏出率： 225 ml/min
気泡直径：1 cm

19

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××

2020

水平距離による見え方【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

30m

10m

曳
航高度

30 25 20 15 10 50

水平距離30m
海底
2130 25 20 15 10 5曳航高度の検討07～12m【観測条件】
・CO2気泡径；7.1mm
・放出率；5,000ml/min
・観測線(水平距離)；20m
・曳航高度；7～12，16～
19，20～25，25～28m
・船速；3～4knot

302010016～19m

海面
30 25 20 15 10 525～28m
20～25m
SSS

16～19m
7～12m

水平距
離20m

020～25m
曳航高度

30 25 20 15 10 5025～28m

海底
22船速の検討【観測条件】
・CO2気泡径； 7.1mm
・放出率；1,000ml/min
・観測線(水平距離)；10m
・曳航高度；25～28m
・船速；3，4，5，6knot

海面30m

SSS20m曳航
高度0510 15 20 25 300510 15 20 25 3005100510 15 20 25 303knot

4knot

15 2025305knot
10m 0m6knot
海底23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 Plan24CO2漏出検出・環境影響評価総合システムの構築

社会受容性向上

万が一

漏出

法規制対応
海洋汚染防止法に係る法令漏出を想定した海域における海洋環境影響評価

漏出監視（モニタリング）• 漏出CO2海中拡散シミュ
レーション→漏出による海中CO2濃度上昇、範囲の推定• 生物影響データベース→海中CO2濃度上昇による生物影響• 炭酸系異常値検出→pCO2, DIC上昇の異常値判定基準値• 気泡CO2検出→音響機器による海中CO2気泡探査手法
25

生物影響データベース
pCO2（ΔpCO2）は一般にわかりにくい• 漏出監視でpCO2の異常値が得られた場合• 拡散シミュレーションの結果（ΔpCO2の分布）
どのような生物影響（ 成長阻害など）を及ぼし得る値？
↓例）実海域サイトの事前評価 生物影響指標：ΔpCO2=200μatm
貝類・ウニへの影響↓
貯留海域はさまざま
 地理的：亜寒帯、温帯、亜熱帯、外洋・内湾、…
 生物学・水産業的：生息生物、水産重要種、…
↓
生物影響データベース構築
26

生物影響データベース

27

CCS技術事例集の作成

長岡実証試験＋海外事例に基づき、Vol.１を完成  逐次公開、英訳も付録
操業

・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

苫小牧大規模実証試験や海外の新規事例を加え、2020年度末までにVol.1を完成
28

謝辞
この成果は、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）の委託業務の結果得られたものです。

29