未来社会を支える
温暖化対策技術シンポジウムin 関西 2021

CO2地中貯留技術実用化向けての取り組み－研究開発から実用化・事業化への推進－

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．温故知新－CO2-EOR/ CO2地中貯留
Before looking ahead, let’s review the journey so far(DOE, 2020)

実用化？

圧入規模：100万トン/年

日本： 長岡CO2圧入実証プロジェクト始動

米国： テキサスFrioプロジェクト始動

2Carbon Dioxide Flooding

遮蔽層PTRC, Canada

 40-70% of CO 2 injected stays in reservoir

Associated CO2 Storage in CO2-EORCanada326

SACS (Saline Aquifer CO2 Storage)
North Sea, Norway (Statoil), Sleipner
Porous Sand
(Net sand:80-100%)
High Permeability(1 - 3 darcy)
Porosity: 35 - 40%

4 - 9.5% CO2

Temp: 37 oC
Pressure: 8 - 11MPa
1 million ton/year(3% of Norway)

Carbon Tax: 7,000 yen/ton  6.6 billion/year *20 year
44 billion+0.86 billion*20 year4

北海（ノルウェー領） Sleipner での地中貯留

Utsira Sandへの圧入
Chadwick et al. (2004)
空隙率: 32~42%
Limits and thickness of the Utsira Sand andlocation of the Sleipner injection point.
5 Reservoir characterization: Heterogeneity and Injectivity

OxandPaasch, 2015
Injection: 2008-2011
Injection: 2011-

Injection: 2008-2011
Paasch, 20156

@ Snøhvit

Paasch, 2015

Integrating aspects from both 3D seismic and sequence stratigraphy

7

US/DOE (2020)

50+ million
tons
地域特性を考慮

Shale OilEOR

2011- (new regional initiative)

2005-2011
1 million tons

地層水汲み上げによる圧力緩和法

光ファイバーセンシング技術（分布式音響測定 - DAS）
8

US/DOE (2020)

石炭・ガス火力＋CCUS
9

貯留層規模／CO2圧入規模のUp-scaling
により、貯留層評価＆地質モデル構築、地層水圧増加＆力学的安定性監視、微小振動＆誘発地震観測、CO2挙動モニタリング＆長期挙動予測

国内においては、これまでの取り組み

2020/30?

Up-Scaling
基盤技術の実適用
基盤技術開発長岡実証試験

（大規模貯留サイト）

基盤技術を実サイトへ適用し、不確実性を低減させるととともに運用・検証・普及（実用化）へ、一部の技術は海外機関との連携が必要

2000 基礎研究

実用化： 不確実性の低減・安全性＆経済性の向上
101112

５ヶ年の研究成果の総括および2021年度以降の取り組み （中間評価資料抜粋）
2016-2020

大規模サイトへ実適用、国内外へ情報発信

SRM

関係機関と成果共有、国内外へ情報発信

SLO13 Scaling up to Commercial-scale
2050年に向けて、徐々に拡大するケース（我が国のCCS導入のあり方に係る調査事業）調査報告書
https://www.meti.go.jp/meti_lib/report/2019FY/000145.pdf

Low-cost ： Capture （随伴ガス、高濃度CO2）
Transport （排出源と貯留サイトの距離）
Storage （モニタリング技術の統合、効果的運用）
Low-risk ： Storage （サイト選定＆評価、自然地震＆微小振動
CO2漏洩・漏出＆環境影響）
Start-early & Start-small：できる事業から始めよう

14

２．CO2地中貯留技術の実用化・事業化へ
投資

環境
Cathcart et al., 2013
安全性政策

社会的受容性法規

技術開発や知見の提供

Research & Development

Demonstration, Deployment

実用化には、技術開発以外の要素（安全性、経済性、社会的受容性、法整備）

15https://www.businessinsider.jp/post-234099

埋める
場所はあるか

本当に安全か

長期安全性（貯留メカニズム）、地域社会の理解（地震や漏洩への懸念解消）
16

埋める
場所はあるか

国内における地質調査状況17カテゴリー分類と貯留ポテンシャル試算（Ｍ１）
地質データ
油ガス田

坑井・震探
データが豊富

基礎試錐

坑井・震探
データあり

基礎物探

坑井データなし、震探データあり

カテゴリーAＡ１（旧１）
３５億t-CO2Ａ２ （旧２）５２億t-CO2Ａ３ （旧４の一部）
２１４億t-CO2

カテゴリーＢ
Ｂ１（旧３）
２７５億t-CO2
Ｂ２ （旧４）
８８５億t-CO2

坑井

坑井

貯留概念図
超臨界CO2／溶解CO2
超臨界CO2／溶解CO2（参考）実施状況
計

Weyburn（カナダ）等
長岡プロジェクト

Sleipner（ノルウェー）等

約３００億t-CO2

約１，１６０億t-CO2（注）内陸盆地、湾（瀬戸内海、大阪湾、伊勢湾など）は対象外。Ｂ１、Ｂ２は水深２００ｍ以浅を対象。
カテゴリーＡ：シール層が期待され、かつクロージャーが想定される帯水層
カテゴリーＢ：連続的なシール層が期待される帯水層

18

METI(2020)19課題：排出源と貯留サイトのマッチング
全国の主な大規模排出源 （数字は推定排出量 百万t-CO2/年）
火力発電所

一貫製鉄所

合 計 ：539 百万t-CO2/年
工場数 ：161
平 均 ：3.3 百万t-CO2/年・工場
最 大 ：24 百万t-CO2/年・工場

セメント工場東北（日本海）22
北海道〔発電24〕

24

九州〔発電11、北東部
製鐵22〕55

中部10（日本海）〔発電34、製鐵41〕

瀬戸内海〔発電15、製鐵3〕☆

〔発電10〕

35 東北南部（太平洋）

86〔発電35〕

九州
北西部 2533
関東（太平洋）〔発電25〕〔発電20、製鐵13〕

大阪湾

5063

伊勢湾

〔発電31、製鐵19〕 〔発電49、製鐵11〕

106

東京湾

〔発電72、製鐵32〕

〔縮尺〕
200km

20

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

Nakajima and Xue (2019)

RITE (2006)

RITE (2006)
Source: GCCSI
21

CO2 地中貯留メカニズムの模式図

砂粒の隙間にある塩水を置換する(Juanes et al., 2006)22

医療用X-CTによる砂岩中のCO2 挙動の可視化

灰色-黒色域：密度が低い（隙間が多い）

白色域：密度が高い（隙間が少ない）
23

非在来型油ガス開発、CO2地中貯留における流体圧入地層の違い

0.001 milidarcy

1 darcy

100 milidarcy

10 milidarcy

National Academy of Sciences, 201324

CO2 high buoyancy in high permeability and thick formation (1/2)
Low storage factor at Sleipner, North Sea

Furre et al., 2017

Map of the two-way time interpretation of the CO2 plume in Utsira sand(Utsira sand: a giant sand body with high permeability and large thickness)
In the early years the CO2 signatures in the shallower layers (6-9) were spatially small, and in more
recent data, imaging is better for layers 5-9, whereas layers 1-4 are challenging to interpret.
25

CO2 high buoyancy in high permeability and thick formation (2/2)
at the Sleipner site26

the high storage factor at Quest (high CO2 saturation)
1 Mt/year, started in 2015

Sandstone reservoir property Quest
thickness: 40m; permeability: ～ 1,000 mD
the plume extent is closer to the theoretical minimum
is another indication that the reservoir is behaving better
than expected, and that the displacement of brine by theCO2 may be more effective than pre-injection modelling
predicted. (CO2 saturation assumed up to 100%)27

CO2 Distribution @Nagaoka, Japan
Spinner Test

Conglomerate

SandMud

Profile: which depth, howmuch CO2 was injected.

28

Time-lapse Changes at （1116.0m ＠OB-2）
Breakthrough

During Injection→ → → Post Injection

CO2 Saturation fromneutron-porosity logging
SCO2: 30%29

中性子孔隙率(CO2含有率）変化図 (OB-2)

30

Estimating Volumetric Storage Capacity
Sf: Storage efficiency(RITE, 2006; Ogawa et al., 2011)

reservoir

CO2 injection

Injected CO2
idealbuoyancy

Sf : a “storage factor”, the ratio of immiscible CO2
fingering

plume volume to total pore volume, the combined effectsof trap heterogeneity, CO2 buoyancy and displacement
efficiency.
31

Storage Factors in Different Regions
0.25

Storage potential＝A×h×Sf×φ×Sg／BgCO2×ρAhSfφSg
BgCO2
ρ0.5(Ogawa et al., 2011)： aquifer area
： effective thickness： storage efficiency factor： porosity：CO2 saturation：CO2 volume factor 0.003m3/m3 , depth: 2000m, 70oC
：CO2 density 0.001976 (t/m3)

32

 Recommended Technologies for33

Sample arrangement for X-CT imaging

Confining pressure: 12MPa
Pore pressure: 10MPa
Temperature: 40oC
34

CO2 distribution (left: grooved disc; right: special filter)

Enhanced CO2 Dissolution

MB CO2 Injection

NB CO2 Injection

35

Gravity Override of the Injected CO2
In high permeability reservoir

Left: マイクロバブル圧入; Right: 従来法によるCO2圧入(Xue et al., 2014)36

CO2Steam Heater

CO2

Flow Meter

Brine
Pump

CO2tank

CO2 pump （7～11MPa）
Xue et al., in preparation

CO2＋Brine : Co-injection（8MPa, 50℃）
（CO2 : Brine = 9：1）

上田ほか、2020; Xue et al., 2021)

37

Xue et al., in preparation

Bubbling test at lab

Downhole Tool for
Microbubble CO2 Generation

38

Xue et al., in preparation

39Preliminary Results from CO2 Injection Simulations(with / without microbubble filter)上田ほか (2020)

Xue et al., in preparation for Int. J. Greenhouse Gas Control
40

Microbubble and Normal bubble CO2 injections
in a Japanese tight sandstone

Porosity: 15%

Permeability: 0.01 mD

41Visualization of Microbubble CO2 Injection withX-CT

Xue et al., in preparation
42

43

Visualization of Normal bubble CO2 Injection
with X-CT
Xue et al., in preparation

Injecting MB CO2: Control CO2 Mobility, Reducerisks of early breakthrough Challenges when injecting CO2
into complex reservoirs• Reservoir Geology and Heterogeneity
complex reservoirs with multi-layer (alternation ofsandstone and mudstone, strong heterogeneity), lowpermeability (less than one millidarcy)

Injecting MB CO2: Penetrate and Flood low
permeability zones, Improve Sweep Efficiency
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Permanently Storing CO2 in
the Subsurface

CO2 Trapping Mechanisms: long term security(how long is enough long?)

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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
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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。

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