Taisei Advanced Center of Techn JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会カーボンリサイクルCO,地熱発電技術(テーマⅢ,地熱貯留層内でのCO,流体挙動把握技術)に関わる成果大成建設富山大学産業技術総合研究所2022.12.14 JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会はしじめに▷地熱発電のしくみ•火山周辺などの地熱地帯において深度1～2km程度の井戸を設け、熱水を噴出させて水蒸気でタービンを回して発電•地熱発電の成立条件①熱源、②水、③貯留構造（器） ④地熱貯留層熱源だけでは地熱発電は困難CO,地熱発電技術JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会はしじめに> CO,地熱発電技術■特徴徴• CO,で人工的に貯留層（器）を造成•水の代わりにCOにより熱を取り出す• CO 5の一部は地下に固定化（脱炭素へ寄与）熱源さえあれば地熱発電を可能にする技術熱水起源の資源量2374万kWに非熱水起源2900万kWが加算研究テーマ正：地熱貯留層内でのCO₂流体挙動把握技術(大成建設、富山大学、産業技術総合研究所) JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会課題（地熱貯留層内でのCO,流体挙動把握技術） 200~300℃、地下1000~2000m(10~20MPa)に対する下記が課題(1)地化学反応の把握（ CO溶解水による鉱物の溶解と沈殿) ・岩石片を用いた反応試験富山大学(バッチ式、通水式) ②上記化学反応による地熱貯留層の流動特性の変化の把握産総研・岩石コアを用いた流通試験・分子動力学シミュレーションによる界面検討③数値シミユレーション技術の開発大成建設・ラボスケールモデルによる検討・実スケールモデルによる検討④モニタリング計画の策定・実施富山大学・光ファイバーセンサーによる原位置測定技術の開発JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会課題（地熱貯留層内でのCO,流体挙動把握技術） 200~300℃、地下1000~2000m(10~20MPa)に対する下記が課題①地化学反応の把握( CO溶解水による鉱物の溶解と沈殿) ・岩石片を用いた反応試験富山大学(バッチ式、通水式)上記化学反応による地熱貯留層の(2)流動特性の変化の把握座絵絵研・岩石コアを用いた流通試験分子動力学シミュレーションによる界面検討③数値シミュレーション技術の開発大成建設・ラボスケールモデルによる検討実スケールモデルによる検討4)モニタリング計画の策定・実施富山山大学・光ファイバーセンサーによる原位置測定技術の開発JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会

目的
地熱貯留層条件下での岩石-CO,溶解水の地化学反応に関する基礎データを取得し、数値シミュレーションに必要な条件について評価する。
R3成果
>> 300℃用の岩石-CO₂溶解水反応試験用容器の設計・製作>>岩石-CO₂-蒸留水の反応試験の実施■試験概要・岩石を破砕し、粒径1mm～2mmに整粒・耐圧力温度容器に岩石片7gとCO ,溶解水70mLを入れて加温し(200~300℃)、岩石とCO₂溶解水を反応させる・所定期間毎(1,2,5,10,15日)に水質測定と表面分析などを実施・CO,を含まない場合として、化学反応にほとんど影響しない希ガス(Ar :アルゴン)をCO,の代わりに用いたケースも実施整粒した試料300℃用反応試験用容器Taisei Advanced Center of Technology JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会岩石片を用いた反応試験（バッチ式）結果【試験条件】温度：250℃圧力：10MPa試料：利尻島玄武岩（1-2mmに整粒）反応時間：最大15日>  CO,の有無により化学成分の挙動が異なる➤  2日目以降はほぼ一定濃度JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会岩石片を用いた反応試験（通水式） R3成果>>岩石-CO₂溶解水反応試験用装置の設計・製作JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会課題（地熱貯留層内でのCO,流体挙動把握技術） 200~300℃、地下1000~2000m(10~20MPa)に対する下記が課題(1)地化学反応の把握（ CO2溶解水による鉱物の溶解と沈殿)富山山大学・岩石片を用いた反応試験(バッチ式、通水式) ②上記化学反応による地熱貯留層の流動特性の変化の把握産総研・岩石コアを用いた流通試験・分子動力学シミュレーションによる界面検討(3)数値シミュレーション技術の開発大成建設・ラボスケールモデルによる検討実スケールモデルによる検討4)モニタリング計画の策定・実施富山山大学・光ファイバーセンサーによる原位置測定技術の開発JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会岩石コアを用いた流通試験目的CO,注入に伴う岩石中の鉱物反応が、岩石内の流れに関する特性に与える影響を調べる。 R3成果>高温超臨界CO¸流通試験装置を設計・製作（高温水の流通機構まで） ▷予備的な流通試験を実施■試験概要岩石コア試料に対して、高温高圧下で塩水および超臨界CO ,あるいは両者の混合水を流通させ、岩石中の鉱物の反応に伴う水理特性の変化を測定すする。装置仕様様流体間隙圧： 10～20MPa側庄： 10～20MPaセル内温度： 200～300°C岩石試料：直径30 mm、長さ200 mm JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会分子動力学シミュレーションによる界面検討目的貯留層内のCO,-水-岩石相互作用の予測・制御には界面物性の把握が重要であり、シミユレーションにより300℃までの界面張力と濡れ性を評価する。
R3成果
> CO₂-H₂O界面張力計算
・300℃-20MPaの界面張力は、 40℃-10MPaの値より約87%低下
▷水-粘土鉱物界面系計算
• 300℃近傍などで、鉱物表面の水が低温域とは異なる挙動をする可能性る水-空気界面のX級CT撮影画像。界面物性によ相は変化。 JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会課題（地熱貯留層内でのCO,流体挙動把握技術） 200~300℃、地下1000~2000m(10~20MPa)に対する下記が課題(1)地化学反応の把握（ CO2溶解水による鉱物の溶解と沈殿) ・岩石片を用いた反応試験富山大学(バッチ式、通水式) ②上記化学反応による地熱貯留層の流動特性の変化の把握岩石コアを用いた流通試験分子動力学シミュレーションによる界面検討③数値シミユレーション技術の開発・ラボスケールモデルによる検討・実スケールモデルによる検討4)モニタリング計画の策定・実施・光ファイバーセンサーによる原位置測定技術の開発富山山大学座絵絵研大成建設JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会ラボスケールモデルによる検討目的室内試験をシミュレーションで再現することで、現象の理解と実スケールシミュレーションのモデル化方法を検討する。
R3成果
>バッチ式試験の予察解析
•反応の時間変化をある程度再現•本試験条件では反応が1日程度で平衡に達する早い反応であることを確認>通水式試験試料のX線CT撮影
X線CT標号
Taisei Advanced Center of Technology JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会ラボスケールモデルによる検討>>岩石コアを用いた流通式試験の予察解析•流入側での岩石の溶解、流出側での鉱物沈殿が生じる結果•岩石コア流通試験の条件設定のための基本的な情報を取得地化学反応により変化数値シミュレーションによる通水開始30日後の空隙率分布と浸透率分布14 JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会実スケールモデルによる検討目的地化学反応を考慮した超臨界CO,の挙動を把握するシミュレーション技術を確立する。 R3成果>>理想井戸配置での採熱量の予察検討（熱-流動計算のみ） •注入したCO ,を基本的に全て回収できる既往研究で多く利用されているモデルによる検討•予察検討において、注入1本あたりMW規模の発電可能性を確認本予察的シミュレーションにおける生産熱量の経時変化（理想井戸配置、熱-流動計算のみ）理想井戸配置条件（平面図） 15 JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会実スケールモデルによる検討>注入井1本と生産井1本の2本での採熱量の予察検討（熱-流動計算のみ） ・開発初期など井戸本数に制約のある場合を想定したモデルによる検討•数MW規模の採熱の可能性• CO¸注入初期の熱水産出•貯留層の拡がりの考え方の違いによる生産井戸でのCO₂/水の比率の変化注入井1本と生産井1本の場合のモデル概要CO2圧入開始からの時間（年）本予察的シミュレーションにおける生産熱量の経時変化（注入井1本と生産井1本、熱-流動計算のみ） JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会課題（地熱貯留層内でのCO,流体挙動把握技術） 200~300℃、地下1000~2000m(10~20MPa)に対する下記が課題(1)地化学反応の把握（CO2溶解水による鉱物の溶解と沈殿） ・岩石片を用いた反応試験富山大学(バッチ式、通水式) ②上記化学反応による地熱貯留層の流動特性の変化の把握岩石コアを用いた流通試験分子動力学シミュレーションによる界面検討③数値シミュレーション技術の開発・ラボスケールモデルによる検討実スケールモデルによる検討④モニタリング計画の策定・実施・光ファイバーセンサーによる原位置測定技術の開発座絵研大成建設富山大学JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会
目的高温・高圧下における流体中のCO,濃度や鉱物沈殿現象を遠隔リアルタイムで計測する技術を開発超臨界CO、中の水分・CO、量水中の溶存CO、濃度炭酸カルシウム沈殿速度実施項目（開発する光ファイバーセンサー） 1. FT-IRによる流体中のCO₂濃度測定センサー ・光波長域：近赤外～赤外・赤外分光光度計（FT-IR）に光ファイバーを接続2.既存の鉱物センサーの高温・高圧対応・光波長域：可視光域・通水式試験でのCOっ濃度や鉱物沈殿速度の測定に利用3.局在表面プラズモン(LSPR)による鉱物センサー ・光波長域：可視光～近赤外・光ファイバーに金ナノ粒子を修飾したファイバー JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会

R3成果
1. FT-IRによる流体中のCO 2濃度測定センサー >流体中のCO,濃度測定の室内試験の実施•溶存CO₂量の増加に伴い、赤外線の透過率の減少を確認2.既存の鉱物センサーの高温・高圧対応▷反応容器の設計・製作♪高温高圧条件での試験•温度上昇に伴い透過率の減少量、速度の増加が見られたことから、鉱物生成挙動などの予測への活用が期待3.局在表面プラズモン(LSPR)による鉱物センサー >現地試験の実施•スケール生成に伴うピークシフトを確認でき、数時間で沈殿速度を測定できる可能性CO-の赤外吸収ヒ(赤外線の透過率の減少) Wavenumber / cm /製作した反応容器Taisei Advanced Center of Technology JOGMEC令和3年度地熱事業成果報告会T A I S E I