CO2地中中和処理の研究
1. 研究期間
平成26年4月〜平成27年3月
2. 委員長
長田 昌彦氏 国立大学法人 埼玉大学 地圏科学研究センター 准教授
3. 参加機関
埼玉大学、日本大学、東海大学、応用地質株式会社、株式会社大林組、株式会社ニュージェック、株式会社ダイヤコンサルタント
4. 補助事業の概要
(1)事業の目的
環境汚染に関する関心は、1990年代に気候変動枠組条約、京都議定書の採択などを経てクローズアップされ、化石燃料への依存が高まる日本においては、CO2を削減する新たな技術開発が喫緊の課題となっている。この課題を解決するためのひとつの手法としてCO2の回収貯留CCS（Carbon Dioxide Capture and Storage)技術があるが、現状では石油増進回収法(Enhanced Oil Recovery: EOR)による石油生産技術をベースに検討され、大規模な排出源が近くにあることを前提とする広大な地上設備を必要としている。
本調査研究は、地下水利用の及ばない深部の石灰岩層内において、ボーリング孔からマイクロバブル化したCO2を溶解させた溶解水を直接圧入し、石灰岩盤層を中和させることにより、これらのシステムの成立性を検討することを目的とした。
平成26年度は、我が国における対象地盤の分布とそのCO2中和処理能力量の検討をはじめ、土槽実験を実施して現場の条件に近い状態でCO2溶解速度を予測したほか、CO2溶解水の地盤中への移動現象についても土槽実験をモデル化して既存解析コードによるシミュレーションで再現を行い本調査研究の成立性を確認した。
CO2地中中和処理システムのコンセプト
（2）実施内容
1）CO2中和処理能力の検討
我が国における中和化可能サイト及び実証サイト選定のための選択基準として、炭酸塩鉱物を含む岩盤が対象となるとした。その中でも今年度は、Caを多く含み、中和能力が高いと考えられる上総層群に着目し、分布や鉱物化学組成、地下水水質組成について、文献調査及び現地で採取した試料の分析、検討を行った。
2）室内岩石ブロックの通液試験
炭酸塩を含む岩盤では、主に炭酸カルシウムとCO2溶解水との反応により中和することから、地下水がアルカリである水槽での通液試験、中和化能力があると推定された岩石を用いた土槽での通液試験を実施した。試験は、最初に井戸をモデル化した透明なアクリル円筒を用いた試験を行い、マイクロバブルの発生と孔内でのCO2の溶解挙動を観察した。次に、砕石で満たした水槽に水酸化カルシウム溶液を流し込んで溶液をアルカリ性にし、CO2溶解水を注入する3次元ブロックの通液実験を行った。また、大型のブロック通液試験のほか、中和化能力のある砂岩を対象としたブロック模型のカラム通液試験も実施し、原位置での通液試験計画における参考とした。
3）実証実験に向けたモニタリングシステムの立案
既往文献調査により、豪州Otway Projectで実施された世界初の単孔原位置溶解試験のモニタリング手法について整理し、CO2注入部の温度・圧力から最適な注入量を決定する際の課題を整理した。フィールド試験計画として、上総層群を想定し、注入井、観測井の配置、注入井からCO2マイクロバブル水を注入する手法（CO2MB水）、これらのモニタリングシステムを立案した。
CO2マイクロバブル発生水槽模型実験の注入孔(左)と計測装置(右)
バブル供給位置での観察状況(左)とウレタン散気管CO2注入状況(右)
CO2マイクロバブル発生によるpH変化
カラム通液試験全景(左)と砂岩試料(右)
フィールド試験計画の候補地（上総層群）の地質モデル
5. 予想される事業実施効果
本調査研究の目指すところは、マイクロバブルによって直接CO2を溶解させた溶解水を炭酸塩によって中和するシステムの構築であり、中和処理できれば垂れ流しでもよく、浅くても深くてもよい。通常、酸性水の処理には、大規模な地上設備が必要であるが、このシステムではそれらを必要とせず、地中で酸性水を中和処理することが可能である。特に、CO2の中小規模排出源近傍で実施することが可能になれば、大規模な地上設備を必要としないことに加え、圧入コスト、輸送コストの削減効果が期待できる。
