1．研究開発の概要

　メタンハイドレート（MH）開発促進事業の目的は、わが国周辺海域に大量に存在すると期待されているMHについて、将来のエネルギー資源として、開発利用するために、経済的に掘削・生産回収する技術開発を行い、エネルギーの長期安定供給確保に寄与することです。
　この研究開発は、平成13年7月、経済産業省に設置された「メタンハイドレート開発検討委員会」でとりまとめられた「我が国におけるメタンハイドレート開発計画」に基づいて進められているものです。
　研究開発の目標は、2016年度までに日本周辺海域におけるMHの商業的産出の技術を整備することで、以下のようになっています。

• MH賦存海域の探査及び資源量評価手法の確立
• MHからのメタンガス生産手法の確立及び現場産出試験の実施
• 開発に伴う環境影響評価及び経済性評価手法の確立

研究開発は、段階的に進めることとし、フェーズ1～3までに分かれています。

[フェーズ1]（2001年度～2008年度）

• 我が国近海域での物理探査、試錐によるMH賦存有望地域の選定、産出試験実施場所の確定
• 陸域でのMH産出試験、並びに生産技術の検証
• MHに関する基礎研究

[フェーズ2]（2009年度～2011年度）

• 我が国のMH賦存有望地点での海洋産出試験、並びに評価
• MHに関する基礎研究

[フェーズ3]（2012年度～2016年度）

• 商業的産出のための技術の整備、並びに経済性等の評価

　研究開発は、資源量評価分野（（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構　旧:石油公団石油開発技術センター担当）、生産手法開発分野（（独）産業技術総合技術研究所担当）、環境影響評価分野（当センター担当）の3分野に分かれ実施しています。これら3研究機関により「メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム」を組織し、研究開発を調整、統括しています。
　当センターの担当分野である環境影響評価分野のフェーズ1の研究開発目標は、主に以下の4項目です。

• MH資源フィールドのベースライン調査及び分解生成水放出影響予測調査
• メタンガス及び地層変形モニタリング技術の研究開発
• 海洋産出試験に備えたHSE調査
• 地層変形予測シミュレーターの研究開発

メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム
環境影響評価グループ全体イメージ

　当センターでは、これらの開発目標ごとに、海域環境調査評価、モニタリング技術、HSE調査、地層変形予測技術の4サブグループ（SG）を設けて調査研究を行っています。

2．研究開発内容

2．1　海域環境調査評価SG
(1)　ベースライン調査
　MH資源フィールド候補海域の環境条件を把握することを目的に海域環境ベースライン調査を行うもので、基礎試錐調査域を含む海域環境の特徴を明らかにすることを目標に、本年度は、平成15年度～平成17年度に実施した南海トラフ海域の環境調査により取得したデータの分析・解析を行い、調査海域の海況、生態系等の基礎的現況を明らかにしました。また、本年度の10月に基礎試錐（東海沖～熊野灘）周辺域の詳細調査を実施しましたが、平成19年度6月予定の同様の調査結果と合わせて、海底堆積物の性状、生物種とその量、溶存メタン濃度等について整理し、取りまとめる予定です。さらに、海底から漏洩したメタンの海水中での挙動を予測評価できるモデルの開発を目的とし、既存モデルを基本に、改良を加えながら南海トラフ（東海沖～熊野灘）から得られたデータを利用し整備を進めました。

海洋環境の特徴付けを行った解析対象範囲

ニスキン採水器／CTDセンサー

マルチプルコアラー（MC）

採取された堆積物の様子

ピストンコアラー（PC）

水柱観測機器及び堆積物観測機器

(2)　分解生成水放出影響予測調査
　メタンガスの生産に伴うMH分解生成水（低温水）を海域に放出した場合に、これが海洋環境に及ぼす影響を予測する手法の研究開発を行うもので、本年度は拡散を評価する実証機レベルの物理モデルを構築し、試計算を基に実海域に適用できるモデルに改良を行いました。

(3)　データベースシステム
　環境影響評価グループで取得されるデータを一元的な管理をするために構築したデータベースシステムの円滑な運用を行っています。

2．2　モニタリング技術SG
(1)　総合モニタリングシステム
　MHの開発に伴う環境問題として、メタンガスの漏洩と海底地層の変形が懸念されています。このため、これらメタンガスの漏洩モニタリング及び地層変形モニタリング等を包括する総合的なモニタリングシステムを構築するため、本年度は、モニタリングの対象項目、監視対象事象の発生シナリオ、総合モニタリングに求められる機能について整理し、生産時における総合モニタリングの基本構想についてまとめました。また、総合モニタリングシステムの構成要素となる観測ステーションの概念設計を行うとともに、開発中のモニタリング機器の設置回収及び保守管理システムについて検討し、モニタリング作業時に起こりうるリスクを抽出しました。これらの検討結果に基づき、海洋産出試験用モニタリングシステムの基本設計に着手しました。

(2)　ガス漏洩モニタリング
　メタンを直接検知する方法の研究開発として、既存の溶存メタンセンサーの改良研究及び海水中の低濃度メタンを検知する新規のシステムである「集水型モニタリングシステム」の研究開発を行っています。本年度は溶存メタンセンサーであるMETSセンサー（現：Franatech GmbH（独））のセンサーヘッドの形状を改良し、応答性を向上するとともに、海洋産出試験での長期運用に備え、材質を改良しました。またセンサー出力の安定性向上のため、半導体検出器の前処理方法を検討しました。さらに、実海域試験を実施し、その結果を反映し、改良版METSセンサーの作成に着手しました。集水型モニタリングシステムについては、平成17年度に試作した、海水中のメタンをセンサー部にメタンガスとして透過させる複合膜モジュールの性能評価試験を行い、メタン透過性や耐圧性などを整理し、耐圧性について補強しました。また、計測部については、低濃度の溶存メタンを測定するために必要な光路長を調べるためのシミュレーションを行い、低濃度のメタンを測定可能な多重反射セルを選定しました。さらに、耐圧型分離膜モジュールと計測部を組み合わせた基本システムの評価試験を実施し、低濃度のメタン濃度を測定できることを確認しました。
　広域検出法については、気泡として海底から噴出したメタンガスや大気中に拡散したメタンガスを検出するためのセンサー類の調査を行うとともに、既存の調査事例について調査しました。さらに、間接検出法についてはメタン酸化細菌の存在確認とバイオマーカーとしての有効性に関する基礎的研究に取り組んでいます。

総合モニタリングシステムの運用イメージ

METSセンサーのセンサーヘッドの改良

集水型モニタリング基本システム概要図

採泥試料

ワンショットカメラで撮影したメタンシープ採泥場所の状況
（メタン酸化細菌の遺伝子を検出）

(3)　地層変形モニタリング
　海底はかなり軟弱と予想され、このためモニタリング装置の設置方法が大きな課題となっています。これに対応するために、傾斜計、加速度計等のセンサー類を組み込んだモニタリング装置を海底に落下し、貫入して設置する「貫入設置型のモニタリングシステム」の研究開発を進めることとしています。本年度は、陸域地すべり観測による地すべり挙動の解明とともに、平成15年度に製作した初期モデルの室内での性能試験結果に基づき、実証機の設計製作を行い、室内試験により評価を行いました。また将来的に総合モニタリングシステムに組み込むために、電力供給、データ伝送、自動解析手法およびデータ収録システムの検討を行いました。

モニタリング装置海底設置概念図

初期モデルを用いた陸域地すべり観測システム

2．3　HSE調査SG
　フェーズ1においては、フェーズ2で予定されている海洋産出試験を対象に安全管理システム及び環境管理システムを策定することを目標に、本年度は、大水深オペレーションにおける安全要件及び環境管理システムについて、海外聞き取り調査を行い、情報収集を行うとともに、全体の取りまとめを行いました。また、MHと環境影響との関係について、文献調査により、知見の集積と整理を行いました。さらに、本年度よりMH開発に適用できるリスク評価手法を整備する目的で、在来型資源である石油、天然ガスの開発事例や原子力発電所でのリスク評価手法について調査しました。

2．4　地層変形予測技術SG
　MHの開発に伴う地層変形を予測するシミュレーターの開発を目標に、本年度は、「地盤物性の評価」、「構成式の構築」、「地層変形予測プログラムの開発」、「地層変形予測プログラムの評価・検証」の4項目について研究開発に取り組みました。地盤物性の評価は、基礎試錐「東海沖～熊野灘」で採取されたコア試料及び海底地盤模擬試料を用いた三軸圧縮試験を行い、海底地盤の強度・変形特性等を把握しました。構成式の構築は、三軸圧縮試験を対象とした要素シミュレーション並びに数値解析を行い、シミュレーション結果と試験結果の比較検討により、構成式の改良を行いました。地層変形予測プログラムの開発については、構成式の検討結果に基づき、サブシステムの設計を行うとともに、実証レベルのプログラムの開発を継続しています。地層変形予測プログラムの評価・検証については、プログラムの妥当性を評価するための室内模型実験の実験方法の検討を行いました。

低温高圧三軸試験装置

   
砂泥互層試料の一例（左）、海底地盤模擬資料の一例（右）

基礎試錐コア三軸圧縮試験の応力－ひずみ関係（）