[H-SC05] 地球温暖化防⽌と地学（CO2地中貯留・有効利⽤、地球⼯学）

[HSC05-P04] CO₂含有温泉水中での人工バリア生成実験

*徂徠 正夫^1,2 (1.二酸化炭素地中貯留技術研究組合、2.国立研究開発法人産業技術総合研究所地圏資源環境研究部門)

キーワード：CO2地中貯留、遮蔽性能、人工バリア、キャップロック、炭酸塩、水ガラス

CO₂地中貯留では坑井周囲が最も漏洩経路になりやすい。このような漏洩リスクを低減させるためには、CO₂の圧入終了時にCO₂固化促進物質を注入し、坑井周囲に固体膜を形成させることが有効である。そこで、坑井周囲の人工バリアを形成する技術開発を目的として、自然調和型の各種化学物質を用いて、温泉水中でCO₂による炭酸塩あるいはその他固形物の生成実験を行った。

貯留岩を模した岩石試料としてべレア砂岩を選定し、直径14 mm、高さ10 mmの円筒状に成形した。これらの岩石試料を、円柱方向が通水に対して平行になるように反応配管内に設置した。溶液として、元の温泉水に、水酸化ナトリウム（NaOH）、水酸化ストロンチウム（Sr(OH)₂）、およびケイ酸ナトリウム（水ガラス：Na₂O・nSiO₂）を各種濃度で添加した計3種類の溶媒を用意し、それぞれCO₂注入に伴う効果を調べた。実験では溶液をあらかじめ反応管内に約0.4MPaで流通させておき、次にCO₂を一定圧力で配管途中から混入させることで全圧を0.44～0.56MPaに維持した。所定時間内の流水をメスシリンダーで回収し、その間の平均値を算出することで、流速変化を測定した。一部の実験では、べレア砂岩内部に配管を挿入し、岩石内部で確実に固形物を生成するように留意した。

NaOHおよびSr(OH)₂を混入した温泉水にCO₂を圧入した場合は、流量の顕著な低下はみられなかった。したがって、今回の実験条件では岩石内部を閉塞するのに十分な量の炭酸塩は生成しなかったことが予想される。実際は一部の実験でCO₂の閉塞が生じたが、これは生成した炭酸塩が偶然岩石内部の流路を塞いだためと考えられる。これに対して、水ガラスを用いた場合は、ただちに配管内で固形物が生成し、完全な遮蔽効果により流動が停止した。当該物質はこれまでIto et al. (2014)により提案され、その後も他の研究者により検討が進められているが、天然の温泉水においても改めてその効果が検証されたと言える。なお、水ガラスについては、その効果が強力ゆえに、岩石試料に到達する前の配管内で固化してしまうという問題があったが、今回適正な濃度範囲までを明らかにした。