[H-SC06] 地球温暖化防⽌と地学（CO2地中貯留・有効利⽤、地球⼯学）

[HSC06-10] ガスハイドレートを利用したCO₂地中貯留時の力学的安定性に関する数値解析

*木元 小百合¹、河嶋 爽平¹ (1.大阪産業大学)

キーワード：CO2地中貯留、ガスハイドレート、地盤変形

二酸化炭素地中貯留（CCS）の方法の一つとして，CO₂をハイドレート化して海底地盤中に貯留する方法が提案されている．この方法では，ハイドレート安定領域でCO₂と海水を反応させ，固体のハイドレートとして化学的に固定するため，超臨界状態や気体の場合より漏洩しにくいことが考えられる．また，遮へい層は必要ではないため，実用化されれば貯留適地の拡大が期待できる．

　本研究では，ガスハイドレートを利用したCO₂地中貯留時の海底地盤の変形挙動について，二相流体-土骨格連成解析法（Akaki et al., 2016）により検討を行った．本解析手法では，固相（土，ハイドレート）と二つの液相（CO₂，水）を取り扱う．ハイドレート含有地盤の構成式にはハイドレートによる固結とクリープ特性を考慮した弾粘塑性構成式（Yoshimoto and Kimoto, 2022）を用いた．二相流体のCapillary pressure- saturation 関係式にはvan Genuchtenを用いた．空間離散化には有限要素法，時間離散化にはNewmark’s β法を用いている．

　解析例として，水深1000m下の海底地盤内に厚さ2mのハイドレートシール層が形成された状態を想定して、CO₂液体圧入による地盤の力学的安定を検討する．解析結果より，ハイドレートシール層を含む海底地盤内の間隙流体圧力，土骨格の応力の変化，変形について予測し，海底地盤の安定性について検討した．


Akaki, T., Kimoto, S. and Oka, F., Chemo-thermo-mechanically coupled seismic analysis of methane hydrate-bearing sediments during a predicted Nankai Trough Earthquake, Int. J. for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 40, pp. 2207–2237, DOI: 10.1002/nag.2527, 2016.

Yoshimoto, M., Kimoto, S., Undrained creep behavior of CO₂ hydrate-bearing sand and its constitutive modeling considering the cementing effect of hydrates, Soils and Foundations, Vol. 62, 2022. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2021.101095