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地球と人を救うグローバ ル・グリーン・ニューディール
やさしいCO2回収・地中貯留(CCS)の話
炭酸ガス微細泡を地下に浸透し、メタンに培養ー温暖化防止をして未来のエネルギー資源を育てる!
http://homepage3.nifty.com/zeroemission/

なぜ炭酸ガスを地下に戻すのでしょうか?
(やさしいCO2回収・地中貯留 (CCS)の話のはじめ)

答えは簡単です。他に置 く場所が無いからです。つまり収納問題です。

炭酸ガスは、人間も動物もいつも吐き出している気体ですから、煙突から大気に放出して薄めてしまえば、何も問題は無いと昔は思われていましたが、地球温暖化と言う思いがけない落とし穴がありました。炭酸ガスは地球を暖めている布団のよう なもので、そのおかげで人間は快適な気温で暮らすことができる大切な物質です。ところが炭酸ガスの布団3枚でちょうど良いのに、人間は産業革命以後に石炭 や石油を大量に地下から掘り出して燃やして、炭酸ガスの布団を勝手に4枚に増やしてしまったのです。そのため当然、今では、暑くなり過ぎるようになりまし た。ただし、この炭酸ガスの布団は、1枚でおおよそ400兆立方メートルくらいの容積があるので、全地球を約80cmの厚さで覆うことができます。さいわ い、大気中に薄く拡散されているので、炭酸ガスにおぼれないで助かっていますが、地表に置くと人間の居場所がなくなりそうです。

金星や火星の大気の95%は炭酸ガスで酸素はほとんどありません。実は地球の大気も初めは大部分は炭酸ガスで酸素はほとんど無かったようです。今のように 酸素が多く、炭酸ガスの薄い大気にしたのは生命ーつまりは藻類や植物の光合成のおかげです。地球では、生物のおかげで大気の分子1万個のうち、炭酸ガスの 分子はたった3個くらいに薄くなりました.ところが人間が、生命が過去に地中に埋めた有機物の成れの果てーつまり石炭や石油や天然ガスを大量に掘り出して 燃やしたために、大気の分子1万個のうち炭酸ガスの分子がほぼ1個分増えて、4個になろうとしています。大気は地球を覆っていて、地表を保護しています が、その中でも炭酸ガスの温室効果の役割が大きいので、布団になぞらえたのです。炭酸ガスの布団1枚を重ねるか減らすかは、地表に住んでいる人間や生物に とって死活問題になります。炭酸ガスの布団が3枚以下に減れば、地球は氷河期に向い、恐ろしい飢饉になるでしょうが、布団が増えても温暖化するので、大気 の炭酸ガス濃度に注意する必要があります。おそらく将来は、大気の組成を常に監視して、炭酸ガス濃度を微調整するようになるだろうと思います。今はまだそ のような高度なジオエンジニアリング(地球工学)が可能なレベルに人類は達していませんが、その入り口に立っているのかもしれません。

炭酸ガスは空気より重い気体なので、宇宙に飛ばすこともまず不可能です。宇 宙に放出するためには、膨大なエネルギーが必要で、化石燃料を燃やして得られるエネルギーよりずっと多くのエネルギーを失うでしょう。そうなると海の中か 地中しかありません。それでまず海洋に投棄する案が考えられ、研究されました。海の中の方が棄て易いと思ったようです。炭酸ガスは水に溶けやすく、海洋に は元々大気中の60倍もの炭素分が溶解しています。そのため、人間が化石燃料を燃やして出る炭酸ガスがいくら大量でも、膨大な量の海水に溶解してしまえば ほとんど影響がないだろうと考えられたのです。炭酸は弱い酸なので、炭酸ガスが海水に溶けるとわずかですが酸性化します。海水は弱アルカリ性で、かなりの 量の炭酸ガスが溶けても酸性にはならないのですが、わずか酸性に近づくだけでもサンゴやプランクトンなどの海洋生物に大きな影響を与えます。大気の炭酸ガ ス濃度が増加したため、海洋表面が既にpH0.1分だけ酸性側に近づいたといわれています。このため、海洋酸性化は炭酸ガス増加の引き起こすもう一つの地球環境問題としてクローズアップされてきています。実は、大気の炭 酸ガス濃度との平衡関係で海洋酸性化が起きているので、海洋貯留で炭酸ガスを注入しても、直ちに海洋酸性化に結びつく訳ではありません。しかし、海洋を炭酸ガスの収納場所に使うには、慎重であるべきということになり、環境影響の調 査研究が今も続けられています。

化石燃料を燃やして人類文明を支えるエネルギー源にすれば、膨大な量の炭酸ガスが否応無く出てきます。炭酸ガスは、意外に、利用価値の高い物質です。炭酸 飲料やドライアイスは私達の身近にあります。アメリカ国民は、年にオリンピック・プール10万杯以上の炭酸飲料を飲んでいるそうですし、世界中で沢山の人 々が炭酸水やビールやシャンパンの炭酸ガスの泡に親しんでいます。炭酸温泉は健康にも良いと言われています。しかし、いくら利用しても、世界の化石エネル ギーから出る膨大な量をとても使い切れません。そもそも利用されている間にも場所は取ります。今、炭酸ガスが問題になっているのは、もっぱら量が多すぎる ためなので、利用するにしても、炭酸ガスがどこにどのくらいの量と時間置かれ、運ばれるのかを忘れては、本当の問題を見逃します。つまり、収納と物流が肝 心なのです。私達がすんでいる地表空間に収納できる量は限られていますし、他にもいろいろ地表空間を必要としています。太陽光が必要な植物はもちろん、太 陽光発電とか風車まで地表を占領します。炭酸ガスを置いておくだけより、優先度の高い利用法があれば、そちらに譲るべきでしょう。膨大な量の炭酸ガスを地 表において溺れるよりは、、地下に収納する方が良いでしょう。

もともと地下から掘り出した石油や石炭や天然ガスを燃やして出る炭酸ガスなので、それを地下に戻 すのは自然な解決策でもあります。地下に埋蔵されている石油や石炭や天然ガスの量は、大気中の炭酸ガスの5.5倍分もあるといわれています が、地下の堆積層中の有機物の総量は2万倍分に達します。地球の炭素サイクルの中では化石燃料はごく一部を担っているだけなのです。そうはいいましても、 天然ガスはともかく、石油や石炭とはまったく形態が変わって気体になっているので、容積ははるかに増えています。上にも述べたように、石炭や石油を燃やし て出した炭酸ガスが、全地球を80センチの厚さでおおえるくらい溜まっているのです。地下 に戻すには、そうとう工夫が必要になります。工夫の様々をこのホームページでご説明します。

産業革命以後、世界は化石エネルギー資源を大量に使い、膨大な量の炭酸ガスを大気中に放出してきました。炭酸ガスを大気中に放出できなくなって、地下にも収納できなければ、化石エネルギーを使えないということになります。化石エネルギー の消費を減らすため、再生可能エネルギーの開発が行われ、原子力も見直されるという事態になっています。炭酸ガスが多すぎるなら、炭酸ガスが出ないエネル ギーに代えるのがもちろん一番良いのですが、世界はまだエネルギーに飢えています。現代の文明が 依然として化石エネルギーに依存していることは、石油価格が上昇すると、現代世界が誇るグローバル経済が変調をきたし、航空会社や巨大自動 車会社が傾くことからも判ります。世界にはまだ飢えている子供がたくさんいるのです。大切な食料で自動車を走らせて良いのでしょうか?世界から貧困を無く すためにも、まだ当分は化石エネルギー資源を使わざるを得ないでしょう。

化石エネルギー資源を地下から大量に掘り出して、使うのなら、ちゃんと後始末をし なければならないのは当然です。人間がいくら威張ってみても、「手のひらの中の孫悟空」です。大気や海を汚しては生きて行けません。これまでに述べたよう に、後始末はやはり地下に戻すしかないようです。地球温暖化が既に加速していると言われる現在、二酸化炭素の大量排出を急いで大幅に減らさなければならな くなっています。

そのため二酸化炭素地中貯留技術(最近はCCSと呼ばれています。CO2 Capture and Storage または Carbon Capture and Storage の略です。なお「炭酸ガス」は通称で、正式名は「二酸化炭素」と言います。最近は化学式CO2“シーオー ツー”で呼ばれることが多くなっています。以下、二酸化炭素またはCO2と書くことにします。)は、世界の 注目を集め、なお賛否の論争が続いていますが、大不況でも経済再生を兼ねて世界各地で巨額 の資金を投じてパイロットテストが行われ、金に糸目をつけずに最新の設備の 研究所が多数設立されつつあります。

私達は世界でも最も早く、CO2地中貯留技術を本 格的に検討し、地球温暖化防止に十分なポテンシャルを持っていることを示しました。その後も研究を続け、リーズナブルな費用で地球温暖化防止は可能という自信を得ました。しかし、膨大な量のCO2を地下に注入するので すから、もちろん数々の課題が残されています。CO2地中貯留技術は温暖化防止の切り札として期待を集めている一方で、実現を疑う反対意見もますます強くなっています。 (図の下につづく、ぜひあわせてご覧ください)

下図はCO2地中処理検討会(会長:小出 仁)が1993年 に描いた
オリジナルのCO2回収・地中貯留(CCS)構想です。

現在も世界で主流のCCSの概念ですが、本ホームページで最近の進歩も含めて紹介します。

やさしいCO2回収・地中貯留(CCS)の話(つ づき)

CO2地中貯留は安全か?
地球温暖化が騒がれているため、CO2は極悪非道のお尋ね者みたいにいわれています。しかし、実はCO2は、人間を始め、生命すべてに無くてはならない物質です。もし、地球の大気から酸素が無くなっても地球生命は絶滅し ませんが、CO2つまり炭酸ガスが無くなれば地球生命は絶滅します。興奮して呼吸が速くなりすぎて、血液中 のCO2の濃度が低下し過ぎて、呼吸困難になる過呼吸症候群(過換気症候群ともいう)という現代病がありま す。常識に反して、炭酸ガスを吸うと呼吸困難がなおるのだそうです。植物はCO2の濃度が低いと成長が停ま るので、栽培施設にCO2を吹き込んで濃度を高めることが行われます。実は、初期の地球の大気は大部分CO2で、酸素はほとんどなかったので、私達の大先祖、つまり最初の頃の生命はCO2を 吸って生きていて、酸素は猛毒でした。そのなごりか、人間にとってもある程度のCO2が必要で、活性酸素は 毒になります。温室効果にしても、CO2が無ければ、地球は凍りついて、人間にはとても住めない星になって しまいます。CO2の温室効果は人間に役立っているのです。CO2は 低濃度なら害がないばかりでなく、必要でもあるので、毒性がまったく残らないことが大きな長所です。そのため食品の冷凍に最適で、ドライアイスとして広く 使われています。生ビールの押し出しにも使えます。鮮農産物の貯蔵にも心配なく使えます。穀物の殺虫にCO2を 使っても、後に毒性はまったく残りません。

そのように役立つCO2ですが、濃すぎれば、やはり害になります。よく効く薬ほど、多く飲み過ぎると害にな るのと同じです。空気中のCO2が10%以上になると、人間は意識不明になり、25%以上では数時間で死亡 し、30%以上で即死します。CO2は無色で無味・無臭で、しかも空気より重い気体なので、窪地や地下室や 井戸などに溜まっていて、人や動物が気付かないで入ってしまって、倒れたり死んだりすることが時々おこります。火山地帯での火山ガス噴出による事故は、主 に毒性の高い硫化水素等が原因ですが、CO2が原因になることもあります。青森県の八甲田山の窪地にCO2が溜まっているのを気付かないで、自衛官が窪地に入って3人死んだ1997年の八甲田山事故が滞留型のCO2事故の典型です。1986年に西アフリカのカメルーンにあるニオス湖という火口湖から高濃度のCO2が突然大量に噴出し、周囲の谷沿いに流れ下ったため、経路の住民1700人以上と家畜多数が死んでいたという恐ろし い事故が起きています。熱帯の深い静かな湖で、火山性CO2が大量に溜まっていたために起きた事故で、日本 のような温帯地域ではあり得ない事故です。このニオス湖事件が史上最大のCO2事故です。次に大きな事故 に、1979年インドネシアのディエン火山地域でCO2を主にした火山ガスが噴出して149人の死者を出し た事件があります。CO2が大量噴出しても、爆発したり、火災を起こしたりはしないのですが、静かに人知れ ず人間や家畜が死んでいるために、かえって不気味な印象を残しています。一方で、メキシコ南部のテワカン盆地では、濃厚な炭酸鉱泉水を水路網で盆地に灌漑 して、3000年も文明が栄えてきたそうです(日経サイエンス2007年1月号)。トルコのパムッカレや中国の黄龍や九寨溝や日本の有馬温泉や長湯温泉な ども、炭酸ガスの湧出と古くから共存してきました。これらの地域では、水が豊富なことが、炭酸ガスによる害を受けなかった要因の一つではないかと思ってい ます。

CO2地中貯留は、高濃度のCO2を大量に地下に注入します が、岩盤深部の微細な孔隙のネットワークに注入されるので、一気に大量に地表に噴出する心配はほとんどありません。CO2の 溜りまでは、1kmくらいもの厚さの岩盤がへだてています。当社の最近の研究では、地震時に地割れが生じても、日本の様に地表付近にCO2濃度が低い浅層水があれば、それがクッションの役割をすることが判ってきました。しかし、それでもなお "NUMBY"(Not Under My Backyard)つまり「私の裏庭の下に置くな」という反対も根強くあります。「迷惑物質」の高濃度CO2を、1kmの厚さの岩盤を隔ててはいても、大量に自分の下に置いてほしくないと思うのは無理ありません。忘れられた 古井戸や放置されたボーリング孔が無いかとか、断層や岩盤の割れ目は無いかとか、地震は大丈夫かとか様々な心配が根強くあります。このような疑問に答える ために、当社を含めて世界中で様々な角度から研究が行われていますが、何分にもCO2地中貯留自体が若い学 問ですので、まだ十分に安全性が研究されているとは言えません。一方で、絶対に漏れないから、その上に安全性の研究など無用という意見もありますが、数百 万年間も石油や天然ガスを貯留してきた油ガス田を利用する場合でも、新しくCO2を貯留するためには、様々 な条件が違ってくるので、それに応じた詳細な検討が必要です.例えば、石油は液体、天然ガスは気体ですが、CO2は 地下深部では超臨界流体になるという違いがあります。石油や天然ガスの生産により流体圧が低下して地下で地盤沈下が起こり、キャップロックに割れ目が生じ ることもあります。ともかく、石油・天然ガス生産で人の手が加われば、自然の状態ではなくなっていますので、その影響を検討する必要があります。安全性を 徹底的に研究するほど、まわりの様々な立ち場の人々から、あいつは危険な研究をしていると思われ勝ちなのが、「安全研究のパラドックス」ですが、確かに言 えることは、「絶対」は無いので、常に安全性の検討を怠らず、安全するための努力を続けることが、安全を守る道だということです。

CO2地中貯留から、漏洩の心配の無い最先端の CO2地中固定技術や、温室効果ガス削減とエネルギー資源再生を同時に実現するカーボンリサイクルへ
地球温暖化を防止するためには、世界の多種多様な地域でCO2地中貯留を実現することが求められます。その ためには、それぞれの地域の地質条件に適合するCO2地中貯留の方法が必要になります。産油ガス地域では、 枯渇油ガス貯留層の利用が考えられます。枯渇油ガス貯留層だけは容量不足としても、産油ガス地域あるいは類似の地質条件の堆積盆地域には、経済性の劣る各 種の炭化水素含有層があり、また塩水帯水層も豊富にあります。この様な堆積盆地域では、CO2地中貯留をす るだけでなく、それを利用して炭化水素資源を回収して、エネルギーを得ることが出来る可能性がありますし、さらに生息している地下微生物を利用してCO2からメタンを再生して、カーボン地下リサイクルを実現できる見込みも高くなっています。産油ガス地域あるいは類似の 地質条件の堆積盆地域は、CO2地中貯留あるいはさらにカーボン地下リサイクルの可能性にも恵まれた地域で す。これに対して産炭地域は、CO2排出量の多い工業地域に成っていることが多く、CO2地中貯留を最も必要としている地域ですが、石炭層を含む古い堆積岩層は、孔隙率や浸透率が低い場合が多く、産油ガス 地域に比べてCO2地中貯留には不利です。しかし、石炭層はCO2を 吸着する能力があり、低浸透性を克服してCO2を微細化して地中に浸透させる技術を開発できれば、産油ガス 地域以上の資源量を持つ地下カーボンリサイクルの場となる可能性があると思っています。日本を含めてアジアの都市や工業地帯は若い堆積盆地に立地している ことが多いですが、若い堆積盆地の場合はCO2塩水帯水層貯留が適しています。沿岸の海底下地層もCO2塩水帯水層貯留が適しています。CO2塩水帯水層貯留は比較的低コス トで、しかもCO2貯留の容量も大きいので、いずれ温室効果ガス削減の主力に成ると期待されます。火成岩を 主体とする地域は、キャップロック層が欠けているので、既存技術でのCO2大量地下注入が出来ません。しか し、CO2を微細泡化して注入する新しい技術を使えば、地下でCO2と 鉱物を反応させて固体の炭酸塩にすることCO2固定技術が可能になります。やや深い海底下を占める海洋性地 殻と呼ばれる玄武岩等の地層は地球の広い範囲を占めていますが、CO2の微細泡化注入により海底下のハイド レート層の下で大規模なカーボンリサイクルを実現できます。海底下カーボンリサイクルが実現できれば、エネルギー問題と地球温暖化問題を共に解消できる可 能性があります。

当社は、CO2地中貯留技術のパイオニアですが、 現在はさらに発展させて、漏洩の心配の無い最先端のCO2地中固定技術や、温室効果ガス削減とエネルギー資 源再生を同時に実現する地下カーボンリサイクル技術を提案し、実用化に向け開発中です。
以上、詳細については、本ホームページの解説や論文をご覧ください。 (図の下に、やや詳しい解説をしていますので、ぜひあわせてご覧ください)

地下 カーボンリサイクルの仕組み


やさしいCO2回収・地中貯留(CCS)の話(そ の3、やや詳しい解説です。)

CO2回収
地球温暖化防止のために大気中の温室効果ガスを削減しなければならないのですから、大気から直接二酸化炭素を回収すると誤解する方が多いようです。確か に、植物は大気から直接二酸化炭素を吸収して、太陽光のエネルギーにより、有機物に固定しています。このように作られた有機物がほとんどの生物の体を作 り、エネルギー源にもなります。しかし、大気中の二酸化炭素は、増加したとは言っても、まだ0.04%以下とごく薄いので、大気から二酸化炭素を直接回収 するのは効率が悪いのです。人間はまだ植物に及ばないのです。当社は、今大気から 直接二酸化炭素を回収する新しい技術も開発中ですが、やはり回収のためのエネルギー消費は多くなります。その代わり、大気は世界中何処でもあるので、運送 エネルギーが不要という利点があります。遠洋・離島や極地など僻地で、未利用の自然エネルギーを利用して大気からCO2を 直接削減する計画を緊急開発中ですが、これは別に説明します(全自 動大気CO2直接削減ひょうたん島計画を参照)


石炭火力発電所の排ガスなら二酸化炭素が10%程度ありますので、大気から直接二酸化炭素を分離するより効率よく二酸化炭素を回収できます。それでも二酸 化炭素の9倍も窒素ガスがあるので、火力発電所の排ガスから二酸化炭素を分離する工程は、エネルギーを浪費し、コストもかかります。CO2回収・地中貯留(CCS)というと、地下に二酸化炭素を注入するためのエネルギーとコストが大きいと思う方が多いの ですが、実は地下注入より排ガスから二酸化炭素を分離するために要するエネルギーやコストの方が 大きいのです。

CO2回収に一番費用がかかるので、そのコスト削減がCO2回 収・地中貯留(CCS)の重要な課題になります。地中貯留の研究とも連携して、1990年頃から大阪の南港発電所に作ったパイロットプラントで三菱重工と 関西電力がCO2回収技術の開発・改良を行ってきました。そして世界でもトップクラスの低コストのCO2回収技術を開発しています。この技術は最近欧米やオーストラリアでも使われることになったそうです。CO2回収技術は当社を始め他にも開発の努力が行われていますので、CO2回 収・地中貯留(CCS)が普及すれば、日本は回収技術で世界に大きな貢献ができる でしょう。

CO2輸送問題
処理しなければならない二酸化炭素の量が膨大なので、輸送も大きな問題です。二酸化炭素の排出源つまり火力発電所などと、地中貯留場所との間の距離が遠いと、輸送コストも膨大になります。量が多いので、輸送には通常パイプラインを使う のですが、海外や遠くではCO2タンカーを使うことになります。いずれにせよ、輸送のための費用とエネル ギーが大きいので、排出源の近くに地中貯留の場所を見つけることがCO2回収・地中貯留(CCS)のコスト低減の鍵になります。地中貯留の方式は安全性の確保等に重要です が、コストにはあまり影響しないのです。

微細孔隙と地下の収容能力
地下に多量の二酸化炭素を貯留すると言うと、地下にそのような巨大な空間があるかと不思議に思われる方が多いと思います.地下に天然の空洞や鉱山の採掘跡 もある場所もありますが、もちろん多量の二酸化炭素を貯留できるような巨大な地下空洞はありません。しかし、地下の岩石には目に見えないような微細な孔隙 が多数あります。微細な孔隙でも、集めれば岩石の容積の1%くらいから場合により30%くらいにもなります。地上で私達人間が通常使っている空間は高さ数 メートルの範囲です。大都市でも高さ数十メートルから地下数メートルの範囲が多く使われ、人間が使う空間の高さはどんどん広がっていますが全体的にはそれ ほど広がっていません.しかし、地下貯留に使える範囲は、数千メートルの深さまで広がっているので、数%の微細孔隙でも、全体としては膨大な容積になります。また、地下では圧力が高いために二酸化炭素は圧縮されて容積 が数十分の一と小さくなります。圧力が高いと炭酸ガスは水にも多量に溶けることは、サイダーや炭酸水やシャンパンで実感できるでしょう。その結果、人間が 世界で排出する二酸化炭素の100年分以上を未利用の塩水帯水層に地中貯留できるこ とが判りました。最近の私達の研究では、海底下の地層も使えば、もっとずっ と多く貯留できますので、事実上限度なしと言っても良いくらいです。

地下微生物
昔は地下にはほとんど生物が居ないと思われていました。しかし、最近続々と数キロメートルの深さの地下深部の微細な孔隙の中に多数の微生物が生息している ことが判ってきました。日本の地下でも見つかっていて、油田や石炭層やハイドレート層にも微生物が棲んでいます。今では、地下のどんな深さでも、温度や圧 力に関わらず、液体の水さえあれば、何処でも微生物が居ると言われています。地下の微生物 の生物量は、地上の全生物(もちろん人間も含め)より多いでしょう。地下の孔隙空間を合わせた総体積が大きいためです。このような地下生物にとっては、酸素は猛毒で、二酸化炭素が栄養源なのです。最近、二酸化 炭素をエネルギー源として、メタンに変換する種類のメタン生成菌が地下に大量に生息していることが明らかになってきました。有機物や化石燃料を燃やして二 酸化炭素に変えてエネルギーを得ている我々人間とはさかさまです。ですから地下のメタン生成菌を有効に利用すれば、太陽光の力を借りないでも、カーボン・リサイクルが実現できます。と にかく、二酸化炭素を注入しても、地下生物には害にはならないはずです。とはいっても、栄養が多すぎても害になることもありますから、二酸化炭素を大量に 注入するには、地下生態系への影響を十分研究する必要があります。

トラップ構造
二酸化炭素は地下の岩石の目に見えないような小さな隙間に注入するのですが、地下深部の隙間はたいてい水で満たされているので、むやみに地下に注入しても水より軽い二酸化炭素は浮かび上がって、地表に戻されてしまいま す。原油や天然ガスが地下に何百万年も貯留されていたのは、トラップ構造と呼ばれ る特殊な地質構造に捕捉されたわずかな分だけがかろうじて残されていたのです。トラップ構造を形成する、水やガスの浸透を妨げる地層をキャップロックと呼びます。トラップ構造があれば、気体でも地下に貯留できますが、地下で過去に生成された石油や天然ガスの大部分は既に漏洩して、ごく一部だけが奇跡的に残されて現在の石油・天然ガス鉱床になっているだけであることを忘れ ることは出来ません。それだから石油は貴重なのです。また、純粋な二酸化炭 素は1,000m程度の地下深部では超臨界流体になりますが、天然の超臨界流体貯留層はまだ確認 されていません。天然の二酸化炭素貯留層は米国コロラド州などに存在し ますが、その実態の詳しい研究が必要です。日本にも天然に二酸化炭素が多量に地下に潜在すると 推定される場所がありますが、長い歴史をしらべても特に害は無く、むしろ炭酸鉱泉などとし て利用しています。しかし、膨大な二酸化炭素を地下に貯留していれば地震の問題も ありますので、天然の二酸化炭素地下貯留地で二酸化炭素の地下挙動を解明しておく必要があります。

地下の流体圧と漏洩
天然に数百万年も石油や天然ガスを数百万年も貯留してきたとはいっても、あくまで地下の自 然の圧力・温度条件の範囲で貯留されてきたことも忘れることは出来ません。石油の埋蔵量が多いことで有名なイランの前身である偉大な古代ペ ルシャ帝国時代からの古い宗教ゾロアスター教は、別名「拝火教」と呼ばれていますが、大地から漏れ出る天然ガスが自然に燃える火を崇拝していたそうです。 古代には、自然に燃える火は実益もあったのでしょう。西アジアの産油ガス地域では、地下から湧出している天然ガスが燃えている所が今でもあるそうです。メ キシコ湾や北海等の油田地帯では、原油や天然ガスの自然湧出が見られます。ロスアンゼルス付近では、漏れ出た原油がタール池を作っていて、古代の動物が タール池に落ちて抜け出せなくなり、よく保存された化石が多数見つかっています。要するに、石 油・天然ガス鉱床も絶対に漏れない訳ではありませんが、天然に石油・天然ガスが貯留されていた圧力つまり初生流体圧までなら大きく漏れる心配は無いと 考えてよいでしょう。

地下の間隙はほとんど水で満たされて(深部ではたいてい塩水)いて、初生流体圧は同じ深さの海洋中の水圧にほぼ等しい(“静水圧”という)か、あるいはそ れより高くてもキャップロックを破壊しない程度までの圧力に限られます。地下数キロメートルより深部では、流体の通路になる間隙が岩石の圧力でつぶされる ため初生流体圧は静水圧よりかなり高くなってきますが、それでも上に載っている岩石の重さーつまり“上載岩圧(静岩圧ともいう)”以上になれば通路が開い てしまいますので、流体圧は上載岩圧以上には通常なりません。さらに、岩石は固体ですので、剪断力も作用していますが、剪断力の大きさに応じて、上載岩圧 より小さい流体圧でも流体(水)圧破砕が発生します(流体圧破砕の発生条件はやや難しくなりますが、1978デンバー人工地震などをご覧くださ い)。つまり地下の初生流体圧は、静水圧と同じか、あるいは静水圧より大きく上載岩圧より小さい流体破砕の発生する限界圧力よりは小さくなります。

誘発地震
水を地下に注入すると地震を誘発することがあることはよく知られています(水の地下注入による誘発地震については、1978年に書いた解説をご覧ください)。二酸化炭素も 流体なので、地下注入により誘発地震を発生するおそれがあります(たとえば、Sminchak et al.2001:Issues Related to Seismic Activity Induced by the Injection of CO2 in Deep Saline Aquifers,in First National Conference on Carbon Sequestration http://www.netl.doe.gov/publications/proceedings/01/carbon_seq/p37.pdf参 照)。流体(たいていは水)を地下に注入した結果、地下の岩石の間隙中の流体圧が、前説で述べた限界圧力以上になれば、流体(水)圧破砕と呼ばれる現象が 起きます。その結果、地下の岩石中の割れ目の先端の微小な部分が破壊され、その震動が周囲に伝わります。震動の大部分は高感度の地震計でも感知が難しいく らい小さいので、地震と区別して微小破壊音(AE)と呼ばれます。AEは害は無く、流体の動きを知ったり、地下の応力を知るために役立ちます。水圧破砕 は、石油やガスや地熱の採取などに利用されます。たいていは微小破壊音(AE)程度しか発生しませんが、ごくまれに地上の人間も感じるような地震を起こす ことがあって、誘発地震と呼ばれます。微小破壊音(AE)と誘発地震は、同じ物理現象で大きさが違うだけですが、大きな誘発地震は地下に大きな断層が無い と発生しません。それから、流体圧が上昇する範囲の大きさも重要な要素です。圧力が非常に高くても、範囲がごく小さければ、ごく小範囲の岩石を破壊するか もしれませんが、大きな誘発地震を発生することはありません。水圧破砕を実施する時は、短時間高圧をかけて、注入口のまわりの小範囲の岩石を破壊するだけ に留めています。

誘発地震は理解しにくいと思いますが、雨の日にスベリやすくなることが、現象としては似ています。雨の日には、靴やタイヤと路面との間にごく少量の水の層 がはさまって押し返すため、路面との間のマサツ力が弱くなってすべります。雨の日でも注意していれば何も起こりませんが、ちょっと油断しているとシリモチ をついたりします。大きなダンプトラックがスピードを出しすぎていれば、雨ですべってカーブを曲がりきれずに大きな事故を起こすかもしれません。地下で、 ダンプトラックにあたるのが活断層、スピードの出し過ぎが地殻応力の蓄積で、雨の一滴にあたるのが流体注入です。要するに、地震のエネルギーはもともと断 層にたまっていて、自然の地震でも流体圧が引き金を引く役目をするのですが(それを利用して地震予知をしようとするダイラタンシー・デフュージョン理論が マスコミでも注目されたことがあります。自然現象は複雑なので、地震予知に結びつけるのは簡単ではないことが判って、マスコミの関心はうすれましたが、地 震発生理論としては正しいのです)、たまたま流体の地下注入が最後の一押しをするため誘発地震と呼ばれることになるのです。

誘発地震を避けるためには、「李下に冠を正さず」で、まず活断層を避けることが重要です。それから、地殻応力や自然地震の観測が必要です。地震は単純に多 い所を避けるより、空白域を避けることが肝心です。大きな地震は10kmくらいより深いところを震源にしていることが多いので、誘発地震を避けるためには 注入深度を浅くし、流体圧力の上昇を抑制し、圧力上昇の範囲も狭くすることが重要です。つまり二酸化炭素注入の方法とその管理が重要で、当社は誘発地震対 策も研究中です。二酸化炭素は流体とは言っても、水とは性質が大いに異なるので、誘発地震の発生の仕方も異なる可能性がありますが、まだ研究が進んでいま せん。40年以上昔に、今の長野市南部で発生した松代群発地震は、発生に二酸化炭素が関わっている可能性があります。松代群発地震のような天然の類似現象 (ナチュラル・アナログといいます)を、大規模な二酸化炭素地中貯留を始める前によく調べる必要があります。

まとめ
初生流体圧よりずっと高い圧力で、やみくもに大量の二酸化炭素を圧入すれば、大切なキャップロッ クを破損したり、誘発地震を起こすなどという危険もあります。その様な乱暴は論外ですが、地下のいろいろ複雑な現象を熟知していなければな らないので、誰でも地下に二酸化炭素を大量圧入して良い訳ではありません。十分な科学的 (特に地球科学)知見と経験を持った機関が責任を持って実施する必要があります。特に初期段階で最低限実施しておかなければならないことと して、地下の自然の状態を二酸化炭素を注入する前によく調べておく必要がありま す。CO2回収・地中貯留(CCS)が普及すると、その前の自然の状態が判らなくなる怖れがあるので、今ぜ ひ実施しておかなければなりません。将来、本格的に地球温暖化防止のために二酸化炭素地中貯留を各地で実施するようになる前に、世界的な監視機関を組織するべきでしょう。

漏洩問題や地震問題を軽減するためにも、二酸化炭素を速やかに地下水に溶解したり、岩石と反応さ せて固体の炭酸塩にしたり、微生物に食べさせたり、ハイドレートに変えて隙間を塞いだり、いろいろな工夫が必要です。地下の微細な孔隙に速 やかに二酸化炭素を浸透させ、分散させて、地下水や岩石と速く反応させることが、早く二酸化炭素を地下に固定する鍵になります。そのためには地下に二酸化 炭素の巨大な塊を作らないように、二酸化炭素も微細化すればよいことが、最近になって判りました。そのため、二酸化炭素をマイクロバブル状に微細化して地下の岩石の微細な孔隙中に注入する技術を開発しました。気がつけば当然の 帰結なのですが、10年以上開発にかかりました。「コロンブスの卵」とはこういうことでしょう。

低濃度のCO2は健康に害はありません。CO2や炭酸水素イ オンが溶解している鉱泉水が地表に湧出していても、ほとんど健康に害は無いのですが、温暖化防止や海洋酸性化防止の観点から、地中貯留したCO2が少しずつでも長期にわたり湧出するのは困ります。そのような長期の問題は、CO2と 地下水や岩石の化学反応や微生物による変換等様々な要因を考慮する必要があります。大きく見れば、地球の中で、炭素は地表―大気―海洋―地下と循環してい ますが、炭素の大部分は地下に溜まっています。CO2の地下注入が地球の炭素サイクルに与える影響を理解す る必要があります。当社では、地球の炭素サイクルの中で、太古からの微生物が大きな役割を果たしていることに着目し、CO2か らメタンを再生する地下炭素リサイクルを研究しています。地球温暖化問題とエネルギー問題を一緒に解決できるかもしれません。

私達は世界でももっとも長く二酸化炭素地中貯留を研究し、いろいろな新提案をし、安全性について も多くの研究をしています。その一部は既に公表していますが、公表していない分も多量にあります。安全上注意すべきこともあり、また解決策 もあります。本ホームページでそれらを逐次公開して行きたいと思っていま す。世界で開発が急がれている状況から、急いで公開しなければならないのですが、 人手も金も無い中で、手作りでホームページを作っていますので、手間取ることはご 容赦頂きたく存じます。


2008年11月19日 地球温暖化の主犯とされる二酸化炭素(通称:炭酸ガス、化学記号:CO2)を微細なマ イクロバブルに封じ込めて地下深部の岩石の微細孔中に注入し、浮上しないようにして、半永久的に地下に固定する新技術<CO2マイクロバ ブル固定技術(CMS)>を第9回温室効果ガス管理技術国際会議(GHGT-9)で世界に提案しました。 二酸化炭素は地下水より軽いので、天然の蓋になるような特殊な地質構造(産油地帯にあるキャップロック 構造など)が無いと、地下深部に単純に大量注入すると浮上してしまいますが、このCO2マイクロバブル固定 技術(CMS)と様々なCO2地中固定メカニズムを組み合わせると、世界のほとんどの地域で安全かつ経済的なCO2地中貯留・固 定(CCS)が可能になります。世界の温室効果ガス大幅削減を無理無く実現できます。
 

地球と人を救うグローバル・グリーン・ニューディール
石油がピークを過ぎて、現実世界は石炭やオイルサンドのような環境負荷の大きなエネルギー資源の利用が急増しつつあります。石炭やオイルサンドは資源量が大きく、ピークが来る心配が無いためです。特に中国やインドなどでの石炭火力発電所大増設は地球破滅を招くと心配されていますが、CO2地中貯留技術により地球温暖化を防ぐことができま す。中国は、既に日本を含め米国,英国(EU),カナダ。オーストラリア各国の国際協力を得て、CO2回 収・貯留(CCS)の技術開発を進めています。今後石炭利用のゼロエミッション化には中国やインドだけでも多額の費用が必要ですが、地球温暖化対策より戦 争やサブプライムローンの方がはるかに経済に悪いでしょう。温暖化ガスに国境はあ りません。世界の戦争をやめれば、地球温暖化対策とエネルギー問題解決は楽に 両立可能です。国際協力で資金を拠出して、CO2地 中貯留(CCS)により世界の石炭利用のゼロエミッション化を推進しましょう。


京都議定書約束期間に入りましたが、日本の約束を守るためには期間末に実質20%以上もの大幅排出削減が必要になります。 CO2固定は天然の炭素固定プロセスに学んだ 自然な技術です。
我らの小さな大先祖 CO2還元メタン再生菌による地中炭素サイクルを活用して地球温暖化を防止します。

日本ではあまり知られていませんが、CO2回 収・貯留(CCS)は実際上温暖化防止ができる唯一の技術と期待されていますが、反対も強くなっています。化石燃料産業の生き残りのためのゴマカシにすぎ ないという意見さえあります。確かに、CO2回収・貯留(CCS)技術は未成熟であり、CO2地中貯留のためのインフラ整備も無いままでは、温室効果ガス削減効果も不十分でしょう。CO2回収・貯留(CCS)というと、地下にCO2を圧入するだけの単純な 技術という誤解が様々な方面で根強く、技術の本質が理解されていないために普及が遅れていることが残念です。1980年代から研究を始め、安全性や経済性 に自信を持った上で1992年に国際会議にCO2塩水帯水層貯留を提案しましたが、その後も特に安全性や資 源・環境保全の観点から研究開発を進めてきました。その間に世界でも日本でも様々な研究開発が行われるようになり、大規模実用化も実現しています。近年の 開発プロジェクトの世界的増加は目を見張るものがあります。もちろん、研究すべき課題はなお山積しています。特に科学的な研究が未だ不十分ですが、本ホー ムページには私達が信じている事を書いています。
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製作:CO2固定研究会、CC地球システム(株)及び早稲田大学理工学研究所 小出 仁 Hitoshi.Koide@gmail.com

CO2回収・地中貯留(CCS)は新しい技術ですので、成熟した技術体系や経験豊かな専門家がまだ育ってい ないことが、地球温暖化防止方策としてCO2回収・貯留(CCS)が役立つための障害になっています。地下 にCO2を大量に注入するのですから、地球の深い理解と地震等に対する安全性の科学的な検証が不可欠です。地球科学・地球工学の応用分野として多角的な科学ー工学的研究を総 合的に推進する必要があります。

2007年ノーベル平和賞を受賞した国連IPCCにより、油・ガス層と塩水帯水層へのCO2地中貯留は地球温暖化防止技術としてオーソライズされました。二酸化炭素回収・貯留(CCS)による化石エネルギー利用のゼロエミッション化により、地球温暖化は防止できます。 新しい環境産業を創出するので、経済にマイナスではありません。

大自然に学んだ様々なCO2地中貯留/固定方法 (CCS)を提案しています。地域・排出源の特徴に合わせて最適固定技術を選ぶ必要があります。


CO2地中貯留・固定(CCS)のオプション

(1) CO2地中(油・ガス胚胎層/構造性帯水 層)貯留:枯渇石油/ガス鉱床あるいはそれと同様な構造を持つ閉塞帯水層へのCO2地中貯留 が最初に考えられる方法です。産油地域に適した方式で、日本などでは石油/ガス鉱床が排出源から遠く、容量が小さいという限界があるため、それを如何に克 服するかが課題になっています。油・ガス胚胎層にCO2を注入すると、なお残存している貴重な資源を破壊す るという批判がありますが、(3)のように微生物によりメタンを再生できます。

(2) CO2塩水帯水層貯留:地 下の塩水帯水層にガスを溶解状態で貯留できることは日本の水溶性天然ガス田で実証されています。塩水帯水層は世界に広く分布し、都市や工業地帯の地下にも 存在するため、全体のポテンシャルは非常に大きい。 溶解型CO2地中貯留は1992年に国際会議で提案し ましたが、急速溶解して安定化させる革新技術としてCO2マイクロバブル注入法を開発中です。
<CO2塩水帯水層貯留は日本の水溶性天然ガス田がモデルで す。>

(3)地下微生物CO2還元メタン再生(地中炭素 リサイクル): 地下に生息するメタン生成菌により注入したCO2を還元し、メタン鉱床を 再生する一石二鳥の夢の技術です。
<地下微生物がCO2を還元し てメタン鉱床を再生し、地中炭素リサイクルを実現します。>
<地中メタン生成古細菌によるカーボンリサイクルの提案>

(4)CO2炭層固定: CO2注入により炭層メタン回収ができる一石二鳥の技術です。日本にも膨大な量の深部炭層が最近発見されているので、新しい大きなエネルギー資源を獲得できます。炭層固定でもメタン再生の可能性があります。
<CO2注入による深部石炭層か らのガス抽出は膨大なエネルギー源になります。>
<日本の深部石炭のCO2固定ーメタン生産能力>

(5)炭酸塩化自己封入/CO2苦鉄質岩固定: 日本ではCO2を地下の蛇紋岩に注入固定する実験が成功しています(RITE)。アイスランドやインドでは 地下の玄武岩に注入固定する方法が、容量が大きいために期待されています。マイクロバブルCO2注入法は、 変質した玄武岩のような複雑な岩石でも安定に注入できます。
<CO2炭酸塩化自己封入によ り廃坑や苦鉄質岩中に永久固定します。>

(6)CO2ハイドレート固定:極 寒地や深海底下では、 CO2ハイドレートが形成されるためCO2の 自己封入作用が働きます。海底下のほとんどが利用できるので膨大な量のCO2固定が可能です。メタン再生も期待できます。
<CO2ハイドレート固定によ り極寒地や深海底下地層に無尽蔵の固定が可能です。>

(7)CO2貯留・固定(CCS)の安全性検証に は、地域パートナーシップや自然に学ぶナチュラル・アナログが重要です。日本では特に地震や活断層・活褶曲に対する対策が求められます。ナチュラル・アナ ログ研究やモニタリング計画とCCS安全性検証、CO2固定(CCS)に関わる高圧実験やモデル実験の計 画・立案を行います。
<CO2貯留と地震 の関係に関するナチュラル・アナログ>


(8)革新技術開発: <CO2マイクロバブル固定は 安定化を促進します。>

産油地域以外の特殊なトラップ(キャップロック)構造のない地域でもCO2を微細泡化して安定に地中に封入できる汎用技術を開発しています。世界の温室効果ガス大排出地域で汎用性が十分あ り、未来のエネルギー資源育成にも役立つ、革新的なCO2マイクロバブル地中固定 (CMS)技術を世界に向けて提案中です。唯一の実効性のある実現可能な地球温暖化防止策です。


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環境技術ですので、原則として特許は申請しないポリシーですが、技術防衛のためもあり、一部 技術は特許を出願しております。情報は公開し、できるだけ広くお使いいただきたいと思っておりますが、ホームページに載せる事ができたのはごく一部だけに 留まっております。興味を御持ちの方はぜひ御質問・相談ください。
本ホームページの記述・図は、クレジットhttp://homepage3.nifty.com/zeroemission/を明記すれば、御自由に引用 いただけます。

地域・排出源に最適のCO2固定法を提案します。ご一報ください。
温 暖化防止地球システム(株)
小出 仁・小出すみ子
E-mail:MXE02263@nifty.com