Dr Masao Sorai - Summary of the International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-12)
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Dr Masao Sorai of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) delivered this presentation at the 14th Study Meeting of the Global CCS Institute, Tokyo.
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Dr Masao Sorai - Summary of the International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies (GHGT-12)
- 2. 発表内容 ■GHGT-12参加レポート - GHGTの概要 - セッションと発表内容 - パネルディスカッション - 所感 ■産総研におけるCO2地中貯留関連研究の紹介 - METI委託費研究 - その他 ■CCSの今後の推進に向けて 2
- 4. GHGTとは ■GHGT: International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies - 1992年の第1回から隔年開催で、2014年現在で第12回 - 第1～3回までの名称はICCDR (International Conference on Carbon Dioxide Removal) ■エネルギー機関温室効果ガス研究開発プログラム (IEA GHG R&D Programme)の主催 ■回収から貯留までを含むCCS技術に関する最大の学術会議 4
- 5. GHGT開催地の推移 GHGT-5 (2000) オーストラリア・ケアンズ GHGT-4 (1998) スイス・インターラーケン ICCDR-2 (1994) GHGT-6 (2002) GHGT-11 (2012) 日本・京都 GHGT-7 (2004) カナダ・バンクーバー GHGT-8 (2006) ノルウェー・トロンハイム ICCDR-1 (1992) GHGT-10 (2010) オランダ・アムステルダム GHGT-12 (2014) 米国・オースティン ICCDR-3 (1996) 米国・ボストン GHGT-9 (2008) 米国・ワシントンDC 5
- 7. GHGT-12の概要 日時： ２０１４年１０月５日～９日 会場： オースティンコンベンションセンター （米国テキサス州オースティン） 参加者： 約1,150名（35カ国） ■口頭発表： 340件 ■ポスター発表： 529件 7
- 8. 貯留（19セッション） 回収（16セッション） 貯留のケーススタディ 10 燃焼後回収：動的モデリング 5 サイトの特性解析と影響評価 5 燃焼後回収熱力学解析 5 環境影響 5 燃焼後回収：試験プラント成果 5 坑井健全性 5 燃焼後回収：プロセス解析 5 リスクの評価と管理 10 燃焼後回収：試験プラント成果とプロセス解析 5 現状復帰と災害対策 5 燃焼前回収 5 地球物理学モニタリング 5 酸素燃焼回収 13 圧力モニタリング 5 産業回収戦略 5 地化学モニタリング 5 吸着システム 15 モニタリングツール 5 新規システム 14 トラッピングメカニズム 10 エアロゾルとニトロソアミン 5 ジオメカニクス 4 溶媒 4 モデリング：輸送、固定及び地化学反応 5 溶媒分解と排出 5 モデリング：フィールドスケール貯留プロジェクト 5 溶媒及びプロセスモデリング 5 モデリング：堆積盆スケール及びキャパシティ評価 4 膜 5 貯留モデリング：計算手法 4 化学ループ 5 貯留キャパシティ 9 貯留工学 4 圧入性 5 合 計 110 合 計 106 テクニカルセッションと口頭発表件数（１） 8
- 9. 商業的課題（5セッション） 実証試験（5セッション） CO2利用（3セッション） システムコスト解析 5 Mongstad CO2技術センターからの 結果 5 石油増進回収法 4 エネルギーシステムへの統合 5 実証試験プロジェクト 5 炭化水素増進回収法 5 ライフサイクルアセスメントと衛生安全 事務局 5 プログラム概要 4 CO2利用 10 CCSと水利用 5 回収実証試験 4 融資・商業的課題 4 貯留実証試験 5 合 計 24 合 計 23 合 計 19 輸送（3セッション） 工業排出（2セッション） 社会的認知（2セッション） 排出源・貯留サイトマッチング 5 セメント分野のCCS 5 CCS展開に対する社会科学研究 4 輸送・安全性と品質 5 産業におけるCCS 5 コミュニケーションとCCSへの態度 5 CO2の分散 5 合 計 15 合 計 10 合 計 9 テクニカルセッションと口頭発表件数（２） 9
- 11. 地中貯留における進展 CO2回収技術における進展 ケーススタディ 15 燃焼後回収：モデリング 26 サイト特性評価及び選定 14 燃焼後回収：プロセスデザイン＆運用 27 CO2貯留の環境影響 15 燃焼後回収：溶媒 16 坑井健全性 11 燃焼後回収：新手法 19 リスクの評価と管理 10 燃焼後回収：環境影響 9 現状復帰と災害対策 3 燃焼前回収：プロセスデザイン＆運用 5 モニタリング：地球物理学的手法 19 燃焼前回収：技術 4 モニタリング：地化学的手法 8 酸素燃焼：CO2処理 1 モニタリング技術・技能 25 酸素燃焼：プロセスデザイン＆運用 10 トラッピングメカニズム 17 酸素燃焼：技術 2 ジオメカニクス 7 吸着システム 26 モデリングツールと手法 28 膜 9 貯留キャパシティ 17 化学ループ 4 貯留層工学 6 新規システム 4 CO2圧入性 9 既設施設改造 1 新規貯留コンセプト 4 手法技術のベンチマーク 3 その他 1 その他 3 合 計 209 合 計 169 ポスターセッションと発表件数（１） 11
- 12. CO2利用オプション 実証試験及び主要国際・国家CCS 研究開発及び実証プログラム CO2の輸送とインフラ開発 増進地熱 4 経験と成果 5 パイプライン 7 炭化水素増進回収 23 新規開発 1 安全性とCO2品質 6 その他 3 試験プロジェクト 13 船舶輸送 1 プログラム概要 1 排出源・貯留地マッチング 3 その他 3 その他 6 合 計 30 合 計 23 合 計 23 CCS技術評価及びシステム統合 CCSの認知 産業排出に対するCCS（非発電） 商業的課題 4 CCS及び低炭素技術への姿勢 4 セメント 5 コスト 1 コミュニケーション活動のケーススタ ディ 3 高濃度CO2源 1 統合CCSシステム 4 CCS展開のための社会科学研究 3 鉄鋼 1 競争的電気市場におけるCCSの統合 2 その他 2 石油化学 1 ライフサイクルアセスメント研究 2 その他 3 その他 7 合 計 20 合 計 12 合 計 11 ポスターセッションと発表件数（２） 12
- 13. その他の貯留オプションにおける進展 その他 炭層 3 ネガティブCO2排出に向けて：CCS併用バイオマスエネルギー 3 鉱物化 3 ネガティブCO2排出に向けて：大気中CO2回収 2 海洋貯留 2 CCS関連能力強化、教育及び訓練 4 その他 1 CCSの法規制面及びCO2貯留の長期負債 7 エネルギー、気候変動及びCCS政策 7 合 計 9 合 計 23 ポスターセッションと発表件数（３） ポスター会場１ ポスター会場２会場内部 13
- 14. 全体パネルディスカッション 司会： Kelly Thambimuthu（IEA GHG） パネリスト： Sally Benson（スタンフォード大学） Olav Bolland（ノルウェー工科大学） Sean McCoy（IEA） Jonas Helseth（Bellona財団） Bill Spence（シェル、TBC） http://bigthink.com/users/kellythambimuthu 主題： CCSの進歩に基づく政策立案者へのメッセージ 議事： ①パネリストが2004-2014年の10年間でのCCS技術の進歩をレビュー ②CCSの今後の展開に関わる質問に、パネリストが専門領域を代表して回答 ※レビュー期間の開始点2004年は、IPCCの「CCSに関する特別報告書（SRCCS）」（2005）の最終とりまとめ期に相当。今年は SRCCSの出版からほぼ10年経過し、すでに2年前の2012年のGHGT-11に伴って開催されたIEA-GHG執行委員会の段階で、 そのリバイズが話題になっていた。 地球温暖化の解決策として―エネルギーポートフォリオと国際的協力の促進のベストミックス 14
- 17. ・現在、CCSの主として貯留にかかる法規制の整備が各国で進 んでいる。 ・CDMが控えているために、国際的なルールの策定が急がれる。 ・海底下地中貯留については、北西大西洋海域を対象とし た”OSPAR Amendment 2007”や、2006年発効のロンドン条 約1996年議定書のように、実施を可能とする方向での国際法的 枠組みが整備されつつある。 ・技術内容に関するルールについても、Inventory Accounting GuidelineやISO TC265等国際的枠組み作りが進んできている。 また各地の実証試験を基に、Best Practiceシリーズが公表され つつある。 ・次の10年に向けては、以下のポイントが重要になるとの予測。 - 坑井閉止とその後の管理 - CO2-EORと深部塩水層貯留で貯留の確認の共有化 - 知識の共有化 - ロンドン条約 Article #6修正条項の批准 http://www.recsco2.org/people /about/sean_mccoy_phd 全体パネルディスカッション －10年間のCCS技術の進歩のレビュー（規制）－ Sean McCoy 17
- 19. ・カナダサスカチュワン州のBoundary Dam CCSプロジェクトは、 成功裏に進んでいる。これは、この10年間の著しい進歩の象徴と 言える。 ・”The dogs will bark but the caravan will pass” （犬が吠えても隊商は進む） http://www.usea.org/profile/bill-spence 全体パネルディスカッション －10年間のCCS技術の進歩のレビュー（実証試験プロジェクト）－ Bill Spence 19
- 20. Q1. CCSは他の低炭素化技術と並び立っていけるか？ 【Benson】、【Bolland】 同一基準で論じることはできない。 【Helseth】 best mixを選択すべき。 Q2. この１０年でリスクに対する理解は進んだか？ 【Benson】、【Spence】 生産やガス貯留で積んだ経験が役に立ち、誘発地震に ついても廃水圧入等で起こしてしまった経験を生かしてコントロールすれば回避 できるという自信をつけつつある。漏洩に関して重要なキャップロックについて は、ダメージを与えていないという確証は実のところない。 【McCoy】 人々は心配しているが、懸念を完全に打破するのは難しい。 全体パネルディスカッション －CCSの今後の展開－ 20
- 21. Q3. CCSは化石燃料業界へのgreenwash（※環境対策に取り組む姿勢を見せる 広報活動、さらに進んで環境汚染にたいする見せ掛けだけの償い）ではない かという見方をどう考えるか？ 【Bolland】 古臭い業界にとっては、チャレンジである 【Helseth】、【McCoy】 セメント、製鉄等、現在のCCS技術がカバーしていない 業種がまだある。網をかける必要はあるし、業界としても努力はしている。 Q4. シェールガス開発以降、ガス燃焼火力発電が普及してきたが、CCSのガス燃 焼への適用は？ 【McCoy】 可能と思うが、関心は低い。 全体パネルディスカッション －CCSの今後の展開－ 21
- 24. ■GHGT-13 - 日程： 2016年11月14日～18日 - 場所： スイス・ローザンヌ ■IEA GHGとEcole Polytechnique Fédérale de Lausanne （EPFL、スイス連邦工科大学ローザンヌ校）の共催。 ■GHGTホームページのGHGT-13で案内開始 (http://www.ghgt.info/index.php/Content-GHGT13/invitation.html) ■GHGT-12のプロシーディングス - Energy Procediaで2015年4月頃発刊予定 - ウェブページから検索・閲覧可能（12月初め現在） (https://www.eventspro.net/iea/rs.esp?id=1090067&scriptid=SPPP1) GHGT-13開催予定 24
- 26. ■弾性波探査補完モニタリング技術の開発 - 多面的モニタリング技術の開発 - モデリングと一体となったモニタリング手法の開発 → 弾性波とは異なる連続的、補助的監視手段としての受動 的モニタリング技術の開発 ■遮蔽性能評価技術の開発 - ジオメカニクスを考慮した断層の取り扱い - 砂泥互層におけるCO2移行特性の評価 →日本で考慮すべき地質特性を取り入れモデリングの精緻化 弾性波探査を補完するCO2挙動評価技術の開発 － 経済産業省「二酸化炭素回収・貯蔵安全性評価技術開発事業」 － 26
- 27. 多面的モニタリング技術開発 - 米国SWPのCO2大規模圧入テスト サイトFarnsworth Unitにおいて、 重力、自然電位、AE 等のモニタリ ングを実施。 現状 圧入開始1年目 5年目 10年目 ・・・ 停止後 ・・・ サイト閉鎖 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 反 射 法 → 重力・自然電位等のモニタリング本研究 本研究が目指すモニタリング将来イメージ トータル コストの 削減 高コスト 低コスト ← 反 射 法 ← 反 射 法 ← 反 射 法 ← 反 射 法 ← 反 射 法 ← 反 射 法 ← 反 射 法 より短期間に高精度な地下モデルを構築 → モニタリング併用による反射法実施回数の低減、 圧入停止～サイト閉鎖の期間短縮 CO2圧入シミュレーション 圧入井観測井 モニタリング（観測データ） 坑井データ ・坑井内圧力(変化) ・坑井内温度(変化）等 物理探査データ ・地震波(変化) ・比抵抗(変化) ・重力(変化) ・自然電位(変化)等 CO2圧入に伴う 圧力変化、温度変化 CO2飽和度変化 流体成分変化 直接ヒストリー マッチングが可能 ヒストリーマッチング するためには モデル【各グリッドの水理パラメー タ（浸透率，孔隙率等）】の改良 物理量変換 （ポストプロセッサ） が必要 最適モデリング技術の開発 - シミュレーションによる計算量 （温度，圧力，CO2飽和度等） から，観測可能な物理量（理論 計算値）への変換プログラムを 開発。 - モニタリングデータを最大限利 用したヒストリーマッチングの 実施に必要。 弾性波探査補完モニタリング技術の開発 27
- 28. 重力：周囲の質量による万有引力の鉛直成分を測定 →CO2地中貯留等により生じる地下の質量変化を 地表における重力変化として測定する。 重力モニタリングの原理 単位質量（1 kg）に対する重力変化 28
- 30. - 断層からのCO2上昇等の、地下モデルで想定外の事象の発生を 検知するための指標として活用可能 - 重力連続観測点は、比較的広い範囲内に設置可能 → 2D反射の弱点の補完、反射法実施頻度の低減に寄与可能 - さらに、100 nGal精度での連続観測が達成できれば… 圧入開始後の早い時期に地下モデルからの乖離を検知可能 → 地下モデルの改良、早期の対策等に活用可能 高精度連続重力観測の活用イメージ - 米国のSWP実施のCO2大規模圧入テストに 参加。テキサス州ファンズワース（FWU）の CCS-EORサイトでテスト観測を実施中。 - 苫小牧実証試験サイトでの観測も開始予定 ほぼ同スケールの観測点配置 ※SWP：Southwest Regional Partnership for Carbon Sequestration （炭素隔離のための南西部パートナーシップ） 苫小牧 FWU 30
- 31. ジオメカニクスを考慮した断層モデリング手法 砂泥互層におけるCO2移行特性評価技術 鉱物組成、粒径分布、 き裂性状等の違い 我が国の貯留層にみられる地質特性 - 微小な断層、き裂系が存在 - 軟岩岩盤 - 薄い砂岩層と泥岩層が互層を形成 これらの構造がCO2の遮蔽性能に及ぼす影響をあらかじめ評価する必要あり 単一の岩層と比較して CO2の挙動がより複雑化 CO2圧入に起因した 間隙圧の上昇 浸透率等の水理特性の 連動的な変化が予想 弾性波探査では検出困難な微小構造 各岩層でシール性能や CO2の流動性、地化学 プロセスが変化 地層の変形、き裂の進展 地盤・岩盤の 変位 流体湧出 可能性 既存弱面の再動による破断 CO2 圧入井 砂泥互層の各岩層の性状（シール性能や地化学 プロセス等）を踏まえたモデリング手法の開発 間隙圧・温度の変化と、岩盤中の断層等の変形による 透水性変化等を取り入れたモデリング手法の開発 遮蔽性能評価技術の開発 31
- 32. 異なる岩石種について、き裂の進展およびすべりの挙動とそれに伴う透水性の違いを観測 岩石変形と流体透過性の関係の検証 - 地下環境を模した条件下での 軟岩の力学－水理試験 - 想定されるCO2貯留サイトの 軟岩物性の構成則化 - 断層破砕物質の変形条件と 流体透過性の関係解明 振老層泥岩 別所層泥岩軸圧 封圧 せん断変形－透水実験 岩石： 苫小牧、松代、 上総層群の泥岩、 砂岩および凝灰岩 温度： 40˚C 封圧： 20MPa 間隙圧： 10MPa せん断すべりに伴う浸透率変化の測定 32
- 33. キャップロックのシール性能評価 シール圧－浸透率のモデル化 超臨界CO2-水系でのPc th測定 岩石シール圧のばらつきの範囲の特定 浸透率 スレッショルド圧 粒径分布・鉱物 組成の効果 粒子形状・亀裂の効果 粒子形状・亀裂の効果 最密充填からのずれの効果 均一粒径の最密充填構造 内部構造制御試料の適用 - スレッショルド圧に及ぼす粒径および粒径分布 と充填状態、き裂の効果の解明 - スレッショルド圧に及ぼす粒子形状および鉱物 組成の効果の検証 地層 水毛管 圧 静水 圧 キャップ ロック 地層水 超臨界CO2 毛管圧（スレッショルド圧） 浮力 静水圧キャップロック シール性能を規定するスレッショルド圧 岩石へのモデルの適用性の検討 - 有効圧（間隙構造）変化の岩石種依存性の評価 - 塩水間隙水の適用 33 10 1 10 2 10 3 10 4 10 -2 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10-0.1μm 5-0.1μm 1-0.1μm 1-0.1μm 0.5-0.1μm 0.2-0.1μm 5-0.5μm 1-0.2μm 1-0.5μm Uniform particles Thresholdpressure(kPa) Permeability (mD)
- 34. 炭酸泉における鉱物反応実験 鉱物トラップ速度の計測 炭酸塩鉱物の核形成速度の測定 - 動的光散乱法による核形成速度および臨界 過飽和度の計測 - 炭酸塩鉱物の生成条件のモデル化 炭酸塩鉱物の溶解・成長速度の測定 - 種々の温度、pH、CO2分圧、塩濃度、Mg/Ca比 条件下での反応速度の測定 - 飽和度およびMg/Ca比依存性の定式化 - 温泉水へのCO2注入実験 増富温泉 群馬県内各温泉 青堀温泉 和歌山市内各温泉 白浜温泉 長湯温泉 - CO2地中貯留の模擬サイトとして 炭酸泉等における現場反応実験 - 各炭酸塩鉱物の種結晶を用いた ナノスケールでの解析 鉱物の溶解 鉱物の成長 基準面 エッチピット 基準面 成長丘 炭酸塩鉱物の反応速度の測定 ウトロ温泉 0.001 0.01 0.1 1 10 0.1 1 10 0.1 1 10 Calcite Calcite+Aragonite Aragonite No reaction Normalizedsalinity Mg/Ca (mol) Mg/Ca (ppm) カルサイトの安定領域 ドロマイトの安定領域 高Mgカルサイト＋ アラゴナイトの 安定領域 10 -9 10 -8 10 -7 10 -6 10 -5 10 -4 0 1 2 3 Calcite Aragonite Growthrate(molm -2 s -1 ) log Ω 34
- 35. Bio-CCS － 産総研融合・連携推進予算「地下微生物を利用したメタンガス合成技術」 － 深度： 1,000-1,300 m 温度： 53-65℃ 圧力： 5 MPa 秋田県八橋油田 嫌気的条件下でのメタン生成実験 ガス： CO2なし（100% N2） CO2あり（CO2：N2 = 2：8） 温度： 55˚C 圧力： 5 MPa CO2なし ○ メタン □ 酢酸 CO2あり ● メタン ■ 酢酸 Mayumi et al., 2013, Nature Communications 0.36 mM/day 0.17 mM/day CO2注入によりメタン生成速度が２倍に加速 メタン生成菌により酢酸からメタンが生成 35
- 36. - 計算条件 ・年間1万トンのCO2を10年間、地下1000 mに圧入 ・CHEM-TOUGHを用いた地質モデル構築 - 原油からメタン生成までの推定反応経路 1630m CO2注入セル 100m 74年後の鉛直断面プロファイル 4C16H34 + 30H2O + 34CO2 ↔ 49Ac- + 49H+ 49Ac- + 49H+ ↔ 49CO2 + 49CH4 ---------------------------------------- 4C16H34 + 30H2O ↔ 15CO2 + 49CH4 CO2 gas CO2 lq HCO3- Ac- CH4 メタン生成ポテンシャルの予備検討 Bio-CCSプロセスの数値シミュレーション 36
- 37. CCSの今後の推進に向けて ■社会的受容性獲得のための課題の解決 - 地震活動に対する／長期にわたる貯留層の健全性評価 - 誘発地震（国際的にもCCSのリスクとして広く認識） ■海外展開を見据えたCCUSの推進 - CO2-EORに伴う各種課題解決（海外のCO2-EORへの進出） - 他のCCUSオプションの実現可能性の検証 ■商用化に向けた最適スキームの検討 - 対象貯留層、監視手法の再検討（コストの低減） - 多様な貯留オプション（大規模貯留、分散型貯留）の整備 - 緊急時対策制度・方法の確立 ■夢のあるCCS - 微生物によるメタン生成 etc. 37