CCS（Carbon dioxide（二酸化炭素） Capture （回収）and Storage（貯留））とは

地球温暖化対策の技術としてCCSが開発されました。
発電所や工場の排ガスから​二酸化炭素を集めて​地下に埋めることで、大気への二酸化炭素排出を削減します。​

地中貯留とは？

分離・回収したCO₂を坑井から地中深部の深部塩水層と呼ばれる地下1,000ｍ～3,000mの地層に圧入し閉じ込める技術です。この深部塩水層は、砂岩などの隙間が多い地層で、地層水（塩水）を蓄えておりCO₂の貯留に適しています。貯留層の上には細かい粒の粘土などが固まった泥岩（キャップロック）などの遮へい層があり、CO₂が漏れないように蓋の役割を果たします。

ガスタンクの高さ（約50m）、住宅の高さ（約10m）、地下鉄の深さ（約50m）と比べると貯留層が非常に深いところにあることがわかります。地面から貯留層までの間には、東京タワー（333m）や東京スカイツリー（634m）が2～3個以上入るくらい深くに貯留層はあります。

貯留層の選定

• CO₂発生源から分離･回収したCO₂を地下や海底下の深部塩水層に貯留する。
• 分厚い遮へい層を直上にもつ深部塩水層を選べば、長期間にわたって安定的にCO₂を貯留できる。
• CO₂が超臨界状態となる800m程度以深の地層（温度≧31.1℃, 圧力≧7.38MPa）を選ぶ。​

貯留層の中でのCO₂浸透のイメージ

• 砂岩などの岩石は砂粒が固まってできており、多くの隙間がある。
• このような岩石で構成される地層は、地層水を蓄える「深部塩水層」となっている。
• CO₂をこのような深部塩水層に貯留する。

貯留層はこのような砂粒の隙間に水が溜まっている場所です。圧入されたCO₂は地層水を押しのけて岩石に浸透していき、二酸化炭素を大気から隔離する事ができます。​CO₂は地層水に溶けると弱酸性水になります。CO₂は水とは異なり圧縮性が大きく地層水に溶け込みます。二酸化炭素は地層水に溶け、やがて周りの岩と化学反応を起こし、およそ100年～1万年ほどかけて炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなどに鉱物化していきます。CO₂が深部塩水層から流出しようとしても、その上にあるキャップロックで閉じ込められ、CO₂は安定した状態（鉱物固定）で永久的に深部塩水層の中に留まります。

CO₂貯留のイメージ(a)と岩石試料を用いた実験(b)​

1. （a）上部に遮へい層がある貯留層にCO₂を注入します。CO₂は砂岩の粒子の隙間に溜まったり、地層内に含まれる水に溶けたりして、貯留層に閉じ込められます。
2. （b）採取した岩石試料（上部が遮へい層、下部が貯留層に相当）に実験室でCO₂を注入し、X線CTで観察すると、砂岩にしかCO₂が入っていかないことがわかります。​

• 研究テーマ一覧
• 坑井とは
• 光ファイバーとは

坑井とは？

CCSではCO₂を圧入する、CO₂注入時の地中の圧力を緩和する、観測する目的の井戸を掘ります。それらを坑井（こうせい）と呼びます。CO₂貯留に使われる坑井は大きく分けてCO₂を貯留層に圧入する為の圧入井、CO₂圧入時の圧力を調整・緩和する圧力緩和井、観測（モニタリング）する為の観測井があります。​ 坑井に光ファイバーを設置してモニタリングに使用する研究を進めています。

どのようにして坑井を掘削するの？​

長くつないだパイプの先にビット^※をつけて坑井内に降入し、地上でパイプの上端を回転させ、ビットが回転しながら坑底の岩石を削ります。削りとられた掘りくずは、パイプの中にポンプによって送り込まれ、ビットの先から噴出し、パイプ（掘り管）と坑井壁との間を上昇して地上に戻る泥水によって連続的に地上に運ばれます。

※ビットとは掘削管の先端に取り付け、回転と荷重をかけることで岩盤を破壊し、穴を掘り進めるための坑内機器（工具）

光ファイバーとは？

CO₂を注入する坑井（圧入井）では、圧力と温度を常に計測しています。また、圧入井から離れた位置に観測のための坑井（観測井）を設けて、圧入井と同様に監視する場合もあります。もし、漏洩などCO₂が予想外の動きをすると、通常とは異なる圧力や温度の変化が起きますので異常に気付くことができます。最近は光ファイバーを圧入井や観測井に設置する技術があり、どの地層で異常が生じたのかを光ファイバーでリアルタイムで判定することができるようになりました

さらに数年おきに、広範囲を監視できる弾性波探査法（人工的な振動で地下の状態を調べる技術）などにより地層中のCO₂の位置と拡がりを確認しますが非常に高価な為、光ファイバーケーブルでの安価なモニタリングの活用が期待されます。また、CO₂を地下深くの地層（貯留層）に閉じ込める前に、対象地点でCO₂注入のシミュレーションを行います。観測結果をシミュレーションによる予測と比較して違いが無ければ、問題が生じていないと判断できます。​

組合が開発した金属管被覆光ファイバーケーブル

光ファイバーを利用してわかる事

計測要素	モニタリング内容
分布式温度 (DTS)	貯留層へのCO₂圧入区間の把握 坑井セメンチングの施工良否 パイプライン、圧入井からのCO₂漏洩
分布式ひずみ (DSS)	貯留層へのCO₂侵入の様相 貯留層からのCO₂漏洩 CO₂圧入時の遮蔽層の地層変形
分布式音響 (DAS)	貯留層におけるCO₂分布範囲