2015 Fiscal Year Research-status Report
石灰岩層を使ったCO2急速削減のためのフラクタル石灰岩モデルによる溶解速度予測式
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15K14039
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
中屋 眞司 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (70313830)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 石灰岩 / 地下水 / 二酸化炭素削減 / 年代測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H27年度は、石灰岩帯水層中の地下水中のCa濃度の時間変化R(モル/L/年)をとらえるため、沖縄本島南部琉球石灰岩帯水層分布地域を対象に、石灰岩層中のCO2ガス土壌分圧, Ca濃度, 石灰岩層中の鉱物の飽和度そして地下水の滞留時間および地下水流速の測定を実施した。その結果、以下の成果が得られた。
1)琉球石灰岩帯水層の井戸水は流動性と滞留性の2種類に大別でき, 本研究では滞留性の地下水が多く存在することがわかった. CFCsおよびSF6による年代測定の結果から地下水の滞留時間はおよそ0年から25年の範囲にあると考えられる。 2) 流動性の井戸水では、Ca濃度は各井戸に到達する前に飽和平衡状態に達していることがわかった. このことから流動性の井戸水ではCO2分圧は石灰岩を構成する鉱物の溶解反応を促進していないと推定される. 3）滞留性の井戸では, Ca濃度が高いとCO2分圧も高い傾向がみられる. 4）滞留性のある井戸にはGL-30m以深の強滞留ゾーンが存在し, 強滞留ゾーンでは CaCO3+H2O+CO2 ⇔ Ca2++2HCO3- の化学反応が右方向に進行している. 5) 流動性の井戸と滞留性の井戸の比較から, CO2を貯留するには石灰岩の溶解反応が進む滞留性の井戸が望ましい. 6) SF6の年代決定率が30%台である. 7) 沖縄県のCFCs大気中濃度と北半球平均大気濃度を比較すると, 北半球平均大気濃度を1とした場合, CFC-12が0.88, CFC-11が0.93, CFC-113が1.78, SF6が1.07である. 8) 沖縄本島南部の琉球石灰岩帯水層内の不圧地下水の流動モデルは, 混合流モデルおよびピストン流モデルで近似される. ただし, SF6による年代決定率が低いので期間をおいて、再調査する必要がある.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
H27年度に石灰岩帯水層の井戸水サンプルの年代測定を実施した結果、年代パラメータであるSF6やCFCsが過大であるサンプルが多く、年代決定できた地下水が少なかった。SF6やCFCsが過大になった地下水は、硝酸汚染が進んでいた。また、年代決定できた地下水の滞留時間は0～25年と推定されたが、地下水流動は、ピストン流モデルのものと、混合流を示すものが混在していた。そのため、同一流動経路上の地下水の滞留時間とCa2+やCO2ガスなど溶存成分濃度との関係を整理するのが困難で、時間を要する。
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| Strategy for Future Research Activity |
地下水の滞留時間だけでなく、流速とCaイオンやCO2ガスなど溶存成分濃度との関係を整理するとともに、採取した琉球石灰岩ブロックサンプルを使って、X線CT画像解析から空隙の幾何形状や分布特性を検出する。検出したフラクタルパラメータを用いた３次元空隙フラクタルモデルの作成を実施して、モデルから単位体積の水と接触する石灰岩空隙の表面積Sや間隙率の決定を行う。また、岩石の間隙率の実測や、透水係数を実測するため、試験装置を作製し、透水試験や数値解析を実施する。以上のH27年度とH28年度の結果を総合して、フラクタルモデルによる石灰岩帯水層の溶解速度の予測式を追及する。予測式を用いた急速CO2削減方法と溶食による空洞の発達の将来予測方法をまとめ、提案する。
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| Causes of Carryover |
当初計画で見込んだよりも安価に研究が進んだため、わずかに次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額の128円は、実験記録用ノートに使用する。Ｈ28年度請求額は、採取した琉球石灰岩ブロックサンプルから円柱サンプルをくり抜く費用、そのサンプルのX線CT画像を取得する代金、透水試験装置の作製の部品に使用する。
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Research Products
(3 results)
