2020 Fiscal Year Research-status Report
System development of CO2 capture and sequestration by forming sodium carbonate gel in shallow aquifers
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20K21163
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
佐々木 久郎 九州大学, 工学研究院, 教授 (60178639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
NGUELE RONALD 九州大学, 工学研究院, 助教 (50821401)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素分離 / 二酸化炭素固定 / ケイ酸ナトリウム / 浅帯水層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、メタケイ酸ナトリウム水溶液に亜臨界圧でCO2を溶解させることで炭酸ナトリウムゲルが容易に生成され減圧後も安定であることから、深帯水層に匹敵する貯留ポテンシャルを持つ300-400mの浅帯水層にCO2を安全に固定できるシステムを開発するシステムを開発することを目的としている。とくに、メタケイ酸ナトリウム溶液のCO2ガスの吸収・分離特性、温度と圧力によるゲル化時間や強度および安定性を調べ、燃焼ガスからCO2を選択的に吸収させてゲルとして分離・輸送し、浅帯水層への圧入するシステムにおける物質バランスを実験的に調べ、一連のシステムの開発を行うことを目標として実施している。初年度は、メタケイ酸ナトリウム水溶液にN2-CO2混合ガスを高圧条件でバブリングし、それらの反応によって炭酸ナトリウム(Na2CO2)ゲル生成させ、平衡条件での質量バランスを測定した。また、生成されたゲルの特定には、ラマン分光による分析を行った。また、浅帯水層へのCO2固定システムにおける各要素と全体の経済性評価の基本的な構成を実施する。
2020年度では、CO2回収・地中貯留システム設計に必要なデータベースの構築を目的として、炭酸ナトリウム(Na2CO2)ゲル生成条件であるメタケイ酸ナトリウム溶液の濃度、温度、CO2ガス濃度およびガス圧、ゲル時間などのパラメータに関する感度分析を行った。また、質量バランスからゲル中のCO2含有割合および流動特性(見掛け粘性)および安定性試験を実施し、CO2ガスの分離回収率および圧入システムの開発に必要なデータを実験的に収集した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度においては、CO2回収・地中貯留システム設計に必要なデータベースの構築を目的として、炭酸ナトリウム(Na2CO2)ゲル生成条件であるメタケイ酸ナトリウム溶液の濃度、温度、CO2ガス濃度およびガス圧、ゲル時間などのパラメータに関する感度分析をおおむね研究計画に沿って実施した。また、1～7%のメタケイ酸ナトリウム水溶液にCO2ガス圧力1-7MPaで溶解させた系において、質量バランスからゲル中のCO2含有割合および流動特性(見掛け粘性)および安定性試験を実施し、N2-CO2混合ガスからのCO2分離回収率やゾル・ゲルの粘度特性などのデータを実験的に収集した。その結果、高分子構造を有する炭酸ナトリウムゲルを安定に生成でき、減圧後もゲルとして残存すること、炭酸ナトリウムゲルのSEM 写真から、その高分子構造を明らかにすることができた。なお、研究遂行過程において、中国およびカメルーンの研究協力者との国際共同研究を実施した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度には、1～7%のメタケイ酸ナトリウム水溶液にCO2ガス圧力1-7MPaで溶解させた系で生成させたゲルの物性や高分子構造を明らかにしている。2021年度においては、CO2回収・地中貯留システム設計に必要なデータベースの構築 各種地質データを分析し、陸域および近海の浅帯水層の平均的な特性(浸透率や孔隙率)について モデル化し、前年度に構築したゲル特性のデータに基づいて圧入圧、圧入レート・時間、貯留領 域などのシミュレーションを実施し、適用可能なゲル生成条件の範囲とCO2固定量を決定する。また、 水溶液とN2-CO2混合ガスを帯水層に圧入し、原位置でのゲル化システムについても数値シミュレー ションを行う。国際会議などにおいて本CO2固定化システムの提案を行うほか、国際誌への投稿を行う。
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