2023 Fiscal Year Annual Research Report
A New Chemical Stimulation Method for Geothermal Reservoirs: Selective Mineral Dissolution with Environmentally Friendly Chelating Agents
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22H02015
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡邉 則昭 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (60466539)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
WANG JIAJIE 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (60875467)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 地熱貯留層 / 化学的刺激法 / キレート剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高温ではあるものの浸透性が低い地熱貯留層を地熱発電に利用できるよう造成するためには，井戸を通じて貯留層の岩石を刺激し，高浸透性き裂網を形成する必要がある。そこで研究代表者らは最近，環境調和型キレート剤による選択的鉱物溶解を利用した新化学的刺激法を発明した。しかし，なぜ，一部の鉱物の溶解に起因して，大きな浸透性の増加が生じるのかという問いに対する明確な答えが存在せず，新化学的刺激法の有効性や課題を完全には明らかにできていない。本研究は，地熱貯留層条件下での岩石へのキレート剤流通実験を実施することで，選択的鉱物溶解と浸透性の増加の特徴を把握し，浸透性増加のプロセスを解明することを目的とする。また，新化学的刺激法の有効性や課題を明確にし，その課題に対する解決策を検討することも目的とする。
昨年度，花崗岩における浸透性増加のプロセスおよび最適pHを明らかにするとともに，花崗岩以外の岩石に対しても新化学的刺激法が適用可能であることを見出し，CO2の地中貯留および鉱物固定に関する特許を出願した。このように本研究は，当初の計画以上に進展したため，当初の計画で対象としていた実験条件に限らず，広範な条件での実験を実施し，地熱貯留層造成だけなくCO2貯留層造成さらにはCO2鉱物化促進への新化学的刺激法の有効性や課題を明確にしていくことにした。
今年度は，キレート剤による花崗岩の浸透性増加に関して，差応力の影響がないことを明らかにするとともに，大型岩石サンプルを使用した井戸から貯留層へのキレート剤注入を模擬した実験により浸透性改善効果を確認した。また，地熱貯留層条件下における火山岩に対するキレート剤の浸透性改善効果を調査し，酸性条件下では斑晶として存在する鉄を含有する輝石などの選択的溶解，アルカリ性条件下では石基中に含まれる石英の選択的溶解に起因して浸透性が増加することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度実施したキレート剤による花崗岩の浸透性増加における差応力の影響に関する実験や，大型岩石サンプルを使用した井戸から貯留層へのキレート剤注入を模擬した実験は，当初計画では来年度以降実施予定であったが，本年度から実施できているため。 加えて，花崗岩だけでなく，玄武岩等の火山岩にも環境調和型キレート剤による化学的刺激法が適用可能であること，浸透性の増加の特徴とプロセスを明らかにできているため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は，当初の計画以上に進展し，花崗岩だけでなく，玄武岩等の火山岩にも環境調和型キレート剤による化学的刺激法が適用可能であり，地熱資源の開発生産だけでなく，CO2の地中貯留や鉱物固定にも応用展開可能であることが明らかになった。今後も，当初の計画で対象としていた岩石種や温度等の貯留層条件に限らず，広範な条件での実験およびシミュレーションを実施し，地熱貯留層造成だけなくCO2貯留層造成さらにはCO2鉱物化促進への環境調和型キレート剤による化学的刺激法の有効性や課題を明確にしていきたい。
さらに本研究の成果に対して，ドイツGFZの研究者が関心を示し，同研究機関の協力のもと地熱貯留層の造成に関する研究を実施しているTU Darmstadtの博士課程学生が，本年度，研究生として研究代表者の研究室でドイツの地熱フィールドへの本化学的刺激法の適用に関する研究を実施したが，来年度も継続して実施することとなったため，この国際共同研究も推進したいと考えている。
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