Development of new stable geological sequestration technique by nanoscale CO2

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26420138
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 植村 豪 東京工業大学, 工学院, 特任准教授 (70515163)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 二酸化炭素地中隔離

Outline of Annual Research Achievements

大気中への多量のCO2排出を防ぐ二酸化炭素回収隔離（Carbon Capture and Sequestration, CCS）において，CO2地中隔離が最も量的寄与の大きなCO2削減技術として期待されているが，CO2は浮力によって地下帯水層中を上昇するため，地表へのCO2漏洩リスクを低減させる，社会的受容性の高い地中隔離手法の確立が求められている．
前年度までの研究では，実際の地中の多孔質構造をさらに基礎的捉えた構造として，くびれガラス管を対象とし，高倍率顕微鏡を用いることで，実際の単一CO2液滴の静的・動的な挙動の可視化に成功した．ミクロスケールのCO2液滴が空隙部分でトラップされる様子が捉えられ，CO2液滴の基礎的なトラップ・浮上メカニズムに資する知見を得ることができた．さらに界面活性剤の存在によってCO2相と壁面の間には水相が介在しながらCO2液滴がトラップされる可能性が示唆された．一方，空隙中を浮上するCO2液滴の動的挙動の解明が今後の課題であった．
そこで本年度は空隙中のCO2液滴の動的挙動を捉えるため，格子ボルツマン法（Lattice Boltzmann Method, LBM）を用いた数値シミュレーションを行った．LBMは複雑な流路構造における二相流の解析に適した手法であるため，空隙中を浮上またはトラップされるCO2液滴の動的挙動を解析することが可能である．ナノスケールのCO2液滴を模擬することはできないため，ミクロスケールまでCO2液滴が成長した状態を想定し，実験系と対応させた数値シミュレーションを実施した．解析の結果，多孔質モデル内に配置したミクロスケールのCO2は空隙部分でトラップされることが分かった．これまでの実験結果と併せ，ナノスケールCO2地中隔離の安定性および有効性を示唆する基礎的知見が得られた．