空隙スケール計測を核とした安定型CO2地下貯留の学理の構築

• 研究課題/領域番号: 17H00790
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境技術・環境負荷低減
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 末包 哲也 東京工業大学, 工学院, 教授 (30262314)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 39,520千円 (直接経費: 30,400千円、間接経費: 9,120千円); 2021年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2018年度: 23,400千円 (直接経費: 18,000千円、間接経費: 5,400千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
• キーワード: 二酸化炭素地下貯留 / 多孔質 / 混相流 / デジタルロック / 流動 / 空隙スケール / X線CT / 地下貯留 / 浸透様式 / 環境技術 / 地球温暖化ガス排出削減 / 流体工学 / 資源開発工学 / 二酸化炭素排出削減

研究成果の概要

多孔質内部の流動を空隙スケールで可視化することにより，二酸化炭素(CO2)地下貯留技術(CCS)の安全性の評価に必要なトラップメカニズムを解明した．CCSの社会的受容性を醸成するのに資する科学的知見を確立した．多孔質内部の流動様式を３次元多孔質に対して整理し流動様式線図としてまとめた．密度差自然体流に関して，初期界面厚さが対流開始時間に与える影響を解明した．溶解トラップに移行するのに要する時間を推定することができる．簡易なパーコレーションモデルを開発し，多孔質空隙構造から飽和率を簡易に推定するモデルを開発した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

二酸化炭素(CO2)地下貯留技術(CCS)の安全性の評価に必要不可欠となる岩石多孔質内部でのCO2の移動・溶解・対流などのトラップメカニズムに関する物質移動現象を解明し，CCSの社会的受容性を醸成するのに資する科学的知見を確立した．CCSの長期安定性について釈迦にとコミュニケーションする上での基礎となる学術基盤が整備された．CO2は注入後，構造性トラップ，毛管圧トラップ，溶解トラップと移行するが，移行時間に要する時間を定量的に評価出るようになった．

研究成果

• [雑誌論文] 二酸化炭素地下貯留技術の現状と展望 (2022)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也
  • 雑誌名: スマートプロセス学会誌 巻: 11 ページ: 30-37
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多孔質中にトラップされたCO₂の他のガス種と比較して特異な溶解挙動 (2021)
  • 著者名/発表者名: PATMONOAJI Anindityo、NASIR Muhammad、MAHARDIKA Mohammad Azis、SHE Yun、SUEKANE Tetsuya
  • 雑誌名: 資源と素材 巻: 137 号: 9 ページ: 91-97
  • DOI: 10.2473/journalofmmij.137.91
  • NAID: 130008094003
  • ISSN: 1881-6118, 1884-0450
  • 年月日: 2021-09-30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ランダムに分布したポア構造を有する多孔質におけるハイネスジャンプと毛管圧浸透の空隙スケール数値シミュレーションとCO₂地下貯留への適用 (2021)
  • 著者名/発表者名: ZHANG Chunwei、GAO Qian、HU Yingxue、YUAN Zhengyi、SUEKANE Tetsuya、XIAO Feng
  • 雑誌名: 資源と素材 巻: 137 号: 5 ページ: 56-62
  • DOI: 10.2473/journalofmmij.137.56
  • NAID: 130008044446
  • ISSN: 1881-6118, 1884-0450
  • 年月日: 2021-05-31
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effects of Dissolution Fingering on Mass Transfer Rate in Three‐Dimensional Porous Media (2021)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji Anindityo、Hu Yingxue、Nasir Muhammad、Zhang Chunwei、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Water Resources Research 巻: 57 号: 10
  • DOI: 10.1029/2020wr029353
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of gas generation by chemical reaction on viscous fingering in a Hele-Shaw cell (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Weicen、Zhang Chunwei、Patmonoaji Anindityo、Hu Yingxue、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya、Nagatsu Yuichiro
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 33 号: 9 ページ: 093104-093104
  • DOI: 10.1063/5.0062588
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation and development of the multicycle of CO2 mineralization with wastewater under standard conditions (2021)
  • 著者名/発表者名: Thamsiriprideeporn Chanakarn、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Greenhouse Gases: Science and Technology 巻: 12 号: 1 ページ: 67-84
  • DOI: 10.1002/ghg.2123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental investigation of solute transport in variably saturated porous media using x-ray computed tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Chunwei、She Yun、Hu Yingxue、Li Zijing、Wang Weicen、Patmonoaji Anindityo、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 33 号: 7 ページ: 076610-076610
  • DOI: 10.1063/5.0056221
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Heavy Oil Recovery by Calcium Hydroxide Flooding with the Production of Viscoelastic Materials: Study with 3-D X-Ray Tomography and 2-D Glass Micromodels (2021)
  • 著者名/発表者名: Mahardika Mohammad Azis、She Yun、Shori Fujiura、Patmonoaji Anindityo、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya、Nagatsu Yuichiro
  • 雑誌名: Energy & Fuels 巻: 35 号: 14 ページ: 11210-11222
  • DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c00963
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore-scale investigation of wettability impact on residual nonaqueous phase liquid dissolution in natural porous media (2021)
  • 著者名/発表者名: Hu Yingxue、Zhang Chunwei、Patmonoaji Anindityo、She Yun、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Science of The Total Environment 巻: 787 ページ: 147406-147406
  • DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.147406
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interpreting dynamics of snap-off in a constricted capillary from the energy dissipation principle (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Chunwei、Yuan Zhengyi、Matsushita Shintaro、Xiao Feng、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 33 号: 3 ページ: 032112-032112
  • DOI: 10.1063/5.0044756
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多孔質内流動における不安定現象 (2021)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也
  • 雑誌名: 伝熱 巻: 59 ページ: 27032-27032
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore-scale investigation on nonaqueous phase liquid dissolution and mass transfer in 2D and 3D porous media (2021)
  • 著者名/発表者名: Hu Yingxue、Patmonoaji Anindityo、Xu Haiping、Kaito Kazuki、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Mass Transfer 巻: 169 ページ: 120901-120901
  • DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.120901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional visualization of the alkaline flooding process with in-situ emulsification for oil recovery in porous media (2021)
  • 著者名/発表者名: She Yun、Mahardika Mohammad Azis、Hu Yingxue、Patmonoaji Anindityo、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya、Nagatsu Yuichiro
  • 雑誌名: Journal of Petroleum Science and Engineering 巻: 202 ページ: 108519-108519
  • DOI: 10.1016/j.petrol.2021.108519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of stagnant zones on solute transport in heterogeneous porous media at the pore scale (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Chunwei、Kaito Kazuki、Hu Yingxue、Patmonoaji Anindityo、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Physics of Fluids 巻: 33 号: 3 ページ: 036605-036605
  • DOI: 10.1063/5.0038133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore-scale study of in-situ surfactant flooding with strong oil emulsification in sandstone based on X-ray microtomography (2021)
  • 著者名/発表者名: She Yun、Zhang Chunwei、Mahardika Mohammad Azis、Patmonoaji Anindityo、Hu Yingxue、Matsushita Shintaro、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Journal of Industrial and Engineering Chemistry 巻: 98 ページ: 247-261
  • DOI: 10.1016/j.jiec.2021.03.046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissolution Mass Transfer of Trapped Phase in Porous Media (2021)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji Anindityo、Hu Yingxue、Zhang Chunwei、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Porous Fluids - Advances in Fluid Flow and Transport phenomena in Porous Media 巻: N/A ページ: 1-22
  • DOI: 10.5772/intechopen.95448
  • ISBN: 9781839627118, 9781839627125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of capillary number on morphological characterizations of trapped gas bubbles: Study by using micro-tomography (2020)
  • 著者名/発表者名: Hu Yingxue、She Yun、Patmonoaji Anindityo、Zhang Chunwei、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: International Journal of Heat and Mass Transfer 巻: 163 ページ: 120508-120508
  • DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120508
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional fingering structures in immiscible flow at the crossover from viscous to capillary fingering (2020)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji Anindityo、Muharrik Mushlih、Hu Yingxue、Zhang Chunwei、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: International Journal of Multiphase Flow 巻: 122 ページ: 103147-103147
  • DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2019.103147
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pore-throat characterization of unconsolidated porous media using watershed-segmentation algorithm (2020)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji Anindityo、Tsuji Kento、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Powder Technology 巻: 362 ページ: 635-644
  • DOI: 10.1016/j.powtec.2019.12.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental study on the displacement patterns and the phase diagram of immiscible fluid displacement in three-dimensional porous media (2020)
  • 著者名/発表者名: Hu Yingxue、Patmonoaji Anindityo、Zhang Chunwei、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Advances in Water Resources 巻: 140 ページ: 103584-103584
  • DOI: 10.1016/j.advwatres.2020.103584
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of porous electrode pore size and operating flow rate on the energy production of capacitive energy extraction (2020)
  • 著者名/発表者名: Nasir Muhammad、Nakanishi Yuji、Patmonoaji Anindityo、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Renewable Energy 巻: 155 ページ: 278-285
  • DOI: 10.1016/j.renene.2020.03.163
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional visualization of viscous fingering for non-Newtonian fluids with chemical reactions that change viscosity (2019)
  • 著者名/発表者名: Sotheavuth Sin, Tetsuya Suekane, Yuichiro Nagatsu, Anindityo Patmonoaji
  • 雑誌名: Phys. Rev. Fluids 巻: 4 号: 5 ページ: 54502-54502
  • DOI: 10.1103/physrevfluids.4.054502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-Dimensional Interaction of Viscous Fingering and Gravitational Segregation in Porous Media (2019)
  • 著者名/発表者名: Suekane Tetsuya、Koe Tomotaka、Barbancho Pablo Marin
  • 雑誌名: Fluids 巻: 4 号: 3 ページ: 130-130
  • DOI: 10.3390/fluids4030130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental and numerical simulation of supercritical CO2 microbubble injection into a brine-saturated porous medium (2019)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji Anindityo、Zhang Yi、Xue Ziqiu、Park Hyuck、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: International Journal of Greenhouse Gas Control 巻: 91 ページ: 102830-102830
  • DOI: 10.1016/j.ijggc.2019.102830
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solute transport in porous media studied by lattice Boltzmann simulations at pore scale and x-ray tomography experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang Chunwei、Suekane Tetsuya、Minokawa Kosuke、Hu Yingxue、Patmonoaji Anindityo
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 100 号: 6 ページ: 063110-063110
  • DOI: 10.1103/physreve.100.063110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic evolution of CO2-brine interfacial area during brine imbibition in porous media (2019)
  • 著者名/発表者名: Jiang, L., Wu, B., Liu, Y., Suekane, T., Wang, D.
  • 雑誌名: Intern. J. Heat Mas Trans. 巻: 128 ページ: 1125-1135
  • DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.09.089
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Micro-tomographic analyses of specific interfacial area inside unconsolidated porous media with differing particle characteristics from microscopic to macroscopic scale (2018)
  • 著者名/発表者名: Anindityo Patmonoaji, Kento Tsuji, Mushlih Muharrik, Tetsuya Suekane
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 532 ページ: 614-621
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2018.08.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of buoyancy on fingering growth activity in immiscible two-phase flow displacements (2018)
  • 著者名/発表者名: Muharrik, M., Suekane, T., Patmonoaji, A.
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 13 号: 1 ページ: JFST0006-JFST0006
  • DOI: 10.1299/jfst.2018jfst0006
  • NAID: 130006708711
  • ISSN: 1880-5558
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of diffusing layer thickness on the density-driven natural convection of miscible fluids in porous media: Modeling of mass transport (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang, L., Nakanishi, Y., Teston, A. D., Suekane, T.
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 13 号: 1 ページ: JFST0002-JFST0002
  • DOI: 10.1299/jfst.2018jfst0002
  • NAID: 130006329652
  • ISSN: 1880-5558
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gravitational Fingering Due to Density Increase by Mixing at a Vertical Displacing Front in Porous Media (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Lei、Cai Shitong、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Energy & Fuels 巻: 32 号: 1 ページ: 658-669
  • DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b02819
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of CO 2 dissolution via mass transfer inside a porous medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji Anindityo、Suekane Tetsuya
  • 雑誌名: Advances in Water Resources 巻: 110 ページ: 97-106
  • DOI: 10.1016/j.advwatres.2017.10.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional viscous fingering of miscible fluids in porous media (2017)
  • 著者名/発表者名: Suekane Tetsuya、Ono Jei、Hyodo Akimitsu、Nagatsu Yuichiro
  • 雑誌名: Physical Review Fluids 巻: 2 号: 10 ページ: 103902-103902
  • DOI: 10.1103/physrevfluids.2.103902
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional finger structure of natural convection in homogeneous and heterogeneous porous medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Wang, L., Nakanishi, Y., Hyodo, A., Suekane, T.
  • 雑誌名: Energy Procedia 巻: 114 ページ: 5048-5057
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Three-dimensional fingering structure associated with gravitationally unstable mixing of miscible fluids in porous media (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakai, S., Nakanishi, Y., Hyodo, A., Wang, L., Suekane, T.
  • 雑誌名: Heat Transfer Research 巻: NA 号: 11 ページ: 1-17
  • DOI: 10.1615/heattransres.2017016840
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 多孔質の層状不均質性が密度差自然対流に与える影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中西 佑児, 兵藤 陽光, 王 蕾, 末包 哲也
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 83 号: 847 ページ: 16-00381-16-00381
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00381
  • NAID: 130006943738
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 密度差に伴う多孔質内レイリーべナール対流ー可視化実験手法の提案ー (2021)
  • 著者名/発表者名: 今井 駿、松下 真太郎、末包 哲也，
  • 学会等名: 資源・素材2021（札幌）
• [学会発表] X-ray Tomographic Study on Characteristics of Shear Enhanced Dispersion in Porous Media (2021)
  • 著者名/発表者名: Zijing LI, Chunwei ZHANG and Tetsuya Suekane
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2021
• [学会発表] Three-dimensional pore-scale observation of drying process of porous media (2021)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Nasir, Anindityo Patmonoaji, Tetsuya Suekane
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス2021
• [学会発表] 多孔質内混相流の不安定現象 (2021)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也
  • 学会等名: 混相流シンポジウム2021
  • 招待講演
• [学会発表] ゲル生成によるフィンガリングの形状と界面ゲル膜における拡散現象の関係について (2020)
  • 著者名/発表者名: 山口 竜平,末包 哲也
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
• [学会発表] ヘレショウセルにおけるアクティブ流体の様々な界面不安定現象 (2020)
  • 著者名/発表者名: 青木 大高,末包 哲也
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
• [学会発表] Microtomographic studies on the effect of particle size in dissolution mass transfer inside porous media (2019)
  • 著者名/発表者名: Anindityo Patmonoaji, Yingxue Hu, Chunwei Zhang, Kento Tsuji, Tetsuya Suekane
  • 学会等名: 10th International Conference on Thermofluid 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Fingering instability in porous media (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Suekane
  • 学会等名: 30th International Symposium on Transport Phenomena
  • 国際学会
• [学会発表] Two dimensional numerical simulation of CO2 injection into brine saturated Berea sandstone with normal bubble and micro bubble injection modules (2018)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji, A., Zhang, Y., Xue, Z., Suekane, T.
  • 学会等名: GHGT-14
  • 国際学会
• [学会発表] The Effect of Operating Flow Rate on the Voltage Rise of Energy Extraction by Double Layer Expansion (2018)
  • 著者名/発表者名: Muhammad Nasir; Yuji Nakanishi; Anindityo Patmonoaji; Tetsuya Suekane
  • 学会等名: Engineering Physics International Conference (EPIC 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Time lapse 3D visualization of fingering associated with Rayleigh-Taylor and Safmann-Taylor instabilities (2017)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T., Nakanishi, Y., Ono, J., Wang, L.
  • 学会等名: 14th International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Micro-imaging of Crossover from Capillary to Viscous Fingerings of Immiscible Two-Phase Flow in a Porous Medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Mushlih, Suekane, T.,
  • 学会等名: 14th International Conference on Flow Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] Three-dimensional Rayleigh-Taylor convection of miscible fluids in a porous medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T., Nakanishi, Y., Wang, L.
  • 学会等名: 70th Annual Meeting of the APS Division of Fluid Mechanics
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of buoyancy, capillary, and viscous force on three-dimensional pore scale fingering structure of immiscible two-phase flow in porous medium (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Muharrik, R. Izumi, T. Suekane
  • 学会等名: The International Conference on Thermal Science and Technology 2017
  • 国際学会
• [図書] CO2の分離・回収・貯留の最新技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西尾 匡弘編，末包哲也（分担）
  • 総ページ数: 370
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437718