| 研究課題/領域番号 |
20H02676
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
鈴木 杏奈 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (60796449)
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| 研究分担者 |
橋田 俊之 東北大学, 工学研究科, 教授 (40180814)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
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| キーワード | フラクチャリング / CO2利用 / 地熱開発 / マイクロ流路 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
注入流体を超臨界流体(超臨界CO2、超臨界水)としたフラクチャリングでは、3次元的な細かいき裂ネットワークが形成されることが実験的に示されており、地熱開発に理想的な貯留層を造成し、かつ、CO2を 地下に注入することで温室効果ガス削減に貢献できると考えられる。 本研究では、流動-破砕連成モデルを用いてミクロスケールでの破砕メカニズムを解明し、フィールドスケールの貯留層造成シミュレー ションを開発する。また、大きな懸念として、フラクチャリングに伴う大きな地震発生リスク、CO2 還元に伴う塩析出促進・浸透性低 下リスクを合わせて検討し、フラ クチャリングのための最適な注入 条件のデザインを行う。
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| 研究実績の概要 |
注入流体を超臨界流体(超臨界CO2、超臨界水)としたフラクチャリングでは、3次元的な細かいき裂ネットワークが形成されることが実験的に示されており、地熱開発に理想的な貯留層を造成し、かつ、CO2を地下に注入することで温室効果ガス削減に貢献できると考えられる。本研究では、流動-破砕連成モデルを用いてミクロスケールでの破砕メカニズムを解明し、フィールドスケールの貯留層造成シミュレーションを開発する。また、CO2還元に伴うリスク等を合わせて検討し、フラクチャリングのための最適な注入条件のデザインを行う。当該年度では，シミュレータ開発、流路作成、流動実験装置のセットアップ、予備実験、流動実験装置による流動実験を行った。シミュレータの開発では，昨年度作成した2Dのミクロスケールの流動-破砕連成モデルから、アップスケールしたモデルへと展開し、フィールドスケールの破砕挙動を表せるシミュレータを開発した。シミュレーション結果では、従来の水を用いた破砕の場合は、2次元的なき裂のみが発生するのに対して、超臨界流体の場合は、3次元的な細かいき裂ネットワークが発生することによって、従来よりも破砕領域を広げられる可能性を示すことができた。また、物性値パラメータの感度解析を実施することによって、3次元的な細かいき裂ネットワークが形成される条件を明らかにした。この結果は、超臨界水によるフラクチャリングによって、フィールドスケールでも効果があることを示している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
流動-破砕連成モデルに関する数値シミュレーション開発については，順調に進展した。ただし、地震のリスク評価を実施しようと予定していたが、応力によって変化する構造のダイナミクスが流れに及ぼす影響を先に評価した方が良いと判断し、研究の軌道修正をした。塩の析出実験については、研究協力者の議論が遅れたため、計画は遅れた。また、シリコン基盤を用いたマイクロ流路をによる流動実験を検討していたが、実験装置が割れやすく、コストもかさむことから、3Dプリンタを用いてマイクロ流祖作成に変更した。一方、実験に利用しようとしたマスフローコントローラーが故障し、修理に出しているがいつ直るかわからず、完全に故障していた場合再度注文しても半導体不足のため納期は1、2年後と言われている。実験デザイン自体を考え直しており、その分遅れている。
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| 今後の研究の推進方策 |
マスフローコントローラーの修理を待ちつつも、マスフローコントローラーを使わずにできる実験を同時並行でデザインし、進めることにする。
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