空隙スケール現象計測に基づくCO2地下貯留におけるトラップメカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 25281036
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 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): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2014年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2013年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: 二酸化炭素 / 地下貯留 / トラップメカニズム / 溶解 / 対流 / 物質輸送 / 空隙スケール / X線CT / マイクロトモグラフィ / 比表面積 / 地球温暖化ガス排出削減 / エネルギー一般 / 環境技術 / 流体工学 / 多孔質 / 混相流 / 界面不安定性

研究成果の概要

二酸化炭素地下貯留における最大の懸念は浮力に伴う漏洩である．本研究では，多孔質内部の空隙スケール計測に基づいて漏洩を阻害するトラップメカニズムの解明を行った．キャピラリートラップ飽和率は初期ガス飽和率に強く依存するため，初期ガス飽和率を決定する界面張力，粘性，浮力の影響をモデル化し，トラップ量推定を可能にした．次に，溶解トラップに移行する上で支配的な現象となる自然対流現象のモデル化を行うとともに，分散現象（多孔質の複雑性に伴う見かけの拡散現象）が対流開始時間に強く影響していることを見出した．また，溶解に関する物質輸送現象を対象として，デジタルロック技術の開発を行った．

研究成果

• [国際共同研究] 大連理工大学(中国)
• [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
• [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] Experimental study of 3D Rayleigh-Taylor convection between miscible fluids in a porous medium (2016)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi, Y., Hyodo, A., Wang, L., Suekane, T.
  • 雑誌名: Advances in Water Resources 巻: 94 ページ: 224-232
  • DOI: 10.1016/j.advwatres.2016.09.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional structure of natural convection in a porous medium: Effect of the dispersion on finger structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, L., Nakanishi, Y., Hyodo, A., Sakai, S., Suekane, T.
  • 雑誌名: Intern. J. Greenhouse Gas Control 巻: 53 ページ: 274-283
  • DOI: 10.1016/j.ijggc.2016.08.018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional visualization of natural convection in porous media (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, L., Hyodo, A., Sakai, S., Suekane, T.
  • 雑誌名: Energy Procedia 巻: 86 ページ: 460-468
  • DOI: 10.1016/j.egypro.2016.01.047
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Non-wetting phase saturation after drainage from the wetting-phase-filled porous medium (2015)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T., Saito, Y., Jiang, L.,
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 10 ページ: 1-13
  • NAID: 130005100000
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Application of X-ray CT investigation of CO2-brine flow in porous media (2015)
  • 著者名/発表者名: Jiang, L., Liu, Y., Song, Y., Yang, M., Xue, Z., Zhao, Y., Zhao, J., Suekane, T., Shen, Z.
  • 雑誌名: Exp. Fluids 巻: 56 ページ: 1-10
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of heterogeneity of porous media on gas permeation and entrapment (2014)
  • 著者名/発表者名: Mikami, Y., Deguchi, Y., Suekane, T.
  • 雑誌名: Journal of Flow Control, Measurement & Visualization 巻: 2 号: 03 ページ: 110-119
  • DOI: 10.4236/jfcmv.2014.23013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical Simulation of Capillary Trapping of CO2 in Porous Media (2014)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T., Takehana, K
  • 雑誌名: Journal of MMIJ 巻: 130 ページ: 404-410
  • NAID: 130005086577
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relation between the initial and residual gas saturations of gases trapped by capillarity in natural sandstones (2013)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T., Nguyen, H.T.
  • 雑誌名: Journal of Fluid Science and Technology 巻: 8 ページ: 322-336
  • NAID: 130003383966
  • 査読あり
• [雑誌論文] 水で飽和された多孔質への超臨界CO2の浸透 (2013)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也，岡田 雄大
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集B編 巻: 79 ページ: 2592-2596
  • NAID: 130003386361
  • 査読あり
• [学会発表] Three-dimensional finger structure of natural convection in homogeneous and heterogeneous porous medium (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, L., Nakanishi, Y., Hyodo, A., Suekane, T.
  • 学会等名: GHGT-13
  • 発表場所: The Swiss Tech Convention Center, Lausanne, EPFL
  • 年月日: 2016-11-14
  • 国際学会
• [学会発表] 多孔質内におけるレイリーテイラー型密度差自然対流 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也，中西 佑児，テストン アレクシス，王 蕾
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-10-22
• [学会発表] 多孔質内非混和性二相流におけるフィンガリングの挙動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 泉 玲於奈，末包 哲也
  • 学会等名: 日本機械学会熱工学コンファレンス
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2016-10-22
• [学会発表] 多孔質内における密度差自然対流~初期状態が対流に与える影響~ (2016)
  • 著者名/発表者名: 中西 佑児, テストン アレクシス, 王 蕾, 末包 哲也
  • 学会等名: 資源素材学会秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 多孔質内における混和性二相の自然体対流－分散がフィンガー構造に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也，中西 佑児, 兵藤 陽光, 王 蕾
  • 学会等名: 日本混相流学会混相流シンポジウム2016
  • 発表場所: 同志社大学今出川キャンパス
  • 年月日: 2016-08-08
• [学会発表] Application of micro-tomography to CCS (2016)
  • 著者名/発表者名: Suekane，T.,
  • 学会等名: 2nd International Forum on Advanced Technologies
  • 発表場所: University of Tokushima
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Three-dimensional finger structure of convective mixing due to density difference in a porous medium (2016)
  • 著者名/発表者名: Wang, L., Nakanashi, Y. Hyodo, A., Suekane，T.
  • 学会等名: 2nd International Forum on Advanced Technologies
  • 発表場所: University of Tokushima
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Investigation of CO2 Dissolution Rate in Plastic Beads Porous Media Model under Different Water Injection Direction by X-ray CT Microtomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Patmonoaji, A., Ando, S., Suekane，T.,
  • 学会等名: 2nd International Forum on Advanced Technologies
  • 発表場所: University of Tokushima
  • 年月日: 2016-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] Study on trapping mechanisms in CCS by X-ray microtomography (2016)
  • 著者名/発表者名: Suekane，T.,
  • 学会等名: I2CNER Workshop
  • 発表場所: University of Kyushu
  • 年月日: 2016-02-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Three-dimensional fingering associated with Rayleigh-Taylor instability in porous media (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakai, S., Hyodo, A., Wang, L., Suekane, T.,
  • 学会等名: International Workshop on Heat Transfer Advances for Energy Conservation and Pollution Control
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental study on capillary trapping characteristics in porous media for CO2 geological storage (2014)
  • 著者名/発表者名: Lanlan Jiang, Yongchen Song, Tetsuya Suekane, Ying Teng, Minghao Yu
  • 学会等名: 第10回新エネルギー技術シンポジウム
  • 発表場所: 産総研（郡山）
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [学会発表] Modelling of the non-wetting phase saturation after the drainage from the porous medium filled with wetting phase (2014)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T., Saito, Y.
  • 学会等名: The 25th International Symposium on Transport Phenomena
  • 発表場所: クラビ（タイ）
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-07
• [学会発表] 多孔質にトラップされた非湿潤相の物質輸送に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安藤 晋之介，末包 哲也
  • 学会等名: 第63回理論応用力学講演会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-28
• [学会発表] 多孔質からの排水過程における非湿潤相飽和率のモデル化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 裕亮，末包 哲也
  • 学会等名: 資源・素材2014（熊本）
  • 発表場所: 熊本大学（熊本）
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-17
• [学会発表] 多孔質内における溶解・対流現象に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 末包 哲也，安藤 晋之介
  • 学会等名: 資源・素材2014（熊本）
  • 発表場所: 熊本大学（熊本）
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-17
• [学会発表] Capillary trapping of CO2 in geological sequestration (2014)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T.
  • 学会等名: Energy Quest 2014
  • 発表場所: エカテリンベルグ（ロシア）
• [学会発表] 多孔質からの排水過程における非湿潤相飽和率のモデル化に関する基礎研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 斎藤 裕亮，末包 哲也
  • 学会等名: 平成26年度資源・素材学会春期大会講演集
  • 発表場所: 東京大学（東京）
• [学会発表] X線CTを用いた多孔質内物質輸送特性に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 安藤 晋之介，末包 哲也
  • 学会等名: 平成26年度資源・素材学会春期大会講演集
  • 発表場所: 東京大学（東京）
• [学会発表] Effect of heterogeneity of porous media on gas permeation and entrapment (2013)
  • 著者名/発表者名: Mikami, Y., Deguchi, Y., Suekane, T.
  • 学会等名: The 24th International Symposium on Transport Phenomena
  • 発表場所: 山口東京理科大（宇部）
• [学会発表] X-ray microtomography of multiphase flow in porous media – CCS applications (2013)
  • 著者名/発表者名: Suekane, T.
  • 学会等名: The 4th International Workshop on X-Ray CT Visualization for Socio-Cultural & Engineering Environmental Material
  • 発表場所: 熊本大学（東京）
  • 招待講演