CO2の分離・回収と貯留・隔離技術 (2009)

  • (有)ブッカーズ 編, 2009: CO2の分離・回収と貯留・隔離技術 –低炭素社会を実現する最先端テクノロジーと展望– エヌ・ティー・エス, 266+7 pp. ISBN 978-4-86043-161-7.

地球温暖化の軽減策のうちの二酸化炭素回収隔離貯留(CCS)という技術についての研究がどのように進んでいるのか調べるために文献をさがしたところ、この本が見つかった。ただし値段が税こみ42000円だ。CCSに関する調査がおもな仕事ならばこのくらいは出費するかもしれないが、複数の仕事のひとつの参考文献としてはちょっと高すぎる[注]。幸い、わたしの非常勤先の図書館ですでに買っていたので、わたしはそれを利用することができた。

  • [注] 似た主題の本で、シーエムシー出版(www.cmcbooks.co.jp)のCO2固定化・隔離技術[わたしは直接見ていない]は2000年に59850円で出した本を2006年に3990円で、CO2固定化・削減・有効利用は2004年に68250円で出した本を2009年に3570円で、「普及版」として出しなおしたものである。ただし、ペーパーバックにするとともに縮小印刷されている。これは初版の値段がいかにも高かったという気がする。将来は電子版だけになりそうだが、今の状況では「普及版」程度のような形で出すのがいちばん読まれるのではないだろうか。

CCSの意義、総論、回収技術、地中貯留技術、海洋隔離技術にわたって、大学、国立研究所、民間企業などいろいろな立場の人が分担執筆していて、日本のCCS研究を展望するのには確かに参考になる。目次のうちまず章構成をあげておく。詳しい目次は折り返しのあとに示す。

第1講 CO2の分離・回収および隔離技術の国内外の動向と今後の見通し
第2講 CO2の回収・貯留を考慮したエネルギーシナリオと対策技術の評価
第3講 CO2回収のための高温膜式酸素製造技術
第4講 吸着法によるCO2の分離・回収技術
第5講 化学吸収法によるCO2の分離・回収技術
第6講 イオン液体物理吸収法によるCO2の分離・回収技術
第7講 CO2の地中貯留技術のコスト低減策と帯水層貯留技術
第8講 CO2の地中固定化技術(EOR) –油田へのCO2貯留とEOR–
第9講 CO2炭層固定化技術開発の現状と展望 –成果と課題について–
第10講 CO2の海洋隔離技術の現状と展望
第11講 CO2深海貯留のための洋上投入システムの開発事例

「章」でなく「講」とあるように、それぞれの専門家に講演してもらって筆記し、プレゼンテーションファイルの内容と合わせて編集したようだ。章にまたがった内容の調整はしていないらしく、講演の序論部分で他の章と似た内容が現われることも多い(ていねいに読めば著者間の認識のずれがわかるかもしれないが)。節の見出しの入れかたなどの点では編集はしっかりしているようだが、必ずしも完全ではなく、たまたま気づいたところで文献参照の注の番号があって実際の注がないところ(第10講の8番)があった。また文章に、講演として聞けば気にならないだろうが文としてのかかりうけがうまくいっていないところもあった。残念ながら、値段に見合った本のしあがりにはなっていないような気がする。

CO2回収技術(第3,4,5,6講)、地中貯留技術(第8講=油田、第9講=炭層)、海洋貯留のための装置開発(第11講)の章はいずれも、自分の実験の成果の報告を中心として、序論と結びの部分にその背景説明が添えられているようなものだった。しかし大隅多加志氏による第7講(地中貯留)と佐藤徹氏による第10講(海洋隔離)は、うしろのほうで自分のかかわった具体的な研究の紹介も含まれているが、第7講ではCCS技術の歴史と2005年に出たIPCCのCCSに関する特別報告書の位置づけ、第10講では海洋隔離の意味と社会的意思決定に関する課題であることの説明に重点がある。

折り返しのあとに詳しい目次を示す。

目次
第1講 CO2の分離・回収および隔離技術の国内外の動向と今後の見通し
/西尾 匡弘[産総研]
1. はじめに 3
2. 地球温暖化問題の本質とCO2排出の実体 5
2.1 IPCC第四次評価報告書
2.1.1 WG1 (自然科学的根拠)
2.1.2 WG2 (影響・適応・脆弱性)
2.1.3 WG3 (気候変動の緩和策)
2.2 CO2排出の実体
2.2.1 温室効果ガスの濃度変化
2.2.2 気候システムの変動
2.2.3 全球平均放射強制力の推定
2.2.4 温室効果ガスの排出量の動向
3. 世界平均気温の上昇による主要な影響 5
4. 温室効果ガス排出削減対策の全体像とCCSのニーズ 11
4.1 温室効果ガスの濃度安定化目標
4.2 IPCCの最も厳しい排出パスの検証
4.3 IPCCによる中長期シナリオの評価
4.4 分野別CO2排出緩和可能量
4.5 CO2累積排出削減量
4.6 CO2削減に向けた目標
4.7 CO2削減のための具体的対応策
5. CCS研究開発の動向 19
5.1 日本のCCSの動向
5.1.1 二酸化炭素地中貯留技術研究開発(第2期後期)
5.1.2 革新的ゼロエミッション石炭ガス化発電プロジェクト
5.1.3 二酸化炭素海底下地層貯留技術開発事業
5.2 世界のCCSプロジェクトの動向
5.2.1 ノルウェー
5.2.2 カナダ
5.2.3 アルジェリア
5.2.4 EU
5.2.5 エネルギー大臣会合共同声明
5.2.6 カナダ
5.2.7 中国
5.2.8 イギリス
5.2.9 日本
6. おわりに 27
第2講 CO2の回収・貯留を考慮したエネルギーシナリオと対策技術の評価
/藤井 康正[東大・工]
1. はじめに 31
2. CO2削減技術 31
3. 省エネルギーの推進 33
4. 省エネルギーのモデル化 35
5. 燃料転換 36
6. バイオマスエネルギー 38
7. 再生可能エネルギーへの燃料転換 39
8. 将来の原子力発電技術 41
9. 発電技術別のCO2排出量 42
10. CO2回収貯留(地中・海洋貯留) 42
11. CO2の回収プロセス 43
12. 100年後までのシミュレーション 45
12.1 不確実性に満ちた将来
12.2 試算ケースの設定
12.2.1 一次エネルギー生産量の推移
12.2.2 CO2の排出量および処分量の推移
12.2.3 発電部門からのCO2の排出量
12.2.4 大気中CO2濃度の推移と気温上昇幅・界面海面上昇幅
13. IPCC 51
13.1 IPCC SRESシナリオ
13.2 IPCC SRESシナリオ作成参加チーム
13.3 IPCC特別報告書での排出シナリオ
13.4 長期シナリオでCCSの導入量を決定する要因
13.5 2100年までのCO2累積貯留量
13.6 対策技術別の貢献度と対策費用
13.6.1 MiniCAMモデルとMESSAGEモデル
13.6.2 DNE21モデル
14. まとめ 56
15. おわりに 56
第3講 CO2回収のための高温膜式酸素製造技術
/伊藤 渉[新日鉄]
1. はじめに 61
2. 酸素分離の原理と特徴 61
3. 開発動向 62
4. 酸素分離膜材料の開発 64
4.1 酸素透過速度と結晶構造安定性
4.2 熱膨張係数制御
5. 酸素分離管 67
5.1 基本構造と作製プロセス
5.2 酸素分離特性(1) –高圧空気からの高純度酸素分離の実証–
5.3 酸素分離特性(2) –純酸素法による絶対値評価–
6. おわりに 72
第4講 吸着法によるCO2の分離・回収技術
/峯元 雅樹[九大・工]
1. はじめに 77
2. 研究の背景 78
3. 研究の流れ 80
4. 基礎試験 83
5. パイロット試験 86
6. シミュレーション結果 (1) 最適操作条件 88
6.1 各工程の吸着量の時間変化
6.2 定格時における最適操作条件
6.3 回収性能
6.4 吸着容量の影響
6.5 移動係数の影響
7. シミュレーション結果 (2) 負荷変動特性 97
8. おわりに 100
第5講 化学吸収法によるCO2の分離・回収技術
/八木 靖幸[関西電力]
1. はじめに 105
2. 温暖化対策の試み 105
2.1 環境方針
2.2 CO2排出量
2.3 ニューERA戦略
2.3.1 概要
2.3.2 原子力発電の利用率
2.3.3 火力発電所の熱効率
2.3.4 バイオマス混焼
2.3.5 CO2分離および固定化
2.3.6 省エネ支援の取り組み
2.3.7 海外での取り組み
3. 化学吸収法の原理とメカニズム 111
3.1 CO2分離・回収技術と固定化技術
3.2 化学吸収法
3.3 システム
4. 吸収液の性能向上とコスト削減 113
4.1 排煙脱炭パイロットプラント
4.2 ボイラー排ガス成分
4.3 設置図
4.4 研究項目
4.5 新吸収液の開発
4.5.1 開発手順
4.5.2 回収エネルギー
4.5.3 KS液のメカニズム
4.5.4 分子構造
4.5.5 熱安定性塩の生成速度
4.5.6 腐食試験
4.6 規則填材剤充填材の適用
4.6.1 吸収塔の圧力損失の低減
4.6.2 処理ガス量
4.7 再生塔省エネシステム
5. 実機プラント 121
5.1 プラントの導入
5.2 尿素プラントへの適用
5.3 商用機例
5.4 温暖化用途CO2回収装置
6. おわりに 124
第6講 イオン液体物理吸収法によるCO2の分離・回収技術
/金久保 光央[産総研]
1. はじめに 127
2. イオン液体とは 128
3. イオン液体のガス(CO2)吸収特性 129
3.1 イオン液体-ガス系の相挙動
3.2 イオン液体-ガス系の溶液構造
3.3 イオン液体におけるガス吸収効果 –体積変化と輸送現象の向上
3.4 イオン液体のガス吸収メカニズム
4. イオン液体を用いたCO2分離・精製システムの開発 138
4.1 プロセス・スキーム
4.2 アミン法との比較
4.3 従来の物理吸収液との比較
4.4 ガス分離・精製試験
5. 今後の展開と課題 142
6. おわりに 143
第7講 CO2の地中貯留技術のコスト低減策と帯水層貯留技術
/大隅 多加志[電中研]
1. はじめに 147
2. 帯水層への二酸化炭素の貯留という考え方 147
3. 二酸化炭素地中貯留の種々の実施方法 151
4. IPCCの特別報告書が依拠した二酸化炭素地中圧入の実例 154
5. スライプナーガス田での二酸化炭素帯水層貯留事業 155
6. 二酸化炭素の地中での挙動 158
7. 二酸化炭素の地中挙動の駆動力 159
8. 技術の現状と課題 162
9. 日本での二酸化炭素地中貯留 162
第8講 CO2の地中固定化技術(EOR) –油田へのCO2貯留とEOR–
/山本 正隆[石油資源開発]
1. はじめに 171
2. 原油について 171
2.1 油田の形成
2.2 ガス・原油の生産
3. 一次回収 173
3.1 排油メカニズム
3.2 生産量の推移
4. 二次回収(水攻法) 176
4.1 回収不能な原油
4.2 フィンガリング現象
4.3 キャピラリー・トラッピング
5. 三次回収 176
5.1 一次回収から三次回収まで
5.2 世界のEOR事例
6. CO2-EOR 179
6.1 CO2の密度
6.2 原油の粘性
6.3 原油の膨張
6.4 CO2ガスとのミシブル化
6.5 C5+成分
6.6 硫化水素の影響
6.7 トラッピングの解消
7. 世界のCO2-EORプロジェクト 185
7.1 アメリカ
7.2 カナダ
8. 日本におけるCO2-EOR 188
8.1 申川油田 # 秋田県、男鹿半島のつけね
8.2 油田特性
8.3 室内実験
8.3.1 流体実験
8.3.2 コア試験
8.4 現場実験
8.4.1 坑井配置
8.4.2 坑井の仕上げ方法
8.4.3 プロセスフロー
8.4.4 鳥瞰図
8.4.5 坑井テスト
8.4.6 生産推移
8.4.7 ブレークスルーの時期
8.5 結果解析のための測定
8.5.1 流体サンプル分析
8.5.2 物理検層
8.5.3 パルステスト
8.5.4 トレーサーテスト
8.5.5 ダウンホールビデオ
8.5.6 坑井間トモグラフィー測定
8.6 シミュレーション
8.6.1 その後の増油予測と効果比較
8.6.2 増油効果の評価
8.7 申川油田におけるまとめ
9. おわりに 203
第9講 CO2炭層固定化技術開発の現状と展望 –成果と課題について–
/小牧 博信[RITE]
1. はじめに 207
2. 背景 207
3. CO2炭層固定化技術開発の概要 208
3.1 背景
3.2 目的および目標と要素技術の開発
3.3 実施工程
4. CO2圧入予備実験の概要 210
4.1 予備実験サイトの選定 # 石狩炭田南部
4.2 炭層特性
4.3 予備実験のスケジュール
4.4 孔井(注入井・観測井)と地質構造
4.5 実験模式図
4.6 2004・2005年度CO2圧入試験結果
4.7 2006年度CO2圧入試験結果
4.8 2007年度CO2圧入試験結果
4.8.1 水圧破砕試験結果
4.8.2 CO2圧入実績
5. モニタリング 220
5.1 CO2挙動モニタリング
5.2 環境モニタリング
6. 今後の課題 221
6.1 CO2圧入条件
6.2 CO2注入性向上
6.3 CO2挙動モニタリング
6.4 CH4産出向上策
6.5 環境モニタリング
7. 経済性評価 223
8. おわりに 224
第10講 CO2の海洋隔離技術の現状と展望
/佐藤 徹[東大・新領域]
1. はじめに 229
2. エネルギー需要とCO2排出の予想 229
3. CCSとは 230
4. CO2海洋隔離の必要性 231
5. 海洋表層酸性化 232
6. 海洋隔離のコンセプト 235
7. 海洋隔離のリスク 237
8. 社会的受容性 240
9. おわりに 248
第11講 CO2深海貯留のための洋上投入システムの開発事例
/中島 康晴[海上技術安全研究所]
1. はじめに 252
2. プロジェクトの背景および概要 251
3. CO2深海投入法 252
3.1 CO2スラリーとは
3.2 CO2スラリーの液滴のサイズ
3.3 洋上投入システム開発の課題
4. スラリー投入ノズルの開発 255
4.1 ノズルの開発手順および実験装置の概要
4.2 予備実験の結果
4.3 二重管形スラリー投入ノズルのコンセプト
4.4 二重管形スラリー投入実験装置
4.5 CO2スラリーの調整および投入方法
4.6 投入実験
4.7 有効性確認実験のまとめ
4.8 ノズルおよび投入法の改良
5. スラリー液滴のサイズ制御、およびドライアイス含有率の推定 263
5.1 スラリーの液滴化法
5.2 ドライアイス含有率の推定
6. システム全体の評価 265
7. おわりに 266
索引 [索引-1..7]

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