Deep Unmineable Coalbeds in Japan: Potential CO2 Sink and Untapped Energy Resource

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1 Deep Unmineable Coalbeds in Japan: Potential CO 2 Sink and Untapped Energy Resource Hitoshi Koide 1 and Minoru Kuniyasu 2 1 Waseda University, Advanced Research Institute for Science and Engineering (RISE), Kikui-cho, Shinjuku-ku, Tokyo , Japan 2 Japan Petroleum Exploration Co. Ltd.(JAPEX), Shinagawa-Ku, Tokyo Japan Abstract Recent systematic explorations of oil and natural gas by Japan National Oil Corporation and other oil companies revealed that huge volumes of coal seams lie in the depths of Paleogene and Cretaceous sedimentary basins in central Hokkaido, off the Pacific coast of northeastern Honshu and northwest of Kyushu. Deep unmineable coal seams and coaly shale layers may provide possible sink for CO 2 sequestration and source for coalbed methane. Unmineable coal seams deeper than -1,200m and shallower than -3,000m in Japan exceed 300 Gtons that may store 10 Gtons of CO 2 and produce 3 Tm 3 of coalbed methane. Very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m in Japan are estimated to exceed 3 Ttons, which may contain 24 Tm 3 of coalbed methane. CO 2 sequestration potential of very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are more than 100 Gtons in Japan. Total volumes of deep unmineable coalbeds exceed tens to hundreds times of the shallow official coal reserves that are mineable with conventional drift mining or open-cut mining practices. Huge volumes of deep unmineable coal seams are potential sinks for CO 2 and also untapped enormous energy resources. Injected pure CO 2 behaves readily as a supercritical fluid around injection wells in deep coal seams. By the supercritical CO 2 -enhanced coal seam gas recovery (EGR) and in situ fire-free microbial gasification of coal, deep unmineable coal seams may provide CO 2 sink and methane source for the CO 2 emission-free closed-circuit power plant. New type of coal mine with borehole mining method is proposed to develop deep unmineable coalbeds. Keywords: CO 2, sink, coalbed, methane, EGR, Introduction Coal was the main domestic energy source in Japan a half century ago. Although Japan imports virtually all of coal now, coal reserves still remain in old coalfields. CO 2 sequestration into coal seams is one of the favored options for reducing atmospheric CO 2 emissions from power and industrial plants. Since 2002, the Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) implemented a national research and development project of CO 2 sequestration in coal seams in Japan [1]. A research team in the Advanced Research Institute for Science and Engineering (RISE) of Waseda University reanalyzed data of 1956 MITI nationwide systematic survey of coal reserves for the national R&D project. CO 2 sequestration capacities of coalfields in Japan were estimated from old geological and experimental data. Remaining coal seams in old coalmines are estimated to be able to adsorb about 600 Mtons of CO 2 in Japan[2]. 1

2 Explored but untapped coal seams are suitable for early application of CO 2 storage. A preliminary field test on CO 2 -ECBM is made for untapped coal seams in the methane-rich Ishikari coalfield in Hokkaido[1]. Major untapped coalfields in the Ishikari district, in the Kushiro-Oki coalfield offshore Hokkaido, in the Nishisonogi-Oki coalfield offshore Kyushu and in the Ariake coalfield under an inland sea in Kyushu may store 380 Mtons of CO 2 and may produce 84 Gm 3 of coalbed methane in total[2]. All major conventional coalfields in Japan may sequestrate about 1 Gtons of CO 2 and may produce 240 Gm 3 of coalbed methane in remaining coals in old coal mines and in untapped coalfields, combined[2]. Northwest Kyusyu Coal Nishisonogi-Oki Basins Tenpoku Tomamae Ishikari Sanriku-Oki Joban-Oki Northeast Japan Coal Basins Kushiro-Oki Figure 1 Simplified map of coal basins in Japan Deep unmineable coalbeds Recent systematic exploration of oil and natural gas by Japan National Oil Corporation and private oil companies revealed that huge volumes of coal seams lie deep in Paleogene and Cretaceous sedimentary basins which extend through central Hokkaido and along the Pacific coast of northeastern Honshu(Figure 1) [3]. Deep exploratory wells often encounter deep coal and coaly shale layers that attract geologists attention as source rocks of natural gas and oil, while conventional coal exploration neglected coal seams deeper than -1,200m as unmineable coal. However, deep unmineable coal seams and coaly shale layers may provide possible sink for CO 2 sequestration and source for coalbed methane. In the north central Hokkaido, the thick Eocene Haboro coal measure underlies the shallow Miocene Tenpoku coal measure in the Tenpoku area. The Eocene Haboro coal measure is found in the Tomamae area but lacks in the Enbetsu area between the Tenpoku and Tomamae areas(figure 2). The Cretaceous Hakobuchi coal measure is found in the Tenpoku and Enbetsu areas but lacks in 2

3 Rebun Chikappu Souya-oki-1 90 Masuhoro SK-1D Wakkanai the Tomamae areas. In the south central Hokkaido, the thick Eocene Ishikari coal measure underlies deeply the Ishikari Plain(Figure 3). Tenpoku onshore Rishiri 90 The authors estimated CO 2 Tenpoku sequestration potential of deep Tenpoku offshore unmineable coal 60 0 seams in the central Hokkaido Kitakawaguchi SK-1 30 area by exploration data for oil and natural gas[4]. 0 Unmineable coal Enbetsu seams deeper than -1,200m and shallower than - 3,000m are found 0 to reach as much as about 100 Gtons Tomamae onshore that may store Gtons of CO 2 and Teuri produce nearly 900 Yagishiri Gm 3 of coalbed Tomamae offshore methane in the central Hokkaido 60 area(table 1). Rumoi Very deep unmineable coal Total thickness 60 seams deeper than 30 士 -3,000m are 0 of coalbeds estimated to exceed 30km (m) 440 Gtons which may contain 4 T m 3 of coalbed methane Figure 2. Total thickness of deep unmineable coalbeds in the in the central Eocene Haboro coal measure in the northern central Hokkaido, Hokkaido area. Japan. Coalbeds are in depths between 1,200m and 3,000m at yellow CO 2 sequestration potential of very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 7 Gtons in the central Hokkaido area(table 2). Coal-bearing Paleogene sedimentary basins extend southward to Sanriku-Oki [5] and Joban-Oki [6] offshore areas east of the northeastern Honshu(Figure 1). Unmineable coal seams deeper than - 3

4 Shikotsu Lake Sapporo 0 Tomakomai Yufutsu Total thickness of deep coalbeds (m) Sorachi 30 Ishikari Yubari ,200m and shallower than - 3,000m may exceed 200 Gtons that may store 7 Gtons of CO 2 and may produce about 2 Tm 3 of coalbed methane in the central Sanriku-Oki deep coalfields, offshore of northeastern Japan. Very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 3 Ttons which may contain 20 Tm 3 of coalbed methane in the Sanriku-Oki area. CO 2 sequestration potential of very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 100 Gtons in the Sanriku-Oki area. The authors have not enough data even for rough estimation of coal volume in the Joban-Oki area, although thick coal seams are certainly found in the depth of the Joban-Oki sedimentary basin[6] km Figure 3. Total thickness of deep unmineable coalbeds in the Eocene Ishikari coal measure in the south central Hokkaido, Japan. Coalbeds are in depths between 1,200m and 3,000m at yellow areas. Coal-bearing sedimentary basins are expected to contain huge volume of deep unmineable coal also in the northwest Kyushu [7]. The northwest Kyushu coalbearing sedimentary basins extend west and southwestward under the East China Sea. The extent of deep coal in the East China Sea area is unimaginable. Preliminary estimation suggests that CO 2 sequestration potential of deep unmineable coal seams deeper than -1,200m and shallower than -3,000m in Japan would reach well past 10 Gtons into 300Gtons of coal with 3 Tm 3 CBM potential. Very deep unmineable coal seams deeper than - 3,000m may have more than 100 Gtons of CO 2 sequestration potential into 3 Ttons of coal with 24 Tm 3 CBM potential in Japan(Table 3). Huge uncertainties remain in the estimation of potential of deep unmineable coal. Method of utilization of deep unmineable coal is still to be developed. Preliminary survey in a rather small island in Japan revealed huge volume of hidden deep unmineable coal. World-wide survey is expected to reveal tremendous amount of hidden deep coal. If method of utilization is established, deep coal may provide new rich energy resources. 4

5 Table 1. CO 2 sequestration potential into deep unmineable coal seams in central Hokkaido (Depth interval: from -1,200m to -3,000m) Area Estimated coal reserve Coalbed methane CO 2 sequestration potential Tenpoku onshore 21 Gtons 210 Gm Mtons Tenpoku offshore 9 Gtons 71 Gm Mtons Enbetsu onshore 15 Gtons 83 Gm Mtons Enbetsu offshore 7 Gtons 42 Gm Mtons Tomamae onshore 34 Gtons 338 Gm 3 1,336 Mtons Tomamae offshore 8 Gtons 83 Gm Mtons Ishikari Plain 5 Gtons 56 Gm Mtons Total 99 Gtons 883 Gm 3 3,490 Mtons Table 2. CO 2 sequestration potential into very deep unmineable coal seams in central Hokkaido (Deeper than -3,000m) Area Estimated coal reserve Coalbed methane CO 2 sequestration potential Tenpoku onshore 123 Gtons 1,339 Gm 3 5,293 Mtons Tenpoku offshore 117 Gtons 1,168 Gm 3 4,618 Mtons Enbetsu onshore 7 Gtons 47 Gm Mtons Enbetsu offshore 46 Gtons 300 Gm 3 1,183 Mtons Tomamae onshore 8 Gtons 95 Gm Mtons Tomamae offshore 22 Gtons 259 Gm 3 1,024 Mtons Ishikari Plain 116 Gtons 1,648 Gm 3 6,516 Mtons Total 440 Gtons 4,856 Gm 3 19,197 Mtons 5

6 Table 3. Estimated remaining coal reserve in conventional coalfields and deep unmineable coal in sedimentary basins with coalbed methane potential and CO 2 sequestration potential in coal seams in Japan. Coal reserve CBM potential CO 2 sequestration potential Conventional coalfields <1,200m Deep unmineable coal 1,200m 3,000m Very deep unmineable coal >3,000m 27 Gtons 242 Gm 3 1 Gtons >300 Gtons >3,000 Gm 3 >10 Gtons >3,000 Gtons >24,000 Gm 3 >100 Gtons Conclusions Huge volumes of deep unmineable coal seams may not only provide potential sinks for CO 2, but also untapped enormous energy resources. Injected pure CO 2 behaves readily as a supercritical fluid around injection wells in deep coal seams. Supercritical CO 2 -enhanced coal seam gas recovery (ECGR) and in situ fire-free microbial gasification of coal can produce sufficient amount of methane for the CO 2 emission-free closed-circuit power plant [8]. New type of coal mine with borehole mining method is proposed for deep unmineable coalbeds. References [1] Koide, H., S. Nishimura, S.Satsumi, Z. Xue and X. Li., Carbon sequestration in coal seams in Japan and biogeochemical carbon cycle in Tertiary sedimentary basins, Greenhouse Gas Control Technologies, Elsevier Science Ltd., 2003, [2] Koide,H., T.Yamazaki, M. Kuniyasu, K.Aso and J.Chinju, Possibility of CO 2 sequestration into coal seams in Japan, Proceedings GHGT-7, 2004, 1-4. [3] Iijima, A. and R. Tada, Evolution of Tertiary sedimentary basins of Japan in reference to opening of the Japan sea, J. of Faculty of Science, Univ. of Tokyo,1990, [4] Koide, H. ed., CO 2 sequestration into deep unmineable coalbeds and combined methane recovery in Japan, Development Energy in Deep Geologic Formation Res. Cons., 2005, 180p. [5] Osawa, M., S. Nakanishi, M. Tanahashi and H. Oda, Structure, tectonic evolution and gas exploration potential of offshore Sanriku and Hidaka provinces, Pacific Ocean, off northern Honshu and Hokkaido, Japan, J. Japan. Assoc.Petrol. Technology, 2002,67, [6] Iwata, T., A. Hirai, T. Inaba and M. Hirano, Petroleum system in the Offshore Joban Basin, northeast Japan, J. Japan. Assoc.Petrol. Technology, 2002,67, [7] Iwata, T. and M. Kameo,Sequence stratigraphy and sedimentary process of coal-bearing sedimentary basins in northwest Kyushu, J. Japan. Assoc.Petrol. Technology, 2001, 66, [8] Koide, H. and K. Yamazaki, 2001; Subsurface CO 2 Disposal with Enhanced Gas Recovery and Biogeochemical Carbon Recycling, Environmental Geosciences Vol.8, No:3, p

7 CO 2 地中貯留と深部石炭 ガス複合資源開発 CO 2 Sequestration into Deep Unmineable Coalbeds and Combined Methane Recovery in Japan 2005 年 10 月 October, 2005 地殻深部エネルギー開発利用技術研究会 (Development of Energy in Deep Geologic Formation Research Consortium) 代表 : 小出仁 ( 早稲田大学理工学総合研究センター ) Editor/Author: Hitoshi Koide (RISE, Waseda University) 事務局 : みずほ情報総研株式会社 :MHIR Secretariat: Mizuho Information & Research Institute

8 CO 2 地中貯留と深部石炭 ガス複合資源開発の提案 目 次 地殻深部エネルギー開発利用技術研究会参加会員名簿 概要 /Summary 第 1 章深部エネルギー資源と地球温暖化防止 1-1 第 2 章 CO 2 地中貯留に関する経済性について シナリオ設定 シナリオ設定方法 個別シナリオ設定 ECBM プロジェクト規模 ( 坑井間隔 ) の想定 設定条件 年間で圧力 生産を完結する規模の試算 年間で圧入 精算を完結する場合の試算 ECBM の経済性評価 標準シナリオ シミュレーション計算によるメタン回収量の試算 ECBM 経済性評価結果 2-21 第 3 章深部炭層のポテンシャル 北海道中央部炭層のポテンシャル はじめに 深部石炭層の認識手法 北海道の石炭層伏在地域概説 道央部の深部石炭層各論 炭層固定可能性地域の摘出 炭層容積概算手法 炭層容積概算結果 CO 2 炭層固定ポテンシャルとコールベッドメタン資源の見積もり 日本の深部炭層のポテンシャル はじめに 三陸沖の深部石炭堆積盆 常磐沖の深部石炭堆積盆 九州北西地域の深部石炭堆積盆 3-60

9 3.2.5 まとめ 3-70 第 4 章研究計画の提案 CO 2 地中貯留サイトの探索とモニタリング はじめに 広域地質調査 ( 一次調査 ) 精密地質調査 ( 二次調査 ) 直前 ( オンサイト ) 調査およびベースライン調査 ( 三次調査 ) CO 2 圧入時モニタリング CO 2 圧入終了時のモニタリング CO 2 地中貯留サイトの検討 地域パートナーシップについて 環境リスクに関するコミュニケーションについて CO 2 地中貯留に関する 地域パートナーシップ の提案 新技術課題 はじめに CO 2 地中隔離に関する調査および研究開発 4-28 第 5 章地殻深部エネルギー開発利用技術研究会の今後の方向について 5-1 付録米国炭素隔離地域パートナーシップフェーズ 1 成果

10 地殻深部エネルギー開発利用技術研究会参加会員名簿 研究会代表 早稲田大学 小出仁 事務局 みずほ情報総研 所属部署 役職氏名 早稲田大学理工学総合研究センター客員教授小出仁 東京大学 大学院新創成科学研究科環境学専攻助教授 東京大学大学院工学系研究科地球システム工学専攻助教授 島田荘平 加藤泰浩 ( 財 ) 北海道科学技術総合振興センター 幌延地圏環境研究所所長 石島洋二 ( 独 ) 産業技術総合研究所 地圏資源環境研究部門 地質バリア研究グループ長 楠瀬勤一郎 地圏資源工学研究グループ長 當舎利行 産学官連携推進部門 産学連携コーディネーター 古字田亮一 エネルギー技術研究部門 分散システム研究グループ長 赤井誠 みずほ情報総研 社会経済コンサルティング部都市 地域室シニアマネージャー環境 資源エネルギー部持続型社会室室長 篠田淳二藤井崇 シニアコンサルタント 山本晃司 石油資源開発 環境エンジニアリング事業推進室 担当次長技術グループリーダー担当次長担当次長 井上尚久横井悟河合宏則国安稔 ( 独 ) 新エネルギー 産業技術総合開発機構 技術参与 ( 東洋大学国際地域学部教授 ) 久留島守弘 電源開発 エンジニアリング事業部地熱技術グループ 副部長 中西繁隆 副部長 戸高法文 東京電力 技術開発研究所設備基盤技術グループ主管研究員 関根裕治 東北電力 環境部環境企画 G 副長 庄司雄一 吉田泰隆 研究開発センターエネルギー 環境 G 安藤英児 北海道電力 総合研究所環境グループ主幹研究員 村山岳史 帝国石油 技術企画部主査 井上望 三井鉱山 技術統括部部長石炭 コークス部調査役専務取締役 ( 三井鉱山エンジニアリング ) 地質部部長 ( 三井鉱山エンジニアリング ) 山嵜謙一和田繁保坂駒夫古川一彦 応用地質 エネルギー事業部執行役員事業部長 吉岡正 技術センターセンター長 東宏幸 住鉱コンサルタント 技術開発部部長資源調査本部技術部部長 千葉昭彦水落幸広 大成建設 技術センター技術企画部部長 ( アライアンス担当 ) 飯星茂 三井住友建設 技術研究所土木研究開発部部長 中田雅夫 ( 財 ) 地球環境産業技術研究機構 (RITE) 研究企画グループ 調査 プロジェクト形成支援チーム主幹 阿部正憲 ( 財 ) 地球環境産業技術研究機構はオブザーバーとして参加

11 概 要 グローバル経済を支えてきた安価な石油の供給に翳りが見えてきているが 石炭はなお世界に比較的偏りなく豊富に存在する安価なエネルギー資源である しかし 石炭はCO 2 をもっとも多く排出する化石エネルギー資源であるため 温暖化防止の観点から使用が制約される惧れが出てきている このため 石炭などの化石エネルギー資源を利用しながら温暖化ガス排出削減が可能な技術として CO 2 地中貯留 ( 固定 隔離 ) 技術の開発が欧米各国で進められており 我が国でも開発が始まっている 石炭層は エネルギー資源としてだけでなく CO 2 地中固定の場としても注目されている 我が国では炭鉱はほとんど姿を消してしまったが 石炭が掘りつくされてはいない さらに 石油 天然ガス探査の副産物として 1,000mより深い地下深部に膨大な石炭が潜在していることが判明しつつある 北海道中央部の深部非可採炭層のうち比較的浅部 ( 深度区間 1,000m-3,000m) のみで約 1,000 億トンの石炭資源量があり そのコールベッドメタン量は約 9,000 億立方メートルと推定される 北海道中央部の深部炭層をCO 2 地中固定に利用すれば 比較的浅い深部石炭層 ( 深度区間 1,000m-3,000m) だけでおおよそ 35 億トンの CO 2 が固定できる 日本全体と周辺海域の比較的浅い深部石炭層 ( 深度区間 1,000m-3,000m) だけで 100 億トンのCO 2 固定が可能であり さらに深い深部石炭のCO 2 地中固定ポテンシャルは 1 千億トン以上になる可能性がある ( 表 ) 深度千メートル超の深部非可採炭層を従来方式の坑内採掘法で採掘することは経済的に困難であるが 多数の垂直ボーリングにより深部炭層からコールベッドメタンを採取し CO 2 を炭層に圧入固定するボアホール マイニング方式について 経済性を評価した 複数の深部石炭層を併せて 60m 程度以上の合計炭層厚さに同時圧入できる場合には リーズナブルなコストでCO 2 炭層固定が可能になる しかし 深部石炭 ガス複合資源開発の実現のためには さらに経済性を改善する必要があり 深部ボーリングコストを大幅に減らし 水平ボーリングや流体圧破砕などの技術開発により 少数の圧入井 生産井により大量のCO 2 地中圧入とガス生産を可能にする必要がある また 炭層に吸着されているメタンだけでなく 石炭中の揮発成分も抽出し 石炭地下ガス化の促進を研究するなど 炭化水素ガス資源の収量を増やす技術の開発も必要である また 温暖化ガス排出権の販売などにより 経済性を改善するために 温暖化ガス削減のための経済的仕組みが確立される必要がある CO 2 地中貯留 ( 固定 隔離 ) のためには 地質条件が適している事がもっとも重要であると考え 貯留サイトの選定と安全性や環境影響の評価のためのMM&V( モニタリングと検証 ) の方法を確立する必要がある CO 2 地中貯留を実施するにあたっては 地域住民との連携が重要であり 環境のリスクコミュニケーションを重視した取り組みを実践しなければならない そのための CO 2 地中貯留のための地域パートナーシップ を提案する 2005 年末から 2006 年にCO 2 地中貯留 ( 固定 隔離 ) 技術は 温暖化ガス削減方策として

12 国際的に認知される予定であり 実用化が急速に進むことになる それに対応して 我が国でも CO 2 地中貯留 ( 固定 隔離 ) 技術の実用化に向けた取り組みが必要であり 2010 年頃を目途として 以下のような技術開発を進める必要がある (1) CO 2 シール層の探索 評価 補修技術の開発 (2) CO 2 固定適地の探索 貯留ポテンシャルの評価 (3) CO 2 長期隔離性能 安全評価 アナログ研究 (4) CO 2 の高度固定技術の開発 (5) CO 2 固定による付加価値の開発 (6) 深部地下探索 利用技術開発 表 日本とその周辺における石炭埋蔵量と炭層メタン資源量 および炭層のCO 2 固定ポテンシャル 石炭埋蔵量 炭層メタン資源量 CO 2 固定ポテンシャル 浅部炭層 約 270 億トン 約 2400 億 m 3 約 1 0 億トン 1,200m 以浅 深部非可採炭層 3000 億トン以上 3 兆 m 3 以上 100 億トン以上 1,000m 3,000m 深部非可採炭層 3,000m 以深 3 兆トン以上 24 兆 m 3 以上 1 千億トン以上

13 Summary Recent systematic exploration of oil and natural gas by Japan National Oil Corporation and other oil companies revealed that huge volumes of coal seams lie in the depths of Paleogene and Cretaceous sedimentary basins in central Hokkaido off the Pacific coast of northeastern Honshu and northwest of Kyushu. Deep exploratory wells often encounter deep coal and coaly shale layers that attract geologists attention as source rocks of natural gas and oil, although conventional coal exploration neglected coal seams deeper than -1,200m as unmineable coal. However, deep unmineable coal seams and coaly shale layers may provide possible sink for CO2 sequestration and source for coalbed methane. The Development of Energy in Deep Geologic Formation Research Consortium estimated CO2 sequestration potential of deep unmineable coal seams in the central Hokkaido area by exploration data for oil a natural gas. Unmineable coal seams deeper than -1,200m and shallower than -3,000m are found to reach as much as about 100 Gtons that may store 3.5 Gtons of CO2 and produce nearly 900 Gm 3 of coalbed methane in the central Hokkaido area. Very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 440 Gtons which may contain 4 T m 3 of coalbed methane in the central Hokkaido area. CO2 sequestration potential of very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 7 Gtons in the central Hokkaido area. Coal-bearing Paleogene sedimentary basins extend southward to Sanriku-Oki and Joban-Oki offshore areas east of the northeastern Honshu. Unmineable coal seams deeper than -1,200m and shallower than -3,000m may exceed 200 Gtons that may store 7 Gtons of CO2 and produce about 2 Tm 3 of coalbed methane in the central Sanriku-oki deep coalfields, offshore of northeastern Japan. Very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 3 Ttons which may contain 20 Tm 3 of coalbed methane in the Sanriku-oki area. CO2 sequestration potential of very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m are estimated to exceed 100 Gtons in the Sanriku-oki area. Coal-bearing sedimentary basins are expected to contain huge volume of deep unmineable coal in and off the northwestern Kyushu. Preliminary estimation suggests that CO2 sequestration potential of deep unmineable coal seams deeper than -1,200m and shallower than -3,000m in Japan would reach well over 10 Gtons (Table). Very deep unmineable coal seams deeper than -3,000m may exceed 100 Gtons of CO2 sequestration potential in Japan.

14 Huge volumes of deep unmineable coal seams may not only provide potential sinks for CO2, but also untapped enormous energy resources. Injected pure CO2 behaves readily as a supercritical fluid around injection wells in deep coal seams. Supercritical CO2-enhanced coal seam gas recovery (ECGR) and in situ fire-free microbial gasification of coal can produce sufficient amount of methane for the CO2 emission-free closed-circuit power plant. New type of coal mine with borehole mining method is proposed for deep unmineable coalbeds. Table Estimated remaining coal reserve in conventional coalfields and deep unmineable coal in sedimentary basins with coalbed methane potential and CO2 sequestration potential in coal seams in Japan. Conventional coalfields <1,200m Deep unmineable coal 1,000m 3,000m Deep unmineable coal >3,000m Coal reserve CBM potential CO2 sequestration potential 27 Gtons 242 Gm 3 1 Gtons >300 Gtons >3,000 Gm 3 >10 Gtons >3,000 Gtons >24,000 Gm 3 >100 Gtons

15 第 1 章深部エネルギー資源と地球温暖化防止 2005 年 9 月 26 日にカナダのモントリオールで開催された国連の 気候変動に関する政府間パネルIPCC 総会で 二酸化炭素回収貯留特別報告書 (IPCC Working Group Ⅲ 2005) が承認され 公刊されることになった IPCCは報告書の中で CO 2 の回収 貯留 (CCSと略称される ) が温暖化対策に大きく貢献する可能性があると指摘し CO 2 地中貯留が即効性を持つ温室効果ガスの大幅削減方策として国連により認められた CCSは 化石燃料を使用しつつ温暖化ガス排出をほとんどゼロにできるという大きな長所をもつが 回収 輸送 圧入のためのエネルギーを消費する欠点がある 小出 (1989) は 日本で活用されている水溶性天然ガス田 ( 水溶性ガス田は メタンを溶解した塩水地下水を砂層中などに貯留しており 日本の千葉県 新潟県 宮崎県でメタンガス資源として採取 利用されている 同様に メタンを溶解した塩水帯水層は 世界中に広く存在するが 日本以外ではエネルギー資源としても水資源としてもほとんど利用されていない ) にCO 2 を地中貯留し 代わりに塩水中のメタンを採取して エネルギー ロスを補うことを提案した これはCO 2 地中貯留の提案として 世界でも初期の提案であるが 小出らはボランティアの参加者を集めてCO 2 地中処理検討会を組織し 世界で初めて具体的なCO 2 地中貯留システムの概念設計を行った それに基づいて経済性評価を行って比較的リーズナブルなコストでCO 2 地中貯留が可能なことを示し さらに世界の塩水帯水層の貯留ポテンシャルがコンザーバティブに見積もっても三千億トン以上あり 有効な温室効果ガス削減手段であることを1992 年の第 1 回二酸化炭素削減国際会議 (ICCDR-1, アムステルダム ) で発表した (Koide et al., 1992) 初めて実行可能な大量温室効果ガス削減技術が現れたことにより 国際会議の空気が変わったと評価され 以後の二酸化炭素削減国際会議 (ICCDR) とその後の温室効果ガス管理技術国際会議 (GHGT) でCO 2 地中貯留関係の発表が毎回急速に増加することとなり 2004 年にカナダのバンクーバーで開かれた第 7 回温室効果ガス管理技術国際会議 (GHGT-7) では CO 2 地中貯留関連の発表が半数以上を占めるようになっている CO 2 地中処理検討会のメンバーは 主査小出が属していた旧通産省工業技術院地質調査所と同化学研究所 ( いずれも 現在は独立行政法人産業技術総合研究所に統合されている ) の他 電源開発株式会社 三菱重工業株式会社 関東天然ガス開発株式会社 およびオブザーバー参加の新エネルギー 産業技術総合開発機構 (NEDO) であった (CO 2 地中処理検討会 1993) その後 エンジニアリング振興協会等により検討が続けられ 日本の帯水層へのCO 2 地中貯留ポテンシャルは約 900 億トンと見積もられた (Tanaka et al., 1995) 年 9 月より北海のノルウェー域内のスレイプナー天然ガス田で 温室効果ガス排出削減を目的とした帯水層へのCO 2 地中貯留が年間 100 万トン規模で開始されたことが CO 2 地中貯留の実行性を認識させ 開発が世界中で急速に進展した また 米国ニューメキシコ州のサンファン炭田で 1995 年から2001 年にかけてCO 2 を炭層に圧入し 天然に炭層に吸着し 1-1

16 ているメタンを追い出して回収し 代わりにCO 2 を炭層に吸着固定する一石二鳥の技術のパイロットテストが行われ 成功したことで 新しい未利用天然ガス資源の活用による温室効果ガス削減技術への期待が高まった 最近の石油価格高騰は ハリケーンなどの短期的な影響もあるが 中国やインドおよび米国の輸入の急速な増大傾向に対して 中東や北海等の原油生産余力が少なくなっているように見え 長期的な需給問題が顕在化してきている可能性がある 石油は液体であるため取り扱いやすく 中東などの超巨大油田から 巨大タンカーにより世界各地に極めて安価に運搬できる 軽量で強力なきわめて良質のエネルギー源である石油のおかげで 自動車文化が花開き 航空機により世界は狭くなった 安価な石油に支えられて 経済 社会のグローバル化が進んだ エネルギー源の多様化により 石油価格高騰の社会的衝撃は 前の石油ショックの時ほどではないが 石油の高値が続けば経済的影響は大きい 化石エネルギー資源は有限な資源であるが 化石エネルギー資源になりうる炭化水素 炭素の集積は地下に膨大に存在する したがって 安価な石油を支えてきた超巨大油田の生産が衰退期に入り 石油の価格が長期的に上昇すれば 代替の炭化水素エネルギー資源開発が可能になってくる ( 図 1-1) 炭化水素エネルギー資源は 富士山のような山にたとえることができる 図 1-2 で 高さはエネルギー資源としての品質を示し 水平方向の広がりは資源量を概念的に表している 山頂付近にある高品質で利用しやすい超巨大油田の石油が枯渇してくれば 極地や海底などの油田 ガス田の開発や超重質油やオイルシェールのような代替のエネルギー資源の開発が可能になる 実際に 開発は既に行われつつあるが 今後さらに探査や技術開発に大きな投資が必要になっている 石炭は 世界中に広く豊富に存在するエネルギー資源である しかし 固体であるために石油に比較して採掘 運搬に不便であり そのままでは自動車の燃料として使えない さらに CO 2 の排出が化石燃料資源の中でも最大であるという問題がある 石炭は資源量より むしろ温暖化ガス排出のために利用が制約される恐れがある しかし 米国は 豊富な石炭から発電と水素製造を行い 発生するCO 2 を地中貯留する技術とインフラを整備して ゼロエミッションの水素社会を構築する方針を打ち出している 水素社会化にはインフラ整備に莫大な投資が必要であり 長期的な計画であるが 温暖化ガス排出を削減しつつ国産資源の石炭を活用して 石油代替にしようという努力の現れである 英国でも 北海の天然ガスで発電と水素製造を行い CO 2 は老朽化しつつある北海油田でEORに利用して ゼロエミッションで北海油田を再生する計画を発表している 日本の現在の経済繁栄は石油のおかげであるというと 逆説的に聞こえるかもしれない しかし 石油が安価で自由に買えることが日本にとって重要であることは明らかである そのために日本ができることは多くはないが 技術開発は世界的に貢献できる分野である 我が国は資源に乏しいと言われている エネルギー資源として十分に貢献できるようにするためには コストと資源量が重要であるが 我が国のエネルギー資源の多くが コストと資源量に劣ることは確かである 現在技術開発中のメタンハイドレートは 日本付近の 1-2

17 海底にも膨大な資源量が推定されるため 期待が大きい しかし 深海底の地下に薄く広がっているため 低コストで採取できるようになるためには画期的な技術開発が必要であろう わが国において 油断 時代に対応する 十分なエネルギー資源規模を持つ もうひとつのゼロエミッション代替エネルギー資源開発として 深部石炭 ガス複合資源開発を提案する 深部石炭 ガス複合資源は 後述のように我が国においても十分な資源規模を有する 1,000m 級の地下深部にあるが 陸域あるいは比較的浅い海底下に存在し エネルギー密度も比較的高いために 技術的には開発は比較的容易と思われる しかし 地下深部の石炭 ガス複合資源の効率的な開発のためには 新しい技術開発が必要である 従来型の炭鉱のように 人間が地下に直接立ち入って掘り出すことは 数千メートルの深部では高コストであり 安全性にも問題がある しかし 石炭は固体であるので 石油や天然ガスと異なり ボーリングをしただけでは汲み出すことができない コールベッドメタンも浸透性の低い石炭中に吸着されているので 採取は容易ではない そこで 高圧の超臨界 CO 2 を圧入して コールベッドメタンや深部石炭中の揮発成分を採取する技術の開発を提案する この技術は 温暖化ガス削減と未利用エネルギー資源開発の双方に貢献できる一石二鳥の技術である 温暖化ガス排出権の販売と炭化水素エネルギー資源の販売の両方により 深部開発のコストを賄えるようになる可能性がある このためには 温暖化ガス削減のための施策が確立され 比較的高いエネルギー価格が維持されることが前提になるが そのような環境は実現しつつある 我が国でも 2000 年から経済産業省の委託により地球環境産業技術研究機構 (RITE) がエンジニアリング振興協会 (ENAA) の協力を得て 二酸化炭素地中貯留研究開発 プロジェクトが開始され 新潟県長岡で深度約 1,200mの帯水層にCO 2 地中貯留をする現場実験が行われている ( 地球環境産業技術研究機構 2001) さらに 2001 年からは経済産業省資源エネルギー庁の委託により関西総合環境センター (KANSO 現在は環境総合テクノスに改称) が石炭エネルギーセンター (JCOAL) の協力を得て 二酸化炭素炭層固定化技術開発 プロジェクトが開始され 北海道夕張で深度約 800mの石炭層中にCO 2 を圧入してCO 2 炭層固定を行い 炭層メタンを代わりに回収する現場実験を行っている ( 関西総合環境センター 2004) ( 環境総合テクノス 2004) 本報告書の研究は 温室効果ガス排出削減技術開発のための上記の二つの国家研究開発プロジェクトをはじめとした国内外の先行研究に依拠しているが 特に 二酸化炭素炭層固定化技術開発 の成果に負うところが大きい しかし 本報告書の内容は ボランティアのメンバーによる私的な研究組織である 地殻深部エネルギー開発利用研究会 ( 代表 : 小出仁 ) の独自見解であり 文責は当研究会にあることを付記する 1-3

18 ( ドル / バレル ) EOR 回収率 60% まで 超重質油 シェールシェールオイルオイル 未 EOR 回収率 50% まで 超重質油タールサンドタールサンドビチューメンビチューメン 既生産量 残存 確認 埋蔵量 未発発見見量量 ( 出所 ) Chevron.S.P.Holms ( 出所の発表資料のデータに基づいて )Chevron.S.P.Holms の発表資料のデータに基づいて作成作成 ( 兆バレル ) ( 出所 : 第 1 回需給部会 ( 平成 15 年 12 月 8 日 ) 配布資料 日本エネルギー経済研究所 ) 図 1-1 在来 非在来資源と石油価格の関係 ( エネルギー総合工学研究所 2005) 石油の枯渇 深部開発 EOR 大水深 極地 天然ガス GTL DME 価格上昇 オイルサンド 重質油等 ( バイオマス ) 深部石炭からガス 水素 メタンハイドレート 図 1-2 石油の枯渇と代替エネルギー資源 1-4

19 < 参考文献 > 地球環境産業技術研究機構(2001) 二酸化炭素地中貯留研究開発 平成 12 年度新エネルギー 産業技術総合開発機構委託成果報告書 613p. CO 2 地中処理検討会 (1993): 特集 :CO 2 の地中貯留 地質ニュース 462 号 p エネルギー総合工学研究所 (2005): エネルギー基本戦略に関する調査報告書 72p. IPCC Working Group Ⅲ(2005):IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, Summary for Policymakers, Montreal, Canada. 関西総合環境センター(KANSO) 2004: 平成 14 年度二酸化炭素炭層固定化 有効利用技術等対策事業費補助金二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書.322p. 環境総合テクノス(KANSO 旧称: 関西総合環境センター ) 2004: 平成 15 年度二酸化炭素炭層固定化 有効利用技術等対策事業費補助金二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書 p 小出仁 (1989) 地中へのガス状廃棄, 地球温暖化問題ハンドブック ( アイピーシー ) p Koide, H., Tazaki, Y., Noguchi, Y., Nakayama, S., Iijima, M., Ito, K., and Shindo, Y. (1992) Subterranean containment and long-term storage of carbon dioxide in unused aquifers and depleted natural gas reservoirs, Proc. ICCDR-1, Energy Conversion and Management, 33, 5-8, p Tanaka,S., Koide,H. and Sasagawa, A. (1995), Possibility of CO 2 Underground Sequestration in Japan, Proc. ICCDR-2, Energy Conversion and Management, 36, p

20 第 2 章 CO 2 地中貯留に関する経済性について 2.1 経済性評価手法 シナリオ設定方法経済性の評価に際しては 下記のフローに基づきそれぞれのプロセスにおけるシナリオを想定し その組合せにより経済性の評価を実施する ( 図 ) 基本的には 国内のCO 2 地中貯留 特にCO 2 炭層固定に関して実現可能性のある条件を設定することとする この中で 炭層固定に係わるシナリオ ( 条件設定 ) については 図 に示すとおり 現状で入手可能なデータやモデルを利用し より詳細で現実的なシナリオを設定する CO2 発生源シナリオ CO2 分離 回収シナリオ CO2 輸送シナリオ CO2 貯留シナリオ エネルギー回収シナリオ エネルギー輸送 利用シナリオ 貯留対象とする CO2 発生源の想定シナリオ 基本的には火力発電所を想定 発生した CO2 を分離する条件の設定 貯留能力等に応じて施設規模等を見直し 発生源と貯留地の輸送方法と距離の設定 国内での貯留を考慮して船舶輸送は除外 主要な貯留手法に応じた条件を設定 炭層貯留の場合はより具体的に設定 評価 CBM/ECBM を実施した場合の回収想定 貯留シナリオと連動 需要地への輸送と利用の条件を想定 図 経済性評価のシナリオ 1

21 基礎試錐データ 代表的な炭層モデル瀝青炭深度 1000m 層厚 10m 浸透率 0.1md, 1md, 10md ガス量吸着特性既存のデータから 発電所モデル ( 圧入 CO2 量 ) 50 万 kw= 排出量 300 万 t/year 10%=30 万 t/year =820t/day 単一坑井での隔離シミュレーション圧力一定 =3MPa での CO2 圧入量計算 (10-20year) 分離回収の CAPEX/OPEX 坑井数 坑井間隔計算 標準的な坑井間隔 掘削コスト ( 陸上 深度ごと ): 掘削コスト (ERD): 圧入の CAPEX ECBM シミュレーション 5 点法でのガス生産量計算 ガス生産の Income 圧入の OPEX 輸送の CAPEX( 赤井氏ペーパー ) 図 炭層貯留及び ECBM に係わる具体的シナリオ設定手法 ( 炭層厚 10m の例 ) 2

22 CO 2 地中貯留 特にCO 2 炭層固定においては 好適な炭層が存在することが何よりも重要である 北海道や九州などの旧炭田地域には 地下にはまだ石炭層が存在する さらに 旧炭田地帯の周囲や海底にも地下深部に石炭層が広範に存在することがわかってきている 日本では 地下 1,200mより深い炭層は 深部非可採炭層とされ 石炭資源量に算入されてこなかった しかし 深部非可採炭層もCO 2 炭層固定と炭層メタン増進回収 (ECBM ) の対象になる CO 2 炭層固定のためには 深部炭層は長期隔離に有利であるが 経済的には不利と思われる この予備研究では CO 2 炭層固定の対象炭層の深度を 可採炭層の下限である深度 1,200mとする 日本の炭鉱で採掘していた石炭層は厚いものでも数メートルの層厚しかなく 数十 cm 程度の厚さの炭層も掘られてきた しかし 夾炭層中には一般に複数の炭層が存在し 炭鉱で採掘の対象になった炭層は そのうちで厚くて品質の良い炭層だけあった CO 2 炭層固定と炭層メタン増進回収 (ECBM) の対象としては 品質がやや悪い炭層や 薄くても近接している炭層は一連の貯留層として扱うことができると考えられる すなわち 旧炭鉱で採掘されていた時より CO 2 炭層固定のためにはかなり厚い貯留層として扱える夾炭層がかなりあると考えられる このような事情を考慮して この経済試算では 標準炭層として層厚 10mの石炭層を基準ケースとして設定した CO 2 - ECBM の場合には 近接した複数の炭層は一連の貯留層として扱うことができると思われる しかし 最近の石油 天然ガス探査によって 第 3 章に述べるように 北海道や三陸沖などの多くの地域で 合計層厚が 60m~90m 以上に達する深部非可採炭層が広く分布することが判明してきた 層厚 60m~90mといっても 複数の炭層を合計した厚さであるが CO 2 炭層固定と炭層メタン増進回収 (ECBM ) の対象としては十分である そこで 深部炭層ケースとして層厚 60mのケースを設定した 個別シナリオ設定 (1) CO 2 発生源シナリオ炭層での一日当りの貯留可能量 ( 圧入可能量 ) は 現実的には大規模な火力発電所からのCO 2 を全てまかなうことは容易ではないと想定される また 輸送コスト等を考慮すると 貯留地点との距離が短いことが求められる このため 中規模の火力発電所として 25 万 kw 50 万 kwの規模を想定すると 図 の石炭火力発電所のCO 2 排出原単位を用いてCO 2 排出量は表 のとおりとなる 稼働率を考慮して 1 百万 t-co 2 / 年 ~5 百万 t-co 2 / 年の二酸化炭素貯留量が発生源シナリオとして想定される 3

23 表 石炭火力発電所でのCO 2 発生源シナリオ 出力 稼働率年間発電量 CO 2 排出量 250,000 kw 100% 2,190,000 MWh/y 2,135,250 t-co 2 /y 5,850 t-co 2 /d 250,000 kw 50% 1,095,000 MWh/y 1,067,625 t-co 2 /y 2,925 t-co 2 /d 500,000 kw 100% 4,380,000 MWh/y 4,270,500 t-co 2 /y 11,700 t-co 2 /d 500,000 kw 50% 2,190,000 MWh/y 2,135,250 t-co 2 /y 5,850 t-co 2 /d 想定する A 火力発電所 ( 石炭火力 ) は 25 万 kw B 発電所 ( 石炭火力 ) は 35 万 kw の出力を持つ 燃料設備 運用 CO2 排出量 (kg-co2/kwh) 石炭火力 石油火力 LNG 火力 LNG コンバインド 太陽光 風力 原子力 地熱 水力 図 日本の電源別 CO 2 排出量 ( 電力中央研究所報告書をもとに作成 ) 4

24 (2) CO 2 分離 回収シナリオ火力発電所におけるCO 2 分離 回収の技術的な想定としては Akai, et.al の文献を用いて各発電方法別に表 の分離 回収施設を設定する 通常の石炭火力に対応する施設としてはPCFを想定し 分離 回収技術にはFGC(flue gas capture) もしくはOxyfuel(O 2 /CO 2 combustion) を考慮する 分離 回収については 表 を想定する施設能力に 0.7 乗則を用いて換算すると とともに 円ベースでのコストを評価する Power Plant 表 CO 2 分離 回収のコスト評価 ( 発電能力 60 万 kw) Specification & CO 2 capture technology Net efficiency (HHV) Selected system Capital cost LNG-CC 1,350 C class gas turbine; 46.5 % FGC (chemical absorption) $168M Ultra Super Critical Boiler FGC (chemical absorption) $290M PCF 316 kg/cm 2, 593/593/593 C; 40.9 % Oxyfuel $333M PFBC 850 C class gas turbine; 41.5 % FGC (chemical absorption) $290M OB-IGCC 1,350 C class gas turbine; 43.0 % PCC (physical absorption) $128M AGC + FGC (chemical IGFC 700 C class MCFC; 53.1 % $76M absorption) LNG-CC: Liquid Natural Gas Fueled Gas Turbine Combined Cycle Plan PCF: Pulverized Coal Fired Plant PFBC: Pressurized Fluidized Bed Combustion Combined Cycle Plant IGCC: Integrated Coal Gasification Combined Cycle Plant IGFC: Integrated Coal Gasification Molten Carbonate Fuel Cell Plant ( 出典 )Akai, et.al

25 (3) CO 2 輸送シナリオ CO 2 の輸送に関する想定としては 基本的に地上でのパイプライン輸送を考慮する Akai, et.al の文献では表 のとおり パイプライン施設方法 輸送距離に応じたコストが評価されている 輸送距離 10km A 発電所を想定 20km B 発電所を想定 0km( オンサイト ) 貯留地点に発電所がある場合を想定 表 パイプライン及び圧入パイプのコスト試算 Case Transport distance 100 km 500 km 1 Spec. Cost Underwater pipeline Compressor 10 Underwater pipeline 300 φ MW φ MW 3,083 (M$) Compressor Spec Cost Injection pipe (3000 m) Pumps 6 Injection pipe φ kw (M$) Pumps Injection pipeline 550 φ φ 2 Spec Compressor MW 290 MW 4 Cost (M$) Injection pump Injection pipeline Compressor 10 Injection pump 7 MW MW Injection pipeline 600 φ 1 Spec Pumps MW 5 Cost (M$) Injection pump Injection pipeline Pumps 6 Injection pump 7 MW ( 出典 )Akai, et.al

26 (4) CO 2 貯留シナリオここでは ECBM 等のエネルギー回収を考慮しない場合のCO 2 貯留コストを評価するためのシナリオを設定する Akai, et.al の文献では表 のとおり 圧入に関するコストが設定されている これは炭層貯留以外のケースとして利用することとし 炭層貯留に関しては 別途詳細なシナリオを設定する 表 圧入等に関するコスト Diesel engine: Efficiency: 35% [HHV] Power supply in ocean Fuel: Heavy oil A platform for CO 2 injection Calorific value: 9,300kcal/m 3 N Cost: 2.92 cents/mcal Gas turbine: Efficiency: 28% [HHV] Power supply in liquid CO 2 Fuel: Natural gas unloading platform Calorific value: 9,800 kcal/m 3 N Cost: 0.42 cents/mcal Service life; annualized expense ratio Pipeline: 25 yrs; 11% Others: 15 yrs; 16% ( 出典 )Akai, et.al

27 (5) エネルギー回収シナリオここでは CBM もしくは ECBM におけるエネルギー回収に係わる経済性を評価するためのシナリオを設定する ECBMの場合には CO 2 貯留コストと合わせて考慮すべきコスト項目が想定される 今回の経済性評価では CO 2 貯留コストを主に考慮し エネルギー回収コストはトータルでのECBM コストからCO 2 貯留コストを引いたコストを評価することとする なお CBM コストについては ECBM との比較のために評価する (6) エネルギー輸送 利用シナリオ都市ガスの供給コスト及び販売収入を元として 炭層から回収したエネルギーの販売に係わる経済性を評価するためのシナリオを設定する 輸送距離 75km A 火力発電所がある A 市 C 市への輸送を想定 60km A 火力発電所がある A 市 D 市への輸送を想定 10km A 市内 ( 人口 2 万人 ) を想定 0km( オンサイト ) 生産地点でメタンを利用できる場合を想定 利用シナリオ既存都市ガス施設を利用新規供給施設を敷設 8

28 2.2 ECBM プロジェクト規模 ( 坑井間隔 ) の想定 先に示した 一般的なシナリオが国内での炭層貯留のシナリオとして どの程度実現可能性 があるか シミュレーション条件設定のための検討を行った 設定条件 (1) CO 2 最大固定量 ARCのSingle Wellを使用した現場試験では CO 2 がブレークスルーする時点でCO 2 は 5 点法のパターン面積の 70% を掃攻するとしている また CO 2 掃攻ゾーン内で 80% のメタンがCO 2 に置換されるとしている したがって パターン面積内メタンの 56%(80% 70%) の回収が期待される 以上の仮定から CO 2 最大固定量 = 70% CO 2 吸着能力 (m 3 / 石炭 t) CH 4 最大回収量 = 56% CH 4 吸着能力 (m 3 / 石炭 t) (2) 石炭吸着量 ( 仮定値 ) CH 4 = 10 m 3 / 石炭 t = 13 m 3 / 石炭 m 石炭密度 1.3 t/m 3 CO 2 = 20 m 3 / 石炭 t = 26 m 3 / 石炭 m 3 (3) 石炭面積当りの固定量と回収量炭層の厚さ = 10 m( 仮定値 ) CH 4 = % = 72.8 m 3 / 石炭面積 m (1) CO 2 = % = 182 m 3 / 石炭面積 m (2) (4) 石炭火力発電所からのCO 2 排出量 30 万 ton/yrと仮定する 822ton/d(42 万 m 3 /d) ( 参考 )E 発電所 稼働率 25% 100 万 kw からの炭酸ガス排出量 = 2,296,800 t/yr =1,172 百万 m 3 /yr = 3,210,000 m 3 /d (CO 2 :@1.96 kg/m 3 1 yr = 365 days) (5) CO 2 圧入能力ここでは坑井 1 本当たりの圧入可能量を 3,000 5,000 および 10,000m 3 /dの 3 水準を想定する ( 参考 )ARC のフィールドテストの例過去に行われたARCの圧入テストでは 1 日おきに 12 回にわたって 15 トン (7754 m 3 ) を平均 5.4 時間かけて圧入した 連続圧入ではなく 5.4 時間圧入 42.6 時間停止というサイクルを繰り返していたことと 圧入時の圧力上昇および停止時の圧力フォールオフの状況がわからないが 単純に 7754/5.4 24=34,000 m 3 /dのレートの連続圧入は困難だと思われる 9

29 年間で圧入 生産を完結する規模の試算 (1) 坑井数試算 a. 圧入井数圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) CO2 排出量 (m 3 /d) 3,000 5,000 10, 万 b. 生産井数 5 点法のリピーティドパターンとして 圧入井と同数とする 坑井数が少ないときには 配置上同数にならないが 特殊性を考えると煩雑なので ここではすべて同数とする (2) 1 年間に CO 2 吸着に必要とする石炭層面積 ( 層厚 10 m の仮定 ) 石炭層面積 (m 2 /yr)=co 2 排出量 (m 3 /yr) 182 (m 3 /m 2 ) (2) より 石炭層面積 (m 2 /yr)=153 百万 182=84 万 ( 約 920m 四方 ) (3) 圧入井間隔 (5 点法 ) 圧入井間隔 (m) = [ 圧入能力 (m 3 /d) 365 (d/yr) 182 (m 3 /m 2 )] 0.5 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 3,000 5,000 10,000 圧入井間隔 (m) 年間で圧入 生産を終了する 5 点法の 1 ユニットの大きさを表す (4) 生産井 1 坑あたりメタン生産量 メタン生産量 (m 3 /d/ 坑 )= 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 182 (m 3 /m 2 ) 72.8 (m 3 /m 2 ) (1) より 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 3,000 5,000 10,000 生産井間隔 (m) メタン生産量 (m 3 /d/ 坑 ) 1,200 2,000 4,000 (5) 考察以上の試算では排出量を年間 30 万トンで固定と想定している 実際には火力発電所は 100% 稼働でなく 前述 E 発電所の例では稼働率は 25% である 排出量の総量は発電出力に応じた排出量に稼働率を乗じて算定されるが 運転時は 100% 稼働状態のCO 2 が排出されることに留意しなければならない 坑井の圧入能力 プラント規模を考える場合 稼働率を乗じた発電出力で 100% 稼動と考えたほうが オペレーション上の効率がよいし考えやすい すなわち 例えば 25% の稼働率ならば 20 万 kwの場合 5 万 kwで連続運転すると考えないと 坑井の圧入能力が上で求めたような数字でなく 4 倍の能力が必要になって現実的でなくなる これは 例えば数台の発電機がある発電所で その時運転中のボイラー排気から一部 (5 万 kw 相当量 ) のCO 2 を処理すると考えてもよい 10

30 しかし 1 年間で坑井が使用終了というのは あまりにも効率が悪い 次の 1 年で場所を移 動して多くの坑井を掘りつづけるというのは 掘削費を考えると無駄が多い 以下に坑井の使用期間を 10 年とした場合の試算を示す 年間で圧入 生産を完結する規模の試算 (1) 坑井数試算 (1 年終了ケースと同じ ) a. 圧入井数圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) CO2 排出量 (m 3 /d) 3,000 5,000 10, 万 b. 生産井数 5 点法のリピーティドパターンとして 圧入井と同数とする (2) 10 年間にCO 2 吸着に必要とする石炭層面積 ( 層厚 10 mと仮定 ) 石炭層面積 (m 2 / 10yr)=CO 2 排出量 (m 3 /yr) 182 (m 3 /m 2 ) 10 石炭層面積 (m 2 /10yr)=153 百万 =840 万 ( 約 2,900m 四方 ) (3) 圧入井間隔 (5 点法 ) 圧入井間隔 (m) = [ 圧入能力 (m 3 /d) 365 (d/yr) (m 3 /m 2 )] 0.5 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 3,000 5,000 10,000 圧入井間隔 (m) 年間で圧入 生産を終了する 5 点法の 1 ユニットの大きさを表す (4) 生産井 1 坑あたりメタン生産量 (1 年終了ケースと同じ ) メタン生産量 (m 3 /d/ 坑 )= 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 182 (m 3 /m 2 ) 72.8 (m 3 /m 2 ) 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 3,000 5,000 10,000 生産井間隔 (m) メタン生産量 (m 3 /d/ 坑 ) 1,200 2,000 4,000 (5) 考察 10 年の期間でプロジェクトライフを考えると 坑井間隔は圧入能力が 5,000m 3 /dの場合で 300m 強となる 石炭層の広がりとして約 3km 四方の大きさが必要となる 吸着能力 層厚 圧入能力他を想定した結果であるが 圧入性を高めないと坑井間隔は広がらず坑井数は減らない 国内掘削費の評価 11

31 炭層貯留のための坑井の国内での掘削費については 今回の炭層貯留を想定 ( 例 :1200m) では 10 万円 /m と想定する 坑井掘削費には 労務費などの社会条件の影響もあり 国や地 域によりかなりの差異がある 12

32 2.3 ECBM の経済性評価 標準シナリオこれまでの検討を踏まえて 標準シナリオとして下記のものを設定する 1)CO 2 発生源シナリオ発生源として出力 25 万 kwのa 石炭火力発電所を想定し 100% 稼動時の総 CO 2 排出量 ( 約 210 万 t-co 2 / 年 ) の 30.8% に相当する 65.7 万 t-co 2 / 年を地中貯留する設定とする 発生源石炭火力発電所 ( 出力 25 万 kw) (100% 稼動時のCO 2 排出量約 210 万 t-co 2 / 年 ) 貯留対象 65.7 万 t-co 2 / 年 この場合に 分離 回収技術にはFGC(flue gas capture) もしくは Oxyfuel(O 2 /CO 2 combustion) が想定され Akai, et.al によると発電能力 60 万 kwの施設の全 CO 2 を分離 回収するコストがFGC:$290M Oxyfuel:$333Mと試算されている これをCO 2 の貯留能力 (65.7 万 t-co 2 / 年 ) に基づいて 0.7 乗則換算した設備コストは FGCが 72.3 億円 Oxyfuelが 83.1 億円と推定される 回収分離施設 FGC 設備能力 :65.7 万 t-co 2 / 年 1,800 t-co 2 /day 設備コスト :68.9M$ 72.3 億円 (105 円 /$ 換算 ) Oxyfuel 設備能力 :65.7 万 t-co 2 / 年 1,800 t-co 2 /day 設備コスト :79.1M$ 83.1 億円 (105 円 /$ 換算 ) ( 参考資料 ) 国際プロジェクトとしての二酸化炭素隔離 輸送についての経済性調査 ( 平成 16 年 6 月 NEDO エンジニアリング振興協会) によると 発電所からのCO 2 分離回収コストは高度脱硫 CO 2 回収設備及びCO 2 圧縮 脱水設備の組合わせとして 下記のとおり試算されている 分離回収量 20 万 t-co 2 / 年 100 万 t-co 2 / 年 設備費 38 億円 100 億円 用役費 724 百万円 / 年 2,676 百万円 / 年 分離回収コスト 6.8 千円 /t-co 千円 /t-co 2 試算前提 : 設備償却年数 15 年 年経費率 10% 設備保守費 3% 付帯設備 : パイプライン輸送のため分離回収後 150kg/cm 2 まで昇圧 13

33 (2) CO 2 輸送シナリオ CO 2 の輸送に関する想定としては 基本的に地上でのパイプライン輸送を考慮する また この場合にはガス状態での輸送を想定する なお 標準ケースとして輸送距離としては 10km を設定する Akai, et.al によるとガスでの陸上パイプライン輸送及び圧入コストは ケース 4 として評価されており それぞれ輸送距離 100km 500km のコストを示されている 輸送による圧損などを考慮してパイプライン輸送コストは距離に比例していないが 今回の想定ではCO 2 量による輸送パイプ径については 少ない量でも変わらないと見なし かつ 輸送距離が短いこともあり 100km 輸送コストの 1/10 を用いることとする Case Transport distance 100 km 500 km Injection pipeline 550 φ φ 2 Spec Compressor MW 290 MW 4 Cost (M$) Injection pump Injection pipeline Compressor 10 Injection pump 7 MW MW CO 2 パイプライン輸送 輸送距離 10km 輸送コスト 14.28M$ 14.9 億円 (105 円 /$ 換算 ) ( 参考資料 ) 国際プロジェクトとしての二酸化炭素隔離 輸送についての経済性調査 ( 平成 16 年 6 月 NEDO エンジニアリング振興協会) によると 海底パイプラインによる輸送コストとして 下記の試算が成されている また ケーススタディにおいて 20 万 t-co 2 / 年 20km 輸送時の設備コストが 30 億円と試算されており 上記の試算額はほぼこの試算と合致する 輸送量 20 万 t-co 2 / 年 100 万 t-co 2 / 年 輸送コスト 70~75 円 /t-co 2 /km 15~17 円 /t-co 2 /km 試算前提 : 設備償却年数 15 年 年経費率 10% 設備保守費 1% 輸送ガス圧力 :150 気圧 設置状況 : 海底に埋設処理 14

34 (4) CO 2 圧入設備シナリオ CO 2 の圧入については パイプラン輸送時の圧力 (150 気圧程度 ) で そのまま圧入可能と考 え 別途設備を考慮しないこととする (5) 圧入井シナリオ圧入に関しては圧入に必要な井戸を設置し 実施することとなる ここではその圧入井に関する標準シナリオとして 下記の条件を設定する なお 炭層が複数ある場合の想定についても とりあえず簡略化して 別途追加的な費用は発生しないとした 共通パラメータ ( 他のシナリオでも変更しないパラメータ ) 掘削深度 1200m 石炭タイプ(Langmiuir 吸着等温線 ) 赤平炭に準拠 ( 瀝青炭 ) skin factor -3 水圧破砕適用を想定 圧入 生産条件圧入 : 流量制御 ( 最大圧力 =ポンプ能力とフラクチャーグラーディエントの小さい方 ) 標準シナリオ 炭層厚さ 10m 浸透率 1 md 坑井間隔 448 m 圧入レート 10,000 m 3 /d ドローダウン LOW 坑井数 42 本 ( 圧入用のみ ) 圧入井掘削費 1200m 坑井の掘削単価は 10 万円 /m と想定 (6) 生産井シナリオ生産井に関しては 基本的に圧入井と同じ費用と積算することができる また 生産井の配置として 5 点法を用いると 必要な井戸の数は圧入井と同数である 生産井掘削費 1200m 坑井の掘削単価は 10 万円 /m と想定 15

35 (7) メタン生産シナリオ先に示したとおり CO 2 がブレークスルーする時点でCO 2 は 5 点法のパターン面積の 70% を掃攻するとし そのCO 2 掃攻ゾーン内で 80% のメタンがCO 2 に置換されるとしている したがって パターン面積内メタンの 56%(80% 70%) の回収が期待される なお 下記の想定は標準的な想定であり 実際の経済性評価においては このような想定の元 シミュレーションを実施し得られたメタン回収量に基づいて評価を行うこととする 石炭面積当りの固定量と回収量炭層の厚さ = 10 m( 仮定値 ) CH 4 = % = 72.8 m 3 / 石炭面積 m (1) CO 2 = % = 182 m 3 / 石炭面積 m (2) メタン生産量 (m 3 /d/ 坑 )= 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 182 (m 3 /m 2 ) 72.8 (m 3 /m 2 ) 圧入能力 (m 3 /d/ 坑 ) 3,000 5,000 10,000 生産井間隔 (m) メタン生産量 (m 3 /d/ 坑 ) 1,200 2,000 4,000 メタン生産量を 4,000(m 3 /d/ 坑 ) と考えると 42 本の生産井からの年間生産量は 下記のとお りとなる メタン生産量 ( 年間 ) 4,000(m 3 /d/ 坑 ) 42 本 365 日 百万 m 3 / 年 (8) メタン輸送シナリオ回収したメタンは パイプランで需要地に輸送を行う ここでは パイプラインの輸送コストは北海道での天然ガス輸送コストを想定し 1.0 億円 /km とみなす また 輸送距離を 60km と設定する メタンパイプライン輸送 輸送距離 60km 輸送コスト 1.0 億円 /km -> 60.0 億円 16

36 (9) メタン販売シナリオパイプランで輸送したメタンは都市ガス事業者等が販売し 収入となる ここでは 都市ガス需要者のメタン購入コストが販売収入となると想定し 評価を行う 一般的なメタンの価格として LNG の輸入価格 (cif) を想定する LNG 輸入価格については 2005 年夏ごろより原油価格の高騰に連動し 35,000 円 / トンとなっている メタン販売収入 メタン販売単価 35,000 円 / トン メタン販売量 百万 m3/ 年 43,800t/y( 標準状態換算 ) メタン販売収入 億円 / 年 ( 参考 )LNG 輸入価格の推移 LNG 価格 (cif) 38,000 36,000 34,000 32,000 30,000 28,000 26,000 24,000 22,000 為替レート LNG 価格 為替 ( ドル ) 20, 図 LNG 輸入価格の推移 ( 貿易統計より作成 ) 17

37 2.3.2 シミュレーション計算によるメタン回収量の試算北海道の炭層を想定した条件での ECBM に実施時のメタン回収量の試算を実施した シミュレーションのモデルは FLAC をもとに東京大学島田先生が改良したモデルである (1) 計算条件共通パラメータ掘削深度 1200 m 初期圧力 [MPa] 7.65 炭層厚さ 10 m 石炭タイプ (Langmiuir 吸着等温線 ) 赤平炭に準拠 ( 瀝青炭 ) 炭層温度? skin factor -3 水圧破砕適用を想定 1/2L 1/2L 18 圧入圧最大値? 圧入 生産条件 圧入 : 流量制御 ( 最大圧力 =ポンプ能力とフラクチャーグラーディエントの小さい方 ) 生産 : 圧力制御 可変パラメータ #0 #1 #2 #3 #4 #5 No ECBM Base Case Low Perm High Perm Low Injection Rate 浸透率 md 坑井間隔 m 圧入レート m^3/d ドローダウン MPa Low Low Low Low Low High Draw down ( 参考 : 坑井数 ) 図 シミュレーション計算条件

38 (2) メタン回収量計算結果 default no injection 10md 19 methane production rate [m3/day] md ケース no injection ケース default ケース Time [day] 図 シミュレーション結果

39 md ケース default no injection 10md 20 methane production rate [m3/day] default ケース no injection ケース Time [day] 図 シミュレーション結果 ( 拡大図 )

40 10 年間の累積メタン生産量図 の結果から 炭層 10mに対して 10 年間の累積メタン生産量を求めると下記のとおりとなる なお 後の試算で厚い深部炭層を想定した場合は 下記の結果をもとに層厚に比例してメタン生産が得られると設定した つまり 60m の炭層の場合には 下記の 6 倍のメタン生産量になると考える default case 157,664,694(m 3 /10 年 ) 年平均値 15,766,469(m 3 /year) 日平均値 43,196(m 3 /day) no injection case 72,669,636(m 3 /10 年 ) 年平均値 7,266,964(m 3 /year) 日平均値 19,909(m 3 /day) 10md case 168,787,510(m 3 /10 年 ) 年平均値 16,878,751(m 3 /year) 日平均値 46,243(m 3 /day) ECBM 経済性評価結果標準シナリオ及び先に試算したメタン回収量のシミュレーション結果を用いて ECBM の経済性の評価を実施した (1) 標準炭層ケース標準炭層 ( 炭層合計厚さ 10m) ケースにおける経済性の評価結果を表 に示す CO 2 貯留量 万トン-CO 2 / 年メタン生産量 212 万 m 3 / 年 ECBMを考慮した総合的なCO 2 の隔離コストは 2.60 万円 /t-co 2 となっている コストの内訳としては年間費用で見て以下のとおりである 分離 回収 6.65 億円 / 年 CO 2 輸送 1.94 億円 / 年 圧入井 6.55 億円 / 年 メタン生産井 6.04 億円 / 年 ( 含むメタン昇圧 ) メタン輸送 7.80 億円 / 年 メタン販売収入 0.53 億円 / 年 総合コスト 2.60 万円 /t-co 2 これからわかるとおり 最も費用が掛かるのが分離 回収で これに次いで圧入 メタン生産の井戸の掘削費用が掛かることがわかる 総合コストで 2.60 万円 /t-co 2 については 以下の参考で示す他の試算結果と比較して高くなっている 21

41 (2) 深部炭層ケース深部炭層 ( 炭層合計厚さ 60m) ケースにおける経済性の評価結果を表 に示す CO 2 貯留量 65.7 万トン-CO 2 / 年メタン生産量 1270 万 m 3 / 年 ECBMを考慮した総合的なCO 2 の隔離コストは 0.74 万円 /t-co 2 となっている コストの内訳としては年間費用で見て以下のとおりである 分離 回収 億円 / 年 CO 2 輸送 1.94 億円 / 年 圧入井 6.55 億円 / 年 メタン生産井 6.04 億円 / 年 ( 含むメタン昇圧 ) メタン輸送 7.80 億円 / 年 メタン販売収入 3.18 億円 / 年 総合コスト 億円 0.74 万円 /t-co 2 これからわかるとおり 最も費用が掛かるのが分離 回収で これに次いでメタン輸送 圧入 メタン生産の井戸の掘削費用が掛かることがわかる 総合コストで 0.74 万円 /t-co 2 については 以下の参考で示す他のCO 2 地中貯留 ( 帯水層 ) 試算結果 ( 年 20 万 t 規模で 1 万円 /t-co 万 t 規模で 0.6 万円 /t-co 2 ) と同等のコストと評価される 22

42 ( 参考 ) 帯水層試算 発生源 発電所 圧入地点 陸上 海上 年間貯留量 (Mt-CO2/y) 輸送距離 (km) 運用期間 ( 年 ) 設備費 ( 百万円 ) 8,200 20,300 36,945 99,975 年間経費 ( 百万円 ) 2,190 5,807 2,463 6,665 貯留単価 ( 円 /t-co2) 10,950 5,807 12,315 6,665 国際プロジェクトとしての二酸化炭素隔離 輸送についての経済性調査 ( 平成 16 年 6 月 NEDO エンジニアリング振興協会 ) (2) その他ケース標準ケース以外の試算結果は下記のとおりである 110md ケース ( 表 ) 炭層の浸透率は 10md を想定 メタン生産量が多くなる炭層条件のケース メタン生産量 12.7 百万 m 3 / 年 21.0 百万 m 3 / 年 ただしメタン生産量の増加に伴うメタン販売収入は全体コストから見ると少ない 総合コスト 0.71 万円 /t-co 2 2 規模拡大想定ケース ( 表 ) 分離 回収コストが低くなるよう施設規模を 2 倍に拡大したケース 分離 回収コスト 億円 / 年 ( 年 65 万 t-co 2 規模 ) 億円 / 年 ( 年 130 万 t-co 2 規模 ) 総合コスト 0.56 万円 /t-co 2 3メタンのオンサイト利用ケース ( 表 ) ECBM の生産メタンを昇圧せずオンサイトで利用する実施するケース 炭層の浸透率は 10md を想定 この場合には メタン生産コスト 5.04 億円 / 年に対し メタン販売収入 6.35 億円 / 年とメタン生産の採算が確保されることとなる 総合コスト 0.58 万円 /t-co 2 4 完全オンサイトケース ( 表 ) 3に加え CO 2 貯留についてもオンサイトで実施するケース 炭層の浸透率は 10md を想定 総合コスト 0.55 万円 /t-co 2 23

43 (3) 考察この経済試算では CO 2 貯留深度をなるべく深めにして 旧炭鉱の深度限界の 1,200mにした 旧炭鉱の炭層条件を考えて CO 2 貯留のための実効的な炭層合計厚さを大きめに 10mとしても 総合的なCO 2 隔離コストは 2.60 万円 /t-co 2 とかなり高くなる 生産される炭層メタンもほとんど収益に寄与しない しかし 最近 北海道などで非常に厚い深部非可採炭層が発見されていることを考慮して 深部非可採炭層のCO 2 貯留のための実効的な炭層合計厚さを 60mとすると CO 2 隔離コストは 0.74 万円 /t-co 2 になり 他のCO 2 地中貯留 ( 帯水層 ) とほぼ同等のコストと評価される それでもメタン販売収入よりメタン生産にかかるコストが大きい状態で メタン生産自体は大幅な赤字であるが メタン価格は高くなる傾向にあり 掘削コストの低減や炭化水素ガス増産などの技術開発により 採算性を改善できる可能性は高い 特に 生産したメタンを昇圧し輸送するコストが高いので ECBMを経済的に成立させるにはオンサイトでのメタン利用法を工夫することが効果的であることが示された 更なるコスト削減には 規模拡大ケースの様に相対的に高い分離 回収コストの費用を下げるために ある程度規模を大きくすることが望まれる 技術的なコスト改善方策としては 効率的で低コストの坑井掘削技術の開発が重要であり また流体圧 ( 水圧 ) 破砕技術やキャビテーション技術や水平掘削技術等のいわゆるスティミュレーション技術の開発により CO 2 圧入 メタン生産の効率を高くする必要がある また 石炭の揮発成分の地下抽出技術や石炭地下ガス化技術を開発して 炭化水素ガスの大幅な増産を計る必要もある 24

44 25 表 経済性評価結果 ( 標準炭層ケース ) 設定シナリオ / 共通条件 項目 条件 設定値 共通項目 円ドルレート 105 円 /$ 試算用データ 文献データ 事業実施期間 10 年 年経費率 10.0% 設備保守 ( 年経費率 ) 3% CO2 貯留量 ( 日量 ) 発生源 CO2 貯留量 109,500 t-co2/y 300 t-co2/d CO2 輸送 発電所 貯留地 10 km FGC 設備費 掘削井 本数 42 本 290 M$ 掘削深度 1200 m FGC 設備 推計値 ($ ベース ) CO2 貯留量 メタン生産井 本数 42 本 19.6 M$ 5,124,600 t-co2/y 掘削深度 1200 m メタン生産量 2,117,916 m3/ 年 用役費 用役費 メタン輸送 貯留地 需要地 60 km 千円 /t-co2 t-co2/ 年 百万円 / 年 貯留炭層厚 10 m 200, ,000,000 2,676 割引率考慮せず 設備費用 年間費用 単位 経費割合 分離回収設備費 FGC 億円 パイプライン施設費 用役費 億円 / 年 パイプラン施設費 km M$ 一般経費 ( 経費率 10%) 2.06 億円 / 年 1.42 M$/km 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.62 億円 / 年 小計 6.65 億円 / 年 23.4% CO2 輸送費 パイプライン施設費 億円 掘削費 一般経費 ( 経費率 10%) 1.49 億円 / 年 100,000 円 /m 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.45 億円 / 年 小計 1.94 億円 / 年 6.8% 圧入井 掘削費 50.4 億円 メタン販売料 メタン換算 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 円 /t t/m3 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.51 億円 / 年 小計 6.55 億円 / 年 23.0% メタン生産井 掘削費 50.4 億円 シミュレーション圧入レート (10m 層 ) 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 10,000 m3/day 昇圧費 保守費 億円 / 年 7.14 t-co2/day 本 小計 6.04 億円 / 年 21.2% 42 本 メタン輸送費 パイプライン施設費 億円 300 t-co2/day 一般経費 ( 経費率 10%) 6.00 億円 / 年 10 年間の年間平均生産量 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.80 億円 / 年 平均メタン生産量 1md-10m 層 小計 7.80 億円 / 年 27.4% 2,117,916 m3/ 年 2,117,916 m3/ 年 メタン販売収入 販売量 1,513 t/ 年 販売金額 億円 / 年 メタン輸送費 販売経費 0.00 億円 / 年 1.00 億円 /km 小計 億円 / 年 -1.9% 合計 億円 / 年 100.0% 2.60 万円 /t-co2

45 26 表 経済性評価結果 ( 深部炭層ケース ) 設定シナリオ / 共通条件 項目 条件 設定値 共通項目 円ドルレート 105 円 /$ 試算用データ 文献データ 事業実施期間 10 年 年経費率 10.0% 設備保守 ( 年経費率 ) 3% CO2 貯留量 ( 日量 ) 発生源 CO2 貯留量 657,000 t-co2/y 1,800 t-co2/d CO2 輸送 発電所 貯留地 10 km FGC 設備費 掘削井 本数 42 本 290 M$ 掘削深度 1200 m FGC 設備 推計値 ($ ベース ) CO2 貯留量 メタン生産井 本数 42 本 68.9 M$ 5,124,600 t-co2/y 掘削深度 1200 m メタン生産量 12,707,493 m3/ 年 用役費 用役費 メタン輸送 貯留地 需要地 60 km 千円 /t-co2 t-co2/ 年 百万円 / 年 貯留炭層厚 60 m 200, ,000,000 2,676 割引率考慮せず 設備費用 年間費用 単位 経費割合 分離回収設備費 FGC 億円 パイプライン施設費 用役費 億円 / 年 パイプラン施設費 km M$ 一般経費 ( 経費率 10%) 7.23 億円 / 年 1.42 M$/km 施設保守費 (3%/ 年 ) 2.17 億円 / 年 小計 億円 / 年 60.7% CO2 輸送費 パイプライン施設費 億円 掘削費 一般経費 ( 経費率 10%) 1.49 億円 / 年 100,000 円 /m 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.45 億円 / 年 小計 1.94 億円 / 年 4.0% 圧入井 掘削費 50.4 億円 メタン販売料 メタン換算 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 円 /t t/m3 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.51 億円 / 年 小計 6.55 億円 / 年 13.4% メタン生産井 掘削費 50.4 億円 シミュレーション圧入レート (10m 層 ) 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 10,000 m3/day 昇圧費 保守費 億円 / 年 7.14 t-co2/day 本 小計 6.04 億円 / 年 12.4% 42 本 メタン輸送費 パイプライン施設費 億円 300 t-co2/day 一般経費 ( 経費率 10%) 6.00 億円 / 年 10 年間の年間平均生産量 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.80 億円 / 年 平均メタン生産量 1md-10m 層 小計 7.80 億円 / 年 16.0% 12,707,493 m3/ 年 2,117,916 m3/ 年 メタン販売収入 販売量 9,077 t/ 年 販売金額 億円 / 年 メタン輸送費 販売経費 0.00 億円 / 年 1.00 億円 /km 小計 億円 / 年 -6.5% 合計 億円 / 年 100.0% 0.74 万円 /t-co2

46 27 表 経済性評価結果 (10md ケース ) 設定シナリオ / 共通条件 項目 条件 設定値 共通項目 円ドルレート 105 円 /$ 試算用データ 文献データ 事業実施期間 10 年 年経費率 10.0% 設備保守 ( 年経費率 ) 3% CO2 貯留量 ( 日量 ) 発生源 CO2 貯留量 657,000 t-co2/y 1,800 t-co2/d CO2 輸送 発電所 貯留地 10 km FGC 設備費 掘削井 本数 42 本 290 M$ 掘削深度 1200 m FGC 設備 推計値 ($ ベース ) CO2 貯留量 メタン生産井 本数 42 本 68.9 M$ 5,124,600 t-co2/y 掘削深度 1200 m メタン生産量 21,031,472 m3/ 年 用役費 用役費 メタン輸送 貯留地 需要地 60 km 千円 /t-co2 t-co2/ 年 百万円 / 年 貯留炭層厚 60 m 200, ,000,000 2,676 割引率考慮せず 設備費用 年間費用 単位 経費割合 分離回収設備費 FGC 億円 パイプライン施設費 用役費 億円 / 年 パイプラン施設費 km M$ 一般経費 ( 経費率 10%) 7.23 億円 / 年 1.42 M$/km 施設保守費 (3%/ 年 ) 2.17 億円 / 年 小計 億円 / 年 63.5% CO2 輸送費 パイプライン施設費 億円 掘削費 一般経費 ( 経費率 10%) 1.49 億円 / 年 100,000 円 /m 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.45 億円 / 年 小計 1.94 億円 / 年 4.1% 圧入井 掘削費 50.4 億円 メタン販売料 メタン換算 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 円 /t t/m3 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.51 億円 / 年 小計 6.55 億円 / 年 14.0% メタン生産井 掘削費 50.4 億円 シミュレーション圧入レート (10m 層 ) 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 10,000 m3/day 昇圧費 保守費 億円 / 年 7.14 t-co2/day 本 小計 6.04 億円 / 年 12.9% 42 本 メタン輸送費 パイプライン施設費 億円 300 t-co2/day 一般経費 ( 経費率 10%) 6.00 億円 / 年 10 年間の年間平均生産量 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.80 億円 / 年 平均メタン生産量 10md-10m 層 小計 7.80 億円 / 年 16.7% 21,031,472 m3/ 年 3,505,245 m3/ 年 メタン販売収入 販売量 15,022 t/ 年 販売金額 億円 / 年 メタン輸送費 販売経費 0.00 億円 / 年 1.00 億円 /km 小計 億円 / 年 -11.3% 合計 億円 / 年 100.0% 0.71 万円 /t-co2

47 28 表 経済性評価結果 ( 規模拡大想定ケース ) 設定シナリオ / 共通条件 項目 条件 設定値 共通項目 円ドルレート 105 円 /$ 試算用データ 文献データ 事業実施期間 10 年 年経費率 10.0% 設備保守 ( 年経費率 ) 3% CO2 貯留量 ( 日量 ) 発生源 CO2 貯留量 1,314,000 t-co2/y 3,600 t-co2/d CO2 輸送 発電所 貯留地 10 km FGC 設備費 掘削井 本数 84 本 290 M$ 掘削深度 1200 m FGC 設備 推計値 ($ ベース ) CO2 貯留量 メタン生産井 本数 84 本 M$ 5,124,600 t-co2/y 掘削深度 1200 m メタン生産量 25,414,987 m3/ 年 用役費 用役費 メタン輸送 貯留地 需要地 60 km 千円 /t-co2 t-co2/ 年 百万円 / 年 貯留炭層厚 60 m 200, ,000,000 2,676 割引率考慮せず 設備費用 年間費用 単位 経費割合 分離回収設備費 FGC 億円 パイプライン施設費 用役費 億円 / 年 パイプラン施設費 km M$ 一般経費 ( 経費率 10%) 億円 / 年 1.42 M$/km 施設保守費 (3%/ 年 ) 3.52 億円 / 年 小計 億円 / 年 62.3% CO2 輸送費 パイプライン施設費 億円 掘削費 一般経費 ( 経費率 10%) 1.49 億円 / 年 100,000 円 /m 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.45 億円 / 年 小計 1.94 億円 / 年 2.7% 圧入井 掘削費 億円 メタン販売料 メタン換算 一般経費 ( 経費率 10%) 億円 / 年 円 /t t/m3 施設保守費 (3%/ 年 ) 3.02 億円 / 年 小計 億円 / 年 17.9% メタン生産井 掘削費 億円 シミュレーション圧入レート (10m 層 ) 一般経費 ( 経費率 10%) 億円 / 年 10,000 m3/day 昇圧費 保守費 億円 / 年 7.14 t-co2/day 本 標準ケース 小計 億円 / 年 15.2% 84 本 42 本 メタン輸送費 パイプライン施設費 億円 600 t-co2/day 一般経費 ( 経費率 10%) 6.00 億円 / 年 10 年間の年間平均生産量 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.80 億円 / 年 平均メタン生産量 1md-10m 層 小計 7.80 億円 / 年 10.7% 12,707,493 m3/ 年 2,117,916 m3/ 年 メタン販売収入 販売量 18,154 t/ 年 販売金額 億円 / 年 メタン輸送費 販売経費 0.00 億円 / 年 1.00 億円 /km 小計 億円 / 年 -8.7% 合計 億円 / 年 100.0% 0.56 万円 /t-co2

48 29 表 経済性評価結果 ( オンサイトでのメタン利用ケース ) 設定シナリオ / 共通条件 項目 条件 設定値 共通項目 円ドルレート 105 円 /$ 試算用データ 文献データ 事業実施期間 10 年 年経費率 10.0% 設備保守 ( 年経費率 ) 3% CO2 貯留量 ( 日量 ) 発生源 CO2 貯留量 657,000 t-co2/y 1,800 t-co2/d CO2 輸送 発電所 貯留地 10 km FGC 設備費 掘削井 本数 42 本 290 M$ 掘削深度 1200 m FGC 設備 推計値 ($ ベース ) CO2 貯留量 メタン生産井 本数 42 本 68.9 M$ 5,124,600 t-co2/y 掘削深度 1200 m メタン生産量 21,031,472 m3/ 年 用役費 用役費 メタン輸送 貯留地 需要地 0 km 千円 /t-co2 t-co2/ 年 百万円 / 年 貯留炭層厚 60 m 200, ,000,000 2,676 割引率考慮せず 設備費用 年間費用 単位 経費割合 分離回収設備費 FGC 億円 パイプライン施設費 用役費 億円 / 年 パイプラン施設費 km M$ 一般経費 ( 経費率 10%) 7.23 億円 / 年 1.42 M$/km 施設保守費 (3%/ 年 ) 2.17 億円 / 年 小計 億円 / 年 78.2% CO2 輸送費 パイプライン施設費 億円 掘削費 一般経費 ( 経費率 10%) 1.49 億円 / 年 100,000 円 /m 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.45 億円 / 年 小計 1.94 億円 / 年 5.1% 圧入井 掘削費 50.4 億円 メタン販売料 メタン換算 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 円 /t t/m3 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.51 億円 / 年 小計 6.55 億円 / 年 17.3% メタン生産井 掘削費 50.4 億円 シミュレーション圧入レート (10m 層 ) 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 10,000 m3/day 昇圧費 保守費 億円 / 年 7.14 t-co2/day 本 小計 5.04 億円 / 年 13.3% 42 本 メタン輸送費 パイプライン施設費 0.00 億円 300 t-co2/day 一般経費 ( 経費率 10%) 0.00 億円 / 年 10 年間の年間平均生産量 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.00 億円 / 年 平均メタン生産量 10md-10m 層 小計 0.00 億円 / 年 0.0% 21,031,472 m3/ 年 3,505,245 m3/ 年 メタン販売収入 販売量 15,022 t/ 年 販売金額 億円 / 年 メタン輸送費 販売経費 0.00 億円 / 年 1.00 億円 /km 小計 億円 / 年 -13.9% 合計 億円 / 年 100.0% 0.58 万円 /t-co2

49 30 表 経済性評価結果 ( 完全オンサイトケース ) 設定シナリオ / 共通条件 項目 条件 設定値 共通項目 円ドルレート 105 円 /$ 試算用データ 文献データ 事業実施期間 10 年 年経費率 10.0% 設備保守 ( 年経費率 ) 3% CO2 貯留量 ( 日量 ) 発生源 CO2 貯留量 657,000 t-co2/y 1,800 t-co2/d CO2 輸送 発電所 貯留地 0 km FGC 設備費 掘削井 本数 42 本 290 M$ 掘削深度 1200 m FGC 設備 推計値 ($ ベース ) CO2 貯留量 メタン生産井 本数 42 本 68.9 M$ 5,124,600 t-co2/y 掘削深度 1200 m メタン生産量 21,031,472 m3/ 年 用役費 用役費 メタン輸送 貯留地 需要地 0 km 千円 /t-co2 t-co2/ 年 百万円 / 年 貯留炭層厚 60 m 200, ,000,000 2,676 割引率考慮せず 設備費用 年間費用 単位 経費割合 分離回収設備費 FGC 億円 パイプライン施設費 用役費 億円 / 年 パイプラン施設費 km M$ 一般経費 ( 経費率 10%) 7.23 億円 / 年 1.42 M$/km 施設保守費 (3%/ 年 ) 2.17 億円 / 年 小計 億円 / 年 82.4% CO2 輸送費 パイプライン施設費 0 億円 掘削費 一般経費 ( 経費率 10%) 0.00 億円 / 年 100,000 円 /m 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.00 億円 / 年 小計 0.00 億円 / 年 0.0% 圧入井 掘削費 50.4 億円 メタン販売料 メタン換算 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 円 /t t/m3 施設保守費 (3%/ 年 ) 1.51 億円 / 年 小計 6.55 億円 / 年 18.2% メタン生産井 掘削費 50.4 億円 シミュレーション圧入レート (10m 層 ) 一般経費 ( 経費率 10%) 5.04 億円 / 年 10,000 m3/day 昇圧費 保守費 億円 / 年 7.14 t-co2/day 本 小計 5.04 億円 / 年 14.0% 42 本 メタン輸送費 パイプライン施設費 0.00 億円 300 t-co2/day 一般経費 ( 経費率 10%) 0.00 億円 / 年 10 年間の年間平均生産量 施設保守費 (3%/ 年 ) 0.00 億円 / 年 平均メタン生産量 10md-10m 層 小計 0.00 億円 / 年 0.0% 21,031,472 m3/ 年 3,505,245 m3/ 年 メタン販売収入 販売量 15,022 t/ 年 販売金額 億円 / 年 メタン輸送費 販売経費 0.00 億円 / 年 1.00 億円 /km 小計 億円 / 年 -14.6% 合計 億円 / 年 100.0% 0.55 万円 /t-co2

50 第 3 章深部炭層のポテンシャル 3.1 北海道中央部深部炭層のポテンシャル はじめに北海道は本邦有数の石炭分布地域であり これまでの探鉱開発の成果により数多くの炭田や含炭地の存在が知られている ( 図 ) その中で 主要炭田と呼ばれる大規模なものは 天北 留萌 石狩 釧路の各地域に分布し 地理的には前三者の分布する北海道中央部 ( 道央部 ) と後一者の分布する北海道東部 ( 道東部 ) に大別される これら既炭田地域における石炭の開発は 地表から深度 1000m 程度までの石炭層を主な対象としたものであった 当然ながら それ以深の いわゆる地下深部においても石炭層が分布することは知られていたが 採掘条件や経済性の問題などから開発に移行されることは無く 従ってその全貌を把握するには至らなかった 一方 北海道における石油 天然ガスの開発を目的とした探鉱調査も長い歴史を有しており 特に最近は地下 5,000m を超える大深度の坑井掘削が実施されるようになってきた 石油 天然ガスのキッチンエ 図 北海道の炭田分布と石油 天然ガスのキッチンエリア ( 北海道通商産業局,1993 に加筆 ) 1

51 このような石油探鉱調査によって 地下深部に分布する石炭層を直接掘削したり あるいは間接的な物理探査手法を用いた調査により 北海道各地の地下深部域に石炭層の存在が把握されるようになってきた また最近は石油 天然ガスの根源岩として石炭層が認識されるようになり この点からも地下深部石炭層の分布や性格を理解することが重要となってきている 北海道の地下深部石炭層は 天北地域から石狩低地帯にかけての道央部と根釧地域の道東部に分布する 石油探鉱を目的とした試掘井や物理探査の密度状況を鑑みれば 道東部の地下深部石炭層に関する知見は非常に限られたものでしかなく したがって本報告では道央部のみを対象として議論を進めることとする また いわゆる深部非可採炭層と称する対象深度に関しては 通商産業省が昭和 31 年に報告した 日本の石炭資源埋蔵炭量炭質調査概要 での埋蔵炭量調査深度限界の 1,200m 以深を取り扱うのが適切であると考えられるが 可採 非可採を分ける炭層条件は経済状態を反映して複雑に変動するものであり 現代の経済状態も考慮して おおよそ 1,000m 以深を深部非可採石炭層として扱う事とする なお 地下 1,000m における 200m の深度差は 本報告で扱う精度では誤差の範囲内と考えられるので 深部非可採石炭層を 1,200m 以深とする場合と 実質的には同じと考えていただきたい 北海道の石炭は 地質学的には主に新生代第三紀の堆積層から構成され 中でも主要炭層は古第三紀層に属している 石油探鉱の観点から考えた場合も 古第三紀層あるいはそれ以前の石炭層が重要である したがって 本報告で対象とする石炭層も古第三紀層を中心とし 一部は中生代白亜紀の石炭層についても含まれている 炭層固定可能性地域の評価を行うにあたり 鍵となるパラメータは 石炭のマセラル組成 石炭化度 層厚 フラクチャー密度 浸透率 原位置応力状態などが挙げられるが ( 島田,1995,2001;Ayers Jr,2002) その中でも基本的でかつ最も重要なパラメータは 対象となる地域における石炭層の分布状況 胚胎深度と炭丈 ( 累計純炭層厚 ) であり またコールベッドメタンの開発を考えた場合は これに石炭ガス包蔵量の因子も加わることとなる したがって 本報告では特に分布状況と深度 累計炭層層厚 ビトリナイト反射率について検討を加えることとする ビトリナイト反射率は石炭化度を示す代表的指標値であり 日本炭の場合 褐炭は % 以下 亜瀝青炭は % の範囲 瀝青炭は % 以上の反射率に相当することがわかっている また コールベッドメタン開発の必要因子である石炭ガス包蔵量は石炭化度と正の相関を有することが知られており それ故 ビトリナイト反射率の検討も重要な位置を占めることとなる 北海道の石油探鉱密度は 秋田 新潟など本州の探鉱密度と較べれば非常に粗いものでしかないこと さらには石油探鉱で取り扱う対象が地下数千 m もの大深度であることを理由として多くの限界がある また 未だに評価途上にあるため 地域全貌の把握はなされておらず 地質学的背景を積極的に応用せざるを得ない したがって 道央部での評価を展開するにあたり定量的な議論は不可能である しかしながら 地下深部石炭層を把握す 2

52 ることは 今後の技術進歩やそれによる経済性の増加により将来開発可能なポテンシャル 地域を抽出することでもあり 本報告での定性的な評価はその第一歩としての意義を有し ていると考えられる 深部石炭層の認識手法地下深部の石炭層を評価するにあたり まず初めに石炭層の認識手法の現況に関して本項で記載することとする 従来から実施されている地表踏査により 地層層序の把握と岩相記載 さらには地質構造の測定による地下構造の推定は 地下に伏在する石炭層を理解する際にも最も基本的な手法である しかしながら 大深度域では地表構造と深部構造に整合性が見られないことが多い 特に本報告で対象とする道央部は 古第三紀初期までの前弧盆地セッティングから古第三紀末期のトランステンション場 さらには新第三紀中新世以降の前縁盆地セッティングを経て鮮新世以降の衝突テクトニクスへ変遷するという多様なテクトニクス史を被っている ( 新井田 紀藤,1986; 保柳,1989; 木村 楠,1997; 栗田 横井,2000; 秋葉ほか, 2001MS) このような造構履歴を背景とする本地域の地質構造形態は非常に複雑であり 地下深部の構造情報を地表踏査から理解することは不可能に近い また複雑な造盆地運動が極めて狭い範囲で起こっているため 古第三紀層の石炭層を例とした場合でも その堆積時代 環境 岩相等に地域性が顕著であり ( 飯島,1996; 秋葉ほか,2001MS) この点からも地下深部の把握は困難である しかし 地表踏査は石炭層自体の分布様式ならびに堆積様式の直接観察を実現し さらには堆積時代の同定や堆積環境推定を可能とする強力な武器であることは論を待たない したがって 地下深部石炭層の評価に際しても有効な手法の一つを成している 地下深部に分布する石炭層を直接検知する唯一の手段として坑井掘削がある 石油探鉱の場合 掘削に伴って発生する掘屑 ( カッティングス ) を採集することが通常である また 重要度が高い場合にはコア採収を実施することもある これらの岩質調査から 対象とした地点における石炭層の岩相 分布深度 層厚に関する情報を得ることができる また得られた試料に対しては 古生物学的調査による時代同定と堆積環境推定 岩石鉱物学的調査 密度 孔隙率等の物性試験 有機物量や組成 熟成度等の地球化学分析等を実施し 炭層固定を目的とした場合は 孔隙率 浸透率 強度 石炭化度などについて極めて重要なデータを提供する なお 採収試料による検討以外にも石炭層を間接的に認知することが可能である そのひとつとして掘削時の泥水中に含まれるガス量増加や泥水比重の低下から推定する手法であり これは石炭層に含まれるメタンガスに反応することに起因したものである 別の方法として種々の物理検層による間接的検知もあり 好例として石炭の脆性破壊の特性に起因した孔径分布の拡大 密度検層から得られる密度低下 音波検層から得られる速度の減少等が挙げられる 特に密度検層や音波検層は石炭層の把握を容易とし 数十 cm 単位の炭 3

53 層層厚まで認識することが可能となる 上述したように 坑井による地下深部石炭層の検知は極めて有効である しかしながら 坑井掘削は非常に高価であること さらにはある地点における 1 次元情報しか提供しないことから 歴然とした限界性を有している したがってこれを補完する目的で 坑井掘削以外の手法による情報の追加が必要となる この材料として最も有用なものとして反射法地震探査が挙げられる この探査によってはインピーダンスと呼称される地層密度と地層速度のデータが得られる 前述のように石炭層は低密度 低速度であるため 上下の地層に対して強い物性差を呈し 強反射波として石炭層を推定することが可能となる 数千 m にもおよぶ地下深部を対象とした場合には分解能は限られたものとなるが 石炭層の存否 その深度情報は勿論のこと 時には夾炭層全体の層厚情報まで認識できるようになってきた 地下深部に分布する石炭層の分布域 深度 層厚などの空間的様式の変化は 上記した坑井データと地震探査データを統合することにより認識することが可能となる この場合 坑井を通る地震探査測線において各種の地震探査データを坑井データと比較し 地震波と石炭層の同定 深度のキャリブレーション等を行うことは必須である また これまでの調査は石油探鉱を目的としたものであるため 単層単位での石炭層の把握はされていない この場合は シーケンス層序学的手法を用いた地表踏査によって堆積環境を考察し その結果を夾炭層全体における炭層の割合に応用し これによって累計炭層層厚を算定する方法が取られることとなる 本報告も石油探鉱の目的 データで得られた情報に依拠しており 炭層自体の情報に関しては不明なことが多く 同様算定手法を用いた地域がある それ故 本報告の石炭層層厚は第一次近似として位置づけられる 北海道の石炭層伏在地域概説石油や天然ガスとは 堆積有機物が地下深部に埋没し 長い時間と温度によって炭化水素に変化したものを指す 石油地質学では 炭化水素に変化しやすい有機物を多く含む堆積岩を根源岩と呼び 炭化水素を生成する条件の整った場所をキッチンと呼称している 最近の研究によれば 北海道の石炭層は 石油 天然ガスの根源岩としての役割を担っており それが深度約 5,000m 以深まで埋没した箇所でキッチンを作っていることが理解されるようになってきた ( 西田ほか,1997;Waseda and Nishita,1998; 鈴木ほか,2001; 武富 西田,2002) このような知見を基として 北海道における石油 天然ガスの石炭層キッチン分布域を概観すると 既存炭田地域同様に道央部と道東部に大別されることになるが ( 図 -1) 具体的分布域に関しては 道央北部の天北地域や苫前 ( 羽幌 ) 地域では既存炭田の西方部 すなわち日本海岸域に分布している また馬追 - 勇払地域の道央南部では いわゆる石狩低地帯と呼称される平野下で この地域も既存の石狩炭田の西方部に分布する さらには 道東部の根釧地域では釧路炭田地域の東方部に位置し これらキッチン分布域は すべての 4

54 箇所において 古第三紀の石炭層堆積後に新第三紀層が厚く被覆した地域に一致している ( 図 ) 渦鞭毛藻化石などを主とした最近の微化石研究の成果によれば 北海道の古第三系を主とした地層群では 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層は後期暁新世 ~ 前期始新世に堆積したこと 天北地域の曲渕層と苫前 ( 羽幌 ) 地域の三毛別層下部が中期 ~ 後期始新世の堆積層であること さらには勇払 ~ 馬追低地帯の石狩平野地下の夾炭層が石狩炭田地域の幌内層下部と同時異相であり時代的には中期始新世に含まれることが明らかとなった ( 表 -1)( 栗田ほか,1992; 栗田 小布施,1994; 栗田 小布施,1997; 石油公団,1997; 秋葉ほか,2001MS) この結果を基に北海道の古第三系含炭層順を整理すると 古第三紀暁新世 ~ 新第三紀中新世初頭まで大きく4つのステージに区分することが可能となった ( 飯島,1996; 栗田 小布施,1998; 秋葉ほか,2001MS) 即ち 最も古いステージとしては天北および苫前( 羽幌 ) 地域の羽幌層が該当し 本層は古第三紀後期暁新世 ~ 始新世初期に堆積した 次のステージには石狩炭田地域の石狩層群や雨竜地域の雨竜層群が該当し 中期始新世前期 ~ 中期 その後に石狩平野下の夾炭層が示す中期始新世後期 そして最後のステージとして後期始新統 ~ 前期漸新世の道東地域 ( 浦幌層群 陸別層 若松沢層 ) をあげることが可能となった ( 図 ) 北海道最北部の天北地域では 浅部に中新世の若い宗谷夾炭層があり 旧天北炭田で採掘されていたが 深部に始新世から白亜紀の羽幌夾炭層と函淵夾炭層が潜在する ( 図 表 ) 北海道中部の石狩平野では 始新世の石狩夾炭層が地下 5-6,000mの深部に潜在するが その東の夕張山地では横臥褶曲と衝上断層により石狩夾炭層が幾重にも折りたたまれて地表にまで押し上げられ その頂部が採掘されて日本最大の石狩炭田を形成した ( 図 ) それに対して もっと南の三陸沖などでは 夾炭層のほとんどの部分が海底下の深部に潜在している しかし いずれの場合でも 大部分の石炭層は地下に潜在し ごく一部の地表に近い浅い炭層のみが利用されてきた 5

55 6 図 北海道中央部 ~ 三陸沖の模式断面図 斜線部が夾炭層 飯島東原図 ( 飯島 MS)

56 上部暁新統 ~ 下部始新統 ( 羽幌層 ) 中部暁新統中下部 ( 石狩層群, 雨竜層群 ) 上部始新統 ~ 下部漸新統 ( 陸別層, 若松沢層 ) 中部暁新統 上部 ( 石狩層群 ) 上部始新統 ( 浦幌層群 ) 図 北海道の古第三紀夾炭層の変遷 ( 秋葉ほか,2001MS) 7

57 年代 石狩低地 石狩低地 (Ma) 地質時代天北地域苫前 ( 羽幌 ) 地域 帯北部地 域 帯南部地 域 夕張炭田地域 第四紀 更新世 丸山 ~ 沼川層獅子内層茂世丑層 更別層材木沢層鵡川層 1.9 勇知層茂築別層萠別層清真布層 5.3 鮮新世声問層遠別層当別層荷菜層 稚内層 チェポツナイ層 / 金駒内層 望来層平取層追分層 10.5 新第三稚内火砕岩類盤の沢層軽舞層岩見沢層 紀 中新世 増幌層古丹別層厚田層振老層川端層 鬼志別層 築別層 奔須部都 層 滝の上層 滝の上層 24 宗谷夾炭層三毛別層上部朝日層 34 漸新世南長沼層 紅葉山層 曲渕層三毛別層下部幌内層 樺戸層 石狩層群 幌内層 古第三 始新世 ( 夾炭層 ) ( 夾炭層 ) 紀 石狩層群 ( 夾炭層 ) 55 羽幌層 ( 夾炭層 ) 65 暁新世 函淵層群 ( 夾炭層 ) 函淵層群 蝦夷層群 蝦夷層群 白亜紀 基盤岩 類 礼文層群 / 隈根尻層群 隈根尻層 群 花崗岩類 / 隈根尻層 群 空知層群 表 対象地域の層序対比図 8

58 また 石狩炭田空知地域の地表地質調査によるシーケンス層序学的研究からは 本地域の石狩層群は蛇行河川 湖 内湾 ~エスチュアリーの堆積システムを主体とし その中でも夾炭層は蛇行河川の環境下における堆積物であることが明瞭化した ( 高野ほか,1998; 早稲田ほか,1998) さらには 前述した坑井データの岩相解析によって 石炭層頻度は砂岩泥岩互層のなかでも等量互層中で最も多く 全体層厚の大凡 10-15% 程度が石炭層で占められることが判明した しかし 砂岩優勢あるいは泥岩優勢になるにつれて著しく石炭層頻度が減り 石炭層の比率は数 % 程度まで減少することもわかった このことは 前記したシーケンス学的な堆積環境の検討と整合性を呈しており 一時近似ではあるものの包括的な層相解析から累計炭層層厚を見積もることを可能とした これらの検討によって 天北地域や石狩平野の地下深部には累計で 100m にもおよぶ石炭層分布を推定できるようになってきた 道央部の深部石炭層各論前項において述べたように 北海道地下深部の相当域に石炭層の存在が認識されるようになり その堆積時代や古環境 さらには石炭層の厚さなどについても議論が展開されるようになってきた しかし このような検討も 1989 年に発見された苫小牧市東方の勇払油ガス田発見に端を発したごく最近の成果であり また坑井などの石油地質学的調査の進展に多くを委ねざるを得ない状況から 現段階では非常に限定された情報しか収集されていない 以下に道央部の石炭層について記すこととするが 上記限界性を鑑み 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域と石狩低地帯地域に限定して議論を進めることとする (1) 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域には天北炭田や苫前炭田が知られている 天北炭田は宗谷岬 ~ 浜頓別西方地域にかけて分布する新第三紀中新統最下部の宗谷夾炭層中の褐炭を採掘対象としたものであった ( 図 ) 炭田地域の西方地域である幌延断層西側においては 宗谷夾炭層は殆ど発達していないものの古第三系羽幌層と白亜系函淵層群が広く伏在し この両者に石炭層が存在することが坑井掘削の結果としてわかってきた 一方 苫前 ( 羽幌 ) 地域では 苫前や羽幌東方に分布する羽幌層中の亜瀝青炭から採炭が行われていた 最近の研究成果によれば その周辺地域にも石炭層を挟在した羽幌層が地下に伏在しているものと考えられるようになってきた したがって 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域として羽幌層と函淵層群の石炭層を記載することとする 1 羽幌層幌延断層以西の天北地域において羽幌層は地表に露出しておらず 石油 天然ガスの探鉱を目的とした坑井のみで確認されている 羽幌層を確認している坑井は 宗谷沖 -1 基礎試錐 チカップ 増幌 SK-1D 基礎試錐 稚内 基礎試錐 天北 北川口 SK-1 の 6 9

59 坑井であり 羽幌層を掘り抜いて下位の函淵層群を確認した坑井としては 基礎試錐 チカップ 増幌 SK-1D 基礎試錐 天北 北川口 SK-1 の 4 坑井である ( 北海道鉱業振興委員会,1979,1990; 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1982,1992; 石油公団,1995, 2002) 一方 苫前( 羽幌 ) 地域においては 羽幌ドームおよび築別背斜断層沿いの地表に羽幌層が露出し稼業対象となっていたほか ( 服部,1967) 基礎試錐 留萌 で羽幌層を確認している ( 北海道鉱業振興委員会,1990; 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1992; 石油技術協会,1993) また基礎試錐 遠別 では羽幌層は発達しておらず 新第三系築別層から直接白亜系函淵層群に掘り込んでいる ( 北海道鉱業振興委員会,1979; 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1992; 石油技術協会,1993) これら坑井データに加え地震探鉱データの解釈結果を併せると 羽幌層は天北地域と苫前 ( 羽幌 ) 地域に分かれて分布し 遠別周辺地域には発達していないものと理解される a. 天北地域 < 分布 > 東限を幌延断層付近で 西限を利尻島東方で さらに南限は遠別北方で示される地域である ( 図 ) したがって 本層分布域の西半部は日本海域の地下に位置している 北限については良くわかっていないが 野寒布岬北北西方 30km に掘削された稚内沖 -1 坑井において本層を確認していること ( 北海道鉱業振興委員会,1990) サハリン南部西岸の炭田地域が石狩層群相当層であることからして 本層準は相当広域に亘って分布しているものと考えられる 10

60 礼文島 利尻島 地表地質構造図 断層 背斜構造炭田 宗谷沖 -1 宗谷岬野寒布岬問( 基 ) チカップ背斜声斜増幌背X 増幌 SK-1D 斜勇知X 背X幌X ( 基 ) 北稚内斜目豊富梨曲X 背背層断斜斜チ斜豊層富X 背斜幌X 延背( 基 ) 天北 X 斜北川口北川口 SK-1 幌~ 苫前 ( 羽幌 ) 背天北地域ロク中川 ( 基 ) 遠別遠別力カップ背延断ユークル背延断層大シナイ背歌越別背中頓別 浜頓別 音威子府 初山別 天売島 焼尻島 美深 苫前 羽幌 ( 基 ) 留萌 羽幌ドーム昼背斜X X 30k 小平 X 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域地表地質構造図 11

61 羽幌層分布限礼文島 利尻島 幌層分布限界4 宗谷沖 -1 3 宗谷岬 H H 野寒布岬 3 稚内 ( 基 ) チカップ L 増幌 SK-1D ( 基 ) 稚内 5 L 5 H H H 6 3 L H H L 豊富 H ( 基 ) 天 L H 3 幌延 L H 北川口 SK-1 H 3 3 H 中川 3 ( 基 ) 遠別 羽幌層分布限界羽浜 中頓別 頓 遠別 音威子府 30k 天売島 焼尻島 羽幌層分布限界 L 5 H L 5 3 羽幌 苫前 2 ( 基 ) 留萌 H 2 4 小平 2 初山別 H 美深名寄 羽幌層石炭層上限深度単位 :1000m 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層石炭層上限深度 12

62 礼文島 宗谷沖 -1 宗野寒布岬 ( 基 ) チカップ稚内 90 増幌 SK-1D ( 基 ) 稚内 谷 利尻島 90 豊富 浜頓別 ( 基 ) 天北幌延 0 北川口 SK-1 中頓別 0 ( 基 ) 遠別 中川 遠別 音威子府 0 天売島 焼尻島 初山別 美深 羽幌 名寄 苫前 60 ( 基 ) 留萌 30km 士別 羽幌層石炭層層厚図単位 :m 小平 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層石炭層層厚図 13

63 幌層分布限界羽幌層分布限界礼文島 野寒布岬 ( 基 ) チカップ稚内 0.7 宗谷沖 -1 宗谷岬 増幌 SK-1D ( 基 ) 稚内羽0.6 利尻島 豊富 ( 基 ) 天北 浜頓別 0.6 幌延北川口 SK-1 中頓別 ( 基 ) 遠別 中川 遠別 音威子府 初山別 天売島 焼尻島 羽幌 0.6 苫前 美深 名寄 30k 羽幌層分布限界0.7 ( 基 ) 留萌 0.6 小平 0.5 羽幌層分布限羽幌層石炭層 ビトリナイト反射率士単位 :% 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層石炭層ビトリナイト反射率 14

64 礼 文 利尻島 H 5 野寒布岬 6 稚内 ( 基 ) チカップ L L L L H H 宗谷岬 増幌 SK-1D 4 H ( 基 ) 天北幌延 H L 4 北川口 SK-1 2 H 5 函淵層群石炭層分布限界3 中川 浜頓別中頓別 天売島 H 2 焼尻島 L L ( 基 ) 遠別遠別 H 初山別 2 音威子府美深 羽幌 苫前 名 30km ( 基 ) 留萌 小平 函淵層群石炭層 上限深度 単位 :1000m 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の函淵層群石炭層上限深度 15

65 礼文島 野寒布岬 ( 基 ) チカップ 稚内 0 宗谷岬 増幌 SK-1D 利尻島 30 豊富 ( 基 ) 天北 浜頓別 幌延 北川口 SK-1 0 中頓別 30 中川 30 ( 基 ) 遠別 0 60 遠別 音威子府 30 天売島 焼尻島 初山別 30 0 美深 苫前 羽幌 名寄 ( 基 ) 留萌 30k 小平 士別 函淵層群石炭層層厚 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の函淵層群石炭層層厚図 16

66 宗谷岬 礼文島 利尻島 野寒布岬 ( 基 ) チカップ稚内 豊富 増幌函SK-1D 淵層群石炭層分布限0.7 浜頓別 ( 基 ) 天北 幌延 北川口 SK-1 中 頓 0.6 ( 基 ) 遠別 中川 遠別 音威子 0.5 初山別 天売島 焼尻島 美深 30km 羽幌苫前 ( 基 ) 留萌小平 函淵層群石炭層 ビトリナイト反射率士単位 :% 名寄 図 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の函淵層群石炭層ビトリナイト反射率 17

67 < 深度 > 石炭層上限の深度状況では 最も浅い地域においても地下 2,000m 程度であり 豊富北西方 ~ 基礎試錐 稚内 南西方にかけての最大沈降部では 6,000m 以深を呈するようになる ( 図 ) 幌延断層 ~ 大曲断層間では地表の地質構造に調和的な分布様式を示し 背斜構造頂部付近で 2,000-3,000m 程度の深度で石炭層が出現する また大曲断層以西では 褶曲構造を伴いながらも雄大な盆状構造を呈するようになり 背斜頂部でも 4,000 m 以深となり非常に深い < 層厚 > 累計炭層層厚については 基礎試錐 稚内 の西方で最も厚く最大 100m 以上となる ( 図 ) 層厚分布はほぼ南北に伸びた楕円状で周囲に厚さを減ずる傾向を呈する <ビトリナイト反射率 > 石炭層出現深度状況にほぼ対応しており 基礎試錐 稚内 や豊富の西方で最も高く 0.8% 以上となる ( 図 ) 最も低い値は 0.5% 程度であり 北川口 SK-1 南東方の北川口背斜やロクシナイ背斜頂部域が相当する 以上より 本層の石炭層は最大沈降部周辺で瀝青炭 それ以外の地域では瀝青炭 ~ 亜瀝青炭の炭質を示すものと考えられる b. 苫前 ( 羽幌 ) 地域 < 分布 > 初山別付近を北限 小平付近を南限とする南北に伸びた瓢箪型の分布様式を示し 南北方向における長径は約 60km 程度である ( 図 ) 地表露出部である築別背斜断層周辺域と羽幌ドーム頂部付近は本層分布域の東部に相当する 本地域においても 西半部は日本海域に位置している < 深度 > 築別背斜断層周辺と羽幌ドーム頂部の地表露出域から西方に深度を増加し 西端部付近が最大沈降部となる ( 図 ) しかし詳細には 力昼背斜から伸びる北北西- 南南東の隆起帯が中央部に分布するため 最深部は初山別西方と小平西方の南北 2 箇所に別れ どちらも 5,000m 以上となる < 層厚 > 地表露出部である築別背斜断層周辺と羽幌ドーム頂部付近が最も厚く 累計炭層層厚で 70m を超えるようになる ( 図 ) それ以外には力昼背斜頂部付近においてやや厚層部があるものの 全体としては南北に伸びた楕円状で周囲に厚さを減ずる傾向を有する <ビトリナイト反射率 > 石炭層出現深度状況に調和的な傾向を呈する すなわち 石炭層の地表露出部周辺では % 程度 初山別西方や小平西方の最大沈降部で 0.7% 程度を示す ( 図 ) このことから 本地域の大半は亜瀝青炭から構成され 最大沈降部周辺部でのみ瀝青炭になると考えられる 2 函淵層群天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域では 函淵層群は地表に露出しておらず 基礎試錐 チカップ 増幌 SK-1D 基礎試錐 天北 北川口 SK-1 基礎試錐 遠別 の 5 坑井で確認されている ( 北海道鉱業振興委員会,1979,1990; 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1982, 1992; 石油技術協会,1993; 石油公団,1995,2002) このうち 函淵層群を掘り抜いて 18

68 上部蝦夷層群まで到達した坑井は増幌 SK-1D を除く 4 坑井である また 基礎試錐 留萌 では本層群や上部蝦夷層群を欠いて羽幌層より中部蝦夷層群に直接掘り込んでいる ( 石油技術協会,1993) < 分布 > 上記の坑井データに加え地震探鉱データの解釈結果を併せると 本地域の函淵層群は 稚内周辺から初山別南方に広く分布しているものと考えられる ( 図 ) その分布域に関する詳細は 東限を幌延断層付近で 南限を初山別南方 ~ 羽幌北方で境されるが 北限や西限 さらには南東限に関しては不明である いずれにせよ 分布域の西半部は日本海域地下に位置することとなる < 深度 > 本層群の上限深度図からわかるように 羽幌層に類似した傾向を呈している ( 図 ) 大曲断層西部のサロベツ原野( 豊富 ~ 基礎試錐 稚内 西方地域 ) に最大沈降部を有し 8,000m を超える大深度となる この大深度域東方の幌延断層 ~ 大曲断層間や遠別周辺地域では 地表の地質構造に調和的な分布様式を示し 幌延断層 ~ 大曲断層間では 4,000-5,000m 深度で石炭層が出現し 遠別周辺のロクシナイ背斜や歌越別背斜頂部付近では地下 2,000m 以浅で出現する また大曲断層以西では 褶曲構造を伴いながらも雄大な盆状構造を呈するようになり 最も西部の利尻島 ~ 天売 焼尻島間では深度 2,000m 以浅を呈するようになる < 層厚 > 基礎試錐 遠別 と北川口 SK-1 の両坑井の西方で最も厚く最大 70m 以上となる ( 図 ) 層厚分布はほぼ南北に伸びた楕円状で周囲に厚さを減ずる傾向を呈する しかしながら稚内周辺地域の日本海岸部においては 本層群を確認した坑井が基礎試錐 チカップ のみであり その層厚も非常に薄かったことから 実態に関しては明確なことはわかっていない <ビトリナイト反射率 > 石炭層出現深度状況にほぼ対応しており 豊富西方の最大沈降域で 1.0% 以上となる ( 図 ) 最も低い値は 北川口背斜 ~ 歌越別背斜頂部付近の % 程度である 以上より 本層の石炭層は最大沈降部周辺で瀝青炭 それ以外の地域では瀝青炭 ~ 亜瀝青炭の炭質を示すものと考えられる (2) 石狩低地帯石狩低地帯の周辺では 北方の樺戸炭田 北東方の北部石狩炭田 ( 空知炭田 ) 東方の南部石狩炭田 ( 夕張炭田 ) が知られている ( 図 ) 樺戸炭田は主に古第三系樺戸層の亜瀝青炭を稼業対象としたものであった 一方 石狩炭田は 稼業対象として古第三系石狩層群の主に瀝青炭から採炭実績を有したものである 石狩低地帯においては新第三系と第四系に厚く覆われるため 樺戸層や石狩層群などの古第三系始新統は地表には分布しない しかしながら 基礎試錐 空知 北村 SK-1 基礎試錐 南幌 基礎試錐 夕張 恵庭 SK-1 基礎試錐 馬追 の 6 坑井に加え 苫小牧市東方の勇払油ガス田内および周辺の 14 坑井および苫小牧市南方海域の 4 坑井で 古第三系石炭層を確認している ( 北海道鉱業振興委員会,1979,1990; 石油資源開発札幌鉱 19

69 業所勇払研究グループほか,1992; 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1992; 石油技術協会,1993; 石油公団,1997,1999; 栗田 横井,2000; 武富 西田,2002) 前述したように 石狩低地帯における古第三系石炭層は炭田地域の石狩層群石炭層よりも時代的にやや若く 幌内層下部と同時異相であることがわかっている その意味では 基礎試錐 軽舞 や平取 SK-9 号井でも平野下の石炭層と同層準を掘削し炭質泥岩を記載している ( 北海道鉱業振興委員会,1979; 石油技術協会,1993) なお 石狩低地帯北部の峰延 SK-1 篠津 SK-1 南金沢 SK-1 では石狩層群相当層を欠いて直接白亜系基盤岩類に掘り込んでいる ( 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1992) < 分布 > 上記の坑井データに加え地震探鉱データの解釈結果を併せると いわゆる石狩層群石炭層は 本地域の地下全体に広く分布しているものと推定される ( 図 ) しかしながら 峰延 SK-1 篠津 SK-1 南金沢 SK-1 で本層準が分布しないこと 基礎試錐 南幌 や恵庭 SK-1 基礎試錐 馬追 さらには勇払油ガス田の坑井群において石狩層群夾炭層の下位に扇状地性礫質岩が発達することを考えれば 石狩層群石炭層分布域の西限は 上記した坑井群の近傍付近を南北方向に走り 石狩低地帯の西縁にほぼ一致した分布様式を示すものと考えられる また 石狩低地帯の石炭層分布域の東方については 厳密には同一層準ではないものの地表の石狩炭田地域まで連続する 分布域の北限や南限に関しては不明であるが 地質学的背景を考慮すると北限は雨竜地域まで連続する可能性があり 南限については三陸沖やあるいは常磐沖までも繋がる可能性が示唆される ( 石油技術協会, 1993; 大澤ほか,2002) < 深度 > 本地域の石狩層群石炭層は空知炭田地域から南方に あるいは夕張炭田地域から西方に深度を増し 最大深度で 8,000m 以上を呈するまで埋没している ( 図 ) 石狩低地帯内部の深度状況は いくつかの隆起部と沈降部から構成される 大規模な隆起域で地表の地質構造に調和的なものとして 馬追丘陵の馬追背斜部が挙げられる 本地域での石炭層上限は約 4,000m である 地表地質と相関しない隆起域としては 馬追丘陵西方で恵庭 SK-1 付近に見られる深度 4,000m の半ドーム構造と苫小牧東方 勇払油ガス田のドーム構造 (3-4,000m 深度 ) がある 一方 明瞭な沈降域としては 4 地域を認めることができ 岩見沢南西方の 4,000m 以深の盆状構造 由仁 ~ 追分付近のいわゆる由仁平野地下を南北に延びる 6,000m 以深の向斜構造 千歳西方で 8,000m 以深まで沈降する半盆状構造 さらには早来から南方の海域まで連続する 8,000m 以深の半盆状構造である < 層厚 > 石炭層層厚図から読み取れるように 本地域には 3 箇所の厚層部が認められる ( 図 ) それは 岩見沢西方部 由仁東方地域および早来南方部である これら 3 箇所の厚層部は 前記した大沈降域と調和的である 岩見沢西方部については 空知炭田地域から連続する様相の北東 - 南西方向の長軸を有しており 空知炭田の最大累計層厚に匹敵する 60m 以上の厚層となっている また由仁西方部は 東方の夕張炭田よりも厚い 50m 以上の層厚を呈する さらに早来南方部では最大層厚が 100m 以上に達し 本地域の中で最も厚い箇所となっている 20

70 石狩 札幌 支笏湖 地表地質構造図断層背斜構造炭田厚田背石狩低地帯地域 白老 戸恵庭 ( 基 ) 馬追馬北 あ け ぼ の 千歳 あけぼの沼ノ端 苫小牧 勇南勇払 早 滝川 別背斜背斜追安断X X X X X 張X X X 断万字ドーム江別層俊X 鳩ノ巣ドーム層茨美唄 ( 基 ) 空知 峰延 SK-1 北村 奔別断 X X 当別篠津 SK-1 X 岩見沢清南金沢 SK-1 真布( 基 ) 南幌 夕張 由仁 X ( 基 ) 夕張 恵庭 SK-1 追分 ( 基 ) 軽舞 払 X 砂川 X X 鵡川 X X X X X X 空知背斜夕背斜馬追平背斜X X 穂別 平取 SK-9 平取 芦別 X X 20k X 図 石狩低地帯地域地表地質構造図 21

71 石狩 札幌 支笏湖 上限深度 単位 :1000m 厚 白老 石群石炭層分恵庭 5 ( 基 ) 馬追追分 千歳 H 6 L H 5 L 8 5 L 早来 H H 滝川 砂川 1 峰延 SK-1 美唄 ( 基 ) 空知 1 北村 SK-1 2 H 2 3 篠津 SK-1 当別 3 岩見沢 南金沢 SK-1 4 H L 4 4 江別 4 L 4 L H ( 基 ) 南幌 6 夕張 2 4 L 由仁布石狩層群石炭層 1 H H 4 ( 基 ) 夕張 4 恵 庭 5 L 4 2 狩4 H 4 6 層H 北あけぼの ( 基 ) 軽舞あけぼの 4 H 6 H 沼ノ端勇払 SK-2,3D 4 南勇払 5 苫小牧 L 石狩層群石炭層分布限鵡川 芦別穂別平取 SK-9 平取 20km 図 石狩低地帯地域の石狩層群石炭層上限深度 22

72 石狩層群石炭層層厚 滝川 芦別 0 30 砂川 厚田 峰延 SK-1 美唄 ( 基 ) 空知 石狩 北村 SK-1 篠津 SK-1 当別南金沢 SK-1 60 岩見沢 30 江別 札幌 ( 基 ) 南幌 夕 由仁 恵庭 SK-1 0 恵庭 ( 基 ) 馬追 追分 ( 基 ) 夕張 千歳 支笏湖 早来 穂別 白老 北あけぼのSK-1D あけぼの沼ノ端苫小牧 0 勇払 SK-2,3D 南勇払 ( 基 ) 軽 鵡川 30 平取平取 20km 図 石狩低地帯地域の石狩層群石炭層層厚図 23

73 ビトリナイト反射率 石狩 札幌 支笏湖 単位 :% 厚 白老 石炭層滝川 分0.8 布早来 砂川 峰延 SK-1 美唄 ( 基 ) 空知 北村 SK 篠 津 当別 0.6 岩見沢 南 金 沢 江別 0.7 ( 基 ) 南幌 0.7 夕張 0. 由仁 ( 基 ) 夕張 恵 庭 石0.6 狩( 基 ) 馬層恵庭追分群0.8 限石狩層群石炭層 千歳 北あけぼの 0.6 あけぼの沼ノ端 苫小牧 石狩層群石炭層分布限勇払 SK-2,3D 南勇払 鵡川 ( 基 ) 軽舞 芦別穂別平取平取 20km 図 石狩低地帯地域の石狩層群石炭層ビトリナイト反射率 < ビトリナイト反射率 > 石炭層の深度状況にほぼ対応した反射率分布を示す ( 図 ) 出現深度で明瞭な沈降域として挙げられた岩見沢南西方の盆状構造部が 0.8% 24

74 以上 由仁平野地下の南北性向斜構造部で 0.9% 以上 千歳西方の半盆状構造と早来南方の半盆状構造で 1.0% 以上となっている すなわち これら沈降域に存在する石炭層は典型的な瀝青炭である 一方 岩見沢北方 馬追丘陵およびその西方 勇払油ガス田では 0.7% 以下の反射率となり亜瀝青炭から瀝青炭を呈する 由仁平野東方 ~ 夕張西方部では出現深度が浅いにも関わらず反射率は 0.7% 程度と高い これは本地域が夕張炭田同様の衝上断層帯に属し 過去に地下深所に埋没 石炭化した石炭層が後の造構運動で地表付近にのしあがったことに起因している ちなみに 基礎試錐 夕張 では 3 枚のスラストシートによる石炭層の繰り返しが認められ 最も浅い 320m 深度の石炭層で約 0.7% 深度 1,000m 付近で約 1.0% 深度 3,000m 付近で約 1.7% の値を示し いずれも強い続成作用を被った瀝青炭であることがわかっている 炭層固定可能性地域の摘出前項において 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域における羽幌層と函淵層群および石狩低地帯における石狩層群の石炭層分布域 出現深度 累計炭層層厚 ビトリナイト反射率に関して記載を行った いずれの地域においても 相当の累計層厚を有する亜瀝青炭 ~ 瀝青炭が地下深部の様々な深度に伏在していることが理解された これより 炭層固定可能性地域の摘出に必要な最低限の情報は得られたものと考えられる しかし 炭層固定の将来性を考慮するならば 厚く石炭化度の高い石炭層がより浅い深度で出現する箇所が 技術的観点からも経済的観点からも現実的であることは論を待たない したがって 前述した各パラメータをランク分けすることにより整理し 将来開発可能なポテンシャル地域を抽出することを以下に試みる 炭層固定に最も必要なパラメータは石炭層の存否である また存在する個々の石炭層は厚くかつ特定深度に集中していることが好条件であろう 小論で記載した石炭層層厚は累計層厚であり 個々の単層層厚や集合状態まで議論を加えることは不可能であった したがって 層厚についてのランク分けは第一義的とは成り得ず 従属的なものであると位置づけられる また ビトリナイト反射率から見た石炭化度指標に関しても 本地域の場合は亜瀝青炭から瀝青炭の範囲に留まり いわゆる苫前炭田や石狩炭田と同レベルの石炭であることがわかった すなわち 石炭化度から考えた場合でも 有意の差別化を与えることは困難である したがって ビトリナイト反射率によるランク分けも従属的なものとなる 一方 対象とする石炭層の深度は 技術的かつ経済的に重要な位置を占める これより 本項では深度に依拠したランク分けを主軸とする可能性地域の摘出を行い 個々の地域において他のパラメータを俯瞰することとする 対象深度のランクは以下の理由により A ランク :2,000m 以浅 B ランク :2,000-6,000m C ランク :6,000m 以深の 3 段階とする A ランクの範囲にある深度は 現時点でも開発可能な深度であり より現実的なものである B ランクの最大深度である 6,000m は現在の商業的坑井掘削技術がもつ最大深度にほぼ対応し 近い将来の炭層固定技術や経済性の 25

75 向上により可能性が広がる対象深度である C ランクは炭層固定技術以外の掘削技術の向上なども必要であり 長期的なビジョンとして位置づけられるランクとなる 累計炭層層厚については 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域 石狩低地帯の両地域ともに最大値が 100mであることから 60m 以上をランク m をランク 2 30m 以下をランク 3 とした さらにビトリナイト反射率に関しては 確実に瀝青炭に分類され かつガスの生成 排出が急激に起こる 0.7% 以上をランク a 亜瀝青炭を主体とするが瀝青炭も相当量期待できる % をランク b 褐炭のみしか存在しない 0.4% 以下をランク c と分類した 以上のランク分けに基づいて天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層を見ると 深度 2,000m 以浅の A ランクに該当する箇所は遠別北方のロクシナイ背斜頂部 築別背斜断層 ~ 羽幌ドーム周辺 力昼背斜頂部を摘出することができる しかし ロクシナイ背斜部は羽幌層分布限界に近いため層厚が小さい難点を抱えている 本地区のランクは A-3-b である 本地区から遠別町南方の歌越別背斜頂部は 函淵層群を考えた場合でも深度が浅く A ランクで期待がもてるが 層厚的と反射率を併せると A-2-b となる また 築別背斜断層 ~ 羽幌ドーム周辺部では 広域な A ランク域が分布し 特に羽幌ドーム北方で 70m 層厚を超えるため高ランクに位置される 本地区の最も良い部位は A-1-b のランクを付けることができる 力昼背斜頂部付近でも深度と層厚に高得点域があり ここでは A-2-b か B-1-b が付与される 一方 深度はやや深く 3,000m 程度であるものの羽幌層の層厚が大きい箇所として 大曲断層の東翼部のチカップ背斜 基礎試錐 稚内 のサラキトマナイ背斜 目梨背斜などの頂部を摘出することもできよう 本背斜群の頂部付近は羽幌層で見た場合ランク B-1-b と比較的高いが 函淵層群の場合では層厚が極端に薄くランク B-3-b と下がる 函淵層群の層厚で好条件となっている箇所として遠別北西方の海岸部を指摘することができ 本地域は深度 4,000m 程度であるものの B-1-b のランクとなる 石狩低地帯の石狩層群石炭層を見た場合 深度 2,000m 以浅の A ランクに該当する箇所として美唄南西方 北村 SK-1 坑井付近 基礎試錐 夕張 の西方が挙げられる 美唄南西方は深度が非常に浅く層厚も中位である利点を有するものの 反射率が低く褐炭しか期待できないと予測されるため ランクは A-2-c である 北村 SK-1 坑井部位では石狩層群が堆積盆縁辺粗粒層で構成され 石炭層の発達が乏しかった事実が掘削結果から得られている それ故 本地区も A-3-b にランクせざるを得ない 一方 基礎試錐 夕張 の西方域は層厚こそランク 2 であるものの 地表近傍に石炭層が分布し かつ瀝青炭を呈するため A-2-a のランクとなる さらに 深度は 3,000-4,000m だが 層厚が 60m を超え反射率も高い岩見沢西方も注目に値する ( ランク B-1-a) あるいは早来周辺の深度 5,000m クラスの背斜群も B-1-a であり 将来性のある地域として期待できるかもしれない 北海道中央部における炭層固定の将来的可能性地域を摘出することを試みた 検討の結果 対象とした地域の地下深部相当域に石炭層が伏在していることがわかったが 出現深度 層厚ならびに石炭化度のいずれも地域性を有したものであることが理解された 26

76 検討結果の概要は以下の通りである 1 地下深部における石炭層の分布様式は 石油 天然ガス探鉱の一環として実施された坑井掘削と反射法地震探査データによって把握できるようになってきた 2 北海道における地下深部石炭層分布地域として道央部と道東部が挙げられるが 2003 年度は比較的調査の進んでいる天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域と石狩低地帯を対象として取り上げた これらの地域には古第三系の石炭層が伏在しており 天北地域では白亜系の石炭層も分布する 3 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の古第三系羽幌層は 2 箇所に分布地域が分かれており 天北地域の石炭層は深度 2,000-6,000m, 最大累計層厚 100m 以上 瀝青炭 ~ 亜瀝青炭から構成されている 一方, 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層は羽幌ドームを核とし深度 5,000m までに及ぶ 本地域では最大累計層厚は 70m 以上で亜瀝青炭を主とする 4 天北地域の白亜系函淵層群も石炭層を挟在する 深度は 2,000m 付近から 8,000m を超える深度まで様々であるが サロベツ原野付近が最も深く瀝青炭からなる 層厚を見た場合は遠別北方が最も厚く最大 70m に及ぶ 5 石狩低地帯の古第三系石狩層群は平野下に広く分布するが 石炭層の出現深度は 1,000-8,000m 間で 岩見沢 由仁 早来に最大層厚部がある なかでも早来地域では 100m を超える厚層となっている 深度 4,000m 程度より深い箇所では瀝青炭から構成されるが, 夕張地域のように造構運動が激しかった箇所は浅部でも石炭化度が高い 6 石炭層の出現深度を主たる鍵としてランク分けを行った結果 羽幌ドーム北方域が深度も浅く厚層でランクが高いものと判断された また夕張西方域も石炭層の層厚がやや薄いものの 深度や石炭化度から見て期待されることが推定された また これ以外の地域でも数箇所において今後のポテンシャル地域を摘出することができたが 全てのパラメータを満足するわけではなく 一長一短が存在した 7 以上のような結論を得たが 展開された議論は多くの仮定と地質学的推定を入れたものであり それ故 報告結果は多分に定性的な位置付けとならざるを得なかった 炭層容積概算手法炭層容積概算の対象とした地域は 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域と石狩低地帯である 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域に関しては 非常に広大であり陸域と海域に跨って分布すること 地下に伏在する石炭層の層準や層厚に地域的なばらつきが見られることから 天北陸域 天北海域 遠別陸域 遠別海域 苫前 ( 羽幌 ) 陸域 苫前 ( 羽幌 ) 海域 の 6 地域に細分して炭層容積を計算した ちなみに 羽幌層は石炭層の分布様式に従って地域細分を実施したが 函淵層群に関しての区分は単純には行い得なかったため 地勢や地質状況を考慮しつつ人為的に境界線を設けることとした 一方 石狩低地帯においては 空知炭田西方の砂川低地帯や胆振沖海域部においては 得られている情報が限定的であり面的なものとな 27

77 っていないことから これらを除いた地域を一括して 石狩陸域 として扱うこととした また, 深度区分に関しては以下の理由により 深度 1,000-3,000m 3,000-6,000m 6,000m 以深 の三つに大別した 深度 1,000-3,000m の範囲は 早稲田大学理工学総合研究センター(2003) によって報告された深度 1,200m 以浅の炭層と可能な限り重複しないことを前提とし 現時点でも開発可能な深度で より現実的な深度域に相当するものとして区分した しかしながら 炭層深度の情報については 100mオーダーの分解能は有しておらず 結果的に深度 1,000m 以浅で区分することとなった 3,000-6,000m の深度範囲に関しては 現在の商業的ベースで掘削可能な技術範囲にほぼ対応し 近い将来の炭層固定技術や経済性の向上により可能性が広がる対象深度として区分した さらに深度 6,000m 以深 に関しては 炭層固定技術以外に掘削技術の向上なども必要であり 長期的なビジョンとして位置づけられる深度である 炭層容積の具体的な算定手法としては 以下の手順を採用した 1 各地域を上記した深度範囲毎にエリア分けを行う ( 図 a b 各図の左図 ) 2 各エリアを累積炭層層厚図に転写する ( 図 a b 各図の右図 ) 3 1を用いて各エリアの面積を計算する 4 3の面積に2の結果を乗じて各エリアの容積を計算する 基本的な計算方法は台形法に基づいたが 小エリアの算定では平均層厚 面積によった箇所もある なお, 図 a b に示された累計炭層層厚は 30m コンターの粗いものでしかないが 実際の計算にあたっては 10m コンターのものを使用している 炭層容積概算結果炭層容積計算結果のまとめを表 示す また その内訳を表 に示す 表 に示された面積は実測値であり 容積は計算結果である 石炭層の平均層厚に関しては 得られた容積から逆算された平均値を示している 算出された結果を概観すると 以下のようになる 石炭層準毎に比較すると 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層に最も大きい炭層容積を求めることができ 1,800 億 m 3 以上に達している また同地域の函淵層群では 1,000 億 m 3 強であり 石狩低地帯の石狩層群で 830 億 m 3 程度である しかし 石狩層群の場合は砂川低地帯や胆振沖海域を含んでおらず本層群の全体を代表するものではないことを言明しておく 地域毎の比較においては 天北陸域と天北海域において 2 層準の石炭層が広域に分布し かつ一部厚層を呈するため各々 900 億 m 3 程度, 石狩低地帯も厚層が広域に分布するため 800 億 m 3 以上の炭層容積となっている 深度毎に見た場合は 大概の地域で 3,000-6,000m 深度に分布する石炭層の容積が最も大 28

78 きいが 苫前 ( 羽幌 ) 陸域の羽幌層や遠別陸域の函淵層群では 1,000-3,000m 深度に極大値を有している 深度 1,000-3,000m 区間での石炭容積を大きい順に記載すると 苫前 ( 羽幌 ) 陸域 羽幌層の 234 億 m 3 天北陸域 羽幌層の 144 億 m 3 遠別陸域 函淵層群の 100 億 m 3 となる ちなみに 本深度での石狩低地帯 石狩層群の値が小さい結果となったが これは算定地域の中に砂川低地帯や夕張周辺地域が殆ど含まれておらず 本地域浅層全体のポテンシャルが小さいことと同意ではない 最も注目するべき地域として 苫前 ( 羽幌 ) 陸域の深度 1,000-3,000m が挙げられる 本地域の本深度区間では累積層厚の平均値が 50m にも及ぶ石炭層が広域に分布している この代表例として羽幌ドーム北方地域が該当する 先に述べたように 3,000m までが現時点で開発可能な深度であるとの前提に立てば 本地域は今回検討を加えた地域の中で最も開発に適した有望地域として摘出されることとなる 北海道中央部の天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域と石狩低地帯において地下深部に分布する石炭層の容積概算を行った 得られた結果は 対象地域の地下深部に莫大な石炭層が存在することを示しており 炭酸ガス層固定の将来的な可能性は大いに高まったものと考えられる 対象とした地域は非常に限定されたものであった ちなみに 道央南部の石狩層群を対象とした場合でも いわゆる空知炭田西方の砂川低地帯や胆振沖海域には複数の厚い石炭層が地下に伏在していることが知られている 特に滝川市東方部などは 石油公団 (1998) によって CBM 対象の有力地域に選定されている また 今回対象とした地域以外にも 北海道中央部では留萌炭田や樺戸炭田などが分布し また北海道東部では釧路炭田などが分布している 以上から 今回検討した地下深部の石炭層容積は北海道の一部地域を示したに過ぎず 北海道での将来的な資源量は 未だに計り知れないものであるものと容易に予測できる 計算された石炭層の容積は 石油探鉱を目的とした試掘井や物理探査の成果に基づいたものであった 石油探鉱で取り扱う対象が地下数 1,000mもの大深度であることを理由として多くの限界がある 特に単層単位での石炭層の把握はされておらず 累計炭層層厚を様々な手法で算定した地域が多い その意味では 本来の石炭層容積の議論には不十分であることは論を待たず 得られた結果は第一次近似として制限されるものである また 実際の開発に向けても多くの課題を含んでいる 例えば 炭酸ガス固定対象炭層の炭層層厚 ( 炭丈 ) 連続性 石炭化度 各種組成 各種物性などの具体的検討は全くなされておらず それらは今後に期待せざるを得ない 以上のように 本章の多くは詳細議論に耐えうるものではない しかしながら 地下深部石炭層を把握することは 今後の技術進歩やそれによる経済性の増加により将来開発可能なポテンシャル地域を抽出することでもあり その意味で本章は意義を有していると考えられる 29

79 3.1.8 CO 2 炭層固定ポテンシャルとコールベッドメタン資源の見積もり以上に示されてきた炭層容積計算結果から石炭比重を 1.45 として石炭資源量を計算し その深度別 炭層層厚別の石炭資源量を計算した結果から 従来どおりの方法で炭質別に CH 4 吸着量を決め その 2 倍がCO 2 の吸着量としてCO 2 固定量を計算した結果を 深度 1,000-3,000mの炭層について表 に示した 深度 3,000mより深い炭層の石炭量については表 に示す さらに 地域別 陸海別にCO 2 固定量を調べた結果を表 aに 深度別 陸海別に表 bに示した これらの結果から天北 石狩 苫前の順で石炭資源量も炭酸ガス固定量も大きい事が判る 深度別には 3,000-6,000mまでの石炭資源量 及びCO 2 固定量が 1,000-3,000m のものに比較し著しく多い事が判る 天北地域 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の古第三系羽幌層は 2 箇所に分布地域が分かれており 天北地域の石炭層は深度 2,000-6,000m 最大累計層厚 100m 以上 瀝青炭 ~ 亜瀝青炭から構成されている 一方 苫前 ( 羽幌 ) 地域の羽幌層は羽幌ドームを核とし深度 5,000m までに及ぶ 本地域では最大累計層厚は 70m 以上で亜瀝青炭を主とする 天北地域の白亜系函淵層群も石炭層を挟在する 深度は 2,000m 付近から 8,000m を超える深度まで様々であるが 瀝青炭からなる 層厚を見た場合は遠別北方が最も厚く最大 70m に及ぶ 石狩低地帯の古第三系石狩層群は平野下に広く分布するが 石炭層の出現深度は 1,000-8,000m 以上で 岩見沢 由仁 早来に最大層厚部がある 深度 4,000m 程度より深い箇所では瀝青炭から構成されるが 夕張地域のように造構運動が激しかった箇所は浅部でも石炭化度が高い 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域と石狩低地帯について 炭層の分布面積と層厚から炭層容積を見積もりそれからおおよそのコールベッドメタン資源量とCO 2 固定可能量を見積もった ( 表 ) 深度 1,000-3,000m の範囲は 深度 1,200m 以浅の既存炭鉱の炭層と可能な限り重複しないことを前提とし 現時点でも開発可能な深度で 北海道中央部のみで石炭資源量 1 千億トン コールベッドメタン資源量 9 千億立方メートル CO 2 固定可能量 35 億トンに達する ( 表 ) 3,000-6,000m の深度範囲に関しては 将来の炭層固定技術や経済性の向上により可能性が広がる対象深度であり 北海道中央部のみで石炭資源量 4 千億トンに達する 深部であることから コールベッドメタンの含有量の推定には不確定要素が多いが 石炭化度の高い瀝青炭が多く コールベッドメタンも多量に含有されていることは確実である 予備的な推定では コールベッドメタン資源量は 北海道中央部のみで 4 兆立方メートル以上と推定される ( 表 ) CO 2 固定ポテンシャルは 約 170 億トンに達する可能性がある 以上の結果を総括するに CO 2 固定の対象となる深部石炭資源量は 5,385 億トンとなり かつての日本の既存炭鉱周辺における深度 1,200mまでの理論可採埋蔵量 約 185 億トンに対し 約 30 倍となり 如何に莫大な石炭資源がCBMの生産対象またはCO 2 固定対象の資源として残されているかを知る事が出来る 外国の炭田埋蔵量に比較すれば この埋蔵量は大炭田 例えばSan Juan 炭田盆地の埋蔵量にほぼ匹敵するものになる 海外においても深部石炭の探査は十分に行われているとは考えられないので 世界的に深部石炭を探査すれ 30

80 ば 潜在資源量は膨大になる可能性がある しかし 深部石炭を資源として利用するには 技術的に未知数のところが大きい 今後の技術開発により深部非可採石炭を利用する方法 を開発できれば エネルギー資源問題のブレークスルーになる可能性がある 31

81 32 礼文島利尻島 天北海域 天売島 苫前 ( 羽幌 ) 海域 30km 3 4 宗谷沖 -1 宗谷岬 3 H 野寒布岬 H 3 ( 基 ) チカップ稚内 L 増幌 SK-1D 羽( 基 ) 稚内 5 L 5 H H H 6 3 L H H 3 L 豊富 H ( 基 ) 天北 L H 3 L 幌延 H 北川口 SK-1 H H 中川 3 ( 基 ) 遠別遠別 5 2 L 初山別 焼尻島 3 3 H 羽幌 苫前 2 0 ( 基 ) 留萌 H H L 2 5 単位 :1000m 小平 幌層分布限界羽幌層分布限界1 羽幌層分布限界羽幌層分布限界天北陸域 浜頓別 中頓別音威子府 苫前 ( 羽幌 ) 陸域 美深 名寄 羽幌層石炭層上限深度 0 礼文島利尻島 天北海域 初山別 30 天売島 60 焼尻島 苫前 ( 羽幌 ) 海域 30km 宗谷岬宗谷沖 -1 野寒布岬稚内 ( 基 ) チカップ 90 増幌 SK-1D ( 基 ) 稚内 90 浜頓別豊富 ( 基 ) 天北幌延 0 60 中頓別北川口 SK-1 30 中川 0 ( 基 ) 遠別遠別音威子府 小平 天北陸域 苫前 ( 羽幌 ) 陸域 美深 羽幌名寄苫前 60 ( 基 ) 留萌 羽幌層石炭層士別 層厚図 単位 :m 図 a 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の古第三系羽幌層石炭層容積計算地域区分深度 1,000-3,000m: 石炭 670 億トン CBM6700 億立方メートル CO 2 固定量 26 億トン

82 33 3 函5 4 宗谷岬 H 5 H 野寒布岬 6 稚内 ( 基 ) チカップ礼文島 L 増幌函SK-1D 30km H 8 3 L 利尻島 5 4 L 4 8 H 7 ( 基 ) 天北天北海域幌延 H L 北川口 SK L 中川 H L 4 ( 基 ) 遠別遠別 H 4 遠別海域 4 3 H L 初山別 天売島 4 5 焼尻島 5 4 羽幌 苫前 ( 基 ) 留萌 3 淵層群分布限界小平 淵層群石炭層分布限界天北陸域 遠別陸域 浜頓別中頓別音威子府美深名寄 函淵層群石炭層上限深度 単位 :1000m 野寒布岬 礼文島 ( 基 ) チカップ 稚内 利尻島 天北海域 浜頓別豊富 ( 基 ) 天北幌延中頓別 0 北川口 SK-1 中川 ( 基 ) 遠別 0 遠別音威子府 60 遠別陸域 遠別海域 30 初山別 30 天売島 美深 焼尻島 0 羽幌 名寄 苫前 30km ( 基 ) 留萌小平 宗谷岬 0 増幌 SK-1D 天北陸域 函淵層群石炭層士別 層厚図 単位 :m 図 b 天北 ~ 苫前 ( 羽幌 ) 地域の白亜系函淵層群石炭層容積計算地域区分深度 1,000-3,000m: 石炭 270 億トン CBM1500 億立方メートル CO 2 固定量 6 億トン

83 34 石炭層分布滝川 上限深度 単位 :1000m 砂川 厚田 限界1 美唄 ( 基 ) 空知峰延 SK-1 1 北村 SK-1 H 2 2 石狩 3 篠津 SK-1 当別 3 岩見沢 南金沢 SK-1 4 H L 4 4 札幌 L 4 L 江別 4 H ( 基 ) 南幌 5 4 L H H 1 由仁 夕張 石狩陸域 4 4 恵庭 SK-1 5 L 4 H 6 4 恵庭 H 5 ( 基 ) 馬追追分 千歳 H 6 L H 5 L 8 5 支笏湖 5 早来 6 L H H 北あけぼの SK-1D あけぼの 4 H 6 沼ノ端勇払 SK-2,3D 4 南勇払 L 苫小牧 白老 界石狩層群石炭層 石狩層群石炭層分布限鵡川 ( 基 ) 夕張 ( 基 ) 軽舞 H 芦別穂別平取 SK-9 平取 20km 石狩層群石炭層層厚図 単位 :m 厚田石狩 江別札幌 ( 基 ) 南幌 恵庭 SK-1 0 恵庭 ( 基 ) 馬追千歳支笏湖 白老 0 峰延 SK-1 北村 SK-1 篠津 SK-1 当別南金沢 SK-1 石狩陸域 30 滝川芦別砂川 30 美唄 ( 基 ) 空知 60 岩見沢 30 夕張 由仁追分 ( 基 ) 夕張 早来穂別 北あけぼの SK-1D あけぼの ( 基 ) 軽舞 沼ノ端 勇払 SK-2,3D 30 南勇払 苫小牧平取 SK 平取鵡川 0 20km 図 石狩低地帯地域の石狩層群深部非可採炭層の深度と層厚分布深度 1,000-3,000m: 石炭 46 億トン CBM560 億立方メートル CO 2 固定量 2 億トン

84 表 石炭容積計算結果のまとめ ( 単位 :MMm 3 ) 表 石炭容積計算結果のまとめ ( 単位 :MMm 3 ) 道央北部 道央南部 時代 層準 深度区分 天北地域 遠別地域 苫前 ( 羽幌 ) 地域 石狩地域 各層深度別合計値 始新世 石狩層群 天北陸域 天北海域 遠別陸域 遠別海域 苫前陸域 苫前海域 石狩陸域 m 3,165 3, m 65,419 65, m 以深 14,777 14,777 深度合計 83,361 83, m 14,361 2,876 23,372 5,775 46,384 暁新世 白亜紀 羽幌層 函淵層群 m 60,589 52,449 5,572 15, , m 以深 7,730 7,730 深度合計 82,680 55,325 28,944 20, , m 205 3,432 9,985 5,065 18, m 10,932 26,437 4,958 31,664 73, m 以深 5,714 1,845 7,559 深度合計 16,851 31,714 14,943 36, ,237 各陸域 海域合計値 99,531 87,039 14,943 36,729 28,944 20,871 83,361 各地域合計値 186,570 51,672 49,815 83, ,418

85 表 石炭容積計算結果内訳 時代 層準 深度区分 面積 (km 2 ) 道央北部 道央南部 天北地域 遠別地域 苫前 ( 羽幌 ) 地域 石狩地域 天北陸域 天北海域 遠別陸域 遠別海域 苫前 ( 羽幌 ) 陸域 苫前 ( 羽幌 ) 海域 石狩陸域 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 面積 (km 2 ) 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 面積 (km 2 ) 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 面積 (km 2 ) 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 面積 (km 2 ) 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 面積 (km 2 ) 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 面積 (km 2 ) 平均 層厚 (m) 容積 (MMm 3 ) 始新世 石狩層群 1000 ~ ~ 以深 ,165 65,41 1, , 曉新世 白亜紀 羽幌層 函淵層群 1000 ~ ~ 以深 1000 ~ ~ 以深 , , , , ,589 1, , , , , , , , ,932 1, , , , , ,845

86 表 北海道中央部深部非可採炭層 ( 深度 1,000-3,000m) への CO 2 炭層固定化ポテンシャル 37 地域名陸海別層準 深度炭層体積石炭資源量炭層圧ガス吸着量メタン埋蔵量 CO 2 固定量 ( 単位 :10 6 m 3 ) ( 単位 :10 6 t) ( 単位 :kg/cm 2 ) ( 単位 :m 3 /t) ( 単位 :10 9 m 3 ) ( 単位 :10 6 t) 羽幌層群 1,000-3,000m 14,361 20, 陸域函淵層群 1,000-3,000m ,000-3,000m 陸域計 14,566 21, 天北 羽幌層群 1,000-3,000m 2,876 4, 海域 函淵層群 1,000-3,000m 3,432 4, 遠別 1,000-3,000m 海域計 6,308 9, 陸海域合計 20,874 30, ,105 陸域 函淵層群 1,000-3,000m 9,985 14, 海域 函淵層群 1,000-3,000m 5,065 7, 陸海域合計 15,050 21, 陸域 羽幌層群 1,000-3,000m 23,372 33, ,336 苫前 海域 羽幌層群 1,000-3,000m 5,775 8, 陸海域合計 29,147 42, ,666 石狩 陸域 石狩層群 1,000-3,000m 3,165 4, 各地域総合計 1,000-3,000m 計 68,236 98, ,489

87 表 北海道中央部深部非可採炭層 ( 深度 3,000-6,000m) 38 地域名陸海別層準 深度炭層体積石炭資源量 ( 単位 :10 6 m 3 ) ( 単位 :10 6 t) 羽幌層群 3,000-6,000m 60,589 87,854 陸域函淵層群 3,000-6,000m 10,932 15,851 3,000-6,000m 陸域計 71, ,705 天北 羽幌層群 3,000-6,000m 52,449 76,051 海域 函淵層群 3,000-6,000m 26,437 38,334 遠別 苫前 石狩 3,000-6,000m 海域計 78, ,385 陸海域合計 150, ,090 陸域 函淵層群 3,000-6,000m 4,958 7,189 海域 函淵層群 3,000-6,000m 31,664 45,913 陸海域合計 36,622 53,102 陸域羽幌層群 3,000-6,000m 5,572 8,079 海域 羽幌層群 3,000-6,000m 15,096 21,889 陸海域合計 20,668 29,968 陸域 石狩層群 3,000-6,000m 65,419 94,858 各地域総合計 3,000-6,000m 計 273, ,018

88 表 a 地域別 CO 2 炭層固定可能量 地域名 陸域 海域別 炭層体積石炭資源量石炭資源量 CH4ガス CO2 固定備考 V Q1 Q2 埋蔵量 Qg 資源量 Qco (10 6 m 3 ) (10 6 t) (10 6 t) (10 6 m 3 ) (10 3 ( 層群 ) t) 陸域 99, , ,319 1,548,144 6,121,362 羽幌 函淵 天北 海域 87, , ,206 1,237,895 4,894,636 羽幌 函淵 計 186, , ,525 2,786,039 11,015,998 陸域 14,943 25,404 21, , ,925 函淵 遠別 海域 36,729 62,440 53, ,508 1,350,320 函淵 計 51,672 87,844 74, ,484 1,864,245 陸域 28,944 49,204 41, ,448 1,713,853 羽幌苫前海域 20,871 35,481 30, ,436 1,353,991 羽幌 ( 羽幌 ) 計 49,815 84,685 72, ,884 3,067,844 石狩 陸域 83, , ,874 1,704,268 6,738,676 石狩 各地域総合計 371, , ,554 5,737,675 22,686, 表 b 深度別 CO 2 炭層固定可能量 炭層深度区分 陸域 海域別 炭層体積 V (10 6 m 3 ) 石炭資源量 Q1 (10 6 t) 石炭資源量 Q2 (10 6 t) CH4ガス埋蔵量 Qg (10 6 m 3 ) CO2 固定資源量 Qco (10 3 t) 陸域 51,088 86,851 74, ,732 2,715,337 1,000~3,000m 海域 17,148 29,152 24, , ,116 計 68, ,003 98, ,513 3,489,453 陸域 147, , ,831 2,618,812 10,354,782 3,000~6,000m 海域 125, , ,187 1,707,921 6,753,119 計 273, , ,018 4,326,733 17,107,901 陸域 28,221 47,976 40, ,292 2,017,697 6,000m 以深 海域 1,845 3,137 2,675 18,137 71,712 計 30,066 51,113 43, ,429 2,089,409 総合計 371, , ,554 5,737,675 22,686,763

89 < 参考文献 > 秋葉文雄 栗田裕司 横井悟 小布施明子 西田英毅 高野修 花方聡 山之内芳徳 三輪美智子,2001MS: 北海道石狩 日高地域の始新統 ~ 下部中新統の層序学的研究. 石油資源開発株技術研究所研究成果報告書,59,93p. Ayers Jr., W. B.,2002:Coalbed gas systems, resources, and production and a review of contrasting cases from the San Juan and Powder River basins.aapg,86, 服部幸雄,1967: 苫前炭田における層序についての 2 3 の問題. 佐々保雄教授還暦記念論文集 北海道鉱業振興委員会,1979: 北海道の石油 天然ガス資源 -その探査と開発( 昭和 43 ~51 年 )-.205p. 北海道鉱業振興委員会,1990: 北海道の石油 天然ガス資源 -その探査と開発( 昭和 52 ~63 年 )-.157p. 北海道通商産業局,1993: 北海道の石炭 保柳康一,1989: 中央北海道中新統タービダイトと日本海拡大. 月刊地球,11, IIJIMA, Azuma and Ryuji TADA, 1990: EVOLUTION OF TERTIARY SEDEMENTARY BASINS OF JAPAN IN REFERENCE TO OPENING OF THE JAPAN SEA, Journal of the Faculty of Science, University of Tokyo; Sec.,Vol.22,No.2,pp 飯島東,1996: 北海道の古第三系堆積盆の変遷. 地学雑,105, 関西総合環境センター(KANSO) 2004: 平成 14 年度二酸化炭素炭層固定化 有効利用技術等対策事業費補助金二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書.322p. 環境総合テクノス(KANSO 旧称: 関西総合環境センター ) 2004: 平成 15 年度二酸化炭素炭層固定化 有効利用技術等対策事業費補助金二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書 木村学 楠香織,1997: 日高造山運動と島弧会合部のテクトニクス. 地質学論集, 47, 栗田裕司 一ノ関鉄郎 平松力,1992: 北海道羽幌地域の三毛別層と羽幌層の地質年代. 地質雑,98, 栗田裕司 小布施明子,1994: 北海道北部, 羽幌層の古第三紀渦鞭毛藻化石 花粉化石とその地質年代および堆積環境. 地質雑,100, 栗田裕司 小布施明子,1997: 北海道北部, 基礎試錐 天北 における第三系 ~ 上部白亜系有機質微化石層序 ( 渦鞭毛藻化石 花粉胞子化石 ). 石技誌,62, 栗田裕司 小布施明子,1998: 北海道 ~サハリンにおける古第三系 ~ 下部中新統の有機質微化石層序に基づく年代と古環境. 日本地質学会第 105 年年会講演要旨集,239. 栗田裕司 横井悟,2000: 中央北海道における新生代テクトニクスの変遷と油田構造 40

90 形成. 石技誌,65, 小出仁 国安稔 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2004: 深部非可採炭層へのCO2 固定の大きな可能性 地圏長期評価研究協会会報 第 5 号,p4-24 森田信男 小出仁 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2003: 二酸化炭素炭層固定化技術開発 本邦炭層における炭酸ガス固定可能量の調査研究 平成 14 年度二酸化炭素固定化 有効利用技術等対策事業補助金による研究. 早稲田大学理工学総合研究センター 50p. 森田信男 小出仁 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2004: 二酸化炭素炭層固定化技術開発 本邦炭層における炭酸ガス固定可能量の調査研究 平成 15 年度二酸化炭素固定化 有効利用技術等対策事業補助金による研究. 早稲田大学理工学総合研究センター 37p. NEDO( 新エネルギー 産業技術総合開発機構 )1993: 石炭資源総合開発基礎調査総合評価報告書 新井田清信 紀藤典夫,1986: 北海道における白亜紀島弧 - 海溝系 -その地質構成と造構史. 地団研専報,31, 西田英毅 早稲田周 岩野裕継 加藤恵悦,1997: 北海道原油の地化学的特徴. 石油資源開発株式会社技術研究所研究報告,12, 大澤正博 中西敏 棚橋学 小田浩,2002: 三陸 ~ 日高沖前弧堆積盆の地質構造 構造発達史とガス鉱床ポテンシャル. 石技誌,67, 石油技術協会,1993: 最近の我が国の石油開発, 石油技術協会創立 60 周年記念.442p. 石油公団,1995: 平成 5 年度国内石油 天然ガス基礎調査基礎試錐 天北 調査報告書.120p. 石油公団,1997: 平成 8 年度国内石油 天然ガス基礎調査基礎試錐 馬追 調査報告書.134p. 石油公団,1998: 平成 9 年度石狩炭田地域のコールベッドメタン賦存状況調査調査報告書.67p. 石油公団,1999: 平成 9 年度国内石油 天然ガス基礎調査基礎試錐 夕張 調査報告書.91p. 石油公団,2002: 平成 12 年度内石油 天然ガス基礎調査基礎試錐 チカップ 調査報告書.55p. 石油資源開発札幌鉱業所勇払研究グループ 岡村聡 加藤孝幸 柴田賢 雁澤好博 内海茂,1992: 北海道苫小牧市東部における坑井から採取された白亜紀花崗岩類. 地質雑,98, 石油資源開発株式会社環境エンジニアリング事業推進室,2003: 北海道中央部における地下深部炭層固定可能性地域について.14p. 島田荘平,1995: コールベッドメタン開発技術の現状. 資源と素材,111,

91 島田荘平,2001: 石炭層を利用した炭酸ガスの地中固定. 資源と素材,117, 鈴木優 早稲田周 西田英毅,2001: 芳香族ステロイドによる原油 根源岩対比. 石油資源開発株式会社技術研究所研究報告,15,1-12. 高野修 早稲田周 西田英毅 一ノ関鉄郎 横井研一,1998: 北海道始新統石狩層群の河川 ~ 内湾システムと堆積シーケンス. 堆積学研究,47, 武富浩 西田英毅,2002: 石狩 ~ 日高堆積盆における石油システム- 勇払油ガス田の地化学データを中心として-. 石技誌,67, 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1982: 日本の石油 天然ガス資源,455p. 天然ガス鉱業会 大陸棚石油開発協会,1992: 改訂版日本の石油 天然ガス資源,520p. 通商産業省石炭局,1956: 埋蔵炭量炭質調査概要. 日本の石炭資源, 通商産業局,389p. 早稲田周 高野修 西田英毅 武田信従 続木直英 横井研一,1998: 石狩層群夾炭層における堆積相と有機物相. 石油資源開発株式会社技術研究所研究報告,13, Waseda, A. and Nishita, H.,1998:Geochemical characteristics of terrigenous- and marine-sourced oils in Hokkaido, Japan.Org. Geochem.,28, 早稲田大学理工学総合研究センター,2003: 二酸化炭素炭層固定化技術開発 我が国炭層における炭酸ガス固定可能量の調査研究 平成 14 年度二酸化炭素固定化 有効利用技術等対策事業補助金による研究.50p. 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 小出仁 2004: 我が国炭田の二酸化炭素固定可能量調査について エネルギー 資源 ( 学会誌 )145 号 p

92 3.2 日本の深部炭層のポテンシャル はじめに前節では 北海道中央部の深部非可採炭層のポテンシャルについて述べたが 日本列島外帯には古第三紀層が展開しており この地層中には石炭層が発達している事が基礎試錐および地震探鉱の結果で知られている 日本の第三紀堆積盆については IIJIMA and TADA(1990) 飯島(2003) によって総括されている 以下は主に飯島の総括に基づいて議論をする 石炭層を胚胎する古第三紀石炭堆積盆地は 北海道中央部から北へ宗谷海峡を隔て サハリン島西部へと連なり 他方 南方には苫小牧沖 - 日高沖から三陸沖に掛けて連なり 更に南に相馬沖 常磐沖 磐城沖に達し 広大な面積に炭層が広がっている ( 図 ) この 東北日本からサハリンに連なる石炭盆地は延長 1200km 以上にわたり 産業革命を生んだ英国からポーランドのシレジア炭田へと連なるヨーロッパの石炭盆地に匹敵するスケールを有している また 北海道東部釧路付近や九州北西にも石炭盆地が広がっている 海外における主要な石炭資源は 古生代の石炭紀層に胚胎するものが主であるが 日本では高品位の瀝青炭や亜瀝青炭が主に古第三紀の堆積層に産出する 日本の堆積岩は 諸外国の同時代の堆積岩と比較して 圧密 続成作用が進んでいる傾向があるのと軌を一にしている 石炭化作用も圧密 続成作用も 圧力と温度によって進行すると考えられる 石炭化のメカニズムは十分に解明されていないが 日本列島の被ってきた地殻変動が石炭化の促進に役立った可能性がある 古第三紀始新世は 3600 万年前から 5500 万年前で 全地球的に温暖な気候で陸上植物が繁茂した 日本海は未開口であったので 現在の日本列島を構成する地域は主にアジア大陸縁の沿岸域で長期にわたり安定した堆積環境にあり 多量の陸上植物が堆積し 大規模な石炭盆地を形成した 我が国の石炭資源も 明治期以後の産業革命のエネルギー源となり さらに第二次世界大戦後のどん底からの復興の原動力となった輝かしい過去を持つが 現在では本格的な坑内掘り炭鉱は釧路地区に残るだけになっている しかし これは採掘コストの安い海外炭との競争により経済的理由で閉山に追い込まれた場合が多く 特に比較的深い石炭層は未採掘のまま残されていることが多い さらに 地下 1,200m を超える深部炭層は 従来の採掘技術では経済的に非可採であるとして 原則として探査もされず 日本の石炭埋蔵量からも除外されてきた しかし 最近 深部非可採石炭層 が 石油や天然ガスの根源岩として注目されるようになり 石油や天然ガスの探査の指標として深部石炭層の分布が次第に明らかになりつつある 43

93 図 古第三紀始新世中期および後期の古地理図 (Iijima and Tada,1990) ( 磐城沖 三陸沖 北海道中央部からサハリン および釧路 九州北西部に広大な堆積盆地が広がる ) 44

94 深部石炭層の探査は 石炭自体が目的ではなく 石油や天然ガスの探査のための途中工程として実施されていることもあり その全貌は明らかになっていないが 現在判明している日本の一部地域分だけでも膨大な量に上る 深部非可採炭層 は従来の採炭技術では経済的に採掘できないが コールベッドメタンおよびさらに揮発質成分だけでもガスとして採取できれば わが国のエネルギー事情は大きく改善される可能性がある さらに深部石炭層はCO 2 固定の場としても理想的である 石炭の代わりにガスとして採取するだけでも ガスの方が低炭素含有燃料であるため 温室効果ガス削減に役立つが 地下に残った石炭層をCO 2 固定の場に使用すれば 積極的な温室効果ガス削減ができる 深部非可採石炭層は 未利用天然ガス供給源として CO 2 固定先として 一石二鳥の役割を期待できる しかし 地下深部の高温 高圧下における石炭層の状態 挙動は解明されていない 今後 詳細な研究が必要である 2002 年から経済産業省資源エネルギー庁 ( 株 ) 環境総合テクノス (KANSO)-( 財 ) 石炭エネルギーセンター (JCOAL) は 二酸化炭素炭層固定化技術開発 を実施しているが その一環として我が国の石炭層のCO 2 固定能力調査を早稲田大学理工学総合研究センターで行った そのため 1956 年に通商産業省により全国規模で系統的に実施された全国炭量調査の資料に基いて 我が国の旧炭鉱に残存する炭層のCO 2 固定ポテンシャルを評価し 約 1,600 億立方メートルの炭層ガスを吸着する能力があり 約 6 億トンのCO 2 固定が可能であることを示した ( 環境総合テクノス 2004 早稲田大学理工学総合研究センター 2003 山崎他 2004) しかし 1956 年以後も 未開発炭田調査や原料炭炭田開発調査などが行われ 新しく探査されて 追加された炭層の埋蔵量は相当量になる 1982 年より 1991 年にかけてNEDO- 石油公団 - 石炭エネルギーセンターにより調査された釧路沖 ( 表 ) 西彼杵沖 ( 表 ) 及び有明海の海域未開発炭層 3 ヶ所は規模が大きく 有望な地域と思われる NEDO 石油公団 石炭エネルギーセンターは 石狩炭田のコールベッドメタン有望地域として 滝川東部区域 清水沢 ~ 南大夕張区域 夕張西部区域 美唄区域 幌内区域 美流渡区域の6 区域を選び コールベッドメタン資源量の評価を行った ( 表 石油公団 1998) 釧路沖 西彼杵沖 有明海 石狩コールベッドメタン有望地域は 1956 年の全国炭量調査とあまり重複していないと思われるが 合計して石炭資源量約 90 億トンになり 炭層メタン量は約 800 億立方メートル CO 2 固定可能量は約 4 億トンのポテンシャルを持つ これらの未開発炭層は 直近のCO 2 炭層固定の候補地と考えられる 現在石狩 CBM 有望地区でCO 2 固定化のフィールド実験が行われている 1956 年全国炭量調査に基づく既存炭鉱の残炭の炭層メタン吸着量 1600 億立方メートルと新調査の未開発炭層分 800 億立方メートルを加えると 我が国の炭田地域の残存炭層約 270 億トン (1200mより深い炭層や新規探査分を加えているため 通常言われている埋蔵炭量より かなり多くなっている ) の吸着する炭層メタン量は計 2,400 億立方メートルになり また我が国の炭田地域のCO 2 炭層固定ポテンシャルは総計約 10 億トンになる ( 表 ) 45

95 表 釧路沖における深度別 CO 2 固定ポテンシャル 炭層深度区間 (m) 石炭資源量 (10 6 t) CH 4 資源量 (10 6 m 3 ) CO 2 固定量 (10 6 t) 300~ , ~900 1, , ~1, , 合計 2, , 表 西彼杵沖における深度別 CO 2 固定ポテンシャル 炭層深度区間 (m) 石炭資源量 (10 6 t) CH 4 資源 (10 6 m 3 ) CO 2 固定可能量 (10 6 t) 300~600 1, , ~ , ~1, , 合計 2, ,

96 地区区域面積 表 石狩炭田 CBM 有望地域への CO 2 固定ポテンシャル ( 改訂 ) km 2 埋蔵炭量 10 6 t CH 4 包蔵量 m 3 /t CH 4 資源量 10 6 m 3 CO 2 吸着能 m 3 /t CO 2 固定量 石狩北部滝川東部 , , 石狩北部美唄 , 石狩南部幌内 , 石狩南部美流渡 , 石狩南部清水沢ー南大夕張 , 石狩南部夕張西部 , 合計 3,311 41, t 47

97 道 州 炭田 表 日本の旧炭鉱地域におけるCO 2 炭層固定化のポテンシャル 排水準上 炭田浅部炭田中部炭田深部炭田浅部炭田中部炭田深部石炭埋蔵量 0~-300m -300~-600m -600~ 0~-300m -300~-600m -600~ 合計 CO 2 石炭埋蔵量 石炭埋蔵量 石炭埋蔵量 石炭埋蔵量 合計 CO 2 固定量 CO 2 固定量 CO 2 固定量 炭層固定量 (1,000 t) (1,000 t) (1,000 t) (1,000 t) (1,000 t) (10 6 t) (10 6 t) (10 6 t) (10 6 t) 北 石狩 347,827 1,487,881 1,859,023 2,695,311 6,390, 石狩 CBM 3,311,000 3,311, 海 天北 留萌 133, , , ,674 1,506, 釧路 145, , , ,486 1,967, 道 釧路沖 233,600 2,525,100 2,758, 北海道計 627,055 2,961,324 3,043,856 9,301,571 15,933, 本 常磐 8, , , ,364 1,063, 州 宇部 3, , , 本州計 12, , , ,364 1,719, 九 筑豊 福岡 42,385 1,242, , ,175 2,680, 三池 唐津 6, ,037 1,206, ,706 2,568, 有明 884, , 松島 高島 1, , , ,268 1,665, 州 西彼杵沖 1,828, ,400 2,041, 九州計 50,357 2,215,013 4,240,810 3,334,049 9,840, 全国計 689,505 6,055,684 7,749,439 12,998,984 27,493, ,012.74

98 石狩コールベッドメタン有望地域の炭層は 一部 1,200mより深い炭層も含んでいるが ここで見積もった我が国の炭田地域の炭層は 原則として 1,200m 以浅の炭層である しかし 前節で述べたように 数千メートル級の深部炭層は 北海道中央部のみで 3 倍以上の石炭量 吸着メタン量 CO 2 炭層固定ポテンシャルを持つ 日本全国および周辺海域の深部石炭量は膨大になる可能性がある 北海道中央部以外の深部石炭の調査は さらに不十分であるが 敢えて大まかに概略を述べる 49

99 3.2.2 三陸沖の深部石炭堆積盆 1999 年 10 月に青森県八戸市東方沖の水深 857mの海底から基礎試錘 三陸沖 が掘削され 始新世の夾炭層から天然ガス産出に成功した 同試錘の結果 前節に述べた北海道中央部の白亜紀から古第三紀にわたる石炭堆積盆地が三陸沖の太平洋海域にまで続いていることが確認され 石炭層を根源岩とする有望な天然ガスポテンシャルが存在することが明らかになった ( 例えば 棚橋ら 2005) 北海道中央部陸域の石炭堆積盆地から南へ隣接する 勇払沖 日高沖から三陸沖へ続く広大な石炭堆積盆地が存在することは その一端がわずかに久慈炭田として知られていたが 近年の石油 天然ガスを目的とした探査により明らかにされた この三陸沖炭田 - 天然ガス田の地質については大澤ら (2002) の論文に詳述されている ここでは大澤らの研究に基づいて石炭資源量の計算を行い コールベッドメタン資源量とCO 2 固定ポテンシャルの算出を試みた 地下深部に分布する石炭層の厚さを決定するには直接ボーリングによってコアを採取するか 繰粉 ( カッテイング ) を採取して石炭の存在を確認し その位置を決定し 炭層の厚さを決める このうちコア採取法は最も正確な方法であるが 費用や時間の節約のために省略せざるを得ないことも多い その際には 代行手段または補足手段として検層が利用される その代表的なものは密度検層である 現在 炭層層厚の決定には各社でこの方法が採用されている その原理は次式で示すようである これは岩石 石炭のマトリックス密度を決定する方法である ρ = φ ρ + ( 1 φ ) ρ b ρ b : 岩石のかさ密度 f ρ ma : 岩石のマトリックス密度 ρ f : 孔隙内流体密度 φ : 岩石の孔隙率 ma 50

100 図 北海道中央部から三陸沖に続く白亜紀 始新世の前弧石炭堆積盆 ( 大澤ら 2002) 51

101 図 基礎試錘 三陸沖 における層序 ( 大澤ら 2002) 52

102 図 基礎試錘 三陸沖 における石炭層の合計厚さ ( 各深度域に存在する複数枚の石炭層を合計した厚さ ) ( 大澤ら 2002) 53

103 54 図 基礎試錘 三陸沖 を通る地震探査断面 ( 大澤ら 2002)

104 ここで石炭の場合 ρ ma は灰分含有率によって変化し 20% 以下の灰分含有率の石炭が採 掘の対象となるが 地層内で炭層と呼ばれる場合は 30% 灰分含有率位でも良好な炭層と言えるだろう しかし 弾性波探鉱や検層結果の読み取りの場合は 50% 灰分位までは炭層 ( 山丈 ) としてみとめて良いと考えられるので ここでは純炭比重を 1.3 とし 岩石比重を % 灰分の炭層比重を 1.95 として炭層厚さを計算した しかし この方法では前式で見られるように水分を含む孔隙が圧密される場合も岩石の比重に近くなり 深度別に圧密泥岩の比重 2.4 をベースにして これより小さな比重をもつ層を選択し その層厚を決めるようにした この結果を利用して計算した結果は表 に示した 分布面積 (km 2 ) 表 三陸沖石炭資源量三陸沖石炭資源量 ( 沖合 60km, 水深 857m) 石炭炭層名炭層深度区間炭層厚さ炭層体積比重 (m) (m 3 ) 石炭資源量 (t) 5,067 C3 層 1,850~2,025m ,200 B2 層 2,925~3,525m ,200 A3 層 3,525~4,050m 合計 兆 m 3 3 兆トン この結果では 最も浅い深度 1,800m~2,000m 付近に存在する炭層 (C3) は亜炭層らしく その下部の深度 2,900~3,500m 及び 3,500~4,050mまでに存在する層 (B2 層,A 3 層 ) の石炭は瀝青炭クラスであるとされている ( 大澤ら 2002 図 参照 ) 各層のTOC( 全有機炭素含有量 )40~60% であり 一般の瀝青炭に比較して少し若い亜瀝青炭クラスではないかと思われるが更に検討を重ねたい 夫々の分布面積は表 5に示すようにB2,A3 層は 15,200km 2 C3 層はその 1/3 とされているので 夫々の炭層厚さを乗じ 石炭資源量を算出した この程度の厚さの炭層が三陸沖に広範囲に分布していれば 3,000mより浅い比較的浅部の深部非可採炭層は 2,000 億トン以上 3,000mより深い深部非可採炭層も加えれば合計 3 兆トンに達する可能性がある これらの石炭のCO 2 固定量は各層の石炭の炭化度 熟成度によって異なるので 夫々の石炭の炭化度を調べ 過去の実験結果に基づいてCH 4 を決め これよりCO 2 の吸着可能量を算定するか 直接 CO 2 吸着量を測定して決める事になろう 現在までこの検討を行うに至っていないので コールベッドメタン資源量やCO 2 固定量を算定できていない しかし 敢えてごく大まかな推定をすれば 3,000mより浅い比較的浅部の 55

105 コールベッドメタン資源量は 2 兆立方メートル近くになり 3,000mより深いメタン資源量は 20 兆立方メートルを超える可能性がある CO 2 固定可能量は 3,000m 以浅のみで 70 億トン以上になり 3,000mより深い炭層には1 千億トン近いCO 2 固定ポテンシャルを期待できる可能性がある 三陸沖炭田の石炭資源量は3 兆トンにも及ぶ石炭が賦存していると算定されたが この計算の過程では石炭真比重及び含炭層地下でのマトリックス密度を如何にとるかによって 選択される含炭層の厚さが異なってくる可能性があるので なお検討の余地がある この事を考慮しても 広大な炭層の広がりから当然 賦存石炭資源量が大きくなると思われる これまで炭鉱開発で確認されてきたわが国の炭田は 小規模の山彙 山麓に広がる炭田が多く ヨーロッパや米国の 1 割程度の規模に過ぎなかったが 三陸沖の炭田は深度が深く かなり広範囲な広がりの堆積盆地に石炭原物質が堆積し 石炭化したもので ヨーロッパや米国炭田規模の安定した大陸型の炭田と見ることが出来る 炭層の広がりについては 地震探鉱によって 反射がはっきり現れるので 判断がし易いという利点がある いずれにしても過去に日本では経験したことのない規模の炭田が発見されたといえる 56

106 3.2.3 常磐沖の深部石炭堆積盆三陸沖の白亜紀 古第三紀石炭堆積盆地のさらに南にも 常磐沖に同時期の石炭堆積盆地が存在することが明らかになっている ( 岩田ら 2002 図 6) 岩田らによれば 白亜紀末から古第三紀にかけて常磐沖堆積盆の中軸部には石炭層を介在する陸成層を主とする地層が堆積した 本地域の陸域にはかつて常磐炭田が存在したが 海域には はるかに大きい規模の炭田が潜在していることは確実である この石炭層を根源岩として 上位の下部中新統砂岩中に遊離型の天然ガス鉱床である磐城沖ガス田が形成された しかし 常磐沖堆積盆中の石炭層の厚さなどが未調査のため 石炭量やコールベッドメタン資源量やCO 2 固定ポテンシャルの見積もりはできていない 堆積盆の規模から見て 三陸沖や北海道に匹敵するポテンシャルを持つ可能性が高い 常磐沖石炭堆積盆は 日本最大のエネルギー消費地であり CO 2 排出源である首都圏に近いという利点があり 今後の調査が期待される 白亜紀末から古第三紀にかけてアジア大陸の縁辺部にあった日本列島地域には 安定した環境で前弧堆積盆が形成され 巨視的には 常磐沖から三陸沖 北海道中央部を経てサハリンに続く 壮大なスケールの大石炭堆積盆地が誕生したと考えられる 膨大な量の深部石炭は 未利用潜在資源であり その利用法の開発が期待される 57

107 図 常磐沖の古第三紀石炭堆積盆 ( 岩田ら 2002) 58

108 59 図 常磐沖の堆積盆地の地質断面図 ( 岩田ら 2002)

109 3.2.4 九州北西地域の深部石炭堆積盆東シナ海大陸棚から九州北西にかけての海域に古第三紀を中心とする含石炭堆積盆地が広がっている 九州北部の陸域の諸炭田は古くから開発が進み 有明では陸から掘り進んで浅い内海の海底炭田を採掘し 崎戸松島炭田や高島炭田では 島から掘り進んで海底の石炭層を採掘していたが 海域や深部には未開発の炭層が膨大に残されていると思われる 昭和 31 年の全国炭量調査には 1200mより深い深部炭層は含まれていない また 海底の炭層もごく陸地に近い炭層以外は十分に調査されていない 1200m 以上の深部炭層や沖合いの海底炭層は 経済的な坑内採掘に適していないため除外された しかし CO 2 固定とそれに伴うメタン生産は 坑内採掘ではなく ボーリングにより人間が直接地下に立ち入らないで実施できる ( borehole mining ) ため 深部炭層や沖合いの炭層でも利用できる 九州北東部の筑豊炭田 福岡炭田 宗像炭田などの既開発炭鉱はほとんど内陸部にあるが 北方の海底中にも延びていることが確かめられている 特に 小倉炭田は内陸部はごく小規模で 可採埋蔵炭量も 2 万トン程度とされているが むしろ北方海域の響灘の海底下の大部分の炭層が隠れている ( 図 ) 昭和 31 年の通産省石炭局 日本の石炭資源 では 筑豊炭田の延長に当たる芦屋沖区域で 1 億 1 千 5 百万トン 小倉沖区域では 4 千 8 百万トンの理論埋蔵炭量を予測している しかし これらの炭田が 北方の沖合いにどの程度まで延びているか 調査があまりなされていないので 北東九州の海底炭田の規模はほとんどわかっていない 宇部炭田は 海底下の炭層がかなり大規模に開発されており その延長は九州に向けて延びていると思われるが やはり九州に近い海底下の炭層はあまり調べられていない 岩田 亀尾 (2001) によれば 北西九州とその周辺の海域に 6 個の含炭古第三系堆積盆地が分布している ( 図 ) 五島列島の北西方には福江堆積盆地があり 東シナ海堆積盆地の北東端を占める 北東 南西方向に長軸をもつ 幅約 50km 長さ約 300kmの堆積盆地である 五島列島の南には五島灘堆積盆地があり その東側の西彼杵半島との間に西彼杵沖堆積盆地がある 西彼杵沖堆積盆地の縁に 松島 大島 池島 高島 端島などの海底炭田があるが 堆積盆地の中心部は未開発である 唐津堆積盆地は 唐津炭田と佐世保炭田の両陸域炭田を含み 南東方向に三池 有明炭田へと約 100km 伸びており 幅約 50kmある 天草灘堆積盆地は 長崎半島と天草諸島に挟まれ 北東 南西方向に約 50 km 以上延び 幅は約 20kmある 天草堆積盆地は天草炭田を含み 南西方向に約 100k m 延び 幅約 30kmある 昭和 57 年 ~ 平成 3 年に NEDOにより探査が実施され 高島炭田から崎戸 松島炭田まで 長崎県西彼杵半島の西側沖にほぼ連続して海底炭田が存在することが明らかになった 西彼杵沖地域について 炭量計算の便宜上 地質図 ( 図 ) に示すようにA B1 B2 C Dのブロックに分割して炭量計算を行った これらの計算は炭層厚さの合計値に各区域ごとの面積を乗じて算定した それらの結果に対し 過去の実験で確認してきたCH 4 ガスの吸着率を乗じ その量の 2 倍がCO 2 吸着量になるものとして計算した この結果は表

110 および表 に示すようになる この地区の夾炭層の主力は松島層で 松島 18 尺層は殆どの地区で主要夾炭層になっている その他の層は 地区によって含まれる場合も在る この他 僅かではあるが 中戸 C D 薪炭の各層が含まれている この地域の石炭資源量は おおよそ 20 億トンで コールベッドメタン資源量は約 260 臆立方メートルに達し CO 2 の炭層固定可能量は1 億トンと予測された ただし NEDOによる探査は 直接の坑内採炭を目的としているため 浅い炭層を中心とし 1200mより浅い炭層しか資源量に加えていない しかし 実際には西彼杵沖海底炭田では 西側の方が炭層の深度が深くなる傾向があり 1200mより深くまで石炭層が続いていることが明らかになっている したがって 深部非可採炭層も加えると 炭層メタン資源量やCO 2 の炭層固定ポテンシャルはずっと大きくなると思われる 西彼杵沖含炭堆積盆地の西側の五島灘堆積盆地には 基礎試錘 五島灘 があり 石炭層の存在が明らかになっている ( 図 図 ) さらに 五島灘堆積盆地の南に隣接する天草灘堆積盆地も加えると 長崎県 熊本県の西方海域には 大きな深部石炭量と炭層メタン資源量およびCO 2 炭層固定ポテンシャルが期待できる 北西九州の含石炭堆積盆地の全貌は明らかになっていないが 東シナ海方面にも広がっている可能性があり また海域の水深が比較的浅いという利点もあり 未利用エネルギー資源としても CO 2 炭層固定の場としても有望である 今後の調査が期待される 61

111 図 福岡県 ~ 山口県西部における古第三系および中新統の分布 ( 尾崎ほか 1993) 62

112 図 北西九州の含石炭古第三紀堆積盆地群 ( 岩田 亀尾 2001) 63

113 64 図 西彼杵沖総合地質解釈図 (NEDO 1993)

114 表 西彼杵沖推定石炭資源量 (NEDO 昭和 57 年 ~ 平成 3 年調査による ) 65 ブロック名 夾炭層名 面積 A (km 2 ) 炭丈 h (m) 深度 d (m) 炭層体積 V (10 6 m 3 ) 石炭密度 D (t/m 3 ) 石炭資源量 Qc (10 6 t) 炭層圧 p (kg/cm 2 ) ガス吸着量 q (m 3 /t) CH4 ガス埋蔵量 Qg (10 6 m 3 ) CO2 固定資源量 Qco (10 3 t) 松島 18 尺上 , ,771.0 A 松島 18 尺下 , ,150.7 松島 3 尺 , ,721.5 計 , ,643.2 松島 18 尺上 , ,824.6 松島 18 尺下 , ,433.9 B1 松島 3 尺 ,212.3 中戸 C ,865.5 中戸 D ,990.0 計 , ,326.3 松島 18 尺上 ,116.1 松島 18 尺下 B2 松島 3 尺 中戸新炭 計 , ,969.0 松島 18 尺上 , ,045.9 C 松島 3 尺 ,121.4 中戸新炭 , ,340.8 計 , ,508.1 胡麻 5 尺 , ,350.5 D 松島 18 尺 , ,844.0 計 , ,194.5 総合計 1, , , ,641.1 注 1: A は推定炭層賦存面積 hは炭丈合計 d は海底下の炭層深度 D は推定石炭密度 p は静水圧より換算 注 2: CH 4 ガス吸着量 qは大島炭のラングミア定数を用いて推定したものである この際 炭層温度は 20 一定とした * 高島西 1 号井による 中間層 磐砥層 亀三尺層を胡麻五尺層に合計 備考 61 西 5 号井による 60 西 4 号井による 60 西 4 号井 57 西 1 号井による 59 西 3 号井による *

115 図 五島灘基礎試すい位置図 66 図 五島灘基礎試すい位置図 ( 石油公団 1998)

116 67 図 西彼杵沖 五島灘含炭堆積盆地層序対比図 ( 石油公団 1998)

117 68 表 日本におけるCO 2 炭層固定 -メタン回収可能量の推定 石炭埋蔵量億トン メタン吸着容量億立方メートル CO 2 固定可能量百万トン 北海道 本州 九州 全国 北海道 本州 九州 全国 北海道 本州 九州 全国 旧炭鉱の炭層 , 新探査未開発炭層 深部非可採炭層 千億ト? 3 千億 8,800 2 兆? 数兆立 3, 億? 100 億 1,000m-3,000m ン以上 トン以上 立方メートル以上 方メートル以上 トン以上 トン以上 深部非可採炭層 3,960 3 兆トン? 数兆ト 43, 兆? 数 10 兆 17,100 1 千? 1 千億 3,000m-6,000m 以上 ン以上 立方メー 立方メートル 億トン以 トン以上 トル以上 以上 上 深部非可採炭層 6,000m- 436????????? 旧炭鉱の炭層は 昭和 31 年全国炭量調査に基づく 表の小炭鉱や排水準上の炭層を含まない 新探査未開発炭層は NEDO 等による比較的新しい探査に基づく 深部非可採炭層は 最近 石油 天然ガスの根源岩として調査されたもの したがって 従来の炭層調査とは 目的 質 精度がまったく異な り 比較は困難 しかし 深部石炭層は周囲の岩石より密度が顕著に小さいので 物理探査 検層で識別が容易であるため 石炭埋蔵量は予 想値ではあるが かなりの信頼性がある

118 北海道の深部非可採炭層は 北海道中央部 ( 石狩陸域 天北 遠別 苫前 留萌の陸域 + 近海域 石油資源開発株式会社 2003 の石炭資源量から メタン資源量とCO 2 固定可能量を推定 ) 本州の深部非可採炭層は三陸沖 ( 大澤ら 2002) 常磐 磐城沖にあるが 主に海域で未調査域も大きい 九州北西沖 ( 東シナ海 ) 等にも膨大な石炭が埋蔵されているが 未調査 日本付近の古第三紀石炭堆積盆地はヨーロッパの石炭堆積盆地に匹敵する エネルギー資源 ( 還元剤 ) としてみても膨大な資源がある メタン吸着容量とCO 2 固定可能量は 石炭埋蔵量と深度に基づき 実験値から推定 3000mより深い場合は実験データも無い 69

119 3.2.5 まとめ旧炭鉱の残存炭層のメタン量は約 1,600 億立方メートル CO 2 固定可能量は約 6 億トンであり 新しく探査されたが 比較的大規模な未開発炭層 4 地域 ( 石狩 CBM 有望地区 釧路沖 有明 西彼杵沖 石狩地域以外は海域 ) のメタン量は約 800 億立方メートル CO 2 固定可能量は約 4 億トンに達する 北海道中央部 ( 石狩平野部 天北 留萌 ) の深部非可採炭層の比較的浅部 (1,000m- 3,000m) の石炭資源量は約 1,000 億トン メタン量は約 9,000 億立方メートルで CO 2 固定可能量は約 35 億トンになる メタン資源量は 2002 年の日本の天然ガス消費量 774 億立方メートルの 11 年分にあたる 1,000m-3,000mの炭層は 技術的にCO 2 固定 メタン採取が十分可能である 深部で浸透率が低いなどの問題があり 効率的な掘削法や刺激技術など技術課題は多いが コストと安全性を比較して 有望な深度である 三陸沖の石炭堆積盆では 3,000mより浅い比較的浅部の深部非可採炭層は 2,000 億トン以上 3,000mより深い深部非可採炭層は合計 3 兆トンに達する可能性がある 敢えてごく大まかな推定をすれば 三陸沖の 3,000mより浅い比較的浅部のコールベッドメタン資源量は 2 兆立方メートル近くになり 3,000mより深いメタン資源量は 20 兆立方メートルを超える可能性がある CO 2 固定可能量は 3,000m 以浅のみで 70 億トン以上になり 3,000mより深い炭層には1 千億トン近いCO 2 固定ポテンシャルを期待できる可能性がある 常磐沖にも石炭堆積盆地の存在が明らかになっており サハリンから北海道中央部を経て 三陸沖 常磐沖と続く巨大な石炭堆積盆地が存在することが明らかになった また 九州北西から東シナ海海域にも広大な石炭堆積盆地が存在する可能性が高い 日本全体では 1,000mから 3,000m 程度以浅の比較的浅部の深部非可採炭層だけで 3,000 億トン以上の石炭量があり コールベッドメタン資源量は数兆立方メートル以上になり CO 2 固定可能量は優に 100 億トン以上に達することは確実である 日本とその周辺海域の 3,000mより深い深部石炭は数兆トン以上存在し メタン資源量は数 10 兆立方メートルに達し CO 2 固定ポテンシャルは 1 千億トン以上になると予測される 深部非可採炭層はエネルギー資源としての利用も重要であり エネルギー資源開発と温暖化ガス削減の双方に巨大な可能性を有している 我が国では 石炭鉱業の将来性は無いかのように思われているが エネルギー問題と地球温暖化対策の切り札になる可能性がある 深部炭層にCO 2 固定すれば 温室効果ガス削減に貢献でき ゼロエミッション型のエネルギー開発が可能である 深部石炭資源の新しい組織的な探査が必要であり また深部石炭資源の開発のため新しい効率的な深部ボアホール マイニング技術開発と新しい栽培型の非光合成カーボン リサイクル鉱業の創造が期待される 70

120 < 参考文献 > IIJIMA, Azuma and Ryuji TADA, 1990: EVOLUTION OF TERTIARY SEDEMENTARY BASINS OF JAPAN IN REFERENCE TO OPENING OF THE JAPAN SEA, Journal of the Faculty of Science, University of Tokyo; Sec.Ⅱ,Vol.22,No.2,pp 飯島東 2003: 日本の第三紀堆積盆地の変遷 古第三紀石炭盆地を中心にして 温室効果ガス地層内封鎖技術開発研究会 (GSG 研究会 ) 資料 早稲田大学理工学総合研究センター 岩田尊夫 亀尾浩司, 2001: 北九州含炭堆積盆地におけるシーケンス層序と堆積過程 石油技術協会誌 Vol. 66 n3 pp 岩田尊夫 平井明夫 稲場土誌典 平野真史, 2002: 常磐沖堆積盆における石油システム 石油技術協会誌 Vol. 67 n1 pp 関西総合環境センター(KANSO) 2004: 平成 14 年度二酸化炭素炭層固定化 有効利用技術等対策事業費補助金二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書.322p. 環境総合テクノス(KANSO 旧称: 関西総合環境センター ) 2004: 平成 15 年度二酸化炭素炭層固定化 有効利用技術等対策事業費補助金二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書 Koide, H., Tazaki, Y., Noguchi, Y., Nakayama, S., Iijima, M., Ito, K., and Shindo, Y. 1992: Subterranean containment and long-term storage of carbon dioxide in unused aquifers and depleted natural gas reservoirs, Energy Conversion and Management, 33, 5-8, p Koide, H.,M. Takahashi,Y. Shindo,Y. Tazaki,M. Iijima, K. Ito,N. Kimura and K. Omata 1997: Hydrate formation in sediments in the sub-seabed disposal of CO2, Energy-The International Journal,Vol.22,No2/3,p Koide, H. and K. Yamazaki, 2001; Subsurface CO2 Disposal with Enhanced Gas Recovery and Biogeochemical Carbon Recycling, Environmental Geosciences Vol.8, No:3, p , 小出仁 2002: CO2 地中固定 - 地球温暖化防止とエネルギー問題の同時解決へ- 未来材料 第 2 巻第 8 号,p39-45 Koide Hitoshi 2003: CO2 SEQUESTRATION IN COAL SEAMS WITH CO2-ENHANCED GAS RECOVERY AND IN SITU FIRE-FREE GASIFICATION OF COAL, The 22 nd World Gas Conference, Tokyo, June 4, 小出仁 国安稔 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2004: 深部非可採炭層へのCO2 固定の大きな可能性 地圏長期評価研究協会会報 第 5 号,p4-24 森田信男 小出仁 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2003: 二酸化炭素炭層固定化技術開発 本邦炭層における炭酸ガス固定可能量の調査研究 平成 14 年度二酸化炭素固定化 有効利用技術等対策事業補助金による研究. 早稲田大学理工学総合研究センター 50p. 71

121 森田信男 小出仁 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2004: 二酸化炭素炭層固定化技術開発 本邦炭層における炭酸ガス固定可能量の調査研究 平成 15 年度二酸化炭素固定化 有効利用技術等対策事業補助金による研究. 早稲田大学理工学総合研究センター 37p. NEDO( 新エネルギー 産業技術総合開発機構 )1993: 石炭資源総合開発基礎調査総合評価報告書 大澤正博 中西敏 棚橋学 小田浩, 2002: 三陸 日高沖前弧堆積盆の地質構造 構造発達史とガス鉱床ポテンシャル 石油技術協会誌 Vol.67 n1 pp 尾崎正紀 濱崎聡志 吉井守正 1993: 折尾地域の地質 地域地質研究報告 5 万分の1 地質図幅および説明書 120p. 石油公団,1998: 平成 9 年度石狩炭田地域のコールベッドメタン賦存状況調査調査報告書.67p. 石油公団 1998: 平成 8 年度国内石油 天然ガス基礎調査基礎試錐 五島灘 調査報告書 60p 石油資源開発株式会社環境エンジニアリング事業推進室,2003: 北海道中央部における地下深部炭層固定可能性地域について.14p. 棚橋学 大澤正博 中西敏 小田浩 佐藤俊二 畑中実 鈴木祐一郎 中嶋健 徳橋秀一 2005: 燃料資源地質図 CD-ROM 出版 三陸沖 産業技術総合研究所地質調査総合センター 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 小出仁 2004: 我が国炭田の二酸化炭素固定可能量調査について エネルギー 資源 ( 学会誌 )145 号 p

122 第 4 章研究計画の提案 4.1 CO 2 地中貯留サイトの探索とモニタリング はじめに 2005 年 2 月に京都議定書が発効し 温暖化ガス削減への動きが国内外で盛んになってきている 特に 京都メカニズムと呼ばれる排出権取引 クリーン開発メカニズム (CDM) 共同実施 (JI) について 企業などの動きも急になっている その一方で 地球温暖化防止のための温室効果ガス削減の切り札として 大規模排出源からのCO 2 回収 利用 貯留技術の開発が世界各地で進められている 1996 年から北海のノルウェー地区のSleipnerにおいて 年間 100 万トンの規模の帯水層へのCO 2 地中貯留が実施されている 2004 年からはアルジェリアのIn Salah 天然ガス田で年間 150 万トン規模のガス貯留層へのCO 2 地中貯留が開始されている SleipnerもIn Salahも 生産する天然ガス中に不純物として含まれるCO 2 を分離回収して 地中貯留するので 温暖化ガス排出削減に貢献している また 我が国をはじめとして 世界各地でCO 2 地中貯留の原位置実験が実施されつつある 気候変動に関する政府間パネル (IPCC) は CO 2 回収 貯留特別報告書 (IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage 2005 準備中) を 2005 年後半に公開する予定である さらに IPCCは 2006 年前半にインヴェントリ ガイドラインの改訂版 (2006 IPCC Inventory Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories 2006 準備中) を公開する予定である IPCC インヴェントリ ガイドラインの 1996 年版にはCO 2 回収 貯留は含まれていなかったが 2006 年版にはCO 2 地中貯留による温暖化ガス排出削減を評価し 国連気候変動枠組み条約 (UNFCCC) に報告するための勧告が含まれる予定である これにより CO 2 貯留が温室効果ガス削減方策として国際的に認知される土台ができあがることになる 既に 米国ではCO 2 地中貯留による温暖化ガス排出削減の自主報告のための技術ガイドライン案が公開されている (Draft Technical Guidelines for Voluntary Reporting of Greenhouse Gas Program, March 2005) 2006 年 IPCCインヴェントリ ガイドラインは未公開であるが 公開されている米国の技術ガイドライン案などにより概略は推察できる CO 2 地中貯留による温室効果ガス削減量を評価するためには CO 2 漏洩の量と時期を見積る必要があり MM&V( 測定 モニタリング 検証 ) 技術が重要視される 石油 天然ガス貯留層 帯水層 炭層などへのCO 2 地中貯留はガイドラインに含まれるが 海洋処分や鉱物化学固定は研究段階にあるため未だガイドラインに含まれていない CO 2 地中貯留が 温室効果ガス削減事業として成立するためには 削減量を公的に認知され さらには排出権を販売することも可能にならなければならない そのためには 地表への漏洩のモニタリングや地中のCO 2 の挙動のモニタリングが必要である CO 2 地中貯留は高度にサイト スペシフィックであり 温室効果ガス削減量は 事業開始前に高い確度で予測できなければならないので 貯留サイトの事前調査により貯留ポテンシャルや漏洩リスクの評価をすることがきわめて重要になる CO 2 回収 貯留は 温室効果ガス削減のための事業であり そ 1

123 のため大規模なプロジェクトになるので 周到な事前調査と計画立案 実施中及び事後のモニタリングが求められる ノルウェーのSleipnerにおけるCO 2 地中貯留において ヨーロッパを中心とする研究機関や企業が連合してSACS 計画と呼ぶモニタリングを実施し その経験に基づいて SACS 最適実施マニュアル をまとめている Sleipnerプロジェクトは 世界初の温室効果ガス排出削減を目的としたCO 2 地中貯留プロジェクトであるので その経験は今後のCO 2 回収 貯留事業に有用である 日本では 大規模な CO 2 地中貯留を実施した例は無いが 類似する大規模地下工事の計画として 通商産業省 - 石油公団が実施した石油地下備蓄実証実験が 組織的な調査例として知られている ( 星野 1983,1984) 以上のような例を主に参考として CO 2 地中貯留プロジェクトのための事前調査 - 圧入中モニタリング- 圧入後モニタリングの流れをまとめた ここでは温暖化対策事業として実施することを主に想定している 広域地質調査 ( 一次調査 ) 対象地域における最適なCO 2 貯留 固定オプションを選定し 貯留ポテンシャルを評価し 貯留 固定候補サイトの絞込みを行うための調査である もし 地域内に適切な貯留 固定候補サイトが見出せない場合は 地域外に貯留 固定先を求めなければならなくなるため その地域のCO 2 排出削減コストはそれだけ高くなる 温室効果ガス削減の目的のため CO 2 排出源の位置とCO 2 貯留 固定先との距離関係に特に注意して最適のオプションを選ばなければならない コストにもっとも影響の大きい要素は 排出源と貯留サイトのCO 2 輸送距離であり その次には貯留深度と貯留層の浸透率である 貯留先が 石油 天然ガス貯留層であるか 帯水層であるか 炭層であるかは コストへの影響はむしろ小さい すなわち CO 2 回収の対象となる大規模なCO 2 排出源になるべく近い場所 ( コストはほとんど距離で決まる ) あるいはやや遠くてもパイプライン施設の可能な場所 あるいは少なくともCO 2 タンカーで輸送可能な場所 ( タンカー利用の際は 液化が必要になるため コストとエネルギーロスが大きくなる ) に存在するCO 2 貯留 固定可能な地質体を抽出する CO 2 処理量を収容するために十分なCO 2 貯留 固定ポテンシャルをもつCO 2 貯留 固定先を特定し (Source/sink matching) コストとエネルギーロスを概算して CO 2 回収 貯留プロジェクトの実現可能性を評価しなければならない そのためには 以下のような情報が必要になる 最適オプション選定のために必要なデータ 主要 CO 2 排出源の位置とCO 2 排出規模 既存パイプラインのルート 石油貯留層 天然ガス胚胎層の規模 深度 石炭層の分布 深度 メタン吸着量 第四紀被覆層 2

124 必須ではないが 最後のシール層としての役割を期待できる 新第三紀堆積盆地の三次元構造一般に空隙率が高く地下水が豊富であり 帯水層貯留の候補地として最有力である 褐炭 亜炭や凝灰岩 珪藻頁岩などの吸着性の岩石も分布することが多い 首都付近 阪神付近 名古屋付近の地下に大きな新第三紀堆積盆地が分布する 古第三紀- 白亜紀堆積盆地の分布古第三紀 白亜紀の堆積盆の一部は 日本では主要な夾炭層になっている 砂岩 礫岩が存在しても 一般には圧密 続成作用が進んでいるため空隙率 浸透率が低く 帯水層貯留には不利な岩質であることが多いが 石油貯留層やガス胚胎層があったり 空隙率 浸透率の高い地層がある場合には 帯水層をCO 2 貯留に利用できる場合がある 古第三紀 白亜紀の含石炭堆積盆は北九州などに分布し CO 2 炭層固定の可能性がある 九州地域の古第三紀 - 白亜紀層は比較的空隙率が高いので CO 2 帯水層貯留の可能性があるが 大規模なドーム構造が見られないので 溶解トラップやイオントラップを利用する溶解型の帯水層貯留が考えられる 砂岩 礫岩 割れ目性玄武岩などのCO 2 貯留候補層の有効空隙率と実効浸透率 (SACS 勧告 ) 粘土質岩 泥岩 頁岩 石炭層 凝灰岩 玄武岩などキャップロック シール候補層の実効浸透率 (SACS 勧告 ) 蛇紋岩などの超苦鉄質岩 苦鉄質岩の分布( 炭酸塩化固定の対象になる可能性がある ) 広域地下水流(SACS 勧告 ) 塩水地下水 かん水地下水 高イオン濃度の鉱水の分布 地下水の化学成分 ph Eh(SACS 勧告 ) ガス湧出の分布 ガス成分 プレート境界の位置 火山分布と火山前線の位置 地震震源分布 活断層 活褶曲 主要地質断層 地殻変動特に隆起 沈降量 地殻応力 地下流体圧と地下温度 深井戸 試すい孔の分布と深度 旧坑分布 深度 石灰岩空洞の位置 本調査は 貯留オプションを特定し 候補地を見出すために必須であるが 実際には計画の初期段階で以上のようなデータが完全に判明していることは むしろ稀である CO 2 貯留 固定について深く理解し かつ地域の地質環境を良く知る地質エキスパートによる総合的な 3

125 判断により CO 2 貯留 固定候補地 ( 広域調査の段階ではまず複数の候補地を選定し それらの比較と絞込みを行う ) を選定しなければならない 別目的の広域調査のデータを利用して 独自の試すい調査などを省略することもあるが 最低限でも地質エキスパートによる現地調査は必要である 候補地の選定は CO 2 貯留 固定プロジェクトの成否 特に安全性に決定的であるので 候補地を選定した地質エキスパートはプロジェクトの技術責任者としてプロジェクト全過程に亘ってスーパーバイズするべきである プロジェクト進行中のモニタリングにより 当初の予想と異なる結果が出た時は そのプロジェクトへの影響を見極め 必要な場合プロジェクトの変更または廃棄を速やかに決断しなければならない (Sleipnerでは 地下に圧入したCO 2 が予測と大きく異なる移動をしていることが判明した このような場合 その影響を見極めて 必要な場合は計画変更を速やかに行わなければならない ) 以後は CO 2 貯留 固定方法のオプションとして 第三紀 ( 新第三紀および古第三紀 ) 堆積盆地における帯水層貯留を選定したと仮定して 以後はCO 2 帯水層貯留に関するモニタリング方法を分析する 帯水層貯留については まず 地域における最適な貯留層 シール層候補を見出す必要がある 石油探査のための基礎試すい 基礎調査に相当し 基礎試すい 基礎調査が行われている地域はそのデータを活用できる しかし 大規模な CO 2 排出源は首都圏 関西圏 中部圏 北九州圏のウォーターフロントに集中するが そのような地域では組織的調査が欠けているので 新しく調査が必要である 調査リスクが大きいため公的サポートが必要である 政府が実施することもある 調査精度は基礎試すい 基礎調査相当であるが CO 2 貯留のための特別な調査としては シール層のintegrityを確認するための調査が特に重要である そのため塩水帯水層を探査するための比抵抗探査や 断層 リニアメント調査を行う必要がある 貯留層としては 深度 1,000m-3,000m 程度の地層が主な調査対象になる 調査面積は数万平方キロメートル程度の規模になろう 広域地質調査 ( 一次調査 ) の典型的な実施例は 菊間石油地下備蓄実証実験である ( 星野 1983) ノルウェーのSACS-Sleipner の場合は CO 2 貯留を目的とした広域地質調査は特別に実施していないが 石油 天然ガス探査のデータや情報を利用して 広域地質調査の代用としている 調査項目 既存文献 既存データベース調査最初に実施すべき調査として 必須である 費用は安く SACS-Sleipner では石油 天然ガス調査を利用している 地表地質調査基本的に実施すべき調査として必須である 費用は安いが SACS-Sleipner は海域なので実施できない (SACS 勧告 ) リモートセンシング基本的に実施すべき調査であり リニアメント等を抽出することは必須である 費用は安いが SACS-Sleipner は海域なので実施できない 2 次元地震探査 4

126 地質構造を知るため必須の調査項目であり 石油探査などで実施されている場合がある 費用はかなり必要であり SACS では石油目的の側線 16000km のデータが利用できた (SACS 勧告 ) 比抵抗探査塩水帯水層探索に有効であり 費用は比較的安い SACS-Sleipner では記載されていない 試すい調査 1 本は必須であり オールコアが望ましい 石油ボーリングが利用できるが コア採取が少ないことがある 費用はもっとも高く SACS では石油目的の 300 本の坑井データが利用できた (SACS 勧告 ) 物理検層試すいに付随して比較的安い費用で実施できるので 高価な試すいを有効活用するために 最大限可能な限りの検層を実施すべきである SACS-Sleipner で実施 (SACS 勧告 ) 浸透性などの原位置試験 CO 2 貯留に重要情報 試すいに付随して実施できるが 費用はかなり高い SACS- Sleipnerは実施していない 圧力 温度などの原位置測定 SACS-Sleipner ではデータがあったが 不十分であったことが主要な反省点の一つである (SACS 勧告 ) 貯留層 シール層の空隙率 浸透率などのコア試験 CO 2 貯留にとっては重要な情報であり 試すいに付随して実施する 試験自体の費用は比較的安く SACS-Sleipnerでは不十分であったことが主要な反省点の一つである (SACS 勧告 ) 岩石 地下水 ガスの化学成分 CO 2 貯留にとっては重要な情報であり 試すいに付随して実施する 成分分析自体の費用は比較的安いが SACS-Sleipnerでは不十分であったことが主要な反省点の一つである (SACS 勧告 ) 広域地下水流の把握 CO 2 貯留に重要情報 既存データが無い地域では数本の試すい調査が必要になり 費用は高い SACS-Sleipnerでは不十分であったことが主要な反省点の一つである (SACS 勧告 ) 地球統計学 推計的方法貯留層モデル設定等に役立つ (SACS 勧告 ) 簡易化した地質モデルによる貯留層シミュレーション(SACS 勧告 ) 精密地質調査 ( 二次調査 ) 5

127 CO 2 貯留サイトを決定し サイトの貯留ポテンシャルを見積もり CO 2 回収 輸送 貯留システムを設計し 温暖化ガス排出削減量を評価し 安全性解析を行うための候補地内及び周辺の事前調査である CO 2 貯留システム全体設計のための基盤となる調査であるため 本調査はいかなる場合でも必須である 本調査に基づいて 温暖化ガス削減方策として公的かつ国際的で認知される必要がある また法規制をクリアし 地元住民の了解を得て CO 2 回収 貯留施設の着工を決するベースになる調査である 本調査は必須といえるが 敢えて省略する時は大きなリスクを伴い 結果的に高くつくことになろう Sleipnerでは 石油 天然ガス関係の調査データが豊富にあったが CO 2 貯留目的の独自調査はほとんど実施していなかったため 有効なキャップロック層の位置やCO 2 の流動方向の予測を誤った 原則的には実施主体が行うべき調査であるが 大きな先行投資になり 不都合なデータが出た場合は躊躇無くサイト変更をすべきであるので リスク軽減のための措置あるいは公的補助が望ましい 現在の技術では 三次元地震探査を中心として 精密に地質構造を調べ 可視画像化し そのモデルに基づいてシミュレーションを行い CO 2 の挙動を予測し 温室効果ガス削減への貢献度を定量的に評価する 貯留層 シール層の能力調査 断裂調査も必須であり 著しい技術進展が期待される分野である 調査面積は数百平方キロメートル程度である SACSでは 770 平方キロメートルであった 必要なデータ 対象 CO 2 排出源の位置とCO 2 排出規模 CO 2 排出源からの輸送 ( パイプライン タンカー船 ) ルート 貯留層の特性(SACS 勧告 ) 貯留層の三次元構造 (SACS 勧告 ) 貯留層の性状 ( 有効空隙率 実効浸透率等 三次元貯留層特性分布モデル ) (SACS 勧告 ) 貯留ポテンシャル (SACS 勧告 ) 地下水流 (SACS 勧告 ) キャップロック シール層の特性( 実効浸透率 )(SACS 勧告 ) 調査項目 三次元地震探査 SACSの経験は キャップロック下面形状の精密なマッピングがCO 2 の流動経路の予測に必要であるため 精密な三次元地震探査が必須であることを示している SACSでは石油関係の 770 平方キロメートルのデータがあったがそれでも問題があった 費用は比較的高い (SACS 勧告 ) 電磁気探査塩水探索のため比抵抗が有効 帯水層調査の場合ほとんど必須 費用比較的小 重力探査 6

128 放射能探査 土壌 大気成分分析(CO 2 不活性ガス) 既存文献調査最初に実施すべき調査であり 必須である 費用は安いが SACS-Sleipner では石油 天然ガス調査を利用している 地表地質調査(SACS 勧告 ) 数本以上の試すい調査オールコア SACS では 20km 以内に 30 本の石油関係坑井データがあった 複雑な地質構造の地域や不均質性の大きな貯留層では多数の調査井が必要になる (SACS 勧告 ) 物理検層試すいに付随して比較的小費用で実施できるので 高価な試すいを有効活用するために 最大限可能な限りの検層を実施すべきである SACS-Sleipner で実施が不十分であったことが反省材料になっている (SACS 勧告 ) 浸透性などの原位置試験 応力 流体圧 温度原位置測定 SACS-Sleipner ではデータがあったが 不十分であったことが主要な反省点の一つである (SACS 勧告 ) 貯留層の孔隙率 浸透率 三軸変形 強度などのコア試験(SACS 勧告 ) 貯留層コア カッティングの光学 SEM 顕微鏡観察 岩石学 堆積学研究 (SACS 勧告 ) 貯留層コア カッティングの鉱物学研究 粒度分析 エックス線解析(SACS 勧告 ) 地下水 地下ガスの採取(SACS 勧告 ) 岩石 地下水 ガスの化学成分 同位体分析(SACS 勧告 ) CO 2 - 地下水 貯留層相互作用 ( 化学反応等 )(SACS 勧告 ) 地下水流の把握(SACS 勧告 ) シール層の隔離能力試験( 毛細管圧測定 コアによる絶対浸透率 相対浸透率 スレッシュホールド圧などの測定 原位置隔離性能試験 パルス テスト等 有効相対浸透率 ) (SACS 勧告 ) シール層コア カッティングの光学 SEM 顕微鏡観察 岩石学 堆積学研究 (SACS 勧告 ) シール層コア カッティングの鉱物学研究 粒度分析 エックス線解析 陽イオン交換能 無機炭素 有機炭素 (SACS 勧告 ) CO 2 - 地下水 シール層相互作用 ( 化学反応等 )(SACS 勧告 ) 断層 破砕帯調査( 断層の正確なマッピングとシール性能調査を含む )(SACS 勧告 ) 地球統計学 推計的方法三次元地下地質モデル設定等に利用 (SACS 勧告 ) 三次元貯留層や三次元貯留層特性分布モデルや三次元シール層分布モデルを含むによる 7

129 三次元地下地質モデル構築 (SACS 勧告 ) 三次元貯留層モデルによる貯留層シミュレーション (SACS 勧告 ) 直前 ( オンサイト ) 調査およびベースライン調査 ( 三次調査 ) 温室効果ガス削減効果を評価するためには CO 2 貯留開始前の温暖化ガスの原初排出状況を知らなければならない 油田地域や天然ガス産出地では天然に炭化水素ガスが湧出していることがあり 火山地域の一部などでCO 2 が湧出していることがある また 炭田地域では 採炭活動に伴いメタンが排出され 閉山後も旧鉱から排出が続く しかし このような一部地域を除いては 地中からの温暖化ガス湧出はごく少ない しかし 後の高精度モニタリングを実施するためには 初期状態 ( ベースライン ) の測定が重要であり 温室効果ガス削減量の判定や法規制 ( 現在はまだCO 2 回収 貯留のための法規制は定められていないが 将来は定めれることになると予測される ) や地元住民等への情報公開のためにもベースライン調査は必須である CO 2 回収 貯留施設の着工が決定してから CO 2 圧入を開始するまでの間に 様々な調査 モニタリングを実行することになる 工事の進行に伴い 状況は刻々と変化する 圧入井 モニタリング ( 観測 ) 井および ( メタンなどの生産を伴う場合は ) 生産井などの掘削に伴い 多量の地下情報がもたらされるので それにより精密調査により構築した三次元地下地質モデルの改良を行う この改良は 貯留ポテンシャルの見積もりや坑井配置などの変更が必要になることがある もし 重大な障害が見つかった時は早急な対応が必要になる場合がある 地下深部に圧入したCO 2 による何らかの変化をモニターするためには きわめて高精度の測定をしなければならない 基本的には CO 2 圧入の前と後で まったく同じ位置 同じ装置 同じ方法で高感度の測定をして もしわずかな変化でもあれば それはCO 2 圧入による変化である可能性があることが判る 例え先端技術による観測をしても CO 2 圧入前の観測データと比較できなければ CO 2 圧入の影響を特定することは難しい CO 2 圧入前の初期条件把握のための調査がベースライン調査であるが CO 2 圧入開始後に追加することは不可能なので ベースライン調査は広めに実施しておくことが望ましい CO 2 圧入のように 流体を地下に圧入すると しばしば誘発地震が発生する 誘発地震の多くは きわめて小さな地震であり 人が感じるような有感地震が発生することは極めて稀である しかし たまたま自然地震が発生したような場合に 誘発地震と自然地震は発生メカニズムが同じなので 誘発地震と自然地震を区別するためにCO 2 圧入前の地震観測データとの比較が重要になる ごく小さな誘発地震はAEと呼ばれるが AEはCO 2 移動の検出に利用できるので むしろ有用である 可能なら 生産井着工前のまったく自然状態から CO 2 圧入後に至る連続的な 深度まで検出できる 4 点以上の地震観測をすることが望ましい 傾斜観測も多点で連続観測することにより 地下のCO 2 移動の情報を得ることが出来る これに対して 四次元地震探査やトモグラフィは 四次元とは呼ばれるが 連続観測は出来ないので むしろ繰り返し観測とか時間差観測と呼ぶ方が正しいが センサーや発振点を正確に同じ位置に置くことが精度にむしろ貢献する 調査面積は 短期的には 数十平方キロメートル程度を 8

130 高精度に調査することになろう 調査項目 圧入井 モニタリング井( 生産井) の掘削 掘削速度 コア採取率など コア カッティングの採取と観察 分析 ガス 排出流体 圧力 温度などの観測掘削に伴う変更のため 地下状態を正確に表していないが 推測の手がかりになる 地震探査( ベースライン )(SACS 勧告 ) VHS 検層 ( ベースライン )(SACS 勧告 ) 多成分(MC) 地震探査 (SACS 勧告 ) 電磁気探査( ベースライン ) 地震波トモグラフィ( ベースライン ) 比抵抗トモグラフィ( ベースライン ) 浸透率トモグラフィ( ベースライン ) 物理検層( ベースライン ) 傾斜計 変位計設置( ベースライン ) 高精度重力測定( ベースライン )(SACS 勧告 ) 応力 流体圧 温度の原位置測定( ベースライン ) 孔隙率 三軸変形 強度などのコア試験(SACS 勧告 ) 地下水 地下ガスの採取(SACS 勧告 ) 貯留層 シール層の岩石 地下水 ガスの初期化学成分 同位体分析( ベースライン ) (SACS 勧告 ) 地下水のpH 酸化還元電位 電気伝導度の測定( ベースライン )(SACS 勧告 ) 地下水流速 流向計測( ベースライン )(SACS 勧告 ) 微小地震 AE モニタリング ( ベースライン )(SACS 勧告 ) 上位モニター帯水層の水温 ph 電気伝導度 ガス成分 水質計測( ベースライン ) 断層地下水 ガス湧出計測( ベースライン ) 土壌 大気成分分析( ベースライン ) CO 2 圧入時モニタリング CO 2 圧入時に 最重要なモニタリングは 圧力の測定である 特に 圧入井の坑底圧管理は 圧入効率と安全性の鍵である 圧力に続いて重要なモニタリング課題は 地下におけるCO2 の挙動である 地下におけるCO 2 の挙動のモニタリング方法は CO 2 地中貯留における最大の技術課題といってよい SACSにより 四次元 ( 時間差 ) 地震探査が地下のCO 2 バブル ( 地下の帯水層中の気相または超臨界相のCO 2 の集積部分 :CO 2 バブルの内部は貯留岩内の空隙が気 9

131 体または超臨界 CO 2 で満たされ 周囲の岩石の空隙は地下水で満たされているので 弾性波の伝播速度のコントラストが大きい ) の観測に有効であり かつ極めて重要であることが実証された CO 2 の挙動のモニタリングにより CO 2 貯留シミュレーションのヒストリーマッチングを行い 信頼性を飛躍的に高めることが出来る このためには 地質エキスパートと貯留層モデル作成者との徹底した長時間の共同作業が必要である 微小地震 AEのモニタリングも重要な観測項目である CO 2 圧入期間を含む 可能な限り長期の微小地震観測は 自然地震と誘発地震の判別に欠かせない 主なモニタリングの目的 貯留量と位置を検出し 圧入深度や圧入速度や圧入量を調整する シール能力の確認とシール健全性の保持のため圧力管理をする CO 2 の移行方向や経路や距離を知り 予測と大きく異なれば調整する 誘発地震の発生状況を検知し 自然地震と分別する CO 2 貯留モデルのヒストリーマッチング モニタリング項目 圧入井の坑頭圧 坑底圧計測 CO 2 圧入量 流量計測 四次元( 時間差 ) 地震探査 (SACS 勧告 ) 繰り返し VHS 検層 ( センサーをケーシングに固定 (SACS 勧告 ) 多成分(MC) 地震探査 (SACS 勧告 ) 電磁気探査 地震波トモグラフィ 比抵抗トモグラフィ 浸透率トモグラフィ 物理検層 高精度傾斜計 変位計計測 高精度重力測定(SACS 勧告 ) 応力 流体圧 温度の原位置測定 孔隙率 三軸変形 強度などのコア試験 貯留層や上位の帯水層からの地下水 地下ガスの採取 貯留層 シール層の岩石 地下水 ガスの初期化学成分 同位体分析(SACS 勧告 ) CO 2 による地下水の変化の研究 (SACS 勧告 ) CO 2 による鉱物溶解と沈殿の研究 (SACS 勧告 ) 地下水のpH 酸化還元電位 電気伝導度の測定(SACS 勧告 ) 地下水流速 流向計測(SACS 勧告 ) 微小地震 AE モニタリング (SACS 勧告 ) 10

132 上位モニター帯水層の水温 ph 電気伝導度 ガス成分 水質計測 断層地下水 ガス湧出計測 土壌 大気成分分析 CO 2 圧入終了後モニタリング 地球温暖化防止の目的により CO 2 圧入終了後もかなり長期にわたって地中に封じ込められ ていなければならない このため 幾つかのモニタリングは CO 2 圧入終了後も続行される 主なモニタリングの目的 CO 2 の長期封じ込めを確認する 何らかの異常が生じた時は シール補修などの対応をする モニタリング項目 四次元( 時間差 ) 地震探査 (SACS 勧告 ) 四次元電磁気探査 高精度傾斜計 変位計計測 高精度重力測定(SACS 勧告 ) 貯留層や上位の帯水層からの地下水 地下ガスの採取 貯留層 シール層の岩石 地下水 ガスの初期化学成分 同位体分析(SACS 勧告 ) CO 2 による地下水の変化の研究 (SACS 勧告 ) CO 2 による鉱物溶解と沈殿の研究 (SACS 勧告 ) 地下水流速 流向計測(SACS 勧告 ) 微小地震 AE モニタリング (SACS 勧告 ) 断層地下水 ガス湧出計測 土壌 大気成分分析 < 参考文献 > 星野一男(1983) 菊間石油地下備蓄実証プラント ( その 1) 地質ニュース 350 号 p.6-18 星野一男(1984) 菊間石油地下備蓄実証プラント ( その 2) 地質ニュース 353 号 p Holloway, S., A. Chadwick, E. Lindeberg, I. Czernichowski-Lauriol and R. Arts (2002) Best Practice Manual from SACS- Saline Aquifer CO2 Storage Project, IEAGHG Programme - Statoil, 53p.( 小出仁訳 ) 11

133 4.2 CO 2 地中貯留サイトの検討前節に述べた系統的なCO 2 地中貯留サイトの探索 選定からモニタリング 安全性検証までのプロセスは それ自体は相当なコストを要するが CO 2 地中貯留施設の建設 操業費に比べれば小さく 建設 操業の効率を高め サイトの選択リスクを小さくすることにより 全体的なコストを低減できる また CO 2 地中貯留の安全性を高め 社会的な受容を促進することにより CO 2 地中貯留サイトの選択範囲を広げ 結果的に貯留ポテンシャルを大きく高め 地中貯留の経済性をも高めることを指摘したい 日本では まだCO 2 地中貯留 固定サイトの探索 選定を目的とした本格的な地質調査は行われていないが 経済産業省 石油公団により石油 天然ガス探査の基盤になる総合的な地質構造調査 ( 基礎試すい 基礎調査 ) が実施されているので この調査データを利用してCO 2 貯留ポテンシャルの見積もりが行われている (Tanaka et al.,1995) この見積もりでは 日本の天然の石油 ガス貯留層に約 20 億トン ( カテゴリー Ⅰとする ) 石油公団の調査でクロージャー構造が確認されている帯水層に約 15 億トン ( カテゴリー Ⅱ) その他として構造が確認されていない一般の陸域帯水層に約 160 億トン ( カテゴリー Ⅲ) 一般の海域帯水層に約 720 億トン ( カテゴリー Ⅳ) 合計して約 900 億トン強のCO 2 地中貯留が可能と評価された この評価において カテゴリー Ⅰは天然の石油 ガス貯留層であるので 数百万年以上も気体を地下に封入し続けてきたことが確かめられているため CO 2 を長期にわたって地下に封入できると思われる カテゴリー Ⅱのクロージャー構造はCO 2 の地下封入に適した構造であるが 石油 ガス貯留層のような実際の地下封入の実績は無く 地震探査などでは検出できない断層などの漏出経路が無いことが確かめられていない 実は カテゴリー Ⅰの石油 ガス貯留層も自然条件はCO 2 地中貯留に適しているが 多くの場合は石油 ガスの探査や採取のために多数の試錘や坑井が掘られている 坑井の埋め戻しやセメンティングは CO 2 の長期封入に耐えるようには設計されていないし 未知の未処理のボーリング孔が隠れている恐れが残る 地質調査が不十分なカテゴリー Ⅲやカテゴリー Ⅳの帯水層と同様に カテゴリー Ⅰとカテゴリー Ⅱの貯留サイトも 前節に述べたような系統的な調査 モニタリング (MM&V) が必須である 経済性や社会環境も CO 2 地中貯留サイトの選定に重要な要素である 地球環境産業技術研究機構 (RITE) のLiら (2005) は CO 2 地中貯留の経済性を決める最重要要素である輸送距離に着目して Tanakaらの貯留ポテンシャル評価を見直してランク分けを行った 地球温暖化防止に貢献するためには膨大な量のCO 2 を処理しなければならないため 排出源 ( ソース ) から貯留サイト ( シンク ) までの距離を短くすること すなわちソース-シンク-マッチングが重要になる 距離が長くなると それだけエネルギー ロスが大きくなり コストにも大きく影響する 大量であるため 鉄道輸送や道路輸送では非現実的であり パイプライン輸送か船舶 (CO 2 タンカー ) 輸送しか選択肢がない 船舶 (CO 2 タンカー ) 輸送するためには CO 2 を液化しなければならないが 液化もエネルギーを浪費し 高コストの原因になる したがって パイプライン敷設が可能か またはオンサイト処理が可能なソース-シンク-マッチングが望ましい 12

134 カテゴリー Ⅰの石油 ガス貯留層は枯渇の評価が難しいため除外し Liら (2005) は 近い将来にCO 2 地中貯留候補になる可能性のある帯水層の抽出を試みた 評価の対象とした帯水層のうち 中規模の火力発電所の排出 CO 2 を 20 年から 25 年貯留できるCO 2 5 千万トン以上の貯留容量を持つ帯水層の内 カテゴリー Ⅱでは 50km 以内にある火力発電所のCO 2 排出量が 2 百万トン以上になる帯水層をランク 1 とし カテゴリー Ⅲとカテゴリー Ⅳの場合はオンサイトに ( すなわち帯水層の直上の範囲内に ) ある火力発電所のCO 2 排出量が 2 百万トン以上になる帯水層をランク 1 とした それに達しなかった帯水層の内 CO 2 5 千万トン以上の貯留容量を持つ帯水層において カテゴリー Ⅱでは 100km 以内にある火力発電所のCO 2 排出量が 2 百万トン以上になる帯水層をランク2とし カテゴリー Ⅲとカテゴリー Ⅳの場合は 50km 以内にある火力発電所のCO 2 排出量が 2 百万トン以上になる帯水層をランク2とした その他の帯水層はすべてランク 3 とした 候補帯水層からの距離と火力発電所のCO 2 排出量の関係の例を図 に示す また 日本の主な火力発電所の位置とランク分けした帯水層の位置を図 に示す ランク分けの結果は 直近のCO 2 地中貯留候補地と考えられるランク 1 に分類できるカテゴリー Ⅱの ( クロージャー構造をもつ ) 帯水層は 3 箇所のみであり その合計のCO 2 地中貯留ポテンシャルは 3 億トン弱であったが ランク 1 のカテゴリー Ⅲの帯水層 ( 陸域一般帯水層 ) は 4 箇所で約 230 億トンのCO 2 地中貯留ポテンシャルがあり ランク 1 のカテゴリー Ⅳの帯水層 ( 海域一般帯水層 ) も 4 箇所で約 240 億トンのCO 2 地中貯留ポテンシャルがあることが判明した 以上の結果は クロージャー構造の判明している帯水層 ( カテゴリー Ⅱ) は 実験的目的の段階では十分なCO 2 地中貯留ポテンシャルであるが 本格的な温室効果ガス削減の実施段階では一般帯水層 ( カテゴリー Ⅲとカテゴリー Ⅳ) を利用しなければならないことが明らかである 特に 関東堆積盆 常磐沖堆積盆 石狩 苫小牧沖堆積盆が重要であることが判る 大 CO 2 排出源に近い大阪堆積盆や濃尾 伊勢湾堆積盆が図 に含まれていないのは 石油 天然ガス鉱床の探査のための地質調査をベースに評価したために 考慮されなかった 実は大阪堆積盆や濃尾 伊勢湾堆積盆もCO 2 地中貯留に重要であるが このような抜け落ちがあるので やはりCO 2 地中貯留を目的とする新しい地質調査が必要である また 石油 ガス貯留層や石炭層は CO 2 圧入に伴いガスを生産する可能性があり 資源評価が必要になる さらに CO 2 貯留 固定は 大規模なフィールド ワークであるので 貯留する地域の住民の協力が不可欠である そのためには地域の振興への貢献という視点も必要であり また何よりも大規模プロジェクトの透明性が重要な課題になる 13

135 図 CO 2 貯留候補帯水層からの CO 2 排出源の距離と排出量 (Li et al. 2005) 14

136 図 CO 2 貯留候補帯水層のランク分け (Li et al. 2005) < 参考文献 > Li, X., T. Ohsumi, H. Koide, and K. Akimoto, H. Kotsubo (2005), Near-future perspective of CO 2 aquifer storage in Japan: site selection and capacity, Energy 30(2005), p , Tanaka,S., Koide,H. and Sasagawa, A. (1995) Possibility of CO 2 Underground Sequestration in Japan,Energy Conversion and Management, 36, p , 15

137 4.3 地域パートナーシップについて一般住民にとって CO 2 地中貯留の言葉を聞いたことがない人がほとんどであると思われる CO 2 地中貯留プロジェクトを計画するにあたっては GHG 問題の取り組みがどのような現状にあるのか CO 2 地中貯留とは何か あるいはCO 2 地中貯留プロジェクトに関する環境リスクとはどのようなものかについて 関係する地域住民へ正確にわかりやすく伝え 正しい理解を促すコミュニケーションを早い段階から開始することがCO 2 地中貯留プロジェクトを推進するための重要な活動になると考えられる この点を踏まえ 以下の においては 環境省 : 米国でのリスクコミュニケーション制度の運用実態について の報告書の内容を抜粋引用しながら 米国での深刻な土壌汚染問題の分野における地域住民との環境リスクコミュニケ-ションに関する取り組み概要を説明するとともに 地域社会とのコミュニケーションの一手法として成果をあげているTOSC 制度を わが国での今後のCO 2 地中貯留の取り組みに向けた地域連携のあり方に取り込むことを検討する 次に 新しい地域連携モデルのもとで CO 2 地中貯留プロジェクトを推進するための地域パートナーシップを提案する 環境リスクに関するコミュニケーションについて (1) 米国での環境リスクコミュニケーションの現状 わが国の公共事業あるいは企業活動に関する環境リスクコミュニケーションについて い まだに 決定し 公表し そして妥当性を主張 の域を脱していない場合があり わが国に おける住民参加の活動状況は 米国に比べて約 10~15 年程度遅れているものと思われる ( 表 参照 ) 表 米国環境保護庁 (EPA) による住民参加活動の発展段階 段階 活動内容 1980~ 広報 情報開示 住民に情報を与える 1986~ コミュニティ活動 住民に情報を与える 決定を下す前に住民の意見に耳を傾ける 1994~ 住民の巻き込み ( コミュニティ インボルブメント ) 住民に影響を及ぼす事項に係る決定プロセスに当該住民を巻き込む ( 出典 ) 環境省 : 米国でのリスクコミュニケーション制度の運用実態について p.3 ( 原典 )Suzanne Wells and Helen DuTeau, US. EPA, Introduction to Community Involvement : Tools and Techniques (Aug.2000) 米国での環境リスクコミュニケーションは 有害化学物質による土壌汚染問題の汚染浄化対策として発展してきた 米国包括的環境対処 補償 責任法 (Comprehensive Environmental Response, Compensation and Liability Act of 1980;CERCLA) と スーパーファンド修正および再授権法 (Superfund Amendments and Reauthorization Act of 1986; 16

138 SARA) を合わせた いわゆるスーパーファンド法が施行された数年後 住民参加の重要性が認識され 地域社会に悪影響を及ぼす恐れのあるサイトの浄化に係る決定に対して住民が影響力を行使する機会を与えること およびサイトに関する適切な情報へのアクセスを担保することを試行錯誤してみたが その結果は良くなかった 米国環境保護庁はこの反省に立ち 表 の 住民の巻き込み 施策の試験的なプログラムとして TOSC (Technical Outreach Services for Communities ) を 1994 年に立ち上げた TOSC が関与した 35 件のプロジェクトについての実績を評価し 次の3 条件を満たすプロジェクトでは コミュニティ インボルブメントの強い支持が得られる可能性があることを報告書で結論づけ 正式に制度化した 技術的支援活動を注意深く対象住民グループのニーズに適合させていた場合 住民との調和的関係や信頼関係の構築に注意が払われていた場合 技術的支援に大学が参加することへの期待感を関連当局が明確に理解していた場合 (2) TOSC の概説 TOSC は 住民の技術的事項に関する理解を図ること および住民側に中立の立場での専門家としてアドバイスすることにより 住民と行政 企業側との間での意見や方針の相違点について 関係修復のための検討作業に住民参加が可能となるように支援し 行政 事業者への信頼感を醸成させることに主眼を置いている ( 表 参照 ) 表 TOSC の概説 項目 内容 有害物質関連の研究開発 技術移転を行っている指定大学の有害物質研究センター (HSRC) 1 の中に設置 運営主体 全米を5 地域に分割し 中核大学 1~2 校と協力大学 5~10 校のコンソーシアムとして運営 HSRC メンバーの中から TOSC の専任スタッフを各地域に配置 EPA および他の連邦機関 民間寄付で賄われる 西部地域 HSRC への拠出内訳例を以下の表に示す西部地域 HSRC への拠出内訳 財源拠出先拠出金額備考 財源 EPA $1,422,000 その他連邦機関 $ 184,000 エネルキ ー省 海軍 空軍 参加大学 $ 131,318 民間企業寄付金 $ 100,182 土壌汚染 合計 $1,837,500 17

139 予算 各地域の TOSC の予算は 25 万ドル TOSC の予算は スタッフの人件費及び旅費のウェートが高い TOSC 以外の専門家への支払いは 全体の 5% 未満 1コミュニティ当たり 平均 1 万ドル / 年の使用実績 TOSC スタッフの専門領域は大学により異なるが 不足領域はコンソーシアム内の他大学から支援を受ける 短期的に外部専門家を招聘するが 弁護士 リスクアセスメント 疫学 毒性学 大気汚染 ( サンプリング手法 ) 放射性医学等の専門家が中心である TOSC のスタッフの専門領域事例を次に示す TOSC スタッフの専門領域西部地域南部 南東部地域 スタッフ オレゴン州立大学 <ディレクター > 土木 建築 環境工学部教授 <スタッフ 5 名 > 1 社会学 2 環境工学 (TOSC 専任 ) 3 公衆衛生悪 ( 博士課程在学 ) 4 社会学 5 心理学及び環境工学 (TOSC 専任 ) ジョージア工科大学 <ディレクター > 化学工学部教授 <スタッフ 4 名 > 1 地質学及び法律学 ( ロースクール在学 ) 2 地質学及び土木 環境工学 3 環境科学 資源管理 土木 環境工学 及び都市工学 4 科学技術 科学政策 リスクコミュニケーション 及びインターネット技術 環境省 : 米国でのリスクコミュニケーション制度の運用実態について p.11 ( 原典 )WRHSRC, TOSC Personnel 及び SSWHSRC, Staff Profiles 1サンプリング リスクアセスメントや修復計画の検証等の技術支援だけでなく ワークショップの開催による学習機会の提供 住民がブラウンフィールド再開発に参加できるように トレーニングの機会提供も行う TOSC 2 小規模の汚染サイトも含まれる の 3 中立的立場を心がけ 行政 住民何れかの立場に立つことを前提としない特徴 4 常設であり プロジェクトの期限を柔軟に設定できるので 長期的取り組みが可能 5 多領域の専門家からなるチームであり 対応可能な範囲が広い 1 Hazardaus Substances Research Center (3) わが国での TOSC 的取り組みの導入についてここで紹介した TOSC 以外に 米国化学製造業者協会 (Chemical Manufacture Association ; 以下 CMA) が中心となってコミュニティ諮問協議会 (Community Avisory 18

140 Pannel : 以下 CAP) の普及に努め 化学業界にとどまらず 電力会社 鉱山会社などの業界でも活用されつつある 米国の CAP 制度は 地域社会を最も代表すると思われる人材を調査により選出し 地域社会の実際の考え方や新たに地域社会で懸念される問題を率直に話し合う場 (CAP) を企業内部に設置し この結果を企業の責任において 地域社会とのコミュニケーションの促進及び企業の意思決定に実直に反映させて行こうとするものである EPA では スーパーファンド法等によって整備された法のもと 企業が地域社会と日常的に対話するためのツールと位置づけて普及に取り組んでおり 成果をあげている 米国で定着してきたこのような手法をわが国に適用可能かどうかを検討するにあたって わが国の国内状況を踏まえる必要があり 以下にその概況を示す 1 住民への情報公開米国では 1986 年に有害物質排出目録 (Toxic Release Inventory ; 以下 TRI) が制度化され 規定量を超える指定化学物質を取り扱う施設は排出量の EPA 他への報告義務があり EPA からこの結果を一般公開される わが国では 1999 年に TRI と同様な制度として PRTR 法 ( 化学物質排出移動量届出制度 ) が制定された しかし スーパーファンド法に相当する制度や 地域住民の知る権利法 に相当するような制度もわが国にはないことから 地域 住民を守る制度基盤はまだ弱いままであり 個々の問題に対して住民が満足できるような行政 企業の公正な情報開示のレベルには達していないようである 2 企業の社会的責任バブル経済の頃までの産業界は 日の丸親方 護送船団 という行政統制のもとでの経済発展に邁進しており 地域住民に被害を及ぼす環境問題については 監督官庁を意識した企業の住民対応にならざるをえなかったこともあり 企業活動への住民参加の視点はほとんどもちあわせていなかった バブル崩壊以降 IT の進展と規制緩和が進む中 企業の社会的責任の取り方が企業業績に深刻な影響を及ぼすようになり 企業論理優先から地域住民の視点に立った取り組みを重視する企業が現われるのは数年前からのことである 3 住民の NIMBY 的言動その一方 地域住民の環境問題に対する意識や発言は 本質的には個人的なリスク回避あるいは損得のレベルにとどまっている場合が多い 地域社会の平均的な住民の多くは 企業に対する NIMBY(Not In My Back Yard) 的言動の範疇から脱し切れておらず 行政 企業への不信感が背景に少なからずあることが一因として考えられる 言い換えれば 公正な情報開示不足に対する不信感が根強く 実態は今も昔もそれほど変わっていないように思われる 以上の1~3が わが国の環境リスクコミュニケーション等に関する概況である わが国においては CAP 制度は現状の法制度や国民性に馴染まない点があり わが国への導入に関しては時期尚早であると思われる その最も大きい理由としては 企業が地域社会との対話を促進させるような法整備がわが国では脆弱であり また CAP として選ばれる代表者は社会貢献の意思が強く 米国の CAP 制度自体が彼等のボランティア活動の上に成り立っ 19

141 ているためである 一方 TOSC の取り組みについて極端な言い方をすれば 住民側の感情的な 私的な自己 を論理的な 公的な自己 に目覚めさせる狙いの情報提供 教育サービスである 地域社会との深刻な利害関係 ( 地域住民への直接的な被害拡大 あるいは訴訟問題等 ) が発生していないケースにおいては 地域住民に社会学的 科学技術的な理解不足を解消させること および行政 企業が公正な情報提供と事業の意思決定に住民意思を極力反映させる真摯な姿勢をもつことに努力するならば その結果として地域住民と事業主体が一緒になって問題解決に歩み出すきっかけがつくれることを米国の TOSC 検証に関する調査結果は示しており 興味深い このことは 地域住民を行政 企業の意思決定プロセスに巻き込むことが時間とコストの無駄づかいだとか 無意味とかの意見が多いと思われるが 学習機会の充実を通じて地域住民が十分な知識をもち より質の高い意思決定に貢献する意欲を持ち合わせていることを調査報告書は検証している わが国での住民参加の現状を考えれば TOSC によるアウトリーチ サービスは CAP 制度よりも導入しやすく 適用性があると思われる ここでの結論として わが国の環境に対する行政 企業の取り組み姿勢は良好なものになりつつあり 今後一層の公正な情報公開を促すとともに わが国において欠けていた地域住民の理解不足や誤解を改善 解消するために TOSC のようなアウトリーチ サービスが有効な手段に成り得る可能性が高いと考えられる わが国の国立大学や官庁の下部研究機関は独立法人化され わが国においても TOSC を実施できる環境が整いつつあり 環境リスクコミュニケーションが必要な地域連携については TOSC によるアウトリーチ サービスを導入する選択肢を今後積極的に検討し 活用されることが望まれる TOSC 検証に関する調査報告書にもとづき 地域住民との環境リスクコミュニケーションに成功するための満足すべき条件を整理すれば 初期段階において 地域社会や地域住民との深刻な利害関係が発生していないこと 事業の初期検討段階から専門性が高い学識経験者等の機関による中立的な立場での地域住民へのわかりやすい形での継続的な情報提供および学習機会を設け このような取り組みを通じて環境リスクコミュニケーションに必要な地域住民の知識等の引き上げが可能な状況にあること 地域の代表者が参加する会議において 公正な情報提供がなされ 地域住民の意見を真摯に受けとめ 住民意見を反映させるような会議運営システムが採用され 円滑な審議が図られること以上の3 点が挙げられる これまで行ってきた事業主体主導の地域社会への対応では 広域の地域社会が係わるCO 2 地中貯留事業の推進は困難を伴うことが予想される 計画の当初から 地域連携 および 環境のリスクコミュニケーション を重視した取り組みを実践し 地域連携の取り組みの有効性を地域住民に認知していただけるような進め方が重要であると思われる 20

142 4.3.2 CO 2 地中貯留に関する 地域パートナーシップ の提案 (1) 地域連携パートナーシップの枠組みについて CO 2 地中貯留に関する地域連携をどのように進めるべきかについて 新しい地域連携のモデルを提案する 米国において 2003 年後半からスタートした炭素隔離地域パートナーシップの第 1 フェーズのプロジェクトがこの 6 月に終了したが 参考として 第 1フェーズの成果報告書を付録として添付する 筆者等も同時期にわが国での地中貯留の取り組み方として産官学によるコンソーシアムの提案 (NEDO 平成 14 年度 CO 2 地中貯留技術に関する動向調査 H14.3) を行っているが ここでは わが国の国内事情を考慮した産官学および地域住民が連携した地域パートナーシップを提案する 地域パートナーシップの全体構成を図 に示すとともに 地域パートナーシップの主な要点を以下に示す 1 地域連携パートナーシップの目的 CO 2 地中貯留に適した条件をもつ地域において 温暖化ガス削減に関する先導的なモデルとしての地域パートナーシップを構築し 将来のCO 2 地中貯留事業推進にあたって不可欠となる地域社会との連携の基盤づくりを初期段階から計画的に推進し 発展させることを重要な使命とする 事業主体と地域社会との合意形成の推進 事業に係る地域社会の安全確保および地域住民の事業への理解促進のため 従来の事業主体と地域社会との関係構図では不十分であった地域社会との連携を改善する手段として構築する 図 CO 2 地中貯留に関する地域パートナーシップの全体構成図 21

143 2 地域連携協議会地域連携協議会 ( 以下 協議会という ) は 図 に示すように地域パートナーシップの中核として 事業主体と地域社会とが事業に係る合意形成のために協議を行う場を提供する また 協議会を支えるのが技術コンソーシアムである 技術コンソーシアムは CO 2 地中貯留に関連した専門的な科学技術を有する公的研究機関 大学 企業等を中心に構成される 今後の事業を推進するための地域連携を実現させ さらに長期的なビジョンをもって 安全性の高い地中貯留によるCO 2 削減の実現をめざすものである そのために 技術コンソーシアムの学識経験者 事業に詳しい専門家等は 協議会を通じて地域社会へ公正かつ必要な情報提供を行い 中立的立場でのCO 2 地中貯留の実態把握 事業評価に努めるとともに 地域連携のための調査 研究開発を平行して実施することが必要である 協議会の主な特徴は以下のとおりである 協議会を実質運営するのは事業主体でなく 技術コンソーシアムが主体となって運営し従来のように事業主体が協議会の運営をコントロールする立場になく 事業主体は協議会ではオブザーバーの立場となる 協議会は事業主体の諮問事項を審議し 答申する役目を担う 協議会の審議を通じて 事業計画 事業実施の中に取り入れることが可能であると判断される地域社会の意見については 前向きな検討を行う 事業主体は協議会の答申を踏まえて 自らの判断により計画を進める訳であるが 協議会の答申を大幅に逸脱した事業推進は 地域パートナーシップの主旨に反するものであり 事業主体の慎重な対応が求められる 協議会の委員は 事前に設けられた協議会設立準備委員会で公正に選出される 事業主体は委員選出に関与することができない また 地域の代表となる委員の候補者は 事前調査を実施し その調査結果の検討により候補者選出を行うとともに 協議会設立準備委員会のメンバーの推薦による候補者とあわせて協議会設立準備委員会に諮り その中から最終的に協議会構成委員の決定を行う 協議会の審議は一般公開するとともに 会議に関する情報は協議会のホームページ(HP) 上で公開することを原則とする オブザーバーである事業主体は 協議会での審議等の資料提供および質疑応答に誠実に対応することを義務づけられるので 事業主体の公正な情報公開を促すことおよび提供された情報をチェックする機能を協議会が事実上もつことになる 協議会への事業主体の参加メンバーとして 事業主体の責任ある立場の方の出席を求める この目的は 協議会での審議状況を事業責任者自身が確認することにより 種々の問題に関する事業主体の意思決定が早くなることが期待できるとともに 事業責任者の参加により事業主体内での情報共有の迅速化と公正な情報公開を促進する効果を合わせて期待するものである 協議会は 地域住民からの意見を広く募集するとともに 審議後に一般傍聴者の意見を述べる機会を設ける 寄せられた地域住民の意見に対して 地域住民の意見がどのよう 22

144 な理由によりどのように反映されるのか あるいは反映されないのかを明らかにしていくことは 地域住民の信頼を得るための重要な協議会の役目であり 具体的な手法に関しては今後の検討課題とする 3 技術コンソーシアム CO 2 地中貯留事業は地域社会との合意形成が不可欠であり この技術コンソーシアムは事業主体と地域社会との橋渡し役の役目を担う組織であるとともに 地域社会を活性化させるための種々の提案についても協議会を通じて検討し 事業主体あるいは関係機関に働きかけることが協議会の役割である 以下に技術コンソーシアムの主な役割を整理して示す 協議会に学識経験者 事業に詳しい専門家を参加させ 中立的な立場でのCO 2 地中貯留に関するリスクを評価し 事業の安全性に配慮した提言を行う また 事業計画 実施に関する地域社会と事業主体との調整的役割も担う CO 2 地中貯留事業のMM&V(Monitoring Modeling & Vertification) の技術 データの評価を実施する CO 2 地中貯留事業を発展させるための長期的ビジョンを設定する また 地域連携のための調査検討 研究開発を実施する CO 2 輸送等に係る安全性や法的な検討 地域活性化を踏まえた事業検討 および民間資金の導入検討等を行う 4 TOSC による地域住民へのアウトリーチ サービス TOSCによるアウトリーチ サービスは わが国における環境リスクコミュニケーションの現場に足りなかった部分 すなわち住民の理解不足や誤解を恐れて事業主体の情報提供が制限されてきたことを改善することにつながるものと期待する また CO 2 を地下深部に貯留する問題は 地域住民が議論するには専門性が必要な分野でもあり なまじ耳かじりの一部の ためにする 活動家の主張が住民に影響を及ぼし 問題化するという事態を避けることを期待するものである 米国は大学を中心とする産学連携の取り組みが活発であり 米国の大学研究者は住民とのコミュニケーションについて経験が豊富である わが国の科学技術分野の大学研究者にとっては 地域住民とのコミュニケーションの経験は浅く TOSC の導入にあたっては TOSC のスタッフの研修が今後の検討課題となる なお 米国での土壌汚染の汚染浄化に関するTOSCのサービスの範疇については 参考までに以下の表 に示す CO 2 地中貯留に関する具体的なサービス内容については 地域住民が何を知りたいかを事前に十分把握し対応していくことが必要となる 23

145 技術的支援 表 TOSC が提供するサービスのカテゴリー技術レポート 作業プラン サンプリングプラン リスクアセスメント 修復計画等の文書を検証し コミュニティに独立かつ客観的な評価を提供する 学習機会 ワークショップやセミナー等の教育的イベントの立案 実施を通じて有害物質マネジメントに係るアイデンティフィケーション アセスメントや意思決定のプロセスに関する重要事項についてコミュニティの基礎的理解を広める トレーニング 特に 経済開発活動やコミュニティの再建 回復を行おうとしているコミュニティの住民を対象としたトレーニングとしての立案 実施を行う ( 出典 ) 環境省 : 米国でのリスクコミュニケーション制度の運用実態について p.14 ( 原典 ) Norteastern Region HSRC, 1999 Annual Report 24

146 (2) 地域パートナーシップの進め方前述した図 に示した地域パートナーシップの全体構成図は 具体的なサイトおよび事業の基本計画等が決定され 事業主体が明らかになった段階での組織構成である しかし 実際は当初からこのような構図が描けるとは限らず CO 2 地中貯留に適する地域 ( 長期的な事業展開を考えた場合 貯留サイトの候補として幾つか考えられるような広範囲での地域 ) において 地域住民との地域をスタートさせ 地域社会との合意を図りながら具体的にサイトを決定していくような手順が必要になる また CO 2 地中貯留事業はわが国において前例がなく 地域の関係機関および自治体を含めて学びながら議論して進めていくことが自然な形である 3 段階のステップによる取り組みを提案し 図 にその一例を示す ステップ 1 地域連携協議会 スタート~1 年後準備調査を実施技術コンソーシアム準備会 ( 産 )( 官 )( 学 ) ステップ2 技術コンソーシアム ( 産 )( 官 )( 学 ) TOSC( 学 ) スタート~ 半年後の間に 事前調査 地域調査等を実施する 半年後 ~1 年後の間に 技術コンソーシアム準備会を経て 技術コンソーシアムを設立するとともに 地域連携協議会の設立に向けた準備を実施 1 年後 ~CO 2 地中貯留プロジェクトの実施決定の頃 1 年後 ~1.5 年後の間に地域連携協議会 地域連携協議会 地域住民 地元企業 ( 民 ) を設立し 地域連携パートナーシップを正式 にスタートさせ 活動を行う 技術コンソーシアム ( 産 )( 官 )( 学 ) TOSC( 学 ) 事業主体が地中貯留プロジェクトの基本計画原案を作成 事業主体が参加する地域パートナーシップに移行 ( ステップ2 ステップ3) ステップ3 CO 2 地中貯留プロジェクトの実施決定の頃以降事業主体地域連携協議会 ( 産 )( 官 ) 技術コンソーシアム ( 産 )( 官 )( 学 ) 地域住民 地元企業 ( 民 ) TOSC( 学 ) 基本計画原案及び年度事業内容他の審議 答申プロジェクト継続評価 詳細計画原案及び年度事業内容他の審議 答申 図 地域パートナーシップの進め方の一例 プロジェクト継続評価 25

147 図 に示すように ステップ2の段階までは 事業主体は正式には存在しておらず 技術コンソーシアムが協議会を通して地域社会との連携を図っていく形で協議会を運営する その後のCO 2 地中貯留の実施が決定される段階において ステップ3の地域パートナーシップに向けて 新たに企業や関係機関が事業主体として初めて参加する あるいは既に技術コンソーシアムに参加している企業や関係機関のメンバーの中から 事業主体の立場に移行してステップ3の地域パートナーシップに継続して参加することも可能なシステムを考えている TOSC については ステップ2の段階までは技術コンソーシアムに所属して地域対応を行う予定であるが ステップ3では TOSC が技術コンソーシアムから独立した形を想定している この件については 地域住民の意見を参考にして そのあり方について今後議論する必要があると思われる なお ステップ2の段階では 地域住民のための環境リスク 地中貯留の隔離性能の評価等に関する調査 研究開発を鋭意進め 協議会では地域住民への安全性や具体的なサイトに関する問題を優先的に審議するような取り組み方が重要であると認識している 26

148 4.4 新技術課題 はじめに温暖化防止を目的としたCO 2 地中圧入の実証実験が世界各地で実施され またCO 2 地中貯留の計画も競って立案 調査されている ( 図 ) 日本でも 地球環境産業技術研究機構 (RITE) がエンジニアリング振興協会 (ENAA) の協力を得て CO 2 地中貯留の実証実験を新潟県長岡の帯水層で実施しており 環境総合テクノス (KANSO) が石炭エネルギーセンター (JCOAL) の協力を得て CO 2 炭層固定 メタン回収の実験を北海道夕張において実施している 小規模ながら 北海道日高では蛇紋岩へのCO 2 鉱物化学固定の実験がRITEにより実施され 北海道赤平では旧炭鉱を利用して 炭鉱ガスを回収してマイクロガスタービン発電を行い その燃焼排ガスを旧炭鉱採掘跡に再圧入する世界初のゼロエミッション発電が実施されている コスモ石油はアブダビで石油随伴 ( フレア ) ガスの地下再圧入を実施して 年間約 20 万トンのCO 2 排出削減を行っている CO 2 地中固定 ( 隔離 貯留 ) の実験が世界各地で実施されるに伴い 課題も明らかになってきている 特に CO 2 地中固定の環境影響や安全性に関する検討が強化され 科学的な裏付けが必要になっている 図 ヨーロッパで実施中ないし計画中のCO 2 地中注入 Snφhvit Middle Norway Miller Valley Sleipner Kalundborg K12b Schwarze Ketsin Pumpe RECOPOL(ECBM) Atzbach-Schwanenstadt Casablanca Sibilla In Salah 実施中 ( 帯水層 ) 実験中 ( 炭層 ) 実験中 ( ガス層 ) 計画中 27

149 4.4.2 CO 2 地中隔離に関する調査および研究開発海外でのCO 2 地中貯留プロジェクトのように 広範囲に均質で規則的な層序の地質構造地域をサイトとして見出すことは わが国においてはきわめて難しい 我が国は人口過密で開発が進んでいる上に 地質構造は欧米の地質事情と異なり 断層や不規則な亀裂が多く 層厚が不均一な地質構造である したがって 欧米のプロジェクトを模倣するのではなく 我が国の地質特性を考慮した隔離技術やモニタリング技術を開発して検証することが重要であり まさに世界が我が国に期待しているところである そのためには 柔軟性のある効率的な掘削技術と精緻な事前調査技術の開発が必要であり さらに高度な MM&V 技術のパッケージを用意しておかなければならない このような地中隔離の技術開発の方向性は 我が国の温暖化ガス削減のための隔離プログラム遂行上不可欠であり また我が国から世界に発信できる独自技術として 今後の国際協力に貢献できる技術に発展できる可能性がある (1) CO 2 シール層の探索 評価 補修技術の開発 CO 2 地中固定 ( 隔離 貯留 ) 技術は 石油や天然ガスの探査 採取技術と共通点が多い そのため石油 天然ガス鉱業で開発された先端技術 たとえば4 次元地震探査技術や様々な検層技術を利用できる しかし 石油 天然ガス技術と異なる点も多く そのために新しい技術開発が必要になる CO 2 は 地下 800m 程度より深い深度の圧力 温度で超臨界条件になるため 液体である石油や気体である天然ガスと性質が異なる また CO 2 は地下水に良く溶解し イオン化されやすく さらに岩石や石炭に吸着されやすく 岩石 鉱物と化学反応して炭酸塩鉱物を作り また低温 高圧ではハイドレートを作りやすい このような性質は CO 2 地中固定に利用できる可能性があるが また地中におけるCO 2 の挙動を正確に評価する必要がある 石油や天然ガスの鉱床が存在していること自体が 石油や天然ガスを地質学的な長期間に亘って閉じ込めることが出来るトラップが機能していることの証左である しかし CO 2 地中貯留においてトラップが長期間機能することを示すのは必ずしも容易ではない 帯水層が十分に隔離されていることを確かめるためには ガスの分析 地下水の塩濃度や同位体分析が有効である 日本は地震が多く 地質構造が複雑で断層が多い 断層や不整合や岩脈のような CO 2 の閉じ込めに影響する可能性のある地質構造を精密に解析するために 3 次元地震探査技術などの開発が重要である また キャップロック中の小さな欠陥 すなわち小割れ目やサンドダイクや古い孔井を確実に検出し 修復する技術の開発が望まれる (2) CO 2 固定適地の探索 貯留ポテンシャルの評価日本では 経済産業省 石油公団により石油 天然ガス探査の基盤になる総合的な地質構造調査 ( 基礎試すい 基礎調査 ) が実施されているので この調査データを利用してCO 2 貯留ポテンシャルの見積もりが行われている その結果 構造性帯水層と油 ガス貯留層に約 35 億トン その他の一般帯水層も含めれば約 900 億トンのCO 2 地中貯留が可能と評価されている 28

150 ( エンジニアリング振興協会 1994) また 炭鉱全盛期の全国炭量調査の資料により 旧炭鉱の残存炭層へのCO 2 炭層固定のポテンシャルはおおよそ 10 億トンと見積もられる 石油探査のサイトデータとして明らかになってきている深部非可採石炭層にも 100 億トンを超えるCO 2 炭層固定のポテンシャルがあると推定される すなわち 日本周辺の帯水層と炭層に 合計 1000 億トンを超えるCO 2 地中固定 貯留のポテンシャルがあると推定される しかし これまでの調査は CO2 地中固定 貯留技術が温室効果ガス削減方策として十分なポテンシャルがあることを確かめるために 既存資料を利用して行った予備調査である すなわち総量としては 日本周辺のCO 2 地中固定 貯留のポテンシャルは温室効果ガス削減のために十分にあることは示されたが 実際にCO 2 地中固定 貯留を実施できるサイトを特定するためには CO 2 地中固定 貯留を目的とした精密な調査を行う必要がある 我が国のCO 2 排出源は 首都圏 関西圏 中部圏 北九州圏の臨海部に集中している CO 2 排出量は膨大であるので コストと安全性の観点から見ても長距離輸送は避けるべきである すなわち CO 2 の大排出源 すなわち首都圏 関西圏 中部圏 北九州圏の沿岸域 ( 海岸から 10km 程度内 ) の地質構造を精密に調査し CO 2 地中貯留 固定に適した貯留層を探索する必要がある 我が国の温暖化ガス排出を有意に削減するためには 膨大な量のCO 2 地中貯留対象層をあらかじめ確保する必要があるので 沿岸域調査は緊急に実施する必要がある (3) CO 2 長期隔離性能 安全評価 アナログ研究地球温暖化防止のためにCO 2 地中貯留を行うのであるから 数百年以上の長期にわたって地中に留まっていなければならない 温室効果ガス排出削減目標や排出権取引のためにも 地中に圧入したCO 2 の何割が何年間地中に留まっているかを定量的に予測できなければならない また 地中のCO 2 が地震などの際にどのような挙動をするのかを知る必要がある 流体を地下に圧入すると しばしば誘発地震を起こすことがあることも周知の事実であり どのような場合に どの程度の地震を発生するのかを予測する必要もある ( ただし その地震は微小なものであり 人が感じるような有感地震が発生することは極めて稀である ) 大量のCO 2 を地中に圧入するため 周辺住民が安全性に関心を持つのは当然である CO 2 は迷惑物質であるからNIMBYシンドロームが起こる可能性もある CO 2 地中貯留が社会的に受容されるためには 環境影響や安全性に関して十分な信頼性のある予測が必要である 環境影響や安全性を知る基盤として 地下のCO 2 挙動を十分に理解する必要があり そのためには地下 CO 2 挙動のモニタリング技術の開発が重要であり 地震 比抵抗 重力などの 4 次元モニタリング技術の開発が特に重要になっている また高圧室内実験も 地下 CO 2 挙動の本質を理解するために貢献する 環境影響や安全性を確かめるために 実際に地下にCO 2 を圧入する原位置実証試験が必須であり そのため日本の長岡 夕張をはじめ 世界各地で実施されている しかし 一方で原位置試験で知ることの出来ないこともある 環境影響や安全性の向上には 失敗に学ぶことが重要であるが 原位置試験でわざわざ失敗を作ることは出来ない 室内実験では 模擬的に失敗を作ることが可能な場合があるが 数百年以上の長期影響や長期安全性を実験により 29

151 研究するのは 本質的に無理がある 数百年以上の長期の地下 CO 2 挙動は ナチュラル アナログにより研究する必要がある 日本でも 群馬県安中などに天然の地下 CO 2 貯留層が知られている また 火山地域などでCO 2 の湧出があり いわゆる炭酸泉も炭酸イオンや炭酸水素イオンを豊富に含有している 長野県の松代で発生した松代群発地震では 地震断層から大量のCO 2 と水が噴出した CO 2 噴出量は 信頼できる見積もりは無いが 推定数十万トンに達する可能性がある しかし 人畜への被害は知られていない 炭酸温泉の湧出量増加により むしろ益があった 地震時の震源域でのCO 2 の挙動を知ることが出来る世界でも貴重なナチュラル アナログであり CO 2 の湧出は次第に減少しているが現在でも若干は続いていると予想され 詳細な研究が望まれる このような天然のCO 2 湧出は 地下 CO 2 挙動のモニタリング技術やシミュレーション法の開発のモデルとしても利用でき MM&V 技術の開発の場に最適である 長期的な安全性や環境影響評価手法の総合的な開発をナチュラル アナログの場を利用して行うことが望ましい 物理的トラップ 溶解トラップ吸着トラップハイドレートトラップ イオントラップ メタン化 有機物トラップ 炭酸塩トラップ 図 CO 2 地中トラップの種類 (4) CO 2 の高度固定技術の開発 CO 2 は 常温常圧では気体であるが 地下 800m 程度以深の圧力 温度では超臨界状態になる しかし 超臨界流体は水より軽いため 地下深部に普遍的に存在する地下水に押し上げられて 地下に圧入したCO 2 は上昇して地表に湧出しようとする性質がある キャップロック ( シール層 ) は上昇するCO 2 を物理的に閉じ込める しかし キャップロックによる物理的なトラップ以外に CO 2 を地下に閉じ込める様々なトラップ法があることが知られている CO 2 30

152 のトラップ方法を物理的トラップから安定度の高い方向に並べて見ると 図 のようになる すなわち CO 2 が地中に存在すると メタン化を除いて原則的に安定化する方向に進む 溶解以後は 必ずしもキャップロックの存在は必須ではなくなるが 地下水の動きを制約する難浸透層の存在は 安定性を高める作用がある 炭酸塩化して沈殿したり 炭酸水素イオン ( 重炭酸イオンともいう ) 化すると多量に溶解するので 安定になるだけでなく固定ポテンシャルも増大する メタン化や有機物化は 地中微生物の作用によるものである メタン化すると気体になるので 上昇しやすくなるが メタンはエネルギー源として貴重なので 回収利用することが望ましい 前述のように 自然にも原則的には安定化するが 速度が遅いので 安定化を加速して高度安定固定法を開発する研究が進められている たとえば 北海道日高では蛇紋岩へのCO 2 鉱物化学固定の実験がRITEにより実施されている (5) CO 2 固定による付加価値の開発 CO 2 固定 貯留は低コストであるが 温暖化防止のみの効果しかないと思われているために 地球温暖化自体が不確定な状況では エネルギーとコストを掛けて実施すべきではないという意見がある これが温室効果ガス削減方策としてCO 2 固定 貯留が認知されていない一因になっている これに対し CO 2 固定 貯留に付加価値を与える技術開発が行われている 原油増進回収法 (CO 2 -EOR) は既に実用化しているが 温室効果ガス削減の効果もあって 今後世界的に実施増加が予想される 付加価値付きのCO 2 固定技術として 技術開発が盛んになっているのが CO 2 炭層固定 -メタン回収 (CO 2 -ECBM) である これは CO 2 を炭層に圧入して 炭層が吸着しているメタンを追い出して回収し 代わりにCO 2 を炭層に吸着させる すなわち 吸着トラップを利用する一石二鳥の技術として期待され 我が国でも北海道夕張で原位置試験が行われている 我が国の炭鉱はほとんど閉山したが 深部非可採炭層が膨大に潜在していることが明らかになってきたので 資源の有効利用という観点でも実用化が期待される 日本でも 北海道中央部から三陸沖 常磐沖にかけてと九州北西沖に石炭堆積盆地が広がっており 深部非可採炭層はエネルギー資源とCO 2 固定対象の双方に巨大な可能性を有している 我が国では 石炭鉱業の将来性は無いかのように思われているが エネルギー問題と地球温暖化対策の切り札になる可能性がある Koide et al(1992) はCO 2 を化石水を含む帯水層に圧入して溶解させ 水溶性天然ガスを回収する技術を提案し またKoide et al(1997) はメタンハイドレート層やその下のフリーガス層にCO 2 を圧入してガスを採取する技術も提案した CO 2 を地中に圧入して 地中に包蔵されているメタンなどの天然ガスを回収する技術はCO 2 -ガス増進回収法(EGR) と総称される メタンは 従来考えられていた以上に広範に地殻中に含有されていることが判ってきている コールベッドメタン (CBM) やメタンハイドレートや水溶性天然ガスなどのメタンは 地中に生息するメタン生成菌により生成されたと考えられる 最近 RITEとNPOシンクタンク京都自然史研究所は 琵琶湖付近の堆積層中から CO 2 をメタンに変換するメタン生成菌を検出し 水溶性天 31

153 然ガス層でCO 2 メタン変換が実現している可能性が高いことを示した これは 地下にCO 2 を圧入することにより 真の炭素リサイクルが実現する可能性があることを示している CO 2 を有機物に変換できる生物には多くの種類があるが 地下深部でCO 2 を有機物に固定できる生物は嫌気性化学合成独立栄養微生物である 最近 1000m 以上の地下深部の玄武岩層からメタン生成菌の活動が報告されている 深部の玄武岩層中では 熱水と玄武岩の反応で生成された水素と地下深部に由来するCO 2 から メタンを合成してエネルギーを得て メタン生成菌は生きていると考えられる 遊離酸素が空気中に豊富に存在する酸化環境にある地表では CO2が炭素化合物の終局的な形態であり メタンを酸化してCO2に変換する事によりエネルギーが得られる しかし 無酸素の還元環境にある地下深部では メタンが炭素化合物の終局的形態であり CO2をメタンに変換することによりエネルギーが得られる このため地下深部の還元環境を上手に使うことにより メタン生成菌等の嫌気性の地中微生物の活動により非光合成カーボン リサイクルが実現する ( 図 ) しかし 多くのメタンは地下水中やハイドレート中などに希薄に含まれていて 経済的に採取することが困難である メタンはCO 2 のおおよそ 20 倍も温室効果が高いので 地下浅所のメタンは温暖化の隠れた驚異である CO 2 固定と天然ガス採取を組み合わせたCO 2 -EGRは それぞれ単独では経済的に劣る場合でも 相乗効果により実施可能になる利点があり 地球温暖化防止とエネルギー資源獲得を同時に実現する一石二鳥の技術として期待される 炭層周辺の地層中には有機物が多いので 地中微生物にとって活動しやすい場である CO 2 を超臨界状態で地下の炭層に圧入し 石炭層から抽出し 微生物の作用により石炭をガス化し さらに炭層にCO 2 を選択吸着させることにより 炭化水素に富むガスを取り出す技術を提案する ( 図 ) この技術により 炭層に吸着されているメタンの数十倍のガスを回収できると期待される (Koide and Yamazaki, 2001, 小出 2002) 地下深部では一般に反応速度が遅いので CO 2 からメタンへの変換も遅いであろう しかし 強力な還元剤や触媒になる鉱物が存在していれば 変換が促進され 無機的な化学反応によるカーボン リサイクルが実現する可能性がある ( 図 ) 地殻ガスサイクルに有利な岩体の候補としては 石炭や炭質泥岩の他に蛇紋岩 かんらん岩 玄武岩などが考えられる 地中微生物も強力な還元反応促進の機能を持っているものが存在する 地中微生物の持つ酵素は地下深部の高温 高圧下でも強力な触媒作用を持つ 地熱と無機的な触媒 微生物の酵素により変換が促進されれば 非光合成カーボン リサイクルの弱点である変換速度もかなり速くなる可能性がある また 地下は広大な空間があり また地球環境という長期の問題に関わることなので 変換速度は必ずしも重要でないことも指摘しておきたい 地中微生物は 地下深部で無機のCO 2 からメタンや酢酸や様々な有機物を生成することができる CO 2 固定のエネルギー源は 直接的には水素である 水素は 熱水と鉄などの岩石中の還元剤との無機的反応により発生しうるが 岩石中に化石有機物が含まれる場合は地中微生物は嫌気発酵によっても水素を生産する 地中微生物によるCO 2 固定 メタン 有機物生成の量は 全地球的に見れば膨大になる 32

154 酸化環境 地中圧入 CO 2 燃焼 CH 4 採取 天然再生 CH 4 33 地中貯留 再生 CH 4 天然 CH 4 帯水層 酸性水 CO 2 化学合成独立栄養細菌 _ メタン生成菌 H 2 共生 水素生成細菌 地球化学プロセス 還元環境 有機物 嫌気性地中微生物 図 帯水層中のメタン生成菌等の嫌気性微生物による非光合成カーボン リサイクル

155 炭層ガス生産 浅部への炭層ガス集積 浅部帯水層 浅部炭層 炭層による選択的 CO2 吸着 34 超臨界 CO2 圧入 微生物による炭層ガス化 深部炭層 超臨界 CO2 による炭層ガス抽出 深部ボーリング 深部炭層への超臨界 CO2 注入 図 石炭の超臨界 CO 2 抽出 微生物ガス化回収技術概念図

156 光合成カーボン リサイクル地表の広大な面積を専有他の用途と競合 太陽エネルギー 光合成生物シアノバクテリア植物 35 石炭石油天然ガス化石燃料 ( 炭化水素資源 ) バイオマス 火力発電燃料転換 CO2 電気低炭素燃料水素 化石有機物炭化水素嫌気発酵地熱 化石エネルギー CH4 メタン生成菌 CO2 非光合成カーボン リサイクル未利用の地下の広大な空間を利用できる 図 地下の還元性を利用する非光合成カーボン リサイクル

157 (6) 深部地下探索 利用技術開発数千メートル級の地下深部に多量の石炭やガスが潜在していることが明らかになってきている 深部非可採炭層はエネルギー資源としての利用も重要であり エネルギー資源開発と温暖化ガス削減の双方に巨大な可能性を有している 我が国では 石炭鉱業の将来性は無いかのように思われているが エネルギー問題と地球温暖化対策の切り札になる可能性がある 深部炭層に CO2 固定すれば 温室効果ガス削減に貢献でき ゼロエミッション型のエネルギー開発が可能である 深部石炭資源の新しい組織的な探査が必要であり 深部石炭資源の開発のため新しい効率的な深部ボアホール マイニング技術開発が期待される (Koide, 2003) 地下深部にはメタン生成菌などの微生物が多数生息していることも明らかになってきている メタン生成菌は 有機物を含まない火成岩中でもメタンを生成していることが確認されており 従来考えられていなかったような地質環境でも天然ガス資源が存在する可能性がある また CO2 を地下深部に圧入することにより 新しい栽培型鉱業を開発できる可能性がある 特に深部非可採石炭層は CO2 固定の対象としてだけでなく 新しいメタンガス資源として一石二鳥の利用が出来る可能性がある 深部非可採石炭層の利用のためには 水平掘削技術や流体破砕技術やキャビテーション技術のような新しい掘削 採取技術の開発が必要になる 効率的で経済的な深部掘削技術の開発により 地殻深部の利用 開発が容易になり エネルギー資源開発や温室効果ガス削減に貢献できるだけでなく 地下深部の新しいフロンティアの開拓が可能になる 36

158 < 参考文献 > IIJIMA, Azuma and Ryuji TADA, 1990: EVOLUTION OF TERTIARY SEDEMENTARY BASINS OF JAPAN IN REFERENCE TO OPENING OF THE JAPAN SEA, Journal of the Faculty of Science, University of Tokyo; Sec.,Vol.22,No.2,pp 岩田尊夫 亀尾浩司, 2001: 北九州含炭堆積盆地におけるシーケンス層序と堆積過程 石油技術協会誌 Vol. 66 n3 pp 関西総合環境センター, 2004: 平成 14 年度二酸化炭素炭層固定化技術開発成果報告書. 322p. Koide, H., Tazaki, Y., Noguchi, Y., Nakayama, S., Iijima, M., Ito, K., and Shindo, Y. 1992: Subterranean containment and long-term storage of carbon dioxide in unused aquifers and depleted natural gas reservoirs, Energy Conversion and Management, 33, 5-8, p Koide, H.,M. Takahashi,Y. Shindo,Y. Tazaki,M. Iijima, K. Ito,N. Kimura and K. Omata 1997: Hydrate formation in sediments in the sub-seabed disposal of CO2, Energy-The International Journal,Vol.22,No2/3,p Koide, H. and K. Yamazaki, 2001; Subsurface CO2 Disposal with Enhanced Gas Recovery and Biogeochemical Carbon Recycling, Environmental Geosciences Vol.8, No:3, p , 小出仁 2002: CO2 地中固定 - 地球温暖化防止とエネルギー問題の同時解決へ- 未来材料 第 2 巻第 8 号,p39-45 Koide Hitoshi 2003: CO2 SEQUESTRATION IN COAL SEAMS WITH CO2-ENHANCED GAS RECOVERY AND IN SITU FIRE-FREE GASIFICATION OF COAL, The 22nd World Gas Conference, Tokyo, June 4, 小出仁 国安稔 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 2004: 深部非可採炭層への CO2 固定の大きな可能性 地圏長期評価研究協会会報 第 5 号,p4-24 大澤正博 中西敏 棚橋学 小田浩, 2002: 三陸 - 日高沖前弧堆積盆の地質構造 構造発達史とガス鉱床ポテンシャル 石油技術協会誌 Vol.67 n1 pp 石油公団,1998: 平成 9 年度石狩炭田地域のコールベッドメタン賦存状況調査調査報告書.67p. 石油資源開発株式会社環境エンジニアリング事業推進室,2003: 北海道中央部における地下深部炭層固定可能性地域について.14p. 早稲田大学理工学総合研究センター,2003: 二酸化炭素炭層固定化技術開発 本邦炭層における炭酸ガス固定可能量の調査研究 平成 14 年度二酸化炭素固定化 有効利用技術等対策事業補助金による研究.50p. 山崎豊彦 麻生和夫 鎮守次郎 小出仁 2004: 我が国炭田の二酸化炭素固定可能量調査について エネルギー 資源 ( 学会誌 )145 号 p

159 第 5 章 地殻深部エネルギー開発利用技術研究会の 今後の方向について - 深部石炭 ガス複合資源開発と CO 2 地中貯留 - エネルギー資源問題と地球温暖化問題は 互いに密接に関連した21 世紀の中心課題である CO 2 炭層固定技術は CO 2 圧入によりコールベッドメタンや炭鉱メタンを回収し 温室効果ガス削減と未利用エネルギー資源の生産ができる一石二鳥の技術として世界中で技術開発が行われ 我が国でも北海道夕張で予備現場試験が行われている 当研究会の平成 16 年度研究では 従来の炭鉱では採掘の対象になっていなかった 1,000m を越す深部非可採炭層に膨大な埋蔵量が期待されることが明らかになった 北海道中央部の深部非可採炭層のうち比較的浅部 ( 深度区間 1,000m-3,000m) のみで約 1,000 億トンの石炭資源量があり そのコールベッドメタン量は約 9,000 億立方メートルと推定される 北海道中央部の深部炭層をCO 2 地中固定に利用すれば おおよそ 35 億トンのCO 2 が固定できる 日本全体と周辺海域の深部非可採炭層の石炭量は数兆トン以上と推定され コールベッドメタン量は数 10 兆立方メートル CO 2 地中固定ポテンシャルも千億トン以上になる可能性がある すなわち 深部非可採炭層の利用が可能になれば 温室効果ガスの大幅な削減と大量の国産天然ガス資源の獲得が期待できることが判明した 深度千メートル超の深部非可採炭層を従来方式の坑内採掘法で採掘することは技術的に不可能ではないが 高度の技術が必要であり 経済的に困難である しかし 多数の垂直ボーリングにより深部炭層からコールベッドメタンを採取し CO 2 を炭層に圧入固定するボアホール マイニング方式について 経済性を評価した 従来方式の坑内採掘法の経済的限界とされている地下 1,200mに炭層深度を設定すると 10m 程度の石炭層厚さでは CO 2 炭層固定とコールベッドメタン生産のコストが高い 複数の深部石炭層を併せて 60m 程度以上の合計炭層厚さに同時圧入できる場合には リーズナブルなコストでCO 2 炭層固定が可能になる 北海道中央部などで 深部石炭層の合計厚さが 60mを超える場所は広く発見されるが 炭層深度が数千メートルに達する地域が多く 各地域の自然 社会諸条件を考慮した経済性評価が必要である 深部石炭 ガス複合資源開発の実現のためには さらに経済性を改善する必要があり 深部ボーリングコストを大幅に減らし 水平ボーリングや流体圧破砕などの技術開発により少数の圧入井 生産井により 大量のCO 2 地中圧入とガス生産を可能にする必要がある また 炭層に吸着されているメタンだけでなく 石炭中の揮発成分も抽出し 石炭地下ガス化の促進を研究するなど 炭化水素ガス資源の収量を増やす技術の開発も必要である また 温暖化ガス排出権の販売などにより 経済性を改善するために 温暖化ガス削減のための経済的仕組みが確立される必要がある ヨーロッパの排出権取引 5-1

160 市場では CO 2 排出権 1トン当たり 3,000 円から 3,200 円くらいで取引されている (2005 年 9 月 ) 地球温暖化対策が強化されるにつれ 排出権価格は上昇すると考えられるので 長期的には排出権価格も上昇傾向と予想される また 石油価格や天然ガス価格も上昇すれば CO 2 地中固定 深部石炭 ガス複合資源開発の経済性も大幅に改善されるであろう また 貯留サイトの選定と安全性や環境影響の評価のためのMM&V( モニタリングと検証 ) の方法を確立し 地域住民と連携して 環境のリスクコミュニケーションを重視した取り組みを実践しなければならない そのため CO 2 地中貯留のための地域パートナーシップ を実現する必要がある 地域パートナーシップにおいては 地球環境やエネルギー資源開発に貢献しつつ 地域の経済発展や活性化を成し遂げるというような 住民の夢を実現することが重要である 2005 年末から 2006 年にCO 2 地中貯留 ( 固定 隔離 ) 技術は 温暖化ガス削減方策として国際的に認知され 実用化が進むことが予想される 当研究会は 今後平成 16 年度の研究をさらに進めて 深部炭層およびその他の地中の有機物の有効利用とCO 2 地中固定 リサイクルの方法を研究するとともに CO 2 地中貯留のための地域パートナーシップ の実現方策を検討する 特に 経済性の検討をさらに進めて 環境にも経済にもやさしいCO 2 地中固定 - エネルギー資源開発の方策を探求する また 現情勢では早急な大規模開発は困難であることから 当面は上記のようなCO 2 地中固定と深部エネルギー資源開発の実現に向けての基盤整備と技術研究に専念するが 常に国際情勢を注視し 世界的な動向に先んじた活動を行う 5-2

161 1

162 2

163 CO2 3

164 4

165 Spencer Abraham 5

166 6

167 U.S. Department of Agriculture U.S. EPA - Region 9 U.S. Geological Survey Alberta Department of Environment Alberta Energy & Utilities Board Alberta Energy Research Institute British Columbia Ministry of Energy and Mines Environment Canada Arizona Geological Survey California Geological Survey Colorado Geological Survey Geological Survey of Alabama Illinois State Geological Survey Indiana Geological Survey *(2) Kansas Geological Survey Kentucky Geological Survey *(2) Maryland Geological Survey North Dakota Geological Survey Ohio Division of Geological Survey Oklahoma Geological Survey Pennsylvania Geological Survey 7

168 Utah Geological Survey West Virginia Geological and Economic Survey Wyoming State Geological Survey California Department of Forestry and Fire Protection California Department of Oil, Gas and Geothermal Resources California Energy Commission California Environmental Protection Agency Georgia Environmental Facilities Authority Georgia Forestry Commission Idaho Carbon Sequestration Advisory Committee Illinois Department of Commerce & Economic Opportunity Illinois Department of Natural Resources Louisiana Department of Environmental Quality Maryland Energy Administration Minnesota Pollution Control Agency Montana Bureau of Mines and Technology Montana Department of Environmental Quality *(2) Montana GIS Services Bureau Information Technology Services Montana Governor's Carbon Sequestration Working Group Montana Natural Resource Information System-Montana State Library Montana Public Service Commission Nevada Bureau of Mines and Geology *(2) New Mexico Bureau of Geology New Mexico Energy, Minerals, and Natural Resources Department New Mexico Oil Conservation Division North Carolina State Energy Officer North Dakota Department of Health North Dakota Industrial Commission Oil and Gas Division North Dakota Petroleum Council Ohio Coal Development Office Oregon Department of Forestry South Carolina Department of Agriculture Utah Automated Geographic Reference Center (AGRC) *(2) Utah Division of Air Quality Utah Energy Office Washington State Department of Natural Resources Wyoming Carbon Sequestration Advisory Committee Wyoming Department of Environmental Quality Navajo Nation Nez Perce Tribe The Confederated Salish and Kootenai Tribes NGO California Climate Action Registry Ducks Unlimited, Inc. Jackson Hole Center for Global Affairs National Carbon Offset Coalition Natural Resources Trust Ohio Environmental Council Ohio Forestry Association Pacific Forest Trust / AJW Group EnTech Strategies, LLC / New Directions Prairie Public Television The Keystone Center The Phillips Group Arizona State University Boise State University Brigham Young University California Institute for Energy and Environment California Polytechnic Institute California State University at Bakersfield 8

169 Dine College Energy & Environmental Research Center (University of North Dakota) Inland Northwest Research Alliance Massachusetts Institute of Technology *(2) Michigan State University Mississippi State University Montana State University - Bozeman New Mexico Institute of Mining and Technology New Mexico State University North Dakota State University Ohio State University Oklahoma State University Pennsylvania State University Purdue University South Dakota School of Mines and Technology Southern Illinois University Stanford Global Climate Energy Project Texas A&M University *(2) University of Alaska Fairbanks University of California University of Idaho University of Maryland University of Oklahoma University of Regina University of Texas at Austin, Bureau of Economic Geology *(2) University of Utah University of Wyoming Utah State University Virginia Tech West Virginia University Western Michigan University San Francisco Department of the Environment KinderMorgan CO2 Company, L.P. *(2) AES Warrior Run Ameren American Electric Power Baard Energy Basin Electric Power Cooperative Cinergy *(2) Constellation Energy Group DTE Energy Duke Power Excelsior Energy Inc. First Energy Georgia Power Company Great Northern Power Development Great River Energy Intermountain Power Agency Louisville Gas and Electric Energy Manitoba Hydro Minnkota Power Cooperative, Inc. Montana-Dakota Utilities Co. Oklahoma Gas and Electric Otter Tail Power Company PacifiCorp *(2) PNM, Public Service Co. of New Mexico Progress Energy Puget Sound Energy Salt River Project Sask Power SCANA Sierra Pacific Power South Carolina Electric & Gas Company 9

170 Southern Company Tampa Electric Company Tennessee Valley Authority TransAlta Tucson Electric Power Company Xcel Energy Alliance Resource Partners (Mettiki Coal) Arch Coal, Inc. Burlington Resources CONSOL Energy Inc. Kiewit Mining Group Peabody Energy The North American Coal Corporation Aera Energy LLC Amerada Hess Corporation BP *(2) ChevronTexaco *(2) ConocoPhillips *(2) Eagle Operating, Inc. Encore Acquisition Company Fischer Oil & Gas, Inc. Marathon Oil Company Occidental Petroleum Oxy Permian Ltd. Saskatchewan Industry and Resources Shell Tesoro Refinery Yates Petroleum Corporation CO2 Chicago Climate Exchange Environmental Financial Products Air Liquide Aventine Renewable Energy Dakota Gasification Company LincolnLand Agri-Energy Monsanto Scotts Company Advanced Resources International *(3) Applied Geo Technologies Augusta Systems, Incorporated Babcock & Wilcox Battelle Memorial Institute Bechtel Corporation Bki Clean Energy Systems, Inc. *(2) Consultant, David C. Thomas D.J. Nyman & Associates Electric Power Research Institute (EPRI) *(3) Golder Associates Greenwood Enterprises GTI McNeil Technologies Merchant Consulting Nexant, Inc. *(2) Petroleum Technology Research Centre RMS Research Science Strategies SFA Pacific Susan Rice and Associates, Incorporated Terralog Technologies 10

171 The Sampson Group Unifield Engineering, Inc. Winrock International *(2) Idaho National Engineering and Environmental Laboratory Lawrence Berkeley National Laboratory Lawrence Livermore National Laboratory Los Alamos National Laboratory *(2) Oak Ridge National Laboratory Pacific Northwest National Laboratory *(2) Sandia National Laboratories American Petroleum Institute Arkansas Oil and Gas Commission Cement Industry Environmental Consortium Center for Energy & Economic Development (CEED) *(4) Illinois Corn Growers Association Illinois Oil and Gas Association Indiana Oil & Gas Association Interstate Oil and Gas Compact Commission (IOGCC) *(4) Kentucky Oil & Gas Association Lignite Energy Council National Council for Air and Stream Improvement National Regulatory Research Institute New Mexico Oil and Gas Association (NMOGA) Ohio Corn Growers Association Ohio Soybean Council Ohio Turfgrass Foundation Petroleum Technology Transfer Council Southern States Energy Board Western Governors' Association *(3) Western Interstate Energy Board Western States Petroleum Association (WSPA) *(#) (# ) 11

172 (MGSC) 12

173 (CBM ) 13

174 NatCarb 14

175 NatCarb NatCarb NatCarb 15

176 NatCarb NatCarb 5MMscf/d 16

177 17

178 18

179 2 19

180 Larry Myer Tech TV 20

181 (MRCSP) 21

182 CO2 (PCOR) 22

183 CO 2 Big Sky Big Sky C-Lock (WestCarb) Winrock International MMV 23