二酸化炭素が多すぎる場合はどうすればいいですか?地下に埋めてしまおう！

中国は、世界の気候ガバナンスの積極的な参加者であり、人類の未来を共有するコミュニティの構築の創始者および先駆者として、「2030年までに二酸化炭素排出量のピークを目指し、2060年までにカーボンニュートラルを達成する」という目標を掲げている。大気中の最も重要な温室効果ガスの一つとして、二酸化炭素は常に大きな注目を集めてきました。さまざまな制御方法が登場しており、二酸化炭素の地中貯留もその1つです。

どこから来て、どこへ帰るのか

大気中の主な温室効果ガスは二酸化炭素、メタン、亜酸化窒素、クロロフルオロカーボン、オゾンです。簡単に言えば、温室効果とは、温室効果ガスが地球の表面から放出される長波放射熱を吸収し、地球表面の大気温度を上昇させることです。実際、この最も原始的な温室効果は古くから存在しており、人類の発展にとっても大きな意義を持っています。もしそれが存在しなければ、地球上の季節や昼と夜の間の温度差は非常に大きくなり、人類の生存には適さなくなります。しかし、産業革命以降、人間の活動によって大量の温室効果ガスが排出され、温室効果がますます強くなり、科学的に予測不可能な一連の地球規模の気候問題を引き起こしています。

そのため、大気中の最も重要な温室効果ガスである二酸化炭素については、二酸化炭素地中隔離と呼ばれる方法が提案されています。人間が排出する二酸化炭素のほとんどは地中に埋まっている化石エネルギーによって放出されるのだから、それを再び地中に埋めてしまえばいいのではないでしょうか。

カーボンシールには単一の方法はありません

二酸化炭素の地中貯留とは、工業源から排出される二酸化炭素を工学的・技術的手段で捕捉し、地下800～3,500メートルの深さの範囲内にある深部陸上塩水層、枯渇した石油・ガス層、採掘不可能な石炭層、海底塩水層などの地質構造に注入し、一連の岩石物理的制約、溶解、鉱化作用を経て地質体内に封じ込めることを指します。その中でも、陸上の深部塩水層や枯渇した石油・ガス層における炭素隔離技術は現在最も成熟しています。

陸上深部塩水帯水層炭素貯留：主導権を握る

陸上の深層塩水帯水層は、その広い分布と大きな貯蔵容量のため、二酸化炭素の長期貯蔵に最適な場所であると考えられています。

なぜ深層塩水層を選択するのですか?深海塩水は主に高度にミネラル化されており、採掘や利用が困難です。さらに、大量のカルシウムイオン、マグネシウムイオンなどが二酸化炭素と反応して炭酸カルシウムや炭酸マグネシウムなどの物質を形成し、自然界の一部の岩石の主成分となっています。つまり、深層の塩水層が反応に関与する二酸化炭素を固体の岩石に変える、つまり鉱化プロセスです。もちろん、このプロセスは遅く、数百万年かかる場合もあります。

二酸化炭素はカルシウムイオンやマグネシウムイオンと反応することができますが、反応できる量には限りがあり、すべてのニーズを満たすことはできません。したがって、深層の塩水層では、二酸化炭素は塩水層の上にある岩盤によって隔離されたり、細孔によって結合したり、水に溶解して密封されたりします。

枯渇した石油・ガス層への炭素貯留：時間と労力の節約

油田・ガス田は、一定の開発期間を過ぎると、技術的・経済的制約により残りの石油・ガスを採掘することができなくなり、枯渇油ガス層と呼ばれます。地中貯留は本来の価値を失っていますが、二酸化炭素の地中貯留には大きな利点があります。既存の石油・ガス貯留層の探査・開発データ、油井の場所、油井設備を貯留に最大限活用できるため、投資と工事時間を節約できます。

枯渇した石油やガスの貯留層に二酸化炭素を注入すると、地層流体に溶解するか、岩石に固まるか、地層構造トラップに捕捉されて地層貯留が実現します。

採掘不可能な石炭層における炭素貯蔵： CO2の「好ましい」形態

このアプローチは、枯渇した石油やガスの貯留層における炭素隔離に似ています。石炭を含む地層には、一般的に技術的または経済的な理由により放棄された炭層があり、そこは二酸化炭素を貯留する可能性のある地質学的場所でもあります。

石炭層はメタンと関連していることが多い。石炭表面における二酸化炭素の吸着能力はメタンの2倍であるため、二酸化炭素がそれを「好む」有機物が豊富な石炭または頁岩に吸着されると、メタンガスを置き換え始めます。この場合、圧力と温度が安定している限り、二酸化炭素は長期間捕捉されたままとなり、最終的には吸着状態または自由状態で石炭層内に存在することになります。

上記の方法に加えて、玄武岩の鉱化反応を利用して二酸化炭素を貯留する玄武岩炭素隔離や、海洋堆積盆地の塩水帯水層を利用して二酸化炭素を貯留する海洋堆積盆炭素隔離などの技術も開発されています。

気候変動は人々の幸福と人類の未来に関係します。地球温暖化を主な特徴とする気候変動は、人類社会が直面している最も深刻な環境および開発上の課題の一つとなっています。調査によると、中国は二酸化炭素の地中貯留に大きな潜在力を持っており、科学者たちは現在、中国のカーボンニュートラル達成にさらに貢献するために研究努力を加速させている。

著者: 王耀、天然資源部土地整理センター;陳瑞山、上海交通大学。姚俊宇、中国石炭金融有限公司、北京市都市計画天然資源委員会の陳光鋒氏。

担当編集：胡慧文