CO₂地中貯留に関して当グループで実施されている主な研究を紹介します。

＜砂岩試料を用いた弾性波・比抵抗測定実験＞

　帯水層貯留において一般的に貯留層の対象となっている砂岩試料を用いて、CO₂圧入前後における弾性波（P波）の波形変化を計測し、速度低下を確認しました。この測定結果は弾性波トモグラフィーの解析に役立てています。

　同じ砂岩試料を用い、CO₂圧入前と圧入途中における各電極間における比抵抗（単位体積あたりの電気抵抗）の変化を測定しました。CO₂は電気を通さないため、CO₂が流入してくると比抵抗が上昇すると期待されます。この実験では、岩石試料の下からCO₂を圧入することによって、徐々に比抵抗が大きくなることが観測されました。

　これらの弾性波速度や比抵抗の変化をもとに、地下深部塩水層(帯水層）に圧入されたCO₂をモニタリングできることを明らかにしました。

＜格子ボルツマン法による岩石内部二相流解析＞

　格子ボルツマン法を用いた数値解析で、岩石内部の水とCO₂のミクロな流動現象を理解することを目的とします。

　長期的なCO₂挙動を予測して貯留量や安全性を評価するためには、不動水飽和率や残留ガス飽和率のような基礎データが必要です。 これらの基礎データを得るためには、フィールドのコアを用いた室内試験を実施するとともに、その結果を解釈するためのミクロな数値流動解析を行うことが効果的な手段と考えられます。

　格子ボルツマン法では格子点ごとに独立して計算が行われるため、多孔質体内部のような複雑な境界条件の設定が容易、並列計算に適する、等の特徴があるため、ミクロな視点からの流動の理解が可能です。

　本研究では、室内試験および地下環境の温度圧力条件を設定し、空隙構造と圧入圧を変化させて、多孔質体内部の二相流の解析を行っています。

＜地化学反応による鉱物固定量の評価＞　

　 岩野原実証試験サイトのコア試料と地層水を用いて反応実験を行い、溶液中のカルシウムの濃度を測定しました。その結果、時間の経過に伴ってコア試料からカ ルシウムが溶出し、溶液中のカルシウム濃度は増加しました。カルシウムの溶出に伴う水素イオンの減少によって地層水は中和され、CO₂が地層水に溶解しやすくなります。また、地層水が中性付近に戻ると炭酸カルシウムが析出するので（方解石など）、最終的にはCO₂の安定な貯留形態である鉱物固定に進展する可能性があります。

　また、岩野原サイトにおいて、CO₂貯留領域である深度1,118mと比抵抗検層や音波検層で変化が認められなかった深度1,108.6mで地層水サンプリングを行いました。その分析結果から、深度1,118mでは重炭酸イオン（HCO₃^-）が増加しており、CO₂が溶解していることが確認されました。カルシウムや鉄も増加しており、CO₂と鉱物の反応が進んでいることが分かりました。このことにより、岩野原では想定よりも早く鉱物固定が進むものと推定されました。