JP2021011685A

JP2021011685A - 二酸化炭素の地下貯留方法

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Publication number: JP2021011685A
Application number: JP2019124934A
Authority: JP
Inventors: 野津　光夫; Mitsuo Nozu; 光夫野津; 山下　祐司; Yuji Yamashita; 祐司山下
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-07-04
Also published as: JP7186673B2

Abstract

【課題】二酸化炭素の地下貯留を簡単かつ低コストで実現することができ、地球温暖化対策にも寄与することができる二酸化炭素の地下貯留方法を提供する。【解決手段】砂質系地盤１中に二酸化炭素３を貯留する二酸化炭素３の地下貯留方法であって、砂質系地盤１中の間隙に相当する量の二酸化炭素３を、砂質系地盤１に貫入したケーシングパイプ１６を介して砂質系地盤１中の間隙に注入する。【選択図】図２

Description

本発明は、サンドコンパクションパイル工法を活用した二酸化炭素の地下貯留方法に関する。

地球温暖化対策の実効的手段として、二酸化炭素回収貯留技術（ＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ：ＣＣＳ）がある。このＣＣＳは、発電所などの大規模排出源の排出ガスから二酸化炭素（ＣＯ₂）を回収し、地中の深部塩水層や枯渇した油ガス田に貯留することにより、大気中の二酸化炭素濃度の上昇を抑えるものである。

また、ＣＣＳの実証試験または商業運転は、世界中で実施が始まっており、日本でも２００３年から２００５年まで新潟県で行われた実証試験を皮切りに国内での実用化へ向けて動き出している。例えば、回収した二酸化炭素を地下約１０００メートル付近の地下深部塩水層に圧入するように形成された二酸化炭素圧入井と、二酸化炭素を圧送する圧送管とを備え、１９９６年から現在まで年間約１００万トンの二酸化炭素を圧入し、最終的に約２０００万トンの二酸化炭素を貯留する予定である二酸化炭素貯留設備が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

ＩＰＣＣ（２００５）ＳｐｅｃｉａｌＲｅｐｏｒｔｏｎＣａｒｂｏｎＤｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅａｎｄＳｔｏｒａｇｅ：ＰｒｅｐａｒｅｄｂｙＷｏｒｋｉｎｇＧｒｏｕｐＩＩＩｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰａｎｅｌｏｎＣｌｉｍａｔｅＣｈａｎｇｅ．ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，ＣａｍｂｒｉｄｇｅａｎｄＮｅｗＹｏｒｋ，４２２ｐｐ．

しかしながら、前記二酸化炭素回収貯留技術（ＣＣＳ）では、大気中に排出される高濃度の二酸化炭素などを含むガスから二酸化炭素を分離・回収する設備や、分離・回収された二酸化炭素を圧縮して地層中に圧入する設備が非常に大掛かりでコストがかかるという問題がある。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、二酸化炭素の地下貯留を簡単かつ低コストで実現することができ、地球温暖化対策にも寄与することができる二酸化炭素の地下貯留方法を提供することを目的とする。

本発明は、砂質系地盤中に二酸化炭素を貯留する二酸化炭素の地下貯留方法であって、前記砂質系地盤中の間隙に相当する量の二酸化炭素を、前記砂質系地盤に貫入したケーシングパイプを介して前記砂質系地盤中の間隙に注入することを特徴とする。

本発明によれば、砂質系地盤に貫入したケーシングパイプにより砂質系地盤中の間隙に二酸化炭素を注入するようにしたことで、二酸化炭素の地下貯留を簡単かつ低コストで実現することができ、地球温暖化対策にも寄与することができる。

本発明の実施形態の方法実施用の装置の一例を示す側面図である。上記装置の要部による二酸化炭素の砂質系地盤中への注入を説明する正面図である。

以下、本発明の実施形態の一例を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施形態の方法実施用の装置の一例を示す側面図、図２は同装置の要部による二酸化炭素の砂質系地盤中への注入を説明する正面図である。

図１及び図２示すように、砂質系地盤１中に二酸化炭素３を貯留する場合に、砂質系地盤１中にケーシングパイプ１６内の砂２を圧縮空気を使用しながら排出するサンドコンパクションパイル（ＳＣＰ）工法を活用し、圧縮空気の代わりに圧縮された二酸化炭素３を使用し、砂質系地盤１中の間隙に相当する量の二酸化炭素３を、砂質系地盤１に貫入したケーシングパイプ１６を介して砂質系地盤１中の間隙に注入するようにしている。

このサンドコンパクションパイル工法では、施工機１０と、砂２を昇降バケット１５に運ぶトラクタショベル２０と、圧縮した二酸化炭素３を貯めておくタンク２１と、二酸化炭素３を圧縮するコンプレッサ２２と、搬入した二酸化炭素３を貯蔵するタンク２３と、圧縮された二酸化炭素３を砂入れ用のケーシングパイプ１６まで送る圧送パイプ２４を用いている。

また、施工機１０は、施工機本体１１と、リーダ１２と、三点支持装置１３と、発動発電機１４と、昇降バケット１５と、ケーシングパイプ１６と、砂入れホッパ１７と、バイブロハンマ１８と、ショックアブソーバ１９などを有している。

次に、砂質系地盤１中にコンプレッサ２２で圧縮された二酸化炭素３を注入して、地下に二酸化炭素３を貯留する手順を説明する。

まず、施工機１０のケーシングパイプ１６を砂質系地盤１の地表面１ａ上の所定位置に据える。

次に、施工機１０のバイブロハンマ１８を起動し、ケーシングパイプ１６を砂質系地盤１中に貫入する。所定深度に達すると、ケーシングパイプ１６内に一定量の砂２を投入する。

そして、を規定の高さに引き上げながら、図２に示すように、ケーシングパイプ１６内の砂２を圧縮された二酸化炭素３を使用しながら、排出する。

次に、ケーシングパイプ１６を打ち戻し、排出した砂柱を締め固める。このケーシングパイプ１６の打ち戻しによる砂柱の拡径時に二酸化炭素３を挿入して地下に貯留する。

そして、上記の一連の動作を繰り返し、砂質系地盤１中の間隙に相当する量の二酸化炭素３を、砂質系地盤１に貫入したケーシングパイプ１６を介して砂質系地盤１中の間隙に注入し、所定の深さまで砂杭を造成する。この砂杭の造成は、地下水位以下の緩い砂地盤を対象としているため、地震時の液状化対策も兼ねることができる。

この際、１台の施工機１０の日当たりの改良対象土量を、例えば、１２００ｍ³とした場合、砂質系地盤１の間隙比を０．７とすると、５００ｍ³が対象となる間隙であり、この間隙に二酸化炭素３を砂質系地盤１中に注入して地下に貯留することができる。サンドコンパクションパイル施工直後では地盤の飽和度が７０％〜９０％とかなりの程度低下しているとの報告もあり、地下水で飽和状態の地盤では間隙の約１０％〜３０％程度の二酸化炭素を気泡状態で取り込むことが期待される。また、二酸化炭素は空気より水に溶解しやすく、ある程度の二酸化炭素が地下水中に溶け込み残存すると期待される。また、地中は土水圧により地上より大きな圧力が作用しているので、さらに多くの二酸化炭素を貯留することが可能である。

気体はただパイプを挿入して吹き込むだけではなかなか大量には地中に入らない。サンドコンパクションパイル工法により砂杭を造成する際に“空洞拡張”により、周辺の砂層に８０％におよび大きなせん断ひずみが生じ、それによって砂粒が動かされ、その間隙に気体（二酸化炭素）が入っていく。

施工にあたっては、事前に間隙の量Ｖ₀を計算し、それに二酸化炭素の残留期待係数αを掛けたＶ₀・α₁を目標使用二酸化炭素量として求める。残留期待係数αは地盤の間隙に対する二酸化炭素の残留比率の期待値で、過去の実績値に基づき決定することが望ましいが、データがない場合は少し大きめの値とし、例えば４０％程度の値で設定しても良い。

二酸化炭素の貯留量は土質の状態や土層構成により異なるので、施工中は地表における二酸化炭素濃度を計測し、二酸化炭素濃度が上昇した場合には使用する二酸化炭素の量を減らし、二酸化炭素が地中より漏れ出さない修正残留期待係数α₁を求め、修正した目標使用二酸化炭素量Ｖ₀・α₁で施工を行う。施工中は常に地表における二酸化炭素濃度を計測し、二酸化炭素の使用量を適正に管理する必要がある。

空気を使用した砂杭の施工では、打設中に砂２をケーシングパイプ１６に投入する時には、ケーシングパイプ１６に設置されたエアー弁を開放してケーシングパイプ１６内の圧縮された空気を大気中に放出している。二酸化炭素３を使用した施工ではエアー弁から排出された二酸化炭素３を大気中に放出せずに回収し、再利用できるようエアーホースなどの管路を用いた回収機構を追加しても良い。

また、砂質系地盤１の地表面１ａ付近に達したら、ケーシングパイプ１６内の砂２を圧縮された二酸化炭素３の代わりに圧縮空気を使用しながら排出して砂杭を造成すれば、地下に貯留された二酸化炭素３が地表に漏出するのを防ぐことができる。これにより、周辺環境の安全性を確保することができる。

さらに、砂質系地盤１中の硬質地層にケーシングパイプ１６を貫入する際は、掘削水として炭酸水を使用すれば、ケーシングパイプ１６を砂質系地盤１中にスムーズに貫入することができる。

さらに、砂質系地盤１中に、その間隙に相当する量の二酸化炭素３を注入した施工後の地表面１ａを気密シート４或いは透水性の低い土（透水性の低い材料）５で覆っておけば、地下に貯留された二酸化炭素３が地表から外へ漏れ出すのを確実に防止することができ、周辺環境の安全性を確保することができる。

このように、現有のサンドコンパクションパイル工法に使用する施工機１０を活用し、砂質系地盤１中の間隙に二酸化炭素３を注入するようにしたことで、二酸化炭素３の地下貯留を簡単かつ低コストで実現することができ、地球温暖化対策にも寄与することができる。

また、昨今の土木研究の詳細な調査（２００４年７月、新潟での第３９回地盤工学研究発表会：ＳＣＰ地盤改良の飽和度の調査）により、２７年前にサンドコンパクションパイル工法で砂杭を打設した地盤において、施工中に使用した空気が現在も残存していることが分かっている。このため、二酸化炭素も長期的に地表から漏れ出ることがなく、地下に簡単かつ確実に貯留することができる。

尚、前記実施形態によれば、工場などから大気中に排出される高濃度の二酸化炭素などを含むガスから分離・回収した二酸化炭素をタンクに貯めておき、このタンクからコンプレッサで圧縮した二酸化炭素をケーシングパイプに投入したが、ケーシングパイプに二酸化炭素分離・回収装置を設け、ケーシングパイプより現場で大気中に排気された二酸化炭素を回収して再利用するようにしても良い。これにより、地盤改良の現場で排気される二酸化炭素を相殺して減少或いはマイナスとすることが可能となる。

ここまで、陸上における施工を例として記載したが、これに限らず水上施工においても適用が可能である。水上施工においては、二酸化炭素の大気中への漏洩は水面に放出される気泡により容易に知ることができると共に、水面から地盤面までの水中にも二酸化炭素が溶解することも期待できる。

１砂質系地盤
１ａ地表面
３二酸化炭素
４気密シート
５透水性の低い土（透水性の低い材料）
１６ケーシングパイプ

Claims

砂質系地盤中に二酸化炭素を貯留する二酸化炭素の地下貯留方法であって、
前記砂質系地盤中の間隙に相当する量の二酸化炭素を、前記砂質系地盤に貫入したケーシングパイプを介して前記砂質系地盤中の間隙に注入することを特徴とする二酸化炭素の地下貯留方法。
請求項１記載の二酸化炭素の地下貯留方法であって、
前記砂質系地盤の地表面付近には、前記ケーシングパイプを介して圧縮空気を注入することを特徴とする二酸化炭素の地下貯留方法。
請求項１または２記載の二酸化炭素の地下貯留方法であって、
前記砂質系地盤中の硬質地層に前記ケーシングパイプを貫入する際は、掘削水として炭酸水を使用することを特徴とする二酸化炭素の地下貯留方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二酸化炭素の地下貯留方法であって、
前記砂質系地盤中に前記二酸化炭素を注入した施工後の地表面を気密シート或いは透水性の低い材料で覆うことを特徴とする二酸化炭素の地下貯留方法。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の二酸化炭素の地下貯留方法であって、
前記砂質系地盤中に前記ケーシングパイプ内の砂を圧縮空気を使用しながら排出する工法を活用し、前記圧縮空気の代わりに圧縮された二酸化炭素を使用することを特徴とする二酸化炭素の地下貯留方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の二酸化炭素の地下貯留方法であって、
前記ケーシングパイプより大気中に排気された二酸化炭素を回収して再利用することを特徴とする二酸化炭素の地下貯留方法。