数百万のIPが科学技術の人材を育成し、国を強化丨海底炭素封じ込めが「デュアルカーボン」目標の達成に貢献

2023年6月、わが国初の百万トン級の海洋二酸化炭素貯留プロジェクトが南シナ海東方海域の恩平15-1プラットフォームで正式に運用を開始し、わが国の二酸化炭素回収・利用・貯留技術に大きな進歩をもたらし、海洋強国建設に新たな活力を注入しました。

なぜ二酸化炭素を海底に貯蔵するのでしょうか?二酸化炭素を捕獲して海底に貯留するためには、どのような問題を解決する必要がありますか?

まず、恩平15-1油田の特殊性から始まります。恩平15-1油田は、南シナ海東部における最初の高CO₂ガスキャップ油田です。つまり、この油田から抽出される随伴ガス中のCO₂含有量は比較的高いということです。一般的に、海洋石油・ガス掘削・開発においては随伴ガスの発生は避けられず、CO₂は随伴ガスの重要な成分です。しかし、ほとんどの場合、随伴ガス中のCO₂含有量は20％～30％に過ぎないが、恩平15-1油田の随伴ガス中のCO₂含有量は95％を超えており、従来の値を大幅に上回っている。恩平15-1プラットフォームから排出されるCO₂の総量は150万トンを超えると推定されています。原油とともに抽出される大量の二酸化炭素は、海上プラットフォーム施設や海底パイプラインを腐食させるだけでなく、我が国の二酸化炭素排出量も増加させるでしょう。したがって、この二酸化炭素の確実な「行き先」を見つける必要があります。

実際、炭素回収・利用・貯留技術（略してCCUS）は、炭素削減を推進するための重要な手段であり、「デュアルカーボン」目標を達成するための重要な技術の1つとして認識されています。これは、生物や化石の源、あるいは大気から CO2 を捕捉し、それを地層内に永久に隔離する貯蔵場所まで輸送するプロセスを指します。この二酸化炭素は海上の油田から来ているので、海底に直接封じ込めることはできるのでしょうか？

ここには多くの課題があります。まず、CO₂はどこに保管すればよいのでしょうか?

研究者らは、プラットフォームから3キロ離れた深さ800メートルの海底に「ドーム」のような構造物があることを発見した。そこの空間は広く、密閉度が高いため、CO₂の永久貯蔵に非常に適しています。 CO₂が地層に注入されると、その大部分は「ドーム」によって永久に覆われ、残りは地層の細孔に捕捉され、一部は地層水にゆっくりと溶解し、一部は岩石や地層水と反応して炭酸塩鉱物を形成します。

次に2番目の問題が起こります。プラットフォームから「ドーム」にCO₂を輸送するためのチャネルを構築する必要があります。このチャネルの技術的な名称は「還元井」です。しかし、「ドーム」の深さは800メートルあり、プラットフォームからは3キロ離れている。つまり、掘削プロセスでは、垂直方向の深さ 1 メートルごとに、水平方向に 3 メートル以上進む必要があります。この種の大規模な還元井の掘削は非常に困難です。さらに悪いことに、掘削が行われるエリアの地層は硬度が低く、壊れやすいため、掘削ツールを効果的に支えることができません。

再注入井に関連する3つ目の問題があります。CO₂は原油から自動的に分離されず、再注入井に入りません。捕獲、分離、脱水などの一連のプロセスが必要です。言い換えれば、再注入井は掘削するだけでなく、CO₂を注入して密封できることも保証する必要がある。

プロジェクトチームは、還元井の運用リスクとCO₂の特殊性を考慮し、独自の技術革新を通じて、海上CO₂回収・地層貯留、掘削・仕上げ、エンジニアリング統合といった主要技術に取り組むことに重点を置きました。たとえば、酸性 CO₂ 腐食に効果的に抵抗し、坑井壁を支え、坑井を潤滑し、掘削プロセスを「護衛」できる特殊な掘削流体が開発されました...

この実証システムでは、高炭素分離装置、CO₂コンプレッサー、分子ふるい脱水スキッドなどの機器が順次起動します。油田開発に伴うCO₂を回収、分離、加圧、圧縮し、超臨界状態で再注入井に注入します。超臨界状態は「気体でも液体でもない」状態です。ガスのように空間全体を満たすことができますが、密度は液体に似ています。最終的に、超臨界 CO₂ は再注入井を通じて海底層に輸送され、そこに永久に貯蔵されます。

事業完成後はピーク時には年間30万トンのCO₂を貯留し、累計貯留量は150万トンを超えると予想されています。炭素削減の規模は、約1,400万本の木を植えることに相当します。 「二重炭素」を背景に、今回の海上CO₂貯留実証プロジェクトの成功は、我が国の海上CO₂貯留分野においてゼロからの重要な突破口を開いただけでなく、将来の「陸地炭素を海へ」という急速な炭素削減計画に技術的なサポートと条件を提供しました。

文：顧妙飛、上海科学技術出版社科学写真部副編集長

査読者: 朱野花、清華大学環境工学博士