地熱発電所からのガスが地下に圧送され、玄武岩と反応してミネラルに変換されるアイスランドの試験場。 Juerg Matter、著者提供

私たちはCO2排出について真剣に何かをする必要があります。 再生可能エネルギー源に移行し、エネルギー効率を高めることに加えて、CO2 の一部を大気中に放出する前に除去し始める必要があります。 おそらく、人為的な気候変動の影響は非常に深刻になるため、空気中から CO2 を回収し、それをプラスチック材料などの有用な製品に変換したり、安全な場所に保管したりする必要があるかもしれません。

私を含むいくつかのヨーロッパ諸国と米国からの科学者グループが、二酸化炭素を地中に安全に保管する方法を解明するために、中部のアイスランドに集まりました。 最近では 公開された研究では、アイスランドのパイロット試験場でCO2を地下に注入してからXNUMX年後、ほぼすべてがミネラルに変換されたことを実証しました。

鉱物化

アイスランドは非常に緑豊かな国です。 ほぼすべての電力は再生可能資源から来ています。 地熱エネルギー。 地表下の岩石からの熱水は蒸気に変換され、タービンを駆動して 電気を作り出す。 しかし、タービンを動かす深井戸からの高温の蒸気には CO2 が含まれており、場合によっては硫化水素 (H2S) も含まれているため、地熱発電所は CO2 を排出します (同等の石炭火力発電所よりもはるかに少ない)。 これらのガスは通常、空気中に放出されるだけです。

これらのガスを入れることができる別の場所はありますか?

従来型の 炭素隔離 CO2 を深い塩水帯水層、または枯渇した石油や天然ガスの貯留層に堆積させます。 CO2 は非常に高い圧力でこれらの地層に送り込まれますが、これらの地層にはガスや流体が何百万年もの間すでに所定の位置に保持されているため、多くの場合と同様に CO2 が漏れ出す可能性はごくわずかです。 研究 示してきた。

アイスランドのような、毎日地震が発生して火山岩(玄武岩)が砕ける場所では、このアプローチはうまくいきません。 CO2 が亀裂から泡立ち、大気中に漏れ出す可能性があります。


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しかし、玄武岩には、CO2 と反応して炭酸塩鉱物に変換するという大きな利点もあります。 これらの炭酸塩は自然に形成され、玄武岩中に白い斑点として見られます。 この反応は室内実験でも実証されています。

CO2を水に溶かす

最初のテストでは、純粋な CO2 を使用し、パイプを通して既存の井戸に汲み上げ、深さ約 1,700 フィートの淡水が含まれる帯水層を汲み上げました。 2 か月後、発電所のタービンからパイプで送られた COXNUMX と硫化水素の混合物を注入しました。 別のパイプを通して井戸に水を汲み上げました。

井戸内では、スパージャー(水族館の泡石に似た液体にガスを導入する装置)を通して CO2 を水中に放出しました。 深さの圧力が高いため、CO2 は数分以内に水中に完全に溶解しました。 その後、その混合物は帯水層に入りました。

また、注入された水と CO2 を帯水層にすでに存在するものと区別できるようにする、微量のトレーサー (ガスと溶解物質) も追加しました。 水に溶けた二酸化炭素はゆっくりと流れる地下水によって運び去られます。

下流には、CO2 に何が起こったかを把握するためにサンプルを収集できる監視井戸を設置しました。 最初は、CO2 とトレーサーの一部が通過しているのが見えました。 しかし、数カ月後もトレーサーは到着し続けたが、注入されたCO2はほとんど現れなかった。

どこへ行ったのでしょうか? 監視井戸のポンプが定期的に動作を停止し、それを地上に上げてみると、ポンプが白い結晶で覆われていることに気づきました。 私たちが結晶を分析したところ、私たちが添加したトレーサーの一部が含まれていることがわかりました。そして何よりも、ほとんどが炭酸塩鉱物であることが判明しました。 私たちはCO2を石に変えてしまったのです。

水に溶けた CO2 は帯水層の玄武岩と反応し、CO95 の 2 パーセント以上が固体の炭酸塩鉱物として沈殿しました。そしてそれはすべて、予想よりはるかに早く、XNUMX 年足らずで起こりました。

CO2 から石へ 6 12これは CO2 を除去する最も安全な方法です。 これを水に溶かすことで、岩石の亀裂から二酸化炭素ガスが地表に向かって吹き上がるのをすでに防ぎます。 最後に、自然条件下では移動したり溶けたりすることのない石に変換します。

このアプローチの欠点の 2 つは、CO2 と一緒に水を注入する必要があることです。 しかし、ミネラルの形で水から COXNUMX が非常に急速に除去されるため、この水は下流の地面からポンプで汲み上げられ、注入現場で再利用される可能性があります。

他の場所でも機能しますか?

私たちの研究は小規模なパイロット研究であり、問​​題は、これらの反応が将来も続くのか、それとも地下玄武岩の細孔や亀裂が最終的に詰まり、CO2を炭酸塩に変換できなくなるのかということです。

私たちのアイスランド 地熱発電所 近くの別の場所を使用して実験が開始されて以来、数年間に注入されるガスの量が数回増加しました。 まだ詰まりは発生しておらず、近いうちにほぼすべての排ガスを玄武岩に注入する計画だ。 このプロセスはまた、有毒で腐食性のガスである硫化水素が大気中に放出されるのを防ぐことにもなるが、この硫化水素はその特徴的な腐った卵の臭いのため、現在でも発電所近くの低レベルで検出されている。

アイスランドで見つかった非常に反応性の高い岩石は、地球上ではごく一般的なものです。 大陸の約10パーセントとほぼすべての海底は玄武岩でできています。 言い換えれば、この技術は地熱発電所からの排出に限定されず、化石燃料発電所などの他のCO2源にも使用できる可能性があります。

このプロセスの商業的実行可能性は、さまざまな場所で確立される必要があります。 炭素鉱化は発電所の運転にコストを加えるため、他の形式の炭素隔離と同様に、これを実現するには経済的インセンティブが必要です。

人々は海岸近くに住むことを好み、顧客の近くに多くの発電所が建設されています。 おそらくこの技術は、近くの沖合の玄武岩層の沿岸地域でのCO2排出を抑制するために使用できるかもしれません。 もちろん、CO2 と一緒に注入する水が不足することはありません。

気候変動の悪影響を過小評価しているために、将来、大気中の CO2 レベルを下げる必要に迫られた場合、海洋プラットフォーム上で風力や太陽光発電の装置を使用して、空気から CO2 を回収し、その CO2 を玄武岩層に注入することができるかもしれません。その下に。

アイスランドで実証されたように、炭素の鉱物化は炭素問題の解決策の一部となる可能性があります。

会話著者について

スチュート・マーティンマーティン・スチュート、コロンビア大学環境科学教授。 ハイデルベルク大学での彼の論文の研究テーマは、地下水の流れのダイナミクスを研究するための新しいトレーサー技術と、古気候のアーカイブとしての地下水の使用に焦点を当てていました。

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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