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図1◎図1◎バイカル湖の湖底で採取した表層コアに含まれるメタンハイドレート。
図1◎図1◎バイカル湖の湖底で採取した表層コアに含まれるメタンハイドレート。
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図2◎実験の概要。
図2◎実験の概要。
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図3◎掘削・攪拌用のウオータージェットを搭載したチャンバー。直径1.2×高さ2mで,質量は約840kg。
図3◎掘削・攪拌用のウオータージェットを搭載したチャンバー。直径1.2×高さ2mで,質量は約840kg。
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 清水建設は2009年3月6日,ロシア科学アカデミー陸水学研究所と北見工業大学,北海道大学と共同で,バイカル湖の湖底で湖底表層に閉じ込められたメタンハイドレート(MH)からガスを解離・回収する実験に成功したと発表した。海底や湖底の表層にあるMHからガスを解離・回収したのは,この実験が「世界で初めて」(清水建設)という。

 MHは,メタンを低温・高圧の状態で海底や湖底に閉じ込めた物質(図1)。海底などの深層,地下100~300mに豊富に存在しており,現在のMH回収プロジェクトの多くは,この深層MHを回収対象としている。だが,近年の調査研究により,海底や湖底の表層にもMHが存在していることが分かってきた。日本近海では,オホーツク海や日本海の表層で,その存在が確認されているという。

 深層MHは,温度・圧力条件をわずかに変化させるだけで相平衡状態が崩れるので,加熱したり減圧したりすることでガスを解離・回収できる。しかし,表層MHは深層MHより低温で安定状態にある。その状態を崩して効率的にガス回収する方法の開発が必要となっていた。

 清水建設は,2005年に表層MHの回収への取り組みを開始。バイカル湖をパイロットサイトとして,国際共同研究を立ち上げた。事前調査として,物理探査やコアサンプリングなどの手段で湖底体積土やMHの物性を調べるとともに,有人潜水艇による調査で周辺の地形や地盤状況を確認した。

 今回の実験は,2008年8月に10日間にわたって実施したものだ。バイカル湖の南湖盆の水深約400mの湖底において,「チャンバー」と呼ばれる反応容器内でMHと水を攪拌(かくはん)。溶かしたMHを水ごと湖上へ運び,ガスを解離・回収した(図2)。

 具体的にはまず,内部にウオータージェット・ノズル32本(水平ジェットと垂直ジェットが各16本)を搭載した鋼鉄製のチャンバーを湖底に置く(図3)。チャンバーの下部は開口しており,内部には湖水が入った状態となる。次に,ウオータージェットで湖底表層のMH層を掘削し攪拌して,MHを水に溶かす。この溶解水を湖上へポンプでくみ上げる。すると,その過程で水圧の減少によってガスが水から分離。この分離したガスを湖上で回収する。

 約100分間攪拌した結果,回収できたガスの90%はメタンやエタンなどの炭化水素ガスだった。その組成や性質は,MH解離ガスとほぼ同じという。

 この実験の特徴は,MHの温度や圧力を変えずにガスを解離・回収したこと。MHの解離は,湖底に設置したチャンバー内でのみ発生し,外側ではメタンは一切発生しない。今後は,表層資源の調査やプラント機器の改良などを進め,回収効率や経済性の向上を図る。4年以内に技術を確立させることを目指す。

 なお,今回の回収実験は,科学技術振興機構の2006年度採択革新技術開発研究事業による委託を受けて行ったもの。


訂正:掲載当初,図の順番に誤りがありました。記事は修正済みです。