地熱発電に応用できる、CO2と水の利点を生かした新たな岩石破砕法を開発大阪大学ら

大阪大学は2024年5月31日、東北大学らと共同で二酸化炭素（CO₂）と水の利点を生かした新たな岩石破砕法を開発したと発表した。

地熱資源をより効率的に活用するため、従来とは異なる地熱発電方式の1つとして、CO₂を活用して地熱資源の開発などを行う「カーボンリサイクルCO₂地熱発電プロジェクト」がエネルギー・金属鉱物資源機構によって開始されている。同プロジェクトは、CO₂ を用いたフラクチャリング（流体圧入による岩石破砕）によって人工の地熱貯留層（浸透性き裂ネットワーク）を火山岩帯に造成して、天然の地熱貯留層がなくても地熱エネルギーを抽出できるような計画を進めようとしている。しかしこれまで、火山岩帯に地熱貯留層を造成するのに適したCO₂フラクチャリング手法などが明らかになっていなかった。

今回の研究では、室内実験および同実験結果に基づいた数値シミュレーションによってCO₂フラクチャリング形成時の特徴を詳しく調査。その特徴を踏まえて、CO₂の利点を損なわずに、問題を改善する新たなフラクチャリング手法を開発した。具体的には、CO₂を先行して岩石内に注入し、その後に水を注入していく方法だ。この方法は、CO₂で亀裂を発生させた後、水によってその亀裂をさらに開口させることで浸透性を増大させることを意図している。

CO₂のみの場合、複雑性の高い亀裂パターンが形成されるために熱交換効率が高くなる一方、開口量が小さいために浸透性が低下することが問題と考えられていた。今回開発した手法によりCO₂のみの場合の開口量の問題を解消。水のみを用いたフラクチャリングよりも複雑性や浸透性に優れた亀裂ネットワークが造成できることを模擬環境上で確認した。

今回開発した手法は、高性能な人工地熱貯留層の造成や、CO₂を活用した地熱発電の推進に貢献することが期待される。なお、今回の共同研究には、大阪大学、東北大学に加えて、地熱技術開発、エネルギー・金属鉱物資源機構が参画している。

地熱発電に応用できる、CO2と水の利点を生かした新たな岩石破砕法を開発　大阪大学ら