CO2貯留の信頼性の向上

RRSジェームズクックの側面上に下げられているオーダーメイドのドリルリグ。リグは、湾曲した鋼管を海底堆積物に押し込むように設計されています。画像：著作権STEMM-CCSプロジェクト

CO2供給タンクは、北海環境の厳しさに耐えるように特別に設計する必要がありました。画像：著作権STEMM-CCSプロジェクト

マイクロプロファイラーは、電極を堆積物に1時間かけてゆっくりと挿入することにより、マイクロメートルの分解能で堆積物の化学的性質を測定します。この装置により、二酸化炭素が堆積物に溶け込む際に堆積物に生じる小さな変化を見ることができます。画像：著作権STEMM-CCSプロジェクト

ケルビンブートは、プリマス海洋研究所と協力している科学コミュニケーターであり、現在、EU出資のSTEMM-CCSプロジェクトの知識移転に従事しています。

Previous Next

海底下の枯渇した油やガスの貯留層に大量の二酸化炭素（CO2）を保存する場合、万一漏れが発生した場合にそれを検出できることを確認する必要があります。漏水の検出と監視のための方法を開発するために設計された世界初の実験を実施する調査隊が北海から戻ってきたところです。大成功と宣言されています。

大気中のCO2レベルの増加によって引き起こされる気候変動は、現在、人間の活動の確立された副作用であり、地球の自然システムに重大な影響を及ぼしています。産業や輸送など、人間関連のCO2生産の将来の発生源を削減する努力がなされている一方で、ガスが既存の活動から大気中に侵入するのを防ぐ必要性が同時にあります。そのような戦略の1つは、CO2を発生源に封じ込め、輸送し、最終的に大気から離れて貯蔵する二酸化炭素の回収と貯留（CCS）です。枯渇したガスや石油貯留層の海底下にあるCO2を元の場所から元に戻すことは論理的な解決策のように思えますが、課題もあります。このアプローチに自信を持たせるために、優先事項は、万一漏れが発生した場合に迅速に対処できるようにすることです：それを検出し、その強度と持続時間を測定し、環境に与える可能性のある影響を予測し、必要に応じて封印します

海洋生物に対するCO2の影響に関する以前の研究室およびメソコスムベースの研究は、海水のpHを変化させ、多くのタイプの底生生物（海底）に有害であると思われる局所的な「海洋酸性化」条件を作り出すことができることを示しました。過去の浅海実験である地質炭素貯留の生態系への潜在的な影響の定量化とモニタリング（QICS）プロジェクトは、自然の漏出サイトでの研究が持っている間、シミュレートされたリークからのCO2プルームの範囲、期間、および挙動に関するいくつかの手がかりを提供しましたまた、重要な情報を提供しました。現在、より大きな実験では、英国の北海の厳しい環境で実際の条件下で方法、機器、センサーをテストしています。

堆積物の下から出てくるガスサンプルを収集します。このデリケートな操作中にROVを使用すると、過酷な条件でわずかな漏れでもサンプリングできることがわかります。画像：著作権STEMM-CCSプロジェクト

海洋炭素回収貯留の環境モニタリング戦略（STEMM-CCS）プロジェクトは、欧州連合Horizon2020が資金提供した研究プロジェクトです。ドイツ、ノルウェー、オーストリア、イギリスの研究者と業界パートナーのシェルを集めて、海洋環境で発生したCO2漏れの痕跡を検出する技術と技術を開発し、堆積物やガス中のガスの挙動を観察します。上の水柱を調べ、漏れがどこまで広がる可能性があり、どのような影響を与える可能性があるかを予測します。ただし、今回は、可能な限り「実際の」状態に近い状態にします。今年5月、研究遠征隊がRRSジェームズクックに乗って、英国サウサンプトンの国立海洋学センターから出航しました。スコットランドの海岸から約100 km、水深120 mのシェルのゴールデンアイプラットフォームの近くにあるステーションに到着すると、実験が開始されました。パイプがロボットによって海底に挿入されました-そのような実験が外洋の深さで初めて試みられました。直径1.5cmの湾曲した鋼管は、海底表面から3メートル下に出るように堆積物内に首尾よく配置されました。簡単に聞こえますが、これを実現するために、カナダのCellula Roboticsによって、パイプを堆積物に押し込むための特注の「ドリル」リグが開発および構築されました。その後、パイプは遠隔操作車両（ROV）によって海底のCO2供給源に接続され、ガスがパイプを通って堆積物に流れ込むようになりました。繰り返しますが、これは簡単に聞こえますが、北海の厳しい塩水環境に耐えるために、2番目のリグに収容された特別に設計されたガスシリンダーを構築する必要がありました。

幸いなことに、この作業中は穏やかな状態が続き、船内の科学チームは、CO2の泡が堆積物の下から現れ始めたので、ため息をついた。そのアイデアは、実験用に開発および構築された一連のセンサーの性能をテストすることでした。
音響および光学機器が配備され、気泡の流れによって発生した音を検出したり、カメラでそれらを見つけたりする一方で、化学センサーはCO2とそれに含まれる微量の不活性化学トレーサーを「嗅ぎ分けた」ため、科学者はこの信号を自然に発生するCO2。 ROVと他のセンサーを搭載した自律型水中ロボット（AUV）は、採用された技術の兵器庫を完成させました。搭乗したチームは非常に満足しており、テストしていたセンサーと監視ツールの性能が予想よりもはるかに優れていたことを喜んでいます。これにより、溶存相と気泡の両方で、海洋システムへのCO2の非常にわずかな放出も検出できることがある程度保証されました。これらの結果は、CCS貯水池からの漏れを検出するために、多くの検知および監視アプローチを組み合わせることの有用性を明確に実証しています。

ドイツのキールにあるGEOMARヘルムホルツ海洋研究センターの乗組員と科学チームが配置した2番目の研究船RVポセイドンは、ゴールデンアイプラットフォームとRRSジェームズクックの目の前に移動しました。 STEMM-CCSプロジェクトのパートナーであるGEOMARチームは、欧州各国の専門知識と施設を組み合わせて、実験に関連するより遠方の監視と海底のベースライン研究に従事しました。

海底のハイドロフォンの壁は、海底から出てきて水柱を移動する際に発生する音の泡に耳を傾けます。画像：著作権STEMM-CCSプロジェクト

このプロジェクトを率いたNOCの科学者であるダグラスコネリー教授は、この成果に喜びを感じています。「3年にわたる勤勉さと革新的な思考が、STEMM-CCSプロジェクトのこの刺激的なポイントをもたらしました。この実験は、シミュレートできる限り実際のリークに近いものであり、世界で初めて試みられたものです。北海は過酷な環境である可能性があり、パイプを海底に送り込み、CO2供給に接続し、ガスの流れを生成することが常に課題となりました。この現実的なシナリオは、将来の安心を提供するために開発されたセンサーを適切にテストするために重要でした。リークが発生した場合、迅速かつ正確に検出できます。

STEMM-CCSクルーズは、技術的な観点から信じられないほどの成功を収めています。 3トンのCO2を海底に配置し、海底から3 mの位置に制御された方法で放出します。これは、新世代の海洋センサーが溶存ガスや泡立ちガスを検出する際の高い感度を実証するために、平均的な偉業ではありませんでした。実験の成功とセンサーの性能により、実際の状況では海底下の貯留サイトからのCO2の漏出を検出および監視できるという自信が一段と変わりました。

実験およびSTEMM-CCSプロジェクト全体の最終的な目的は、現実世界の状況でガス漏れを検出および監視するためのセンサーと方法を開発することですが、それには教育的な側面もあります。クルーズからライブで、大学院研究者のベン・ロッシュ（NOC）は、科学研究クルーズの興奮とその挑戦と成功を、サウサンプトン、イングランド、ウェールズの200人以上の生徒と、船からのライブリンクを通じて共有しました。科学研究が実際に行われている間に学生とチャットし、彼らがカリキュラム研究で実験からの実世界のデータをどのように使用し分析するかを見るのに魅了されます。クルーズおよびプロジェクト全体の年間および詳細は、 www.stemm-ccs.euでご覧いただけます。

著者について

Kelvin Bootは、このプロジェクトで働くScience Communicatorです。