科学研究 - 将二氧化碳封存到广阔海域的浅层地下，变成冰絮状而不泄露

即使在燃烧化石燃料时，也不排放二氧化碳（CO2）——为实现这种看似矛盾的“清洁火力发电”，日本电源开发公司（J-POWER）正在开发新的“碳捕集与封存（CCS）”方法，用于回收和封存火力发电站排放的二氧化碳。该方法计划通过将二氧化碳封存到广阔海域的浅层地下来削减成本。该方法有助于实现日本政府提出的2050年温室气体净零排放的目标。

围绕CCS的技术开发动向
1972年	开始在美国的天然气精炼设施操作
1996年	开始在挪威的海域进行实践
2012年	开始在北海道苫小木进行CCS实证试验
2014年	加拿大煤炭火力发电站导入CCS设备
2020年	日本政府 “绿色经济增长战略”制定目标，到2050年使核电和拥有CCUS设备的火力发电等占到电力供应的30~40%
2030年之前	日本实现CCS的商用化
2050年	实现日本政府的温室气体净零排放目标

脱碳的重要课题是削减发电时排放的二氧化碳。日本的二氧化碳排放量中，发电约占40％。例如，合并了东京电力控股和中部电力的火力发电业务的JERA（JERA Co., Inc.），其一家公司排放的二氧化碳就占日本整体排放量的10%以上。

关于脱碳发电，人们首先想到的是导入光伏和风力等可再生能源，但可再生能源存在发电量间歇性的课题，大量导入的话，由于供求不稳定，可能会增加停电的风险。回收能稳定发电的火力发电排放的二氧化碳并将其埋入海底的CCS则是实现2050年目标的“王牌”之一。

J-POWER正在开发的是回收二氧化碳后用船运到海中，然后将其封存于海底的新方法。转化成液体的二氧化碳将被注入在海底挖掘的数百米深的地下。二氧化碳在压力和温度的作用下，中途会变成冰糕状“水合物”。

被封存的二氧化碳在地下就像铺设的石头等一样。水合物会凝固，并能填补那些细小的缝隙。另外，在地下先铺设一层避免气体泄露的坚固薄膜，可以向膜的下方注入更多二氧化碳。单纯将二氧化碳埋入地下，二氧化碳可能会从地下泄露出来。而利用新方法，二氧化碳会固化自我封顶，封存在地下。

以往的封存方法需要利用地下深处由碎石和沙子形成的砂砾层（含水层）来封存二氧化碳，但只有部分海域存在能封存二氧化碳的大面积含水层，可能无法满足日本每年2亿吨规模的二氧化碳封存需求。

据J-POWER介绍，水中的二氧化碳在温度为10摄氏度以下、压力为4.5MPa以上的条件下，会被水分子包围，变成水合物。按这个条件计算，相当于日本国土面积约80％的海域都可以生成水合物。与以往的方法相比，可以封存二氧化碳的面积有望扩大。另外，在海底向下挖掘的深度也只需原来的一半左右即可，还能削减挖掘成本。

自然界中也存在变成水合物的二氧化碳。水深1500米的冲绳海槽的海底附近就发现了水合物。

J-POWER与东京大学共同实施了将二氧化碳变成水合物的模拟实验等。2021年1月在茅崎研究所（神奈川县茅崎市）设置了专用装置。另外还启动了在与海底为相同压力条件的不锈钢管中进行水合物化的实证试验。目标是数年后开始在海底进行实证。