サンディア：空の石油・ガス貯留層はカーボンフリー燃料を貯蔵できるか？

「Sandia: Can empty oil and gas reservoirs hold carbon-free fuels?」は、公開された証拠がインターネットインフラ、ガバナンス、運用依存関係、または市場の可視性に関連付けているため、BTW Media によってプロファイルされています。

• サンディア国立研究所の科学者たちは、コンピューターシミュレーションと実験室実験を用いて、枯渇した石油・ガス貯留層がこのカーボンフリー燃料の貯蔵に使用できるかどうかを調査している。
• トゥアン・ホー教授は、オクラホマ大学の同僚と共同で、水素は砂岩に注入後は留まらないが、吸着ガスの最大 10%が頁岩サンプルに捕捉されることを発見した。これらの結果は、ホー教授のコンピューターシミュレーションによって確認された。
• トゥアン・ホー氏は、枯渇した石油貯留層内の微生物やその他の化学物質が貯蔵水素とどのように相互作用するかを理解するためには、さらなる研究が必要であると考えている。

なぜ地下での水素貯蔵の問題を解決する価値があるのか？

この問題を解決する価値がある理由は、水素がクリーンエネルギーの鍵の一つとして、エネルギー転換と炭素排出削減に大きな可能性を秘めているからである。水素の効率的な貯蔵は、その普及を促進し、クリーンエネルギー技術の発展を後押しし、従来の化石燃料への依存を低減することで、温室効果ガスの排出を減らし気候変動の影響を緩和する。したがって、水素を地下で安全かつ効率的に貯蔵する問題を解決することは、クリーンエネルギー革命を前進させる上で重要である。

当社の見解:
サンディア国立研究所の科学者たちは、枯渇した石油・ガス貯留層をカーボンフリー燃料の貯蔵に利用する可能性を研究している。結果は、水素は砂岩には留まらないが、頁岩サンプルには最大 10％の水素が捕捉されることを示している。さらに、モンモリロナイト粘土層の研究では、水素は水で満たされた空隙にほとんど侵入せず、これは地下での水素貯蔵にとってプラスの意味を持つ。追加の実験的検証が必要だが、成功すれば、この技術はカーボンフリー燃料を貯蔵する新たな方法を提供し、エネルギーおよび重工業に重要な意味を持つ可能性がある。しかしながら、科学者たちは水素貯蔵の安全性と汚染に関する懸念も提起しており、水素経済のビジョンを実現するには大量の水素を貯蔵するための広く分散した方法が必要であることを強調している。
—Fei Wang, BTW ジャーナリスト

重要なクリーン燃料：水素

水素は地下の塩空洞に貯蔵できるが、米国では岩塩鉱山は一般的ではないと、サンディアの地下水素貯蔵プログラムの責任者であるドン・コンリー氏は述べている。そのため、トゥアン・ホー氏のチームは、枯渇した石油・ガス貯留層に貯蔵された水素が岩石内に留まるか、漏洩するか、または汚染されるかを研究している。トゥアン・ホー氏のグループは最近、その結果をInternational Journal of Hydrogen Energyに発表した。

水素は多くの有用な特性を持ち、幅広い用途がある。水素は非金属元素と容易に結合し、金属水素化物を形成することができ、高温では多くの化合物から酸素を奪い、酸化物の還元を可能にする。現代の工業生産プロセスでは、水素の使用がますます増えており、電子産業、冶金、化学工業、ナイロン製造、ガス製造などの分野で利用されている。

さらに、水素は一般的な燃料として使用されており、燃焼時により多くの熱を発生し、汚染が少ないという非常に顕著な利点がある。水素は数か月間貯蔵することができ、エネルギー需要が再生可能エネルギーの供給を上回ったときに使用できることは注目に値する。再生可能エネルギーは、私たちがよく話題にするテーマである。

こちらもお読みください: アマゾン、水素燃料の野心で環境配慮型運営に向けた取り組みを強化

こちらもお読みください: マイクロソフト、データセンターに電力を供給するために原子力専門家を採用

試験プロジェクトの実現可能性 – 安全な貯蔵

主任研究員のトゥアン・ホー氏と彼のチームは、水素が砂岩や頁岩内で形成される際に、多くの石油・ガス貯留層の周囲で自己封止的に捕捉されるのか、それとも漏洩するリスクがあるのかを調査した。数百万年かけて圧縮された鉱物と岩石の粒子からなる砂岩は、粒子間に多くの隙間があり、水の貯蔵や石油・ガス貯留層の形成を容易にする。一方、頁岩は粘土を多く含む微細な鉱物粒子から圧縮された泥であり、砂岩の周囲にシール層を形成し、石油や天然ガスを閉じ込めることができる。

トゥアン・ホー氏は次のように述べている。「我々は、注入された水素がその場に留まり、貯蔵区域外へ移動しないことを目指している。そうすることで無駄を防げる。これはすべての貯蔵施設にとって大きな懸念事項だ。」

トゥアン・ホー教授は、オクラホマ大学の共同研究者とともに、水素と砂岩および頁岩のサンプルとの相互作用を研究する実験を行った。彼らは、水素を抜き取った後も砂岩には残留しないが、吸着ガスの最大 10%が頁岩サンプルに捕捉されたままであることを発見した。これらの結果は、ホー氏が行ったコンピューターシミュレーションによって裏付けられた。

石油・ガス貯留層を囲む頁岩によく見られる特定のタイプの粘土をさらに調べるため、ホー氏はモンモリロナイト粘土層、水、水素間の分子相互作用のコンピューターシミュレーションを実施した。その結果、水素ガスはこれらの粘土鉱物層間の水で満たされた空間にほとんどアクセスできないことがわかった。

トゥアン・ホー氏は、このことは粘土への付着や浸透による水素の損失が最小限であることを示唆しており、地下での水素貯蔵にとって有望であると強調した。粘土に関するこれらの結果は、昨年Sustainable Energy & Fuels誌に掲載された。分子シミュレーションの結果を検証するため、スティーブンス工科大学とオクラホマ大学で追加実験が進行中であると付け加えた。

こちらもお読みください: ビットコインが史上最高値を更新し、アルトコインの回復を促進

「かつて石油とガスで満たされていた巨大な多孔質砂岩の貯留層が、今では異なるカーボンフリー燃料である水素で満たされている。」この技術が実現可能となれば、それが大規模な新開発であれ、エネルギーおよび重工業にとって素晴らしいニュースとなるだろう。

水素は汚染される可能性があるか？

「水素経済を構築するには、大量の水素を貯蔵するための広く分散した方法が本当に必要だ」と、米国エネルギー省化石エネルギー・炭素管理局の地下水素評価・貯蔵・技術加速（Underground Hydrogen Assessment, Storage and Technology Acceleration）プログラムのサンディア担当セクション責任者であるコンリー氏は述べた。「塩のある場所に貯蔵するのは良いが、それだけが選択肢であってはならない。そこで我々は、枯渇した石油・ガス貯留層や帯水層を、大量の水素をより分散的に貯蔵する手段として注目している。すべてはエネルギー部門の脱炭素化のためだ。」

実験とシミュレーションを通じて、トゥアン・ホー氏のチームは、水素が枯渇した天然ガス貯留層に注入されると、岩石から残留天然ガスが水素中に放出される可能性があることを発見した。ホー氏は、これは水素を取り出して使用する際に、微量の天然ガスが含まれることを意味すると説明する。
「これは驚くべきことではない。天然ガスは依然としてエネルギーを含んでいるが、炭素を含んでいるため、この水素が燃焼されると微量の二酸化炭素が発生する」とホー氏は述べる。「私たちが認識しておく必要があることだ。」サンディア国立研究所のポスドク研究員であるアディティア・チョウダリー氏を中心とするトゥアン・ホー氏のチームは現在、分子シミュレーションと実験的手法を用いて、枯渇した石油貯留層における水素の影響や、残留石油がどのように水素を汚染したり相互作用したりするかを研究している。

ホー氏の結果は、地下での水素貯蔵の大規模野外試験の指針として使用できる可能性があるとコンリー氏は述べた。同氏は、SHASTA プロジェクトが将来、枯渇した石油・ガスからの水素貯蔵の実現可能性を証明するために、このような野外規模の試験を実施する予定であると付け加えた。ホー氏は、枯渇した石油貯留層内の微生物やその他の化学物質が貯蔵水素とどのように相互作用するかを理解するには、さらなる研究が必要であると考えている。

サンディアの使命

1949 年以来、国益に奉仕する卓越性がサンディアの主要な使命である。

学際的な国立研究所であり、連邦政府資金による研究開発センター（FFRDC）として、サンディアは、資金提供機関の使命と運営の不可欠な部分であるその使命を、以下の方法で遂行している。

• 国家安全保障上の新たな課題を予測し、対処する
• 国の技術的優位性を強化するための新技術を革新し、発見する
• 国家安全保障上の重要な課題に対応する製品やサービスを通じて価値を創造する
• 技術政策が世界の安全保障と自由を維持するために不可欠であるという国家的議論に情報を提供する。