スタッド・ブレスト29

産総研 エネルギー・環境領域 エネルギープロセス研究部門 メタンハイドレート生産技術グループ About 低炭素社会へ向けた取り組み 　Zero-Emissionに向けた技術開発( NESTI2050概要 )までの架け橋として、二酸化炭素排出が少ない天然ガス資源の利用促進に向け、メタンハイドレートの資源開発(参加コンソーシアム： MH21-S )への参画およびガスハイドレートの機能を活用したCO2削減技術開発を行っています。 　新たな天然ガス資源として期待されているメタンハイドレート資源開発において、天然ガス生産挙動の定量的解析のための貯留層モデルに資する天然コア特性分析や、メタンハイドレート貯留層からの高い天然ガス生産性と回収率を確保するための生産増進法の研究開発・生産挙動解析シミュレータMH21-HYDRESによる生産性評価を行っています。また、CO2の削減を目的とし、CO2を海底堆積層にCO2ハイドレートとして固定化するハイドレートCCSについても、ハイドレートによるガス分離含めて検討を行っています。 　ガスハイドレートの機能を工業的に活用するための物性研究も継続的に実施しています。 現在、以下公募中です 「CO2の分離・固定技術に関わる研究（2024年パーマネント型度募集）」「メタンハイドレート資源開発技術の研究開発（プロジェクト型通年募集）」「メタンハイドレート貯留層へのCO2貯留技術開発（プロジェクト型通年募集）」に関する研究職員公募 詳細： パーマネント型研究員　ENEENV-16 プロジェクト型任期付き研究員　ENEENV-102, ENEENV-103 論文 東部南海トラフにおける天然堆積物の分析に関する論文が出ました。 論文1： 力学挙動に関する論文（PEPS） 論文2： ハイドレート結晶に関する論文（Energy&Fuels） 学会発表における受賞（2023/9） 　化学工学会第54回秋季大会において、CO2削減のFSの中で共同研究先である大阪大学の宮武様（菅原研）が基礎物性部会の学生優秀講演賞優秀賞を受賞いたしました。（講演タイトル：二酸化炭素の地中隔離を目的としたメタン+二酸化炭素混合ガスハイドレートの相平衡関係） 陸上産出試験地のコアが届きました！（2023/3） 　ソルトレイクシティを経由し、アラスカ州での長期陸上産出試験に向けて、当グループでは試験地のコアを分析し貯留層のモデルのための各種物性評価を実施していく予定です。 現在の陸上産出試験様子はこちらから（外部サイト） Best Paper Awards in Marine and Petroleum Geology 　2021年の論文「Multiple physical properties of gas hydrate-bearing sediments recovered from Alaska North Slope 2018 Hydrate-01 Stratigraphic Test Well」がBest Paper Awardsを受賞いたしました。 詳細： 外部サイトへ 研究内容 メタンハイドレート生産技術グループは産総研北海道センターを拠点に、4名の常勤研究員、2名の招へい研究員、6名の技術系スタッフの計12名、およびつくばのメタンハイドレート開発システムグループと協働で、ハイドレートによる低炭素社会実現にむけ研究活動をしています。 1. 天然メタンハイドレート堆積物の特性評価 　メタンハイドレート貯留層からの高効率ガス生産のためには、天然メタンハイドレート堆積物の特性を正しく評価・理解することが重要です。しかしながら、通常メタンハイドレートは低温もしくは高圧条件でないと分解するため、天然の状態を保持したまま天然メタンハイドレート堆積物の特性を評価するのは困難です。そこで私たちは【天然の状態を保持したまま】で天然コアをハンドリング・分析することができる装置群（ Pressure-Core Nondestructive Analysis Tools: PNATs ）を開発し、天然メタンハイドレート堆積物本来の特性を評価しています。 　PNATs開発にあたっては ジョージア工科大学（GATech） ならびに アメリカ地質調査所（USGS） からのサポートを受けました。 2. CO2削減に資するフィジビリティスタディ 　CO2削減に向け、CO2を地中でガスハイドレートとして固定化するための事前検討を大学・民間企業と共同で行っています（参画機関：大阪大学、北見工業大学、東京大学、北海道大学、電源開発株式会社、日本オイルエンジニア株式会社）。ガスハイドレートを利用したCCSに向けてポテンシャル・課題を整理しています。 また、ガスハイドレートの機能の一つであるガス分離特性について現状の問題点を整理し、CO2ガス分離におけるガスハイドレート利用を目指し基礎・応用研究も進めています。 3. ガスハイドレート基礎研究 　ガスハイドレート結晶内のゲスト分子の状態や新たなゲスト分子の探査やその熱力学特性などについても研究も進め、様々な可能性を探っています。 研究成果の概要 独自装置を用いた天然メタンハイドレート堆積物の特性（水理・力学）の評価や、X線回折装置・Raman・固体NMR分光装置による結晶学的解析、SEM・X線CT装置による微小空間の観察、ガスクロマトグラフ装置・水同位体分析装置などによる化学的分析、高圧DSCによる熱特性分析を通じ、天然メタンハイドレート資源開発に資する研究およびガスハイドレートの機能活用研究を推進しています。 天然メタンハイドレート堆積物の特性評価（Natural-gas hydrate sediment、Geomechanics） 　PNATsを用いて東部南海トラフ・日本海から採取された天然メタンハイドレート堆積物をin situに近い条件で非破壊評価しています。また、力学的な特性や天然ガスの含有量なども解析しています。さらには今はまだPNATsでは評価できない特性解析については随時装置開発を進めています。 　最近では日本近海の天然メタンハイドレート堆積物だけでなく、日本近海以外の海洋性天然メタンハイドレート堆積物（例えばインド洋採取コア）についても、諸外国と協力しながらPNATsによる評価を実施しています. アラスカで実施のガス産出試験において、生産井戸近傍でコアリングされた天然メタンハイドレート堆積物について分析する予定です（コアリングはすでに完了）。詳細なコア分析を実施して貯留層の特性を評価することで、ガス産出試験の理解に役立てる計画です。 　アラスカで実施のガス産出試験において、生産井戸近傍でコアリングされた天然メタンハイドレート堆積物について分析する予定です（コアリングはすでに完了）。詳細なコア分析を実施して貯留層の特性を評価することで、ガス産出試験の理解に役立てる計画です。 Fig.3 これまで分析した天然メタンハイドレートコア 　また、日本海側で多く見られる表層型と呼ばれる塊状のガスハイドレートについても研究を実施しており、その一部の研究結果についてプレスリリースを行いました ・産総研：世界初、深海底に眠る塊状のメタンハイドレートの強さや硬さを測定 関連論文：Yoneda et al., Geo. Phys. Lett. , 2019, 46, 14459-14468　など ガスハイドレートの冷熱利用（PCM、Heat pump） 　ガスハイドレートを蓄冷熱材料として利用する研究も行っています。ガスハイドレートは潜熱・顕熱が大きいため冷熱利用に適していますが、高圧条件や利用できる温度範囲が課題です。近年では、大気圧下、0~27℃で生成する準包接化合物（セミクラスレートハイドレート）に着目し、生成・分解温度制御や高潜熱材料の開発等の研究を進めています。 関連論文： Oshima et al., J. Appl. Phys. , 2021, 128, 295104 　など ガスハイドレート分解特性を利用したガスハイドレートによるガス貯蔵・輸送技術開発（Gas storage/transportation） 　ガスハイドレートの高いガス包蔵性に着目し、ガスハイドレートを天然ガス等の貯蔵・輸送媒体として利用するための研究を行っています。ガスハイドレート特有の準安定状態を利用することにより、氷点下の大気圧力近傍でもガスハイドレートの分解を抑制し、ガスを貯蔵することができますが、その分解抑制メカニズムが未解明であり、分解の制御が難しいという問題があります。 　我々はガスハイドレート分解時の水分子の挙動を正しく理解することで、ガスハイドレートの分解を意図的に遅くする手法の開発に成功しました。 関連論文： Kida et al., Jpn. J. Appl. Phys. , 2017, 56(9), artNo. 095601 　など ガスハイドレートの基礎物性評価（Crystallography、Guest-host interaction、Phase transition） 　資源化に関する研究だけでなくガスハイドレートの基礎物性（ガス包蔵性、結晶構造、相転移、新しいゲスト分子）についても研究しています。PXRDを利用した結晶構造解析やラマン分光による包接ガス特性などを分析しています。下記の例では、リートベルト解析からsII型ハイドレートの大ケージ内でのゲスト分子–ホスト分子間での水素結合を見出しました。 PXRDプロファイル解析によるケージ内のゲスト分子の配向解析（Reprinted with permission from　J. Phys. Chem. C , 2022, 126, pp 58–65. Copyright 2022 American Chemical Society.）） 　また、ガスハイドレートの相平衡温度圧力条件に影響を及ぼす阻害剤（inhibitor）についても調査をしています。Inhibitorの研究は天然ガスパイプラインでの閉塞や、ガス生産の際の生産井でもメタンハイドレート再生成を防止するのに重要な課題の一つです。 関連論文： Jin et al., J. Phys. Chem. C , 2015, 119 (17), pp 9069–9075　など 研究員（2023.8.1〜） 神　裕介/ JIN Yusuke 研究グループ長 専門：分子分光学、溶液化学 ORCID / WoS / Google 米田　純 / YONEDA Jun 主任研究員 専門：地盤工学、画像解析、数値シミュレーション ORCID / WoS / Google 大島　基 / OSHIMA Motoi 主任研究員 専門：物理化学、熱力学 ORCID / WoS / Google 蛭田　明宏/ HIRUTA Akihiro プロジェクト研究員 専門：地球化学、分析化学 ORCID / WoS / Google 木田 真人/ KIDA Masato 客員研究員（ 北見工業大学工学部地球環境工学科　准教授 ） 専門：物理化学、熱力学 ORCID / WoS / Google 今野 義浩 / KONNO Yoshihiro 客員研究員（ 東京大学大学院新領域創成科学研究科海洋技術環境学専攻　准教授 ） 専門：貯留層工学 ORCID / WoS / Google 主な発表論文（2024.4.30更新） 2024 A. Hiruta, Y. Jin, R. Matsumoto, and N. Tenma, "Gas migration through the crystal lattice of gas hydrates in geological time scale, and burial of massive gas hydrates from shallow to deep by sedimentation at the Umitaka Spur in the Sea of Japan: Insights from Raman spectroscopy", Energy & Fuels (accepted) 2024 , 38 , 5218–5225. --> DOI: Y. Jin, J. Yoneda, K. Suzuki, M. Oshima, M. Muraoka, N. Tenma and J. Nagao, "Structure-II Clathrate Hydrates in the Daini–Atsumi Koll of the Nankai Trough, Japan", Energy & Fuels , 2024 , 38 , 5218–5225. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c00343 (OPEN ACCESS) J. Yoneda, K. Suzuki, M. Oshima, M. Muraoka and Y. Jin, "Empirical evaluation of the strength and deformation characteristics of natural and synthetic gas hydrate-bearing sediments with different ranges of porosity, hydrate saturation, effective stress, and strain rate", Progress in Earth and Planetary Science , 2024 , 11 , Art.No. 3. DOI: 10.1186/s40645-024-00606-1 (OPEN ACCESS) 2023 Y. Jin, M. Oshima and J. Nagao, "Enlargement of Structure-H Clathrate Hydrates by New Large Molecular Guest Substances and Lattice Size Limitation", J. Chem. Eng. Data , 2023 , 68 , 1826–1831. DOI: 10.1021/acs.jced.3c00252 Y. Jin, M. Kida and J. Nagao, "Clathrate Hydrates Coexisting Thiazole: Two Roles of Structure II Hydrate Former and Structure I Thermodynamic Inhibitor", Energy Fuels , 2023 , 37 , 2467–2474. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.2c03709 (OPEN ACCESS) 2022 Y. Jin, M. Kida and J. Nagao, "Conformation Selectivity and Disharmony of the Lattice Constant Depending on the Guest Size in Clathrate Hydrates", J. Phys. Chem. C , 2022 , 126 , 58–65. DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c09140 (OPEN ACCESS) J. Yoneda, K. Suzuki, Y. Jin, S. Ohtsuki, T. S. Collet, R. Boswell, Y. Maehara and N. Okinaka, "Permeability Measurement and Prediction with Nuclear Magnetic Resonance Analysis of Gas Hydrate-Bearing Sediments Recovered from Alaska North Slope 2018 Hydrate-01 Stratigraphic Test Well", Energy Fuels , 2022 , 36 , 2515–2529. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c03810 J. Yoneda, Y. Jin, M. Muromachi, M. Oshima, K. Suzuki, W. F. Waite, and P. B. Flemings, "Comprehensive pressure core analysis for hydrate-bearing sediments from Gulf of Mexico Green Canyon Block 955, including assessments of geomechanical viscous behavior and NMR permeability", AAPG Bull. , 2022 , 106 , 1143–1177. DOI: 10.1306/04272120204 2021 M. Kida, J. Yoneda, A. Masui, Y. Konno, Y. Jin, and J. Nagao, "Mechanical properties of polycrystalline tetrahydrofuran hydrates as analogs for massive natural gas hydrates", J. Nat. Gas Sci. Eng , 2021 , 96 , 104284. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104284 J. Yoneda, Y. Jin, M. Muromachi, M. Oshima, K. Suzuki, M. Walker, S. Otsuki, K. Kumagai, T. S. Collet, R. Boswell, and N. Okinaka, "Multiple physical properties of gas hydrate-bearing sediments recovered from Alaska North Slope 2018 Hydrate-01 Stratigraphic Test Well", Mar. Pet. Geol. , 2021 , 123 104748. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2020.104748 M. Oshima, Y. Jin, and J. Nagao, "Thermal properties of tetragonal tetra-n-butyl ammonium bromide + tetra-n-butyl ammonium chloride mixed semiclathrate hydrates based on hydration numbers and guest mole fraction rates", J. Appl. Phys. , 2021 , 128 205104. DOI: 10.1063/5.0025133 2020 Y. Jin, M. Oshima, and J. Nagao, "Pyrazine Analogues on Clathrate Hydrates in Methane–Water Systems", J. Chem. Eng. Data , 2020 , 65 4150-4156. DOI: 10.1021/acs.jced.0c00528 H. D. Nagashima, M. Oshima, and Y. Jin, "Film-growth rates of methane hydrate on ice surfaces", J. Cryst. Growth , 2020 , 537 , 125595. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2020.125595 2019 Y. Jin, M. Kida, J. Yoneda, Y. Konno, N. Tenma, and J. Nagao, "Natural Gas Hydrates Recovered from the Umitaka Spur in the Joetsu Basin, Japan: Coexistence of Two Structure-I Hydrates with Distinctly Different Textures and Gas Compositions within a Massive Structure", ACS Earth Space Chem. , 2020 , 4 , 77-85. DOI: 10.1021/acsearthspacechem.9b00249 (OPEN ACCESS) M. Oshima, Y. Jin, M. Kida and J. Nagao, "Thermodynamic and crystallographic properties Depending on hydration numbers in tetra-n-butylammonium chloride semiclathrate hydrates", J. Chem. Thermodynamics , 2020 , 142 , 106004. DOI: 10.1016/j.jct.2019.106004 J. Yoneda, M. Kida, Y. Konno, Y. Jin, S. Morita, and N. Tenma, "In situ mechanical properties of shallow gas hydrate deposits in the deep seabed", Geophys. Res. Lett. , 2019 , 46 , 14459-14468. DOI: 10.1029/2019GL084668 (OPEN ACCESS) Y. Jin, M. Kida and J. Nagao, "Structure H Clathrate Hydrates in Methane–Halogenic Large Molecule Substance–Water Systems", J. Phys. Chem. C , 2019 , 123 , 17170-17175. DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b04691 (OPEN ACCESS) Y. Jin, M. Kida and J. Nagao, "Crystal Phase Conditions on Semi-clathrate Hydrates in Nitrogen–Tetra-n-butylammonium Bromide–Water Systems below 1 MPa", J. Chem. Eng. Data , 2019 , 64 , 2843-2848. DOI: 10.1021/acs.jced.9b00210 (OPEN ACCESS) M. Kida, Y. Jin, and J. Nagao, "Changes in the 13C NMR Spectra of Tetra-n-butylammonium Chloride by Clathrate Hydration", Chem. Phys ., 2019 , 522 , 233-237. DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.03.010 M. Oshima, K. Suzuki, J. Yoneda, A. Kato, M. Kida, Y. Konno, M. Muraoka, Y. Jin, J. Nagao, and N. Tenma, "Lithological Properties of Natural Gas Hydrate–bearing Sediments in Pressure-cores Recovered from the Krishna–Godavari Basin", Mar. Pet. Geol ., 2019 , 108 , 439-470. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2019.01.015 2018以前 Footer Banner Section 〒062-8517 北海道札幌市豊平区月寒東2条17丁目2-1 産業技術総合研究所 北海道センター E-mail：info-mhpu-ml (at) aist.go.jp ©Methane Hydrate Project Unit