二酸化炭素地下貯留技術の早期実用化促進研究

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二酸化炭素地下貯留（CCS）の主要なトラップメカニズムの解明が本研究の目的である．トラップメカニズムとして，物理トラップ，界面張力トラップ，溶解トラップ，鉱物化トラップが考えられているが，現象の理解は依然として定性的であり，これらのトラップメカニズムが発現する過程およびメカニズムの移行プロセスはほとんど理解されていない．本年度は，界面張力トラップと溶解トラップについてサブテーマを設定し，空隙スケールにおける可視化と流動ダイナミクスの解明を行った．界面張力トラップはCO2の注入直後からCO2に働く重要なトラップメカニズムである．界面張力トラップに注目したこれまでの研究により，界面張力トラップ量を決定する因子として，トラップに至る前段階であるCO2注入時のガス飽和率が極めて大きな影響を与えることが明らかになっている．水で満たされている多孔質にCO2を注入した際には注入速度が粘性の条件によりヴィスカスフィンガリングやキャピラリーフィンガリングといった不安定性が発生する．２次元モデルにより，流動様式線図がまとまられているが，３次元多孔質で流動様式を直接観察した例はこれまでに存在しない．本研究では，流動不安定性の遷移過程の3次元可視化により，流動様式の整理を行った．さらに，浮力の影響についても検討を行った．粘性的に不安定で重力的に安定というような部分安定条件では，流動に臨界速度が存在し，臨界速度を境として安定・不安定間の遷移が起こることを見出した．実験では計測が困難な現象を明らかにするために，弱圧縮性手法を用いた数値シミュレーション手法の開発を行い，簡単な移流条件では２次元および３次元で実行可能なコードの開発が完了した．