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Molecular simulation approach toward carbon neutrality

实现碳中和的分子模拟方法

基本信息

批准号：
22K03564
负责人：
森下徹也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

CCUSの柱の一つである"storage"（もしくは"sequestration"）では、高温高圧下の超臨界状態のCO2流体を地下に貯留する。しかしながら地下には地下水が含まれることも多く、地下水とCO2流体の界面が地下環境でどのような特性を持つかは、CO2地下貯留の効率化において重要な知見となる。令和4年度はこのような状況を背景に、幅広い温度圧力領域でのCO2流体と水との界面張力を、分子動力学シミュレーションにより評価した。8, 10, 12MPaの圧力下では、328K-373Kの温度領域において界面張力は温度増加に対して増加する一方、373K以上の温度では温度増加に対して界面張力は減少する傾向が見られた。このような温度変化に対する極大値の出現は、これまでの実験結果と調和的である。一方、14MPa-50MPaでは温度増加に対して、界面張力は単調に減少する傾向が見られた。特に、478K-550Kの高温領域では、界面張力は対象とした全ての圧力下で減少する傾向が明らかになった。このような高温下での界面張力の実験測定はほとんどなされておらず、本計算結果は高温地層水へのCO2貯留に関して重要なデータとなる。界面張力の温度変化に対する極大値の出現を理解するために、Gibbs-Duhem(GD)式に基づいて界面モルエントロピーに注目した考察を行った。その結果、極大の出現は、CO2流体の密度やエントロピーが、臨界点近傍条件下で大きく変動することに起因することがわかった。

CCUS の column の a つである "storage" (もしくは "sequestration)" では, の supercritical state の CO2 fluid under high temperature and high 圧を underground に retention する. しかしながら underground にはが groundwater containing まれることもく, groundwater と CO2 fluid の interface が underground environment でどのような features を hold つかは, CO2 underground retention の sharper rate change において important な knowledge となる. Make and 4 year はこのようなにを background, his design picture い temperature pressure field での CO2 fluid と water との interfacial tension を, molecular dynamics シミュレーションにより review 価した. 8, 10, 12 mpa の under pressure では, 328 k to 373 k の temperature field においは temperature raised and the interfacial tension of てにし seaborne て raised plus する side, more than 373 k の temperature では temperature raised with にし seaborne は reduce the interfacial tension of てする tendency が see られた. The temperature change of に against the する maximum value <e:1> shows a である that is in harmony with the と experimental results of <s:1> れまで and れまでれまで. On one side, 14MPa-50MPaでで an increase in temperature に is relative to <s:1> て, and the interfacial tension 単単 is adjusted to に a decrease in する tendency が see られた. に, high temperature 478 k to 550 k の field では, interfacial tension は like と seaborne した full てので under pressure to reduce する tendency が Ming らかになった. このような high temperature での interfacial tension の be 験 determination はほとんどなされておらず formation water, the calculation results は high-temperature への CO2 retention に masato して important なデータとなる. Interfacial tension の temperature variations change にす seaborne る numerical の appear great を understand するために, Gibbs - Duhem (GD) type にづいて interface モルエントロピーに attention した line inspection をった. その results appear, great のは, the density of CO2 fluid のやエントロピーが, under the condition of critical point nearly alongside できく - move することに cause することがわかった.