Molecular simulation approach toward carbon neutrality

实现碳中和的分子模拟方法

基本信息

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.

项目成果

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二酸化炭素-水界面張力の温度依存性:分子動力学計算による温度依存性の予測
二氧化碳-水界面张力的温度依赖性:通过分子动力学计算预测温度依赖性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    志賀正茂;森下徹也;徂徠正夫
  • 通讯作者:
    徂徠正夫
二酸化炭素-水-粘土鉱物三相界面系のメニスカスと水膜に関する分子動力学計算
二氧化碳-水-粘土矿物三相界面体系弯液面和水膜的分子动力学计算
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    志賀正茂;森下徹也;徂徠正夫;愛知正温
  • 通讯作者:
    愛知正温
Interfacial tension of carbon dioxide - water under conditions of CO2 geological storage and enhanced geothermal systems: A molecular dynamics study on the effect of temperature
  • DOI:
    10.1016/j.fuel.2022.127219
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    M. Shiga;T. Morishita;M. Sorai
  • 通讯作者:
    M. Shiga;T. Morishita;M. Sorai
Interfacial Tension of CO2-Water under Elevated Temperature Conditions: Prediction by Molecular Dynamics Simulation
高温条件下 CO2-水的界面张力:分子动力学模拟预测
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Masashige Shiga;Tetsuya Morishita;Masao Sorai
  • 通讯作者:
    Masao Sorai
二酸化炭素-水界面張力の温度依存性:分子動力学シミュレーションによる検討
二氧化碳-水界面张力的温度依赖性:使用分子动力学模拟进行研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    志賀正茂;森下徹也;徂徠正夫
  • 通讯作者:
    徂徠正夫
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Michelle Spencer
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    森下徹也
Uncovering new structures of bilayer GaN and their properties
揭示双层GaN的新结构及其特性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Lu Anh Khoa Augustin;屋山 巴;森下 徹也; 中西 毅
  • 通讯作者:
    中西 毅
複数レプリカを用いた対数平均力ダイナミクスによる自由エネルギー計算
使用多个副本使用对数平均力动力学进行自由能计算
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    伊藤篤史

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