メタンハイドレート:日本近海に眠る代替資源

先日、注目していたメタンハイドレートの第2回産出試験が行われました。メタンハイドレートとは、海底に眠る資源で、一言で言えば天然ガスの氷。日本近海には現在の日本のガスの消費量の10年分が眠っていると言われています。問題は産出技術。そんなに簡単ではない。現在の目標は、平成30年代後半までに商用ベースに乗せることです。

第1回目を行ってから4年。当時は6日間、2万㎥/日、合計12万㎥の天然ガスの産出に成功しました。ただ途中で中止しています。理由は予想外の技術的トラブルが生じたからです。ここは少し細かい話になりますので後述しますが、簡単に言えば採掘用に海底に埋め込む部品の問題で、坑井(こうせい)に砂が予想以上に流れ込んだとのことです。

4年にわたり、関係者の並々ならぬ努力で、原因の解析、再設計、製造を経て、生産試験を実施したところ、ほぼ同様の問題が発生し、中断となりました。12日間、合計3.5万㎥の生産でした。第一回が6日で12万だったのに少ない印象があるかもしれませんが、徐々に生産量を上げていく作戦にでたためだとのこと(詳細後述)。

困難な技術的課題ですが、その課題は見えているので、実験と解析の繰り返しで解決されるものと期待しています。皆様も是非期待をお寄せいただければと思います。

ところで現在のやり方のままでいいのかという点について一石を投じておきたいと思います。それはお金の流れ。現在の形がいけないわけではありません。しかし、より民間の投資を呼び込んだ方がいいのではないかと思っています。例えば、XPRIZEのように、冠スポンサー公募、研究者公募、出資公募の形にすれば、オープンイノベーションの促進、研究者の人材ハブ化、民間出資の呼び込み、政府支出の効率化、さらに言えば、民間企業のCSV(Creating Shared Value)意識の醸成、にも繋がります。もしかすると、政府主導にありがちな硬直しがちなオペレーションが柔軟になる可能性もあります(現行の運営が硬直化しているという指摘ではありません)。こうした手法で重要な要素は、実施主体のガバナンスと透明性ですので困難がないわけではありませんが、従来の手法に拘泥されることなく、新しい手法の導入も視野に入れて、より積極的なメタンハイドレート実用化研究が進むことを心から望むものです。

●どこにどのように埋まっているのか
今回の生産試験の実施場所は第一回目とほぼ同様の渥美志摩半島の沖合数十キロ。メタンハイドレートは、日本海側には表層型として、また太平洋側には砂層型(地底面より数百mに数十mにわたって砂と混じった層として存在)として存在しています。表層型は、海底面直下に塊として部分的に存在するのですが、塊なので採取場所を塊ごとに変えていかねばならず、また海底面に近いので環境を破壊してしまう可能性があることから、砂層型の方が生産には向いていると考えられています。

●どのように生産するか
氷ですから減圧すれば気体になって取り出せます。問題は砂とどのように分離するのかというところです。構造を説明しますと、海底面にドリルで穴を掘り(直径30cm・深さ300m)、メタンハイドレートの砂層面に到達したら少し細い穴を掘る(直径20cm・深さ60m)。前段の部分にはパイプを埋め込み、上(海底面)にも下(砂層との境界)にも蓋をする。さらに下部層のメタンハイドレート部分には、側面にチーズのように多くの小さな穴(5~10mm)の開いたパイプを埋め込む。(この小さい穴にはさらに0.5mm程度の金属ビーズが多孔質状になるよう埋め込まれていて、強度の高いフィルターとして機能している)。

結果的に高さ300mの上の部屋と高さ60mの下の部屋ができますが、その間を細いパイプで繋げ、さらに上の部屋には海上の船(地球深部探査船ちきゅう)からパイプを差し込んでおく。上の部屋の海水を船からポンプで抜くと減圧され、すると下の部屋の圧力も下がって(ΔP=40気圧程度)、メタンハイドレートがガス状になって上の部屋に上がり、さらに船まで上がるという仕組み。

●具体的な技術的課題とは何か
技術的課題は下の部屋のパイプ。資源地盤の面と隙間があくと、減圧したときに砂粒がパイプに向かって勢いよく衝突してしまいます。従って、資源地盤面との隙間をいかになくすかが勝負になります。今回の試験から、形状記憶ポリマーをパイプ外壁に巻き付けていて、埋め込んだのちに隙間が無くなるようにするという工夫がなされていました。結果的に、艦上にまで砂が上がってきたとのことなので、再度慎重な解析分析と対策が必要になるものと思われます。

●どのくらいの生産が可能なのか
通常の天然ガスは一つのガス田で数十万~百万㎥/日を数年稼働させています。従って、これまでのは試験生産であったということもありますが、より多量の生産ができるようにしなければなりません。第一回目の生産が2万㎥/日なので、10倍から50倍くらい。仮に5倍の生産ができたとして、坑井を10本くらい埋めてやれば、50倍くらいにはなる。不可能ではありませんが、数年の連続稼働というと、まだまだ試験を継続しないと不明な部分がある。ちなみに、実は日本は他国よりも高く天然ガスを買っていて100万BTUで大体10ドル弱。天然ガスの場合100万BTUは約25㎥とのことなので、100万㎥/日生産できるとしたら、4千万円強/日の生産になります。5年生産できれば、700億円以上ということになります。経済産業省は埋蔵資源として3.3兆円と試算しました。過去に政府が投じた研究開発投資額の30倍になるそうです。そして最近特に商用の可能性が高まってきたので、政府は300億円程度の予算を計上するまでになりました(通常の資源調査等も含む)。

●どこのどういう組織が生産試験しているのか
経済産業省・資源エネルギー庁がその外郭団体であるJOGMEC(独立行政法人石油天然ガス金属鉱物資源機構)に委託し、JOGMECはJAPEX(石油資源開発株式会社)の出資する日本メタンハイドレート調査株式会社にオペレーションを依頼しています。

http://www.meti.go.jp/press/2017/04/20170410003/20170410003-1.pdf

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