炭素、回収、隔離: 最適な場所を選択するプレッシャー

二酸化炭素の地層隔離（GS）（CCS [炭素回収および隔離] の「S」）は、人為的二酸化炭素排出量を削減する大きな可能性を秘めた、すぐに利用できる技術です。 しかし、シェイクスピアの言葉を大まかに引用すると、擦れ違いがあります。 地中に流体を注入する数十年の経験により、根本的な真実が明らかになりました。注入場所は 2 つとして同じではありません。 流体と岩石の特性の変動（多くの場合、石を投げることで測定できる距離にわたる）、注入井の構造の違い、および対照的な運用慣行は、注入された流体が地下地層をどのように移動するか、その流体がどのように変化するかに大きな違いをもたらす可能性があります。岩石の細孔空間に保持される水、そしてすでに地下水が占めているこの細孔空間に流体を注入することによってどのような不注意な影響が生じる可能性があるか。 すべての場所、すべてのプロジェクト、すべての井戸には特異性があります。 二酸化炭素を長期にわたって安心・安全に地下処分するためには、計画から建設、圧入、サイト閉鎖に至るまで、サイト特有の条件を徹底的に理解することが不可欠です。 幸いなことに、GS の関心のある多くの分野には、地下注入制御 (UIC) クラス II 井戸という、地下および運用上の洞察を得る豊富なデータ ソースがあります。

これはビッグです 2021 年、米国の大規模直接排出施設 (つまり、年間 25,000 トン以上の CO2e を排出する施設) から 27 億トンの二酸化炭素換算トン (CO2e) の温室効果ガス (GHG) が大気中に放出されました。米国の大気中の温室効果ガス排出量の約半分。 テキサス、ルイジアナ、インディアナ、ペンシルバニア、フロリダ、オハイオ、カリフォルニアの 7 つの州はそれぞれ 1 億トンを超える CO2e を排出しており、これは米国の大規模直接排出施設の合計の 43% を占めています。 リストにイリノイ州とアラバマ州を加えると、これら 9 つの州が大規模施設の総排出量の 50% を占めます (図 1)。

州最大の温室効果ガス排出国であるテキサス州は、これらの大規模な直接排出施設による2021年の総排出量の約6分の1（4億6,600万トンのCO2e）を占めた。 テキサス州の GHG 排出量 (その約 90% が二酸化炭素) の全体が超臨界流体 (つまり、臨界温度 (CO2 の場合は 88°F) を超え、臨界圧力（CO2 の場合は 1,070 psi）を超える圧力で、液体のような密度と気体のような粘度を持ち、これはおよそ 50 億バレル（または約 2,000 億ガロン）が地下に隔離されることに相当します。 (そしてそれは事実です), 2021 年にテキサス州で石油・ガス事業に関連した 93 億バレルの水が注入されたことを考慮してください。全体として見ると、現在の全国的な年間石油・ガス水注入の規模は、その量とほぼ同等ですこの容積測定の観点から、GS は大気中の炭素排出を削減するための有意義かつ現実的なツールです。

A Class Act 1980 年代初頭、米国環境保護庁 (EPA) は、液体の地下注入を規制するために、安全な飲料水法および資源保存回収法に基づいて公布された地下注入管理 (UIC) プログラムの初期要件を確立しました。 このプログラムの開始以来、地下の飲料水源 (USDW) を保護し、人間の健康への悪影響を防ぐことを目的として、さまざまな有害廃棄物および無害廃棄物の注入を管理するために 6 つの井戸クラスが設立されました。 現在、全国に 75 万以上の UIC 井戸があります。

最新の UIC 坑井クラスであるクラス VI は、GS への CO2 圧入を規制するために 2010 年に設立され、すべての UIC 坑井クラスの中で最も厳格な許可要件が定められています。 UIC クラス VI の中核となる規定は、審査エリア (AoR) の輪郭を描くことです。これは、注入による圧力の増加により USDW が危険にさらされる可能性がある GS プロジェクトの周囲の領域です。 AoR 境界は、地下における流体の流れと圧力伝播の非常に複雑な計算モデルからの予測に基づいており、その場で注入された流体、注入地層、および周囲の閉じ込めゾーンの物理的および化学的特性の詳細な説明が組み込まれています。 AoR 内では、注入地層から流体が移動する可能性のある導管を特定し、注入された流体と排除された間隙水の両方が USDW に影響を与えるのを防ぐために、必要に応じて是正措置を講じる必要があります。 また、現在、積極的に圧入しているUICクラスVI油井は1基のみであるが、技術審査中の許可は100件以上あり、インフレ抑制法の可決とGSに対する財政的インセンティブの拡大以来、この数は急速に増加している（図2）。 。