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資源大国 日本
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メタンハイドレート メタンハイドレート(英: methane hydrate[† 1])とは、メタンを中心にして周囲を水分子が囲んだ形になっている包接水和物である。低温かつ高圧の条件下で、水分子は立体の網状構造を作り、内部の隙間にメタン分子が入り込み氷状の結晶になっている。
メタンは、石油や石炭に比べ燃焼時の二酸化炭素排出量がおよそ半分であるため、地球温暖化対策としても有効な新エネルギー源であるとされる(天然ガスも参照。)が、メタンハイドレートについては2013年時点では商業化されていない。化石燃料の一種であるため、再生可能エネルギーには含まれない。http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/03/Burning_hydrate_inlay_US_Office_Naval_Research.jpg
性状 見た目は氷に似ている。1 m3のメタンハイドレートを1気圧の状態で解凍すると164 m3のメタンガスと水に変わる。解凍する前のメタンはメタンハイドレートの体積の20 %に過ぎず、他の80 %は水である。分子式は CH4•5.75H2O と表され、密度は0.91 g/cm3である。火をつけると燃えるために「燃える氷」と言われることもある。
水分子で構成される立体網状構造の間隙中にガス分子が位置して安定な固体結晶となっている氷状の物質は「ガスハイドレート・クラスレート」と呼ばれる構造になっている。
ガスハイドレートには、ガスが失われると残された立体網状構造である「包接格子」だけでは格子構造を維持できないもの(ガスハイドレート・クラスレート)と、包接格子だけでも格子構造を維持出来るものがある。
生成過程(海底下) メタンが海底下で大量に保存されている原因は、無機起源説と、生物起源説に大別される。
中でも、現在までに報告されているメタンハイドレートを構成するメタンの炭素同位体比は比較的小さい値(13C が少ない)を示しており、これらのメタンは海底熱水系等において確認されている非生物起源のものではなく、堆積物中で有機物の分解によって生じる生物起源のものを主としていると考えられている。
埋蔵域 状況によって異なるがおおむね、大陸棚が海底へとつながる、海底斜面内の水深500-1000 m(2000mまでとする研究もある)での、地下数十から数百mに存在し、メタンガス層の上部境目に存在するとされている。通常は高圧下でありながら、凍った水分子の篭状の結晶構造に封じ込められている。
日本近海の埋蔵域 2008年現在、日本近海は世界有数のメタンハイドレート埋蔵量を持つとされる。本州、四国、九州といった西日本地方の南側の南海トラフに最大の推定埋蔵域を持ち、北海道周辺と新潟県沖、南西諸島沖にも存在する。
また、日本海側には海底表面に純度が高く塊の状態で存在していることが独立総合研究所の調査よりわかっている。日本海の尖閣・竹島を始めとする領土問題は日本海側のメタンハイドレートが目的だとの見方もある。
なお、新潟、秋田、京都など日本海沿岸の10府県による「海洋エネルギー資源開発促進日本海連合」は、「日本海側では、一部の地域における学術的な調査の実施にとどまり、開発に向けた本格的な調査・産出試験が実施されていない」として、日本海のメタンハイドレートの開発に向け、経済産業省資源エネルギー庁に予算の確保を要請しており、海洋基本法に合わせて海洋政策の指針とする2013年度「海洋基本計画」では2018年度の商業化と2023年度以降の民間企業主導による商業化を目途として日本海側も調査する方針を示している。
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cf/Methane_hydrate_around_Japan_Ilands.PNG/220px-Methane_hydrate_around_Japan_Ilands.PNG
2008年までに調査された(民間等による一部の調査は除く)日本周辺海域におけるメタンハイドレート推定埋蔵域 日本近海の埋蔵量 日本のメタンハイドレートの資源量は、1996年の時点でわかっているだけでも、天然ガス換算で7.35兆m3(日本で消費される天然ガスの約96年分)以上と推計されている。もし将来、石油や天然ガスが枯渇するか異常に価格が高騰し、海底のメタンハイドレートが低コストで採掘が可能となれば、日本は自国で消費するエネルギー量を賄える自主資源の保有国になるという意見があり、尖閣諸島近海の海底にあるとされている天然ガスなどを含めると日本は世界有数のエネルギー資源大国になれる可能性があるという意見もある。
日本におけるメタンハイドレート開発の歴史
日本の太平洋側におけるメタンハイドレート開発の歴史は、以下のとおりである。
日本の海洋産出試験 2012年2月石油天然ガス・金属鉱物資源機構 (JOGMEC) は、メタンハイドレートから天然ガスを取り出す海洋産出試験に着手すると発表。世界初としている。事業主は経済産業省、作業地点は愛知県沖(第二渥美海丘)[† 2]で2012年2月中旬に試掘を始め、2013年の1〜3月の期間に産出試験(フローテスト)を予定・計画している。商業生産に向けた技術基盤の整備は、2016〜2018年度を予定として進める。
施設 国内においては、和歌山県御坊市の日高港新エネルギーパークにおいてメタンハイドレートの紹介が行われており、事前に予約した一定数以上の団体客は、シャーレに乗せられた人工的に造りだしたメタンハイドレートに触れることができたり、燃焼実験を見ることが可能となっている。 関連項目外部リンクメタンハイドレートとは何か?燃える氷 メタンハイドレートはよく「燃える氷」と呼ばれます。人工のメタンハイドレートは確かに白く、触ると冷たい氷のような物質です。「メタンハイドレートの見た目はシャーベット状」と表現される方がいらっしゃいますが、シャーベット状というよりも氷状です。
驚くことに、この氷のようなメタンハイドレートに火を近づけると燃え始めるのです。そして、燃えた後には水しか残らないという、とても不思議な物質です。
(左)「燃える氷」人工メタンハイドレートを燃焼させたもの
(右)MH21が開発対象としている天然のメタンハイドレートを含む地層 メタンハイドレートとは何か? メタンハイドレートは「メタン(methane)」と「ハイドレート(hydrate)」の2語から構成されています。メタンは「メタンとは何か?」でご説明したように、燃えるガスであり、エネルギー資源である天然ガスの主成分です。では「ハイドレート」とは何でしょうか?
ハイドレートを日本語にすると「水和物」となり、水が存在することになります。水分子がある温度・圧力環境で、かご状の構造を作ります。そのかご構造の中にメタン分子が含まれているものをメタンハイドレートと呼びます。
メタンハイドレートのように、何かの分子(ホスト分子)が分子規模の空間(かご構造)を作り、その中に他の分子(ゲスト分子)を取り込むものを包接化合物(クラスレート)と呼びます。水分子が作る「かご構造」の中にはメタン
メタンハイドレートの結晶構造 三角緑はメタン分子、球赤は水分子
水分子がかご構造を作り、その中にメタン分子が含まれる。 メタンハイドレートはメタンと水だけによって構成されています。したがって、メタンハイドレートに火を近づけると、水に囲まれていたメタンが燃え、燃えない水が残るのです。
ただし、水分子が作る「かご構造」は氷が作る構造とは違います。したがってハイドレートは氷ではありません。「燃える氷」は見た目の総称であり、物理化学的には「氷」でないことにご注意ください。
逆に、メタンハイドレートは、自身の体積の中に約160-170倍のメタンを取り込むことができるということになります。この性質を利用し、メタンを主成分とする天然ガスをハイドレート化させ、体積を小さくして効率よく天然ガスを輸送しようという試みも、天然メタンハイドレート開発とは別に研究されています。(参照:石油天然ガス・金属鉱物資源機構HP)
メタンハイドレートの体積
みなさんはメタンハイドレートの実物をご覧になったことがあるでしょうか?多分ないと思います。その理由は、われわれが住んでいる環境(温度、圧力)下では存在できないからです。
ではどういった環境の下で存在することができるのでしょうか?キーワードは「低温高圧」です。
メタンハイドレートの安定条件
メタンハイドレートについて、下記のようにまとめてみます。
自然界の天然メタンハイドレートメタンハイドレートは「低温高圧」で存在することができます、すなわち、「温度が低い、かつ、圧力が高いところ」となります。定量的には以下のとおりです。
陸上のメタンハイドレート陸上で温度が低いところを考えるならば、北極や南極の近くの土地になるでしょう。ただし、メタンハイドレートは1気圧のもとではマイナス80℃以下の低温でなければ存在できません。極寒の極地方でも、常時マイナス80℃以下になることはありえません。
しかし、圧力が高くなれば、温度が多少高くてもメタンハイドレートは存在できるので、地層の重みがかかる地層中にメタンハイドレートが存在することができる可能性があります。
陸上のメタンハイドレート
海洋のメタンハイドレートメタンハイドレートが存在できる低温高圧の条件をもう一度見直すと、「50気圧下でプラス6℃以下」とあります。低温と言っても、圧力が高くなればプラスの温度、すなわち、氷でなく水が普通に存在する温度でもメタンハイドレートは存在することができます。そして、海洋においてこの環境を実現する場所が、水深500m以深の深海底面の下となります。
海洋のメタンハイドレート
天然メタンハイドレートの存在環境について以下のようにまとめてみます。
下図はこれまで世界でメタンハイドレートが発見・分布予測されている場所を示しています。
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レアメタル探査権取得へ 日本、南鳥島沖の公海 ハワイ沖以来26年ぶり2013.7.20 11:55 (産経)
経済産業省は20日、日本最東端の南鳥島沖約600キロの公海で、ハイテク機器に用いられるコバルトやニッケル、白金などレアメタル(希少金属)を多く含む海底地層「コバルトリッチクラスト」の探査鉱区(計3千平方キロメートル)を国際海底機構から独占取得する、と発表した。経産省によると、日本の同機構からの探査鉱区取得は、ハワイ南東沖の「マンガン団塊」以来、26年ぶり。
日本はレアメタルなど鉱物資源の大部分を世界各国からの輸入に頼っており、取得が実現して生産が可能になれば、資源の安定供給につながる。独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構(JOGMEC)が2012年に国際海底機構に申請し、ジャマイカで開かれた会合で19日(日本時間20日未明)に承認された。南鳥島沖では、13年度内に探鉱鉱区6カ所を取得。探査権は15年間有効で、日本はその間に本格的な調査に入り、開発技術の研究などに取り組む。
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鳥島という名の島がややこしいので、まず整理しておきます。
中国が岩だと難くせをつけて、未だに狙っているのが「沖ノ鳥島」、
レアアースで有名になったこの島は「南鳥島」です。
ほかに天然記念物のアホウドリで有名な鳥島が伊豆諸島の中にあり、
「伊豆鳥島」とも呼ばれていて、これらはどれも重要な鳥島です。
日本人なら忘れもしません。2年前に尖閣沖で中国船が日本の巡視船に体当たりして船長が逮捕された際に、中国は露骨にレアアースの対日輸出を規制して圧力をかけてきました。我々は資源に恵まれない祖国の厳しさを改めて痛感したのでした。
しかし日本人は、これに対して
○これら希少資源を使わずに代替の元素で有効な方法を探す
○廃棄物から回収(いわゆる「都市鉱山」)する方法の開発
また、いますぐの需要に応じるために、世界数か国でレアアース鉱山の開発を行い、既にどんどん稼働を始めています。
一方、ハワイ沖(公海)の海底から、沖縄の海底から、そしてこの南酉島周囲の海底から高濃度のレアアースを含む泥が採取されました。
まだごく一部の海域で調査が始まったばかりですが、特に南鳥島沖に無尽蔵に存在することはどうやら確かのようです。
片や中国は無計画に露天掘りで採掘しているので、雨で流れ、地下水に混入し、大規模な公害問題を引き起こしています。それもあと20年で枯渇をすると言われています。
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