2014/4/1 2:03
- 情報元 日本経済新聞 電子版
宇宙航空研究開発機構（ＪＡＸＡ）と富山大学の阿部孝之教授らは、火力発電所や工場から出る二酸化炭素（ＣＯ2）を燃料のメタンに効率よく変える技術を開発した。石油や天然ガスの代わりになる燃料を確保し、地球温暖化対策にも役立つ。数年後に実用化する予定だ。
メタンは天然ガスの主成分で、メタンから作るメタノールはプラスチックや合成繊維の原料になる。ＣＯ2はすでに一部で工業原料として使われているが、特殊な条件や多量のエネルギーが必要だ。コスト面でも問題がある。=======================================================
二酸化炭素からのメタンガス合成
http://www.hiroshima-u.ac.jp/upload/83/riezon/2010/hp/b-1miyaoka.pdf
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アウディ 水からメタンを生成しCO2排出を防ぐプランで多様化
http://clicccar.com/2013/12/03/239095/
2013/12/03 08:03 by Avanti Yasunori
アウディがドイツに建設した自社製プラントで水（H2O）を電気分解して水素（H2）を抽出、これに二酸化炭素（CO2）を反応させることにより、化学合成メタンガス（CH4）を生成する事業を2013年6月25日にスタート。
アウディはこうして生成したガスを「e-gas」と命名。
この「e-gas」生産プラントはFCV（燃料電池車）の燃料となる水素を生成するだけで無く、FCVが一般普及するまでの間、CNG（Compressed Natural Gas）車の燃料となるメタンガスの化学合成をも可能としている所が注目ポイント。
水を電気分解する際に使用する電力は再生可能エネルギーである風力発電の余剰電力を利用する徹底ぶり。
日本では2015年以降にガソリン／ディーゼル車、HV、PHV、EVからFCVへと移行する計画ですが、アウディはそこに自社製ガスとセットで走らせるCNG車を一枚咬ませているというワケです。
この天然ガスと同成分であるメタンガス「e-gas」を使うのがA3の「g-tron」。
同社のプラントが1年間に生成する約1,000tの「e-gas」は1,500台の「g-tron」に15,000kmの「CO2ニュートラル走行」を可能にすると言います。
つまり「e-gas」生成時に約2,800tのCO2を消費する為、「g-tron」が走行する際に排出するCO2全てが事前に回収済みで「ニュートラル」になるとの考え。
Audi A3 Sportback 「g-tron」のスペックは最高出力110ps、最大トルク20.4kgmで最高速度は190km/h、0－100km/h加速を11secでこなします。
同車は「e-gas」の他にも、CNG、バイオメタンガス、ガソリンを燃料にすることが可能で、これらを組み合わせた最大航続可能距離は1,300kmに達する模様。
VWグループに属するアウディは環境技術には「多様性」が必要としており、今回の大掛かりなプラント建設もその一環。
「e-gas」は既存のCNG供給ネットワークを通じてドイツ全土に供給される模様。
一方でアウディは「g-tron」に加えてPHVの「 e-tron」を開発済み。
ガソリンとモーターにより0-100km/h加速が7.6秒、最高速度222km/hに到達。
モーターのみで走るEVモードでもパワフルな加速を提供、最高速度130km/h、平均燃費66.67km/Lの性能を保有。
このように周到な準備でガソリン車の走りと環境負荷軽減の両立を目指すアウディは他社に先駆けて代替燃料の多様性実現で着実に成果を出しつつあるようです。
■Audi A3 Sportback G-tron Webサイト
http://www.audi.de/de/brand/de/neuwagen/tron/a3-sportback-g-tron.html
〔関連記事〕
・FCV（燃料電池車）のコストダウンには脱レアアースが必須!
http://clicccar.com/2013/10/20/233735/
・FCVインフラ整備で｢メイドインジャパン｣の底力を!
http://clicccar.com/2013/08/31/229160/
・水素の液体化で体積500分の1に! FCV(燃料電池車)に革命 !!
http://clicccar.com/2013/08/19/228146/
・究極のエコカー「燃料電池車」の時代は実はすぐソコまで来ている !
http://clicccar.com/2013/05/08/219216/
・トヨタとダイムラーが予定するFCVの壮大な普及計画が判明 !
http://clicccar.com/2013/02/13/212741/
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http://www.mext.go.jp/a_menu/kagaku/chousei/data/14/hyoka030129/2/63.pdf
（中間評価）
電気化学的・光電気化学的還元によるCO2ガスの有用成分への変換
（研究期間：平成１２年度～平成１３年度）
研究代表者： 吉田 章（独立行政法人産業技術総合研究所）
研究課題の概要
CO2ガスの有用成分への変換について、光電気化学的還元、電気化学的還元の２つのアプローチから研究を行う。
光電気化学的還元では、太陽光で水から水素を生成し、この発生期の水素を二酸化炭素固定化
触媒にスピルオーバーさせて、メタン、ホルムアルデビド、蟻酸、メタノール及びエタノールを合成する。太陽光のエネルギーの１０％を有機物に変換することを目指す。
電気化学的還元では、多結晶銅及び銅合金の結晶方位、結晶子径を制御した電極による電解還
元や、炭素電極、無機高分子修飾電極によるエチレン収率の向上を行う。（メタン＋エチレン）
の生成に費やされる電流効率が全体の７５％を上回ることを目標とし、見かけの電極電流密度を
50mA/cm2まで高める。
(1)総評
電気化学的還元と光電気化学的還元の二法を用いて、二酸化炭素から有用な有機化学物質を
得ようとする研究である。前者の方法では、炭素電極や銅合金電極を使用して、主にメタンと
エチレンをかなりの収率で得るなど相当の成果をあげていると言える。一方、後者の方法では、
初期の目標である太陽エネルギーの１０％をメタノールへの変換に利用するという成果を得
るには全く及ばなかったが、太陽光のみでメタノール及びエタノールの生成を認めたことは評
価できる。この両方法間での討論ならびに全体としての研究の統一性に欠けており、さらに、
本研究は国際共同研究であるにもかかわらず、単なる情報交換、講演会の開催にとどまってい
る。全体としてはある程度の成果をあげた研究と言えるが、少なからずの評価委員が、不十分
であると判断している。〈総合評価：b〉
(2)各テーマにおける評価結果
①光電気化学的二酸化炭素の還元
種々の電極を用いて、水素による二酸化炭素の還元反応を行い、主にメタンとエチレンから
なる有機化合物を得ている。電極としては、銅電極、銅合金電極（Cu-Ag系、Cu-Zn系、Cu-Sn-P
系及びCu-Be系）、ガラス状炭素電極及び炭素繊維電極を試みている。銅電極では（メタン＋エ
チレン）の生成収率は６２％に、銅合金電極では銅の含有率が高い程その生成率が良かったが、
なかでもCu-Sn-P（リン青銅）系で７０％に達した。一方、ガラス状炭素電極では生成効率６３
％を得、炭素繊維電極では５８％であった。以上の中で、エチレンの生成効率が最も高かった
のは炭素繊維電極を用いた場合で、３０.５％に達する結果を得ている。これらの成果は、当初
目標とした電流効率が全体の７５％を達成したいとした期待値にほぼ達したと高く評価できる。
ただし、口頭発表はされているが報文化して発信することが遅れている点は問題である。また、
二国間国際共同研究であるにもかかわらず、それが研究面に表れておらず、単なる相互訪問に
よる情報交換に終わっている点にも問題がある。本来は、それぞれが得意とする実験装置や触
媒を用いて実験を行う形式や、外国人分担者の指導による研究の推進の形をとるべきであろう。
②電気化学的還元による有用成分への変換
当初の目標、即ち、太陽光で水を分解して水素を発生させ、これと二酸化炭素固定化触媒を
用いて二酸化炭素から種々の有機化合物を生成させ、太陽エネルギーの１０％を有機物に変換
するという設定が余りに高すぎたために、残念乍らその目標はほとんど達成されていないとい
う結果に終わっている。即ち、平板型及び平行湾曲鏡による集光では期待したようには温度が
上がらず、二酸化炭素からメタンとホルムアルデヒドと蟻酸が少量生成したにすぎなかった。
一方、凹面鏡による集光法ではCu-ZnO系二酸化炭素固定化触媒とチタン系光触媒との複合化触
媒を用いた場合には、上述の化合物に加えて更に少しのメタノールの生成を、また、
Fe-Cu-K-Al203系固定化触媒との複合化触媒では、以上の生成物に加えて量的には微々たるもののエタノールの生成を認めた。本当に複合化触媒を合成出来たかどうか、その同定は不十分で
あるが、生成量は微量であるものの太陽光のみでメタノール及びエタノールの生成を認めたこ
とは評価できる。非常に挑戦的な研究であるためかなりの困難を伴っているが、口頭発表や報
文化に努力が認められる。一方、国際共同研究については、前項で記したように不十分であり、
さらに、それぞれのサブテーマにおいては研究協力が見られるものの、両サブテーマ間の連携
整合性は残念ながら見られない。電気化学的及び光化学的両還元法いずれにおいても応用面か
らのアプローチは評価されるが、実用レベルには達していない。学術的にも触媒の材料学的工
夫が必要と思われる。
(3)評価結果
（１）科学価値（２）①
科学的波及効果
（３）情報発信（１）指導性
（２）
連携・整合性
（１）受入体制（２）海外機関（３）意義
ｂ ｂ ｂ ｂ ｂ ｂ ｂ ｃ ｂ ｃ ｂ
総合評価２．目標設定
３．研究成果４．研究体制
１．目標達成度
５．国際共同研究
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メタン
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A1%E3%82%BF%E3%83%B3
メタン（独: Methan[† 1]、英: methane[† 2]）は最も単純な構造の炭化水素で、1個の炭素原子に4個の水素原子が結合した分子である。化学式は CH4。和名は沼気（しょうき）。分子は炭素が中心に位置する正四面体構造をとる。CAS登録番号は [74-82-8]。カルバン (carbane) という組織名が提唱されたことがあるが、IUPAC命名法では非推奨である。
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再生可能エネルギーによるCO２のメタン転換技術共同開発について
2012年02月15日
https://www.hitachizosen.co.jp/release/2012/02/000102.html
日立造船株式会社
アタカ大機株式会社
日立造船株式会社（大阪市住之江区、古川 実会長兼社長、以下、日立造船）および同社グループで水処理事業を展開するアタカ大機株式会社（東京都港区、小川 泰雄社長、以下、アタカ大機）は、このほど、タイの石油・天然ガス採掘会社であるPTTEP社（バンコク、PTT Exploration and Production Public Co., Ltd）と、ＣＯ２のメタン転換技術について共同開発することに合意し、契約を締結しました。
本件は、天然ガス採掘の際に発生するＣＯ２を、風力などの再生可能エネルギーを用いてメタンに転換し、ＣＯ２のリサイクル・再燃料化を目的とするものであり、プロジェクトの第一段階として、Ｈ２４年１月より実用化可能性調査を開始しました。現在、天然ガス採掘の際にはガス田に含まれるＣＯ２が発生していますが、今回の研究開発が実現すれば、発生するＣＯ２の１００％をメタンに転換することが可能となります。
ＣＯ２のメタン化技術は、アタカ大機と東北大学・東北工業大学両大学の名誉教授である橋本功二氏が２０年以上にわたり研究開発を行ってきたもので、再生可能エネルギーを用いた水電解によって水素を生成し、その水素とＣＯ２を触媒が充填されたリアクターで反応させることでメタンを生成するものです。日立造船およびアタカ大機は、PTTEP社と共同でガス田から発生するＣＯ２のメタン化プロセスの確立を目指します。
日立造船は、Ｈ２３年度からの長期ビジョンである「Hitz 2016 Vision」でグリーンエネルギーを事業ドメインの１つに掲げており、再生可能エネルギーである風力発電や太陽熱発電、バイオマス発電およびＣＯ２削減技術に積極的に取組んでいます。また、アタカ大機も将来事業の大きな柱として、ＣＯ２メタン転換技術、再生可能エネルギーを水素エネルギーに変換する水電解技術に積極的に取組んでいます。
グリーンエネルギーは、世界中で急速に市場が拡大しつつありますが、日立造船グループはこれまで培ったノウハウを活かし、今後も積極的にグリーンエネルギー事業に取組んでいく所存です。
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CO2 によるメタンハイドレート中のメタンの置換
http://www.mp.energy.kyoto-u.ac.jp/image/Myojin.pdf
平成20 年度入学 ミネラルプロセシング分野 明神 彰仁
1．研究の目的
日本周辺海域には大量のメタンハイドレートが眠っていることが知られている。海底下に存在
するメタンハイドレート中のメタンをCO2 で置換できれば、ハイドレートを分解させることなく
メタンの回収が可能であるだけではなく、温室効果ガスであるCO2 の海底貯留も同時に行える方
法として有効であると考えられる。しかし、ハイドレート中のゲスト分子の置換に関する研究は
不十分である。そこで本研究では高圧セルを用いて、CO2 によるメタンハイドレート中のメタン
の置換挙動について検討した。
2．実験装置
本実験で用いた実験装置を図1 に示す。高圧セルの最大耐圧・内容量は40 MPa・350 mL であり、セルの周囲に不凍液を循環させ低温を保つ。サファイア製の観察窓から肉眼でセル内部を確認することができる。
3. 実験方法・条件
メタンハイドレートが存在する海底条件下での温度は275~283 K であり、この範囲ではCO2 はメタンに比べてハイドレート化しやすいことが知られている（図2）。この平衡条件の違いを利用すればメタンハイドレート中のメタンをCO2 で置換できると考えられる。まず、低温に保った高圧セルにメタンを圧入し、メタンハイドレートを生成させた。その後、高圧セル内の気相をメタンからCO2 に入れ替え、攪拌しながらハイドレート内のゲスト分子の置換を行った。置換量の時間変化はガスクロマトグラフィーにより測定した。なお、置換時の温度・圧力は276 K・4 MPa とした。これは海底での温度に相当し、図2 に●で示したようにメタン・CO2 が共にハイドレートで存在できる条件である。
4．結果と考察
置換開始からの経過時間と置換量の変化を図3 に示す。置換開始後10 分までは置換速度が大きく、15 分までは緩やかに増加した後に、20 分後くらいからは約68％で安定している。ゲスト分子の置換はメタンハイドレートとCO2が接触する界面で起こると考えられる。そのため、置換が進むにつれてメタンハイドレートとCO2の接触する面積が小さくなり、時間経過によって置換速度は小さくなっていったと推察できる。また、置換割合が100％にならなかったのは、ハイドレートの中心部が置換されずに残るためだと考えられる。
図1 実験装置
図2 平衡条件
図3 実験結果
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Help on this question:
https://answers.yahoo.com/question/index?qid=20090602163749AAmwOoZ
A sample of methane gas having a volume of 2.80 L at 25ºC and 1.65 atm was mixed with a sample of oxygen gas having a volume of 35.0 L at 31ºC and 1.25 atm. The mixture was then ignited to form carbon dioxide and water. Calculate the volume of CO2 formed at a pressure of 2.50 atm and a temperature of 125ºC.
25ºCと1.65気圧の2.80L量があるメタンガスの試料は、31ºCと1.25気圧で35.0L量がある酸素ガスの試料を混ぜ合わせられました。
それから、混合は、二酸化炭素と水を形成するために火をつけられました。
2.50気圧の圧力と125ºCの温度で形成されるCO2の量を計算してください。
Best Answer Voter's
Well assuming that it's a complete reaction you would use PV/T=PV/T
and then use that to see how much CO2 gas would be formed with that much methane and then do the same thing with oxygen gas, but remember it's a 2:1 ratio of oxygen gas to CO2 gas because the reaction equation would be CH4+2O2 ---> CO2+2H2O so you would have to acount for that.
When you do the math out you should be able to get 2.47L of CO2 with that much methane gas and 11.46L of CO2 with that amount of oxygen gas if you had unlimited methane gas, which you don't so the amount of CO2 gas formed is the smaller number 2.47L
Other Answers
The balanced equation for the reaction of methane gas with oxygen gas is the following:
CH4(g) + 2 O2(g) --> CO2(g) + 2 H2O(g)
First, we need to find the number of moles of each gas using the ideal gas equation:
(P)(V) = (n)(R)(T)
Moles of methane:
n = [(P)(V)] / [(R)(T)]
P = 1.65 atm
V = 2.80 L
R = 0.0821 L∙atm/mol∙K
T = 25°C + 273 = 298 K
P = [(1.65 atm)(2.80 L)] / [(0.0821 L∙atm/mol∙K)(298 K)]
P = 0.189 mol of CH4
Moles of oxygen:
n = [(P)(V)] / [(R)(T)]
P = 1.25 atm
V = 35.0 L
R = 0.0821 L∙atm/mol∙K
T = 31°C + 273 = 304 K
P = [(1.25 atm)(35.0 L)] / [(0.0821 L∙atm/mol∙K)(304 K)]
P = 1.75 mol of O2
According to the equation at the top, two moles of oxygen are required to react with one mole of methane. If 0.189 mole of methane is available, there should be at least twice as many moles of oxygen to react completely with it.
2 x (0.189 mol CH4) = 0.378 mol O2
Since only 0.378 mole of oxygen is required, and 1.75 mole of oxygen is available, oxygen is present in excess, and methane is the limiting reactant that will determine the amount of carbon dioxide formed.
Next, using dimensional analysis and equation coefficients, let's convert 0.189 mole of methane to moles of carbon dioxide, to liters of carbon dioxide at STP. We shall need the following equalities to make conversion factors:
1 mol CH4 = 1 mol CO2
1 mol CO2 = 22.4 L CO2
[(0.189 mol CH4)/1][(1 mol CO2)/(1 mol CH4)][(22.4 L CO2)/(1 mol CO2)] = 4.23 L of CO2 at STP
Since carbon dioxide was not collected at STP, let's use the combined gas law equation to correct the volume of carbon dioxide to laboratory conditions:
[(P1)(V1)] / (T1) = [(P2)(V2)] / (T2)
STP conditions:
P1 = 1.00 atm
V1 = 4.23 L
T1 = 273 K
Laboratory conditions:
P2 = 2.50 atm
V2 = ?
T2 = 125 ºC + 273 K = 298 K
V2 = [(P1)(V1)(T2)] / [(T1)(P2)]
V2 = [(1.00 atm)(4.23 L)(298 K)] / [(273 K)(2.50 atm)]
V2 = 1.85 L of O2
Answer: The volume of CO2 formed at a pressure of 2.50 atm and a temperature of 125ºC was 1.85 L.
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地下カーボンリサイクル
http://co2.eco.coocan.jp/menu4.htm
2010年 5月15日（土）午後10:00～午後10:35NHK教育テレビのサイエンスＺＥＲＯ「資源になる！？二酸化炭素を利用せよ」の中で「メタン生成菌はきわめて珍しく、海底から二種類しか見つかっていない」と言っていましたが、実は、メタン生成菌は沼や水田の泥の中など、地下に豊富に棲んでいて、種類も多様です。メタン生成菌は酸素に弱く、地下や動物の腸の中などのような酸素が無い場所にしか棲んでいないため、あまり知られていなかっただけです。海底だけではなく、沼や湖の地下の堆積物や油田や石炭層の中などでメタン生成菌が最近続々と見つかっていますので、二酸化炭素(CO2)を地中貯留(CCS)しておけば、メタン生成菌によりCO2がメタンに変換され、将来メタン・ガス田として再生する可能性があります。この地下カーボンリサイクル技術は、1999年第４回温室効果ガス管理国際会議(GHGT-4)で私が世界最初に発表
し、2000年エネルギー資源学会創立20周年記念懸賞論文優秀賞を受賞しました。その後、カナダ、米国、ドイツにも研究が広がっています。日本でも細々ながら研究が進み、琵琶湖岸の地下堆積層や夕張・青森沖の地下石炭層や千葉の天然ガス田や秋田・新潟の油田などで続々メタン生成菌が見つかり、CO2を削減しながら、油・ガス田・炭田を再生する夢の技術もようやく実用化の望みも見えてきたところです。サイエンスＺＥＲＯでは、百年後に使えれば良いと言っていましたが、ずっと早く実現しそうになってきています。なお、蛇足ですが、メタン生成菌は地球生命の共通祖先にごく近い微生物で、しかも火星から来た宇宙生物かもしれないという貴重な生きた化石でもあります。40億年も生き残り、地下千メートル級の（有機物を含まない溶岩の固まった）玄武岩中でCO2だけでも生きているしたたかな微生物（だから宇宙旅行も可能だった？深地下や深海底だけでなく、もし火星の地下でもメタン生成菌が見つかれば、私達が火星からの侵略者の子孫だった証拠になり、21世紀最大の発見になります。昨年、火星にメタンが大量に湧出している地域が見つかっているので、望みがありそうです。本CCSニュースの2009年1月15日をご覧ください。最近までメタン生成菌は細菌bacteriaの一種と思われていましたが、まったく異なる生物と判り、古細菌または始原菌archeaと呼ばれるようになりました。）なのですが、酸素の多い大気中では生きられないので研究が遅れていました。今後、地下生物の研究の進展は、地球環境の理解／保全にも必須です。地表の大気には酸素が豊富に含まれているので、炭素に酸素が結合して二酸化炭素(CO2)がもっとも安定ですが、地下は遊離酸素が無い還元性の環境であるため二酸化炭素(CO2)より炭素に水素が結合したメタン(CH4)の方が安定な地表とはあべこべの世界です。実は、生命が誕生した頃の太古の地球大気には酸素が無かったので、地下と似た世界でした。そこで太古の地表では、二酸化炭素を還元してメタンに変換してエネルギーを得るメタン生成原菌が栄えていました。ところがシアノバクテリアが誕生して、有毒な酸素ガスをばらまいたためにメタン生成原菌は地下や動物の腸内などの酸素の無い所に追いやられてしまいました。しかし、今でも地下にはメタン生成原菌が大量に存在し、二酸化炭素(CO2)や有機酸をメタンに変換することによりエネルギーを得ています。地表での燃焼とはあべこべの化学反応（還元）により生きているのです。
そこで、二酸化炭素(CO2)を地下に注入すると、メタン生成原菌がCO2をエサにして、メタンを排出します。CO2地中貯留をしている間に、メタン生成原菌がCO2を還元してメタン鉱床を再生して、地中炭素リサイクルを実現できれば、温暖化防止と将来のエネルギー再生が同時にできることになります。夢の技術ですが、日本の地下でも微生物に依るCO2還元メタン再生が起きうることは確かめられています。メタンハイドレートもコールベッドメタンも水溶性天然ガスも、その多くがメタン生成原菌の排泄物なのです！
＜地中メタン生成古細菌によるカーボンリサイクルの提案＞
により、エネルギー資源学会創立20周年記念懸賞論文優秀賞(2000年)を受賞しました。 
主な解説・論文
1999a, H.Koide:Geological sequestration and microbiological recycling of CO2 in aquifers, in B.Eliasson, P.Riemer & A.Wokaun eds.: Greenhouse Gas Control Technologies, Proc. 4th Int. Conf. on Greenhouse Gas Control Technologies, Pergamon, p.201-205
1999b, H.Koide:Prospect of geological sequestration of CO2 for greenhouse gas mitigation and natural gas recovery, The International Journal of the Society of Materials Engineering for Resources, Special Issue of ICMR'98 AKITA, Vol.17, No.1, p.4-10
2001, H.Koide:Subsurface biogeochemical carbon recycling: CO2-EGR with microbial methanogenesis in geochemically sealed aquifers, in D.Williams et al. Eds., Greenhouse Gas Control Technologies, CSIRO Publishing, p.578-582
2002, 小出 仁: CO2地中固定－地球温暖化防止とエネルギー問題の同時解決へ－、未来材料、第2巻第8号,p39-45
2002, 西村 進、桂 郁雄、小出 仁: CO2の堆積物中固定の研究、自然と環境、Vol.4、p.54－65
2003, H. Koide, S. Nishimura, S.Satsumi, Z. Xue and X. Li: CARBON SEQUESTRATION IN COAL SEAMS IN JAPAN AND BIOGEOCHEMICAL CARBON CYCLE IN TERTIARY SEDIMENTARY BASINS, Greenhouse Gas Control Technologies, J. Gale and Y. Kaya (Eds.)19-03 Elsevier Science Ltd.p.703-708
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地中メタン生成古細菌によるカーボン・リサイクルの提案
http://co2.eco.coocan.jp/ref/A32methanewinery.pdf
1 地圏長期評価研究協会会報, 20 0 3 年1 月
地中メタン生成古細菌によるカーボン・リサイクルの提案
Carbon recycling by subsurface microbial methanogenesis
早稲田大学/（ 財）地球環境産業技術研究機構 小出 仁
Waseda University / Research Institute of Innovative Technology for the Earth
Hitoshi Koide
ABSTRACT:
There is an enormous a mount of methane in subsurface formations in the world.
Most of the natural gas resources , howeve r, is hardly econo mically recoverable as the methane is
adsorbed in coal seams, trapped in hydrate clathrate or dissolved in saline groundwater . Shallow
accumulation of methane is even a hidden threat of explosive global warming. Enhanced gas
recovery by subsurface CO2 injection (CO2-EGR) is apracticable solution for the greenhouse gas
control with efficient use of potential energy resources.
Extremely light isotopic compositions of carbon in methane suggest that methanogens formed many subsurface accumulations of methane - rich natural gas in the world. Chemolithotrophic
methanogens, that belong to Archaea, form methane from CO2 and gain energy with out sunlight in anoxic circumstances. Methangens are often blamed for greenhouse gas emission as they produce
methane in bowels of cows and termites and in rice paddy.
However , reapplication of CO2-EGR for sub surface biogenic methane that is converted from
disposed CO2 makes the carbon recycling possible.
Subsurface ecosystem is some what similar to archaic ecosystem that is
Hitoshi Koide (2003) Carbon recycling by subsurface microbial methanogenesis, IGA
Letters, No.4, p.26-34 [小出 仁 (2003)地中メタン生成古細菌によるカーボン・リサイクル
の提案、地圏長期評価研究協会会報、第4号,p26-34]
2
adapted to an oxic CO2-rich atmosphere under high pressure and temperature.
Bionic methanogenes is isactive even in deep basaltic aquifers.
Subsurface bio geo chemical carbon recyling may realize greenhouse gas control with restoration of
energy resources.
１． はじめに
将 来、20 世紀は「石油バブルの世紀」として記憶されることになるであろう。20世紀初頭に石油を燃料として実現した航空機や自動車の発達による交通革命が世界を小さくし、さらに石油化学の発達など産業技術の爆発的発展を石油が支えた。しかし、その一方で便利な石油資源の浪費と環境問題という負の遺産を残したことの方が後世の人類への影響が大きい。20 世紀に続く21 世紀は、石油資源の枯渇と地球環境問題により「バブル崩壊の世紀」になる恐れがある。破局を避けるために、省エネルギーや代替エネルギー開発など数多くの努力が進められている。しかし、石油は日本のエネルギー消費の55%、世界の39%を占めている中心のエネルギー源(1996 年)1)
であるだけに、抜本的な改善は難しい。
様々な廃棄物問題が深刻になっていることから、リサイクルによってゴミの量を減らす努力がいろいろな分野でなされている。化石燃料の燃焼によって排出されるCO2もリサイクルすることが出来れば、温室効果ガス排出削減の決め手になると期待される。しかし、炭化水素からなる化石燃料をカーボン・リサイクルすれば、化石燃料の内蔵するエネルギーのうち炭素の担っている分のエネルギーは理論的には利用出来ないことになる。ほとんど炭素からなる石炭の場合は、リサイクルすればエネルギー源としては利用していないことになる。したがって、カーボン・リサイクルを実現するには、化石燃料以外のエネルギー源を利用する必要がある。例えば、太陽電池や水力発電により得た電気で水を電解して水素を製造し、水素によってCO2 もを化学的に還元して、メタンやメタノールを再生産する
2)。あるいは、微細藻類等による光合成で有機物や水素を生産する生物的固定・有効利用する方法が研究されている
3)。これらのカーボン・リサイクルの多くは、根本的には太陽エネルギーを利用しているため、
広い面積の地表あるいは水面を必要とし、他の土地利用や水面利用と競合しやすい。
3
そこで太陽光を必要としない、地中嫌気性化学合成独立栄養微生物生態系を活用した、地表面や水面を用いない新しい生物的カーボン・リサイクルの方法を提案する。
2. CO2地中圧入と未利用天然ガス回収
1996 年からノルウェーでCO2 地中貯留の実操業が開始された
4)。また、米国などの産油国では原油増進回収のためにCO2 を地中に大規模に圧入している。CO2 地中貯留は既に実用技術になっていると言える。しかし、新しい技術であるだけに、地中にお
けるCO2 の挙動がよく判っていないなど、重要な研究開発課題が多く残されている。
安全性を高め、効率を高め、コストを低下させ、さらに貯留だけではないCO2 地中圧入による積極的な利益を高めようとする研究が開始されている。
Koide ら
５ )は、CO2 を地中圧入して、地盤沈下を防止しつつ水溶性天然ガスを回収する方法を提案した（ 図１）。また、凍土層・メタンハイドレート層の下の帯水層にCO2 を圧入して、凍土層・メタンハイドレート層の直下の岩層中に溜まっているフリーガスを回収する。凍土層・メタンハイドレート層の下には圧入したCO2 が溜まるため、メタンハイドレート中のメタンを一部置換しつつ、メタンハイドレートの下にCO2 ハイドレート層を形成する。CO2 ハイドレートは、地下300m 程度より深部では
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氷やメタンハイドレートより高温でも安定なため、地球温暖化によっても解けないので、封じ込められたメタンやCO2 を大気中に放出しない（ 図２ )。このため凍土層・メタンハイドレート層のCO2 ハイドレート化補強によって、懸念されている地球温暖化の爆発的進行を防ぐことができる。
米 国のニューメキシコ州San Juan Basin で世界最初のCO2 地中圧入によるコールマインガス増進回収法(CO2-ECGR、図３ )のパイロットテストが実施され、3 年間で75-100％生産を増加させることに成功した
７ )。1996 年以来12 万トンのCO2 を圧入したが、炭層に吸着されてCO2 漏出はほとんどなかった。San Juan Basin では、3700億立方メートルの メタンをCO2-ECGR により新たに回収でき、千立方フィートあたり0.5 ドルのCO2 供給代を払っても利益が上がるとしている。
日本の炭層は、構造が複雑であるが、コールマインガス（ メタン）の量は比較的に多いことが知られている。経済的に採掘の対象にならない深部の炭層や採掘跡の旧鉱でも、コールマインガスを採取できる可能性は大きい。コールマインガス増進回収技術（CO2-ECGR） は、地球温暖化防止と未利用の非在来型天然ガス資源の開発が出来る一石二鳥の技術である。
3. 地中メタン生成細菌によるメタン再生
水溶性天然ガス、コールマインガス、メタンハイドレート等の膨大な量のメタン
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資源が世界的に存在する。これらの地下の比較的浅所に存在するメタンを主成分とする天然ガスの多くが、メタン生成細菌によって生成されたことが、炭素同位体比の研究などから明らかにされている
8)。最近、1000m 以上の地下深部の玄武岩層からメタン生成細菌の活動が報告されている
9)。メタン生成細菌は古細菌の一種で、酸素があると活動できない偏性嫌気性微生物で、CO2 と水素からメタンを合成することによりエネルギーを得る。太陽光なしで、CO2 を有機物に固定化する化学合成独立栄養微生物である。深部の玄武岩層中では、熱水と玄武岩の反応で生成された水素とやはり地下深部に由来するCO2 という無機起源の材料から、メタン生成細菌はメタンを合成してエネルギーを得て、生きていると考えられる。すなわち、地熱をエネルギー源としてCO2 からメタンを生成する（表1）。
玄 武岩層は海洋底下に広範に広がっているので、メタン生成細菌の活動の場は膨
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大に存在する。生命が誕生して間もない頃の、高温高圧でCO2 に富み酸素に乏しい原始地球大気下にメタン生成古細菌は適応していたと考えられる。地下深部の塩水帯水層にCO2 を圧入すると、原始地球の海洋に近い条件が成立し、メタン生成細菌が活動しやすい環境になり、CO2 からメタンが再生され、カーボン・リサイクルが実現する可能性がある。
堆積岩中には、砂や泥と共に多量の有機物が一緒に堆積している。したがって、堆積岩の帯水層中では有機物の嫌気性微生物による発酵によっても水素とCO2 が供給される。水田土壌中でメタン生成細菌が活動して、大気中にメタンを放出することが、地球温暖化の要因の一つとされている。半地下式のメタン発酵槽は、メタン生成細菌
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と有機物を分解する嫌気性微生物の共生により有機廃棄物から効率的にメタンを発生、利用できる仕組みとして用いられている。堆積盆地の地下深部では、天然に有機物のメタン発酵が起こり、水溶性天然ガスや炭層ガスやメタンハイドレートのメタンを生成したと考えられる。
メタン生成細菌によって形成された天然ガスを回収した後の帯水層にCO2 を貯留しておくと、残存するメタン生成細菌の活動により、CO2 がメタンに変換されうる。
トラップ構造を伴う帯水層であれば、再生されたメタンは帯水層中に集積され、大気中に逃げない。このメタンを回収すれば、カーボン・リサイクルが実現する（図４ ）。
地下深部の酸素に欠乏し、太陽光の入らない環境下でCO2 を有機物に固定する嫌気性の化学栄養独立合成微生物は多数の種類が存在する。日本の油田から、CO2 から石油成分になる炭化水素を合成する嫌気性細菌が採取されたことは特に注目される
10,11)。CO2 を地中に圧入して、石油を再生することも夢ではないかもしれない。最近では、メタン生成細菌と、それに水素を供給する通性嫌気性細菌の共生により真核生物が生じたとする説が有力になっている
12)。地中微生物は嫌気性好熱性の古細菌および真性細菌であり、原始生命に近く、生化学的に極めて多様である
13,14)。未知の機能を持った微生物がなお地中に潜んでいる可能性は大きい。地下深部の石炭、低品位の炭質物、採取困難な深部の重質油、タールサンドやオイルシェールなどもCO2 と地中微生物の利用により回収可能になるかもしれない。CO2 の固定に生命創成期の原始環境を利用できる可能性は大きく、今後の研究進展が期待される。
地中微生物により天然ガス鉱床が再生されれば、真のカーボン・リサイクルや栽培鉱業が実現し、資源問題と地球温暖化問題を一挙に解決できる可能性がある。しかし、地中の微生物探査は、多くの労力と費用を要するフロンティア探検に匹敵する事業であろう。地中微生物によるカーボン・リサイクルは、植林事業に匹敵する長期的視野による取り組みが必要と思われる。
参考文献
1) 資 源エネルギー庁；21 世紀、地球環境時代のエネルギー戦略,(1998),178,通商産業
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2) 斉 藤昌弘；CO2 の化学的有効利用,環境管理,34-8(1998),760-765.
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3) 浅 田泰男；CO2 の生物的固定・有効利用,環境管理,34-8(1998),760-765.
4) R. Korbøl and A. Kaddour; Sleipner Vest CO2 disposal- Injection of removed CO2 into
the Utsira formation, Energy Convers. Mgmt, 36-6/9, (1995), 509-512.
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(1992), 619-626.
6) H. Koide et al ; Hydrate formation in sediment s in the sub-seabed disposal of CO2,
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1570 (1993), 583-606.
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10) 今 中忠行・森川正章;石油を作る細菌、燃料及び燃焼、62-5(1995)、323-330.
11) 森 川正章・金 沙・金谷茂則、今中忠行;炭酸ガスからの石油生成、日本農芸化学
会誌、72-4(1998)、p.532-534.
12) W.Mar tin and M.Müller ; The hydrogen hypothesis for the first eukaryote,
Nature,392(1998),37-41.
13) 上 木勝司、永井史郎； 嫌気微生物学、養賢堂(1993),323.
14) 古 賀洋介、亀倉正博； 古細菌の生物学、東大出版会(1998),301.ｓ
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Biomethane Production from a Biogas Plant: turning waste into clean fuel for transportation
アップロード日: 2010/04/16
This video illustrates how biomethane can be produced from waste and turned into transportation fuel from a biogas upgrading plant.
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http://youtu.be/mCebM7a5XBQ
アップロード日: 2008/11/10
BioConstruct shows the construction of a biogas plant. For more information about BioConstruct and intelligent biogas technology please visit http://www.bioconstruct.com
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The biogas project
アップロード日: 2010/05/31
Report from Katulani Secondary School, Kitui Kenya
The biogas project, part 2
Report from the construction of the 48 m3 biogas-digester at Katulani Secondary School, Kitui Kenya. The film shows how to make a biogas digester.
The biogas is produced by digesting the pig manure, and biogas is the worlds cleanest energy source.
The project with pig-farm and biogas-plant is financed trough a lot of contributors i Norway. No governmental support.
The inauguration was 23rd october 2010.
The biogas is produced by digesting the pig manure, and biogas is the worlds cleanest energy source.
The project with pig-farm and biogas-plant is financed trough a lot of contributors i Norway. No governmental support.
The inauguration was 23rd october 2010.
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