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CO2と反応性増粘流体を用いた岩石破砕で、高温・高圧地下環境でも閉じにくいき裂を形成-地熱発電・天然ガス開発など地下資源開発への応用に期待-

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2026-07-08 東北大学

東北大学を中心とする研究グループは、CO₂水押破砕と反応性増粘流体を組み合わせることで、高温・高圧の地下環境でも閉じにくい岩石き裂を形成する新技術を開発した。従来の水圧破砕では、形成されたき裂が地圧で閉じやすく、砂などの支持材(プロパント)を深部まで運搬・維持することが課題だった。本研究では、低粘度のCO₂で岩石にき裂を発生させ、高粘度の反応性増粘流体を注入することで、き裂を開口・進展させると同時に、岩石表面を化学的に不均一に溶解して粗面化させた。その結果、支持材を用いなくても、表面の凹凸が地圧下でスペーサーの役割を果たし、流体が通る経路を長期間維持できることを実証した。本技術は、地下深部での流体透過性を持続的に確保できるため、次世代地熱発電や一部の天然ガス・天然水素開発などの地下資源開発における生産性向上が期待される。また、CO₂を利用する破砕技術であることから、地下資源開発とCO₂有効利用を両立する新たな地下エネルギー技術としても注目される。

CO2と反応性増粘流体を用いた岩石破砕で、高温・高圧地下環境でも閉じにくいき裂を形成-地熱発電・天然ガス開発など地下資源開発への応用に期待-

図1.CO2水押破砕と反応性増粘流体による閉じにくいき裂形成の概念図。き裂表面の不均一な溶解により凹凸が形成され、地圧下でも流体の通り道が残りやすくなる。

<関連情報>

CO₂反応性破砕は、破砕生成と化学的粗面化を組み合わせることにより、応力耐性のある透水性を生み出す CO2 reactive fracturing creates stress-resistant permeability by coupling fracture generation and chemical roughening

Luis Salalá,Eko Pramudyo,Kevin Ryano,Kazumasa Sueyoshi,Ryota Tamura,Jiajie Wang,Kiyotoshi Sakaguchi,Sho Ogata,Kazumi Osato,Takuya Teraoka & Noriaki Watanabe

Communications Earth & Environment  Published:02 July 2026

DOI:https://doi.org/10.1038/s43247-026-03768-6  Unedited version

Abstract

Permeability enhancement in subsurface reservoirs is commonly achieved by hydraulic or CO2-based fracturing, yet the resulting benefits are often short-lived because fracture apertures progressively close as effective stress increases. This limitation constrains the long-term performance of geothermal, carbon storage, and other subsurface energy systems. Here, we introduce CO2 reactive fracturing, a coupled hydraulic–chemical stimulation strategy that creates stress-resistant flow paths by integrating CO2-driven fracture initiation with localized chemical roughening of fracture surfaces. Using true-triaxial stress experiments on porous andesitic tuff, we show that viscosity-controlled water-assisted CO2 fracturing alone predominantly generates tensile, mated fractures with limited aperture stability. In contrast, introducing a shear-thinning reactive assisting fluid composed of a chelating agent and a minor fluoride source confines flow to fractures and induces localized dissolution of aluminosilicate and Fe-bearing minerals. This process increases fracture-surface roughness while suppressing reactive-fluid infiltration into the surrounding matrix, thereby enhancing aperture retention and sustaining permeability under elevated effective stress. Our results establish a general mechanism by which fracture generation and chemically induced roughening act synergistically to produce durable permeability, with broad implications for subsurface energy production and carbon storage applications.

0802流体資源の開発及び生産
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