メタンハイドレート
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メタンハイドレート (Methane hydrate) 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物質である。
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[編集] 概要
分子式はCH4・5.75H2Oと表され、密度は0.91g/cm3。この構造を維持するためには、環境が低温かつ高圧であることが求められる。地球上では、シベリアなどの永久凍土の地下数100m - 1000mの堆積物中や海底でこの条件が満たされ、メタンハイドレートが存在できる。実際にはほとんどが海底に存在し、地上の永久凍土などにはそれほど多くない。またメタンハイドレートを含有できる深海堆積物は海底直下では低温だが、深くなるにつれて温度が高くなるため、海底付近でしかメタンハイドレートは存在できない。これらの場所では、大量の有機物を含んだ土砂が低温・高圧の状態におかれ結晶化している。
地表の条件では、分解して吸熱反応を起こす。この時精製される水は氷の薄膜を形成するため、メタンハイドレートは常圧下-20℃程度でも長く倉庫に保存できる自己保存性を持つ。
見た目は氷に似ているが、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。1立方メートルのメタンハイドレートを1気圧の状態で解凍すると164立方メートルのメタンガスに変わる。こ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。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である。
[編集] 海底のメタンハイドレート
（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、水深1,000から2,000メートル付近での、地下数百メートルに集中する、メタンガス層の上部境目に多量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。
前述のとおり、石油資源に換わるエネルギー源として期待される一方、海中に湧き出したメタンが、大気中に出ることによって、地球温暖化の一因になっていると考えられている。大気中のメタンは、二酸化炭素の20倍もの温室効果があるとされている。メタンは大気中で12年程度で分解される。
[編集] 日本近海のメタンハイドレート
日本近海は世界最大のメタンハイドレート埋蔵量を誇ると言われ、このため日本のエネルギー問題を解決する物質として考えられているが、現在のところ採掘にかかるコストが販売による利益を上回ってしまう。そのため、商売として成立せず、研究用以外の目的では採掘されていない。今後、埋蔵量が残り少なくなった石油の採掘コストが上がり、メタンハイドレートが主要なエネルギー源となった場合、日本は世界最大のエネルギー資源大国になると言われている。日本政府は2016年までにこれらのメタンハイドレートの商業化に必要な技術を完成させる計画を行うとしている。ただし、他のエネルギー源が主流になり、メタンハイドレートが商業使用されないまま終わる可能性もある。さらに、中国や韓国などの近隣諸国が竹島、尖閣諸島の領有権を主張して排他的経済水域を奪い取り、これらの資源が失われる可能性がある。
[編集] 採取方法とその課題
海底のメタンハイドレートは潜水士が作業できない深海に存在し、また地層中や海底で氷のように存在するため、石油やガスのように穴を掘って簡単に汲み上げることも、石炭のように掘ることもできない。ゆえに低コストでかつ大量に採取することは技術的に課題が多い。採取方法によっては、大量のメタンハイドレートが一気に気化し大気中に拡散、地球温暖化に拍車を掛ける恐れもあり、慎重に検討すべきと指摘する研究者もいる。
現在までに提案されている主なメタン回収法は
の4種である。いづれもメタンハイドレートを現位置（メタンハイドレート貯留層内）で分解させ、メタンガスを回収する手法である。これらのうちでは減圧法が最も実現性が高いと考えられているが、2008年3月、石油天然ガス・金属鉱物資源機構は、カナダ北西部のボーフォート海沿岸陸上地域で永久凍土の地下1100mに存在するメタンハイドレート層から減圧法によってメタンガスを産出することに成功したと発表し、これを受けて同機構は4月、メタンハイドレート事業を2018年頃に商業化する方向を示した。
[編集] 発見の歴史
- シベリアなどの寒地において、天然ガスのパイプライン内にできるガスハイドレート（周辺構造は、メタンハイドレートとほぼ同じ）という現象や物質自体は、1930年代に確認されていた。
- 1960年代には、永久凍土内で、天然ハイドレートの堆積層が発見された。
- 1967年に、天然ガスハイドレート岩石資料が世界で初めてシベリアのヤクーチャの永久凍土地帯で採取された。
- 1970年代に至って、海底において大量に存在する可能性が予測され、実際に計測が行われた。
- 1974年、カナダのマッケンジー・デルタで、天然のメタンハイドレートが浅い砂質層に埋蔵されている事が発見された。
- 1996年、アメリカ合衆国内の海底において発見され、具体的研究が進められる。
- 2000年 南海トラフでメタンハイドレートの存在を確認。
- 2002年、日本・カナダ・アメリカ・ドイツ・インドの国際共同研究として、カナダのマッケンジー・デルタ Mallik 5L-38号井において、世界で初めて地下のメタンハイドレート層から地上へのメタンガス回収に成功した。
- 2006年 東京大学や海洋研究開発機構の研究グループによると新潟県上越市直江津港沖合30km付近に海底上（水深約900メートル）に露出しているメタンハイドレートを確認。海底面上にあるのは東アジア初。
- 2008年 独立行政法人の石油天然ガス・金属鉱物資源機構が、カナダの天然資源省との共同研究で、永久凍土の地下1100mのメタンハイドレート層から減圧法によってメタンガスを連続的に産出することに成功。これを受けて同機構は、2018年頃にメタンハイドレート事業を商業化すると発表する。
[編集] 生成原因
メタンが海底下で大量に発生する要因は、非生物（マントル）起源と、生物起源に大別される。
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。
[編集] 地球温暖化
メタンハイドレートは、海水温が2-3度上昇するだけで溶け出しメタンを大気中に放出するといわれている。
温暖化がすすむと海水温が上がり、メタンハイドレートが溶け出す。するとさらに温暖化がすすみ海水温を上げ、さらに多くのメタンハイドレートが溶け出す悪循環をおこす。2億5千万年前のP-T境界では、この現象が実際におこり、大量絶滅をより深刻なものにしたとされている。
[編集] 関連項目
- 天然ガスハイドレート (NGH)
- バミューダトライアングル
