メタンハイドレート
水の分子に天然のメタンガスが取り込まれた物質。シャーベット状の固体であることが多く、「燃える氷」の異名を持つ。
メタンハイドレートは燃焼しやすく、燃焼後には有害物質を出さない、二酸化炭素排出量も化石燃料の半分以下である、といった特徴があり、従来の石油・石炭に替わる新たな天然ガス資源として注目されている。
日本近海の海底には世界有数の埋蔵量を持つメタンハイドレートの埋蔵域があると推定されている。
独立行政法人 石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）は2012年2月に、メタンハイドレートを掘削し天然ガスを産出する取り組みを開始すると発表した。
関連サイト：
メタンハイドレート - J NEWS WEB（JOGMEC 資源情報館）
メタン‐ハイドレート【methane hydrate】
メタンハイドレート（めたんはいどれーと）（methane hydrate）
メタン分子が低温かつ高圧の状態で水分子と化合してできるゼリー状または粉雪状の化学物質のこと。石油や石炭といった従来の化石燃料に代わる次世代のエネルギー資源として期待されている。
メタンハイドレートは、水和物として燃えやすいメタンガスが閉じ込められているため、「燃える氷」と呼ばれることがある。メタン自体は非常に強い温室効果ガスだが、燃焼後には水と二酸化炭素が残るだけなので、環境への負荷が低いと考えられている。
プランクトンの死骸などが堆積する海底では、低温かつ高圧の状態が実現することから、自然にメタンハイドレートを生み出している。日本近海には、このようにしてできたメタンハイドレートが広く分布していると推定されている。
経済産業省は2001年にメタンハイドレート開発計画を策定し、エネルギー資源としての実用化を推進している。東京大学や海洋研究開発機構などの研究チームは20日、新潟県上越市沖の日本海海底深部にメタンハイドレートが深さ100メートルの柱状に存在していると発表した。
（2006.02.22掲載）
メタンハイドレート
「日本は将来、『資源大国』になる」。夢のような話ですが、決してあり得ないことではありません。２００９年に入って新しいエネルギー資源「メタンハイドレート」への関心が高まっています。１月１日、二階経済産業大臣は年頭所感で「日本近海に眠るメタンハイドレートの商業生産に向けた技術開発に尽力していく」と述べました。現在、石油・石炭などの化石燃料に代わる次世代のエネルギーとして官民で開発が進められているのです。メタンハイドレートは、天然ガスの主成分であるメタンが水分子に取り込まれ結晶化したシャーベット状の固体物質で「燃える氷」と言われています。低温・高圧下の永久凍土や深海底に埋蔵されており、日本近海では南海トラフや北海道、新潟県沖、南西諸島に存在することが確認されています。その埋蔵量は推定７．４兆立方メートル（経産省「メタンハイドレート開発計画」より）で、日本の天然ガス使用量約１００年分、世界最大規模と言われています。
ただ、メタンハイドレートからメタンを低コストで生産（回収）する技術のハードルには高いものがあります。石油やガスのようにくみ上げることができず、大規模な掘削・生産設備が必要になり、深海の場合はさらにコストが膨らみます。政府は、メタンハイドレートなど日本周辺の鉱物資源の本格的な埋蔵量調査などを１８年度までに行う「海洋エネルギー・鉱物資源開発計画」を４月から実施に移す予定です。日本近海の詳細な埋蔵量を調べるほか、商業ベースに乗せるための掘削・生産技術の開発などにも取り組むとしています。
石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）は０８年３月、国際プロジェクトに加わり、カナダ北西部の永久凍土地下１１００メートルからメタンガスを世界で初めて連続生産することに成功したと発表しました。メタンハイドレート資源化への道を切り開いた快挙と言えるでしょう。
民間企業も早くからメタンハイドレートに着目、技術開発に取り組んでいます。特許庁によると、世界のメタンハイドレート回収技術に関する特許出願件数に占める日本のシェアは４６％でトップ。２位の米国（３２％）を大きく引き離しています。三菱レイヨン、三菱重工業、大成建設、三井造船、鹿島建設などが上位に名を連ねています。
政府と民間企業の取り組みにより商業化が進めば、日本は世界有数の「資源大国」に躍り出る可能性があります。
（掲載日：2009/01/27）
メタンハイドレート
メタンハイドレート
水深500m以深の海底上層に埋まっているメタンガスが、水の分子に取り込まれたシャーベット状の固体をいう。化学的にはメタンの水和物で、水分子のつくる籠状の構造の中にメタン分子が閉じ込められている。全世界の深海底上層部にシャーベット状の固体で存在し、地表ではメタンと水に分解する。埋蔵量も膨大で、現在の全化石燃料の2倍に達するとの推定が発表されている。メタンハイドレートの取り扱いは難しく近年、研究が開始されたばかりであり、深海底からの採掘法を含めて今後の技術開発が不可欠であるが、超長期的次世代エネルギー資源として着目されている。
メタン・ハイドレート
【英】: methane hydrate
メタンハイドレート
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/04/05 06:22 UTC 版)
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出典: アメリカ地質調査所。
メタンハイドレート（英: methane hydrate）は、低温かつ高圧の条件下でメタン分子が水分子に囲まれた、網状の結晶構造をもつ包接水和物の固体[1]。およその比重は0.9 g/cm3で、堆積物に固着して海底に大量に埋蔵されている[2]。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のため、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現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。メタン水和物ともいわれる。
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[3]。解凍する前のメタンはメタンハイドレートの重量の15%に過ぎず、他の85%は水である。分子式は CH4·5.75H2O と表され、密度は0.910g/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包接水和物、ガスハイドレート、あるいは、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。メタンハイドレートは「包接化合物」とも呼ばれるクラスレートであり、骨格となる水分子間の5-6 Å（オングストローム、1 Å = 100 pm）程度の隙間に入り込んだガスが出て行くと格子は壊れる。メタンで飽和したメタンハイドレート（structure I hydrate）は、2つの十二面体と6つの十四面体構造をなす46の水分子からなるユニットが8分子のメタンを包接している[4]。
生成過程
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）を示すデータもあり、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。
- 生物生成メタン
- メタンハイドレートは大陸周辺の海底に分布しており、大陸から遠く離れた海洋の深部に有意な発見はない。それら分布領域における表層堆積物の特徴は、長い運搬過程を経た粒度の小さい砕屑物や鉱物粒子、火山灰などの他に有機物や有孔虫などの生物遺骸が含まれる海底泥質堆積物である。その海底面（表層）では生物活動による土壌が作られ、土壌の上に新たな堆積物が積み重なり海水の比率が減少するとともに堆積物の続成作用が働く環境となる。堆積作用により表層から埋没後しばらくは硫酸還元菌（例えば Archaeoglobus、Desulforudis など）の活動が続き、この活動している地層を硫酸還元帯という。活動時間が長い深部になるほど炭素同位体比(12C : 13C)は大きい値を示す。硫酸塩の枯渇などにより硫酸還元菌の活動が終わると、メタン菌の活動が活発になり、メタンと炭酸水素イオンが生成される。ここでは地層深部の圧密作用を受けメタンや炭酸水素イオンを含む水が上層へ移動し、一定の条件下で水分子のかご構造にメタンが入り込みメタンハイドレートとして蓄積される。このメタン醗酵が発生する層では 13C が炭酸水素イオンに濃縮されるため、メタンの炭素同位体比は軽く（13C が少なく）なる[5]。例えば、地球深部探査船「ちきゅう」が南海トラフ海域で採集したボーリングコア・サンプルの分析では、メタン生成菌由来であるとされている[6]。
- 熱水噴出孔などでこれらのメタン産生菌の活動を垣間見ることができる。例えば Methanopyrus やMethanocaldococcus は地底で発生する水素と二酸化炭素からメタンを合成する。この他 Methanocalculus などのメタン産生菌が油田から得られている。
- 熱分解起源メタン
- 地層中深部の高温環境では、有機物が非生物的に分解する。量的には熱分解ガスの方が多いとされ、プレート境界や油田地帯では熱分解起源の天然ガスハイドレートが確認されている。上越沖では、海底下数kmに由来する熱分解起源のメタン由来のメタンハイドレートが海底表面に露出、あるいは海底下百数十mの堆積物中に密集して生成していると推定されている。海底にはメタンプルームがあり、噴出口から数10cm上昇するうちにメタンハイドレートが生成することや大規模な化学合成生物群集が確認されており、メタンプルーム探査がメタンハイドレート資源探査に有効であるとされている[7]。
- 非生物起源説
- メタンはマグマを原料とする火山ガスであり、もっとも単純な炭化水素である。近年、議論が活発になりつつある説。日本国内で産出するメタンを、この説において有力な鉱床となるプレート境界上にあるものとして考えることも可能である[8]。
安定条件
ハイドレートの網状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100-1000 m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、地中深くなるにつれて地温が高くなるため、海底付近でしかメタンハイドレートは存在できない。また、圧力と温度の関係から同じ地温を成す大陸斜面であれば、深くなるほどメタンハイドレートの含有層は厚くなる。これらの場所では、大量の有機物を含んだ堆積物が低温・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。この時生成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 °C程度でも長く保存できる自己保存性を持つ。
埋蔵域
黄色の点がガスハイドレートを示す。
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[9][10]（2000mまでとする研究もある）[11]での、地下数十から数百m[10]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[10]に最大の推定埋蔵域を持ち、北海道周辺と新潟県沖[3]、南西諸島沖にも存在する[10]。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[12]、石油天然ガス・金属鉱物資源機構、海洋研究開発機構などの調査よりわかっている。日本の近海には、現在の天然ガス消費量に換算して約100年間供給できるとされる、7兆立方メートルのメタンガスが埋蔵されていると推定されている[13]。
新潟、秋田、京都など日本海沿岸の12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いる[14]。海洋基本法に合わせて海洋政策の指針とする2018年度「海洋基本計画」では2020年代後半の民間企業主導の商業化を目指している[15]。2024年、経済産業省は2030年までの間に民間主導の商業化プロジェクトスタートさせる計画を発表[16]。
また2013年6月には、千島列島と北方領土の大陸棚に最大でガス87兆立方メートル相当のメタンハイドレートが埋蔵されている可能性が高いとして、ロシアの国立研究機関であるロシア科学アカデミー極東地質学研究所もロシア国営石油大手「ロスネフチ」に開発検討を提案している[17]。
中国では青海地区で350億トンの油に相当するメタンハイドレートが見つかっており、南シナ海には680億トン相当のメタンハイドレートがあるとされており、2013年の6月から9月には、中国国土資源部が広東沿海の珠江口盆地東部の海域で初めて高純度のメタンハイドレート採掘に成功。1000億から1500億立方メートルの天然ガスに相当する資源を確認しており、2030年の商用化を目指していると発表している[18]。
(2009年、MH21による)
日本近海の埋蔵量
資源開発として期待されている東部南海トラフの資源量評価量は393.86億㎥とされている[19]。また採取可能なメタンハイドレートは一年に使用される天然ガスの数倍から10倍ほどと見られている[20]。
採取方法とその課題
日本では1990年代より太平洋でメタンハイドレートの調査や試掘を実施している[21]。しかし、2002年にアメリカ・ドイツ・カナダ等と共同で実施したカナダ北西準州のマッケンジーデルタでの産出試験や、2014年に経産省所管の石油天然ガス・金属鉱物資源機構が2年間の準備期間を経て実施した愛知県沖での産出試験でも商業化に繋がるような方策は得ることができておらず[22][23]、20年以上経過した2017年時点においても有効な採掘方法の確立には至っていない[20]。
探査方法
メタンハイドレートの探索に関しては、超音波等を用いた反射法地震探査により海底疑似反射面(BSR)を捉えることが主流な手法であるが[24]、BSR以外に上越沖のような背斜構造やプレート境界、メタンシープ・メタンプルームを手がかりにする方法も提案されている[25]。
メタンの回収方法
以前は採掘の際にメタンハイドレートの存在する地層の温度を上昇させ、メタンハイドレートを溶解させてメタンを回収する加熱法が検討されていたが、この方法はエネルギー効率が低いという問題があった。近年では採掘の際にメタンハイドレートの存在する地層の圧力を低下させ、メタンハイドレートを溶解させてメタンを回収する減圧法が検証・実験の対象として進められている[26][27]。減圧法による採取はいくつかの成果も出始めているが[28]、この方法にも、減圧によって周辺海底の土砂が崩壊し、回収用のパイプが目詰まりを起こす課題[29]があった。だが、原因が特定され、対策が機能することが確認[30]されている。加熱法、減圧法以外にもメタンハイドレートの地層で化学反応を起こしメタンを取り出す方法[31]など様々な提案がされているが、いずれの方法にも解決しなければならない数々の問題が存在する[32][33][34][35]。
増進回収法
国内では減圧法などと組み合わせ、生産性や回収率を向上させることで経済性を上げるため、増進回収法と呼ばれる生産を支援する技術の研究[36]も進められている。増進回収法としては、基本的に加熱法に分類される次のような方法が研究されている。①メタンハイドレートの分解（吸熱反応）で対象層が氷点下以下になるまで減圧を行うととで地下水が凍り（発熱反応）、0℃に昇温する強減圧法、②地層内の有機物を強酸などで酸化（発熱反応）させる部分酸化法、③水と二酸化炭素（CO2）を微細混合したエマルションを用いて、CO2ハイドレートの生成（発熱反応）で10℃ほどに加温させる方法などが研究されている。
輸送技術として
2010年4月には三井造船が世界初の天然ガスハイドレート（NGH）陸上輸送の実証研究を完了している。これは固体のメタンハイドレートをペレット状にして輸送する方式で、LNGに比べて常温付近で製造が可能で、大気圧下－20℃で安定であるため、設備全体を簡便にすることが期待されている[37]。
メタンハイドレートに関する議論
コストパフォーマンスに関して
日本近海で初期に日本政府（メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム）によるメタンハイドレート採取の研究が行われたのは、南海トラフであった。この海域では、海底油田の採掘方法を応用して1999年から2000年にかけて試掘が行われ、調査範囲における分布状況が判明し、総額500億円を費やしたが商業化には至っていない。これは、南海トラフなど太平洋側のメタンハイドレートは、分子レベルで深海における泥や砂の中に混溜しており、探索・採取が困難を極めているからであるとされている[21]。
1990年代に設立されたエネルギー総合工学研究所の、太平洋側で砂層型メタンハイドレートの調査を行ったメタンハイドレート調査委員会で初代調査委員長を務めた石井吉徳は「採掘以外にもメタンハイドレートからメタンを取り出すためにもエネルギーが必要であり、最終的に1のエネルギーを使ってメタンハイドレートから得られるエネルギーは1に満たない。」と主張している[38][39][40]。
地球温暖化
大気中のメタンは二酸化炭素の20倍超もの温室効果があると言われており[41]、メタンハイドレートは放置したままでも海水温の変化や海流の影響で僅かずつメタンを乖離し、そのメタンは自然と海中から大気中に放出されてしまうため、積極的に開発し、利用して温暖化効果を抑制すべきだとする意見が存在する。このメタンによる温室効果は最終的には数千兆円もの損害を与える可能性が指摘されている[41][42]。 アメリカ地質調査所等はメタンハイドレート開発によって発生するメタンのうち回収しきれずに大気中に放出されるメタンが気候変動にさらに大きな影響をもたらす可能性があることを警告している[43][44]が、前述のように開発せずに放置した場合の弊害も大きいとされる。アメリカ合衆国エネルギー省国立エネルギー研究所メタンハイドレート開発技術マネージャーのレイ・ボズウェルは特に表層型のメタンハイドレートは回収不能なメタン放出の危険性が高く、安易に開発を進めることは好ましくないとしており[45]、これはメタンハイドレートを温度を下げずに回収する仕組みを考案することで回避可能である。なおメタンの大気中の滞留期間は12年程度、二酸化炭素は5年から200年と解析方法によって差がある[46][47][48][49]。温暖化ガスに地震で放出されるメタンも考慮すべきとの論もある[50]。
また、地球温暖化が進むと海水温がさらに上昇し、やがてこれまでは海底で安定状態にあったメタンハイドレートからメタンが乖離され大気中に放出される。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が吐き出される悪循環を起こすことが予測されている。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いう説もある[51]。青山千春は、氷期の海退による水圧減がメタンハイドレートの分解をもたらし、間氷期に移行するきっかけになっていることが最近の研究で明らかになっているとしており[52]、松本良は、地球環境の変動はメタンハイドレートの安定性に大きく支配されているとした「ガスハイドレート仮説」を提唱している[53][54]。
その他
脚注
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- ^ 青山 2013, pp. 101–104.
参考文献
- 松本良、奥田義久、青木豊『メタンハイドレート―21世紀の巨大天然ガス資源』日経サイエンス、1994年。 ISBN 978-4532520298。
- 松本良『エネルギー革命 メタンハイドレート』飛鳥新社、2009年。 ISBN 978-4870319288。
- 青山千春、青山繁晴『希望の現場 メタンハイドレート』ワニ・プラス、2013年。 ISBN 978-4847091636。
- 石川憲二『海洋資源大国を目指す日本プロジェクト！ 海底油田探査とメタンハイドレートの実力』角川新書、2013年9月25日。 ISBN 978-4-04-731615-7。
関連項目
外部リンク
- メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム
- メタンハイドレート研究センター（産業技術総合研究所）
- 経済産業省
- 総合海洋政策本部
- メタンハイドレート Webサイト「生活環境化学の部屋」
| 典拠管理データベース: 国立図書館 |
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メタンハイドレート
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/01 14:27 UTC 版)
「ガリレイドンナ」の記事における「メタンハイドレート」の解説
実在するエネルギー資源。本作世界では石油や石炭などの資源がほぼ枯渇し、原子力も過去のエネルギーとなっており、メタンハイドレートが使われる。しかし、地球寒冷化によるエネルギー需要に対して資源は不足している状況にある。
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「メタンハイドレート」の例文・使い方・用例・文例
- メタンハイドレートが日本の排他的経済水域内に埋まっているのを発見
- 明治大学，北見工業大学，東京大学の研究者のチームが，日本海とオホーツク海の日本の排他的経済水域内の海底に埋まっているメタンハイドレートを発見した。
- メタンハイドレートは，水の結晶構造の中にメタンが閉じ込められている氷状の化合物だ。
- それらのメタンハイドレート埋蔵物は海底下数メートルの深さで見つかった。
- メタンハイドレートは海底面の近くにあればあるほど，掘り出すのがより容易で安価になる。
- 日本が海底のメタンハイドレートから初めてガスを採取
- ３月12日，経済産業省は沖合に埋まっているメタンハイドレートからメタンガスを採取することに史上初めて成功したと発表した。
- メタンハイドレートはメタンと水から成る氷状の物質だ。
- 先日，愛知県の沖合でメタンハイドレートからのメタンガスの採取試験が行われた。
- その船はメタンハイドレートを含む地層に達するまで300メートルほど掘り下げた。
- その後，メタンハイドレートは減圧によってメタンと水に分けられ，パイプを使ってガスが採取された。
メタンハイドレートと同じ種類の言葉
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