再循環水との共注入による地下でのCO2鉱物貯留

気候問題を地下の岩石に変える

化石燃料の燃焼は大量の二酸化炭素（CO2）を大気中に放出し、気候変動を引き起こします。これに対処する有望な方法のひとつは、CO2を何千年もの間安全に地下に閉じ込めることです。本研究は、乾燥したサウジアラビア西部で、ほとんど地表の淡水を使わずに局所的な火山岩層を巨大な天然のスポンジのようにしてCO2を取り込ませた事例を示しています。この手法は、世界で最大級の工業排出源がある乾燥地域で排出を削減する実用的な道筋を指し示します。

気体ではなく石として炭素を貯留する

現在の多くの炭素貯留プロジェクトは、圧縮したCO2を不透水の蓋岩の下に閉じ込められた深い地層に注入します。しかし世界の一部地域では、そのような自然の「蓋」が欠けているため、CO2が表層へ漏れるリスクが伴います。代替案として、玄武岩のような反応性の高い岩石内部でCO2を固体の鉱物に変える方法があります。玄武岩はカルシウム、マグネシウム、鉄などの金属を豊富に含む暗色の火山岩で、CO2が水に溶けて玄武岩を通過すると安定した炭酸塩鉱物――本質的には人工の石灰岩や類縁の岩石――を形成する反応が起きます。しかしこれまで、この戦略は大量の水を必要とするため、砂漠では深刻な障壁となっていました。

作動流体として地下水を用いる

ジザン経済コンプレックス近傍（サウジアラビアの紅海沿岸）に設置されたパイロットプロジェクトでは、厚さのある2100万〜3000万年前の玄武岩層に一群の井戸が掘られました。約130メートル離れた2本の井戸がペアで使われ、片方で地下水を汲み上げ、もう片方でCO2を添加して再注入しました。注入井内では、純粋なCO2を深部の流動する水に気泡として導入し完全に溶解させることで、冷たく密度の高いやや酸性のCO2濃厚水が作られ、浮力で地表へ上昇しないようにしました。同じ地下水が両井戸間で連続的に再循環され、外部から水を運搬する必要をなくし、岩盤内の圧力上昇も抑制しました。

水の軌跡を追い、新鉱物の生成を観察する

連続的なCO2注入が始まると、チームは循環する水が割れ目のある玄武岩を通過するにつれてどのように変化するかを注意深く追跡しました。酸性度、炭素含有量、溶存元素（カルシウム、マグネシウム、シリコン、鉄など）を監視し、流体経路を追うために無害の化学トレーサーを2種類添加しました。CO2を含む水が地下に広がるにつれて、これらの岩由来の元素が濃縮され、玄武岩が溶解して新しい鉱物の構成要素を放出していることが示されました。時間とともに産出水の溶存炭素量は一度上昇した後に着実に低下し、化学組成からは方解石（カルサイト）、アンカライト、シデライトなどの炭酸塩鉱物が飽和に達し、岩の割れ目内部で沈殿を始めていることが示唆されました。

どれだけの炭素が岩になったかを測る

推測にとどまらない評価のために、研究者たちはトレーサー化学物質を用いて反応が起きなかった場合に溶存炭素濃度がどうなっていたかを推定しました。この「反応なし」ベースラインと実際の測定値を比較すると、水中の炭素量に次第に大きな不足が生じており、炭素が新しい固体として固定されていることを意味しました。ナトリウムフルオレセインと六フッ化硫黄という2つの独立したトレーサーは一致した結果を示しました：注入開始後およそ10か月で、地層に注入された131トンのCO2の約70％が固体鉱物へと転換されていました。回収された坑内ポンプに新しい炭酸塩結晶が付着して詰まっていたという物理的証拠も、注入されたCO2が実際に石に変わったことを裏付けました。

将来の気候解決策に対する含意

再循環された地下水が割れ目のある玄武岩中で大量のCO2を運搬し鉱物化できることを実証したことで、このプロジェクトは従来の地下トラップを欠く乾燥地域における炭素貯留の青写真を提供します。この手法は、溶存CO2が主に重力によって駆動されるため高圧CO2注入よりもエネルギーをあまり必要とせず、限られた表面水資源の激しい競合を避けます。長期的な容量や岩隙空間の限界については残る疑問もありますが、ジザンのパイロットは、CO2を地下で石に変えることが単なる実験室の好奇心ではなく、砂漠地帯であっても産業規模で機能しうることを示しました。

引用: Oelkers, E.H., Arkadakskiy, S., Ahmed, Z. et al. CO₂ subsurface mineral storage by its co-injection with recirculating water. Nature 651, 954–958 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10130-5

キーワード: 炭素鉱物化, 玄武岩貯留, 二酸化炭素回収・貯留, サウジアラビア, 地下CO2再循環