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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固体結晶である。

低温かつ高圧の条件下で、水分子は立体の網状構造を作り、内部の隙間にメタン分子が入り込み氷状の結晶になっている。

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とされる。

◆ 性状

見た目は氷に似ている。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164m³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。分子式はCH₄・5.75H₂Oと表され、密度は0.91g/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。

◆ ハイドレート構造

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「ガスハイドレート・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オングストローム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。

[外部リンク]http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/Rene_M_M1.html。

◆ 埋蔵場所

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、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℃程度でも長く保存できる自己保存性を持つ。

◆ 海底下の埋蔵域

(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500m-1000m[外部リンク]http://www.gsj.jp/Pub/News/pdf/1997/02/97_02_07.pdf石井彰著 『天然ガスが日本を救う』 日経BP社 2008年9月22日第1版第1刷発行 ISBN 9784822247027 P.183-P.185(2000mまでとする研究もある)[外部リンク]http://www.meti.go.jp/kohosys/press/0001738/0/010719metanhaidoreito.pdfでの、地下数十から数百メートルに存在し、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誇っている。本州、四国、九州といった西日本地方の南側の南海トラフに最大の推定埋蔵域を持ち、北海道周辺と新潟県沖、南西諸島沖にも存在する。

このため、日本のエネルギー問題を解決する可能性が期待されているが、政府が試掘を行なっている南海トラフでは現有する採掘技術を使用して採掘・生産しても経済的には全く引き合わないため、商業生産に向けた民間レベルでの採掘計画は存在せず、研究用以外の目的では採掘されていない。

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この南海トラフであった。この海域では、1999年から2000年にかけて試掘が行われ、詳細な分布状況が判明しているが、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、南海トラフのメタンハイドレートは、泥の中に埋まっており、探索・採取が困難を極めているからであるとされる。

その後、日本海沿岸で海底面に露出したメタンハイドレートが発見され、低コストで採掘できる可能性があるが現在調査中であり、採算性などは明らかにされていない。現在、東京大学、海洋研究開発機構、産業技術総合研究所などによる調査が行われているところであるが[外部リンク] 新潟県上越市沖の海底にメタンハイドレートの気泡を発見 - 東京大学・海洋研究開発機構・東京家政学院大学・独立総合研究所・産業技術総合研究所、2007年3月2日発表、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調査は行われていない。

日本のメタンハイドレートの資源量は、1996年の時点で、天然ガス換算で7.35兆m³(日本で消費される天然ガスの約96年分)と推計されている[外部リンク] どこにどれだけあるのか? - メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム。もし将来、石油や天然ガスが枯渇するか異常に価格が高騰し、海底のメタンハイドレートが低コストで採掘が可能となれば、日本は世界有数のエネルギー資源大国になるとする説もある。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である[外部リンク] 基本方針と組織 - メタンハイドレート資源開発研究コンソーシアム。また、近年の資源価格の高騰を受け、経済産業省は、2009年度から2011年度まで南海トラフを中心に実証実験を実施し、2012年度から海洋産出試験を行って、2018年度以降の商業化を目指す方針を明らかにしている。

石油の可採量が増大したり、化石燃料に変わる代替エネルギーの開発が成功して、一次エネルギーが低コストで入手可能となった場合には、当面の間はメタンハイドレートが商業利用されない可能性がある。

◆ 採取方法とその課題

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