分子動力学シミュレーションを用いたケロジェンのミクロ孔におけるメタンの吸着置換挙動の検討

抄録

シェールガス開発における正確なガス量評価とCO₂を用いた多段階フラッキングによるシェールガス開発の環境負荷軽減に資するため，ケロジェンのミクロ孔におけるCH₄分子の吸着挙動とCH₄分子とCO₂分子の置換挙動およびこれらの分子の移動に及ぼすH₂O分子の影響について，分子動力学シミュレーションにより検討した。その結果，ケロジェンのミクロ孔でのCH₄分子密度はケロジェンのメソ孔でのCH₄分子密度の約1.8倍となり，この吸着ガス量の評価にはミクロ孔充填を考慮した吸着モデルを用いる必要があることが分かった。また，直線的な構造のCO₂分子は正四面体構造のCH₄分子と比べてミクロ孔の狭い喉部を通過しやすく，他のヘテロ原子に比べてケロジェン分子に多く含まれる酸素原子はCH₄分子よりもCO₂分子に対して強い親和性を示すことから，CO₂分子はCH₄分子よりも容易にケロジェンに吸着してCH₄を置換することが示された。さらに，ケロジェンのミクロ孔にH₂O分子が存在する場合，水素結合によるH₂O分子の集積によってCH₄分子の移動経路が閉そくされるためCH₄分子の置換が妨げられることが分かった。