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水圧破砕法は依然として賛否両論のテーマとなっている。地下深くの岩石からガスを抽出するこの手法は、米国がロシアを抜いて世界最大の天然ガス供給国となる一因となったが、英国では、大量の水と潜在的に有害な化学物質を使用し、地震を引き起こす可能性があるため、環境保護団体から強く非難されている。
2019年8月、ランカシャー州で唯一稼働中の水圧破砕施設は、1週間足らずの間に3回の小規模地震が記録されたため、操業を停止せざるを得ませんでした。しかし、水圧破砕とは何なのでしょうか？そして、なぜ英国政府はシェールガスに期待を寄せているのでしょうか？
仕組み
フラッキング（水圧破砕法）は、アクセスが困難なシェール岩からガスや石油を採取するために使用されます。2～3キロメートルの深さまで井戸を掘削し、水、砂、化学物質を高圧で混合した混合物をポンプで送り込み、シェール岩に小さな亀裂を発生させます。
「フラッキング」とは、岩石を砕くプロセスを指します。「目的の岩石が見つかるまで垂直に掘削し、その後ドリルを水平に回転させます。これは非常に巧妙な方法です」と、キール大学応用・環境地球物理学の名誉教授で、ダウニング街のフラッキング地震学に関する元顧問であるピーター・スタイルズ氏は言います。ドリルは保護区内を水平に数キロメートル移動することができます。
頁岩は多孔質で、天然ガスを閉じ込めることができる小さな空洞が多数存在します。岩盤支柱に注入された水中の砂と化学物質が地下の亀裂を開き、空洞を繋ぎ、ガスを坑井から地表まで流出させます。
頁岩は、何百万年もかけて泥の層が堆積し、ゆっくりと圧縮されて形成されます。ガスを生成するには、泥中の有機物が埋もれ、少なくとも100℃の温度で「加熱」される必要があります。この最適な温度は地下約2キロメートルです。地表に近づくと岩石の温度が低すぎて、有機物をガスに変換できません。ガスの一部は地表に出てきますが、大部分は頁岩の隙間に閉じ込められ、利用できるようになります。
比較的単純な地質構造も必要ですが、イギリスではこの点が少し厄介です。「実際にフラッキングしている岩石には、他にも亀裂が入っています」とスタイルズ氏は言います。地球の地殻を構成する岩石にあるこれらの大きな亀裂、いわゆる断層は、数百万年前に形成された可能性があり、その急激な動きが地震を引き起こす可能性があります。「これらの断層は過去にも動いており、地震記録で確認できます」とスタイルズ氏は言います。
英国における水圧破砕
米国では陸上シェールガス採掘が成功を収めています。2011年にはロシアを抜いて世界最大の天然ガス生産国となり、天然ガスの約70%はシェールガス由来です。当然のことながら、英国は選択肢として水圧破砕法（フラッキング）を検討してきました。陸上ガスの掘削と採掘は、英国の複雑な地質構造もあってより困難でコストもかかりますが、英国の埋蔵量を活用することで輸入への依存度を軽減できる可能性があります。
現在、英国で唯一稼働中の水圧破砕現場は、エネルギー会社クアドリラが運営するランカシャー州ブラックプール近郊です。8月、英国地質調査所（BGS）が1週間足らずの間に3回の地震を観測したことを受け、クアドリラは作業を中断せざるを得ませんでした。「これらを大地震と呼ぶのはやめましょう。しかし、普段は地震の被害に遭っていない地域で発生しているのです」とスタイルズ氏は言います。掘削作業は2011年に地震のため中断されていましたが、2018年10月に再開されました。
「信号機」システムとして知られる政府の規制では、リヒタースケールでマグニチュード0.5以上の地震が発生した場合、フラッキングは一時停止されなければなりません。フラッキングが一時停止されている間、環境庁とフラッキング企業は地震の調査を実施しなければなりません。リバプール大学で地震学の講師を務めるベン・エドワーズ氏は、これらの坑井健全性試験では、地震事象が「理解」されていること、そして地震活動によって特定された既存の大きな断層が存在しないことを示す必要があると説明しています。
クアドリラ社は以前、プレストン・ニュー・ロードの現場からわずか数キロ北にあるブラックプール近郊のプリーズ・ホールで水圧破砕の試験現場を運営していたが、2011年に2回の地震が検知された後、撤退した。クアドリラ社が委託した独立報告書によると、地震は試験掘削によって引き起こされた可能性が「非常に高い」と結論づけたが、「坑井現場の地質の異常な組み合わせ」も一因であると付け加えた。
水圧破砕は地震を引き起こしますか？
通常、亀裂の発生プロセスは、いわゆる微小地震と呼ばれる現象のみを引き起こします。その規模は、地表で感じられる地震の何倍も小さいのが一般的です。しかし、地震は岩石内の新たな、あるいは既存の亀裂（断層）が動くことで発生します。「水圧破砕は、まさにこの自然現象の縮小版です」とエドワーズ氏は言います。
フラッキングに伴う大規模な地震は稀ですが、記録に残り、時には地表で感じられることもあります。これは、地震や破砕が発生するとエネルギーが放出され、振動が生じるためです。エドワーズ氏によると、マグニチュード1.5未満の地震は、地元住民が体感できるほど弱いのに対し、マグニチュード3程度の地震は、地元住民が体感できるとのことです。
英国地質調査所（BGS）は、マグニチュード2以上の地震を検知できる地震計ネットワークを全国に展開しています。BGSによると、英国では毎年この規模の地震が20～30回発生しています。ブラックプール周辺では、BGSとエドワーズ氏率いるリバプール大学のチームが、はるかに小さな地震や微動を検知できる地域的な地震計も運用しています。これらの機器は2015年から運用されており、水圧破砕作業以前には地震活動の証拠は見つかっていません。
2017年、キール大学とバーミンガム大学の研究者たちは、地震を起こさずに水圧破砕を行うことが可能である可能性を発見しました。彼らのモデルによると、水圧破砕を行う場所は既存の断層から少なくとも63メートル、場合によっては433メートル横方向に離れている必要があるとのことです。科学者たちは、断層を移動させるのにどの程度の撹乱が必要か、まだ解明に取り組んでいます。
英国には水圧破砕可能なシェール層がどれくらいあるのでしょうか?
2013年に英国政府が行った調査では、ボウランド・シェール層にどれだけのガスが埋蔵されているかが推定されました。この地域はランカシャーからペナイン山脈を越えてミッドランドまで広がり、英国で最も経済的に採算性の高いシェール層と考えられています。ボウランド・シェール層だけで約1,300兆立方フィートの天然ガスが埋蔵されていると考えられており、これは現在の英国の消費量で50年分のガス供給量に相当します。当時は入手できるデータが乏しかったため、この推定は米国向けに開発されたモデルに基づいていました。「シェールガスの推定値は資源量（埋蔵量）であり、存在すると考えられるガスを表しており、抽出可能な可能性のあるガスを表しているわけではありません」とBGSの広報担当者は述べています。
2019年、ノッティンガム大学とBGSの研究チームは、この地域に埋蔵されているガス量はわずか200兆立方フィート、つまり10年分にも満たない量である可能性を発見しました。「私たちは、石油堆積盆地の典型的な条件下で、実験室でシェール層を加熱処理しました」と、ノッティンガム大学高効率化石エネルギー技術工学センターの所長、コリン・スネイプ氏は述べています。
研究チームは、岩石が地下深くにさらされる条件をシミュレートすることで、これらの岩石からどれだけの量の石油やガスが生成できるかを算出しました。この結果は、フラッキング会社であるクアドリラ社とサード・エナジー社が採取したサンプルのデータと一致しています。シェール岩は断層が多く、ガスが漏れやすいため、「ボーランド・シェール層の一部の地域では、掘削しても予想よりも少ない量の石油やガスが見つかる可能性があります」と彼は付け加えます。
なぜわざわざ水圧破砕を行うのでしょうか?
英国では数十年前から水圧破砕法が、主に北海の沖合で行われてきました。しかし、「容易に採掘できる」天然ガスが枯渇するにつれ、陸上での水圧破砕がその不足を補うための解決策として注目されています。「電力だけではありません。暖房と調理の70%はガスです」とスタイルズ氏は言います。英国は現在、天然ガスの半分以上をカタール、アルジェリア、ロシアなどの国から輸入しており、この割合は2030年までに72%にまで増加すると予測されています。
「天然ガスの輸入は喜ばしいことですが、環境への責任は他者に委ねているのです」とスタイルズ氏は述べ、環境への影響が厳格に規制され、価格変動の影響を受けにくい国内の天然ガス資源を活用するべきだという強い主張を付け加えた。天然ガスはまた、石油や石炭に比べて二酸化炭素排出量が少ない。
英国はフラッキング（水圧破砕）の経験が比較的浅い。科学者、政府機関、そしてクアドリラのような企業は、シェール層が試験掘削にどのように反応するかをまだ調査している段階だ。英国地質調査所（BGS）は、「シェールガス資源と回収可能なガス量に関する理解を深めるには、さらなる地質学的研究が必要だ」と述べている。
岩石の断層の中には、検出するには小さすぎるものもあり、水圧破砕の過程で初めて明らかになる。しかし、スタイルズ氏は、沖合での試験から始める方が安全だったと考えている。「ブラックプールで実際に掘削し、水平掘削機を使って沖合数キロメートルまで掘削することもできたはずです」と彼は言う。
英国のエネルギー需要が引き続き増加する中、この問題への直接的な解決策はないように思われます。暖房や原子力発電に電気を利用するという選択肢もあるかもしれませんが、石油やガスを燃焼させる方が石炭を燃焼させるよりも環境への負荷が少ないのです。「中国やインドのような国が石炭からシェールガスに切り替えれば、温室効果ガスの排出量は大幅に削減されるでしょう」とスタイルズ氏は付け加えます。結局のところ、化石燃料の段階的廃止は、長期にわたる段階的なプロセスとなるでしょう。
英国では次に何が起こるのでしょうか?
クアドリラの現在の許可では、プレストン・ニューロード地区におけるすべての作業は、2つの油井のうち最初の油井での掘削と水圧破砕の開始から30ヶ月以内に完了する必要があります。これは2019年11月の予定でした。8月初旬、同社はランカシャー州議会に18ヶ月の延長を要請しましたが、環境庁と石油・ガス庁といった規制当局が現在直近の地震の調査を行っているため、この延長は複雑化した可能性があります。ランカシャー州の新たな探査地であるローズエーカー・ウッドに関するクアドリラの提案は、トラック交通の懸念から2月に却下されました。
クアドリラはヨークシャー州で18件の新たな探鉱ライセンスの入札に成功し、現在、その実現可能性を評価中です。ノースヨークシャー州カービー・ミスパートン近郊で水圧破砕法による採掘を計画していたサード・エナジーは、今年4月に陸上事業を米国アルファ・エナジーの関連会社であるヨーク・エナジー（UK）ホールディングスに売却しました。現在までに、この地域では掘削や水圧破砕は行われていません。
クアドリラ社はアンガス・エナジー社との提携を通じてサセックス州バルコムで石油・ガス探査現場を運営している。同社によれば、石灰岩層は自然に破砕されており、水圧破砕を必要としない。
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
