中国の2,500メートル級CO₂地熱ループは、どう熱を取り出すのか

中国・河南省鄭州市で2026年5月19日に稼働した、中国華能（China Huaneng）の超臨界CO₂閉ループ地熱プロジェクトは、地熱発電所というより、まずは暖房の実証設備だ。深さ約2,500メートルの井戸に二酸化炭素を送り込み、周囲の岩盤から熱を受け取ったCO₂を地上へ戻す。地上では、その熱を別系統の水に渡し、冬季の住宅暖房に利用する。613

この方式が注目される理由は、地下水を取り出さずに地熱を利用できる点にある。一方で、現時点の成果は「閉ループ地熱が運転に入った」という重要な一歩であって、安価な24時間電源をすでに実現したことを意味しない。

鄭州のシステムはどう動くのか

井戸は同軸型の閉ループ構造になっている。比較的低温で加圧されたCO₂が一方の流路を地下へ下り、深部で温められた流体がもう一方の流路を通って地上へ戻る。地下では、周囲の地層から井戸の構造を介して循環中のCO₂へ熱が移動する。戻ってきたCO₂は地上で暖房用の水に熱を渡し、再び地下へ送られる。6713

CO₂は地層と直接混ざらず、密閉された回路内にとどまる。自然に熱い地下水をくみ上げる従来型の熱水地熱発電とは、ここが大きく異なる。

従来方式は、地下水が流れやすい透水性の高い貯留層を必要とする。閉ループなら、地下水の流れが乏しくても、熱を蓄えた岩盤に井戸を通して接触できる可能性がある。

なぜ地下水ではなくCO₂なのか

このプロジェクトは、熱媒体として超臨界CO₂を使う。超臨界状態のCO₂は、液体に近い密度と気体に近い動きやすさを併せ持つ。深い井戸の中を循環させる際、流動抵抗を抑えながら熱を運びやすいというのが、報告されている工学上の狙いだ。613

また、CO₂には熱サイフォン効果も期待できる。CO₂は上昇しながら温められると、冷たい状態で下降する流体より密度が小さくなる。この密度差が循環を助け、必要なポンプ仕事を減らす可能性がある。ただし、地上設備が不要になるわけでも、運転費が必ず安くなるわけでもない。

閉ループ方式には、次のような利点が考えられる。

• 地下水のくみ上げや還元が必要ない
• 作動流体が地層から隔離される
• 熱水を取り出す方式で起こりやすいスケール（鉱物の付着）や、熱水中の鉱物処理を避けやすい
• 地下水の流れが乏しくても、熱い岩盤がある地域へ地熱利用を広げられる可能性がある613

ただし、これらはシステム上の利点であって、商業性能の保証ではない。岩盤と井戸の壁を通じて、必要な出力を支えられる速さで熱を移動させられるかが核心になる。

鄭州プロジェクトが達成したとされること

公表情報によると、CO₂は約8℃で地下へ入り、約22℃で地上へ戻る。水を使った取熱方式と比べ、取熱能力は約20％向上し、暖房の単位エネルギー消費は約10％低下したと報告されている。冬季には、1万8,000平方メートルを超える住宅の集中暖房に対応する設計だ。3613

ただし、これは有用な暖房用途を示す数字であり、発電出力を示すものではない。報告された戻り温度は暖房規模の熱利用に関するもので、提供された資料から、この設備が発電しているとは確認できない。

用語にも注意が必要だ。「超臨界CO₂」は、システム内で使う流体の概念や圧力・温度状態を指す。公開されている運転概要だけでは、地下の各地点での圧力と温度の全体像までは分からない。別の報道では異なる入口・出口温度も示されているため、8℃から22℃という数値は、完全な熱力学的説明ではなく、報告された運転値として読むのが妥当だ。34

24時間のベースロード電源になれるのか

地熱は、風力や太陽光のように天候や日照で出力が変動する資源ではなく、原理上は連続的に利用できる。十分に高温の岩盤へ到達し、十分な流量で熱を運べる閉ループなら、安定した熱供給、さらに高温条件では発電も可能になるだろう。

しかし、鄭州の設備はまだその結果を示していない。発電には、より大きな有効熱流量と、発電サイクルに適した高い温度が必要になる。現在の用途は住宅暖房であり、「24時間稼働の地熱発電を実証した」とするのは、証拠の範囲を超える。

経済性については、さらに慎重な見方が必要だ。モデル分析では、閉ループ地熱は熱供給なら競争力を持ちうる一方、発電コストを競争的にするには掘削費の大幅な低下が必要とされる。 また、貯留層温度180℃のシミュレーションでは、30本のラテラル井戸と毎秒75キログラムの生産流量を想定しても、設備の生涯コストを回収できない可能性が示された。

より深いU字型井戸が検討される理由

同軸型の単一井戸は、熱を交換できる地下の面積に限界がある。そこで検討されているのが、2本の垂直井を熱い岩盤の中の長い水平区間でつなぐ、深部U字型またはUループ型の設計だ。地下を通る経路を長くすれば、岩盤との接触面積が増え、循環流体へ移せる熱量を高められる可能性がある。

この形状は、単一井戸方式の中心的な制約、つまり十分な岩盤接触面積・温度・流量を長期間確保する問題に対応しようとするものだ。一方で、方向性掘削の難しさ、仕上げ工事のリスク、資本費も増える。提供された資料では、中国で検討される特定の深部U字型プロジェクトについて、正確な深さ、性能、建設状況、費用は確認できない。現段階では、実証済みの商用解ではなく、技術開発の方向性として見るべきだ。

残る技術・経済上の壁

問題は、単に熱い岩盤を見つけることではない。耐久性があり、高出力で熱を回収できる地下熱交換器を、回収した熱や電力で採算が合う費用でつくることが課題だ。

主な障壁は次の通りだ。

• 深井戸掘削、方向性掘削、分岐井戸にかかる費用
• 地下に十分な熱交換面積を確保すること
• 高温・高圧下で井戸の健全性とシール性能を維持すること
• 腐食、熱損失、CO₂の挙動を管理すること
• 下降流と上昇流の間で熱が短絡するのを防ぐこと
• 厳しい深部岩盤環境で使える掘削リグ、ビット、坑内ツール、材料を開発すること

『Nature』のレビューは、条件によっては単一の多分岐井戸セットの掘削費が約5,000万〜1億ドルに達しうるとし、採算が出力と地域の需要の双方に左右されると指摘している。また、閉ループ方式では周囲の岩盤からの熱伝導に大きく依存するため、自然に熱水が流れる地熱貯留層の対流より熱の供給が遅いという、根本的な性能制約も示している。

この点から、発電よりも地域暖房のほうが早く商用化しやすい可能性がある。中温の熱なら近隣の建物へ直接販売できるが、発電にはより高温の資源、大きな熱流量、そして高価な変換設備が必要だからだ。

ドイツ・バイエルン州のEavorが示すこと

ドイツ南部バイエルン州のゲレツリートで進むEavorのプロジェクトは、重要な比較対象になる。2025年12月4日、密閉された多分岐型の閉ループ地熱システムからドイツの送電網への送電を開始した。閉ループ地熱が商用電力網へ電力を供給した初の事例と報告されている。

同プロジェクトの全体設計出力は、電力約8.2メガワット、熱約64メガワットとされる。自然に熱水が湧き出る貯留層ではなく、長い地下井戸を通じて熱を回収する仕組みだ。ただし、2026年3月時点で稼働していたのは、計画された4ループのうち最初の1ループだった。技術的な実現性を示す重要な実証である一方、全体完成時の性能と経済性はなお検証を待っている。17

鄭州とゲレツリートは、同じ大きな構想の異なる段階を示している。鄭州は、密閉したCO₂循環によって地熱暖房を実用化できることを示す。ゲレツリートは、多分岐型の閉ループが電力網に到達できることを示す。しかし、どちらも、深部閉ループ地熱が安価で、世界中に普遍的に展開でき、既存の発電方式を置き換えられると証明したわけではない。

結論：「熱は取るが、水は取らない」実験

中国・鄭州のプロジェクトは、中国語でいう「取熱不取水」、つまり「熱は取るが地下水は取らない」という発想の実用テストとして捉えるのが最も正確だ。深さ2,500メートルの同軸井戸、密閉されたCO₂回路、約20％の取熱能力向上、1万8,000平方メートル超の暖房サービスは、なぜこの方式が注目を集めるのかを示している。613

この技術は、地熱利用を自然に流れる地下水から切り離し、熱い岩盤があればより多くの場所で熱を回収できる可能性を持つ。ただし、24時間発電への道のりは別にある。より深く大きな地下熱交換器、高温掘削の信頼性、長期的な熱性能、そして大幅に低い資本費を実現しなければならない。

現時点で根拠が示すのは、商用化への前進と慎重な期待であって、すでに規模・コストともに証明されたブレークスルーではない。