超臨界地熱発電は、金属管の内枠（ケーシング）が付けられた坑井を地上から掘削し、火山地帯の深部3～5 kmに存在する400～500 ℃で30 MPa以上の超臨界状態（上図左）にある地熱流体を自噴させ、蒸気タービンを回して発電する方法である。しかし、金属材料の超臨界水に対する耐酸化性や耐腐食性に関する研究例やデータはほとんど無く、pH指数や不純物の影響を調べた結果は皆無である。そのため、超臨界地熱発電のケーシング材の選定も進んでいない。
そこで、圧力容器内で金属材料試験片を超臨界水に曝露できる超臨界水酸化試験装置（上図右）を設計し、9Crフェライト耐熱鋼と18Cr-8Niオーステナイト耐熱鋼の650℃における水蒸気－亜臨界水－超臨界水による酸化･腐食挙動を調査し、各材料の酸化速度定数の圧力依存性を決定した。また、種々の量の酸素を固溶させたチタン材料を500℃の超臨界水に曝露して酸化挙動を調査した結果、2 mass%までの酸素固溶は純チタンの超臨界水酸化に影響しないことを明らかにし、スクラップチタンが超臨界地熱発電プラントの高温構造部材に有効であることを示した。
今後は、酸性で固形不純物を含んだ、より地熱流体の実態に近い超臨界水による金属材料の酸化･腐食挙動の調査が必要である。しかし、酸性超臨界水を保持する圧力容器そのものが著しく酸化･腐食する恐れがあるため、試験片のみが酸性超臨界水に触れるように工夫した装置を設計･開発し、流体温度･圧力、不純物濃度やpH指数が耐熱鋼の酸化･腐食挙動に及ぼす影響を系統的に調査したい。