2050年カーボンニュートラルにおいては二酸化炭素の削減のみならず、その回収と貯留、さらには資源化も検討されています。
CCSやCCUSと呼ばれる取り組みですが、どのような技術や仕組みが検討されているのでしょうか。
二酸化炭素の回収技術や、回収した二酸化炭素の貯留、活用方法について解説します。
1.CCS、CCUSとは
2050年カーボンニュートラルの達成のため、二酸化炭素を排出する石化燃料からの脱却が進められています。
一方で完全に石化資源使用量をゼロにすることは難しいため、排出した二酸化炭素を回収する取り組みも進められているのです。
CCSやCCUSと呼ばれるこの取り組みでは、火力発電所やプラントなどで排出される二酸化炭素を回収し、地中への貯留や資源化により大気中への排出量ゼロを目指しています。
CCSは「Carbon dioxide Capture and Storage」の略で、二酸化炭素(Carbon dioxide)を回収(Capture)して地中に貯留する(Storage)します。
CCUSは「Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage」、CCSにUtilizationが加わっており、回収した二酸化炭素の活用を試みています。
2050年カーボンニュートラルについては、下記記事で解説していますのでよければご参照ください。
カーボンニュートラルってなに？世界が目指すその背景とは
2050年二酸化炭素排出量の実質ゼロを達成する上で欠かせない技術です。
2.二酸化炭素の回収について
CCS、CCUSに共通する課題として、排気ガス中から二酸化炭素を分離し、回収する技術の構築が挙げられます。
二酸化炭素が排出される火力発電所やプラントでは、二酸化炭素以外の排ガスも含まれており、二酸化炭素を選択的に回収する必要があるのです。
さらに回収する場所により、排出されるガスの圧力や温度なども異なるため、二酸化炭素を回収する方法はいくつも研究されてきました。
酸性の二酸化炭素をアルカリ溶液に吸着させる化学吸着法、ゼオライトなどの固体物質に吸着させる固体吸着法、二酸化炭素選択性のある膜により分離回収する膜分離法などが挙げられます。
対象となる排気ガスの圧力が低く二酸化炭素濃度も薄い場合は反応性の高い化学吸着法や固体吸着法が候補となり、排気ガスの圧力が高い場合は膜分離法が候補となります。
二酸化炭素の回収や貯留等については日本の産学が数多くの特許を取得しており、世界に先行している分野でもあります。脱炭素化の流れは日本の存在感を強めるチャンスでもあるのです。
このように二酸化炭素の回収方法については研究されてきたのですが、現状広くは実施されてきませんでした。
その理由の一つが、二酸化炭素の分離回収コストが大きく経済的に見合わない点であり、実際にCCSでは、CO2分離回収コストは全体のコストの約6割程度を占めると試算されています。
CCSやCCUSを広く普及させるためには、低コストなCO2分離回収技術の開発だけでなく、二酸化炭素排出規制や炭素税の導入など政府の補助も必要となります。
産官学が連携して二酸化炭素回収の実用化が進められています。
3.CCS二酸化炭素の貯留について
分離・回収した二酸化炭素は、どのような処理が検討されているのでしょうか。
CCSでは、回収した二酸化炭素を地中や海中に貯留することが検討されており、すでに北海道・苫小牧で日本初の大規模な実証試験がおこなわれています。
この実証実験では、製油所の水素製造設備から排出されるガスから二酸化炭素を分離回収し、海岸から3～4km離れた海底下の貯留層へ圧入・貯留しています。
2016年4月から二酸化炭素の貯留を開始したこの設備ですが、2019年11月に目標としていた累計二酸化炭素圧入量30万トンを達成して圧入を停止しました。
今後実用化に向けた取り組みが進められ、2030年ごろの商用化に向けてコスト削減や貯留場所の選定が進められています。
しかしに二酸化炭素の貯留場所は、貯留するすき間のある地層であり、かつその上が二酸化炭素を通さない地層でおおわれている必要があります。
加えて活断層などが近くにない安定した地層であることも求められ、安全性や自然への影響のモニタリングも含め、現在実証実験が進められています。
プラントの多い太平洋側は、活断層の影響で貯留が難しいと考えられます。
4.CCUSカーボンリサイクルについて
二酸化炭素排出量を削減できるCCSですが、貯留にコストがかかる点や貯留量に限界がある点、再漏出や自然環境への影響などが課題となります。
そこで二酸化炭素を資源として活用する取り組み、CCUSも進められています。
現在二酸化炭素を活用する取り組みとしては、「EOR（原油増進回収技術）」が主流です。
EORでは油田にある原油などを回収するため、炭酸ガスを注入しています。圧入された二酸化炭素が内部に残る原油や天然ガスを押し出すことで生産量を増加させるのです。
もともと原油や天然ガスが長期間貯蔵されていたところに二酸化炭素を注入するため、二酸化炭素を安定して貯留することも可能です。
しかし用途が限定的で二酸化炭素の使用量は限られるため、現在もっと幅広い活用が研究されています。
具体的にはポリカーボネートやウレタンなど二酸化炭素を原料とする化成品、合成燃料やバイオ燃料、他にもコンクリートなどが想定されています。
またクリーンな次世代エネルギーとして着目されている水素についても、その製造の際に二酸化炭素が発生することが課題となります。
CCUSは、CO2フリー水素を製造する上でも欠かせない技術となるのです。なおクリーンな水素製造についてはこちらの記事で紹介しています。
これらの技術は2030年ごろの普及を目指しており、今後も用途探索や低コスト化が進められていくと予想されます。
資源の少ない日本では、石化資源に依存しない技術開発が進められてきました。日本が世界の脱炭素化を牽引するチャンスです。
