二酸化炭素回収・貯留（CCS）とは
二酸化炭素回収・貯留（CCS）は、二酸化炭素（CO2）排出を取り戻し、大気から排出する前に隔離するプロセスを指します。CCSの目的は、大量の温室効果ガスの排出が地球温暖化や環境破壊の原因となるのを防いで、気候変動を緩和することです。
CCSプロセスでは、産業活動、発電所などからCO2が発生するという点で同様で、それを回収し、通常は地下にある貯留場所に輸送し、そこで永久に貯留します。CCSは、炭素の回収・利用・貯蔵（CCUS）と呼ばれることもありますが、これは回収された炭素が他の産業プロセスを促進するための製品として利用されることがあるという事実を指しています。
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大気中の温室効果ガスの量を削減することは、気候変動を遅らせるために不可欠です。再生可能エネルギー源への移行は、この目標を達成するための重要な部分です。しかし、化石燃料は、その普及率とより持続可能な選択肢への転換という課題から、当分の間は世界のエネルギー・ミックスの一部にとどまり続けるでしょう。CCSは、CO2の量を減らすことで、化石燃料をよりクリーンに使用できるようにします。
CO2の主な排出源は大規模な工業施設、天然ガス処理、製油所、発電所などです。これらはCCSプロジェクトの理想的な候補となっています。2022年には、世界中で4,600万メートルトン（トンとも呼ばれる）の二酸化炭素が回収および貯蔵されました。このようなプロジェクトによって、世界全体で年間2億5,400万メートルトンの二酸化炭素が回収・貯蔵されると予測されています。1ネットゼロ排出のを達成し、クリーン・エネルギー戦略に投資しようとする国や企業が増えるにつれて、CCSプロジェクトや炭素回収テクノロジーへの関心が高まっています。
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CCSは、二酸化炭素（CO2）の回収、輸送、貯蔵を含む3段階のプロセスです。
収集
CO2回収には、主に後燃焼、前燃焼、酸素燃焼の3種類があります。それぞれの方法には、利点と課題があります。どちらを選択するかは、発電所や産業施設の種類、使用される化石燃料の特性、また全体的な経済的考慮事項などの要因によって異なります。
- 燃焼後：CO2の取り込みの最も一般的なタイプは、燃焼後CO2取り込みです。これは、化石燃料が燃焼されて電気または熱に変換された後にCO2を取り込みます。得られた排気ガスは、溶媒を使ってCO2の濃い流れに分離され、圧縮されて貯蔵のために輸送されます。この方法は、既存の発電所を更新するときによく使用されます。
- 燃焼前：燃焼前CO2除去では、化石燃料を燃焼させる前にCO2を除去します。化石燃料は燃焼前に部分的に酸化され、水素と一酸化炭素の混合物を生成します。次に、水を加えて一酸化炭素をCO2に変換し、CO2を回収して貯蔵することができます。この方法は燃焼後の回収よりも効率的ですが、より複雑でコストのかかるセットアップが必要です。
- 酸素燃焼：この方法では、化石燃料を空気ではなく純粋な酸素で燃焼させ、CO2と水を主成分とする排ガスを発生させます。水蒸気が凝縮された後は、ほぼ純粋なCO2が残り、圧縮して輸送することができます。この種のCCSテクノロジーはまだ開発の初期段階にあり、大規模な利用には至っていません。
輸送
CO2が回収されると、貯蔵場所に輸送されます。これは通常、天然ガスや石油の長距離輸送に使用されるのと同じテクノロジーで、パイプラインを使用して行われます。短距離だったり、地形が難しかったりする場合には、船やトラックを使うこともできます。
ストレージ
炭素貯留、もしくは炭素隔離として知られ、大気中への放出を防ぐためにCO2を長期的かつ恒久的に貯留する手段です。二酸化炭素の貯蔵にはいくつかの種類があります。
- 地中貯留:これは、CO2を地下深くの地層に注入することを意味します。これには、枯渇した油田やガス貯留層、アクセス不能な石炭層、塩水帯水層などが含まれます。深層地層は、これまでのところ、炭素貯蔵の最も一般的な方法です。
- 海洋貯留：この方法では、大深度の海洋にCO2を直接注入します。そこで、溶解したり、安定した化合物を形成したりします。しかし、この方法は海洋生態系に影響を与える可能性があるため、環境面で懸念があり、現在のところ実行可能な選択肢とは考えられていません。
- 鉱物炭酸塩化：CO2は、ある種の多孔質岩層と反応し、安定した鉱物を形成します。このような反応は何千年もかけて自然に起こりますが、産業プロセスによって加速させることができます。これはCO2の永続的な貯蔵解決策となりますが、現在のところ、高価であり、エネルギーを大量に消費します。
- 生物学的隔離：これは、自然な手段でCO2を回収・貯留することです。例えば、植物は成長する過程でCO2を吸収し、その組織や土壌に炭素を蓄えます。バイオベースの戦略には、貯蔵量を最大化し、排出量を最小限に抑える森林再生と炭素農法が含まれます。
回収・貯留されたCO2は、永久的に残すことも、他の産業プロセスに利用することもできます。貯蔵炭素の最も一般的な使用方法は、原油増進回収法（EOR）です。この技術では、回収されたCO2を油田に注入し、採掘できる原油の量を増やします。
一般的な石油抽出方法では、大量の石油が取り残される可能性があります。EORプロジェクトは抽出をより効率的なものにします。また、CO2は残されるため、この技術には長期貯蔵オプションという利点もあります。
このようなメリットがある一方で、EORにより発電に化石燃料を使い続け易くなります。このため、完全な解決策というよりは、再生可能エネルギー源への移行と排出削減を支援する、より広範な戦略の一部とみなされています。
前述の炭素回収方法は通常、発電所や工業施設のような大規模な発生源に使用され、新たに発生した炭素排出を放出する前に回収します。しかし、すでに大気中に存在している炭素排出量に対処するための炭素回収方法は他にもあります。これは、二酸化炭素除去（CDR）として知られています。CDRには、次の2つの一般的な方法があります。
- Bioenergy carbon capture and storage （BECCS）は、化石燃料の代わりにバイオエネルギーを動力源とする戦略です。バイオマスは成長過程で大気からCO2を吸収します。バイオ燃料として燃やしてエネルギーになると、CO2排出は回収され、貯蔵されます。これにより、BECCSは大気中に排出されたCO2を正味として除去するため、潜在的な「ネガティブ・エミッション」技術になります。
- Direct air capture and carbon storage（DACCS）は、発電所のような点源からではなく、大気から直接CO2を回収することに焦点を当てています。直接空気回収（DAC）戦略も、大気中に既に存在するCO2を除去するため、ネガティブ・エミッションとなる可能性があります。
国連の気候変動に関する政府間パネル（IPCC）と国際エネルギー機関（IEA）は、いずれも2050年までに世界的なネットゼロ排出目標を達成するための戦略において、CCSが重要な役割を担っていると報告しています。さまざまな国や地域が、それぞれの方法でCCSに取り組んでいます。以下にそうした例を一部紹介します。
アメリカ合衆国
米国では、テキサス州のPetra Novaプロジェクトを含め、約10カ所の大規模なCCS施設が稼動しています。世界最大の燃焼後炭素回収プロジェクトとして、石炭火力発電所から年間100万トン以上のCO2を回収し、近隣の油田のEORに利用しています。政府は、45Q税額控除を通じて、CCSに金銭的インセンティブを提供しています。これは、回収または貯蔵されたCO2の1メートルトンごとに税額控除が受けられるというものです。
カナダ
カナダには、2000年から操業を開始し、年間約200万メートルトンのCO2を貯蔵しているWeyburn-Midale油田など、いくつかの重要なCCSプロジェクトがあります。カナダ政府は、研究開発への資金提供や、オイルサンド事業への使用を奨励する規制措置を通じてCCSを支援しています。
ノルウェー
ノルウェーはCCSのパイオニアです。北海にあるSleipner Fieldは、1996年以来CO2を回収・貯留しており、CCSプロジェクトとしては最も長い歴史を持つものの1つです。CO2は、油田から抽出された天然ガスから分離され、地下の含塩層に注入されます。同国政府は、CCSを気候変動目標を達成するための重要な手段とみなし、これらのプロジェクトに資金を提供しています。
中国
世界最大のCO2排出国である中国は、CCSを排出量削減戦略の重要な部分と見なしています。いくつかのパイロットCCSプロジェクトがあり、研究開発に多額の投資を行っています。しかし、中国におけるCCSの大規模な展開はまだ限られています。
欧州
欧州連合（EU）は、排出量取引制度を通じてCCSを支援しており、炭素排出量に価格をつけることで、CCSを財政面で魅力あるものにすることができます。しかし、ヨーロッパではCCSの進展は遅く、運用中のプロジェクトはわずか数件にとどまっています。
CCSはその可能性の反面、いくつかの課題に直面しています。CO2の回収、輸送、貯留にはコストがかかる場合があり、炭素回収技術はまださまざまな開発段階にあります。CCSテクノロジーが成熟するにつれてコストが下がると予想されますが、普及を阻む大きな障壁であることに変わりはありません。また、CCSはかなりの量のエネルギーを必要とするため、適切に管理されなければ、発電所や産業施設の総排出量を増加させる可能性があります。これはCCSの「エネルギー・ペナルティー」として知られています。
また、すべての地域にCO2の貯留に適した場所があるわけではなく、新たな場所を設置する可能性も限られているため、CCSの拡大は地理的条件によっても制限されます。また、恒久的な貯蔵場所の長期的な安定性や漏出の可能性についても懸念があります。リスクは低いと考えられていますが、漏出すると、排出削減と気候変動緩和におけるCCSの効果が損なわれる可能性があります。しかし、エネルギー技術が進化し、プロジェクトの費用対効果が向上するにつれて、CCSは主要な生産者から排出される炭素を管理するための重要な方法として期待されています。