産総研、実装研究センターの新設 新設の目的は何か？CCUSとは何か？

この記事で分かること

  • 新設の目的は：産学官連携を強化し、技術の実用化と普及を推進していくことで、研究成果の社会実装を行うことで、様々な社会課題の解決と産業競争力の強化を目指しています。
  • CCUSとは：Carbon Capture, Utilization and Storageの略であり、大気中や排出源から二酸化炭素（CO₂）を回収し、利用または地中に貯留する技術の総称です。
  • CO2はどのように貯蔵されるのか：地中深くの「天然の蓋がある岩の隙間」に注入して閉じ込める方法が中心で、自然の地質構造を利用することで長期間安全に保管できるよう設計されています。

産総研、実装研究センターの新設

　産業技術総合研究所（産総研）は、2025年4月に「実装研究センター」を新設し、社会課題の解決に向けた技術の社会実装を加速する取り組みを開始しました。

　https://www.aist.go.jp/aist_j/news/au20250401_2.html

　産総研の第6期中長期目標では、「エネルギー・環境・資源制約への対応」「人口減少・高齢化社会への対応」「レジリエントな社会の実現」の3つの社会課題の解決が掲げられています。

　これらの課題に取り組むため、7つの実装研究センターが設立され、所内の研究成果を結集し、産総研の総合力を最大限に生かした研究開発を推進していくとしています。

　今回は7つの実装研究の一つである「CCUS」の概略の解説となります。

7つの実装研究センターとは何か

　産総研は、研究成果の社会実装を通じて、社会課題の解決と産業競争力の強化を目指しています。

7つの実装研究センターとして以下のような主な取り組みがあり、各研究センターは、産学官連携を強化し、技術の実用化と普及を推進していく予定です。　

  1. CCUS実装研究センター
    CO₂削減技術の社会実装を目指し、カーボンニュートラル実現に貢献します。
  2. サーキュラーテクノロジー実装研究センター
    高度リサイクル技術の社会実装を通じて、サーキュラーエコノミーの実現を目指します。
  3. ネイチャーポジティブ技術実装研究センター
    自然資本の計測・評価・回復技術を社会実装し、ネイチャーポジティブ社会の実現を目指します。
  4. 次世代ものづくり実装研究センター
    次世代のものづくりシステムを構築し、生産性向上と高度人材の育成を目指します。
  5. ウェルビーイング実装研究センター
    心身負荷のモニタリングおよび軽減技術を社会実装し、生産・就労現場の改善と生産性向上を目指します。
  6. セルフケア実装研究センター
    セルフケアの基盤技術を社会実装し、健康寿命の延伸を目指します。
  7. レジリエントインフラ実装研究センター
    先進的なインフラ維持管理技術を社会実装し、インフラの強靱化を目指します。

これらのセンターは、産総研の研究戦略や社会実装戦略が直接反映される体制のもと、社会課題の解決を目指して研究開発を進めています。

産総研は、研究成果の社会実装を通じて、社会課題の解決と産業競争力の強化を目指しています。7つの実装研究センターはそれぞれの分野で、産学官連携を強化し、技術の実用化と普及を推進していく予定です。　

CCUSとは何か

　CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage：二酸化炭素回収・利用・貯留）は、大気中や排出源から二酸化炭素（CO₂）を回収し、利用または地中に貯留する技術の総称です。

　気候変動対策として世界中で注目されており、産総研でも「CCUS実装研究センター」を設置し、社会実装を推進しています。

■ CCUSの基本構造

  1. 回収（Capture）
    • 火力発電所や工場などから排出されるCO₂を回収
    • 吸収液や膜分離技術などでCO₂を分離・濃縮
  2. 利用（Utilization）
    • 回収したCO₂を化学品、燃料、建材などの原料として利用
    • 例：メタンやメタノールの合成、コンクリート硬化促進
  3. 貯留（Storage）
    • 回収したCO₂を地下の深い岩層（深部帯水層や油田・ガス田跡）に圧入して貯留
    • 長期的に漏れないよう監視する体制が必要

■ CCUSの意義

  • カーボンニュートラル達成に不可欠：エネルギー多消費産業や発電部門で排出ゼロが難しい場合の補完手段
  • ネガティブエミッション（負の排出）技術の基盤：バイオマス発電と組み合わせたBECCS（Bioenergy with CCS）などで大気中のCO₂削減も可能
  • 産業創出効果：CO₂を資源として活用する新産業の創出に貢献

■ 日本および産総研の取り組み

  • 産総研の「CCUS実装研究センター」は、CO₂回収コストの低減、回収技術の小型・省エネルギー化、CO₂の多様な利用技術の開発、適切な貯留サイトの評価などに取り組んでいます。
  • 実証実験として北海道苫小牧市の苫小牧CCS実証試験（経産省・JOGMEC主導）では、国内初の大規模CO₂地中貯留が行われました。

■ 課題

  • コスト：現在はCO₂の回収・圧縮・輸送・貯留に多額の費用が必要
  • 社会受容性：CO₂の地中貯留への理解・同意
  • 法制度：長期的な貯留の責任範囲や監視体制の法整備

　CCUSは「脱炭素社会」実現のために重要な技術であり、特に産業部門やエネルギー供給部門の脱炭素化において欠かせない選択肢です。

CCUSとは、Carbon Capture, Utilization and Storageの略であり、大気中や排出源から二酸化炭素（CO₂）を回収し、利用または地中に貯留する技術の総称です。

どのように二酸化炭素を回収するのか

　CCUSにおける「回収（Capture）」の方法は、排ガス中のCO₂を他の成分から分離・濃縮する技術で、主に次の3つの方式に分類されます。

1. ポストコンバッション（燃焼後回収）

  • 概要：燃焼後の排ガスからCO₂を分離回収する方法
  • 特徴：
    • 既存の火力発電所や工場にも追加設置が可能
    • アミン吸収法が代表的
  • 仕組み：
    1. 排ガスをアミン水溶液に接触させる
    2. アミンがCO₂を化学吸収
    3. CO₂を含んだアミン液を加熱してCO₂を放出
    4. アミンは再利用、CO₂は圧縮・輸送

→ 現在もっとも実用化が進んでいる技術です。

2. プレコンバッション（燃焼前回収）

  • 概要：燃料（石炭や天然ガスなど）を燃焼する前にガス化し、CO₂を分離する方法
  • 特徴：
    • 発電効率が比較的高い
    • IGCC（石炭ガス化複合発電）などと組み合わせ
  • 仕組み：
    1. 燃料をガス化してCOとH₂の混合ガス（合成ガス）を生成
    2. COを水蒸気と反応（シフト反応）させてCO₂とH₂に転換
    3. CO₂を分離回収
    4. H₂を燃料として発電に利用

→ 水素製造とCO₂回収を同時に行える点が魅力です。

3. オキシコンバッション（酸素燃焼回収）

  • 概要：燃料を酸素で燃焼させてCO₂と水蒸気だけの排ガスにし、CO₂を簡単に分離する方法
  • 特徴：
    • 窒素を含まないため排ガスのCO₂濃度が高い
    • 燃焼温度が高く、特殊な耐熱技術が必要
  • 仕組み：
    1. 空気中の酸素を分離（空気分離装置）
    2. 燃料を酸素だけで燃焼
    3. 排ガスから水を凝縮し、CO₂を取り出す

→ 装置の簡素化が期待できるが、酸素製造コストが課題。

■ 他の回収方法（研究開発中）

  • 固体吸着剤による吸着回収（ゼオライト・金属有機構造体など）
  • 膜分離法（特殊な膜を使ってCO₂を透過分離）
  • 生物利用（藻類などでCO₂固定）

CCUSには、燃焼後の排ガスからCO₂を分離回収するポストコンバッション、燃料を燃焼する前にガス化するプレコンバッション、CO₂を分離する燃料を酸素で燃焼させてCO₂と水蒸気だけの排ガスにし、CO₂を簡単に分離するオキシコンバッションなどの方法があります。

CO2はどのように貯蔵されるのか

　「CCUS」におけるCO₂の貯蔵（Storage）は、回収したCO₂を長期間、安全に地中に閉じ込めることが目的です。主に次の方法が使われます。

1. 地下深部の地層への貯蔵（地中貯留）

　現在最も実用化されている方法で、地表から1,000～3,000メートルの深さの多孔質岩（砂岩など）にCO₂を圧入します。CO₂は超臨界状態（液体と気体の中間）に圧縮され、岩石の細かな隙間（細孔）に注入されます。

主な貯蔵先
  • 深部帯水層（saline aquifer）
    　塩水を含む地下の多孔質層
  • 枯渇油田・ガス田
    　かつて石油や天然ガスを貯めていた層
  • 未利用の炭層（CBM層）
    　炭層ガス回収と組み合わせる場合も
貯留メカニズム
  1. 構造トラップ
    　上に不透水性の「キャップロック」（泥岩など）があるため、CO₂が上昇できない
  2. 残留トラップ
    　岩石の隙間にCO₂が毛細管現象で閉じ込められる
  3. 溶解トラップ
    　CO₂が地下水に徐々に溶け込み、炭酸イオンとして固定
  4. 鉱物トラップ（長期）
    　溶けたCO₂が周囲の鉱物と反応し、炭酸塩鉱物として固化

→ 時間が経つほど安定性が増していく仕組みです。

2. 海底下への貯蔵

  • 陸上だけでなく、大陸棚下の深部帯水層に貯留する方法も。
  • 日本では苫小牧CCS実証試験が、海底下約1,000mの貯留層で行われました。

→ 海底下は土地利用の制約が少なく、貯留容量が大きい利点があります。

3. 鉱物固定化

  • 一部の技術では、CO₂を地下のマグネシウムやカルシウムを含む岩石と反応させて炭酸塩鉱物に変える方法も研究されています。
  • 例：バザルト（玄武岩）へのCO₂注入
  • → 化学的に安定な形で固定されるためリークリスクが極めて低い

貯蔵時のプロセス

  1. CO₂を回収・圧縮
  2. パイプラインやタンクローリーで輸送
  3. 井戸（インジェクションウェル）から貯留層へ圧入
  4. モニタリングシステムで挙動を監視（地震計、地中レーダー、圧力計など）

課題と対策

  • 漏洩リスク： 地質調査で適切な層・キャップロックの有無を確認
  • 地震や地盤変動の影響： 長期モニタリングが必須
  • 社会受容性： 地域住民の理解・合意形成が重要

CO₂の貯蔵は、地中深くの「天然の蓋がある岩の隙間」に注入して閉じ込める方法が中心で、自然の地質構造を利用することで長期間安全に保管できるよう設計されています。

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