産総研、実装研究センターの新設　ネガティブエミッションとは何か？

この記事で分かること

  • ネガティブエミッションとは：大気中から二酸化炭素（CO₂）を直接除去し、排出量をマイナスにする技術や取り組みです。
  • どのように除去するのか：バイオマス（植物由来燃料）を燃やして発電 → 発生したCO₂をCCSで地下に貯留するBECCS、大気中の低濃度CO₂を直接回収 → 圧縮して地中貯留するDACCSなどの補法があります。

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。

　前回の記事では、7つの実装研究の一つである「CCUS」の概略についてでしたが、今回はネガティブエミッションについての解説となります。

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。

ネガティブエミッションとは何か

　「ネガティブエミッション」とは、大気中から二酸化炭素（CO₂）を直接除去し、排出量をマイナスにする技術や取り組みを指します。つまり、排出削減ではなく、「出したCO₂を取り戻す」考え方です。

　カーボンニュートラル（排出と吸収が±ゼロ）のさらに先、「排出以上にCO₂を取り除く」状態を目指します。気候変動対策として、温暖化を1.5℃未満に抑えるには不可欠だとIPCC（気候変動に関する政府間パネル）でも指摘されています。

　技術的・経済的課題がまだ多い一方、将来的に「排出を超えてCO₂を減らす」手段として非常に重要です。

■ 代表的なネガティブエミッション技術

BECCS（Bioenergy with Carbon Capture and Storage）
  • バイオマス（植物由来燃料）を燃やして発電 → 発生したCO₂をCCSで地下に貯留
  • 植物が成長過程でCO₂を吸収しているため、吸収した分を地中に閉じ込めることができる

→ 実質的にCO₂を大気から減らせる

DACCS（Direct Air Capture with Carbon Storage）
  • 大気中の低濃度CO₂を直接回収 → 圧縮して地中貯留
  • フィルターや化学吸収剤を使ってCO₂を大気から取り込む

→ 「空気清浄機」のようにCO₂を吸い取る

植林・森林管理
  • 森林によるCO₂吸収能力を高める
  • 伐採後も木材を建材などに固定利用することで炭素を長期固定
海洋ベース技術
  • 海藻養殖や海洋肥沃化（海に鉄などを撒きプランクトン増殖）によるCO₂吸収促進
炭素鉱物化
  • CO₂を鉱物（炭酸塩鉱物）と反応させ、安定した固体として固定化

なぜ重要なのか

  • 再生可能エネルギー導入や省エネだけでは、どうしてもゼロにできない排出（航空、重工業など）が残る
  • これを埋め合わせるために「ネガティブエミッション」が必要
  • 2050年のネットゼロ実現に向けて、特に長期貯留と大規模展開が課題

日本の動き

　日本では産総研をはじめとする研究機関で、BECCSやDACCSの技術開発・社会実装が検討されています。また、苫小牧CCS実証など、CO₂貯留技術の安全性・有効性の評価が進められています。

ネガティブエミッションとは、大気中から二酸化炭素（CO₂）を直接除去し、排出量をマイナスにする技術や取り組みであり、「排出を超えてCO₂を減らす」手段として非常に重要です。

DACCSではどうやって二酸化炭素を回収するのか

　DACCS（Direct Air Capture with Carbon Storage、大気直接回収・貯留）では、大気中の非常に低濃度（約0.04%）のCO₂を効率的に回収するための特殊な仕組みが使われています。

DACCSの回収プロセスの流れ

  1. 大気の取り込み
    • 大型ファンなどで周囲の空気を装置内部に取り込みます。
    • 大気中のCO₂は非常に希薄なので、大量の空気を処理する必要があります。
  2. CO₂の吸着
    • 空気が**吸着材（ソリッド型）や吸収液（リキッド型）**に接触します。
    • 吸着材：化学的にCO₂を選択的にくっつける固体（例：アミン担持多孔質材、ゼオライトなど）
    • 吸収液：アミン系の溶液など
    • → この段階でCO₂だけを他の気体（N₂やO₂）から分離
  3. CO₂の放出（再生）
    • 吸着・吸収材を加熱または減圧して、CO₂を分離・放出します。
    • 例：
      • 固体吸着材 → 80～120℃程度の熱でCO₂を放出
      • 液体吸収材 → 100℃前後の加熱でCO₂を放出
    • 放出されたCO₂は濃縮されており、圧縮して貯留や利用に回される
  4. 吸着材・吸収液の再利用
    • CO₂を放出した後の吸着材・吸収液は再利用され、再び大気中のCO₂を回収します。
    • → 連続的に運用可能

代表的な技術・企業

  • Climeworks（スイス）：固体吸着材を用いたモジュール型DAC装置を開発
  • Carbon Engineering（カナダ）：水酸化ナトリウム溶液を用いた液体吸収法
  • Global Thermostat（米国）：固体アミン吸着法

特徴・課題

  • CO₂濃度が低いため、多くのエネルギーと装置面積が必要
  • 再生時の熱エネルギー供給がコストに大きく影響
  • 回収したCO₂は圧縮・輸送して地中貯留（CCS）または合成燃料や化学品に利用可能

DACCSでは「大気を吸い込み → 特殊な材料でCO₂を捕まえ → 加熱してCO₂だけ取り出す → 材料を再利用」というサイクルを繰り返しています。

吸着材や吸着液はなぜ、加熱で二酸化炭素を放出出来るのか

　吸着材や吸収液が加熱によって二酸化炭素（CO₂）を放出できる理由は、CO₂と吸着・吸収材の間の「化学結合」や「物理吸着力」が熱によって弱まる・切れるからです。

1. 化学吸着の場合（例：アミン吸収液、アミン担持固体吸着材）

  • アミン（NH₂基）はCO₂と化学反応してカルバメート（R-NH-COO⁻）という化合物を作ります。

吸収時の反応式：
RNH₂ + CO₂ ⇌ RNHCOO⁻ + H⁺

→ この反応は可逆反応であり、温度が低いと右方向（吸収）が進み、温度が高いと左方向（放出）が進みます。

つまり

  • 低温 → CO₂を取り込む（吸収）
  • 加熱 → 反応が逆方向に進み、CO₂が放出される

　熱エネルギーを与えることで、化学結合を切る（反応を逆転させる）ことができます。

2. 物理吸着の場合（例：ゼオライト、活性炭）

  • ゼオライトなどの多孔質材料では、CO₂が物理的な力（ファンデルワールス力）で表面に吸着しています。
  • この吸着エネルギーは比較的弱いため、加熱や減圧によって分子の運動エネルギーが増えると、CO₂が材料の表面から離脱できます。

イメージとしては：

  • 冷たいとき → 分子の動きが遅く、表面にくっつく
  • 熱すると → 分子が元気に動き出し、表面から離れる

吸着材や吸着液は加熱することで、CO₂と材料の結合や吸着力が弱まる／切れるため、CO₂が材料から離れて放出することが可能です。

コメント

タイトルとURLをコピーしました