直接空気回収

直接空気回収（DAC）は、化学的または物理的プロセスを使用して周囲の空気から直接二酸化炭素を抽出することです。 ^[1]抽出されたCO2_が安全な長期貯蔵庫に隔離されると（直接空気炭素回収および隔離（DACCS）と呼ばれる）、全体的なプロセスで二酸化炭素が除去され、「ネガティブエミッションテクノロジー」（NET）になります。

二酸化炭素（CO ₂）は周囲の空気から直接回収されます。これは、セメント工場やバイオエネルギー工場などの点源からCO _{2 を}回収する炭素回収・貯留（CCS）とは対照的です。^{[2]回収後、DACは}隔離または利用のために濃縮されたCO ₂ストリームを生成します。二酸化炭素の除去は、周囲の空気が化学媒体、通常は水性アルカリ溶媒^[3]または吸着剤^[4]と接触することで達成されます。その後、これらの化学媒体はエネルギー（つまり熱）を適用してCO _{2が除去され、脱水および圧縮が可能なCO 2}ストリームが生成され、同時に化学媒体が再利用できるように再生されます。

_{DACは、 CO2}の長期貯留と組み合わせると、直接空気炭素回収・貯留（DACCSまたはDACS ^[5]）として知られています。DACCSは、二酸化炭素除去メカニズムとしても、カーボンネガティブ技術としても機能します。2023年現在、DACCSは排出量取引にまだ統合されていません。なぜなら、二酸化炭素1トンあたりのコストが1,000米ドルを超え、^[6]それらの市場での炭素価格の何倍にもなるからです。 ^[7]エンドツーエンドのプロセスでネットカーボンネガティブを維持するには、DACマシンを再生可能エネルギー源で稼働させる必要があります。このプロセスは非常にエネルギーコストが高い可能性があるためです。将来の技術革新により、このプロセスのエネルギー強度が低減される可能性があります。

DACは1999年に提案され、現在も開発が進められています。^{[8] [9]}欧州と米国ではいくつかの商業プラントが計画または稼働中です。経済的なアプリケーションや政策的インセンティブと結びつくと、大規模なDACの導入が加速される可能性があります。

工場などの点源からの排出物を回収する炭素回収貯留（CCS）とは対照的に、DACは大気中の二酸化炭素濃度を全体的に低減します。したがって、DACは飛行機などの非定常発生源から発生した排出物を回収するために使用できます。^[2]

商業的な技術のほとんどは、フィルターを通して周囲の空気を押し出すために大きなファンを必要とします。最近では、アイルランドに拠点を置くCarbon Collect Limited社^{[11]が、風に当てるだけで}_CO2を捕捉するMechanicalTree™を開発しました。同社は、このCO2の「受動的な捕捉」により_{、直接空気捕捉のエネルギーコストが大幅に削減され、その形状はギガトンのCO2}捕捉の規模拡大に適していると主張しています。

ほとんどの商業技術では、ガスからCO _{2 を}吸収するために液体溶媒（通常はアミンベースまたは苛性溶媒）を使用します。 ^[12]たとえば、一般的な苛性溶媒である水酸化ナトリウムはCO ₂と反応して安定した炭酸ナトリウムを沈殿させます。この炭酸塩を加熱すると、非常に純粋なガス状CO ₂ストリームが生成されます。^{[13] [14]水酸化ナトリウムは、}苛性化プロセスで炭酸ナトリウムからリサイクルできます。^[15]あるいは、CO _{2 は}化学吸着プロセスで固体吸着剤に結合します。^[12]熱と真空によって、CO ₂は固体から脱着されます。^{[14] [16]}

研究されている特定の化学プロセスの中で、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物による苛性化、炭酸化^{[17] 、および多孔質}吸着剤に担持されたアミンからなる有機無機ハイブリッド吸着剤の3つが際立っています。^[8]

生きた植物に似た多数の小さな分散型DACスクラバーを使用して、環境的に重要な_CO2レベルを削減するという アイデアにより、この技術は一般メディアで人工樹木と呼ばれるようになりました。^{[18] [19] [20]}

2012年に負の炭素排出センター（CNCE）の所長であるクラウス・ラックナー教授によって設計された循環プロセスでは、マラソンMSAと呼ばれる陰イオン交換ポリマー樹脂を使用して希薄_CO2を効率的に分離できます。この樹脂は乾燥時に空気中の_CO2を吸収し、湿気にさらされると放出します。このプロセスのエネルギーの大部分は、水の相変化の潜熱によって供給されます。^[21]この技術は、費用対効果を判断するためにさらなる研究が必要です。^{[22] [23] [24]}

他に使用できる物質としては、金属有機構造体（MOF）がある。^[25]

_CO2の膜分離は半透膜に依存しています。この方法は水をほとんど必要とせず、設置面積も小さくなります。^[12]典型的には、ガラス質またはゴム質のポリマー膜が直接空気を捕捉するために使用されます。ガラス質膜は、通常、二酸化炭素に対して高い選択性を示しますが、透過性も低いです。二酸化炭素の膜捕捉はまだ開発中であり、大規模に実装するにはさらなる研究が必要です。^[26]

DACの支持者は、それが気候変動緩和の重要な要素であると主張している。^{[1] [16] [24]研究者は、DACが}パリ協定の目標（つまり、世界の平均気温の上昇を産業革命前の水準から2℃未満に抑えること）に貢献できると主張している。しかし、この技術に頼るのは危険であり、後で問題を解決できるという考えのもとで排出削減を先送りする可能性があると主張する者もいる。 ^{[9] [27]}そして、排出量を削減することがより良い解決策かもしれないと示唆している。^{[13] [28]}

アミンベースの吸収に依存するDACは、大量の水の投入を必要とします。年間3.3ギガトンのCO2を捕捉するには、300 km 3の水、つまり灌漑に使用される水の4％が必要であると推定されています_。^一方、水酸化ナトリウムを使用する場合、必要な水ははるかに少なくなりますが、物質自体は非常に腐食性が高く危険です。^[9]

_{DACはまた、 CO2}濃度が低いため、排ガスなどの従来の点源からの回収に比べてはるかに多くのエネルギー入力を必要とする。^{[13] [27]}大気からCO2を抽出するために必要な理論上の最小エネルギーは、CO21トンあたり約250kWhである_が、_{天然ガス発電所と石炭火力発電所からの回収には、それぞれCO21}トンあたり約100kWhと65kWhが必要である。^{[13] [1]}この暗黙のエネルギー需要のため、DAC施設に接続された「小型原子力発電所」の使用を提案する人もいる。^[9]

DACを炭素回収・貯留（CCS）システムと組み合わせると、排出ガスゼロのプラントを実現できるが、炭素を排出しない電源が必要になる。化石燃料で発電した電力を使用すると、回収する量よりも多くの_CO2が大気中に放出されることになる。 ^[27]さらに、DACを石油回収強化に使用すれば、想定される気候変動緩和のメリットは打ち消されてしまう。^{[9] [14]}

DAC の実際の用途は次のとおりです。

• 石油増進回収法、^[9]
• カーボンニュートラルな合成燃料とプラスチックの生産、 ^{[28] [16] [9]}
• 飲料の炭酸化、^[29]
• 炭素隔離、^[1]
• コンクリートの強度向上^[29]
• カーボンニュートラルなコンクリート代替品の開発、^[29]
• 藻類養殖場の生産性向上^[30]
• 温室内の空気の浄化^[30]

これらの用途では、回収したガスから生成される CO2 生成物の濃度が異なります。地中貯留などの炭素隔離の形態では純粋な CO2 生成物（濃度 > 99%）が必要です_が、_農業などの他の用途ではより希釈された生成物（約 5%）で機能します。DAC で処理される空気には元々 0.04% の CO2（または 400 ppm）が含まれているため_、純粋な生成物を生成するには希釈された生成物よりも多くのエネルギーが必要になり、通常はより高価になります。^{[21] [30]}

DACは、従来の点源炭素回収・貯留（CCS）の代替ではなく、分散型排出源からの炭素排出、 CCSネットワークからの漏洩排出、地層からの漏洩を管理するために利用できる補完技術です。^{[1] [28] [13]} DACは汚染源から遠く離れた場所に設置できるため、この方法で製造された合成燃料は既存の燃料輸送インフラを利用できます。^[29]

_{DAC導入における最大のハードルの一つは、 CO2}と空気を分離するコストである。^{[30] [31]} 2023年時点で、システム全体のコストは_CO21^{[アップデート]}トンあたり1,000ドルを超えると推定されている。^[6]大規模なDAC導入は政策的インセンティブによって加速される可能性がある。^[32]

カーボンエンジニアリングは2009年に設立され、ビル・ゲイツやマレー・エドワーズなどの支援を受けている商業用DAC企業である。^{[29] [28]} 2018年現在^{[アップデート]}、同社はカナダのブリティッシュコロンビア州にパイロットプラントを運営しており、2015年から稼働しており^[16] 、 1日あたり約1トンのCO2を抽出できる。_[ 9 ^{] [28]} 2015年から2018年にかけて実施されたパイロットプラントの経済調査では、除去される大気中のCO21トンあたりのコストは94～232ドルと推定されている_。 [ ^{16] [3]}

_{カーボンエンジニアリングはカリフォルニアのエネルギー会社グレイロックと提携し、濃縮CO2}の一部をガソリン、ディーゼル、ジェット燃料などの合成燃料に変換しています。 ^{[16] [28]}

同社は水酸化カリウム溶液を使用している。これはCO2と反応して_炭酸カリウムを形成し、空気中の一定量のCO2を除去する_。^[29]

クライムワークスの最初の産業規模のDACプラントは、2017年5月にスイスのチューリッヒ州ヒンヴィルで稼働を開始し、年間900トンのCO2を回収できる。エネルギー要件を下げるために、このプラントは地元の廃棄物焼却プラントの熱を利用している_。CO2は近く_の温室で野菜の収穫量を増やすために使用されている。^[33]

同社は、空気中から1トンのCO2を回収するには約600ドルの費用がかかると述べた。_[ ^{34] [12] [検証には引用が必要]}

クライムワークスは、 2007年に開始されたプロジェクトであるCarbfixでレイキャビク・エナジーと提携しました。2017年にはCarbFix2プロジェクトが開始され^{[35] 、}欧州連合のホライズン2020研究プログラムから資金提供を受けました。CarbFix2パイロットプラントプロジェクトは、アイスランドのヘトリスヘイディにある地熱発電所と並行して稼働しています。このアプローチでは、CO2_を地下700メートルに注入し、玄武岩の岩盤に鉱化して炭酸塩鉱物を形成します。DACプラントは、プラントからの低品位廃熱を使用して、両者が排出するよりも多くのCO2を効果的に除去します。_[ ^{9] [36]}  

2024年5月8日、クライムワークスはアイスランドで世界最大のDAC惑星「マンモス」を稼働させた。クライムワークスによれば、この惑星はフル稼働で年間36,000トンの炭素を大気から除去することができ、これはガソリン車約7,800台を1年間で道路から排除するのに相当します。^[37]

グローバルサーモスタットは2010年に設立された民間企業で、ニューヨーク州マンハッタンに拠点を置き、アラバマ州ハンツビルに工場を構えています。^{[29]グローバルサーモスタットは、炭素スポンジに結合したアミンベースの吸着剤を使用して、大気から}_CO2を除去します。同社は年間4万〜5万トンのプロジェクトを抱えています。^{[38] [検証が必要] [第三者ソースが必要]}

同社はハンツビルの施設で1トンあたり120ドルでCO2を除去できると主張している。_[ ^{29] [疑わしい–議論する]}

グローバルサーモスタットは、コカコーラ（炭酸飲料用のCO2をDACで調達することを目指している）および_エクソンモービル（グローバルサーモスタットの技術を使用してDACから燃料へのビジネスを開始する予定）と契約を締結しました。^[29]

Soletair Powerは2016年に設立されたフィンランドのラッペーンランタを拠点とするスタートアップ企業で、Direct Air CaptureとPower-to-Xの分野で事業を展開しています。このスタートアップ企業は主にフィンランドのテクノロジーグループWärtsiläによって支援されています。Soletair Powerによると、その技術はDirect Air Captureと建物のHVACシステムを組み合わせた初の技術です。この技術は、建物内の既存の換気ユニットを通過する空気からCO2を捕捉し、大気中のCO2を除去する_{とともに、}建物の正味排出量を削減します。捕捉されたCO2_はコンクリートに鉱化され、貯蔵されるか、食品、繊維、再生可能燃料などの合成製品の製造に利用されます。2020年、WärtsiläはSoletair PowerおよびQ Powerと共同で、建物から捕捉した_CO2から合成メタンを生成できるPower-to-X ^[39]の初のデモユニットをドバイ万博2020向けに構築しました。

は、 2019年にYコンビネーターから設立されたサンタクルーズに拠点を置くスタートアップ企業であり、大気中のCO2を除去して、ネットカーボンゼロのガソリンとジェット燃料に変換します。_[ ^{40] [41]}同社はDAC技術を使用して、大気中のCO2_{をプロセス電解質に直接}吸着し、そこで電気触媒によってアルコールに変換します。次に、アルコールはカーボンナノチューブ膜を使用して電解質から分離され、ガソリンとジェット燃料にアップグレードされます。このプロセスでは再生可能資源からの電力のみを使用するため、使用時に燃料はカーボンニュートラルであり、大気中に ネット_CO2を排出しません。

ヘアルーム社の最初の直接空気回収施設は、2023年11月にカリフォルニア州トレーシーにオープンしました。この施設は年間最大1,000米トンのCO2_を除去でき、CarbonCure社の技術を使用してコンクリートに混ぜられます。ヘアルーム社はまた、マイクロソフト社と契約を結んでおり、マイクロソフト社は315,000トンの_CO2除去装置を購入する予定です。^[42]

• アリゾナ州立大学負の炭素排出センター^[43]
• カーブフィックス–アイスランドのレイキャビク・エナジーの子会社^[44]
• エネルギーインパクトセンター– 原子力エネルギーを直接空気回収技術に利用することを提唱する研究機関^[45]
• ミッションゼロテクノロジーズ — 英国ロンドンのスタートアップ企業^[46]

研究分野においては、ETHチューリッヒのチームが直接空気回収用の光酸溶液を開発し、大きな革新を遂げました。この技術はまだ改良段階ですが、エネルギー要件が最小限であることと、効率的なCO2回収と放出を可能にする新しい化学プロセスが際立っています。この方法は拡張性が高く、環境にも優しいため、このセクションに掲載されている他の企業による継続的な取り組みと一致しており、効果的で持続可能な炭素回収ソリューションの世界的な追求に貢献しています。^[47]

• 人工光合成
• 二酸化炭素除去
• シティツリー
• スモッグタワー