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二酸化炭素回収・貯留（CCS ）は、産業施設から排出される二酸化炭素（CO2 ）を大気中に放出される前に分離し、長期貯留場所に輸送するプロセスである。 [1] : 2221 CO2は、天然ガス処理プラントなどの大規模な点源から回収され、通常は地層深くに貯留される。年間回収されるCO2の約80％は、石油増進回収（EOR）に使用されている。これは、部分的に枯渇した油層にCO2を注入してより多くの石油を抽出し、大部分を地中に残すプロセスである。[ 2 ] EORはCO2を貯留するだけでなく利用することから、CCSは炭素回収、利用、貯留（CCUS）とも呼ばれる。 [3]
石油・ガス会社がCCSに関わるプロセスを初めて使用したのは、20世紀半ばのことである。初期のCCS技術は、天然ガスの精製と石油生産の強化に役立った。その後、CCSは温室効果ガス排出量を削減する戦略として議論された。発表されたCCSプロジェクトの約70％は実現しておらず、[2]電力部門では失敗率が98％を超えている。[4] 2024年現在、CCSは世界中で44のプラントで稼働しており、[5]温室効果ガス排出量の約1000分の1を回収している。[ 6] CCS運用の90％は石油・ガス産業に関係している。[7] CCSを備えたプラントは稼働するためにより多くのエネルギーを必要とするため、通常は追加の化石燃料を燃やし、燃料の抽出と輸送によって引き起こされる汚染を増加させる。
気候変動を緩和する戦略において、CCSは排出量の削減において極めて重要な役割を果たす可能性があるが、その役割は限られている。[6]太陽光や風力エネルギー、電化、公共交通機関などの排出量を削減する他の方法は、CCSよりも安価であり、大気汚染の削減にもはるかに効果的である。コストと制限を考慮すると、CCSは特定のニッチで最も有用であると考えられている。これらのニッチには、重工業や工場の改修が含まれる。[8] : 21–24 天然ガス消費の大幅かつ持続的な削減の状況では、[9] CCSは天然ガス処理からの排出量を削減できる。[8] : 21–24 発電と水素製造において、CCSは再生可能エネルギーへのより広範な移行を補完するものと想定されている。[8] : 21–24 CCSは、炭素回収・貯留を伴うバイオエネルギーの構成要素であり、いくつかの条件下では大気から炭素を除去できる。
CCS による炭素排出量の削減効果は、プラントの回収効率、CCS 自体に使用される追加エネルギー、漏洩、および施設が設計どおりに稼働するのを妨げる可能性のあるビジネス上および技術上の問題によって異なります。大規模な CCS 実装では、当初の予想よりもはるかに少ない CO2 が隔離されています。 [ 10] [6]さらに、 CO2 を使用してより多くの石油を抽出した場合、CCS が気候に有益であるかどうかについても議論があります。 [11] 化石燃料会社は CCS を積極的に推進しています。[12]多くの環境保護団体は、CCS を化石燃料への依存を永続させる、実証されていない高価な技術と見なしています。彼らは、排出量を削減する他の方法の方が効果的であり、CCS は邪魔だと考えています。[13]
いくつかの国際気候協定では化石燃料削減 の概念に言及しているが、これはこれらの協定では定義されていないが、一般的にCCSの使用を意味すると理解されている。[14]現在稼働しているほぼすべてのCCSプロジェクトは、政府の財政支援の恩恵を受けている。CCS技術を支援または義務付けるプログラムを実施している国には、米国、カナダ、デンマーク、中国、英国などがある。
用語
気候変動に関する政府間パネル (IPCC) は CCSを次のように定義しています。
「工業およびエネルギー関連の源から比較的純粋な二酸化炭素（CO2）の流れを分離（捕捉）、調整、圧縮し、大気から長期間隔離するために貯蔵場所に輸送するプロセス。」[15] ：2221
炭素回収・貯留（CCS）と炭素回収・利用・貯留（CCUS）という用語は密接に関連しており、しばしば互換的に使用されます。 [11]両方の用語は主に、回収されたCO2を部分的に枯渇した油層に注入してより多くの石油を抽出するプロセスである石油増進回収（EOR）を指すために使用されています。 [ 11 ] EORは「利用」と「貯留」の両方を意味し、地下に残されたCO2は無期限に閉じ込められることを意図しています。2013年以前は、このプロセスは主にCCSと呼ばれていました。 2013年に、その潜在的な経済的利益を強調するためにCCUSという用語が導入され、その後この用語が普及しました。[11]
回収されたCO2の約1％は、肥料、燃料、プラスチックなどの製品の製造原料として使用されます。[16]これらの用途は、炭素回収・利用の一形態です。[17]場合によっては、製品がCO2からの炭素を永続的に貯蔵するため、これもCCSの一形態であると見なされます。CCSとして適格となるには、炭素貯蔵が長期にわたる必要があるため、肥料、燃料、または化学物質を生産するためにCO2を利用することは、燃焼または消費されるとCO2を 放出するため、CCSではありません。[17]
いくつかの情報源では、 CCS、CCU、またはCCUSという用語をより広い意味で使用しており、直接空気回収や植林など、空気からCO2を除去する方法を包含しています。[ 18 ] [19] [20]この記事では、 CCSという用語はIPCCの定義に従って使用されており、発電所の 排気ガスなどの点源からCO2を回収することを要求しています。
歴史と現状
天然ガス業界では、原料天然ガスからCO2を除去する技術が1930年から使用されています。 [22]この処理は、天然ガスを商業的に販売および流通できるようにするために不可欠です。[8] : 25 通常、CO2は除去された後、大気中に放出されます。[8] : 25 1972年、アメリカの石油会社は、大量のCO2をEORに使用して収益を上げることができることを発見しました。 [ 23]その後、テキサスの天然ガス会社は、処理プラントで生成されたCO2を回収し、地元の石油生産者にEOR用に販売し始めました。[8] : 25
人為的CO2排出量を削減する手段としてのCCSの使用は比較的最近のことである。1977年、イタリアの物理学者チェーザレ・マルケッティは、 CCSが石炭火力発電所や燃料精製所からの排出量を削減するために使用できると提案した。 [24] [25]専用のCO2貯蔵と監視を備えた最初の大規模なCO2回収・注入プロジェクトは、1996年にノルウェーのスレイプナーガス田で開始された。 [8] : 25
2005年にIPCCはCCSを強調した報告書を発表し、いくつかの国でCCSに対する政府の支援が増加しました。[26]政府はCCSと化石燃料ベースの水素への補助金に推定300億ドルを費やしました。[27]世界では、年間1億3000万トンのCO2を貯留する149のプロジェクトが2020年までに運用開始される予定です。これらのうち、約70％は実施されていません。[2]一時的な資本補助金が限られていること、貯留されたCO2の長期責任に対処するための対策が欠如していること、運用コストが高いこと、社会的受容性が限られていること、外部予算の圧力に対する資金提供プログラムの脆弱性など、すべてがプロジェクトの中止につながりました。[28] : 133
2020年、国際エネルギー機関（IEA）は、「CCUSの物語は、主に満たされていない期待の物語でした。気候変動を緩和する可能性は何十年も認識されていましたが、導入は遅く、世界のCO2排出量への影響は限られていました。」と述べました。[8] : 18
2024年7月までに、商業規模のCCSは世界中で44のプラントで稼働していました。[5]これらの施設のうち16は、天然ガス原料から天然に存在するCO2を分離するためのものでした。7つの施設は水素、アンモニア、肥料製造用、7つは化学製品製造用、5つは電気と熱用、2つは石油精製用でした。また、1つの鉄鋼工場でもCCSが使用されていました。[5]さらに、世界中で3つの施設がCO2の輸送/貯蔵 に使用されていました。 [5] 2024年現在、石油・ガス産業は世界中で稼働しているCCS容量の90％に関与しています。[7] : 15
18の施設は米国、14は中国、5はカナダ、2はノルウェーにあった。オーストラリア、ブラジル、カタール、サウジアラビア、アラブ首長国連邦ではそれぞれ1つのプロジェクトがあった。[5] 2020年現在、北米には8000 kmを超えるCO2パイプラインがあり、ヨーロッパに2つのCO2パイプラインシステムがあり、中東に2つのCO2パイプラインシステムがある。[ 8] : 103–104
プロセスの概要
CCS施設は、二酸化炭素が大気中に放出される前にそれを回収する。一般的に、化学溶剤または多孔質固体材料を使用して、工場の排気流の他の成分からCO 2を分離する。 [29]最も一般的な方法は、排気ガスをアミン溶剤に通すことでCO 2分子を結合させる。このCO 2を多く含む溶剤は再生ユニットで加熱され、溶剤からCO 2を放出する。その後、CO 2流は調整されて不純物が除去され、圧縮に適した温度になる。[30]精製されたCO 2流は圧縮され、貯蔵または最終用途のために輸送され、放出された溶剤は排気ガスから再びCO 2を回収するためにリサイクルされる。 [31]
回収されたCO2は通常、超臨界流体に圧縮され、その後地中に注入される。パイプラインは、大量のCO2を陸上に輸送する最も安価な方法であり、距離と量によっては海上に輸送することも可能だ。[8] : 103–104 船による輸送も研究されている。CO2はトラックや鉄道でも輸送できるが、1トンあたりのコストは高くなる。[8] : 103–104
技術コンポーネント
CCS プロセスには、いくつかの異なる技術が連携して機能します。技術コンポーネントは、排気ガス混合物から CO2 を分離して処理し、CO2 を圧縮して輸送し、地下に注入し、プロセス全体を監視するために使われます。
排気ガス混合物からCO2を 分離する方法は3つある：燃焼後回収、燃焼前回収、酸素燃焼： [32]
- 燃焼後回収では、化石燃料の燃焼後にCO 2が除去されます。
- 燃焼前技術は、肥料、化学薬品、ガス燃料（H 2、CH 4）、発電に広く応用されている。[33]これらの場合、化石燃料は、例えばガス化炉で部分的に酸化される。結果として生じる合成ガス（COとH 2）からのCOは、添加された蒸気（H 2 O）と反応し、 CO 2とH 2に変換される。結果として生じるCO 2 は、比較的純粋な排気流から回収することができる。H 2 は燃料として使用でき、CO 2 は燃焼前に除去される。燃焼後回収と比較して、いくつかの利点と欠点がある。[34]
- 酸素燃焼[35]では、燃料は空気ではなく純酸素で燃焼します。結果として生じる炎の温度を従来の燃焼中に一般的なレベルに制限するために、冷却された排気ガスが再循環され、燃焼室に注入されます。排気ガスは主にCO2と水蒸気で構成されています。水蒸気が冷却によって凝縮されると、ほぼ純粋なCO2の流れになります。
吸収法、またはアミンによる炭素洗浄法が主な回収技術である。[8] : 98 炭素回収のために提案されている他の技術としては、膜ガス分離、化学ループ燃焼、カルシウムループ、金属有機構造体やその他の固体吸着剤の使用などがある。[36] [37] [38]
二酸化硫黄や水蒸気などのCO2ストリーム中の不純物は、その相挙動に大きな影響を与え、パイプラインや井戸の腐食を増加させる可能性があります。CO2不純物が存在する場合、最初に排ガスを洗浄するための洗浄分離プロセスが必要です。[39]
貯蔵と石油回収の強化
CO2 を貯留するには、捕捉したCO2 を、不浸透性の岩石層で覆われた多孔質岩石の地下深部の地質学的貯留層に注入します。これにより貯留層が密閉され、 CO2が上昇して大気中に逃げるのを防ぎます。 [8] : 112 ガスは通常、最初に超臨界流体に圧縮されます。圧縮された CO2 が貯留層に注入されると、貯留層を通過して細孔空間を満たします。CO2を流体状態で保持するには、貯留層は 800 メートル以上の深さになければなりません。 [8] : 112
2024年現在、年間回収されるCO2の約80％が石油増進回収（EOR）に使用されています。[2] EORでは、 部分的に枯渇した油田にCO2を注入して生産を強化します。CO2は石油と結合して密度を下げ、石油がより速く地表に上がるのを可能にします。CO2の添加はまた、全体的な貯留層圧力を高め、それによって石油の移動性を改善し、生産井への石油の流れを増加させます。[8] : 117 場所によって異なりますが、EORでは、地中に注入されたCO21トンごとに約2バレルの石油が追加されます。[ 40 ] EORで抽出された石油はCO2と混合され、そのほとんどは再回収され、複数回再注入することができます。このCO2リサイクルプロセスは損失を1％に減らすことができますが、そのためにはエネルギー集約型です。[41]
回収されたCO2の約20％は、専用の地中貯留層[2]、通常は深部塩水帯水層に注入されます。これらは、塩水で飽和した多孔質で浸透性のある岩石の層です。[8] : 112 世界中で、塩水層は枯渇した油井よりも高い潜在的な貯留容量を持っています。 [ 42]専用の地中貯留は、高いCO2純度を必要とせず、適切な場所がより多く存在するためパイプラインを短くできるため、一般的にEORよりも安価です。 [43]
2021年現在、回収したCO 2 を貯蔵するための様々なタイプの貯留層が研究または試験運用されている。CO 2 を炭層に注入して、炭層メタン回収を強化することができる。[44] 鉱床外炭酸化では、CO 2を鉱山尾鉱またはアルカリ性産業廃棄物と反応させて、炭酸カルシウムなどの安定した鉱物を形成する。[45] 鉱床内炭酸化では、玄武岩などの反応性の高い岩石が豊富な地下層にCO 2と水を注入する。そこで、CO 2 は岩石と反応して、比較的迅速に安定した炭酸塩鉱物を形成する可能性がある。[45] [46]このプロセスが完了すると、炭酸塩鉱物からCO 2 が漏れるリスクはゼロに近くなると推定される。[47] : 66
地下CO2貯留の世界的な容量は潜在的に非常に大きく、CCS開発の制約となる可能性は低い。[8] : 112–115 総貯留容量は8,000～55,000ギガトンと推定されている。 [8 ] : 112–115 ただし、技術的または商業的に実現可能であるのは、おそらくそれよりも小さい割合である。[8] : 112–115 世界的な容量推定値は不確実であり、特に塩水帯水層については、より多くのサイト特性評価と探査がまだ必要である。[8] : 112–115
長期CO2漏れ
地層貯留では、CO2はいくつかの捕捉メカニズムを通じて貯留層内に保持されます。キャップロックシールによる構造捕捉、間隙水への溶解捕捉、個々の間隙またはグループの間隙への残留捕捉、貯留層岩石と反応して炭酸塩鉱物を形成することによる鉱物捕捉です。 [8] : 112 鉱物捕捉は時間の経過とともに進行しますが、非常に遅いです。[48] : 26
注入されたCO2プルームは、周囲よりも密度が低いため上昇する傾向がある。キャップロックに遭遇すると、隙間に遭遇するまで横方向に広がる。注入ゾーンの近くに断層面がある場合、CO2は断層に沿って地表に移動し、大気中に漏れ出す可能性があり、これは周辺地域の生命にとって潜在的に危険である。CO2の注入により地下に高すぎる圧力が生じた場合、地層が破壊され、地震を引き起こす可能性がある。[49]研究によると、注入されたCO2による地震は財産を危険にさらすほど小さいものではないが、漏れを引き起こすほどの大きさになる可能性がある。[50]
IPCCは、適切に選択され、適切に管理された貯留サイトでは、99％以上のCO2が1000年以上その場所に留まる可能性が高いと推定しており、「可能性が高い」とは66％から90％の確率を意味します。[47] ：14、12 長期的な漏出率の推定は、現場データが限られているため、複雑なシミュレーションに依存しています。[51]非常に大量のCO2が隔離された場合、 1000年間で1％の漏出率であっても、将来の世代の気候に重大な影響を与える可能性があります。[52]
社会と環境への影響
エネルギーと水の必要量
CCS を備えた施設は、CCS を備えていない施設よりも多くのエネルギーを使用します。CCS によって消費されるエネルギーは「エネルギー ペナルティ」と呼ばれます。CCS のエネルギー ペナルティは、CO 2の発生源によって異なります。排気ガスの CO 2濃度が非常に高い場合、CO 2を脱水、圧縮、ポンプで送るだけで追加のエネルギーが必要になります。[8] : 101–102 発電所の場合のように排気ガスの CO 2 濃度が低い場合は、排気ガスの他の成分から CO 2 を分離するためにもエネルギーが必要です。[8] : 101–102
初期の研究では、同じ量の電力を生産するためには、石炭火力発電所では14～40%多く石炭を燃焼する必要があり、天然ガス複合サイクル発電所では11～22%多くガスを燃焼する必要があることが示されました。[47] : 27 石炭火力発電所でCCSを使用する場合、エネルギーペナルティの約60%は回収プロセスに起因し、30%は抽出されたCO2の圧縮に起因し、残りの10%はポンプとファンに起因していると推定されています。[53]
使用される技術によっては、CCSには大量の水が必要になる場合があります。たとえば、CCSを備えた石炭火力発電所では、50％多くの水を使用する必要があるかもしれません。[54] : 668
汚染
CCS を備えたプラントでは、同じ量の電気や熱を生成するためにより多くの燃料が必要になるため、CCS の使用により、化石燃料の「上流」の環境問題が増加します。上流の影響には、石炭採掘による汚染、石炭やガスの輸送に使用される燃料からの排出、ガス燃焼による排出、および漏洩メタン排出が含まれます。
CCS施設ではより多くの化石燃料を燃焼させる必要があるため、CCSはそれらの施設からの大気汚染の純増を引き起こす可能性があります。これは汚染制御装置によって緩和できますが、すべての汚染物質を除去できる装置はありません。[6]多くのCCSシステムでは液体アミン溶液がCO2を回収するために使用されているため、これらのタイプの化学物質も適切に制御されなければ大気汚染物質として放出される可能性があります。懸念される化学物質の中には、吸入したり水中で飲んだりすると発がん性がある揮発性ニトロソアミンがあります。 [57] [58]
上流と下流の両方の影響を考慮した研究では、発電所にCCSを追加すると、人間の健康への全体的な悪影響が増加することを示しています。 [59 ]産業部門にCCSを追加することによる健康への影響はあまりよく理解されていません。[59]健康への影響は、使用される燃料と回収技術によって大きく異なります。[59]
地下の地層にCO2を注入すると、近くの浅い地下水が汚染されるリスクがある。 [ 47 ] : 242 汚染は、CO2が地下水に移動するか、塩水が移動することによって発生する可能性がある。 [ 47] : 242 このリスクを軽減するには、慎重な場所の選択と長期的なモニタリングが必要である。[47] : 239
突然のCO2漏れ
CO2は無色無臭のガスで、空気より重いため地面近くに蓄積します。人間の場合、濃度5%（50,000 ppm）を超えるCO2にさらされると、高炭酸症や呼吸性アシドーシスを発症します。濃度が10 %を超えると、けいれん、昏睡、死に至る可能性があります。CO2濃度が30%を超えると、急速に作用し、数秒で意識を失います。[60]
パイプラインや貯蔵施設は、地域社会を危険にさらす可能性のある大規模なCO2の偶発的放出源となる可能性がある。2005年のIPCC報告書では、「既存のCO2パイプラインは、ほとんどが人口密度の低い地域にあり、パイプライン1キロメートルあたりの事故件数は非常に少なく、炭化水素パイプラインの事故件数と同程度である」と述べられている。[ 47 ] : 12 この報告書ではまた、適切なサイト選択プロセス、規制監督、監視、事故修復計画が実施されている場合、地質学的CO2貯蔵の地域の健康と安全のリスクは、天然ガスの地下貯蔵のリスクと「同等」であると述べている。 [47] : 12 2020年現在、パイプラインが故障する仕組みは、天然ガスや石油パイプラインに比べてCO2パイプラインの場合あまりよく理解されておらず、CO2パイプラインに特化した安全基準はほとんど存在しない。[61]
頻度は低いものの、事故は深刻なものとなることがある。2020年にはミシシッピ州サタルティア近郊で土砂崩れにより二酸化炭素パイプラインが破裂し、付近の住民が意識を失った。[62] 200人が避難し、45人が入院し、中には健康に長期的な影響を経験した人もいる。[63] [64]大気中の二酸化炭素濃度が高かったため、車両のエンジンが停止し、救助活動が妨げられた。[65]
求人
施設をCCSで改修することで、排出集約型産業に依存する地域で雇用と経済的繁栄を維持し、早期廃止による経済的・社会的混乱を回避することができます。[8] : 21–22 たとえば、ドイツは2038年までに約40GWの石炭火力発電設備を廃止する計画で、炭鉱や発電所の所有者に補償し、影響を受ける地域社会を支援するために400億ユーロ（450億米ドル）のパッケージを伴っています。[8] : 21–22 発電 所にCCSを後付けすれば、これらのコストを削減できる可能性があります。CO2回収装置を後付けすることで、既存の発電所だけでなく、関連するインフラやサプライチェーンの継続的な運用が可能になります。[8] : 21–22
公平性
米国では、CCS を後付けできるタイプの施設は、発電所や工業施設の近くに住むことですでに環境や健康に悪影響を及ぼしている地域にあることが多い。[6]これらの施設は、貧困層や少数民族のコミュニティに偏って位置している。[66] CCS は CO2 を回収するとともに CO2 以外の汚染物質の削減にも役立つという証拠があるが、環境正義団体は、CCS が施設の寿命を延ばし、地域に及ぼす害を継続させる手段として使用されるのではないかと懸念することが多い。[6]多くの場合、地域団体は、施設を閉鎖し、投資のために再生可能電力などのよりクリーンな生産プロセスに重点を置くことを望んでいる。[6]
パイプラインの建設には、多くの場合、遠隔地に労働キャンプを設置することが含まれます。カナダと米国では、石油とガスのパイプラインの建設は歴史的に、労働者による先住民女性への性的暴力など、さまざまな社会的危害と関連付けられてきました。[56]
料金
CCSプロジェクトが中止される主な理由としては、プロジェクトコスト、回収技術の技術成熟度の低さ、収益源の欠如などが挙げられます。[2]商業規模のプロジェクトには通常、最大数十億ドルの初期資本投資が必要です。[67]米国環境保護庁によると、CCSにより石炭火力発電所の発電コストが1MWhあたり7～12ドル増加するとのことです。[68]
CCSのコストはCO2の発生源によって大きく異なります。天然ガス処理の場合のように排ガス中のCO2濃度が高い場合は、1トンあたり15～25米ドルで回収・圧縮できます。[ 69 ]発電所、セメント工場、鉄鋼工場ではより希薄なガス流が生成されますが、その場合の回収・圧縮コストは1トンあたり40～120米ドルです。[69]米国では、陸上パイプライン輸送のコストは1トンあたり2～14米ドル の範囲で、陸上貯留容量の半分以上が1トンあたり10米ドル未満で利用可能と推定されています。[69] CCSの実装には、各サイトに合わせて高度にカスタマイズされた複数の技術が関係するため、実践を通じて学習することでコストを削減する業界の能力が制限されます。[70]
気候変動緩和における役割
他の緩和策との比較
他の排出量削減オプションと比較すると、CCSは非常に高価です。たとえば、 化石燃料発電所の排気ガスからCO2を除去すると、除去されるCO21トンあたり50～200ドルのコスト増加が発生します。 [ 71 ] : 38 回避されたCO21トンあたり20ドル未満のコストで排出量を削減する方法は多数あります。[72] CCSよりもはるかに低コストで排出量を削減できる可能性のあるオプションには、公共交通機関、電気自動車、さまざまなエネルギー効率対策があります。[71] : 38 風力発電と太陽光発電は、CCSを使用しない 発電所と比較しても、最も低コストの発電方法であることがよくあります。[71] : 38 再生可能電力とバッテリーのコストの劇的な低下により、CCSを備えた化石燃料発電所がコスト競争力を持つことは困難になっています。[69]
優先用途
気候変動緩和に関する文献では、CCSは温室効果ガスの排出削減において小さいながらも重要な役割を果たすと説明されている。[6] [54] : 28 IPCCは2014年に、CCSを完全に放棄すると、地球温暖化を2℃以内に抑えるためのコストが138％高くなると推定した。[73]緩和ツールとしてのCCSへの過度の依存も、コストがかかり、技術的に実現不可能である。IEAによると、CCSと直接空気回収のみで石油とガスの消費を削減しようとすると、年間3.5兆米ドルのコストがかかり、これは石油とガス産業全体の年間収益とほぼ同じである。[74]次のニッチでは、CCSなしでは排出量を削減するのが比較的困難または高価です。[8] : 13–14
- 重工業： CCSは、セメント、化学薬品、鉄鋼の生産に伴う排出量を大幅に削減できる数少ない技術の1つです。[8] : 21–24 これらのプロセスからのCO2排出量の一部は、熱を得るために燃料を燃焼させることによる排出に加えて、化学反応からも発生します。たとえば、セメント製造からの排出量の約3分の1は燃料の燃焼によるもので、3分の2は化学プロセスによるものです。[75]よりクリーンな産業プロセスはさまざまな開発段階にあり、いくつかは商業化されていますが、[76]広く普及するにはほど遠いです。[54] : 29
- 改修： CCSは既存の石炭火力発電所や天然ガス発電所、産業施設に後付けすることができ、既存の発電所の継続的な稼働を可能にしながら排出量を削減することができる。[8] : 21–24
- 天然ガス処理： CCUSは天然ガス処理からのCO2排出量を削減する唯一の解決策です。[8] : 21–24 これはガスが燃焼したときに放出される排出量を削減するものではありません。[6]
- 水素： 今日、水素のほとんどは天然ガスまたは石炭から生産されています。これらのプロセスで放出されるCO2を回収するためにCCSを組み込む施設もあります。[8] : 21–24
- 再生可能電力の補完： IEAのネットゼロ排出シナリオでは、2050年までに世界中で251GWの電力がCCSを備えた石炭火力発電所とガス火力発電所で生産され、54,679GWの電力が太陽光発電と風力で生産される。[28] : 91–92 太陽光と風力エネルギーは通常より安価であるが、天然ガス、バイオマス、石炭を燃焼する発電所は、季節や時間帯を問わず電力を生産でき、需要が高いときに給電できるという利点がある。 [8] : 51–52 風力と太陽光の割合が増加するにつれて、少量の発電所容量でシステムの柔軟性に対する高まるニーズを満たすことができる。[8] : 51–52 100％再生可能エネルギー を使用する堅牢な電力網の可能性は、多くの地域で実現可能なオプションとしてモデル化されており、電力部門での化石燃料のCCSは不要になる。[77] ただし、このアプローチはより高価になる可能性がある。[54] : 676
- 炭素回収・貯留バイオエネルギー： 炭素回収・貯留バイオエネルギー（BECCS）は、バイオマスからバイオエネルギーを抽出し、生成されたCO2を回収して貯留するプロセスです。一定の条件下では、BECCSは大気から二酸化炭素を除去する ことができます。 [78]
IPCCは2022年に「CCSの実施は現在、技術的、経済的、制度的、生態環境的、社会文化的障壁に直面している」と述べた。[54] : 28 CCSは大規模な固定排出源にしか使用できないため、車両や家庭での化石燃料の燃焼による排出量を削減することはできない。IEAは、CCSと直接空気回収に対する「過度の期待と依存」はよくある誤解であると述べている。[74]パリ協定で設定された目標を達成するには、CCSは化石燃料の生産と使用の急激な減少を伴わなければならない。[6] [54] : 672
温室効果ガス排出削減効果
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CCSを発電に使用する場合、ほとんどの研究では、排ガス中のCO2の85～90%が回収されると想定されています。[ 79]しかし、業界関係者は、実際の回収率は75%に近いと述べ、政府のプログラムがこのより低い目標を受け入れるよう働きかけています。[80] CCSプロジェクトが排出量を削減する可能性は、回収率に加えていくつかの要因に依存します。これらの要因には、CCSプロセスに必要な追加エネルギーの量、使用される追加エネルギーの供給源、および回収後の漏洩が含まれます。CCSに必要なエネルギーは通常、採掘、処理、輸送によって排出物が発生する化石燃料から得られます。一部の研究では、特定の状況下ではCCSによる全体的な排出量削減が非常に低い場合があり、CCSを追加すると回収がない場合に比べて排出量が増加する可能性があることが示されています。[81] [82]例えば、ある研究では、ペトラノヴァCCSによる石炭火力発電所の改修では、実際の排出削減率は非常に低く、20年間の平均でわずか10.8％に過ぎないことが判明しました。[83]
CCSの実施によっては、ビジネス上または技術的な理由により、設計された容量で炭素を隔離できていないものもあります。[10] [6]たとえば、シュートクリークガス処理施設では、回収されたCO2の約半分がEOR用に販売され、残りの半分は利益を生むように販売できなかったため大気中に放出されました。[84] : 19 オーストラリアのゴーゴンガスプロジェクトでは、1年間の運用で、地下水の問題により、回収されたCO2の3分の2が注入されませんでした。 [ 85] 2022年に13の主要なCCSプロジェクトを分析したところ、ほとんどのプロジェクトで当初の予想よりもはるかに少ないCO2が隔離されたか、完全に失敗したことがわかりました。 [ 10] [84]
石油回収強化による排出量
炭素回収とそれに続く石油増進回収が気候に有益であるかどうかについては議論がある。EORプロセスは、損失を最小限に抑えるためにCO2を複数回分離して再注入する必要があるため、エネルギーを大量に消費する。CO2損失を1％に抑えると、EOR操作に必要なエネルギーは、隔離されたCO21トンあたり約0.23トンのCO2排出量となる。 [ 41]
さらに、EORを使用して抽出された石油がその後燃焼されると、CO2が放出されます。これらの排出量を計算に含めると、EORによる炭素回収は、炭素回収をまったく使用しない場合と比較して、全体的な排出量が増加することがわかります。 [3]抽出された石油の燃焼による排出量を計算から除外すると、EORによる炭素回収は排出量を削減することがわかります。これらの排出量を除外する議論では、EORによって生産された石油は、世界の石油消費量を増やすのではなく、従来生産された石油を置き換えると想定されています。[3] 2020年のレビューでは、科学論文は、EORによる炭素回収が排出量を増加させたか減少したかについてほぼ均等に分かれていることがわかりました。[3]
国際エネルギー機関の石油需給モデルによると、EORで生産される石油の80%が市場の他の石油に取って代わると予測されています。[41]このモデルでは、従来のEORで生産された石油を燃焼すると、隔離されるCO21トンごとに0.13トンのCO2が排出されると推定されています（EORプロセス自体で排出される0.24トンのCO2に加えて）。[ 41 ]
実施のペース
2023年時点で、CCSは世界の排出量の約0.1％、つまり約4,500万トンのCO2を回収します。 [ 6] IPCCとIEAの気候モデルは、2030年までに約10億トンのCO2を回収し、2050年までに数十億トンを回収することを示しました。[ 6 ]セメント生産などの優先度の高いニッチ分野におけるCCS技術はまだ未熟です。IEAは、「個々のCO2回収技術の成熟度と、それらが最も必要とされる分野との間に乖離がある」と指摘しています。[8] : 92
CCSの実施には長い承認と建設期間がかかり、全体的な実施ペースは歴史的に遅い。[86]進展が見られなかったため、気候変動緩和戦略の立案者はCCSの役割を繰り返し縮小してきた。[87] : 132 IEAなどの一部のオブザーバーは、目標を達成するためにCCSへの取り組みを強化するよう求めている。[86] : 16 他のオブザーバーは、実施ペースが遅いのはCCSの概念が根本的に成功する可能性が低いことを示していると見ており、再生可能エネルギーなどの他の緩和ツールに努力を向け直すよう求めている。[88]
政治討論
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CCSは、少なくとも1990年代初頭のUNFCCC [90]交渉開始以来、政治関係者によって議論されており、依然として非常に意見が分かれる問題である。 [91]
化石燃料会社はCCSを積極的に推進し、それを革新と費用対効果の領域として位置付けている。[12]化石燃料会社と化石燃料ベースの電力会社からの公式声明は、化石燃料の使用が将来的に増加することを「認識」するよう求め、CCSによって化石燃料時代を延長できると示唆している。[12] 彼らの声明では通常、CCSは気候変動に取り組むために必要な方法であると位置付けられているが、化石燃料の使用を削減する選択肢については言及されていない。[12] 2023年現在、石油・ガス部門への年間投資額は、地球温暖化を1.5°Cに抑えるために必要な量の燃料を生産するために必要な額の2倍である。[92]
化石燃料業界の代表者は、国連の気候変動会議で強い存在感を示してきた。[93]これらの会議では、化石燃料の使用削減に関する文言ではなく、化石燃料の使用による排出量の削減（CCSを通じて）に関する文言を使用する合意を主張してきた。[93] 2023年の国連気候変動会議では、少なくとも475人のCCSロビイストにアクセスが認められた。[94]
地球の友などの多くの環境NGOは、 CCSに対して非常に否定的な見解を持っています。[95] 調査では、環境NGOによるCCSを伴う化石エネルギーの重要性の評価は、原子力エネルギーの評価と同じくらい低いものでした。[96]批評家は、CCSを、化石燃料への依存を永続させる、実証されていない高価な技術であると考えています。[13]彼らは、排出量を削減する他の方法の方が効果的であり、CCSは邪魔だと考えています。[13]彼らは、政府の資金が化石燃料産業に関係のない取り組みに使われることを望んでいます。[13]
化石燃料削減
国際的な気候変動交渉では、化石燃料の使用を段階的に廃止するか、それとも「抑制されていない」化石燃料の使用を段階的に廃止するかが議論の的となっている。2023年の国連気候変動会議では、抑制されていない石炭の使用を段階的に削減することで合意に達した。 [ 97] 「抑制された」という用語は一般的にCCSの使用を意味すると理解されているが、合意ではその用語は定義されていない。[97]
「削減済み」と「削減されていない」という用語が定義されていなかったため、この合意は濫用される可能性があると批判された。[97]明確な定義がなければ、CCSを最小限の方法でしか使用しない場合、例えば工場からの排出量の30%のみを回収する場合、化石燃料の使用は「削減済み」と呼ばれる可能性がある。[97]
IPCCは、化石燃料が「ライフサイクル全体を通じてGHG排出量を大幅に削減する介入なしに生産および使用されている場合、たとえば、発電所から90％以上を回収するか、エネルギー供給からの漏洩メタン排出量の50〜80％を回収する」場合、化石燃料は削減されていないとみなしています。[98] IPCCの定義の意図は、化石燃料の排出量が「削減されている」とみなされるためには、効果的なCCSと漏洩ガス排出量の大幅な削減の両方を要求することです。[14]
社会的受容
CCSに対する国民の認知度は一般的に低い。[99] : 642–643 CCSを知っている人々の支持は、特に他の排出削減オプションに対する国民の支持と比較すると低い傾向にある。[99] : 642–643
一般市民が頻繁に懸念するのは、安全性、コスト、影響などの問題に関する透明性です。[ 100]受け入れを左右するもう1つの要因は、自然環境や公衆衛生への潜在的な悪影響に関する不確実性など、不確実性が認識されているかどうかです。 [100] 研究によると、コミュニティと包括的に連携することで、一般市民を関与させないプロジェクトに比べてプロジェクトの成功の可能性が高まります。[100]いくつかの研究では、コミュニティとの連携が、プロジェクトの影響を受けるコミュニティ内での危害の回避に貢献できることが示されています。[100]
政府のプログラム
現在稼働中のほぼすべてのCCSプロジェクトは、主に資本補助金と、より少ないが運営補助金という形で、政府の財政支援の恩恵を受けています。[8] : 156–160 一部の国では税額控除が提供されています。[101] [102] 2010年以降に稼働を開始したプロジェクトでは、助成金が特に重要な役割を果たしており、15のプロジェクトのうち8つが、オーストラリアのGorgonの場合の約5,500万米ドル（6,000万オーストラリアドル）から、カナダのQuestの場合の8億4,000万米ドル（8億6,500万カナダドル）まで、助成金を受けています。明示的な炭素価格がCCS投資を支援したのは、これまでにノルウェーのSleipnerプロジェクトとSnøhvitプロジェクトの2件のみです。[8] : 156–160
北米
国内の石油生産を促進するための手段として、米国連邦税法は、原油が連邦価格統制下にあった1979年以来、石油増進回収（EOR）に対する何らかのインセンティブを設けてきた。1986年に米国連邦EOR税優遇措置として15%の税額控除が制定され、その後、CO2を使用したEORによる石油生産は急速に増加した。[103]
米国では、2021年のインフラ投資・雇用法で、さまざまなCCS実証プロジェクトに30億ドル以上が割り当てられています。同様の金額が、より広範なCO2の回収、輸送、および回収されたCO2の貯蔵または使用に焦点を当てた地域CCSハブに提供されています。さらに、CO2輸送インフラを支援する融資保証に毎年数億ドルが充てられています。 [104]
2022年インフレ削減法（IRA）は、炭素回収・貯留の利用を促進するために税額控除法を改正する。この法律に基づく税制優遇措置では、塩性地層でのCO2回収・貯留に対して1トンあたり最大85ドル、石油増進回収に使用されるCO2に対して1トンあたり最大60ドルが支給される 。[ 105]内国歳入庁は、CO2がどれだけ隔離されているかという主張を裏付けるために企業からの文書に依存しており、独立した調査は行っていない。[106] 2020年の連邦調査では、45Q税額控除の請求者が、請求した10億ドルのうち約9億ドルについて、地中貯留の成功を文書化できなかったことが判明した。[3]
2023年、米国環境保護庁は、既存の石炭火力発電所および天然ガス発電所の排出量を90％削減するためにCCSを義務付けることを提案する規則を発行した。この規則は2035年から2040年の間に発効する。[107]天然ガス発電所の場合、この規則では、2035年までにCCSを使用してCO2を90％回収するか、2032年から30％の低GHG水素の混焼、2038年から96％の低GHG水素の混焼を義務付ける。[107]米国内では、連邦政府がCCSパイロットプロジェクトに全額または一部資金を提供する可能性があるが、CCSプロジェクトの設置と建設は地方自治体が管理する可能性が高い。[108] CO2パイプラインの安全性はパイプラインおよび危険物安全局によって監督されているが 、[109]資金不足と人員不足であると批判されている。[110]
カナダは2022年から2028年までのCCS装置に対する税額控除を制定した。[102]この控除はCCS回収装置に対して50%、輸送・貯蔵装置に対して37.5%である。[102]カナダ石油生産者協会は75%の控除を要求していた。[102]連邦税額控除は政府に5年間で26億カナダドルの費用がかかると予想され、[102] 2024年には議会予算局は57億カナダドルの費用がかかると見積もった。[111]サスカチュワン州は州の石油インフラ投資プログラムに基づく20%の税額控除をCO2輸送パイプラインにまで拡大した。
ヨーロッパ
ノルウェーでは、CCSは化石燃料の輸出を国家の排出削減目標と両立させる戦略の一部となっている。[112] 1991年、政府は沖合の石油・ガス生産からのCO2排出に課税を導入した。[ 113] : 20 この課税と、好ましくよく理解されている現場の地質が相まって、Equinor社はスレイプナーガス田とスノーヴィトガス田でCCSを実施することを選択した。[8] : 158
デンマークは最近、CCSに対する50億ユーロの補助金を発表した。
英国では、CCUSロードマップはCCUSの導入に対する政府と業界の共同の取り組みを概説し、2030年までに年間20～30 MtCO2を回収する4つのCCUS低炭素産業クラスターを実現するアプローチを示しています。 [114] 2024年9月、英国政府はマージーサイドのHyNet CCSおよびブルー水素スキームとティーサイドのイーストコーストクラスタースキームに対して25年間で217億ポンドの補助金を支給すると発表した。[115]
アジア
中国国務院は現在、国家経済社会発展のための第14次5カ年計画（2021～2025年）の概要や中国のビジョン2035など、CCSを推進する10以上の国家政策とガイドラインを発行しています。[116]
関連概念
CO の2製品への活用
CO2は、様々なタイプの製品を作るための原料として使用することができます。2022年現在、製品への使用は、毎年回収されるCO2の約1％を消費しています。[ 117]慣例により、炭素回収の数字には、工業プロセス内で生成されたCO2を同じプロセスでリサイクルする尿素を製造する標準的な方法は含まれていません。 [118]慣例により、数字には食品および飲料業界で生成されるCO2も含まれていません。[ 118 ]
2023年現在、回収したCO2からメタノール、尿素、ポリカーボネート、ポリオール、ポリウレタン、サリチル酸などの製品を商業的に生産することが可能です。 [ 119 ]メタノールは現在、主に他の化学物質の製造に使用されていますが、将来的には燃料としてより広範囲に使用される 可能性があります。[120] 尿素は肥料の製造に使用されます。[8] : 55
炭酸塩鉱物製品にCO2を隔離する技術は実証されているが、2023年時点では商業展開の準備ができていない。[119]コンクリートや建築用骨材にCO2を組み込むプロセスの研究が進行中である。建設資材へのCO2の利用は大規模展開が期待されており、[121]貯蔵として適格なほど永続的な唯一のCO2利用法である。[122]研究されている回収されたCO2の他の潜在的な用途には、合成燃料やさまざまな化学物質やプラスチックの製造が含まれる。 [ 119 ] CO2からの燃料や化学物質の製造は、非常にエネルギー集約的である。[122]
製品に使用するためにCO2 を回収しても 、必ずしも排出量が削減されるわけではない。[8] : 111 CO2 の使用に関連する気候上の利点は、主にライフサイクル排出量の多い製品を置き換えることによって生じる。: 111 気候上の利点の量は、製品がCO2 を再放出するまでの期間、製造に使用されるエネルギーの量と供給源、製品が化石燃料を使用して製造されるかどうか、および回収された CO2 の供給源によって異なります。[8] : 111 化石燃料ではなくバイオエネルギーから CO2 を回収すると、より高い排出量削減が達成されます。[ 8 ] : 111
製品へのCO2利用の可能性は、予測可能な回収可能なCO2の総量と比較すると小さい。例えば、2050年までにネットゼロ排出を達成するというIEAのシナリオでは、回収されたCO2の95％以上が地質学的に隔離され、5％未満が製品に使用される。[122]
IEAによると、回収されたCO2から作られた製品は、従来の低炭素製品や代替低炭素製品よりもはるかに高価になる可能性が高い。[8] : 110 回収されたCO2の重要な用途の1つは、合成炭化水素燃料の製造であり、これはバイオ燃料と並んで長距離飛行用の化石燃料の唯一の実用的な代替品である。持続可能なバイオマスの入手可能性には制限があるため、ネットゼロ排出にはこれらの合成燃料が必要になる。カーボンニュートラルにするには、CO2はバイオエネルギー生産または直接空気回収から得る必要がある。[8] : 21–24
直接大気炭素回収と隔離
直接大気炭素回収・隔離（DACCS）は、化学的または物理的プロセスを使用して大気中から直接CO2を抽出し、回収したCO2を長期貯蔵するものである。[123]点源からの排出物を回収するCCSとは対照的に、DACは大気中にある二酸化炭素を除去する可能性がある。したがって、DACは、航空機エンジン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る。[124] 2023年現在、DACCSは排出量取引にまだ統合されていない。二酸化炭素1トンあたりのコストが1,000米ドルを超え、[125]これらの市場での炭素価格の何倍にもなるためである。[126]
参照
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出典
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズの炭素回収・貯留に関連するメディア- ゼロエミッションプラットフォーム - CCSおよびCCUの導入に関するEU委員会の技術顧問