二酸化炭素の回収・貯蔵の重要性と活動状況

二酸化炭素の回収・貯蔵の重要性と活動状況

2015年12月にパリ協定が採択され、「世界共通の長期目標として、産業革命前からの平均気温の上昇を2℃より十分下方に保持する。1.5℃に抑える努力を追求」することが決まりました。しかしながら、2018年のIPCC第48回総会にて、各国が提出した目標による2030年の二酸化炭素排出量では、1.5℃に抑制することが困難であることが明らかになりました。つまり、二酸化炭素排出量削減だけでなく、排出した二酸化炭素の回収・貯蔵が必要であることが示唆されました。(*1)

そこで、各国で二酸化炭素の回収・貯蔵の技術開発と普及に向けての活動が推進されています。さらに経済的側面から、回収した二酸化炭素を有効利用する技術も重要です。これらの技術を社会に普及するための環境整備(法整備等)も進められています。

※以降、二酸化炭素をCO2と表記します。

CO2の回収・貯蔵とは

CO2の回収・貯蔵とは、「火力発電所などの人為的排出源から排出されるCO2(Carbon dioxide)を分離・回収(Capture)し、地下へ貯蔵する技術(Strage)する技術」です。略してCCSと呼ばれます。(以下、CCSと呼びます)。

CO2の削減が叫ばれる今でも、経済性や安定供給、電力需要の急増など様々な理由から多くの国で引き続き化石燃料の利用は避けられないと考えられています。そのため、排出量そのものの削減に並行して、CO2を大気中に放出しないCCSの関連技術を確立する必要があります。

回収したCO2を貯蔵するだけでなく、有効利用(Utilization)する動きと合わせてCCUSとも呼ばれます。本記事ではCCSの呼称で統一します。

出典:環境省:CCUSの早期社会実装会議 ~実証事業の到達点と今後の道筋~環境省のCCUS事業の概要
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/1-2_MOE_CCUS_gaiyo.pdf

なお、IEA報告(2013年)では、2030年に約20億トン/年、2050年に約80億トン/年のCCS実施が必要とされています。(*2)

日本国内では、2020年頃のCCS商用化実現を目指し、CCS技術の実用化を目指した研究開発が行われています。またCO2の貯蔵適地調査にも取り組んでいます。(*2)

次の章ではCCSの関連技術について説明します。

CO2分離回収技術

例として、火力発電に適用できるCO2分離回収技術を説明します。

①   燃焼後回収方式

ボイラで燃料と空気を燃焼後、ボイラから排出されるガスからCO2を分離します。プロセスそのものは化学プラントで確立しています。新設設備に限らず、既存設備にも適用可能です。しかしながら、分離回収設備が大型化し、稼働コストが大きい課題があります。

出典:東芝:環境配慮型CCS実証実験 CO2分離回収について
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-3_CCUS_capture.pdf

②   酸素燃焼方式

ボイラで燃料を燃焼させる際、空気から分離した酸素を供給します。空気中の窒素を事前に分離するため、ボイラから排出されるガスからCO2を分離する際に窒素を処理する必要がありません。よってCO2分離装置を小型化できます。しかしながら、空気から酸素を分離する装置、及び稼働エネルギーが必要となります。

出典:東芝:環境配慮型CCS実証実験 CO2分離回収について
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-3_CCUS_capture.pdf

③   燃焼前回収方式

IGCC(石炭ガス化複合発電)/ガス化プラントに限定される技術です。まず、燃料と空気から分離した酸素をガス化炉に送り込み、CO2/CO/H2O/H2の混合ガスを生成します。混合ガスに対してCO2分離等を行い、最終的にガスタービンにH2を送り込みます。CO2分離機装置を小型化でき、分離時に必要なエネルギー面でも有利な方式です。

出典:東芝:環境配慮型CCS実証実験 CO2分離回収について
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-3_CCUS_capture.pdf

CO2輸送技術

分離回収したCO2を貯蔵場所へ輸送する方法として、陸上パイプライン、海底パイプライン、船舶輸送等が考えられます。日本国内の場合、火力発電所のような大規模CO2排出源は全国に広く存在し、かつ臨海部に多い特徴があります。また、陸域より海域の方がCO2を貯蔵できるポテンシャルが大きいこともあり、船舶輸送技術の確立を中心に進められています。その際、CO2の液化による輸送効率向上も検討されています。

出典:日揮他:環境配慮型CCS実証事業 輸送技術について
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-2_CCUS_transport.pdf

CO2貯蔵技術

CO2の地中(海底)貯蔵において、石油・天然ガス生産で有する技術をベースに開発が進められています。具体的には、CO2圧入による原油生産の実績を転用できると考えられています。

出典:IPCC Report
https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/srccs_wholereport-1.pdf

日本での貯蔵可能量は約1460~2360億トンで、2017年のCO2排出量(11.9億トン)で算出すると約100~200年分となります。これは推定値であり、確実に貯蔵できる量を調査していく必要があります。調査項目は、貯蔵性能、圧入性能、遮蔽性能、海防法対応、漁業への影響等、多岐にわたります。(*7)

出典:三菱マテリアル他: 環境配慮型CCS実証事業 貯留技術について
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-1_CCUS_storage.pdf

モニタリング技術

CO2の貯蔵場所において、圧入と同時に、漏洩を検知する技術、及び、漏洩が確認された場合の修復技術の確立も進められています。CO2を圧入する圧入井とは別に、観測を目的とした観測井の設置や、自走式センサーによるモニタリングが検討されています。(*7)

出典:三菱マテリアル他: 環境配慮型CCS実証事業 貯留技術について
http://www.env.go.jp/earth/ccs/ccus-kaigi/2-1_CCUS_storage.pdf