CO2を地中に埋めて温室効果ガス削減　CCS技術の概要と実用化に向けた国内外の動向

地球温暖化の防止対策として、温室効果ガス削減のために国内外で再生可能エネルギーの導入が進んでいます。

エネルギー安全保障の観点からみても、資源の少ない日本において再生可能エネルギーの活用は重要です。しかしながら、火力発電などの従来の枯渇性エネルギーは、電力の安定供給を支える電源として、いきなり全てを再生可能エネルギーに転換するのは難しく、排出されたCO2を如何にして処理するかが現状の課題となっています。

そこで現在、排出されたCO2を回収し、地中深くに埋める「CCS技術」が注目を集め、国内外で様々な事業が進められています。

また、地中に埋めるだけでなく、回収したCO2を製品製造などに利用する「CCUS技術」にも注目が集まっています。

それでは、CCSとCCUSとはどのような技術で、具体的にどのような事業が行われているのでしょうか。

CCSとは？

図1: CCSの流れ
出典: 資源エネルギー庁「知っておきたいエネルギーの基礎用語～CO2を集めて埋めて役立てる『CCUS』」
https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/ccus.html

近年、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの普及が進んでいますが、天候に左右されず安定的に電力を供給できる火力発電は、一日を通してある一定以上の需要を賄うベース電源として重要な役割を担っています。しかしながら、火力発電は石炭や石油などの化石燃料を使うため、大量のCO2が排出されます。

その発電所や化学工場などから排出されたCO2を、ほかの気体から分離して集め、地中深くに貯留・圧入する技術がCCS（Carbon dioxide Capture and Storage）です。日本語では「二酸化炭素回収・貯留」技術と呼ばれています[*1], (図1)。

「地上へCO2が漏れ出さないのか」という疑問も生まれますが、CCSは、CO2を蓄える貯留層と、CO2を通さない泥岩などの層（遮へい層）がある地層を適切に選定して行われます。

CCUSとは

CCUと似た用語として、CCUS （Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage）があります。CCUSとは、CCUをさらに発展させた取り組みであり、分離・回収したCO2を利用する取り組みを言います[*1]。

回収したCO2については、例えば、産業ガスとして溶接用シールドガスや炭酸水などに直接的に利用したり、化学製品の原料として間接的に使ったりします[*2], (図2)。

図2: CCUSにおけるCO2の利用
出典: みずほリサーチ&テクノロジー「CO2有効利用(CCU)の国内外の動向(1/3)」
https://www.mizuho-rt.co.jp/publication/report/2020/mhir20_ccu_01.html

CCUSは、CCSにおけるCO2貯留技術と、回収したCO2を有効活用する技術を併用した技術と言えます。

CCS、CCUS技術の意義・有用性

以上のように、CCS、CCUSを推進することによって低炭素化を図ることができます[*2]。

実際に、全世界のCCSの技術におけるCO2削減量ポテンシャルは、約2兆トンあると試算されており、これは現在の排出量の63年分に相当します。また、日本の2050年カーボンニュートラルにおける排出削減量の13%は、CCSにより達成できるといわれています[*3], (図3)。

図3: 各種気候変動対策によるCO2削減量ポテンシャル
出典: 経済産業省「我が国のCCS政策について」
https://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/energy/suiso_nenryodenchi/co2free/pdf/006_02_00.pdf, p.3

また、回収したCO2を使って石油等に代わる燃料を国内で製造できるようになれば、新たに海外から輸入する必要がなくなります。そのため、国内におけるエネルギー供給の安定化につながるというメリットもあります。

国内外での実施されるCCS、CCUS

低炭素化社会に向けた取り組みとして注目を集めるCCS及びCCUS。現在既に様々なプロジェクトが国内外で進められています。

海外における取り組み

海外では、北米や欧州、東アジアを中心に大規模な事業が実施されています。稼働中の事業の多くは、石油増進回収法（EOR：Enhanced Oil Recovery）のためにCO2を回収・活用するプロジェクトです[*4], (図4)。

図4: 世界のCCSプロジェクトの普及状況
出典: 経済産業省地球環境連携室「CCSを取り巻く状況」
https://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/sangi/ccs_jissho/pdf/001_05_00.pdf, p.3

EORとは、石油の回収率をあげるために活用される技術で、ガス圧入法や熱攻法、ケミカル攻法など様々な方法があります。特に、ガス圧入法は世界中で最も使われているEORであり、油層に天然ガスを挿入して採取率を上げる技術です。挿入する天然ガスはCO2で代替可能なため、回収したCO2を使って石油を効率的に回収するプロジェクトが現在各国で実施されています[*5]。

また、発電部門における具体的なプロジェクトとして、カナダのバウンダリーダム発電所におけるCCS大規模プロジェクトが挙げられます。バウンダリーダム発電所は10万世帯分の電力を生み出しながら、排出されたCO2のおよそ90%を回収しており、回収されたCO2は近隣の油田におけるEORに活用しています[*6]。

操業する電力会社サスクパワー社によると、2015年までに40万トンのCO2を回収したとのことです。

国内における取り組み

2005年時点の調査によると、国内のCO2貯留可能量は1,460億トンと、CCS技術を導入できる環境がすでに整っていると言えます[*4], (図5)。

図5: 国内におけるCO2貯留可能量
出典: 経済産業省「CCSを取り巻く状況」
https://www.meti.go.jp/committee/kenkyukai/sangi/ccs_jissho/pdf/001_05_00.pdf, p.17

しかしながら、日本では、CCS技術の実用化には至っていないのが現状です。そこで、CCS技術の実用化に向けて、経済産業省や新エネルギー・産業技術総合開発機構、日本CCS調査株式会社が中心となり、2012年度から北海道の苫小牧において大規模な実証試験が行われています[*7]。

2016年4月から、海底下の地中深くにCO2を圧入する作業が開始され、2019年11月には、目標としていた累計CO2圧入量30万トンを達成しました[*7], (図6)。

図6: 苫小牧CCS実証試験センターの概要
出典: 資源エネルギー庁「CO2を回収して埋める『CCS』』、実証試験を経て、いよいよ実現も間近に(前編)」
https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/ccs_tomakomai.html

また、2018年9月に発生した北海道胆振東部地震の時も設備に異常はなく、CO2の漏洩もなかったため、安全性の面でも問題ないとされています。

日本での実用化に向けた展望

苫小牧における実証試験は終了しましたが、日本ではまだ商用化に至っていないのが現状です。そこで政府は、2030年までを視野に、技術の実証や商用化に必要な仕組みを整備していくとしています[*8]。

苫小牧における実証試験はCCS事業でしたが、事業には多大な費用がかかるため、回収したCO2を貯留するだけではなく、ドライアイスやEORなどで利活用するCCUSの方法も模索していく必要があります。

また、国内のCO2貯留可能量は1460億トンとされていますが、貯留適地が日本海側に多いのに対して、大規模なCO2排出源は太平洋側に多く、排出源と貯留適地が近接していないという課題があります[*4], (図5)。そこで政府は、低温・低圧にして液化されたCO2の船舶輸送など、長距離輸送の実証を計画しています[*8]。

さらに、CCSの設備については、「高圧ガス保安法」や「労働安全衛生法」などを適用し、CO2の海底下の地中貯留については「海洋汚染防止法（海洋汚染等及び海上災害の防止に関する法律）」を適用することで実証試験を進めてきましたが、現在国内では、CCSに特化した法令がありません。

既に海外では、EUの「EU CCS指令」や、カナダアルバータ州の「2010 CCS規則改正法」など、CCS関連法規制や政策が施行されています。日本でも今後、法律と事業環境を整備することが必要と言えます。

まとめ

以上のように、CCSは国内外で積極的に推進されています。しかしながら、国内ではまだ実証実験が完了したばかりで、実用化には至っていないのが現状です。

CCSの研究開発の促進に向けて、2015年には日米で協力文書がかわされました。さらに、2017年10月には協力範囲をCCUSに広げることで合意されるなど、国際連携が進んでいます[*1]。

今後は、海外との連携による研究成果や先進事例を取り入れながら、苫小牧における実証実験のように、政府が地方自治体や企業と調整を進めながら事業を実施することが、商用化を推進するうえで重要と言えるでしょう。

参照・引用を見る