脱炭素社会の実現に向け、二酸化炭素を回収する技術が注目されています。今回は、ネガティブエミッション技術(NETs)とも呼ばれる二酸化炭素技術について、さらに詳細を解説します。
CCUSとDACの違いについては、こちらの記事をご覧ください。
二酸化炭素回収技術の種類
二酸化炭素回収技術は、大きく「バイオマス利用」「工学利用」「岩石などの風化利用」「海洋利用」の４つの分野にわけることができます。
バイオマス利用
バイオマス分野は、さらに３つの方法に分けられます。
植林・再生林 ：最も身近な方法です。木を植えて新たに森を作ったり、自然や人の活動によって減少した森林を復活させる取り組みです。
土壌炭素貯留 ：バイオマスを土壌に貯蔵・管理する技術です。土壌有機物は、養分を作物に持続的に供給するために極めて重要な役割を果たしており、農業生産性の向上・安定化に不可欠です。 農地に施用された堆肥や緑肥等の有機物は、多くが微生物により分解され大気中に放出されるものの、一部が分解されにくい土壌有機炭素となり長期間土壌中に貯留されます。
バイオ炭 ：バイオマスを炭化し炭素を固定する技術です。バイオ炭は、生物質を高温で加熱し、酸素のほとんどがない状態で分解・炭化させて得られる炭素含有物です。この過程は「炭化」と呼ばれ、木材や農業廃棄物、動物の排せつ物などの有機物を使って行われます。
工学利用
BECCS（Bioenergy with Carbon Capture and Storage）：
再生可能エネルギーとしてのバイオエネルギーを利用しつつ、その過程で排出されるCO2を回収・貯留してネットのCO2排出量を負にすることを目指す手法です。この技術は、地球温暖化対策の一環として注目されています。
DAC（Direct Air Capture）：
既存の排出源を変更せずに大気中のCO2を回収・処理することで、二酸化炭素排出量を削減しようとする手法です。再生可能エネルギーやバイオマス利用とは異なり、既存の産業プロセスやエネルギー発生方法に組み込むことができるため、地球温暖化対策の幅広いアプローチの1つとして検討されています。詳細はこちらの記事へ
風化利用
風化促進は、地球温暖化対策の一環として提案されている技術の一つです。この技術では、特に玄武岩などのマグマが冷えて固化した岩石を粉砕し、微細な粒子として散布することにより、風化を人工的に促進し二酸化炭素（CO2）を大気から吸収させることを目指します。現段階では、この技術は地球温暖化対策の1つとしての有望性が示唆されているものの、実用化には時間と研究が必要であると言えます。
海洋利用
海洋利用は、さらに３つの分野に分けられます。また、海洋肥沃・生育促進、植物残差海洋隔離の２つについては、特に「ブルーカーボン」と呼ばれることもあります。
海洋肥沃・生育促進：
海洋に養分（栄養塩や肥料など）を散布したり、優良な生物品種を導入するなどの手段を使って、海藻などの生物学的生産を促進し、二酸化炭素（CO2）の吸収・固定化を人工的に加速させる技術です。この技術により、海洋の生物が増加し、それに伴ってCO2の吸収量が増加することが期待されます。
植物残差海洋隔離：
海洋中で植物残渣に含まれる炭素を半永久的に隔離する方法です。植物残渣は、例えば農業の残渣や林業の廃棄物などが含まれます。これらの植物残渣に含まれる炭素を海洋に投入することで、それが自然分解されることなく、長期間にわたって海洋中に留まります。このようにして、CO2の海洋中での増加を防ぐことができます。
海洋アルカリ化：
海洋アルカリ化は、海水にアルカリ性の物質（例：アルカリ土壌や酸化カルシウムなど）を添加することで、海洋の自然な炭素吸収を促進する炭素除去の方法です。アルカリ性の物質を添加することで、海水のpHが上昇し、海洋の酸性化が緩和されます。酸性化を緩和することで、海洋中のCO2の溶解が増加し、海洋がより多くのCO2を吸収する能力を持つようになります。
いずれの方法も長所と短所があり、現在も研究開発が進められています。
ネガティブエミッション技術(NETs)と呼ばれるこれらの技術は、脱炭素社会の実現に向けて重要な役割を担います。また、こうした技術で回収された二酸化炭素の一部は、カーボンクレジットとして市場で販売されています。
CDR技術を「永続性」と「測定可能性」の二軸で読み直す
回収技術を分野ごとに並べると横並びに見えるが、カーボンクレジットとして価値を持つかどうかを決めるのは、回収量そのものではなく「どれだけ長く固定されるか（永続性）」と「固定量をどれだけ厳密に数えられるか（測定可能性）」である。
炭素除去の国際的な分類では、固定期間の目安として、植林・再生林が数十年、土壌炭素貯留が数十年、バイオ炭が数百年、鉱物化を伴う地中貯留（DACとCCSの組み合わせやBECCS）が千年以上とされることが多い。永続性が数十年にとどまる手法は、山火事・伐採・土地利用の変更・耕作方法の変更によって固定した炭素が大気へ戻る「リバーサル（逆転）」のリスクを抱える。このため自主的炭素市場では、クレジット発行量の一部をバッファープール（保険用の積立）として留保する運用が一般的である。
測定可能性の差はさらに大きい。DACや排ガスからの回収は、流量計と濃度計で回収量を直接計測でき、貯留した量も圧入量として記録できる。これに対して土壌炭素貯留や海洋肥沃化は、ベースライン（何もしなかった場合の炭素量）の推定に依存する。土壌の炭素含有量は同じ圃場でも場所と深さで大きくばらつくため、サンプリング設計が結果を左右する。海洋系はさらに難しく、添加したアルカリ性物質が実際に何トンのCO₂を吸収したかを現場で直接測ることはほぼできないため、海水の全アルカリ度と溶存無機炭素の変化をモデルで外挿する方法が検討されている。
| 手法 | 固定期間の目安 | 計測の方法 | 主な不確実性 |
|---|---|---|---|
| 植林・再生林 | 数十年 | 樹木の計測と係数換算 | 山火事・伐採による逆転 |
| 土壌炭素貯留 | 数十年 | サンプリングとモデル | ベースライン推定、空間ばらつき |
| バイオ炭 | 数百年規模とされる | 投入量と炭素含有率 | 施用後の分解速度 |
| BECCS | 千年以上とされる | 圧入量の実測 | バイオマス調達のLCA |
| DAC＋貯留 | 千年以上とされる | 圧入量の実測 | 投入エネルギーの排出 |
| 風化促進 | 長期 | 流出水の化学分析とモデル | 反応速度、粉砕・輸送の排出 |
| 海洋アルカリ化 | 長期 | 海水化学のモデル外挿 | 計測困難、生態系影響 |
実務上は、この二軸が価格に直結する。自主的炭素市場では、植林系のクレジットが1トンあたり十数ドル規模で取引される一方、DACを用いた除去クレジットは数百ドル規模の契約が報じられている。十倍から百倍の開きは、技術の優劣ではなく永続性と測定可能性の差が値付けされた結果と理解すべきである。
コストを比較するときに見落とされる三つの境界
CDRのコストは「1トンあたり○○ドル」と単一の数字で語られがちだが、その数字が何を含むかは手法ごとに異なる。比較の前に、次の三つの境界線を確認する必要がある。
第一は、回収だけか、貯留まで含むか。 DACの装置コストとして示される数字には、回収したCO₂を圧縮・輸送し、地下に圧入して監視する費用が含まれていない場合がある。貯留インフラのコストは立地に強く依存し、適地に近い案件と遠い案件で大きく変わる。日本の場合、陸域の貯留適地が限られ海域中心になるため、海底下貯留の設備と船舶輸送の費用が加わる前提で考えるのが妥当である。
第二は、エネルギー投入をどう計上するか。 DACは大気中の0.04%程度という希薄な濃度からCO₂を分離するため、熱力学的に不可避な分離エネルギーが大きい。固体吸着方式では吸着材の再生に100℃前後の熱、液体吸収方式では900℃前後の高温が必要とされる。この熱と電力が化石燃料由来であれば、回収量から自らの排出量を差し引いた「純除去量」は大幅に減る。除去コストを比較する際は、分母が回収総量なのか純除去量なのかを確認しなければ意味をなさない。再生可能エネルギーや地熱が安価に得られる立地にDAC案件が集中するのは、この構造の帰結である。
第三は、副生物・副産物の扱いである。 風化促進では玄武岩の採掘・粉砕・散布に伴うエネルギーが、鉱物炭酸化では原料となる鉱物やスラグの入手コストが、バイオ炭では原料バイオマスの機会費用（飼料・敷料・燃料として売れる価値）が効いてくる。逆に、鉱物炭酸化で生じた炭酸塩をコンクリート骨材として販売できれば、除去コストの一部を製品収入で回収できる。製鉄スラグやコンクリート廃材を原料とする取り組みが日本で検討されているのは、原料が国内に既に存在し、産業副産物の処理と炭素固定を同時に解けるためである。
したがってコストの比較表を見るときは、技術の列を横に読むのではなく、各案件が「回収＋輸送＋貯留＋監視」のどこまでを含み、エネルギー源は何で、副産物収入を前提にしているかを縦に確認する手順が要る。この手順を踏まずに最安値の手法へ飛びつくと、実装段階で費用が倍に膨らむ。
日本企業が関与する三つの入口
CDRは、巨大なプラントを建てる事業者だけのものではない。日本企業の実務から見ると、関与の入口は少なくとも三つに分かれる。
買い手としての入口。 Scope 1・2・3の削減を進めても残る排出（残余排出）は、削減努力の後に除去で埋める必要がある。国際的なイニシアチブの基準では、ネットゼロ達成の要件として、残余排出に充てるのは排出削減型ではなく除去型のクレジットであるべきという考え方が強まっている。ここで問題になるのは、除去クレジットの供給が需要に比べて著しく少ないことである。供給が細い財は、必要になってから買おうとすると価格と調達可能性の両方で不利になる。先行企業が長期の前払い契約（オフテイク契約）を結んでいるのは、価格固定と供給確保を同時に狙う調達戦略として理解できる。自社の2030年代の残余排出量を推計し、どの永続性階層のクレジットをいくら必要とするかを先に見積もる作業が、調達の出発点になる。
供給者としての入口。 日本の製造業には、CDRの原料になる物質と排熱が既にある。製鉄のスラグ、セメント産業の副産物、焼却灰、未利用の林地残材や農業残渣、下水汚泥である。これらを鉱物炭酸化やバイオ炭に回す経路は、新規に大気からCO₂を集める経路よりも物流と原料調達の面で有利である。ただし、炭素固定量を証明できなければクレジットにならない。日本ではJ-クレジット制度にバイオ炭の農地施用を対象とする方法論が設けられており、算定の枠組みが整備されている分野から入るのが現実的である。
部材・装置の供給者としての入口。 DACや分離プロセスは、吸収液・固体吸着材・膜・熱交換器・圧縮機・ブロワーといった部材の集合体である。装置を運用する事業者より、その中核部材を供給する企業のほうが、技術の勝敗に左右されにくい位置にいる場合がある。希薄な気体から特定分子を選択的に取り出す材料技術、低温の排熱を使い切る熱利用技術、腐食環境で長期に使える材料——いずれも日本の化学・素材・機械産業が蓄積を持つ領域である。CDRの市場を「クレジットの市場」としてのみ見ると、この部材市場が視野から落ちる。
進捗を測る指標の読み方
CDRの報道では、「年間○万トン回収」という計画値が目を引く。実務で確度を判断するには、計画値ではなく次の順序で見るのが妥当である。すなわち、(1) 稼働中の設備で実際に回収された量（実績）、(2) 貯留先が確保され圧入の許認可が取得済みか、(3) 回収したCO₂の引き取り先が契約で確定しているか、(4) 第三者による検証を受けた除去量として発行されたクレジットの数量、の四段階である。
世界の除去型クレジットのうち、第三者検証を経て実際に引き渡された（デリバリーされた）量は、契約済みの量に比べてごく一部にとどまるとされる。契約から引き渡しまでの間に、設備の完成遅延、エネルギー調達の難航、貯留許認可の長期化が挟まるためである。調達側であれば、契約の履行リスクをどう負担するか（前払いか引き渡し時払いか、未達時の扱い）を契約条項として確認する。供給側であれば、この四段階のどこで止まりやすいかを把握しておくことが、投資判断と事業計画の精度を左右する。
