二酸化炭素回収・有効利用・貯留（CCUS）、または二酸化炭素回収・貯留（CCS）とは、産業排ガスから、あるいは直接大気から二酸化炭素を取り除くのに使用される一連の技術のことです。

二酸化炭素は回収後、恒久的に地下に貯留（二酸化炭素貯留）されるか、CO2由来の燃料や建築材料といった様々な産業用途に利用（二酸化炭素有効利用）されます。CCUS技術は、気候変動との戦いにおいて重要な役割を果たす可能性が高く、国連では、CCUSを2050年までにCO2換算で年間15～63億トン削減可能であると予測しています。

世界はすでにこの道を歩きはじめています。過去10年間で二酸化炭素回収技術の利用は着実に拡大しており、全世界の二酸化炭素回収能力は2020年に4000万トンに達しました。

2017年以降、30カ所以上の新しいCCUS施設の計画が発表されています。これらのプロジェクトがすべて進行すれば、全世界の回収能力は3倍の年間約1億4000万トンになります。

しかしながら、2019年に360億トンに達した全世界のCO2排出量と比較すれば、これは焼け石に水の量です。

新型コロナウイルスの影響による世界経済の失速に起因して、全世界の排出量は2020年に約310億トンまで減少したと考えられていますが、もっと大局的に見れば、これはおそらく一時的な減少に過ぎず、全世界のCO2排出量は、今後数年にわたって増え続けていくと思われます。CCUSが排出量に有意義な影響をタイミング良く与えられようにするには、CCUSの規模を現在の水準の何百倍にも拡大する必要があります。

CCUS技術普及の妨げとなる大きな課題―経済性

また、CCUSの技術には、普及の妨げとなる大きな課題があります。

CO2の回収・有効利用・貯留にはそれぞれ課題がありますが、すべての面で共通しているのは経済性の問題です。

気体混合物からCO2を分離するには費用がかかります。分離は天然ガスの処理やアンモニアの製造など、CO2濃度の高い廃水においては非常に容易ですが、含有するCO2の相対量が減少するにつれて費用が増加します。標準的な石炭火力発電所の排煙から1トンのCO2を回収するのに、現在、40～80ドル程度かかっています。大気からのCO2直接回収となると、600ドル程度かかる可能性があります。CO2の回収に必要なエネルギーも問題となります。石炭火力発電所にCO2回収設備が備えられている場合、備えていない場合と比較して、同量の発電に25%程多くの燃料が必要となる可能性があります。

炭素回収後は、どう利用するか・・・

炭素を回収した後は、それをどう利用するかという課題があります。

回収したCO2は、地下に貯留することも、各種の産業用途に利用することも可能です。地下への貯留は最も広く用いられている選択肢であり、工業規模のCCUS施設の大半では、回収したCO2を石油増進回収（EOR）に利用しています。これは、CO2を油井に圧入して生産性を高める方法です。

この方法は本質的にCO2を使用してより多くの石油を採取するものであり、その石油もその後燃やされてCO2を排出するため、そういった意味でも多少問題があることに加えて、商業的に採算が取れるようにするのに石油価格を高くする必要もあります。

新型コロナウイルスのパンデミックに起因する石油価格の下落により、2020年に石油増進回収（EOR）の存続が厳しくなり、テキサス州のペトラノヴァの施設が閉鎖されました。この施設のCO2回収設備は、単独の発電所内に設置されているものとしては世界最大でした。米国の45Q法案のようなカーボンプライシング施策と税額控除は、CO2の貯留の存続性を高めるのに役立ちますが、そのような施策は世界の大部分でまだ初期の段階にあります。

このような課題はあるものの、CCUSの進歩は、世界にとって無視するわけにはいかないものであるかもしれません。

世界中の革新的な企業が、CCUSに関連するこれらの課題を克服しようと取り組んでいます。例えば、捕捉技術の向上や、CO2分子を迅速かつ安価に有用な化学物質や燃料に変換できる触媒の開発などが挙げられます。これからの数年間はこの産業の将来の成功を確実なものにするための重要な時期となるでしょう。

Dr Michael Dent

なおIDTechExの新しい調査レポート『二酸化炭素回収・有効利用・貯留（CCUS）2021-2040年』 では、この産業の成功の鍵を握る技術的および商業的要因を探っています。