CO2回収技術

12月 1, 2021admin

炭素回収・貯留（CCS）は、従来の発電や工業生産の過程で発生するCO2を、適切な地下貯留層に注入して放出を防止するための技術の組み合わせである。基本的には、排出されたCO2をプロセスから分離し、圧縮したCO2を適切な地中貯留場所に輸送して注入する技術である。 CO2の輸送方法には、パイプラインと船舶がある。 CO2の適切な地中貯留場所としては、廃油・廃ガス田、深層塩水層、採掘不可能な炭層などがある。炭素回収・貯留（CCS）を行う主な理由は、産業界や発電所からのCO2排出削減であり、このような排出削減のインセンティブがなければ、CCSはほとんど期待できない。産業・発電部門にCCSが導入されれば、CO2排出量を大幅に削減しながら化石燃料の利用を継続することが可能になる。

CO2 回収技術の紹介

CO2 の回収、輸送、地中貯留に採用されているいくつかの技術があります。研究開発の大部分は、産業プロセスによって通常排出される他の化合物からCO2を分離するために使用される技術の効率改善に向けられてきました。これらの技術は一般的に「回収技術」と呼ばれている。捕捉プロセスは、3つのカテゴリーに分類することができ、各アプローチの適合性は、問題の産業プロセスまたは発電所のタイプに依存します

燃焼後。化石燃料の燃焼から生じる排ガスからCO2を除去する。燃焼後分離では、溶媒を使ってCO2を回収します。微粉炭（PC）プラントや天然ガス複合発電所（NGCC）などが代表的な用途です。この技術は、特に後付けのアプリケーションに適しています（Parliamentary Office of Science & Technology, 2009）。
前燃焼。プロセスの主燃料は、蒸気および空気または酸素と反応し、一酸化炭素と水素の混合物に変換され、しばしば「合成ガス」と呼ばれます。一酸化炭素はその後、「シフトリアクター」でCO2に変換される。その後、CO2は分離され、水素は電力や熱の生成に利用される。この技術は、特にガス化複合発電所（IGCC）に適用するのに適しています（IPCC、2005年）
酸素燃料燃焼。主燃料を空気の代わりに酸素で燃焼させ、主に水蒸気と高濃度（80%）のCO2を含む排ガスを発生させる。排ガスを冷却して水蒸気を凝縮させると、ほぼ純粋なCO2が残る。空気から酸素をその場で生産するには、追加の装置が必要です (Mckinsey & Company, 2008)。

産業用プロセス。

炭素分離技術は、天然ガス処理、鉄鋼、セメント、アンモニア生産など、さまざまな産業でも使用できます (IPCC, 2005)。

炭素分離回収および貯留 (CCS) は、生産されたすべての CO2 の 85 ～ 95% を回収できますが (IPCC, 2005)、CO2 を分離するのにエネルギーコストがかかることと上流の排出のため、純排出削減は 72 ～ 90% のオーダーです (Viebahn et al., 2008)。

いったん CO2 がプロセスから効果的に「捕獲」されると、それを適切な貯蔵場所まで輸送することが必要になります。 CO2は、7.4MPa以上の圧力と約31℃以上の温度に圧縮されたとき、最も効率的に輸送されます。この条件下では、CO2は気体の性質を持つ液体である超臨界状態となる。そのため、CO2を高圧で輸送するには、通常の天然ガスパイプラインと変わらない炭素鋼製のパイプラインや、広大な海域を横断する必要がある場合には船舶を利用することになる。 CO2パイプラインはすでに大規模に存在しており、特に米国では石油増進回収法（EOR）のために、主に人が少ない地域で利用されている。

適切な CO2 貯留場所には、放棄された油田やガス田、または深海の塩類層があり、最低でも 800m の深さが予想され、周囲の温度と圧力が十分に高く、CO2 が液体または超臨界状態に維持される場所です。 CO2は、物理的・地球物理的な捕捉メカニズムの組み合わせにより、貯留層からの移動が防止される（IPCC, 2005）。 CO2を注入するために使用される技術は、石油・ガス産業で使用されているものと類似しています。坑井掘削や圧入装置に加えて、貯留サイトの残存容量やCO2の挙動を観察するための計測・モニタリング技術が不可欠である。 CO2圧入技術はすでに確立されていますが、貯留に特化した技術はまだ開発中です。

CO2 回収技術の実現可能性と運用上の必要性

Technical feasibility of Carbon capture and storage technology

他の地域での技術の応用は、CCS がほとんどの大きな定置 CO2 点源において技術的に実現可能であることを示唆しています。 CO2分離技術は、天然ガス処理（NGP）においてすでに適用されており、そこでは、天然ガスからのCO2除去が、発熱量の向上および/またはパイプラインの仕様を満たすために必要である。 NGPと組み合わせたCO2貯蔵は、ノルウェーのスレイプナー・ガス田とアルジェリアのインサラ・ガス田で成功裏に実証されている。また、世界各地でCCSプラントが計画されている。産業分野では、カナダ・アルバータ州の「クエストCCSプロジェクト」で、オイルサンドのアップグレーダーから年間1.2トンのCO2を回収し、深海の塩水層まで輸送して貯蔵する計画です。このプロジェクトは、2016年に稼働する予定です。電力分野では、ミシシッピ州のケンパー郡IGCCプロジェクトが600MWのガス化複合発電所を新設し、年間3.5 MtCO2を回収し、そのCO2を石油増進回収に利用する計画である。このプロジェクトは現在建設中で、2014年末に完成する予定です。

規制の不確実性と炭素回収・貯留技術の一般認識

潜在的なリスクを伴うあらゆる新技術は、その初期段階で規制の不確実性に直面するものです。 CCSについては、これらの障害は解決されつつあるところである。近年では、ロンドン議定書（1972年廃棄物の投棄等による海洋汚染の防止に関する条約及び1996年議定書）、OSPAR条約（北東大西洋の海洋環境の保護に関する条約）などの国際法において、CO2の海洋貯留に対応した修正が行われている。しかしながら、貯留責任、モニタリング責任、CO2の越境輸送の問題に関しては、多くの法的問題が残っている。規制の枠組みの欠如は、プロジェクト開発者が直面する関連するリスクのレベルを考えると、CCSプロジェクトの進行を妨げる可能性がある。 EU、カナダ、オーストラリアでは、CCSのための法的枠組みが採択されており、米国ではそれに関する議論が進行中である。

CCSに関する環境NGOの立場は複雑で、技術を支持するものもいれば、反対するものもいる。

CCSに関する環境NGOの立場は様々で、技術を支持するものもあれば、反対するものもある。一般市民の認識と理解の欠如は、社会科学者によって観察されている。 CO2貯留プロジェクトが計画されたいくつかのコミュニティでは、地元の関係者がCCSのリスクについて懸念を示し、場合によっては抗議行動を起こしている。

二酸化炭素回収・貯留技術の環境影響とリスク

二酸化炭素回収・貯留（CCS）は、発電や産業設備からの二酸化炭素排出を大幅に削減する可能性を持っています。 CCS に関連する最大のリスクは、一時的または永久的に、パイプラインシステムや貯蔵場所から漏れる可能性があることです。 CO2は毒ガスではありませんが、密閉された建物内で漏洩した場合など、空気中の濃度が高くなると窒息死する恐れがあります。パイプラインからCO2が漏れるリスクは、例えば天然ガスの輸送と変わりませんが、CO2は引火性ではありません。

CCSに関連する負の環境影響は、捕捉装置を作動させるためのエネルギーペナルティによる追加の化石燃料需要と、CO2を化学的に捕捉するための溶剤の使用に関連する毒性学的影響に関連しています (Zapp et al., 2012)。 CCS の使用は、CO2 削減の高い可能性と、エネルギー効率の低下と CO2 の回収に関連する中程度の環境影響の間のトレードオフです。

二酸化炭素の回収と貯蔵 & 技術の現状と今後の市場の可能性

世界には、現在 4 つのフルスケール CCS プロジェクトの例があり、すべて産業部門で、電力生産ではありません。米国の石炭ガス化施設からのCO2を利用するウェイバーンのほか、ノルウェーの石油会社スタットオイルが1996年から北海の深い塩水層に天然ガスから分離したCO2を年間約100万トン注入しており、2008年から同じノルウェーのスノービットプロジェクトで同様の技術が適用されている。また、BP、Statoil、Sonatrachのコンソーシアムは、アルジェリアのIn Salahで、やはりガス生産に由来するCO2を圧入している。燃焼前回収と同様の技術が、肥料や水素の製造に使われており、回収されたCO2は他の工業プロセスで使用されるか、排出される。発電に使用するための酸素燃焼技術はまだ実証段階ですが、ヨーロッパの電力会社であるヴァッテンフォールによって、現在ドイツでテストされています。

CO2を地中に貯蔵する世界の能力は大きく、最近の流域全体の潜在能力は8000Gtから15000Gtと見積もられています（IEA, 2008b）。しかし、貯留ポテンシャルに関する知識のレベルは、世界、地域、地元のスケールで異なる（IPCC, 2005）。貯蔵能力の推定は、欧州、北米、日本、豪州で最も進んでいる。枯渇した石油・ガス貯留層は、世界全体で 675-900GtCO2 の貯留能力を持つと推定されており、このような場所に関する既存の知識と、石油・ガス抽出プロセスから既存のインフラを再利用する可能性から、この貯留オプションは適していると思われる（IPCC, 2005年）。深層塩水層は少なくとも 1000GtCO2 の貯留能力を持つとされており、世界の堆積盆の多くに分布していると考えられている。中国、インド、東南アジア、東ヨーロッパ、アフリカ南部など、エネルギー使用の加速的な成長を経験している地域では、貯蔵容量に関するより多くの情報が必要であると強調されています (IPCC, 2005)。

炭素回収・貯留技術が社会経済開発および環境保護に貢献できる方法

CCSが持続可能な開発をどの程度サポートするかは広く議論される話題です。京都議定書のクリーン開発メカニズムにCCSを認めることに関する議論は、利害関係者間のさまざまな意見を例示している。化石燃料の燃焼を伴う技術は、そのような資源の有限性のために、持続可能な開発と関連付けることはできないと主張する人もいます。他の人々は、石炭採掘の環境への影響など、CO2 の排出だけでなく、化石燃料の使用の影響を指摘しています (Coninck, 2008)。

気候

前述のように、CCS は工場で発生する CO2 の 85-95% を回収することができますが (IPCC, 2005)、二酸化炭素と上流の排出物を分離するのにエネルギーコストがかかるため、純排出削減は 72-90% のオーダーとなります (Viebahn et al, 2007）

炭素分離・貯留技術の財務的要件とコスト

現在、圧倒的に CCS のほとんどのアプリケーションは経済的に実現可能ではありません。 CO2を回収して圧縮するために使用される追加の装置はまた、かなりの量のエネルギーを必要とし、それは石炭火力発電所の燃料需要を25～40％増加させ、またコストを押し上げる（IPCC, 2005）。電力セクターにおけるCCS実証プロジェクトのコストは、90-130ドル/tCO2が見込まれ、2020年以降の本格的な商業活動では50-75ドル/tCO2まで下がる可能性がある（Mckinsey & Company, 2008）。

最近、産業部門における CCS の可能性とコストの評価に焦点が当てられています (UNIDO/IEA, 2011; ZEP, 2013)。多くの工業プロセス、例えば一次鉄鋼生産、セメント生産、石油精製は、エネルギー効率の限界で稼働しており、CO2回収は排出量をさらに削減できる唯一の技術である。

CCSの適用によりエネルギー生成と工業生産のコストは上昇しますが、IEA（2008a）は、世界の緩和ポートフォリオからCCSを除外すると、気候安定化の達成コストが70%増加すると計算していることに留意する必要があります。これらの情報に基づけば、長期的な経済効率の観点から、CCS を緩和策のポートフォリオに含めることは正当化され得る。

クリーン開発メカニズム市場の状況

2010年のメキシコのカンクンでの気候会議で、京都議定書の締約国会議（CMP）は、クリーン開発メカニズム（CDM）の下にCCSプロジェクトを含めることを決定しました

Bellona, 2009. Technology.
Coninck, H.C.De, 2008. トロイの木馬か豊穣の角か？ CDMでCCSを許可することについての考察。エネルギー政策 36, pp.929-936.
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