CCSとは?CCUSとの違い、メリット・デメリット、二酸化炭素回収・貯留の仕組み、現状も

カーボンニュートラル社会への移行に大きく貢献するとして、CCSCCUSと呼ばれる技術が注目されています。

近年の地球温暖化の対策として、温室効果ガス排出を減らさなければなりませんが、すぐに火力発電所や工場を止めるわけにはいきません。しかし、CCSやCCUSは、すぐにはCO2の排出を減らすことが難しい設備などにおいて、CO2排出量削減を可能にします。

CCS・CCUSとは、どのような技術なのでしょうか?近い未来、新たなビジネスの一分野となることも予想されるCCS・CCUSについて、理解を深めておきましょう!

CCSとは

CCSとは、主に産業活動で発生するCO2を、大気中に排出する前に回収したり、大気中から回収したりして、CO2を貯留または資源として有効利用する技術です。

  • Carbon(dioxide)…(二酸化)炭素(ここではCO2)
  • Capture…捕獲(ここではCO2の回収)
  • Storage…貯蔵、保管

のアルファベットからその名前がつけられています。

【日本のCCSによるCO2回収量の今後の予想】

二酸化炭素を回収して貯留するCCSの仕組み

CCS技術において、発生した気体からCO2を分離させる方法には

  • 物理吸収法…ポリエチレングリコールやメタノールで吸収
  • 固体吸収法…アミンで吸収
  • 膜分離法…アミンで分離

などがあります。

一般的には※アミンと呼ばれる化学物質を利用して回収します。*1)

アミンとは

アンモニアの化合物。気体を接触させると、その気体の中からCO2を吸収する。CO2を吸収したアミンは、120度に加熱するとCO2が分離する。

【九州大学の研究によるアミン含有ゲル粒子膜の成膜方法】

※上の図:九州大学の研究グループが、九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所および株式会社日本炭素循環ラボ(JCCL社)と共同で開発した『アミン含有ゲル粒子膜』。CO2を選択的に透過(=CO2だけを通す)し、高速に高純度なCO2を分離可能。

CCSでは主に海底の地下に回収したCO2を貯留し、このために適した場所も日本周辺で調査・発見されています。

【苫小牧のCCS実証実験全体像】

CCSとCCUSの違い

CCSと似た言葉にCCUSがあります。これらの違いについて確認しましょう。

CCUSとは

CCUSとは、CCSの「Carbon」「Capture」「Storage」に加えて、「Usage(Utilization)…使用、利用」が加わったものです。

これらの言葉のイニシャルから考えると、

  • CCS→二酸化炭素を回収し(海底などに)貯留すること
  • CCUS→さらにその回収した二酸化炭素を再利用する

という意味になります。

つまり、回収したCO2を単に貯留するのか、それとも資源として有効利用するかです。CCUSでは、回収したCO2を資源として利用します。回収してCO2を再利用することは、カーボンリサイクルとも呼ばれます。

【カーボンリサイクル】

回収されたCO2は、

  • 直接利用…植物への供給・ドライアイスなど
  • 化学品…※ポリカーボネート・ウレタン・バイオマス由来化学品など
  • 燃料…合成燃料バイオ燃料・ガス燃料など
  • 鉱物…コンクリート・セメント・炭酸塩など

といった用途に利用されます。また、直接利用とは別に

  • EOR…原油の回収率を上げるためにCO2を注入し圧力をかける

という利用方法もあります。

ポリカーボネートとは

熱を加えれば軟らかくなり、冷やせば固くなることを繰り返す性質をもつプラスチックの一種。透明度・衝撃耐性・耐熱性・難燃焼・寸法変化がしにくいなどの性質をもつ。一般のガラスより250倍の衝撃に耐えると言われている。*2)

【カーボンリサイクルの例】

なぜCCS・CCUSが注目を集めているの?

それでは、なぜCCSやCCUSが今、注目を集めているのでしょうか?環境への意識を高めた世界や日本の動きとともに見ていきましょう。

パリ協定の採択

【パリで開かれた※COPでの安倍元首相首相】

国連気候変動枠組条約締約国会議のこと。

2015年に採択されたパリ協定には、温室効果ガスの主要排出国を含む多くの国が参加し、締結国だけで世界の温室効果ガス排出量の約86%、159の国と地域にわたります。パリ協定では

  • 世界の平均気温上昇を産業革命以前に比べて2℃より十分低く保ち、1.5℃に抑える努力をする
  • そのため、できる限り早く世界の温室効果ガス排出量をピークアウトし、21世紀後半には、温室効果ガス排出量と(森林による)吸収量のバランスをとる

という世界共通の長期目標が掲げられました。CCSやCCUSの技術はこの目標達成のために大きく貢献すると考えられています。

【将来のCO2削減量におけるCCUSの貢献割合】

上の表からもわかるように、CCUSは2070年には世界のCO2排出削減量の約15%を担うと予想されています。

日本ではカーボンニュートラル宣言も

パリ協定締結の後、日本は2020年10月に2050年カーボンニュートラルを宣言しました。これを実現するために経済産業省が中心となり「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」が策定されました。

グリーン成長戦略は、14の重要分野ごとに高い目標を掲げ、日本企業のカーボンニュートラルに向けた前向きな挑戦を、国があらゆる手段で後押しする計画を打ち出しています。

【2050年に向けて成長が期待される14の重点分野】

とはいえ、2050年までにカーボンニュートラルを実現するためには、温室効果ガスを2020年の排出量から計算して80%程度減らさなくてはなりません。そのためにはCCS・CCUSのさらなる技術開発・低コスト化・社会への実装が必要です。*3)

そのためにも、メリットやデメリット、課題などを整理して理解しておきましょう。

CCS・CCUSのメリット

CCS・CCUSの大きなのメリットは、

  • 既存の設備に導入すればCO2を大気中に排出しないで稼働できる
  • 大気中からもCO2を回収できる
  • 回収したCO2を資源として再利用できる

という点です。

CCSやCCUSの技術を導入すれば、すでにある設備の稼働によって発生するCO2を回収でき、大気中に放出せずに済みます。つまり次世代の脱炭素社会設備に移行するまでの橋渡しのような技術でもあるのです。

もう少し具体的に「CCS・CCUSにできること」を解説します。

CO2の大幅な削減

CCS・CCUSの導入によって、CO2の大気中への排出を大幅に削減できます。火力発電・製鉄工場・セメント生産・ごみ焼却などCO2を大量に排出するあらゆる分野に導入可能で、例えば約27万世帯に電力を供給する80万kWの石炭火力発電所の場合、年間約340万トンのCO2を大気中に排出することを防ぎます。

【CCSによるCO2削減の例】

炭素の循環利用

排出してしまえば地球温暖化を進めてしまうCO2ですが、先述のように(「CCUSとは」参照)さまざまな方法で資源として利用できます。CO2の資源としての循環利用は化石燃料に頼らない社会の構築のために重要です。

例えば再生可能エネルギーで生産した水素を、CO2と反応させてメタンなどの化学原料を生産できます。

【CO2を資源として循環利用】

大気中のCO2を回収(※DAC)

DACと呼ばれる大気中からCO2を回収する技術の開発も進んでいます。また、DAC設備を再生可能エネルギーで稼働させ、2050年までに継続可能なコストで※ネガティブミッションを実現する計画です。

大気中からCO2を回収することにより、過去に排出されとどまり続けるCO2や、現在でもやむを得ず大気中に排出されるCO2による温室効果の緩和が期待できます。*4)

DACとは

Drect Air Captureの略。大気から直接CO2を分離・回収する技術。

ネガティブミッションとは

大気中へのCO2の排出をマイナスにすること。大気からCO2を吸収すること。

【DACの実証実験機】

CCS・CCUSはカーボンニュートラル社会実現のためにとても有効な技術ということは理解できましたね!しかし、やっと実用化が始まったばかりなので、まだクリアすべきいくつかの課題があります。

続いてはCCS・CCUSの社会実装に向けた課題を解説します。

CCS・CCUSの課題や問題点、デメリット

CCS・CCUSは実用化が始まったばかりの技術で実証実験中の技術も多く、研究開発の余地がまだ多く残されている技術と言えます。しかし、時間の猶予が残されていない地球温暖化の抑制に貢献できるという点で、おおよそデメリットはないと考えてもいいでしょう。

しかし、CCS・CCUSをもっと普及させるためには少なからず課題があります。

コスト削減

地球温暖化抑制に貢献する技術とはいえ、普及のためには現実的な導入・運営コストでなければなりません。CCS・CCUSにはプロセスごとに、次のようなコストがかかります。

  • CO2の分離・回収…設備・運転コスト
  • 回収したCO2の輸送…200km以上の長距離輸送コスト
  • 貯留…調査コスト

現在CO2の回収1トンあたり4,000円程度と高いコストがかかります。これを2030年には1,000円〜2,000円台に、2040年には数百円〜1,000円程度を目標にコスト削減のための技術開発が行われています。

バリューチェーンの構築

日本では回収したCO2を貯留するための地域の多くは日本海側に分布している一方で、CO2の排出源は太平洋側に集中しています。近距離の輸送であればパイプラインで低コストに輸送できますが、200kmより長距離の場合は船舶輸送の方がコストが低く済むことが試算されています。

大量の液化CO2を輸送できる技術はまだ確立されておらず、輸送船の技術開発が進められています。

法律の整備

今後のCCS・CCUSの社会実装と普及に向けて、法律等の整備も必要です。

具体的には、

  • 事業規制…CCS・CCUS事業の性質を踏まえた事業規制
  • 「貯留事業権」…貯留事業財団・鉱業権などの調整
  • 特定地質構造の弾性探査に関する規制
  • 事業責任者の明確化…損害賠償責任・一定期間経過後の責任(事業者と国の役割分担)

などが必要です。*5)

まだまだコストが高いCCS・CCUSですが、実際どれくらい実用化されているのでしょうか?次はCCS・CCUS技術の世界と日本の現状を見ていきましょう。

CCS・CCUSの世界の現状

2022年、世界ではアメリカを中心に135件の大規模なCCSプロジェクトが進行中で、うち、71件は2021年に新たに発表されたものです。

現在世界で稼働中なのは27件で、そのほとんどの21件がEORです。各国政府の支援により、アメリカ・ヨーロッパを中心にCCS・CCUSが増加しています。

EORとは

原油の回収率を上げるためにCO2を注入し圧力をかける利用方法

【世界のCCSプロジェクトの動向(2022年5月)】

アメリカ:世界で最もCCSの導入数が多い

下の資料からもわかるように、アメリカでは積極的にCCSのプロジェクトが進行しています。14件中8件をEORが占め、投資コストの比較的低い技術から導入が進んでいます。

【2020年時の米国における建設中・計画段階の CCS プロジェクト】

下の表では2020年において進行中だったCCSプロジェクトをEORの有無とコストで整理したものです。EORありで分離・回収のコストが低いプロジェクトが全体の64%を占めています。

【CCSにおいてEORとコストの関係 】

アジアCCUSネットワーク

アジア地域では、2021年6月に「アジアCCUSネットワーク」が発足しました。活発に経済発展の進むアジアでは世界の脱炭素化に反してCO2の排出量が増加傾向にある地域が多くあります。

このような状況の中、アジア地域におけるCCUSの発展普及において、協力を通じて脱炭素化に貢献するため、日本の提案で始まりました。参加国は※ASEAN10カ国オーストラリア・アメリカ・日本の合計13カ国、そして100を超える企業・研究機関・国際機関が協力しています。*6)

ASEANとは

インドネシア・マレーシア・フィリピン・シンガポール・タイ・ブルネイ・ベトナム・ラオス・ミャンマー・カンボジアの10カ国(2022年9月現在)

世界の状況が確認できたところで、次は日本国内の現状を見てみましょう。

CCS・CCUSの日本の現状

日本では、まだ実証実験段階の事例も多いCCS・CCUSですが、すでに実用化・商品化している企業もあります。その中から、大規模な実証実験と日本の最先端企業によるCCUSの事例を紹介します。

北海道苫小牧で実証実験

【北海道・苫小牧市の実証実験設備】

2012年から、北海道・苫小牧市CCSの大規模な実証実験が行われています。ここでは出光興産株式会社北海道製油所の水素製造設備から発生する排ガスを、1.4kmの長さのパイプラインで輸送し、実証実験設備でCO2を分離・回収した後、地下への圧入が行われています。

【分離・回収/圧入設備の俯瞰図】

【苫小牧CCS実証実験の概要】

旭化成株式会社:CO2化学によるカーボンリサイクル

【旭化成のCO2転換利用技術】

旭化成はCO2からポリカーボネート樹脂を製造する技術を確立しています。2002年には世界初の工業化にも成功し、さらにこの技術をポリウレタン製造などへ応用・展開しています。

【ポリカーボネートの主な用途】

三菱工業エンジニアリング:低コストのCO2分離・回収技術の開発

【三菱重工のCO2分離・回収技術】

三菱重工は工場や発電所からのCO2を90%以上も回収可能排ガスCO2回収装置を開発し、すでに世界中にこの装置を提供しています。また、大型のCO2輸送船・CO2の圧縮技術の開発などによるCO2サプライチェーンの構築や、三菱ガス化学と北海道苫小牧でCO2からメタノール合成するカーボンリサイクルの技術開発を検討しています。*7)

【三菱重工の主なCCUS技術・製品】

まとめ:CCS・CCUSは今後低コスト化・普及へ

【CCUSのサイクル】

まだ世界で実用化が始まったばかりのCCS・CCUS技術ですが、今後は低コスト化も進み、普及していきます。そのバリューチェーンを取り巻くビジネスが新たに生まれ、脱炭素と経済的な発展の両立が期待されています。

ゆくゆくはCO2排出量の多い設備には導入が当たり前となることも予想できます。カーボンニュートラル社会への移行が急がれる今、私たちがこのような新しい技術を理解しておくことはとても大切です。

少子高齢化が進む日本では、国民ひとりひとりが広く正しい知識を持ち、適切な選択ができるようになっておきましょう。あなたのCCS・CCUSへの理解は、その社会実装を推進する力になるのです!

〈参考・引用文献〉
*1)CCSとは
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)』
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」』(2017年11月)
経済産業省『CCS長期ロードマップ検討会 中間とりまとめ(案) 参考資料 』p,7(2022年5月)
九州大学『燃焼排ガスや空気からCO2を回収可能なガス分離膜『アミン含有ゲル粒子膜』を開発』(2021年6月)
*2)CCSとCCUSの違い
経済産業省『苫小牧におけるCCS大規模実証試験 30万トン圧入時点報告書』p,5(2020年5月)
資源エネルギー庁『CO2削減の夢の技術!進む「カーボンリサイクル」の開発・実装』(2021年4月)
三菱ガス化学『製品の長寿命化や軽量化に役立つポリカーボネート(PC樹脂)』
経済産業省『カーボンリサイクル技術ロードマップ』p,1(2021年7月)
*3)なぜCCS・CCUSが注目を集めているの?
資源エネルギー庁『今さら聞けない「パリ協定」 ~何が決まったのか?私たちは何をすべきか?~』(2017年8月)
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)』
資源エネルギー庁『カーボンニュートラルに向けた産業政策“グリーン成長戦略”とは?』(2021年5月)
経済産業省『グリーン成長戦略(概要)』(2021年6月)
*4)CCS・CCUSのメリット
環境省『CCUSを活用したカーボンニュートラル社会の実現に向けた取り組み』p,2
環境省『空気からのCO2分離回収(DAC)技術』p,6(2022年1月)
*5)CCS・CCUSの課題や問題点、デメリット
経済産業省『カーボンリサイクル技術ロードマップ』p.7,p.8(2021年7月)
資源エネルギー庁『CCS長期ロードマップ検討会の振り返りと 国内法整備の主な論点について(討議) 』p.19(2022年9月)
*6)CCS・CCUSの世界の現状
経済産業省『CCS長期ロードマップ検討会 中間とりまとめ(案) 参考資料』p.40(2022年5月)
地球環境産業技術研究機構『我が国におけるCCS事業化に向けた制度設計や 事業環境整備に関する調査事業』p.7(2021年3月)
資源エネルギー庁『高いポテンシャルのあるアジア地域のCCUSを推進! 「アジアCCUSネットワーク」発足』(2021年8月)
*7)CCS・CCUSの日本の現状
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」』(2017年11月)
経済産業省『経済産業省のCCUS事業について』p.1(2020年8月)
経済産業省『経済産業省のCCUS事業について』p.2(2020年8月)
経済産業省『「ビヨンド・ゼロ」実現までのロードマップ』
旭化成株式会社『環境に優しいCO₂技術 ポリカーボネート(PC)製造技』
三菱重工エンジニアリング『脱炭素への取り組み』
環境省『CCUSを活用したカーボンニュートラル社会の実現に向けた取り組み』(2020年2月)

この記事の監修者
阪口 竜也 フロムファーイースト株式会社 代表取締役 / 一般社団法人beyond SDGs japan代表理事
ナチュラルコスメブランド「みんなでみらいを」を運営。2009年 Entrepreneur of the year 2009のセミファイナリスト受賞。2014年よりカンボジアで持続型の植林「森の叡智プロジェクト」を開始。2015年パリ開催のCOP21で日本政府が森の叡智プロジェクトを発表。2017年には、日本ではじめて開催された『第一回SDGsビジネスアワード』で大賞を受賞した。著書に、「世界は自分一人から変えられる」(2017年 大和書房)