「二酸化炭素回収・貯留」の版間の差分

'''二酸化炭素回収・貯留'''<ref>{{Cite web|和書|title=エネルギーの基礎用語～CO2を集めて埋めて役立てる「CCUS」|url=https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/ccus.html|website=経済産業省 資源エネルギー庁|accessdate=2020-09-08|language=ja}}</ref>（にさんかたんそかいしゅう・ちょりゅう、{{lang-en-short|carbon dioxide capture and storage}} または {{lang|en|carbon dioxide capture and sequestration}} または {{lang|en|carbon dioxide control and sequestration}}<ref>{{cite book|last1=Fanchi|first1=John R|last2=Fanchi|first2=Christopher J|title=Energy in the 21st Century|date=2016|publisher=World Scientific Publishing Co Inc|isbn=978-981-314-480-4|page=350|url=https://books.google.com/books?id=tIZIDQAAQBAJ&pg=PA350}}</ref>、'''CCS'''）とは、通常、[[セメント]]工場や[[バイオマス]][[発電所]]などの大規模な汚染点源からの廃棄物である[[二酸化炭素]]（{{Co2}}）を回収し、貯留場所に輸送し、大気の影響のない場所、通常は地下の[[層 (地質学)|地層]]に堆積させるプロセスである。目的は、[[重工業]]により大気中に大量の{{Co2}}が放出されるのを防ぐことである。源業や暖房からの[[地球大気中の二酸化炭素|二酸化炭素排出]]の[[地球温暖化]]や[[海洋酸性化]]<ref>{{Cite web|url=http://www.globalccsinstitute.com/publications/introduction-carbon-capture-and-storage/online/43531|title=Introduction to Carbon Capture and Storage - Carbon storage and ocean acidification activity|publisher=Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) and the Global CCS Institute|accessdate=2013-07-03|archiveurl=https://web.archive.org/web/20121208065755/http://www.globalccsinstitute.com/publications/introduction-carbon-capture-and-storage/online/43531|archivedate=2012-12-08}}</ref>への影響を緩和するための潜在的な手段である<ref name="BEIS">{{Cite book|title=The UK Carbon Capture Usage and Storage deployment pathway|date=2018|publisher=[[BEIS]]|url=https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/759637/beis-ccus-action-plan.pdf}}</ref>。{{Co2}}は数十年前から石油の回収強化など様々な目的で地層に注入されてきたが、{{Co2}}の長期貯留は比較的新しい概念である。{{仮リンク|[[直接空気回収技術|en|Direct air capture|label='''直接空気回収'''}}]]は、点源ではなく、周囲の空気から{{Co2}}をスクラブするCCSの一種である。

二酸化炭素は、[[吸収 (化学)|吸収]]、[[吸着]]、ケミカルループ、膜ガス分離、[[包接水和物|ガスハイドレート]]技術などの様々な技術を使用して、空気中から直接、または産業用ソース（発電所の[[煙道ガス]]など）から回収することができる<ref name="Bui 2018">{{Cite journal|last=Bui|first=Mai|last2=Adjiman|first2=Claire S.|last3=Bardow|first3=André|last4=Anthony|first4=Edward J.|last5=Boston|first5=Andy|last6=Brown|first6=Solomon|last7=Fennell|first7=Paul S.|last8=Fuss|first8=Sabine|last9=Galindo|first9=Amparo|date=2018|title=Carbon capture and storage (CCS): the way forward|journal=Energy & Environmental Science|volume=11|issue=5|pages=1062–1176|DOI=10.1039/C7EE02342A}}</ref> <ref>{{Cite journal|last=D'Alessandro|first=DeannaM.|last2=Smit|first2=Berend|last3=Long|first3=JeffreyR.|date=16 August 2010|title=Carbon Dioxide Capture: Prospects for New Materials|url=https://infoscience.epfl.ch/record/200571/files/6058_ftp.pdf|journal=Angewandte Chemie International Edition|volume=49|issue=35|pages=6058–6082|DOI=10.1002/anie.201000431|PMID=20652916}}</ref>。アミンは、代表的なカーボン・スクラブ技術では溶剤として使用されている<ref>{{Cite journal|last=Erfani|first=Amir|last2=Boroojerdi|first2=Saeed|last3=Dehghani|first3=Ashraf|year=2015|title=Simulation of an operational amine based CO2 removal plant as an example of CO2 capture at coal-fired power plants|url=https://www.researchgate.net/publication/281887823|journal=Petroleum & Coal|volume=57|issue=1|pages=85–92}}</ref>。最新の従来型発電所にCCSを適用した場合、CCSなしの場合と比較して、大気中への{{Co2}}排出量を約80～90％80 - 90 [[パーセント|%]]削減することができる<ref name="IPCC_CC">[IPCC, 2005] ''IPCC special report on Carbon Dioxide Capture and Storage''. Prepared by working group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Metz, B., O. Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, and L.A. Meyer (eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 442 pp. Available in full at [http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf www.ipcc.ch] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100210022620/http://www1.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf|date=2010-02-10}} (PDF - 22.8MB)</ref>。{{Co2}}を回収・圧縮する発電所に使用する場合、その他のシステムコストは、化石燃料発電所の場合、生産されるエネルギーのワット時当たりのコストを21～9121 - 91 %増加させると推定されており<ref name="IPCC_CC" />、既存の発電所にこの技術を適用すると、特に隔離場所から離れた場所にある場合にはさらにコストが高くなるとみられている。2019年現在、世界では17のCCSプロジェクトが稼働しており、年間31.5百万トンの{{Co2}}を回収しており、そのうち3.7百万トンは地質学的に貯蔵されている<ref>{{Harvnb|Grantham|2019|p=9}}</ref>。そのほとんどは発電所ではなく産業由来である<ref name="beis">{{Cite web |url=https://assets.publishing.service.gov.uk/government/uploads/system/uploads/attachment_data/file/759286/BEIS_CCS_business_models.pdf |title=Industrial carbon capture business models |author= |first= |date= |website= |accessdate=2022-04-10}}</ref>。

{{Co2}}の貯蔵は、深い地層において[[鉱物]][[炭酸塩]]の形で行われることが想定されている。発熱性CSS（PyCCS）<ref>{{lang-en-short|pyrogenic CCS}}</ref>も研究されている<ref>{{Cite journal|last=Werner|first=C|last2=Schmidt|first2=H-P|last3=Gerten|first3=D|last4=Lucht|first4=W|last5=Kammann|first5=C|date=1 April 2018|title=Biogeochemical potential of biomass pyrolysis systems for limiting global warming to 1.5 °C|journal=Environmental Research Letters|volume=13|issue=4|pages=044036|DOI=10.1088/1748-9326/aabb0e}}</ref>。海洋深層貯留は、海洋を[[海洋酸性化|酸性化]]させる可能性があるため、利用されていない<ref name="greenfacts.org">[http://www.greenfacts.org/en/co2-capture-storage/ Scientific Facts on {{Co2}} Capture and Storage], 2012</ref>。地質層は現在、最も有望な貯留場所と考えられている。米国国立エネルギー技術研究所（NETL）は、北米には現在の生産率で900年分以上の二酸化炭素を貯蔵するのに十分な容量があると報告している<ref>[http://www.netl.doe.gov/technologies/carbon_seq/refshelf/atlas/index.html NETL 2007 Carbon Sequestration Atlas], 2007</ref>。一般的な問題は、海底または地下貯留の安全性に関する長期的な予測が非常に困難で不確実であり、一部の二酸化炭素が大気中に漏れ出す危険性が残っていることである<ref>{{Cite journal|last=Phelps|first=Jack J.C.|last2=Blackford|first2=Jerry C.|last3=Holt|first3=Jason T.|last4=Polton|first4=Jeff A.|date=July 2015|title=Modelling large-scale CO 2 leakages in the North Sea|journal=International Journal of Greenhouse Gas Control|volume=38|pages=210–220|DOI=10.1016/j.ijggc.2014.10.013}}</ref>。

[[ゼオライト]]、[[活性炭]]、[[アルミナ]]などの吸着剤に、二酸化炭素を選択吸着させ、分離・回収する手法<ref name=":2" />。さらに、圧力を変化させて二酸化炭素を選択的に分離・回収を行う方法を[[圧力スイング吸着法|PSA法]]といい、温度を変化させて行う方法をTSA法という<ref name=":0">{{Cite web|和書|title=CO2固定技術 - 環境技術解説 環境展望台|url=http://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=26|website=tenbou.nies.go.jp|accessdate=2020-05-02|publisher=[[国立環境研究所]]}}</ref>。その双方を組合わせた方式をPTSA法という<ref name=":0" />。日本国内では、電力会社に実施例がある。

以上のような方法で二酸化炭素を貯留する最大の目的は、[[地球温暖化]]の原因とされる[[温室効果ガス]]の1つである二酸化炭素の大気中[[濃度]]を下げることである。日本の二酸化炭素排出量は2017年度で11.9億トンのところ、日本近海での潜在的な貯留可能量は約1,460～2460 - 2,360億トンと見込まれている<ref name=":8" />。[[国際エネルギー機関]]の報告書によると、2060年までの累積での二酸化炭素削減量の14 %（19億トン/年）をCCSが担うことが期待されている<ref name=":9">経済産業省地球環境連携室「[https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/ccs_jissho/pdf/001_05_00.pdf CCSを取り巻く状況]」2018年6月11日<br /></ref>。

; 帯水層貯留（Deep Saline Aquifer, DSA）

; CO2ハイドレート貯留（海底下、永久凍土下）

:海底下の[[孔隙率]]の高い[[砂]]層で、二酸化炭素を[[ハイドレート]]化(固体)させて貯留する手法<ref name=":3" />。ハイドレート化が可能な代表的な温度・圧力は，10℃，10 [[℃]]以下，4.5MPa5 [[パスカル (単位)#倍量・分量単位|MPa]]以上で、日本周辺海域において貯留できる可能性がある海域が温度・圧力に基づいて検討されている<ref>[[https://www.jstage.jst.go.jp/article/journalofjsce/9/1/9_276/_pdf_article/-char/ja|/ Estimation of potential oceanic regions and possible CO2 amounts for storage using self-sealing of CO2 hydrate around Japan], J. of JSCE, 2021年Vol.9巻, No.1号, p.276-283, 2021.</ref><ref>[https://www.jstage.jst.go.jp/article/jscejer/78/1/78_30/_article/-char/ja CO2ハイドレート貯留を支配する日本周辺の深い海における海水温の定式化]], 土木学会論文集G（環境）, Vol.78, No.1，pp.30--41, 2022.01.14</ref>。

CCSを利用すれば、石炭発電所のスタックから排出されるCO2を85～90％85 - 90 %以上削減できる可能性があるが、石炭の採掘や輸送に伴うCO2排出量には効果がない。CCSシステムは、CCSなしのシステムよりも25％25 %多くのエネルギーを必要とし、25％多くの石炭燃焼を必要とするため、実際には「そのような排出量と純供給電力の単位あたりの大気汚染物質を増加させ、石炭の採掘、輸送、処理による生態学的、土地利用、大気汚染、水質汚染のすべての影響を増加させる」ことになる<ref name="WWS2010">{{cite web |url=https://www.univie.ac.at/photovoltaik/vorlesung/ss2014/unit2/Energy_policy2010.pdf |title=Providing all Global Energy with Wind, Water, and Solar Power, Part I: Technologies, Energy Resources, Quantities and Areas of Infrastructure, and Materials |author1=Jacobson, Mark Z. |author2=Delucchi, Mark A. |year=2010 |work=Energy Policy |page=4 |accessdate=2022-04-10}}</ref>。

さらに、CCSを利用して化石燃料で発電所する方式と再生可能エネルギーで発電力する方式の正味のエネルギー効率を比較したところ、2019年の調査ではCCS発電所の方前者が効率が悪く、後者が効率が良いことが判明した。両生産方式の電気[[エネルギー収支比|エネルギーの投資収益率]]（EROEI）は、運用コストとインフラストラクチャーのエネルギーコストを考慮して推定された。再生可能な電力生産には、十分なエネルギー貯蔵が可能な[[太陽光発電]]と[[風力発電]]が含まれている。このように、気候危機の緩和においては、「化石燃料による CCSよりも、拡張性のある再生可能な電力と蓄電の急速な拡大が望ましい」と考えられる<ref>{{cite journal|last1=Sgouridis|first1=Sgouris|last2=Carbajales-Dale|first2=Michael|last3=Csala|first3=Denes|last4=Chiesa|first4=Matteo|last5=Bardi|first5=Ugo|date=8 April 2019|title=Comparative net energy analysis of renewable electricity and carbon capture and storage|url=https://eprints.lancs.ac.uk/id/eprint/133171/1/5890_4_art_0_pnk0xh.pdf|journal=Nature Energy|volume=4|issue=6|pages=456–465|doi=10.1038/s41560-019-0365-7}}</ref>。

一方、グリーンピースは、CCSは石炭火力発電所のコストを倍増させる可能性があると主張している<ref name="falsehope">Rochon, Emily et al. [http://www.greenpeace.org/international/press/reports/false-hope False Hope: Why carbon capture and storage won't save the climate] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090504081504/http://www.greenpeace.org/international/press/reports/false-hope|date=2009-05-04}} Greenpeace, May 2008, p. 5.</ref>。また、CCS反対派は、CCSに費やされた資金は、気候変動に対する他の解決策から投資を逸脱させると主張している。一方で、[[:en:Bioenergy with carbon capture and storage|BECCS]]（バイオエネルギーCCS）は、IPCCのシナリオの中で、1.5℃5 ℃などの緩和目標を達成するために使用されている<ref>{{Cite web|url=https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/summary-for-policy-makers/|title=Summary for Policymakers — Global Warming of 1.5 ºC|access-date=2019-06-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20190531192512/https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/summary-for-policy-makers/|archive-date=2019-05-31|url-status=dead}}</ref>。

{{DEFAULTSORT:にさんかたんそかいしゆうちよりゆう}}