私たちは、二酸化炭素の回収、貯蔵、利用（CCUS）についてもっと理解する必要があります。 そのために、この記事では10の方法を取り上げ、それぞれが2050年までに大気中からどれだけのCO2を取り出せるか、そして1トンあたりのコストを試算しています。 著者であるオックスフォード大学のElla AdlenとCameron Hepburnは、CO2-EORや合成燃料などの工業的なものから、林業や土壌の炭素貯留などの生物学的なものまで、さまざまな方法を挙げています。 彼らによると、すぐにでも、今すぐにでも、コスト競争力があり、収益性の高いものが6つあるそうです。 CO2ケミカル、コンクリート建材、CO2-EOR、林業、土壌炭素隔離、バイオチャ-ル。 4つはそうではない（まだ？ CO2燃料、微細藻類、CCS付きバイオエネルギー（BECCS）、風化促進。 重要なのは、それぞれが収益性の高いビジネスになるのが早ければ早いほどいいということだ。 数十年先の技術革新を予測することは容易ではないため、著者はコストが過大評価されている可能性が高いと指摘している。 しかし、同様に、スケーラビリティ、捕捉の永続性、特定の方法で使用される将来のエネルギーミックスのクリーン度などについても、大きな不確実性がある。
地球温暖化の大きな原因となっている廃棄物であるCO2を、価値ある原料に変えることはできないのでしょうか？
このアイデアは、気候変動への懸念に端を発した循環型経済の考え方の波に乗って再浮上し、二酸化炭素の回収を奨励する方向に向かっています。
理解不足は戦略不足
新しいアプローチが次々と生まれています。
ネイチャーの新しい視点では、CO2利用とは何か、それがCO2除去や排出削減とどのように関連するのか、そしてそのような技術は収益性や拡張性があるのか、といったことを明らかにしようとしました。
チームとして、経済学者、エンジニア、化学者、土壌科学者、気候モデラーなど、利用に関するあらゆる見解を代表しています。
CO2利用とは
従来、「CO2利用」とは、大気中の濃度以上のCO2を利用して経済的に価値のある製品を作る産業プロセスを指していました。
この定義には歴史的な理由がありますが、これが唯一のCO2利用ではありません。
この定義には歴史的な理由がありますが、CO2の利用はそれだけではありません。
本論文では、CO2利用の具体的な経路を10種類に分けて検討しました。 オープン、クローズ、サイクリング
この図では、「オープン」な利用経路(紫色の矢印)が示されています。これは、森林などの漏れやすい自然システムにCO2を貯蔵するもので、吸収源から供給源へと急速に変化する可能性があります。 “閉鎖型」の利用経路（赤の矢印）は、建築資材などで、ほぼ永久的にCO2を貯めることができます。
人間界と自然界におけるCO2のストックとネットフロー（水色の大きな矢印）には、10の番号が付けられた潜在的な利用と除去の経路が含まれています。 これらは、CO2の発生源にも吸収源にもなる開放系（紫の矢印）、ほぼ永久的に貯蔵される閉鎖系（赤）、一時的に炭素を移動させるだけの循環系（黄）のいずれに炭素が貯蔵されているかを示す色のついた矢印で示されている。 出典は以下の通り。 Hepburn et al. (2019).
Climate mitigation + economic gain
図中の10種類のCO2利用パスウェイはすべて、ある程度の気候緩和の可能性とともに、何らかの経済的動機を提供しています。
CO2利用は、大気中のCO2の除去と長期貯蔵、大気中へのCO2排出量の削減という2つの主要な方法で役立ちます。
私たちの試算によると、世界のCO2排出量が40GtCO2であるのに対し、年間100億トン以上のCO2を1トンあたり100ドル以下で利用することができます。
こうした利用のほとんどは、オープンまたはクローズドな経路での中長期的な貯蔵に関連しています。
CO2利用は緩和を保証するものではない
さらに、仮にCO2利用が成功したとしても、それが必ずしも気候に有益であるとは限りません。 CO2の利用は、CO2を除去・貯蔵する他のアプローチと同様に、十分な検討を経ずに行われると、緩和に全く貢献しない可能性があります。
起こりうる問題としては、直接的なCO2の排出だけでなく、他の温室効果ガスの排出、直接的・間接的な土地利用の変化、プロセスの他の部分からの排出、リーケージ(より広いシステムの他の部分で排出が後に増加すること)、無常な置換(排出が永久に回避されるのではなく、遅延するだけであること)などがあります。
このような問題があるため、CO2利用技術の導入が気候に有益であるかどうかは、多くの要因に左右されます。
- エネルギー源。 CO2利用技術はエネルギーを大量に消費します。 このエネルギーは、太陽から直接、または再生可能な技術を介して、再生可能である必要があります。
- 広範な脱炭素化の状況。 これらの技術の中には、世界の脱炭素化プロセスのある時点での緩和戦略としてのみ意味を持つものがあります。 例えば、CO2を封じ込めるために石油増進回収を使用することは、エネルギーおよび輸送システムが脱炭素化される前に短期的に使用することができます。
- 規模。 CO2の世界的な流れに大きな変化をもたらすためには、パスウェイは迅速にスケールアップできる可能性を秘めている必要があります。 気候変動対策のための窓は小さく、必要な時間内に全く新しい CO2 利用産業を構築することは、自明のことではありません。
- 永続性。
10のパスウェイとその見通し…
以下に、さまざまなCO2利用パスウェイの潜在的な規模とコストを比較します。
2050年の規模の評価は、構造化された見積もり、専門家への相談、大規模なスコーピングレビューのプロセスから来ています。 当社のコスト試算は損益分岐点コスト、つまり収益を考慮したものであり、スコーピングレビューで収集したテクノエコノミクス研究の四分位範囲で表示しています。 これは、コストが後ろ向きであり、規模の経済を達成するためのパスウェイの能力を過小評価している可能性が高いことを意味します。
CO2 化学
触媒を使用してCO2を構成要素に還元し、化学反応を利用して、メタノール、尿素（肥料として使用）、ポリマー（建物や自動車の耐久製品として使用）などの製品を構築することで、0.3～0.6GtCO2を利用することができます。
CO2燃料
水素とCO2を組み合わせて、メタノール、合成燃料、合成ガスなどの炭化水素燃料を製造することは、既存の輸送インフラを利用するなど、巨大な市場に対応することができますが、現在のコストは高いです。
微細藻類
微細藻類を使ってCO2を高効率で固定し、そのバイオマスを加工して燃料や高付加価値の化学品などの製品を作ることは、長年にわたって研究の焦点となってきました。
コンクリート建築材料
CO2はセメントの「硬化」や骨材の製造に利用することができます。 これにより、長期的にCO2を貯蔵することができ、排出量の多い従来のセメントを代替することができます。
CO2-enhanced oil recovery (EOR)
油井にCO2を注入することで、石油の生産量を増やすことができます。 通常、オペレーターは油井から回収される油とCO2を最大化しますが、重要なことは、最終的な石油製品の消費時に発生するよりも多くのCO2を注入・貯蔵するようにEORを運用することができるということです。
Bioenergy with carbon capture and storage (BECCS)
Bioenergy with carbon captureでは、事業者は木を育てることでCO2を回収し、バイオエネルギーで電力を生産し、その結果生じる排出物を隔離します。 電力収入を概算すると、利用コストはCO2 1トンあたり60ドルから160ドルと見積もられています。 2050年には、年間0.5〜5GtのCO2がこの方法で利用・貯蔵されることになる。
風化促進
玄武岩などの岩石を砕いて土地に敷き詰めると、大気中のCO2から安定した炭酸塩の生成が促進されます。 これを農地で行うと、収穫量が増える可能性があります。
森林
新規および既存の森林から得られる木材は経済的に価値のある製品であり、建物の中でCO2を貯蔵することができる可能性があり、それによってセメントの使用を置き換えることができます。
土壌の炭素隔離
土壌の炭素隔離のための土地管理技術は、土壌にCO2を貯蔵するだけでなく、農作物の収穫量を増加させることができます。
バイオマス の利用
バイオマス
バイオマスとは、植物を低酸素状態で高温燃焼させた「熱分解」バイオマスのことです。 農地の土壌に適用することで、作物の収穫量が10%増加する可能性がありますが、安定した製品を作ることや土壌の反応を予測することは非常に困難です。
キャパシティとコストの比較
以下の概要図は、各パスウェイで利用可能なCO2量の推定値（各列の幅）と、それに伴う損益分岐点コスト（各列の高さ）を示しています。
低位シナリオ（左図）と高位シナリオ（右図）は、2050年までの投資、普及、技術改良のレベルに応じた結果の範囲を反映しています。 濃淡は技術的な準備状況を示しており、低または可変（淡い色合い）から高（濃い色合い）までの範囲を示しています。 アスタリスクは、CO2貯留の期間を示しており、数日または数ヶ月（1つのアスタリスク）から数世紀以上（3つのアスタリスク）までの範囲を示しています。
低位シナリオ（左）と高位シナリオ（右）における、異なるサブパスウェイのCO2利用可能量（2050年のGtCO2）と損益分岐点コスト（2015ドル/トン）の推定値。 灰色の従来型パスウェイは産業利用アプローチ、緑色の非従来型パスウェイは生物利用アプローチ。 TRLは技術的準備水準を意味し、1から9までの範囲である。 SCSは土壌炭素貯留、EORは石油増進回収、BECCSは炭素回収を伴うバイオエネルギー、DMEはジメチルエーテル（CO2燃料の一種）。 これらのコストと規模のポテンシャルは、R&Dの進歩によって大きく変わる可能性があります。 出典は以下の通りです。
上の図は、CO2の利用が2050年に大きなCO2の流れを生み出す可能性があり、いくつかのパスウェイはそれ自体で利益を生むことが期待できることを示しています。
しかしながら、この図は、潜在的な可能性の規模や、それを利用するためのコストについての大きな不確実性を強調しています。 気候変動対策としてCO2利用を成功させるためには、エネルギー強度や炭素貯蔵の永続性などの潜在的な、そして些細なことではない課題とともに、これらの不確実性を解決する必要があります。
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エラ・アドレン博士は、オックスフォード大学オックスフォード・マーティン・スクールのリサーチ＆プログラム・マネージャーです
キャメロン・ヘップバーン教授は、オックスフォード大学スミス・スクール・オブ・エンタープライズ＆エンバイロメントのディレクターです
この記事はCarbon BriefのCCライセンスに基づいて公開されています
この記事は英語版です。