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Technology to capture and use CO2
二酸化炭素回収- 利用とは、工場や発電所から排出されるCO2を回収し、有用な製品や燃料の原料として再利用する技術を指します。英語では「Carbon Capture and Utilization (CCU)」と表記され、CO2を廃棄物ではなく資源として活用する循環炭素経済の中核技術です。温室効果ガス削減と経済価値創出を同時に実現する革新的なアプローチとして注目されています。
CCUの概念は1990年代から研究が始まり、2000年代に入って本格的な技術開発が進みました。近年の脱炭素化の流れと特に、再生可能エネルギーの余剰電力を活用したPower-to-X技術との組み合わせにより、新たな産業エコシステムの構築が期待されています。
資源循環の実現: CO2を廃棄物から有価物に転換し、炭素の循環利用を実現します。従来の線形経済から循環経済への転換を促進する重要な技術です。
経済価値の創出: CO2から化学品、燃料、材料を製造することで、新たな経済価値を創出します。温室効果ガス削減と経済成長の両立を可能にします。
多様な用途: 化学品、燃料、建材、食品など、幅広い分野での利用が可能です。用途の多様性により、大規模なCO2削減効果を実現できます。
エネルギー統合: 再生可能エネルギーの余剰電力を活用することで、エネルギーシステム全体の効率化に貢献します。
技術統合性: 既存の化学プロセスや製造技術との統合が可能で、段階的な導入により実用化を促進できます。
化学工業: CO2を原料としてメタノール、エチレン、プロピレンなどの基礎化学品を製造しています。従来の石油化学プロセスの代替として、持続可能な化学工業の実現に貢献しています。
燃料製造: CO2と水素からメタノール、合成ガス、合成燃料（e-fuel）を製造しています。航空燃料や船舶燃料として、輸送部門の脱炭素化に貢献しています。
建材産業: CO2を活用してコンクリートや炭酸カルシウムなどの建材を製造しています。建設業界の脱炭素化と資源効率の向上を実現しています。
食品工業: CO2から微生物を培養し、タンパク質や食品添加物を製造しています。食料安全保障と環境負荷削減を両立する新技術として期待されています。
農業分野: 回収したCO2を温室の炭酸ガス施肥に活用し、作物の成長促進と収量向上を実現しています。
CCUには以下のような技術分類があります：
化学的変換:
生物学的変換:
物理化学的利用:
CCUにより製造される主要製品は以下の通りです：
基礎化学品:
合成燃料:
ポリマー- 材料:
建材:
CCU分野では以下のような技術革新が進んでいます：
触媒技術: 高効率- 高選択性の触媒開発により、CO2変換の効率が大幅に向上しています。単原子触媒、ナノ構造触媒などの新技術が実用化されています。
電解技術: 固体酸化物電解セル（SOEC）、プロトン交換膜電解などの高効率電解技術により、CO2の電気化学変換が実用化されています。
プロセス統合: 複数の反応工程を統合したワンポット合成、反応分離統合プロセスにより、製造効率が向上しています。
CCUの経済性と市場動向は以下の通りです：
製造コスト:
市場規模: 世界のCCU市場は年率15-20%で成長し、2030年には数百億ドル規模に達すると予想されています。
価格競争力: 炭素価格の上昇と
投資拡大: 世界的にCCU技術への投資が拡大し、商業プラントの建設が進んでいます。
政策支援: 各国でCCU技術の研究開発- 商業化支援政策が実施されています。
CCUの環境効果は以下の通りです：
CO2削減: 製品のライフサイクル全体で20-80%のCO2削減効果が期待されます。製品により削減効果は異なります。
資源効率: 化石資源の使用量削減により、資源効率の向上を実現します。
廃棄物削減: CO2を有効活用することで、産業廃棄物の削減に貢献します。
生態系保護: 従来の資源採取による環境破壊を回避し、生態系保護に貢献します。
CCUの普及には以下のような課題があります：
エネルギー消費: CO2変換に必要なエネルギー消費の最小化が重要です。再生可能エネルギーの活用により対応しています。
経済性: 製造コストの削減が重要です。技術革新と規模拡大により対応しています。
品質- 性能: CCU製品の品質- 性能向上が必要です。技術開発により従来品と同等以上の性能を実現しています。
市場受容性: CCU製品の市場受容性向上が重要です。認証制度や標準化により対応しています。
インフラ整備: CO2供給インフラの整備が必要です。産業クラスター化により対応しています。
CCUに関する政策- 規制は以下の通りです：
研究開発支援: 各国でCCU技術の研究開発に対する公的支援が行われています。
商業化支援: 実証プロジェクト、商業プラント建設への補助金が提供されています。
炭素クレジット: CCUによるCO2削減効果を炭素クレジットとして認定する制度が整備されています。
標準化: CCU製品の品質- 環境性能に関する国際標準の策定が進んでいます。
規制枠組み: CCU事業の安全性- 環境性に関する規制枠組みが整備されています。
CCUは以下のような発展が期待されています：
商業化拡大: 2030年代には多くのCCU技術が商業化され、大規模な市場を形成します。
コスト競争力:
用途拡大: 新技術の開発により、CCUの適用範囲がさらに拡大します。
統合システム: 再生可能エネルギー、CCS、CCUを統合した循環炭素システムが構築されます。
CCUは、脱炭素社会の実現と循環経済の構築に向けた重要な技術であり、継続的な技術革新と政策支援により、今後大きな発展が期待されています。産業界の新たな成長分野として、注目度が高まっています。
水素エネルギー
水素を燃料として利用するクリーンエネルギー技術。グリーン水素は再エネ由来電力で水を電気分解して製造し、燃料電池や水素エンジンで利用します。燃焼時に水しか排出せず、エネルギーキャリアとして長距離輸送・長期貯蔵が可能で、脱炭素社会の基幹エネルギーとして期待されています。
エネルギー貯蔵
電力を様々な形態で貯蔵し必要時に放出する技術。リチウムイオン電池、揚水発電、圧縮空気、フライホイール、水素などがあります。再エネの出力変動対策と系統安定化に不可欠で、世界の蓄電池市場は2030年に120兆円規模に成長すると予測されています。
アンモニア燃料
アンモニア燃料は、水素キャリアとして注目される新エネルギー源です。燃焼時にCO2を排出せず、既存インフラが活用可能で、火力発電や船舶燃料として実用化が進む脱炭素社会の重要な選択肢となっています。
合成燃料
合成燃料は、CO2と水素から製造される液体燃料で、既存の内燃機関やインフラで使用可能なカーボンニュートラル燃料です。e-fuelとも呼ばれ、航空機や船舶など電動化が困難な分野での脱炭素化の切り札として期待されています。