排出量を大幅に削減し、気候変動による最悪の影響を回避するにはわずか11年ほどしか残されていないため、当局は大きな目標を掲げています。カリフォルニア州、ハワイ州、ニューメキシコ州はいずれも、2045年までにカーボンフリーエネルギーへの移行を目指しています。ネバダ州も2050年までにこれに追随したいと考えています。連邦レベルでは、わずか10年でアメリカのエネルギーを再生可能エネルギーに完全転換するというグリーン・ニューディールの議論が議会で続いています。
これらの計画で提案されている多くの行動は、よく知られているものです。風力発電や太陽光発電の拡大、公共交通機関の増設、そして樹木や植物、土壌に炭素を貯留するための自然景観の復元などです。しかし、ここで「炭素回収・貯留」（CCS）という、漠然とした未来的な響きを持つ技術について議論されています。一部の気候専門家は、この技術なしに気温上昇を1.5℃未満に抑えるといった目標を達成するのはほぼ不可能だと考えています。しかし、CCSとは一体何なのでしょうか？
仕組み
基本的な考え方はシンプルです。発電所やセメント工場、その他の重工業が大量の二酸化炭素を大気中に排出するのを放置する代わりに、CCSは排出される前にその二酸化炭素を抽出し、地中に貯留するのです。しかし、これらの技術を実際に活用するのは少し複雑です。
燃焼前CO2回収は、化石燃料を燃焼させる前にCO2を分離することで、よりクリーンなエネルギー生成を可能にします。天然ガスの場合、化学反応によってメタン分子からCO2を分離し、クリーンな水素ガスを生成します。石炭の場合は、まず石炭を合成ガスと呼ばれるガスに変換し、その後CO2をろ過して除去します。
燃焼後CCS（燃焼後ガス回収システム）を備えたプラントは、化石燃料を通常通り燃焼させますが、大気中に放出される前にCO2を抽出する追加工程が追加されます。この追加工程にはいくつかの方法があります。最も一般的なのは、排気ガスを水性アミン（炭素と結合する液体化学物質）に通す方法です。その後、プラントのオペレーターはこれらのアミンを加熱してCO2を放出し、加圧してパイプで排出します。
ロンドンのインペリアル・カレッジ、クリーン化石・バイオエネルギー研究グループのニール・マック・ダウェル氏は、後燃焼の利点は適応性が高いことだと述べている。「世界中にある既存の設備すべてにCCSを追加できます」。しかし、後燃焼はコストがかかる可能性がある。排気ガス中の炭素は希薄であるため、他の燃焼副産物からろ過するのが難しいからだ。この問題を解決しようとするのが酸素燃焼だ。このプロセスでは、燃焼前に空気から窒素を分離するため、燃料と酸素だけが燃焼する。これにより、生成されるCO2が濃縮され、抽出が容易になる。
検討すべき新たな炭素回収技術も数多く存在します。スタンフォード大学プレコート・エネルギー研究所の共同所長、サリー・ベンソン氏によると、最も興味深い技術の一つは「アラムサイクル」と呼ばれるものです。これは基本的に、燃焼によって発生したCO2を高圧流体にリサイクルし、タービンを回すことで廃棄物を電力に変換するものです。現在、テキサス州の小規模な実証発電所で運用されており、まもなく夏の暑い日に5,000世帯に電力を供給できるようになると予想されています。この発電所を運営するネットパワー社は、現在利用可能な税額控除を考慮すると、将来の商業規模の発電所は1メガワット時あたり20ドルで電力を販売できると見積もっています。現在、アメリカ人は1メガワット時あたり平均130ドルを支払っています。「大量の二酸化炭素を再循環させ、そこから少量の二酸化炭素を取り出して貯留します」とベンソン氏は言います。「これにより非常に高い効率が得られ、完全に排出ガスゼロの発電所となります。」
最後のステップは、温室効果ガスを貯留することです。いずれにせよ、二酸化炭素は加圧され、パイプで送出されて貯留される必要があります。有望な貯留方法の一つは、地下深くの塩水貯留層、つまり塩水で飽和した多孔質の岩盤です。これらの場所では、岩盤の隙間に二酸化炭素を閉じ込めることができます。採掘された石炭、石油、天然ガスから得られた炭素を地中に還元することは、いわば化石燃料の採掘を逆行させるようなものです。
しかし、実際に大気中に放出された炭素を抽出するのは別の話です。理論的には可能ですが、そのプロセス、つまり直接炭素回収は現実世界ではまだ稼働していません。2018年のある研究では、提案されている直接空気回収システムは、大気中のCO2を除去して燃料としてリサイクルし、1トンあたり94ドルから232ドルで利用できるとされています。しかし、再生可能エネルギーを使って1トンのCO2排出を回避するよりもコストがかかる可能性があります。大気中のCO2は酸素や窒素に比べて拡散しやすいため、大気から直接取り出すには多くのエネルギーが必要です。
今使っているもの
現在、世界には18のCO2回収・貯留プロジェクトがあり、それらを合わせると年間3150万トンのCO2を貯留しているとベンソン氏は言う。しかし、これは昨年私たちが排出した371億トンと比べれば大した量ではない。
米国の工場は毎年6,500万トンのCO2を吸収しています。しかし、そのうち6000万トンは「石油増進回収（EOR）」に利用されており、本来の目的を覆す結果となっています。二酸化炭素は優れた溶剤であり、企業は地下の油層から最後の石油やガスを効率的に回収することができます。つまり、少なくともリサイクルされているとはいえ、CO2の大部分は化石燃料の採掘に利用されているのです。
だからといって、方向転換して地中に永久的に貯留する量を大幅に増やせないわけではありません。「（二酸化炭素回収の）中核技術は非常に成熟しており、長年利用されてきました」とマック・ダウェル氏は言います。「問題は、現状では、二酸化炭素を貯留する明確な義務付けや奨励策がないことです。」
CCS装置の設置と維持には費用がかかるため、化石燃料企業がCCSを利用するインセンティブは今のところほとんどありません。従来通りの事業を続ける方がはるかに安価です。政治家は、税制、優遇措置、あるいは規制といった形で化石燃料業界を後押しすることができます。企業がCCSを実施する理由が生まれるには、汚染コストがかかるか、炭素回収で利益を上げる方法が必要です。実際、昨年の連邦予算修正案には、45Qと呼ばれる措置で炭素貯留に対する税額控除が含まれています。ベンソン氏によると、CO2を塩水帯水層にパイプで注入する企業は、貯留した炭素1トンあたり最大50ドルの控除を受けることができます。「この税制優遇措置が導入されたことで、今後こうしたプロジェクトがさらに増えると期待しています。」
炭素回収の未来
炭素回収の普及が遅れているのは、一見悪い兆候のように思えるかもしれません。多くの技術は数十年前から存在しているにもかかわらず、ほとんど活用されていません。一部の専門家は、これが排出量削減の費用対効果の高い方法ではないことの兆候だと捉えています。一方、環境保護論者は、炭素回収は化石燃料の採掘による環境への深刻なダメージを一時的に隠すに過ぎないと主張しています。再生可能エネルギーが規模を拡大し、手頃な価格でエネルギーの大部分を供給できるという証拠がある以上、化石燃料を一切使用しないエネルギーシステムへの移行はなぜ必要なのでしょうか？
「CCSの最大の機会は、削減が難しい排出ガスへの対応に役立つことです」とベンソン氏は語る。セメント、肥料、その他の産業は化石燃料に大きく依存しており、現時点ではこれらのプロセスを電動化する簡単な方法はない。大型トラックも同様で、大型トラックのバッテリーの充電には膨大な時間がかかる。ベンソン氏によると、代わりに天然ガスから分離した水素をトラックの燃料として利用できる可能性があるという。
一部の専門家は、炭素回収なしに経済を迅速に脱炭素化することはほぼ不可能だと考えています。IPCCが様々なエネルギー源の組み合わせのシナリオを評価し、排出目標達成の可能性を検証するために使用している統合評価モデルを例に挙げています。これらの分析によると、「CCSを選択肢から外すことは、非常にコストがかかることを示唆する証拠があります」とマック・ダウェル氏は述べています。「CCS技術がなければ、（排出）目標を達成することはできない可能性が高いでしょう。」
しかし、これらのモデルは再生可能エネルギーを実際よりも高価で導入が難しいと見なし、不当に不利に扱っていると主張する声もある。Nature Energy誌の最近の研究論文が指摘するように、「評価モデルには独自のバイアスがあり、現在のエネルギーポートフォリオミックスから大きく逸脱したエネルギーポートフォリオミックスを正当に検討できない可能性がある。その結果、CCSは単にコストを追加した現在のシステムの延長として暗黙のうちに支持されていることになる」。
同じ研究では、二酸化炭素回収発電所と再生可能エネルギー発電所の稼働に必要なエネルギーを比較しました。その結果、発電所の寿命全体を通して、再生可能エネルギーに投資したエネルギーは、二酸化炭素回収発電所よりも高い収益性が得られることがわかりました。同じエネルギー投入量に対して、CCSを備えた化石燃料発電所よりも、風力と太陽光発電からより多くの収益が得られます。「純エネルギー面でのデメリットを考慮すると、電力用CCS開発は、重要な技術オプションではなく、ニッチな分野であり、エネルギーシステムへの補助的な貢献者だと考えています」と研究は結論付けています。
それでも、IPCCモデルとNature Energyの研究はどちらも広範かつ大規模な評価です。特定の地域が炭素排出量を迅速に削減するために必要な理想的なエネルギーミックスは、再生可能エネルギーのための太陽光や風力の利用可能性など、多くの要因によって異なる可能性があります。そのため、包括的で幅広い「クリーンエネルギー基準」の策定が今後の良い道筋となるかもしれないとベンソン氏は言います。現在、多くの政策が「再生可能エネルギー」という言葉を強調していますが、「クリーンエネルギー」への転換は、重要な柔軟性をもたらす可能性があると彼女は言います。「そうすれば、再生可能エネルギーが最良の選択肢であるところでは再生可能エネルギーを使用し、CCSが理にかなっているところではCCSを活用できるようになります」とベンソン氏は言います。「[様々な地域が]最も低コストで最速の脱炭素化の方法を競い合うことになるでしょう。」
