实现碳中和社会的CCUS发展动向研究
IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）报告书警告说，“如果对现存或计划中的化石燃料基础设施不采取追加减排措施，那么排放CO2将导致全球变暖超过1.5℃”。现在，世界各国为减少CO2排放量，除了研发CO2分离和回收技术之外，还在大力开发有效利用与封存CO2的技术。本文介绍了实现碳中和社会所必需的CCUS（Carbon dioxide Capture, Utilization and Storage）的发展动向。
世界关注的CCUS
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2015年签署的《巴黎协定》规定，长期目标是“将全球平均气温较工业革命前的上升幅度保持在2℃以内，并努力控制在1.5℃以内”。在2021年的COP26（联合国气候变化框架公约国第26次缔约方会议）上，全球正式达成共识，朝着“1.5℃目标”努力。日本在2020年宣布“到2050年，实现温室气体整体零排放=2050年实现碳中和及脱碳社会”；2021年宣布“2030年度温室气体排放量比2013年度削减46%的目标，并且还将继续朝50%的目标发起挑战”。在各国继续努力削减CO2的同时，IEA（国际能源署）提出2030年CCUS的CO2减排量约为1.6 Gt（16亿吨），预计2050年的CO2减排量将增加到约7.6 Gt（76亿吨），期待CCUS对减排CO2作出巨大贡献。
CCUS是指CO2的分离和回收、利用和封存减排的CO2，除了削减CO2产生源的排放量之外，通过利用CO2、封存CO2，达到目标CO2减排量。
各种CO2分离和回收技术
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CCUS的第一项基础技术是CO2分离和回收技术。在CO2回收相关技术中，也有化学吸收法和物理吸附法等已经在技术上确立的方法。而且，以更便宜的回收为目标，推进固体吸附法、膜分离法等技术的开发。此外，为了有效进行CO2分离和回收，需要根据排放源排出CO2的压力和浓度等条件选择最合适方法。 CO2排放量多的产业部门也在推进CO2分离和回收技术的开发，在环境和谐型炼铁工艺技术开发/氢还原等工艺技术开发“COURSE50”中，正在进行着化学吸收法和物理吸附法的开发。化学吸收法是将气体中的CO2化学性吸收到胺水溶液等吸收液中，通过温度操作或压力操作，从吸收液中分离并回收CO2的技术。
虽然化学吸收法被认为是成熟的技术，但COURSE50通过将消耗能量最小化的新吸收液工艺和装置小型化的技术等，开发出了世界领先的化学吸收技术。在COURSE50的第一阶段中开发的一种化学吸收液已经投入使用，开始了商业运营。
与化学吸收技术相对，物理吸附技术是使吸附剂选择性地吸附CO2，通过减压操作来回收CO2的技术。物理吸附技术能够以高纯度、高回收率进行分离和回收，因此可以降低能耗和成本。
除了化学吸收法和物理吸附法以外，也在进行分离和回收大气中CO2的DAC（Direct Air Capture）等的研究。在日本政府的统一创新战略推进会议上，日本提出了到2050年以CO2分离和回收成本1000日元/t-CO2为目标进行技术开发的战略，推进高效率化、低成本化的技术开发。
有效利用分离和回收的CO2
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很难完全做到CO2排放量为零，因此将CO2作为资源捕集，以各种形式再利用，可以抑制大气中的CO2排放。这是第二项基础技术“碳循环利用（CO2利用）”技术。利用分离和回收的CO2，目前有在枯竭的油田压入CO2，回收油田残存原油的EOR（Enhanced Oil Recovery：提高石油采收率），产业领域焊接用保护气体、饮料和食品领域的碳酸水、生鲜食品的保管及运输用的干冰等。作为今后更积极地利用CO2的领域，日本经济产业省等列举了化学品、燃料、矿物和混凝土等，并于 2019年制定了“碳循环利用技术路线图”。碳循环利用，除了本身可以直接为减排CO2作出贡献之外，还可以通过氢和可再生能源利用的协同效应，有效实现“净零”排放（温室气体排放量与吸收量均衡，排放量实质为零）。而且，由于多种行业的经营者能够在各自的业务领域中利用现有的基础设施进行努力，因此CO2减排的关键还在于多种行业。
在碳循环利用领域，由CO2合成天然气主要成分甲烷的甲烷化技术受到关注。“碳循环利用技术路线图”提出，2030年在现有的基础设施中注入1%的合成甲烷，2050年注入90%的目标。于是进行了以实用化为目标的实证试验，在小田原市对分离、回收从清扫工厂排放的CO2生成甲烷的设备进行了试验。在钢铁领域，也进行了甲烷化技术的研究，正在推进碳循环高炉的开发。这是利用高炉产生的CO2、CO和H2生成碳中和还原剂（甲烷），并再次在高炉中使用。
在矿物领域的碳循环利用中，正在进行应用于混凝土的研究。“碳循环利用技术路线图”提出，以到2030年近100% 回收石灰石分解排放的CO2的技术开发为首，以确立碳循环水泥技术为目标。
此外，在新能源∙产业技术综合开发机构（NEDO），作为“碳循环利用∙新一代火力发电等技术开发”的一环，为了确立有效利用CO2作为资源的碳循环利用技术，在日本的中国电力公司大崎发电站内整备了实证研究据点。碳循环利用实证研究据点于2022年在大崎上岛町（广岛县）开设。在煤炭气化的基础上，从燃气轮机和蒸气轮机的发电（IGCC：煤气化联合循环发电）中分离和回收CO2，进行生物质燃料、化学品、碳酸盐等各种碳循环利用技术的开发。
接近实用化的CO2封存技术
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第三项基础技术是封存技术（CCS：Carbon dioxide Capture and Storage）。日本经济产业省从2012年度到2017年度委托日本CCS调查公司在苫小牧市开展“二氧化碳减排技术实证试验项目”。2012年度到2015年度的4年间，进行了所需设备的设计、建设及调查，从2016年4月开始向海底下约1000m地层和约2400m地层压入CO2。2019年11月22日，累计压入量达到了30万吨目标。CCS在全球范围内的实用化进程在不断推进，澳大利亚的大型石油和天然气企业发布了将CO2回收并封存到地下的CCS事业计划。在“碳循环利用技术路线图”中将其分类为CO2的利用，但作为固化CO2的技术，在混凝土凝固的过程中可以吸入CO2进行固化的环保型混凝土已经实用化。但是，存在成本高和用途受限的问题，正在进行扩大用途和降低到与现有混凝土相同价格的努力。此外，用涂敷在混凝土表层的浸渍剂促进CO2吸收的CO2固化技术也在开发中。除了可以固定大气中的CO2之外，还期待提高防腐蚀性能的效果。
此外，利用钢铁渣使CO2吸收到海藻等海洋生态系的“蓝碳”措施等也在进行之中。日本为了推进2050年实现碳中和，于2020年设立了约2兆日元的“绿色创新基金”，其中包括碳循环利用领域，建立了从研发、实证到社会实施的持续支援机制。“碳循环利用产学官国际会议”等国际学会的召开以及民间主导为加速碳循环利用的一般社团法人碳循环利用基金也于2019年设立，对碳循环利用的期待大大提高。已经实用化的以CO2为原料的化妆品用塑料容器的开发是由风险投资公司、原料厂商、化妆品制造商共同完成的，在碳循环利用中，不是个别企业的努力，而是通过协作取得成果，这样的例子很多。期待国际学会和碳循环利用基金等成为信息交换和共同研究的契机。CCUS是包括分离和回收、利用、封存及运输等在内的一个广泛的技术领域。其中，碳循环利用技术的开发是提高国际竞争力不可或缺的举措。