気候変動との闘いでは、排出量全体を削減するだけでなく、大気中から炭素を積極的に除去する必要があることが明らかになりつつあります。
効果的な脱炭素化には、すでに存在する技術を大規模に展開し、性能を高め、コストを削減する必要があります。
これは特に重要です。航空、鉄鋼、セメントなど、排出削減が困難なセクターは、2015年のパリ協定が目標とする2050年を過ぎてからネットゼロに到達する可能性が高いためです。
炭素は周期表のジキルとハイドであり、天使の顔と悪魔の顔を併せ持ちます。「生命を与えるもの」と呼ばれることもある炭素は、私たちの体のあらゆる細胞、そしてビタミンからバイオリン、ドーナツからダイヤモンドまで、食べたり、使ったり、大切にしたりするものの大半を形作っています。
炭素は140億年前の宇宙の進化に不可欠でした。そして未来の技術にとっても、同じように重要です。
二酸化炭素も大気にとって同様に不可欠です。太陽の熱を閉じ込める二酸化炭素がなければ、地球は到底耐えられないほどの寒さになるでしょう。しかし、人間の活動、とりわけ化石燃料の燃焼によって、CO2濃度は産業革命初期の270 ppm（100万分の1）から現在の415 ppmへと、約50%上昇しました。大気中のCO2濃度がこれほど高かったのは、300万年以上前が最後です。科学者が懸念しているのは排出の加速です。過去60年間の排出増加の速度は、最終氷期の終わりなどに起きた過去の自然な増加に比べ、約100倍に達しています。
地球を1.5°C目標の道筋に乗せる
2015年のパリ協定以降、産業革命前と比べた地球温暖化を1.5°Cに抑える道筋が最重要課題となっています。この目標を達成する可能性を少しでも残すには、世界の温室効果ガス（GHG）排出量を遅くとも2025年までにピークアウトさせ、2030年までに43%削減する必要があります。そして、遅くとも2050年までにネットゼロを達成しなければなりません。こうした削減の大部分は、産業、農業、ライフスタイルの脱炭素化によって実現する必要があります。評価の高い科学的根拠に基づく目標イニシアチブ（SBTi）のネットゼロ基準は、例えば、企業に対し、2050年までにバリューチェーンの90%を脱炭素化するよう求めています。
人間の活動を脱炭素化する取り組みが進んでいるにもかかわらず、「二酸化炭素除去（CDR）」は3つの理由から重要な役割を担います。第一に、長距離航空、セメント、鉄鋼など、不可欠でありながら排出削減が困難な産業セクターの一部を完全に脱炭素化するのは極めて難しいこと。第二に、地球温暖化が進むにつれ、地球システム自体がより多くの温室効果ガスを排出していること。第三に、過去の累積排出を帳消しにするとともに、現在および将来の削減されない排出を除去しなければ、1.5°C目標を超過する可能性が高いことです。
CDRが必要かどうかを様子見する余裕はありません。脱炭素化の取り組みを一層強化するのと並行して、それに代わるものとしてではなく、大気中からCO2を積極的に除去するための必要な能力を今すぐ構築し始めなければなりません。気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によれば、CDRは、地球温暖化を2°C以下に抑える可能性が高いシナリオにおける「重要な要素であり、世界の排出量がほぼゼロ、ネットゼロ、あるいはネットマイナスのいずれに達するかは問わない」とされています。
簡単に言えば、現在のCO2排出削減の進み方では、CDR技術を大規模に展開し、毎年数十億トンの炭素を除去しない限り、2050年までに世界全体でネットゼロを達成し、地球温暖化を1.5°Cに抑えることは難しいでしょう。
CO2除去には技術と自然の両方が必要
大気中の二酸化炭素は、自然のプロセス、技術的プロセス、またはその両者を組み合わせたプロセスによって除去できます。数十億本の植樹や泥炭地の再生は、CO2を吸収する自然を活用した解決策であり、生物多様性や降雨の促進、大気汚染や水質汚染の軽減など、多くの生態系上の利点ももたらします。しかし、自然を活用した解決策は不可欠である一方、森林などの生態系は山火事や劣化の影響を受けやすく、炭素を永久に貯留する能力が脅かされています。例えば植林は農業など他の土地利用と競合する可能性があり、規模拡大も課題です。
技術的プロセスは、CO2を回収して永久に貯留することで、炭素を恒久的に除去する課題に取り組みます。通常、固体鉱物の形で、または地下深くの岩層に貯留します。主な技術は、炭素貯留を伴う大気直接回収（DACCS）と、炭素回収・貯留を伴うバイオエネルギー（BECCS）です。
DACCSでは、もちろん化石燃料を使わないエネルギーで駆動する多数のファンを使い、空気を産業施設内に取り込みます。そこでさまざまな化学フィルターを用いてCO2分子を捕捉します。次にフィルター材を再生し、純粋なCO2を放出させて地下深くに埋めることができます。DACCSの先駆企業であるCarbon Engineeringは、石油・ガスが豊富なテキサス州西部のパーミアン盆地に施設を建設中です。2024年の稼働開始時には、年間100万トンのCO2を回収する見込みで、これは約4,000万本の木の吸収能力に相当します。
BECCSは、バイオマスを熱、電力、液体燃料またはガス燃料に変換する発電所から排出されるCO2を回収・貯留するプロセスです。BECCSでは、林業や農業の残渣、藻類、エネルギー作物など、さまざまな「原料」を処理できます。バイオマスの成長に必要な光合成によって、空気中のCO2を回収するプロセスはすでに行われています。しかし、炭素をネットで除去するには、原料の栽培、収穫、輸送、加工に伴うカーボンフットプリントが、バイオマス自体が成長期間中に除去した炭素量を上回らないことが不可欠です。BECCSにはほかにも懸念があります。専用のバイオエネルギー作物を大量に栽培すると、既存の森林や農地が転用され、食料や水の安全保障が脅かされたり、地域社会が移転を余儀なくされたり、樹木や土壌に貯留された炭素が放出されたり、生物多様性が損なわれたりする可能性があります。
スウェーデンで新たに計画されているBECCS発電所は、Stockholm Exergiが一部の技術的な欠点に対処し、大気中からCO2を除去しながら都市に暖房と電力を供給できることを実証する目的で設計しています。熱と電力を生み出すため、発電所では林業、製材所、パルプ・製紙生産から出る残渣を燃焼させます。バイオマスは地元で調達し、カーボンフットプリントを最小限に抑えます。燃焼時に排出されるCO2を回収し、圧縮・冷却して液化した後、北海の海底深くにある岩層へ注入し、時間の経過とともにさらに安定させます。Stockholm Exergiによると、この発電所は年間80万トンのCO2を回収できる可能性があり、ストックホルムの道路交通からの排出量全体を上回ります。
炭素回収・貯留技術には、「持続可能な炭素」という魅力的な可能性もあります。航空を例に考えてみましょう。現時点では、長距離飛行に必要な出力密度を得るために炭化水素を燃焼させる方法を避けられません。しかし、DACCSまたはBECCSの施設を使えば、大気中から炭素を取り出し、合成ケロシンの原料として再利用する循環を構築できます。このプロセスは、「パワー・トゥ・リキッド」方式の持続可能な航空燃料（PtL SAF）として知られ、航空機の排出量を最大90%削減し、世界の脱炭素化に寄与する可能性があります。同様のプロセスを使って、海運向けの低炭素eメタノールを製造することもできます。
自然と技術を組み合わせたハイブリッド型のCDR技術にも、有望なものがいくつかあります。例えば「風化促進」では、細かく粉砕したケイ酸塩岩を陸地や海面に散布し、炭素吸収を促進します。また、酸素のない状態で有機物を加熱して作る炭素の一種、バイオ炭を使う方法もあります。土壌に加えると、バイオ炭は数十年から数千年にわたって炭素を貯留できます。さらに利点もあります。土壌の養分と水分を保持する能力を高めることで、バイオ炭は肥料の必要量を減らし、水の流出を防ぎ、生産性の低い土壌の農業生産力を回復させます。
脱炭素化では規模が重要であり、貯留の永続性も重要
世界経済フォーラムのファースト・ムーバーズ・コアリション（FMC）は、世界の排出量の30%を占める、排出削減が困難な7つの産業セクターの脱炭素化を加速させることを目指しており、CDRを中核目標の一つに掲げています。FMCは加盟企業に対し、「直接排出の削減に最大限取り組むことに加えて」、2030年までに少なくとも5万トン、または2,500万ドル相当の炭素除去を約束するよう求めています。
コアリションは非常に高い基準を設けています。第一に、CDRの手法は永続的でなければなりません。つまり、炭素を1,000年以上回収・貯留する必要があります。第二に、規模拡大が可能でなければなりません。すなわち、2030年までに少なくとも100万トン（1メガトン、1 Mt）、2050年までに10億トン（1ギガトン、1 Gt）の炭素を貯留できる可能性のある解決策が求められます。その他の重要な基準は、コストと検証可能性です。
規模が重要です。最近発表されたCDRが1.5°C目標の維持にどう貢献できるかを扱ったエネルギー移行委員会の報告書は、必要となるCDRの量を概算しています。「今世紀半ばまでに起こり得る炭素予算の超過の影響を相殺するには、私たちのシナリオでは少なくとも70～220GtのCO2を、現在から2050年までに累積的に除去する必要がある」とされています。これは、CDRで毎年25億～80億トンを除去する量に相当します。
では、現在のCDR技術は、こうした厳しい基準をどの程度満たしているのでしょうか。
DACCSとBECCSはそれぞれ、年間50億トン（5 Gt）の炭素を回収し、1,000年以上貯留できる可能性があります。また、どちらも検証が容易なプロセスです。しかし、コストは非常に高く、現在、BECCSは1トン当たり110～270ドル、DACCSは1トン当たり600ドル以上かかります。
技術としてはまだ成熟度が低いものの、バイオ炭と風化促進は、それぞれ年間3～4 Gtを除去できる可能性があり、現在のコストは1トン当たりわずか50～160ドルです。しかし、風化促進は永続性の基準を満たす可能性が高い一方、現在のバイオ炭手法の大半が保証できる貯留期間は最長500年です。それでも、ファースト・ムーバーズ・コアリションは、こうした新しいCDR技術4種類すべてを支援するよう加盟企業に呼びかけています。
脱炭素化技術の市場需要を立ち上げる
多くのイノベーションと同様に、進展を左右するのは実資金です。CDRには現在、その普及を後押しする市場がありません。自然を活用した代替策ならCO2を1トン当たり30ドルで除去できるのに、DACCS施設に1トン当たり600ドルを支払うのは、一見すると理にかなわないように思えます。それでも、中長期的には、地球が必要とする規模と永続性を備えたCO2除去を実現するために、こうした新技術がどうしても必要です。誰かが最初の一歩を踏み出し、市場を立ち上げなければなりません。
世界的な再保険会社Swiss Reは、ファースト・ムーバーズ・コアリションが加盟企業に提示した課題の策定を支援しました。各社は、2030年までに少なくとも5万トン、または2,500万ドル相当の、持続性と拡張性を備えたネット炭素除去を約束するというものです。Swiss Reは、NextGen CDR Facilityの創設企業5社のうちの1社です。同施設は購入者のグループであり、2025年までに少なくとも100万トンのCO2除去を購入し、2030年までに検証済みの提供を受けることを約束しています。
目標は、DACCSやBECCSなどのCDR技術を大幅に拡大し、高品質な炭素除去の市場を活性化することです。
市場需要を示すことは、イノベーターが次の段階へ規模を拡大するための重要なシグナルになります。初期段階にある技術は、改良のたびに供給量が約10倍に増えるため、需要が追いつかないリスクが生じます。そこでファースト・ムーバーズ・コアリションは、技術の資金調達を可能にするだけのCDR購入者を確保することを目指しています。将来の規模の経済を見込み、NextGenは参加企業に対し、施設を通じて除去するCO2の平均コストを1トン当たり200ドル以下に抑えると約束しています。
それでも、かなり高額です。自主的なカーボン市場を通じた規模拡大も進むでしょうが、規制による介入なしに、2050年までに数十億トン規模の炭素除去を実現するのは難しいでしょう。
米国のジョー・バイデン大統領は、最近成立したインフレ抑制法によって、脱炭素化産業を大きく後押ししました。気候対策に充てる3,690億ドルの公的資金の一部には、CO2除去1トン当たり130～180ドルの補助金が含まれています。これは、各国政府が世界の気候保護目標に沿って、兆ドル規模の化石燃料産業を兆ドル規模の炭素管理産業へと移行させるために取ることのできる多くの措置の一つです。
この記事には、Jonathan Walter氏とAndrew Alcorta氏も寄稿しました。
