人類がいくらあっても足りない、無色無臭で、概して無害な気体がある。私たちは毎年、二酸化炭素を40兆kg排出しており、世界の気温上昇がパリ協定で定められた危険な上限である2°Cを超える原因となる、重要な排出量のしきい値を突破する見通しだ。
しかし、気候科学者たちはすでに、危機一髪の状況から私たちを引き戻す可能性のある技術について、ひそやかに語り始めている。ダイレクト・エア・キャプチャーと呼ばれるこの技術は、木と同じように空気中から二酸化炭素（CO2）を吸収する機械を使う。ただし、その能力は桁違いで、同じ時間で何千倍もの炭素を回収し、願わくば気候の大惨事を防ぐことができる。
これまでダイレクト・エア・キャプチャーについての議論が控えめだった理由は、少なくとも二つある。第一に、気候科学者たちは世界の炭素排出量が抑制され、ダイレクト・エア・キャプチャーは不要になると期待していた。しかし、大半の専門家は、もはや手遅れだと考えている。その船は出てしまったそこで第二の問題が浮上する。これまでのあらゆる試算では、ダイレクト・エア・キャプチャーの導入には途方もない費用がかかるとされている。
過去10年間、ビル・ゲイツ（マイクロソフト）、エドガー・ブロンフマン・ジュニア（ワーナー・ミュージック）、故ゲイリー・コマー（ランズエンド）といった億万長者から一部資金援助を受けた起業家たちが、こうした試算が誤りであることを証明しようと取り組んできた。スイスのClimeworks、カナダのCarbon Engineering、米国のGlobal Thermostatの3社は、妥当なコストで空気中から直接CO2を回収できる機械を開発している。（4社目のKilimanjaro Energyは、資金不足で事業を閉鎖した。）
この1年、私は発電所や化学工場などの排出源から排出を回収することを目指す、より広範な炭素回収・貯留分野を追ってきた。この分野の専門家たちは、ダイレクト・エア・キャプチャーに取り組む起業家を、クラスの反抗的な子どものように見ている。手近な成果を狙う代わりに、彼らは無謀な大勝負に出て、自ら失敗を招いていると、ある専門家は私に語った。
Climeworksは、懐疑論者たちの見方が誤りであることを証明した。10月11日、アイスランドの地熱発電所で、このスタートアップはダイレクト・エア・キャプチャーを行い、炭素排出量がマイナスになることを検証可能な形で実現する初のシステムを稼働させた。まだ実証段階で、毎年空気中から回収するCO2はわずか50メートルトン（米国の一般家庭1世帯、またはインドの10世帯が排出する量とほぼ同じ）だが、排出物を石に変える初のシステムであり、今後何百万年もの間、大気中に戻らないようにする。
物理法則への挑戦？
ダイレクト・エア・キャプチャーが不可能に思える理由は、単純な物理で説明できる。好きなだけM&M'sを食べてよいが、赤いものだけという条件を想像してほしい。袋の中にキャンディーが10個あるごとに赤いM&M'sが1個入っているなら、簡単に見つけて喜んで食べられるだろう。しかし、濃度が2,500個に1個まで下がったとしたらどうだろう。1個さえ探すのを諦めるかもしれない。
石炭火力発電所では、排ガスに約10%の二酸化炭素が含まれている（つまり、気体分子10個のうち約1個がCO2）。このように比較的高濃度の温室効果ガスを回収する場合、濃度がわずか0.04%（気体分子2,500個に約1個）しかない空気から回収するより、必要なエネルギーは少ない。2011年の報告書米国物理学会の2011年の報告書は、空気中から回収するCO2の費用が1メートルトン当たり600～1,000ドルになる可能性があると試算した。たとえば石炭火力発電所のように、排出源で回収すれば、その10分の1未満で済む可能性がある。
それでも空気中からの回収は重要だ。第一に、現在、自動車、船舶、航空機から排出されるCO2に対処する方法はない。第二に、2°Cの上限を守るために許容される量を超えてCO2を排出する見通しであるため、余分な温室効果ガスの一部を吸い戻す手段が必要になる可能性が高い。
下のグラフを見てほしい。過去の排出量を示し、気候目標の達成に必要な排出目標を予測している。しかし残念ながら、パリ協定の下で示された「おおよその排出削減公約」は、排出量が減少すべきところ、増加することを示している（グラフの赤線で示された軌道に沿うべきだ）。
CO2回収システムの多くは、「可逆吸収」と呼ばれるプロセスに依存している。空気などの混合気体を、CO2を選択的に吸収する物質に通すという仕組みだ。その後、別の工程でその物質に処理を施し、CO2を取り出す。分離したCO2は圧縮して地下に注入できる。通常、吸収材の供給量には限りがあるため、温室効果ガスをさらに回収するには、同じ工程を繰り返すことになる。
ClimeworksとGlobal Thermostatは、それぞれプラスチックとセラミックに、CO2を吸収する化学物質の一種であるアミンを塗布するシステムを試験運用している。Carbon Engineeringは、酸化カルシウムと水を使う液体システムを採用している。各社によると、これらの技術が大規模化した場合のコストを予測するには、開発がまだ初期段階にあるという。「1960年に、今日の商業用ロケットのコストを尋ねるようなものです」と、Carbon Engineeringのデービッド・キースは話す。各社が明らかにしているのは、目標コストだ。
Climeworksの取締役、ヤン・ヴルツバッハーは、二酸化炭素1メートルトン当たり約100ドルまでコストを下げることを目指していると話す。Carbon Engineeringの事業開発マネジャー、ジェフリー・ホームズによると、同社が目標とする価格もそれに近い。Global Thermostatの共同創業者、ピーター・アイゼンバーガーは、自社の技術ならさらに安くなると述べ、規模を拡大すれば、コストは1メートルトン当たり最低50ドルまで下がるという。（興味深いことに、各社が見込む回収コストは、これまでに調達した資金額に反比例しているようだ。ClimeworksとCarbon Engineeringは民間投資で約1,500万ドル、Global Thermostatは5,000万ドルを調達したという。）
各スタートアップは、自社技術を実証するため、CO2を数百kg回収できる実用的な実証プラントを建設している。また、いずれの企業も技術はモジュール式だとうたっており、支払い可能な規模に応じて、ダイレクト・エア・キャプチャー施設を大小さまざまに建設できるという。排出物の回収に1メートルトン当たり50ドルかかるとしても、2050年までに最大100億メートルトンを回収する必要があれば、空気中から二酸化炭素を回収するために毎年5,000億ドルを費やす計算になる。途方もない金額に思えるが、気候変動によるその他の被害を踏まえて考えれば、そうとは限らないかもしれない。スタートアップ各社はそこに賭けている。
私が訪れたとき、パロアルトのスタンフォード研究所にあるGlobal Thermostatの実証プラントは稼働していなかった。Carbon Engineeringは、回収したCO2を燃料に変換する能力など、技術をさらに発展させてから事業規模を拡大する方針だ。商業利用で成功を示せているのは、Climeworksだけである。
今年5月、Climeworksは初の商業用ユニットをスイスのチューリヒ近郊に設置し、毎年空気中から約1,000メートルトンのCO2を回収している（米国の一般家庭20世帯分の年間排出量に相当）。回収したCO2は近隣の温室に供給され、ガス濃度を高めることで作物の収量が20%増加する。
しかし、アイスランドに設置された同社の最新設備はさらに注目に値する。真の「ネガティブ・エミッション」プラントとしては初めてだからだ。
永久に地下へ
これを建設するには、まず「カーボンニュートラル」な発電所が必要だった。Climeworksが見つけたのは、アイスランドのヘトリスヘイジにある、公共事業会社レイキャビク・エナジーが運営する地熱発電所だった。首都レイキャビクの南東約15マイル（25km）にあるヘトリスヘイジ発電所は、火山活動が活発な地域に自然に存在する熱を利用し、地下の配管網に水を通して電気と熱を生み出す。水は地下を進む間に熱せられて蒸気となり、タービンを動かすために使われる。発電所の発電量は約300MW（米国の一般家庭20万世帯に電力を供給できる量）、熱供給量は約130MWだ。
地熱はクリーンなエネルギー源だが、熱を回収する過程で二酸化炭素、硫化水素、水素の混合ガスが放出される。CO2の量は膨大ではない。生産エネルギー1単位当たりで比べると、地熱発電所の炭素排出量は石炭火力発電所の3%だが、それでも排出はある。
2014年、レイキャビク・エナジーは米国、欧州、アイスランドの研究者らの協力を得て、発生する少量のガスを除去する技術を試すCarbFixプロジェクトを立ち上げた。また、パリ協定の締結後、同社はアイスランドが国全体の目標を達成できるよう、排出削減の取り組みを強化してきた。
可逆吸収を使う代わりに、CarbFixはアイスランドに豊富な天然資源を利用して二酸化炭素を回収する。炭酸飲料の缶を開けるたびに、私たちは水に溶けたCO2を飲んでいる。ヘトリスヘイジ発電所も同じ原理を利用する。地熱孔から放出されたガスを水と混ぜると、ごくわずかに吸収される。CO2 1kgに対して真水27kgの割合で混ぜた液体を、地下700mに注入する。
ある2016年の研究で、科学者たちは、こうした水の混合液に含まれる二酸化炭素が、アイスランドに広く分布する玄武岩（海底下によく見られる暗色の火成岩）と反応し、鉱物を形成することを発見した。このプロセスには通常、数百年から数千年かかるが、アイスランドで驚くべきことに、鉱物化は2年足らずで起きた。この速さには、地域特有の地質が関係している可能性が高い。二酸化炭素注入システムで最もよく研究されてきた岩石系である砂岩帯水層は、CO2との反応が非常に遅い。一方、玄武岩は鉄やアルミニウムなどの金属を含むためか、はるかに速く反応するようだ。
この研究は、二酸化炭素を地下に貯留することが、これまで言われてきたより簡単で安全だと初めて示した。いったん鉱物に固定されると、二酸化炭素は何百万年もの間、大気中に戻ることがない。さらに、この種の玄武岩は世界各地に広く分布しており、化石燃料の排出やダイレクト・エア・キャプチャーなどによる排出を何十年分も受け入れられるほど存在する。
CarbFixの地質学者、エッダ・アラドッティルによると、このプロジェクトでは過去3年間に、18,000メートルトンを超えるCO2が地下に注入された。しかも、その費用はCO2 1メートルトン当たり30ドル未満だ。
世界を救う技術
今月、Climeworksは空気中から二酸化炭素を直接回収し、地下に注入するためCarbFixへ送る装置を設置した。CarbFixは過去3年間、注入地点を監視してきたため、漏出がないと確信できる。そして鉱物化すれば、CO2は何千年、あるいは何百万年もの間、閉じ込められる。これにより、ClimeworksとCarbFixのシステムは、世界で初めて検証された「ネガティブ・エミッション」プラントとなった。
（シカゴの化学工場では、アーチャー・ダニエルズ・ミッドランドがトウモロコシを発酵させてエタノールを生産しており、同社は自社工場がネガティブ・エミッションを実現していると主張する。同社によれば、トウモロコシは生育時にCO2を吸収するため、発酵でCO2が排出されてもカーボンニュートラルであり、自然から取り込んだものを返しているだけだという。その排出物を回収して地下に注入すれば、技術的にはネガティブ・エミッションと見なせる。しかし、専門家はまだ数値を検証していないため、アーチャー・ダニエルズ・ミッドランドの主張は確認されていない。）
Climeworksによると、同社は現在、排出削減プログラムに資金を拠出したい顧客を探している。たとえば、配送会社DHLは2050年までに排出量ゼロを達成することを約束している。しかし、道路を走る車両をすべて電気自動車に切り替えたとしても、DHLが頼る航空機の排出を削減する技術は現在存在しない。DHLがClimeworksに資金を払い、余分な排出物を地下に埋めることが期待されている。
かつて研究者たちは、ダイレクト・エア・キャプチャーは実用化には高価すぎると考えていた。炭素回収・貯留全般についても、今なおそう考える傾向がある。しかし、Climeworksと競合各社が示しているのは、ダイレクト・エア・キャプチャーを商業的な関心を呼ぶほど安価にできれば、排出源での炭素回収も採算が取れる可能性が高いということだ。そして少なくとも、ダイレクト・エア・キャプチャーの存在は、人類に、はるかに高くつくことが確実な災害に備える高額な保険を与えてくれる。
