現在、年間2億3000万トンのCO₂が回収・利用されている。
エネルギー転換が加速するなか、回収した炭素をより有効に活用できる可能性がある。
セメント、エチレン、ジェット燃料などが選択肢となるが、どれが実現可能なのか。
二酸化炭素排出量を削減する手段として、炭素回収・利用（CCU）、すなわち排出された炭素を回収し、価値のある商品へと転換する取り組みほど直接的な解決策を見つけるのは難しい。
CCUは石油増進回収（EOR）や肥料合成にすでに用いられているが、現時点で年間利用されているCO₂は、わずか約2億3000万トンのCO₂にとどまる。これは、世界で毎年排出される約500億トンのCO₂相当量の200分の1に過ぎない。
ネットゼロ達成を目指す2050年に向けて、国際エネルギー機関（IEA）は、2030年までに12億トン、2050年までに60億トンのCO₂が回収されると見込んでいる。その時点では、大規模な地下貯留層に貯蔵するため、1日あたり1600万トンを回収していることになる。こうした計画が進むなか、私たちは次のように問わなければならない。CCU技術はこの炭素を有効に活用できるのか。そして、可能であれば、これらの排出ガスからどの炭素含有製品の製造に注力すべきか。
例えば、CO2をガラス製造や製パン用の炭酸ナトリウムに変換することも可能だが、現在の1日あたりの需要は約15万トンのCO₂にとどまる。要するに、「ブリティッシュ・ベイク・オフ」の人気がどれほど高まろうとも、CCU由来の炭酸ナトリウムの生産に過剰な資源を投じるべきではない。
回収した炭素の活用
2050年の1日あたり1600万トンのCO₂回収目標に匹敵する規模のCCU由来製品を見極めるには、現在、百万トン単位の規模で消費されている炭素含有商品を検証し、それらを回収CO₂から製造した場合に必要となる炭素量を算出しなければならない。そのうえで、各プロセスのエネルギー需要と経済性を評価し、最適なCCU活用事例について的確な判断を下すことができる。
メタン（熱・電力生成用）
現在の使用量：約日量800万トン
CCU由来の場合：CO₂を日量約2200万トン必要とする
CCU製品としての実現可能性：低い
低炭素電力由来の水素と回収CO₂を反応させることで、CCU技術により低炭素排出のメタンを製造することは可能である。しかし、エネルギー効率の観点からは、これは優れた解決策とは言えない。その低炭素電力を直接利用する方がはるかに効率的だからである。
ガソリン（陸上輸送用）
現在の使用量：約日量300万トン
CCU由来の場合：CO₂を日量約1000万トン必要とする
CCU製品としての実現可能性：低い
CCU由来のガソリンは、内燃機関にカーボンニュートラルを後付けする手段として喧伝されたが、電気自動車（EV）によって、その構想はとうに過去のものとなった。内燃機関のエネルギー効率は20〜30%にすぎないのに対し、EVは再生可能電力で駆動した場合、最大約70%の効率に達する（再生可能電力で駆動した場合）。言い換えれば、CCU由来のガソリンを製造するよりも、そのエネルギーをEVの充電に用いる方がはるかに有効である。
とはいえ、CCUガソリンの長期的な魅力を完全に排除すべきではない。プラグインハイブリッドの駆動系の再登場に伴い、持続可能なガソリンは、カーボンフットプリントゼロで航続距離の長い車両の実現に寄与する可能性がある。
セメント
現在の使用量：約日量1100万トン
CCUと組み合わせた場合：最大約日々の生産量の30%（日量330万トン）
CCU製品としての実現可能性：高い
セメントは、その製造に伴うカーボンフットプリントが大きいにもかかわらず、炭素回収との親和性が高い。製造後、セメントは製造時に排出されたCO₂の最大30%を再吸収できると推定されている。CO₂の吸収により炭酸カルシウムが生成され、それが生成されたコンクリートに恒久的に固定されて強度を高める。燃料や化学品を生成する場合と異なり、このプロセスには追加のエネルギーが不要であり、適切な工程設計のもとでは、セメント製造で発生した排出ガスをそのままセメントの製造に戻すことも可能である。
さらに、この提案は、排出ゼロの新たな製造プロセスによるセメントが市場に出回った後も引き続き適用可能であり、炭素マイナスの建設資材の実現可能性を示している。
ジェット燃料
現在の使用量：約日量80万トン
CCU由来の場合：CO₂を日量約310万トン必要とする
CCU製品としての実現可能性：中程度
電気自動車（EV）とは異なり、電動航空機はまだ本格的な普及に至っていない。そのため、多くの持続可能な航空燃料（SAF）生産者がCCUに注力しており、化石燃料を使わない飛行を実現できる、数少ない拡張可能な手段の一つとなっている。CCUによるSAFの製造は、CO₂を一酸化炭素に変換してフィッシャー・トロプシュ合成に用いるか、またはエタノールに変換してアルコール・トゥ・ジェット法に用いることが中心であり、いずれも通常は石油精製から得られる炭化水素の混合物を生成する。
CCU由来のSAFの現在の課題は、その価格にある。CO₂の転換段階における高価な技術と低いエネルギー利用効率が相まって、その結果、燃料は化石燃料由来の代替品と比べて2〜8倍高価になっている。とはいえ、再生可能電力のコストが低下し、技術の成熟に伴って設備投資が減少すれば、SAFの価格は近い将来、手頃な水準まで下がる可能性がある。
エチレン（炭素系製品向け）
現在の使用量：約日量60万トン
CCU由来の場合：CO₂を日量約260万トン必要とする
CCU製品としての実現可能性：高い
エチレンはCCUにとって極めて有望な機会をもたらす。この化学物質は、配管、床材、窓枠、包装材、洗剤、溶剤、接着剤、繊維製品など、私たちの日常製品の大半の基本的な構成要素であり、これらはいずれも、長期間にわたって炭素を固定しうるものである。さらに、CCUからエチレンを製造すれば、現在1トンのエチレン製造ごとに1-2トンのCO₂を排出しているスチームクラッカーを使用せずに済むという利点もある。
他のCCU技術と比べると、CO₂からのエチレン製造は技術的な成熟度が低い。しかし、炭素排出を結合させてエチレンを生成する電解槽や、CCU由来のエタノールからエチレンを生成する分子脱水プロセスを用いて、大きな進展が見られている。SAFと同様に、これらの経路にはなお価格プレミアムが存在し、その普及は大規模でいかに効率的に稼働できるかにかかっている。それでも、CCUからエチレンを製造する技術は非常に多くの製品を一度に脱炭素化できるため、その潜在力を軽視することは難しい。
炭素回収がもたらす未来
1日あたり1600万トンのCO₂が回収される未来には、単に地下に貯蔵する以上のことが確かにできる。
今日の消費を満たすために必要なCO₂のみに基づいても、エチレン、SAF、セメントの製造だけで日量約800万トンを利用でき、さらにメタノールやプロピレンなど、その他のCCUに適した主要商品も、回収された炭素の更なる一部を確実に取り込める可能性がある。
各商品の需要増加を考慮すると、2050年までに消費量は2.5～3.5倍に増加する可能性が高い。各商品に保守的な年率4%の成長率を適用しても、将来の需要は、貯蔵を必要とせず、回収されたすべての炭素を活用しうるものとなるだろう。
とはいえ、廃棄物を埋め立てるよりリサイクルする方が良いのと同様に、排出された炭素を再利用するには、単に埋設するよりも多くの努力が必要となる。主な障壁はエネルギー価格である。十分に低い価格であれば、CCU製品は化石燃料由来の製品のコストをさらに下回る可能性さえあるが、今後数十年間は、安価で脱炭素化されたエネルギーをめぐる競争が生じることは間違いない。
それでも、クリーンエネルギーの導入は鈍化しておらず、2030年以前に稼働予定の5,500GWを背景に、私たちが回収するCO₂が将来の重要な資源となる可能性は極めて現実的である。
