米国の科学者たちは、太陽光を利用した炭素リサイクル技術を試験的に進めている。
この研究は有望に見え, 二酸化炭素をエタノールに選択的かつ効率的にリサイクルできる太陽光から燃料へのシステムのさらなる開発に向けた継続的な取り組みにつながることが期待される。
昨年8月、トランプ政権は車両排出規制の弱体化を提案し、気候変動擁護団体の懸念を招いている。これは、同政権によるパリ協定からの離脱決定に続くものである。パリ協定（2015年に署名）は、気候変動に対抗し、世界的に炭素排出量を削減するための具体的な目標を定めている。この協定の中心的な目的は、署名国127か国それぞれが決定する貢献を通じて、世界の気温上昇を2度未満に抑えることである。車両の排出規制を弱める提案は、米国内の排出量の28%を交通部門が占めていることから、炭素および温室効果ガス濃度を低減する世界的な取り組みにとって大きな後退となる可能性が高い。ただし、気候変動政策の政治的な受容性の低さは、トランプ政権の政策だけに限られるものではなく、炭素排出量削減にかかる高いコスト、炭素税の不人気、そして気候変動に対する根強い懐疑論に起因している。
循環型炭素経済に向けて
パリ協定が炭素排出量目標の達成を可能にするために導入したツールの一つが炭素価格付けであり、これは排出量に基づいて企業に課税する仕組みである。世界銀行の2018年の炭素価格付けに関する報告書によると、排出量取引制度と炭素税の総額は820億ドルに達しており、2017年の520億ドルから増加している。 これらの制度に対する国民の認識はさまざまであり、特に発展途上国においてGDPへの影響をめぐる議論が続いている。
税金に加え、炭素排出量の削減にかかるコストも高い。セメントや輸送など、大量のCO2を排出する一部の分野は、持続可能な代替手段を容易に利用できない。炭素回収・利用・貯留（CCUS）は、大気中に放出される前にCO2を回収することで、これらの排出源からの排出を削減する魅力的な方法を提供する。
炭素排出量の回収を目的とした多様な炭素リサイクル技術が登場しており、その多くは発電所の排気口に導入されている。この技術は車両や航空機の排出量の回収にも応用できる可能性があるが（ただし、これはより困難であり、ほとんど検討されていない）。
回収後、炭素は多くの場合地下に貯留されているが、新たな手法では、これを利用してさまざまな製品を生産することを目指している。その例として、肥料、プラスチック、そして最近では「クリーン」燃料などがある。これは循環型炭素経済と見なすことができ、現在課税されている炭素排出量を、代わりに回収して価値ある商品へと変えることができる。
エタノールは、例えば、石油化学産業が生産する燃料の代替として利用できるもので、現在はトウモロコシや食品廃棄物などのバイオ原料の発酵によって生産されている。車両や発電所の排気から回収された二酸化炭素からエタノールを生産することは、炭素排出量を価値ある商品である燃料へと効果的に変換する、炭素ネガティブなプロセスにつながる可能性を秘めている。
炭素リサイクル：太陽の下の新しい試み
二酸化炭素をエタノールへ効率的に変換することは容易ではなく、多くの研究グループがこのアイデアを発展させている。二酸化炭素は安定性が高いため分子が化学的に不活性であり、変換を可能にするには大量のエネルギーが必要となる。このエネルギー需要を満たすため、研究グループは太陽光をこの変換を推進するエネルギー源として利用することを検討し始めており、これにより、プロセス全体は炭素ネガティブに保たれる。
一つの方法は、太陽光発電を利用した太陽光から燃料へのシステムの使用であり、これはローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所、カリフォルニア州）で開発されている。この炭素リサイクル方法は、光起電力と電気化学システムを組み合わせて、二酸化炭素をエタノール、プロパノール、水素などの燃料へ還元することを可能にする。この技術を用いた従来の方法は、二酸化炭素の還元に必要な大きな過電圧のため効率が低かった。しかし、バークレー研究所の研究者は、システムの各構成要素を最適化し、電圧損失を最小限に抑える新たに設計された材料を利用することで、この問題を克服した。ただし、単一の還元生成物を選択的に生成することは依然として課題である。この研究は有望に見え、二酸化炭素をエタノールに選択的かつ効率的にリサイクルできる太陽光から燃料へのシステムのさらなる開発に向けた継続的な取り組みにつながることが期待される。
2017年3月、ブルームバーグ・ニュー・エナジー・ファイナンスは、上記のグラフに基づき、太陽光エネルギーの価格を約0.07米ドル/kWhと推定した。この価格では、100%の変換率であっても、従来のエタノールやメタンの価格と競争することは実現不可能である。しかし、太陽光価格がさらに下落すれば、炭素リサイクル技術は経済的に実現可能となるだろう。上記のグラフに基づくと、太陽光エネルギーが0.03米ドル/kWhの場合、現在の市場価格と競争するためにエタノールを生成する変換効率はわずか60%である必要がある。太陽光エネルギー価格が0.01米ドル/kWhまでさらに下落すると、従来のエタノール生産と競争するには、変換プロセスの効率がわずか20%であれば十分となる。（太陽光によるメタン生成の実現可能性は、さらに先のことである）。
炭素リサイクル技術はまだ初期段階にあるが、炭素回収・利用のコスト削減と効率向上に大きな進展が見られている。この事実は、CCUSによる燃料やその他の商品の生産に伴う経済的インセンティブにより、炭素排出政策に対する政治的・社会的な受容性を高める可能性がある。その結果、循環型炭素経済の確立は、世界経済の成長を促進しつつ、パリ協定で定められた目標の達成を可能にするかもしれない。さらに、炭素回収・利用手法の継続的な研究開発を促進するインセンティブを提供する気候政策の策定は、罰則や課税に基づく現行政策と比べて、持続可能性目標の達成を加速させる可能性がある。現行政策は、利用可能な資金を減らすことによって研究開発の取り組みを本質的に制限しうるものである。
