石油化学製品に由来する化学物質の基礎原料は、今も社会で重要な役割を果たしています。
合成ガスの製造は、石油化学産業のCO2排出の大きな要因です。
合成ガス製造に伴うCO2排出を大規模に大幅削減する技術はすでに存在し、産業界のネットゼロへの道のりを支援できます。
石油化学製品は50年以上にわたり社会で重要な役割を果たしてきました。その間、業界は絶えず進化し、新しい技術やプロセスを取り入れて効率向上とコスト削減を進めてきました。現在の焦点は、鉄鋼、セメントに次いで排出量が3番目に多い化学産業のカーボンフットプリントをいかに削減するかです。
によると、IEA2018年の化学部門のCO2排出量は1.5ギガトンで、産業部門のCO2排出量の18%を占めたとされています。このCO2のかなりの部分は、化石燃料由来の合成ガスから発生します。こうした排出を大幅に削減する技術はすでに存在し、ネットゼロに向かう化学産業を支援できます。
合成ガス製造に伴うCO2排出は一様ではない
合成ガスの製造では、蒸気メタン改質（SMR）技術を用いて天然ガスを、主に水素と一酸化炭素からなる混合物に変換します。これを合成ガスと呼びます。合成ガスという名は、アンモニア肥料、輸送用のよりクリーンな燃料、プラスチック製造用のエチレン、プロピレン、ブタジエン、メタノールなどの基礎化学品を含む、他の化学物質を合成するための原料として使われることに由来します。
メタノールは、アクリル樹脂、衣料品に使われる合成繊維、接着剤、塗料、建築用合板、医薬品や農薬の化学薬剤など、私たちの生活のほぼあらゆる場面で使われる何千もの製品の製造に用いられます。水素は燃料電池自動車やトラックの動力源にもなり、輸送部門の脱炭素化を進めるうえで、バッテリー技術とともに役割を果たします。
水蒸気改質は吸熱反応であり、反応を進めるために大量の熱を供給する必要があります。従来のSMRプロセスでは、別のプロセス流でメタンを燃焼させて熱を発生させるため、CO2が生じ、このプロセスの炭素強度が高くなります。二酸化炭素回収・貯留（CCS）は、CO2を回収して貯留する技術で（例えば、枯渇した油田やガス田に貯留する）、SMRプロセスの炭素強度を低減できます。
クリーンエネルギーへの移行に向け、世界経済フォーラムはどのような取り組みを行っているのでしょうか？
残念ながら、この「燃焼後」（燃焼由来CCS）のCO2は、濃度が低く比較的低圧の流れとして発生するため、回収が難しく、比較的高コストです。もう一つの主要なCO2発生源は、合成ガス製造中のプロセス副反応です。このプロセス由来のCO2（プロセスCCS）は、組成がより安定し、不純物が少なく、確立された溶剤・吸収剤ベースの技術で回収するのに適した高圧で反応器から排出されるため、回収はより簡単で低コストです。
高度改質法では、回収可能なCO2が発生する
朗報は、大規模な合成ガス製造で、CO2（プロセスCCS）のすべてを高圧の単一流として取り出せる実証済みの方法があることです。そのため、非常に高い効率（95%以上）で、容易かつ経済的に回収できます。ガス加熱改質（GHR）と自己熱改質（ATR）を用いる高度改質法は、数十年にわたり産業規模で使われており、反応に必要な熱を発生させるための別個のメタン流を不要にします。これにより、CO2を含む希薄で低圧の排出流（燃焼由来CCS）もなくなります。下図が示すように、CCSを伴う高度改質法を用いれば、炭素強度が非常に低い水素を製造でき、このプロセスは2050年以降も有効であり続けます。
高度改質法には、合成ガス製造において天然ガスをより効率的に使うため、運転コストを削減できるという利点もあります。
再生可能な炭素源が石油化学産業の存続を支える
より広い視点で見ると、化学産業の製品には炭素が含まれており、今後もそれは変わらないため、炭素を一切排出しない化学産業は実現できません。しかし、前述のとおり、業界は炭素をより効率的に利用する方法を見いだし、炭素強度を下げ、CO2排出を非常に低い水準まで削減できますし、実際にそうしていくでしょう。
こうした取り組みの一環として、業界はバイオマス、都市ごみ、回収したCO2など、再生可能な炭素源を使って化学品を製造する方法を探っています。この炭素を、再生可能電力で稼働する電気分解によって生成した水素と組み合わせれば、カーボンフットプリントをさらに削減できます。
例えば、回収したCO2と再生可能な水素を直接メタノールに変換したり、逆水性ガスシフト反応によってCO、一酸化炭素、CO2、水素を含む合成ガスに変換したりできます。この合成ガスは、確立されたフィッシャー・トロプシュ合成プロセスでさらに加工し、化学品や燃料を製造できます。これは、航空の脱炭素化に不可欠とされる持続可能な航空燃料（SAF）など、航空機向けの既存燃料とそのまま置き換えられる燃料を製造する経路の一つです。さらに、合成ガスベースの技術は、メタノールやアンモニアの形で再生可能エネルギーを貯蔵・輸送するために利用でき、持続可能な海運の燃料としても提案されています。
ネットゼロに向けて
ネットゼロ目標を達成し、気候変動に関する政府間パネルが推奨する1.5Cまでに世界の気温上昇を抑えることは非常に困難です。政府と産業界は、これらの目標達成に向けてさまざまな技術を導入する必要があります。現在、大規模に利用可能で実証済みの高度改質技術は、カーボンフットプリントが非常に低い合成ガスの製造を可能にし、ネットゼロへの移行で重要な役割を果たせます。この合成ガスとその中に含まれる水素は、化学産業のカーボンフットプリントを大幅に削減し、輸送や農業など他部門の脱炭素化も支援できます。さらに、この技術を大規模かつ非常に低いCO2排出量で導入する道筋はすでにあり、その導入によって、ネットゼロ達成に向けた世界の競争を大きく先行させることができます。
