「パリ協定」きょう発効。日本の技術が世界の温暖化対策の切り札に

藻の培養からCCS、人工光合成まで

2015年末の気候変動枠組条約COP21におけるパリ協定の採択(環境省ビデオより)

 温暖化を招く厄介者の二酸化炭素(CO2)を回収し、植物の栽培に使ったり、プラスチック材料に変えたりする技術開発が進んでいる。4日に発効する地球温暖化対策の国際ルール「パリ協定」は、温室効果ガスの排出量と吸収量を一致させ、排出を実質ゼロにする「脱炭素」技術の早期実現を目標に掲げている。CO2を回収・利用する日本の技術が温暖化対策の切り札になりそうだ。  佐賀市は8月、ゴミの焼却で発生したCO2の販売を始めた。清掃工場の排気からCO2だけを回収し、隣接する藻類の培養工場に供給。培養工場は購入したCO2で藻の光合成を促進する。  清掃工場の敷地に立つ煙突のような設備がCO2回収プラントだ。排気を設備内でCO2とそれ以外の物質に分離。取り出したCO2はいったん貯蔵し、パイプラインでつながった培養工場へ直送する。1日のCO2回収量は10トンだ。  回収プラントは東芝が納入した。同社は佐賀市の実証事業に参加し、2013年秋から清掃工場に実証機を置いて性能を評価してきた。当時の回収量は1日10キログラム程度で、CO2は植物工場へ送り、野菜栽培に使っていた。  この事業を知ったリサイクル業のシンシア(東京都品川区)などが、藻類を食品や化粧品の原料に加工するアルビータ(佐賀市)を設立。CO2を有償で供給してもらおうと、培養工場を建設した。  東芝によると、清掃工場でのCO2回収の商業化は世界初という。排気のCO2の一部しか回収できないが、大気中へのCO2放出量を減らせる。 (佐賀市清掃工場で商業運転を始めたCO2回収プラント)  東芝は発電所でも珍しいCO2回収を計画する。環境省の事業に採択され、同社グループ会社の火力発電所「三川発電所」(福岡県大牟田市)に大規模なCO2回収プラントを20年度までに建設する予定だ。発電所のCO2排出量の半分に当たる日量500トン以上のCO2を回収する。  現在、三川発電所は石炭を燃焼させているが、17年度からはヤシ殻を燃料にする。ヤシ殻はCO2を吸収しながら育つことから、燃焼してCO2が発生しても「排出ゼロ」と換算される。あえて東芝はCO2回収プラントを取り付け、大気中へのCO2放出を物理的に抑える。  発電所の排気からCO2を回収し、地中に閉じ込める「CCS」技術がある。炭素・回収・貯留の英語(カーボン・キャプチャー・ストレージ)の頭文字だ。海外で10件以上稼働しているが、普及となると課題がある。CO2を埋める場所がなければ掘削が必要となり、導入コストが膨らむからだ。  佐賀市のように回収したCO2の利用(ユーティライゼーション)は「CCU」と呼ばれる。導入コストは抑えられるが、こちらにも課題がある。大型の火力発電所となると1日1万トン以上のCO2を排出する。これだけの量となると利用しきれない。東芝火力・水力事業部マーケティング&事業開発部の鈴木健介部長は「CO2の回収はCCUだけだと難しい。CCSも必要だ」と分析する。  バイオマス発電のCO2を回収する「バイオマスエネルギーCCS(BECCS)」も、パリ協定の採択によって注目されてきた。「三川発電所は世界初のBECCSになりそうだ」と鈴木部長は話す。 <次のページ、人工光合成に挑む>  水槽の底に置かれたシートから細かい気泡が次々にわき上がっている。早送りの動画と思えるほど気泡は猛スピードで発生し、水の中を上昇していく。  新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)が開発した光触媒シートによる水分解を撮影した映像だ。光を照射すると光触媒の働きでシートに酸化力が発生。その酸化力で水が酸素と水素に分解され、気泡となった。  NEDOは光触媒技術を活用した人工光合成の開発に取り組む。太陽光を受け、CO2と水からでんぷんと酸素を作る植物の光合成を模し、太陽光エネルギーでCO2を資源化するのが人工光合成だ。  NEDOは30年を実用化の目標とする。商業プラントは、水分解装置を火力発電所や大規模工場の近くに設置するイメージだ。降り注ぐ太陽光で光触媒が水を分解し、気泡から水素を抽出する。火力発電所や工場の排気から回収したCO2と水素からオレフィンを製造。オレフィンはプラスチックの材料として素材メーカーに供給する。CO2の放出を防ぐだけでなく、プラスチックを作るための化石資源の使用量も減らせる。  実現のカギを握るのが光触媒だ。NEDOと三菱化学などが参加する「人工光合成化学プロセス技術研究組合」は15年3月、太陽光エネルギーから水素を作り出す変換効率で2%を達成。16年9月末には3%に向上させた。  開発プロジェクトは経済産業省の事業として12年にスタートし、14年にNEDOへ移った。プロジェクトマネージャーを務めるNEDO環境部の服部孝司主査は「当初の変換効率は1%以下だった。確実に効率が上がっている」と手応えを語る。  人工光合成は欧米でも研究が始まっている。NEDO環境部の吉澤由香主任研究員は「NEDOは実用化も見据えている」と違いを強調する。猛スピードで気泡が発生していたシートは1枚の基板上に光触媒を塗布した。  変換効率3%を達成した装置は2枚の基板を使う。シートが1枚だと1・1%に落ちるが、簡易工程で作成できるため製造コストを抑えられ、実用化へのハードルを下げられる。  21年度には実用化の水準となる10%を目指す。NEDOなどは高効率化できる光触媒材料の探索を続けながら、低コストな製造方法も検討する。  パリ協定は気温上昇を産業革命前に比べ2度Cより低くし、1・5度Cに抑える努力目標も掲げる。科学者は2度C未満を達成しても異常気象の影響は残るが、被害を軽減できると予想する。  そして2度C未満のために人類が排出できる残りのCO2は1兆トンと分析。現在のペースで排出が続くと30年以内で突破する。温室効果ガスの排出と吸収の均衡が迫られ、パリ協定には「最新の科学に従って早期の削減を行うことを目的とする」と明記された。CO2の回収・利用技術の出番がやってきそうだ。 (文=松木喬)

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