二酸化炭素はどこに置かれますか?今回は新しい目的地がたくさんあります！

レビュー専門家：ガン・チアン、北京理工大学講師、応用化学博士

わが国の南シナ海東部の果てしない海面の真ん中に、恩平15-1石油生産プラットフォームが立っています。現在、石油生産プラットフォームは二酸化炭素埋設プロジェクトを成功裏に遂行しています。このプロジェクトの成功は、我が国の二酸化炭素回収・埋設技術の新たな高みを示すものです。

恩平15-1プラットフォーム 出典：中国海洋石油総公司

二酸化炭素は主要な温室効果ガスの一つです。過剰な二酸化炭素排出は地球温暖化や海面上昇などの深刻な問題を引き起こしています。

科学者の予測によれば、二酸化炭素排出量を削減するための対策が講じられなければ、地球は今後数十年でさらに深刻な気候変動の影響に直面し、私たちの生活と環境に多大なリスクをもたらすことになるだろう。

この課題に対処するために、二酸化炭素埋設技術が提案され、広く研究されてきました。

この技術の中心的なアイデアは、二酸化炭素を永久に貯蔵し、大気中に放出されるのを防ぎ、温室効果を緩和することです。

具体的には、「炭素埋設」技術は、化石燃料の燃焼や工業生産によって発生した二酸化炭素をまず収集し、工学技術を用いて地殻深部に埋め込むことで、二酸化炭素が大気中に放出されるのを防ぐというものである。

出典: ニュース

この時点では、二酸化炭素埋蔵と石油採掘プラットフォームという2つのものを結び付けるのは難しいように思えますが、実際はその逆です。海洋の石油やガスを掘削して開発すると、石油が採掘されるだけでなく、地下のガスも一部放出されます。

これらのガスには多量の二酸化炭素が含まれています。採掘プロセス中にこれらの関連ガスが「無視」されると、地殻に隠れている二酸化炭素は地殻から簡単に「逃げ出し」、大気中に放出されます。

では、CO2貯蔵技術はどのように機能するのでしょうか?

まず、二酸化炭素を捕獲し、分離する必要がありますが、通常は工業プロセスまたは炭素回収施設を通じて行われます。

その後、CO2は海底に運ばれ、深部の地質岩に注入されます。埋没中に、CO2は化学的に岩石と結合して安定した化合物を形成し、海や大気中に逃げるのを防ぎます。

最後に、岩層の上にシーリング層を構築し、埋設エリアの安全性と安定性を確保します。

二酸化炭素の埋設原理 出典: Polaris Carbon Steward Network

1二酸化炭素を貯蔵するには？

現在、二酸化炭素は主に海と地中に埋められています。主な埋葬方法は海洋埋葬、地層埋葬、鉱物埋葬です。

海葬

海底に二酸化炭素を貯蔵する方法は2つあります。

海底における二酸化炭素の地中貯留の主な方法の概略図

出典: 気候変動に関する政府間パネル

水柱埋没とは、二酸化炭素を海洋の水柱に注入して自然に溶解させるプロセスです。これは、船舶やパイプラインを通じて海底に二酸化炭素を輸送することで実現できます。堆積物埋没とは、海底に二酸化炭素を貯蔵するプロセスです。二酸化炭素は海底に蓄積されることにより徐々に固体となり、大気から隔離されます。現時点では、二酸化炭素を海底に埋め込む技術的コストは高すぎる。同時に、二酸化炭素は水に溶けると酸を形成することもわかっています。酸の含有量が多いと水は酸性になり、pH値が低下して海洋生態系に影響を与えます。

地層貯蔵

地中貯蔵の主な原理は、自然界における化石燃料の貯蔵メカニズムに基づいています。二酸化炭素は特定の地層に埋設すると超臨界状態、つまり温度31℃以上、圧力7.38MPa以上を保つ必要があるため、地下800mの深さに埋設されることが多いです。同時に、二酸化炭素はそれが貯蔵される地層に対しても特別な要件を満たしています。現在までに、これらの特殊な地殻層には、主に枯渇した石油・ガス層、深層塩水層、採掘不可能な石炭層が含まれることが分かっています。

埋もれた鉱化

ご存知のとおり、炭酸塩は非常に安定しています。二酸化炭素を金属酸化物と反応させることができれば、埋め立てることができます。

出典: プロフェッショナルインサイト

鉱化埋没とは、多量のアルカリ酸化物（酸化マグネシウムや酸化カルシウムなど）を含む鉱物層に二酸化炭素が埋没することです。二酸化炭素と反応して固化します。二酸化炭素が固化した後に形成される化合物は比較的安定しており、大気中に拡散することはできません。鉱化埋没は鉱石炭化埋没とも呼ばれます。反応中の金属酸化物は地層中の鉱石です。これらが二酸化炭素と反応して生成する物質は、主に炭酸マグネシウムや炭酸カルシウム（石灰石）などの化合物です。

2なぜ二酸化炭素を隠すのか？

二酸化炭素埋設技術は重要な工学的意義を持っています。
まず、温室効果ガスの排出量を大幅に削減し、気候変動にプラスの影響を与える可能性があります。

二酸化炭素は温室効果ガスの一種です。私たちが住む地球は太陽から熱を吸収すると同時に、熱を放散するために赤外線も放射しています。自然の状況下では、地球の大気中のガスは赤外線によって放出される熱エネルギーを吸収しません。つまり、地球自体が放出する熱エネルギーは「そのまま」大気を通過し、熱を宇宙に伝達し、それによって地球を冷却します。

第二に、二酸化炭素埋設は、油田やガス田、塩水層などの既存の地質構造を利用することで再利用を可能にし、エネルギーと資源の持続可能な利用を促進します。

石油・ガス田の中には、採掘の過程で大量の二酸化炭素を排出するものもあります。この二酸化炭素を回収し、元の油田やガス田に注入することで、温室効果ガスの排出を削減できるだけでなく、石油やガス資源を有効活用し、持続可能なエネルギー利用を促進することができます。
塩水層は通常、塩水を含む地下の岩石層であり、経済的価値はありません。二酸化炭素を塩水層に注入することで、大気圏への放出を永久的に封じ込めるだけでなく、塩水層資源を最大限に活用して持続可能な資源利用を実現することができます。

出典：新華社通信

さらに、CO2貯留によりCO2漏洩のリスクが軽減され、海洋生態系と人間の健康が保護されます。これは、海底下900メートルにある塩水層が、まるで「巨大なボウル」のように海底に二酸化炭素を溜め込めるドーム状の地質構造を持っているためだ。同時に、地中に埋まった二酸化炭素は水や岩石と反応して鉱化され、反応しなかった残りの二酸化炭素は地下水の流れに溶け込みます。二酸化炭素埋設技術により二酸化炭素を海底に永久に貯蔵することで、温室効果ガスの排出を効果的に削減し、地球規模の気候変動のリスクと闘うことができます。しかし、CO2貯留技術の持続可能な開発と安全な実装を確保するためには、継続的な研究、革新、規制措置が必要です。協力し合うことによってのみ、気候変動という地球規模の課題に対処し、持続可能な未来への道を切り開くことができます。