空白を埋めてください! 「水のダンジョン」へ！

3月19日、我が国初の海底二酸化炭素貯留・還元井が正式に掘削され、我が国が海洋二酸化炭素の注入、貯留、監視のための掘削・完成技術と設備システムを初めて完備し、我が国の海洋二酸化炭素貯留技術のギャップを埋めたことを示しました。

文：趙天宇記者、写真・テキスト編集者：陳永傑

インタビュー専門家:

陳建文（中国地質調査所青島海洋地質研究所研究員）

程国明（中国地質環境モニタリング研究所 シニアエンジニア）

複数のメディアの報道によると、3月19日、わが国初の海底二酸化炭素貯留・還元井が正式に掘削され、わが国が海洋二酸化炭素の注入、貯留、監視のための掘削・完成技術と設備システムを初めて完備し、わが国の海洋二酸化炭素貯留技術の空白を埋めたことが示された。

▲CCUS技術は、今後の地球温暖化に対処するための重要な技術的選択肢の一つです。 （写真提供：China.com）

炭素回収・貯留（CCS）技術とは、産業または関連する排出源から二酸化炭素を分離し、貯留場所に移送し、長期間大気から隔離するプロセスを指します。この技術は、将来的に温室効果ガスの排出を大規模に削減し、地球温暖化を遅らせるための最も経済的かつ実現可能な方法であると考えられています。 CCUS（二酸化炭素回収・利用・貯留）技術は、CCS技術をベースに二酸化炭素を回収・精製し、新たな生産プロセスに投入してリサイクルや貯留を行う技術です。この技術は、将来の地球温暖化に対処するための重要な技術的選択肢の一つです。

現在、我が国のCCUS技術全体はまだ実証プロジェクトの構築段階にあり、今後徐々に商業化と規模拡大へと進んでいくでしょう。しかし、CCUS 技術は一般の人々にとってあまり馴染みがなく、この革新的なクリーン開発技術についてはほとんど知られていないため、その解説と普及が緊急に必要とされています。

CCUS:

気候変動に対処するための重要な解決策

二酸化炭素は温室効果を引き起こす最も重要なガスです。大気管理に関する科学的研究の進歩により、人間が排出する二酸化炭素のほとんどは地中に埋まっている化石エネルギーから放出されるため、再び地中に埋めることができるのではないかという新たな理論が提唱されている。

CCUS 技術は登場して間もないが、地球温暖化に対する重要な解決策として注目されている。全体のプロセスは、収集、輸送、保管、使用と簡単にまとめることができます。

「収集」とは、二酸化炭素の回収を指し、工業生産、エネルギー使用、または大気から二酸化炭素を分離し、その後の処理を実行するプロセスです。主に燃焼前回収、燃焼後回収、酸素濃縮燃焼、化学連鎖回収、大気からの直接回収に分けられます。

現在、炭素回収の商業的運用は比較的成熟しており、産業チェーンには多くの企業が参入し、世界の年間回収能力は4,000万トンを超えています。さらに、テンセントなどのインターネット企業も参加し、アイスランドの炭素貯蔵会社カーブフィックスと協力し、中国初の二酸化炭素鉱化貯蔵実証プロジェクトを構築した。

「輸送」とは二酸化炭素の配送を指します。回収された二酸化炭素は、保管に適した場所まで輸送する必要があります。輸送は車、電車、船、パイプラインによって行われます。貯蔵プロセス中に二酸化炭素が漏洩するリスクがあるため、二酸化炭素の移動プロセスのリアルタイム監視は国際学術界で話題になっています。

「貯蔵」とは二酸化炭素を貯蔵することであり、捕捉した二酸化炭素を地中深部の貯留層に注入し、二酸化炭素を長期間大気から隔離して「休眠状態」にすることである。一般的に言えば、地中貯蔵と海洋貯蔵の2つのカテゴリに分けられます。

▲PetroChinaの長清油田黄3区におけるCCUS国家実証プロジェクト（写真提供：China.com）

「利用」とは二酸化炭素の利用を指し、捕捉した二酸化炭素を工学的・技術的手段で資源利用を実現するプロセスであり、「炭素を宝に変える」という真の意味を実現します。

国際エネルギー機関のデータによれば、CCUS 技術により将来的に二酸化炭素排出量を年間 69 億トン削減できる可能性がある。 2050年以降は二酸化炭素の「必要な排出」の相殺にも役立ち、その相殺効果は2070年までの累積二酸化炭素排出量削減量の15％を占めることになる。

ストレージリンクには依然として技術的な障壁がある

CCUS 産業チェーンにおいて、二酸化炭素貯留は最も重要なリンクであると同時に、技術的に最も難しい部分でもあります。現在、国際的に大規模な商業ルートは形成されておらず、現在も継続的な探索が行われている。

たとえば、地中貯留では通常、超臨界状態（ガスと液体の混合物）の二酸化炭素を地質構造に注入します。油田、ガス田、塩水層、採掘不可能な炭鉱などはすべてこのような条件を満たしています。その中でも、深部塩水帯水層や枯渇した石油・ガス層における炭素貯留技術は現在最も成熟しています。特に、塩水帯水層は、その広い分布と大きな貯留容量により、地中貯留に最適な場所であると考えられています。

陸上貯留技術は現在比較的成熟していますが、貯留層の応力場の変化や地質構造の予測不可能性により、二酸化炭素の貯留プロセスにはいくつかの安全上の危険があります。

最も有名なのは西オーストラリア州のゴーゴンプロジェクトで、2016年3月に天然ガスの生産を開始したが、CCS設備の稼働は計画より3年半遅れの2019年8月まで待たなければならなかった。

▲西オーストラリアのゴーゴンプロジェクト（天然ガス生産プラントとCCS設備で構成）（写真提供：China.com）

理由は、2017年末の検査で、工場の液化天然ガスプラントと注水井の間のパイプラインに過剰な水があり、バルブやパイプラインの漏洩と腐食を引き起こし、砂が地下のガス注入井を塞ぎ、圧力管理システムに深刻な損傷を与えていることが判明したためである。

わが国に関して言えば、現在の年間二酸化炭素排出量は約100億トンで、そのうち沿岸11省市がほぼ半分を占めています。しかし、これらの地域の陸地堆積盆地は面積が狭く、分散して分布しているため、炭素貯留に適した地質条件が比較的悪く、貯留ポテンシャルが限られているため、「海洋貯留」が新たな道となっている。

海洋地質学的炭素隔離とは、船舶またはパイプラインで CO2 を海洋の特定の場所まで輸送し、海底下の地質体に注入して貯蔵することを指します。中国地質調査所青島海洋地質研究所の研究員、陳建文氏は、海底の下には厚く広く分布する塩水層があるため、海洋二酸化炭素の地質学的貯留潜在力は大きいと説明した。

具体的な方法は、「回収または分離された二酸化炭素を海上掘削プラットフォームに送り、プラットフォーム上のコンプレッサーで二酸化炭素を加圧して超臨界状態にし、最終的に注入井を通じて海底下の深層塩水層などの地質体に封じ込める」という。陳建文氏は、中国はすでに珠江河口流域で恩平15-1実証プロジェクトを進めており、現在は注入井を掘削中だと述べた。年間30万トンを注入する予定で、5年後には貯蔵量が150万トンに達する。

▲中国のCCUS技術の全景（画像出典/2021年中国二酸化炭素回収・利用・貯留（CCUS）年次報告書）

「海洋貯蔵は安全ではない」「海洋貯蔵は生態環境に影響を及ぼす」という外部からの疑問に対し、陳建文氏は海洋貯蔵が生態環境に汚染を引き起こすという直接的な証拠はないと述べた。たとえば、ノルウェー海域のスレイプラー プロジェクトでは、1996 年から海底貯蔵を行っています。最初の 5 年間のエンジニアリング実証では、安全性が証明されました。それ以来、商業運転が行われ、27年間注入されてきました。現在も注入が続けられており、異常は見つかっていない。日本は2016年から2019年にかけて北海道近海に30万トンを注入し、これまで監視を続けてきたが、安全上のリスクは見つかっていない。

なぜ海洋貯蔵の方が「安全」なのでしょうか?陳建文氏は、海水で覆うことで、二酸化炭素が漏れた際に直接大気中に放出されるのを防ぐだけでなく、海水圧が加わることで覆層の密閉要件も軽減され、海底下に封じ込められた二酸化炭素がより安定すると述べた。長期にわたる海水交換により、海底層の間隙水化学組成が通常の海水の化学組成に近くなり、二酸化炭素注入時の圧力不均衡によって引き起こされる亀裂活動による漏出のリスクを軽減できます。

「炭素を宝物に変える」

二酸化炭素はどのように利用されるのでしょうか?

技術に加えて、二酸化炭素貯留のコストも外部の懸念事項です。 IPCC（気候変動に関する政府間パネル）は、CO2の回収と貯留にかかる総コストが1トンあたり25～30米ドル（1トンあたり約125～200人民元）に下がった場合にのみ、CCUSを大規模に推進できると考えています。

しかし、輸送費や保管費を除けば、捕獲コストだけでも海外では現在1トン当たり約11～57米ドル（約65～400人民元）であるのに対し、わが国では現在1トン当たり300～900人民元と高い。

▲海底に設置された中国初のCO2貯留・還元井（写真提供：CNOOC公式サイト）

中国地質環境モニタリング研究所の上級エンジニアである程国明氏は、二酸化炭素の技術的問題が徐々に克服された後、コストが将来的に業界の注目の的になるだろうと考えている。現在、炭素貯蔵の価格は炭素吸収源の価格よりもはるかに高く、企業は後者に参加する意欲が強い。コストを抑制しなければ、本当の意味での商業化には大きな抵抗が生じることになるでしょう。

「炭素貯蔵は今のところ中国では経済的ではないが、海外では経済的に競争力があることが証明されている」と陳建文氏は語った。コスト支出は関連する政策と密接に関連しており、政策は炭素市場価格にも影響を与えます。長期的な視点で見ると、炭素ピーク後は経済的な実現可能性が徐々に向上し、全体的な傾向は楽観的です。

一方、炭素貯蔵に加えて、世界中で80社を超える企業が、リサイクルと再利用という二酸化炭素の新たな利用方法の研究を始めています。これは双方に利益のある気候戦略であるだけでなく、CCUS 分野における新たな道となる可能性もあります。

例えば、石油の探査と生産の分野では、二​​酸化炭素を使用して原油の回収率を高めることが、現在、二酸化炭素利用技術の最も広く使用されている応用シナリオです。原油生産量の増加による収入はプロジェクト費用を相殺することができ、経済的実現可能性は高い。二酸化炭素置換炭層メタン技術により、炭層メタンの回収率も大幅に向上します。

化学製品も二酸化炭素の再利用の重要なシナリオであり、ビールや炭酸飲料の製造など、日常生活のさまざまなところで使用されています。食品の冷蔵および輸送用のドライアイスの製造;有機小分子などの精密化学物質や尿素や塩酸塩などの一般的な化学物質を合成します。

現在、海外では大気中から直接二酸化炭素を回収する、いわゆる「直接大気炭素回収（DAC）」プラントの建設が始まっています。 2030年までに年間85トンの二酸化炭素を回収でき、2050年までに年間980トンの二酸化炭素を回収できると推定されています。

廃棄二酸化炭素を充填した天然ガスを使用したり、CCUS技術で供給されるドライアイスで食品を冷蔵したり、工場から排出される二酸化炭素で作られた缶ビールやコーラを飲んだりして、本当に低炭素を日常生活に取り入れる日が来るかもしれません。その時までに、CCUS があなたや私にとってそれほど遠いものではないことがわかるでしょう。とても美しい光景になるでしょう。

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

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