【第4回】探査工学から見た地球と宇宙「カーボンニュートラルについて（3）」

前回のコラムで、CO₂フリーの水素社会を実現するには、当面の間はCO₂地中貯留が重要な役割を担うことをお伝えしました。残念ながら、このCO₂地中貯留は日本ではあまり認知されていませんので、ここで紹介させて頂きます。

CO₂地中貯留とは、火力発電所や製鉄所などでCO₂を回収し、それを地中に貯留することで、大気中のCO₂の排出を減らそうというプロジェクトです。CCSまたはCCUSというキーワードを聞いたことがある方もおられるかと思います。CCSはCO₂ Capture and Storageのことで、CO₂をCapture（回収）して、それを地層にStorage（貯留）するというものです。前のコラムに書いた通り、現在供給されている水素の99％以上がメタンなどの炭化水素から作られており、水素を作るときに出てきたCO₂を地中貯留する必要があるわけです。当然、CO₂を地中貯留せず、セメントなどの材料に利用(Utilize)する方が好ましいですが、現在の技術では大量のCO₂を利用することは難しいです。我々が削減しようとしているCO₂は、とてつもなく大量であることを認識しなければなりません。カーボンニュートラル（CO₂排出ゼロ）を達成するには、日本だけでも１年間に約10億トンのCO₂を削減する必要があります。こんな数を聞いても想像がつきませんよね。単純計算で、一人当たり年間10トンくらい（乗用車６台分くらい）のCO₂を出しており、それを削減する必要があるのです。なお、１トンのCO₂を削減するには、低コストと言われているCCSでも5000円〜1万円くらい必要です。いかにCO₂の削減が難しいか分かっていただけると思います。

さらにカーボンニュートラルを達成するためには、何らかの人間活動に伴って継続的にCO₂が排出されるため、大気からCO₂を直接回収するDirect Air Capture (DAC)とCO₂地中貯留などを導入してネガティブエミッション（CO₂を積極的に大気中から回収し削減）を一部で実施する必要があると考えられています。火力発電所の排気に含まれるCO₂に比べ、大気中はCO₂濃度が低いため、DACには難しさがあります。しかし将来的に必須の技術になると考えられているため、多くの会社がDACに投資しています。また大気中から回収したCO₂で炭酸飲料を作ったら付加価値が得られるため、飲料メーカーもDACには積極的な態度をとっています。

さてCCSでは、地中にCO₂を貯留しますが、地下に巨大空間を建設する必要はなく、岩石を構成している粒子の隙間に貯留します。良質な地層では、全体の30％くらいが隙間（空間）です。そのためCO₂地中貯留では、細い井戸を使って、ストローでCO₂を地中に吹き込むように圧入します。CO₂を800mよりも深く圧入すると、（温度と圧力が高くなり）CO₂は液体と気体の中間のような状態になり、効率的に貯留できるとされています。日本周辺だけでも1000億トン以上のCO₂を貯留できる地層があるという試算があり、この貯留可能量は、日本の総CO₂排出量の100年分以上に相当します。つまりポテンシャルはあると言えます。

貯留したCO₂は地層水に溶け、最終的には鉱物になると考えられています。これまでは、地層水への溶解と鉱物化には非常に時間が必要とされてきましたが、場所を選べば数年で鉱物化することなども分かってきています。地下の環境には、もともと大量のCO₂が存在しており、人工的にCO₂を地中に入れることは、そこまで不自然なことではないと思っています。もちろん、CO₂が漏洩することがないように、注意する必要があります。

このように書くと、CCSは非常に魅力的なアプローチのように思われると思います。実際、国際エネルギー機関（IEA）は、地球の気温上昇を1.5度以内に抑えるためにCO₂回収・貯留（CCS）で全体のCO₂削減量の約15%を削減する必要があるとしています。つまりCCSは、現実的にCO₂を削減する上で鍵となる技術として位置付けられています。しかしIEAのシナリオを実現するためには、世界中の約6000箇所で大規模なCO₂貯留を行う必要があります。日本もこのCO₂地中貯留で、１年間に1.2〜2.4億トンもCO₂を減らそうとしています。これを実現するためには、120本〜240本の井戸でCO₂を圧入する必要があります。つまり日本にもCO₂貯留サイトが分布するようになるかもしれません。なお私は探査工学が専門で、安全なCO₂貯留サイトを調べたり、連続的に貯留したCO₂をモニタリングしたりする手法の研究開発を行なっています。

今回取り上げたCO₂地中貯留では金銭的な利益が得られません。地球規模の問題となっている地球温暖化の防止に貢献するだけです。つまりCO₂地中貯留した場所周辺の地域に直接的な利益が見えづらいと言えます。私は地熱発電の研究も行っていますが、地熱はエネルギーを生み出すので、ポジティブに考えて頂ける方が多いですが、CCSは理解が得られないこともあります。なお欧米では、貯留したCO₂量に応じて費用が支払われる仕組み（ビジネス化）が出来上がりつつあります。

このようにCO₂地中貯留は課題もありますので、新しいCO₂を出さないエネルギーシステムの開発にお金を使った方が良いと思う方もおられると思います。しかし削減すべきCO₂の量、それに必要なコスト、新しいエネルギーシステムが完成する時期などを考えると、当面の間はCO₂地中貯留で時間稼ぎする必要があると思っています。つまりCO₂地中貯留は、新たなエネルギーでCO₂の問題が解決するまでのブリッジテクノロジーと位置付けられるのかもしれません。この原稿を書いている間にも、CO₂が排出され、気温上昇に伴う不可逆的な変化が生じています。カーボンニュートラルに向けた技術開発には、時間軸を考えて技術を組み合わせていく必要があると思います。

これまでの文章を読まれて、皆様はどのように感じられましたか？様々な意見があると思います。私は、様々な意見があるほうが良いと思っています。お互いの意見を尊重し合いながら、議論を盛り上げるべきです。特に環境問題は、多くの因子が関わっていて、何が好ましい方法か分かりにくいのが実情です。一見良いと思って実施していることが、反対に環境に負荷を与えていることもあります。現在の日本社会は、一つの理想がなんとなく定義されてしまい、固定化してしまっている（変更しにくい）印象を個人的に持っています。合理的で広い視野を持って環境問題にも取り組んでいくべきだと思っています。

辻健（つじたけし）
東京大学大学院工学系研究科・教授。地球惑星科学・探査工学。
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