◆ 革新的環境技術シンポジウム◆

CO2の利用は可能かーCO2産業利用の現状と今後ー(財)地球環境産業技術研究機構（RITE）
東京分室・研究企画グループ
高木 正人

1

目次

1. はじめに
2. CO2の利用技術
3. CO2の産業利用の現状
4. CO2利用技術の動向
5. CO2利用技術の位置づけ
6. CO2利用技術としてのバイオマス利用
7. まとめ2１．はじめに

MEFとCCUS

主要経済国フォーラムMEF
2009年7月首脳宣言
z国情に応じ、既存及び新しい重要な低炭素技術の展開と移転を積極的に加速するために、障壁を撤廃し、インセンティブを創設し、キャパシティ・ビルディングを強化し、及び適切な措置を実施することを約束する。そして、クリーンエ
ネルギー転換技術の開発と普及が早急に必要であることを確認し、気候に優しい低炭素技術を推進するため、世界的な協力関係を確立する。
z技術：エネルギー効率性；太陽エネルギー；スマート・グ
リッド；炭素回収・利用・貯留（CCUS）；先進的自動車；効率的で低排出の石炭技術；バイオエネルギー及び他のクリーン技術
zオーストラリア、ブラジル、カナダ、中国、欧州連合、フランス、ドイツ、インド、インドネシア、イタリア、日本、韓国、メキ
シコ、ロシア、南アフリカ、英国、米国（１７カ国）

オーストラリア、英国が作成したCCUS報告書

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１．はじめにCEMとCCUS

クリーンエネルギー大臣会合（CEM)
ワシントンDC ７/19-20
zMEF首脳会合において開始されたグローバル・パートナーシッ
プの技術行動計画（TAP）を前進させるため，7月19・20日，ワシントンDCにおいてクリーン・エネルギー大臣会合が開催され，エネルギー効率，その供給及びエネルギーへのアクセスにつき，新しいイニシアティブが開始された。
z主要経済国フォーラム（MEF）の参加国17カ国が参加。クリーンエネルギー閣僚級会合のプロセスには、MEF参加国と共にUAEを含む8カ国が選ばれて参加。

zCCUSのアクショングループ立ち上げ
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１．はじめに
CCUSにおけるUse
CCUS（Carbon, Capture, Use, and Storage)

Technology Action Plan, MEF(2009）

CO2削減スキームの中での意味を考える
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２．CO2の利用技術

技術戦略マップでの位置づけ
ポテンシャル・コスト両面から有効な技術群で導入に向けた取り組みが進められるべきもの

地中貯留
関連技術

隔離

分離・回収
大規模排出源からの二酸化炭素の排出排出削減技術

化石資源
分散型排出源からの二酸化炭素の排出

化学吸収法
物理吸収法
膜分離
物理吸着
深冷分離

海洋隔離

溶解希釈（固定式）
溶解希釈（移動式）
深海底貯留隔離

Ｃへの分解

プラズマ分解マグネタイト法
Mg法
メタン利用

化学品への変換

高分子合成
超臨界CO2利用
直接水素化
電気化学還元
光化学還元
光合成藻類・細菌類による変換
非光合成細菌による変換
炭酸塩として固定削減

化石資源→原子力・新エネルギー
化石資源間
エネルギー変換

大気中の二酸化炭素変換・有効利用

濃度低減技術生物による吸収固定

帯水層貯留
炭層固定
石油・ガス増進回収（ＥＯＲ）
枯渇油・ガス層貯留
蛇紋岩層固定高温岩体固定海底下ハイドレート層貯留（関連技術）地中メタン変換

大規模植林による
地上隔離

森林管理
単位面積あたりの二酸化炭素固定量増大
乾燥地等への植生拡大
産業利用による植生拡大
バイオマスの革新的利用による植生拡大

海洋植物による吸収

人工湧昇流による海洋滋養・隔離
栄養塩散布による海洋滋養・隔離
深層水利用による海洋滋養・隔離大型海藻の育成・利用
植物プランクトンの培養設備生産

動物による吸収

珊瑚礁の造成6

２．CO2の利用技術

技術戦略マップでの位置づけ¾カーボンへの分解（抜粋）•プラズマ分解：自然エネルギー由来の電力使用時に意味を持つ可能性があるが、自然エネルギーの直接利用との有効性の比較が必要¾化成品への変換（抜粋）•メタノール、ＤＭＥ：エネルギー変換技術として位置づけるもの（気体燃料 H2→液体燃料 炭化水素）•炭酸エステル、ウレタン、ポリカーボネート：省エネ技術、化学品の合成技術として位置づけるもの（改良プロセス 非ホスゲン法）•生物的変換（光合成藻類等）：大幅に変換効率を高めるブ
レークスルー技術が必要。太陽電池や自然エネルギーの直接利用との有効性比較が必要
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２．CO2の利用技術

ＭＥＦ−ＴＡＰでの位置づけ

zEORに加え、CO2は鉱物化（または炭酸化）、薬学および化学的処理、農業および生物学的用途などのいくつかの産業プロセスに利用することができる。
z現在の用途では、大量のCO2を利用しているものはない。大量の吸収が可能な新興技術は、研究または試験的段階にある傾向がある。
z一部のCO2の利用は永久的に貯留するという解決策ではないが、技術が改良され、適切な貯留場所が特定され、CCSのコストが削減されるまでの間、回収コストを相殺するために利用することができる（CSLF2009）。
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３．CO2の産業利用の現状
利用状況

その他, 6.1%
鋳物用, 1.1%
化学用, 5.9%
製鋼用, 5.0%
冷却用, 15.9%

７７万トン/年

溶接用, 52.1%

飲料用, 13.9%9

３．CO2の産業利用の現状
利用状況【用途の説明】
・ 鋳物用・・・・・鋳造型への吹き付けによる硬化・ 溶接用・・・・・溶接時のシールドガス
・ 飲料用・・・・・いわゆる炭酸飲料、ならびに飲料製品工場内での圧送・ 冷却用・・・・・いわゆるドライアイス。また、それを使用した冷却状態での切削加工など
・ 製鋼用・・・・・鋼材中の溶存酸素低減
・ 化学用・・・・・工場でのアルカリ廃水の中和、超臨界での物質抽出、尿素製造など
・ その他・・・・・CO2施肥による農産物の生長促進、家畜の麻酔屠殺10

３．CO2の産業利用の現状
利用状況

CO2はいろいろな用途に利用されている。
しかし、現状での我が国のCO2の産業利用量は非常に少ない
その他, 6.1%
鋳物用, 1.1%
化学用, 5.9%

製鋼用, 5.0%
冷却用, 15.9%

７７万トン/年

溶接用, 52.1%

価格：２〜3万/tCO2
飲料用, 13.9%

ローリー：5〜7万円/tCO2

価格出典：NEDOレポート 06002426-0（2007）11

３．CO2の産業利用の現状
CO2の生産量

化学工場のプロセスガスからの供給でほぼ十分である
その他
4%
製鋼オフガス
3%
化成品製造工場
エチレンオキサイドなど）
15%

石油精製
43%

アンモニア工場
35%

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４．CO2利用技術の動向

CO2-EOR¾石油の増産技術：
z従来の石油産生技術：貯留層の石油の5〜15％程度
z2次的回収技術（水攻法等）：回収率を30〜50％に上昇
zCO2注入などの3次的回収技術：さらに回収を進める¾すでに世界で利用されている技術（米・カナダ）
z2008年には、米国で100を超えるプロジェクトが実施されており、増油量は25万バレル／日。
¾CO2の発生場所：ほとんどが天然CO2か、天然ガス生産設
備からの回収。
z分離回収されたCO2を利用しているプロジェクトしてはWeyburn-Midale（カナダ）, Salt Creek（米）,Rangley Weber(米）、 大慶・吉林油田（中国）¾ＣＯ２トン／石油バレル＝約０．３
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Weyburn, Canada
石油生産井

CO2
圧入井
CO2

油

CO2

油層

CO2と油の混和油

・石油増進回収（ＥＯＲ）のためCO2圧入・2000年開始。
・１00万 t-CO2/年、20年間の計画
現在の圧入量： 240+40万tCO2/年
・原油の回収率増加：
約30％→約45％

生産量

bbl/d gross
50,000

現在

ReginaWeyburn油田

40,000

ｻｽｶｯﾁｭﾜﾝ 州

カナダ

CO2-EORによる増産分

Primary

30,000

Waterflood

ﾉｰｽﾀﾞｺﾀ州 米国

CO2パイプライン(320 km)
ダコタ 石炭ガス化炉

Bismarck
1

CO2

Vertical Infills
drilling

20,000CO2

Actual

10,000

0
1955

１９９５年

Projected

Hz Infills

EｎCana（Weyburn油田）
1965

1975

1985
Date

1995

2005

1

2015
２０１5年
＜EnCana Corporation＞

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４．CO2利用技術の動向

鉱物固定¾地下の天然鉱物とCO2を反応させ地下で炭酸塩として固定
z蛇紋岩層へのCO2圧入（RITE)z地熱帯へのCO2圧入（RITE、電中研等）¾プラントでスラグ等とCO2を反応させて炭酸塩を製造
z製鋼スラグ、廃コンクリート等（RITE）
zボーキサイト廃棄物（アルコア、豪）
赤泥：酸化鉄、シリカ、チタニア
Kwinana carbon capture plant
炭酸塩は路盤材、建設材、土壌改良材として利用廃棄物の25%を炭酸塩化。さらに増強を予定。
７万トンCO2/年。
15４．CO2利用技術の動向

鉱物固定

Industry（Storage）

・製鐵所
・セメントプラント
・製紙工場<Industrial use>

CO2Waste

Capture & Separation
沈殿（炭酸塩）Ｃａ2+抽出Ca2+ and/or Mg2+
containing solution

アルカリ土類金属源
・鉄鋼スラグ・廃コンクリート・ペーパースラッジ焼却灰(・天然鉱物)

RITE（2004-2006）<Ｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ><Industrial use>

SiO2 rich
residual solid

CaCO3 and/or MgCO3・固形化
漁礁、海洋構造物
・ゼオライト化・肥料、土壌改良剤・白色化
製紙填料

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４．CO2利用技術の動向

生物固定¾生物固定はCO2と太陽エネルギーによりバイオマスを産生する
技術
z通常のバイオマス生産では大気中0.04％のCO2を固定
z固定排出源に隣接した場所でCO2濃度を上昇させ、バイオマス生産•（温室）園芸、植物工場
人工的にCO2濃度を上げることで植物の成長速度が上がることを利用•微細藻類またはシアノバクテリア¾バイオマスからはガスまたは液体燃料、あるいは食品、肥料、プラスチックなどの高付加価値製品に変換が可能¾大規模なCO2固定のためには大きな空間が必要であることが課題

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４．CO2利用技術の動向

生物固定¾ロッテルダムのシェルの石油精製プラントでは年間600万トンのCO2が発生。
¾約50万トンのCO2を農家に販売。1300ha。
¾CO2濃度を2倍にすると、約25%成長が速くなる。
http://www.dwworld.de/dw/article/0,,2214482,00.html¾日本においても同様の温室栽培が実施されている。
例）響灘菜園 カゴメー電源開発¾炭酸水の施肥により苗の根量増加（RITEー王子製紙、2002-2004）
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４．CO2利用技術の動向

化学品原料

¾尿素
発熱

2NH3 + CO2

吸熱

NH2-COONH4(NH2)2CO + H2O

アンモニア合成プラント
CmHn + mH2O → mCO + (2m + n)/2 H2
CO + H2O → H2 + CO2
1/2N2 + 3/2H2 → NH3¾非ホスゲン法ポリカーボネート(旭化成）

出典：NEDOレポート
06002426-0（2007）19

４．CO2利用技術の動向

化学品原料¾非ホスゲンポリウレタン

出典：NEDOレポート
06002426-0（2007）20

４．CO2利用技術の動向

化学品原料

化学品市場(世界）
Mt/ｙCO2使用量
MtCO2

尿素
メタノール
無機炭酸塩
有機カーボネート(ポリカーボネートa）

９０２４８２．６（約３）１０６５＜８３０．２（1.7）

ポリウレタン＜１０
IPCC特別報告書（2005）
a化学と教育 54巻1号(2006）
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４．CO2利用技術の動向

化学品原料¾CO2を原料に用いた化学品の製造が商業規模で実施されているが、CO2としては当該化学工場のプロセスガスが使用される。
zアンモニア合成で発生するCO2→尿素合成
z酸化エチレン製造で発生するCO2→ポリカーボネート¾化学品原料としてのCO2の使用量は小さいため、CO2削減への寄与は小さい。
¾メタノールやDMEなど製造では、H2やメタンなどの還元剤が必要であり、これらの起源も問題となる。

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５．CO2利用技術の位置づけ

２つの視点：
１．CO2利用技術は有効なCO2削減技術となるか？
２． CCS とCO2利用を組み合わせることでCCSの推進が促進できるか？
ー世界・日本23

５．CO2利用技術の位置づけ
CCSとの複合 CO2-EOR
EORはCCSに経済性を与え、促進策として機能する重要な手段である。日本では実施場所が少ない。

CCSプロジェクト-7300円/ｔCO2
・分離回収:4200円
・輸送：800円
20km、距離による・貯留：2300円
場所による50※
USD/tCO2

EOR
3.3バレル/tCO2
油価：70USD/バレル→収入231USD/tCO2
油田による※三菱重工技報 VOL.44 NO.1: 200724

５．CO2利用技術の位置づけ
CCSとの複合 他のCO2利用
100万トン規模のプロジェクトならあり得ない話ではない
CO2利用

CCSプロジェクト-7300円/ｔCO2※※100万tCO2/年処理

7300×100万ｔ=
73億円/年
100万kW：微粉炭火力〜500万tCO2/年

２〜3万円
/tCO2
ローリー：
5〜7万円/tCO2

価格出典：NEDOレポート
06002426-0（2007）

73億円（2万円/tCO2）=36.5万tCO2/年
z化学工場 (5-10万トン規模）→4-8プラント多すぎる？
z施設園芸：
1000ha25

５．CO2利用技術の位置づけ
CCSとの複合
EORのアナロジー：有価物が生産できないか？
EOR：石油EGR：天然ガス

CO2
圧入井

東京大学／INPEXJOGMEC／中外テクノスなど

ヨウ素、他の資源
熱

有価品
生産井

メタン変換
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５．CO2利用技術の位置づけ
削減技術として有効利用の多くは追加エネルギーが必要
太陽エネルギーを利用する生物固定が自然の理にかなっている・・

エネルギー
化学品

CO2バイオマス

化石燃料
気体、液体、固体

炭化水素
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６．CO2利用技術としてのバイオマス利用位置づけは？
IEAの分析：2050年50%排出削減シナリオ
技術別

セクター別

（出典） IEA Energy Technology Perspective 201028

６．CO2利用技術としてのバイオマス利用位置づけは？
2050年半減シナリオ達成のために一次エネルギーとしてはバイオマスに期待（出典） IEA Energy Technology Perspective 201029

６．CO2利用技術としてのバイオマス利用位置づけは？
特に輸送分野でのバイオマス利用の寄与が大きい
バイオマスエネルギー使用量の内訳（出典） IEA Energy Technology Perspective 201030

６．CO2利用技術としてのバイオマス利用
エネルギー・化学品生産

CO2はバイオマスを経て種々のエネルギー・化学品に利用される
RITE バイオプロセス
反応槽に微生物を高密度充填し反応する

C6糖 ６C5糖 ５混合糖同時利用

C2
エタノール

C3プロパノール
C4ブタノール等

発酵阻害物質耐性
菌体触媒
（非増殖）

高生産性

芳香族類
カルボン酸
アミン等

グリーン化学品適合化学反応技術

非食料バイオマス

自動車部材、包装材
電気製品部材、炭素繊維、各種樹脂等

バイオ燃料（エタノール、ブタノール他）
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化学工業のグリーン化によるCO2削減(日本）
石油基礎製品をバイオマス由来に置換すると、4000〜5000万トンのCO2の削減が期待される原油の採掘・輸送（産油国分としてカウント）

石油化学プロセス（石油精製・化学分野としてカウント）

廃棄物（廃棄物分野でカウント）

化学繊維含む

5928万トン(2007年）
1951万トン(2007年）→▲2100〜2700万トン（▲35〜45％）3082万トン(2007年）→▲2038万トン（▲66％）

廃棄廃棄物のCO2＝焼却量×排出係数(エネルギー回収割合を考慮）

バイオマス由来に置き換え

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石油化学とグリーンプロセスでのCO2排出量比較
kg‐CO2/kg resin

石油化学プロセス（石油蒸留・精製を除く）

原料−

トータル−
排出係数

原油−

1.10−

ナフサ分解
製品
・重合

トータル
排出係数

製品

1.10
LDPE

1.10

LDPE

脱水・重合

トータル
排出係数

製品

0.17

0.42
輸入0.17

LDPE

出典：（社）プラスチック処理推進協会「石油製品のLCIデータ調査報告書（2009）

グリーンプロセス

原料
コーン
ストーバー

栽培・輸送

0.25
輸入０糖化・醗酵0

出典：DOE資料、NEDO資料等を基にRITEで算出

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７．まとめ¾CO2利用技術としてEOR、鉱物固定、生物固定、化学品製造などがあり、その動向をみてきた¾EORを除くCO2利用技術には、エネルギー変換、化学品原料変換、省エネなどの意味があるが、CO2削減技術としては限定的である¾CCSとCO2利用を組み合わせることは、CCSの費用を相殺させるために有効である場合がある¾バイオマス利用はCO2の利用技術にほかならず、今後期待できる領域である
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ご静聴ありがとうございました35