2022 Vol. 17

公益財団法人特集

地球環境産業技術研究機構 年次報告書 ２０２２年版 第１７号

2022 Vol.17

Contents

RITE Today 2022

巻頭言

多様性の融合で進めるイノベーション
公益財団法人地球環境産業技術研究機構

理事長・研究所長

山地 憲治

２０２１年６月から理事長を務めることになり、この機会を借りて所見を述べさせていただきたい。
RITE は設立以来３０年余、CCS（二酸化炭素回収・貯留）、バイオリファイナリー、温暖化対策のシナリオ分析など、
地球温暖化問題の解決に向けて様々に取り組んできた。この間に国内外で地球温暖化問題への取組みは大きく進展し、RITE もその一翼を担い貢献してきたと自負している。
最近も地球温暖化対策について大きな動きがあった。昨年１０月、パリ協定に基づき我が国は、２０５０年カーボンニュートラル実現に向けて温室効果ガスを２０３０年に１３年度比で４６％削減するという非常に野心的な NDC（国が決定する貢献）を国連に通告した。気候変動枠組み条約の締約国会合である COP26 では、世界的にも多くの国が気温上昇を１．５度までに抑えるというゴールに向けて温暖化対策の目標を引き上げた。更に一層、RITE への期待が高まってきたと思う。RITE の研究をさらに進めて、期待に応える必要がある。カーボンニュートラルを実現する手段として、CCUS(CCS+CO2 利用)やバイオ技術に大きな期待がかけられている。実用化に向けて新たな段階に入ったと認識すべきである。
とはいえ、研究は一歩一歩着実に進めるもので、一足飛びにゴールが実現するというものではない。わが国をはじめ多くの国が掲げたカーボンニュートラルという目標の実現に関わる技術は多様に存在する。電化と電気の脱炭素化、
水素や CCUS などのエネルギー関連の対策に加えて、農林水産業における対策も重要である。温室効果ガス削減が難しい分野に関しては、大気から CO2 を回収して排出を相殺する対策も必要になる。また、技術的な対策に加えて社会イノベーションも重要な役割を果たす。
しかし、世界の動向には注意が必要である。COP26 で我が国は水素やアンモニアを利用した「火力発電のゼロエミッション化」を表明したことで化石賞を受賞した。その他にもノルウェーは CCS を進めていること、フランスは原子力の新設を表明したことにより化石賞を受賞している。火力のゼロエミッション化も CCS も原子力も地球温暖化対策の重要な手段である。カーボンニュートラルという高い目標の実現には、このように特定技術を排除して選択肢を狭めることは大きな障害になる。
地球温暖化対策には、負担は地域ごとに発生するが利益は世界全体に裨益するという構造がある。このような構造を持つ問題に対して、主要国が離脱するような状況を作るとか、特定技術を排除することは、世界の連携を破壊し、地
球温暖化対策の自滅を招く。
地球温暖化問題のように世界全体で長期的に取り組むべき課題への対処で重要なのは、技術や文化の多様性を認めて連携・融合を維持することである。最近はイノベーション政策でもエコシステムの重要性が指摘されているが、これもベンチャーと事業者、産業界と学界など、異業種を隣接させることで多様性の融合が生じてイノベーションを起こすと考えているからである。
RITE も多様性の融合で地球温暖化対策のイノベーションを進めていく。

3

RITE Today 2022

特集

技術・社会イノベーションによる低エネルギー需要社会の実現へ－国際モデル比較プロジェクト EDITS－
システム研究グループ

1． はじめにグループリーダー・主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員

秋元 圭吾
長島 美由紀林
礼美
伏見 温子

1.5℃を実現する、様々な排出経路が示されたが、とり2015 年にパリ協定が採択され、全球平均気温上昇

わけ、Low Energy Demand (LED)というシナリオ 2)を産業革命前に比べ２℃未満に十分に低く抑え、またが注目された。これは、通常のモデル分析で示されるよ

1.5℃に抑えるような努力を追求するとした。そして、

うな、最終エネルギー需要よりもずっと小さなエネルギ

2℃目標に対応する排出削減として、今世紀後半には、ーを示すものである。気候変動対策のみならず、SDGs

温室効果ガスについて人為的起源排出とシンクによるの同時達成にも寄与し得るとされる。

吸収をバランスさせるという、いわゆるカーボンニュー

図 1 に世界における各エネルギー利用段階でのエネル

トラル（正味ゼロ排出）が合意された。更に、その後、国内

ギー消費量を示す。エネルギーは特に最終利用段階に近外で早期のカーボンニュートラル（以降、CN と記載）実いところで無駄に使われている。特に本来必要がなく、現への要請が強まる中、2020 年 10 月に菅首相（当時）サービスに寄与していないのに、エネルギーが消費されは、2050 年までに CN を目指すと宣言した。これはていることが多い 3)。例えば、照明は典型的な例で、人1.5℃未満の気温上昇に抑制するシナリオと整合性があがいないときでも照らされていることが多い。近年、人るとされる目標である。そして、2021 年 4 月には、感センサーが安価になってきたことで、人がいないとき

2030 年排出削減目標について、46%削減へと深堀すには自動で消灯するようになってきたが、まだ無駄に点るとし、さらに 50%減の高みを目指して挑戦するとし灯していることは多い。

た。また、2021 年 11 月の国連気候変動枠組条約

我々は、エネルギー消費を目的として、エネルギーを（UNFCCC）第 26 回締約国会議（COP26）では、世界消費しているわけではない。より満足感の高いサービスの平均気温の上昇を 1.5℃に抑える努力を追求するこを得ようとする中で、結果としてエネルギーが消費され、とを決意する、とされた。

CO2 が排出されている。当たり前だと思っているサービ

CN 達成のためには、再生可能エネルギー、原子力、そスは本来必要なサービスなのか、真に必要としているサ

して CO2 回収・利用・貯留（CCUS）、大気中 CO2 直接

ービスは何か、という問題に立ち返ることが重要と考え

回収・貯留（DACCS）等の CO2 除去技術（CDR）などのられる。

幅広い排出削減機会を活用していくことが重要である。

世界でも、Decent Living Standard （DLS：適切

一方、CN においても、省エネルギーは引き続き、排出削

な生活水準、最低限必要な生活水準）に関する研究の進減における最重要課題と考えられる。特に、デジタルト展も見られ、その研究からは、世界の最終エネルギー消ランスフォーメーション（DX）とグリーントランスフォー

費量は 400 EJ/yr 程度であり、2050 年にかけて成り

メーション（GX）の融合が、正に環境と経済の好循環を行きでは 600 EJ/yr 程度、2℃シナリオの対策有りでもたらす可能性を有している。

も現行並みの 400 EJ/yr 程度とする分析が多いが、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は、2018 年
1)に 1.5℃特別報告書（SR15） を公表した。そこでは、DLS からは 150 EJ/yr 程度で十分としている研究も見受けられる 4)。無論、人の欲求は多様であるため、適4

RITE Today 2022

特集

切な水準も変わり得るが、実際のエネルギー消費とのギがスマートフォンの機能で代替できるようになってきてャップが生じる要因をよく理解する上でも重要な研究といることを示している。また、家電機器の電力消費量に考えられる。

対して、スマートフォンではかなり小さい電力消費量でなお、文献 5)では、需要サイドで多く見られる小規模済むようになっている。更に重要な点は、製品に「体化さ技術の技術進展の速さ等についても指摘がなされておれたエネルギー（embodied energy）」である。製品のり、早いカーボンニュートラル化が求められている中で、製造段階において投入されるエネルギーも、スマートフ

需要側対策は重要である。そして、エネルギー需要側対ォンに代替されることで大きく低減される。無論、すべ策を誘発する因子として、デジタル化技術の大きな進展ての機能が完全に代替されるわけではないが、別の便があることと、欧州の若年層等を中心に社会変化の芽も益（移動が容易であることなど）が付加されることで、代見られてきていることが挙げられる。このような中、文替が促進され、結果として、エネルギー消費そして CO2

献 6)では、需要サイドの研究の強化の必要性が指摘さ

排出量が低減される。

れており、2022 年に出版予定の IPCC 第 3 作業部会の第 6 次評価報告書でも新たにエネルギー需要側対策
449 Wattsに焦点を当てた章が割り当てられるなど、研究の進展が期待されている。

5 Watts
2.5 Watts

高温熱

Power

72 Watts

照明

Stand-byenergy use

低温熱
その他
発電
運輸
平均

75 kWhサービスエネルギー

一次エネルギー

最終エネルギー

有効エネルギー

0.1 kg1706 kWh

サービスエネルギー

図１ 世界における各エネルギー利用段階でのエネルギ

Embodied energy

ー消費量（一次エネルギー消費量を 100%とした場合）7)

26 kg
Weight

本稿では、低エネルギー需要社会実現の機会を特定し、

図 2 家電機器の代替と低エネルギー化の可能性 8)

それを具体的かつ定量的なシナリオとして提示すること
で、社会における変化を誘導することを目的に、2020

２．2． 紙媒体

年度より開始した、経済産業省からの委託事業「技術革紙は情報を伝える手段として大きな役割を果たして新によるエネルギー需要変化に関するモデル比較国際

きた。一方、紙・パルプは、その製造工程で大きなエネル

連 携 事 業 」 、 通 称 EDITS (Energy Demand

ギー投入が必要なエネルギー多消費産業である。図 3 にchanges Induced by Technological and So-

印刷・情報用紙の消費量の変遷を示すが、近年、先進国

cial innovations)事業について紹介する。

のみならず途上国においても、一人当たり消費量の低下傾向が見られている。また、新聞巻取紙の消費量につい２． 各種部門での低エネルギー需要社会実現の可能性ても同様の傾向が見られている。IoT の進展により、部門別に低エネルギー需要社会実現の可能性につい様々なデジタルデバイスを用いて情報を比較的容易にて考えてみたい。

得ることができるようになり、紙媒体の消費が低下して２．1． 家電

きているものと考えられる。デジタルデバイス普及当初

家電の変化が見られている。図 2 は、様々な家電機器

は、紙媒体での印刷の低減はほとんど見られなかったが、

5

RITE Today 2022

特集

デバイスの進展やユーザーの慣れなどが相まって効果ァストファッションとは、1990 年代後半から 2000 年が表れてきたように見受けられる。

代前半にかけて登場した衣料販売チェーンの業態のこと

ただし、ダンボール紙の消費量は、宅配などの増加により、引き続き、上昇傾向が見られている。

を差し、その特徴は短いサイクルで流行のデザインを追いながら衣料品を大量生産し、低価格で販売することによって消費者に大量消費を促すというものである。服の120
United States
Canada

一人当たり消費量[kg/capita/yr]

100

EU
France80

Germany
Italy

60

Japan
China

Korea

40

India

50%は着られることなく、廃棄されているとされているし、多くの服は稼働率が低く、クローゼットで出番を待っている。
ファッション業界も環境や社会に配慮した製品の推進も行ってきているところである。e コマースでの販売によって、ブランド企業は実店舗を維持することによるエMexico20

Brazilネルギー消費や在庫を抱える必要がない。しかし、上述

World average

0
0

10
20
30
40
一人当たりGDP[thousand US$ in 2000 MER/capita/yr]

50

図 3 印刷・情報用紙の消費量の変遷 9)

したように試着をせずに e コマースを通して衣服を購入してしまうと、サイズが合わなかったり、イメージが違っていたりするため、未使用で捨てられる服を増やしてし２．3． アパレル
アパレルは、製造から廃棄に至るまでのエネルギー消費量やライフサイクルの短さなどから、環境負荷が高い

まうという側面がある。そのような問題を解決する方法
としてバーチャル・フィッティングや体型を自動的に計測する技術などが開発されている。

との指摘がなされている。例えば文献 10)では、地球環

更に、インターネットオークションの進展による中古服

境に対してファッション産業は世界の CO2 排出量の 8-等の取引は、事実上の服のシェアリングの進展にあたる

10％（年間 40～50 億 t）を占めているとしている。

ものであり、需給のマッチングを促し、アパレル製品の稼

また文献 11)によると、ヨーロッパの家庭における衣料品の使用（洗濯、乾燥、アイロンなど）に伴う CO2 排出
は年間 5.3 億 t と概算されている。衣料品の使用方法

働率の向上、廃棄の低減となる。
アパレルについてのより詳細は、文献 12)を参照されたい。

や同じ衣服を何回着るのかという維持管理は消費者個人の選択に依存するため概算しかできないが、平均的な2．4． 食料T シャツの使用段階における CO2 排出量は、ライフサイ

農水産物生産から、食品加工、輸送、調理等を含む食クルにおける排出量の半分を占めているとされる。例え

料システム全体で排出される GHG は世界総排出のば、綿の T シャツのライフサイクル排出量を試算すると、

21-37%13) とされる（これら推計は一般にフロー財を

50 回洗濯した場合、CO2 排出量の 35%は繊維生産に対象としているが店舗や施設等ストック財も含めると一起因し、52%は使用段階で発生するとされる。なお、天層大きくなると見込まれる）。一方、人の消費のために生

然繊維は石油原料の合成繊維に比べて生地の生産段階

産された食品の約１／３はロス・廃棄されている。その原における CO2 排出量は少ないが、天然繊維は合成繊維

因は地域によって異なるが、中・高所得国では販売機会に比べて洗濯、乾燥、アイロンがけに必要なエネルギー

損失を避けるための過剰生産や消費段階での廃棄が多が大きいため、生産時の低カーボンフットプリントは、使いとされる 14)。近年進展が著しい ICT(情報通信技術)

用段階で相殺される可能性もある。

を活用し、食料需要をより正確に予測等できれば、食品

近年、アパレルの売り上げは飛躍的に伸びており、そロス・廃棄が減ると同時に、プラスチック容器の低減、スの背景にあるのがファストファッションの台頭である。フーパーのスペース低減、冷蔵・冷凍エネルギー、輸送エネ

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特集

ルギーの低減などに波及し、エネルギー消費・GHG 排出

要なエネルギー消費を低下し得る。RITE でも統合評価の低減につながる可能性がある。また、SDGs の同時達モデルを用いた定量的な試算を実施している 17)。

成にも寄与し得る。

OECD/ITF は、実際のデータ（人口分布、道路・公共

日本について産業連関表を利用した分析 15)によると、

交通ネ ットワーク 、平日のトリップ需要（時間帯 、OD

高度需要予測技術や規格外品の個別販売等により、青(Origin-Destination)）、トリップ選好等）に基づいて

果農業、食品業、家庭部門で発生している廃棄を 50%モデルを構築し、分析を行っている 18)。アイルランドの低減でき たとし た場 合 、 日 本 の 総 エ ネ ルギ ー 消費はダブリンにおいて、全ての自家用車をシェアカーに置き▲0.08～▲0.04EJ/年（日本の一次エネルギー供給の換えた場合はその 2%弱の車両台数で現在のモビリティ

0.4～0.2%に相当）、GHG 総排出は▲8.4～▲5.9を供給できるとしている。また、自家用車の 20%を置

百万 tCO2eq/年（日本の GHG 総排出の 0.6～0.5%

換した場合は（EV 無しでも）CO2 排出量が 22%低減さに相当）変化すると推計している。日本の場合、食品廃れるとしている。

棄率が小さいため、必ずしも大きな低減量の推計とはなっていないが、廃棄率がより大きいとされる海外も含め

２．6． 産業：3D プリンティング

世界全体で取り組んだ場合には、より大きな低減効果が3D プリンター（アディティブ・マニュファクチャリング：あると考えられる。世界全体の試算では、各種想定したAM）が進展してきている。金型を作っての成形や切削

食品ロス・廃棄低減策によって、世界で 11 億 tCO2による造形などに比べ、複雑な形状を作成でき、同じ強eq/yr 程度の排出削減が見込まれる

16)。ただし、食料シ度でも軽い製品を作成できる場合が多くあり、マテリア

ステムの地域多様性は非常に高く、食品ロス・廃棄の低ル効率の向上にもつながり得る。また、大量生産ではな

減効果等推計の不確実性があるため、引き続き精査・研く、それぞれのニーズに合わせた製品製造が可能で、大究が必要と考えている。

量生産、大量廃棄を避けることができる可能性もある。

２．5． 移動：カーシェアリング・ライドシェアリング

2．7． 行動変容

デジタル化の進展は、モビリティに大きな影響を及ぼ技術だけではなく、個々人の行動変容とそれに伴う社す可能性がある。Connected; Autonomous; Ser-

会変化も重要である。一方、行動変容だけに期待しても、

vice & Shared; Electric (CASE)と呼ばれる変化

大きな効果は得られにくい。技術と社会の意識の変化がが起こっている。自家用車の稼働率は 4～5%程度と推相乗効果を持つことが、大きな社会変化につながるはず

計され、多くの時間は、自家用車は活用されていない。

である。エシカル消費のような動きが、企業の行動変化

それは、高い費用を払っても、いつでもすぐにプライベも促し、社会全体での対応につながる。

ート空間で移動が可能という利便性の高さのためであ

例えば、若年層の運転免許証取得率が低下してきてる。しかし、完全自動運転車が実現すれば、ライドシェア

いる。それは、自家用車の購入を減らす要因にもつながリング、カーシェアリングとなっても、利便性を大きくはってくるため、企業における完全自動運転車開発の動機損なわず、また、稼働率の上昇によって、より安価な費づけにもなってくるだろう。

用で利用可能となり得る。そのため、一部の趣向的な車などは除いて、ライドシェアリング、カーシェアリングが急激に進む可能性がある。そして、ライドシェアリングは

2．8． リバウンド効果
一方でリバウンド効果としてのエネルギー需要増大の直接的に自動車のエネルギー消費を低減し、カーシェア

可能性もある。

リングは自動車の台数を減らし、鉄やプラスチックなど

文献 19)によれば、世界のデータセンターの電力消費の素材の利用を低減するとともに、その製造において必量は 2010 年に 194 TWh であり、2018 年には 205

7

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特集

TWh（世界全体の電力消費量の約 1%）に増加したと推に関する、最新のデータやコンセプト、方法論、政策計されている。同時期の計算インスタンスは+550%に分析の共有を行う。それらを通して研究と政策分析なったのに対し、電力消費量は+6%に留まっているとの議論を深め、相互充実化を促進する。

される。エネルギー効率向上の主な要因は、サーバー効

2) 方法論やモデルの国際比較を通して、環境や気候政率化、仮想サーバー化、ストレージドライブ効率化・高密策分析に関する最先端の需要モデルを進展させる。

度化、データセンターインフラの効率化、サーバータイプ

また、学問分野横断的、エネルギー分野横断的、環境の変化である。一方で、ムーアの法則の終焉の可能性もの領域横断的に、コンセプトと方法論を進展させ、まあり、今後、データセンターの電力消費量の大幅な増大た、それを広く国際的に展開する。

を推計している研究もある（文献 20)など）。

3) 構造化されたモデル実験とシミュレーションを通して、

リバウンド効果は、IoT による直接的な電力消費量のより良い政策提言を行う。特にデジタル化、シェアリ増大にとどまらない。例えば、完全自動運転車により、ングエコノミー、SDGs と気候目標との統合に相乗利便性が増せば電車やバスからの乗り換えが起こり、新効果を有する政策立案のような、新しい分野やサー

たな移動需要そのものを誘発する可能性もある。更にマ

ビス供給を扱うモデルを構築、活用し、需要サイドのクロ的な視点からは、仮に特定の分野で消費が減っても、政策の潜在的インパクトや障壁、そして他 SDGs 目

その分、別の消費に向かって、そこでエネルギー消費や標とのシナジーおよびトレードオフを含めた評価をCO2 排出が増えるというリバウンド効果も考えられる。

行う。

研究として包括的な分析が必要であるとともに、実社会としての包括的な政策も必要と考えられる。

3．2． EDITS の研究体制
2 節で紹介したような内容を包含して、研究を深堀し

3． EDITS プロジェクトの概要ていくため、以下のようなテーマを設定し、それに対応しこのような背景、問題意識の下で、RITE では、2020た作業部会を設けて研究を実施している。また、各テー

年度より経済産業省の委託事業として EDITS 事業を開マの統合も行っていく予定である。研究全体のコーディ始した。

ネーションは、国際応用システム分析研究所（IIASA）の3．1． EDITS の目的

協力を得て実施している。

2019 年６月の G20 軽井沢アクションプランにおいて、「我々は、将来のエネルギー需給のより良い理解に関【部門別モデル化・分析・検討】◼ 産業部門する定量分析の重要性、並びに、デジタル化、人工知能[主な課題] 産業部門モデル間の比較（理論、地理的（ＡＩ）、インターネットオブシングス（ＩｏＴ）及びシェアリン/時間的/生物物理学的カバレッジ、データの利用可

グエコノミーによって牽引される需給両面のイノベーシ

能性、手法等における相違の把握）、マテリアル効率

ョンの役割を認識する。我々は、世界の科学コミュニティ

性の効果等

及び国際機関・枠組によってなされる、エネルギー・気候◼ 建築（民生）部門

モデルのための経済全般にわたる全範囲シナリオのさ[主な課題] 建築部門モデル間の比較（地域差、異質らなる洗練及び開発のための努力を支持する。」とされ性）、シェアリングエコノミーの効果及びスマートワー

た。

キングが商業建築部門に与える影響 等

EDITS 事業では、大きく以下の 3 点を目的としてい◼ 運輸部門る。

[主な課題] 運輸部門モデルの比較（活動タイプ（旅1) エネルギー需要サイドに焦点を置いた、国際的な研客/貨物）、ロケーション（都市型/非都市型）、車両サ

究コミュニティの構築を行う。エネルギー需要サイド

イズ、モードの相違 等）

8

RITE Today 2022

特集

【データ収集・整理】[主な課題] 需要側のミクロデータ収集及び共有【部門別モデル化・分析・検討】◼ 定性的シナリオ検討・策定のである。幅広いデジタル化の進展は、若い世代の意識変化も伴って、正に「環境と経済の好循環」を生み出す可能性を有している。また、気候変動対策のみならず、
様々な SDGs の解決にも資する可能性がある。

[主な課題] 1.5℃目標及び SDGs 目標に沿った低

表 1 EDITS 参加研究機関

エネルギー・マテリアル需要に関する定性的シナリオ
参加研究機関実施内容

International Institute for Applied
Systems Analysis(IIASA)RITE とともに、プロジェクト全体のコーディ
ネーション、国際モデル比較の共有シナリオの策定、関連情報の収集 等

OECD/ITF

輸送部門関連情報の収集、分析

Stanford University

国際モデル比較の共有シナリオの策定支援

東京大学 未来ビジョン研
究センター

国際モデル比較の共有シナリオの策定、参加関係機関・研究者との調整

Lawrence Berkeley
National Labs
(LBNL)

エネルギー需要技術等の各種データ収集・提供Utrecht University

エネルギー需要技術等の各種データ収集・提供Euro-Mediterranean
Center on Climate
Change (CMCC)

デジタル化技術のエネルギーへの影響評価、関連情報の収集、国際モデルによる分析試算

清華大学

中国のモデル改良および分析、関連のエネル
ギー需要技術等の各種データ収集・提供

UFRJ/COPPETEC

ブラジル及び南米のモデル改良および分析、関連のエネルギー需要技術等の各種データ収集・提供

Asian Institute ofTechnology (AIT)

インド、南アジア、東南アジアのモデル改良および分析、関連のエネルギー需要技術等の各
種データ収集・提供

大阪大学

日本の民生部門モデル分析

University of Wisconsin

アメリカ関連データ収集、分析支援、デジタル化技術の影響評価

輸、データ、定性的シナリオの作業部会）

University of California、 Santa Barbara (UCSB)

アメリカ関連データ収集、分析支援

エネルギー需要側は様々な部門にまたがっており、まThe Korean Societyof Climate Change
Research

韓国関連のモデル改良および分析、関連のエネルギー需要技術等の各種データ収集・提供た国によっても多様である。そのため、上記のテーマをCentral European
University

欧州の民生部門モデル分析

University of Natural Resources andLife Sciences, Vienna (BOKU)

産業セクターモデル分析

University of Freiburg

産業セクター等のモデル分析

ISCTE - University
Institute of Lisbon

テクノロジー、産業、政策など分野横断的分析

Mercator ResearchInstitute on Global
Commons and Climate Change (MCC)

ドイツのモデル改良および分析、関連のエネ
ルギー需要技術等の各種データ収集・提供

University of East
Anglia (UEA)

欧州等でのライフスタイルの変化に伴う分析

University of Groningen

環境行動と状況的要因がエネルギー技術と受容性に与える影響分析

構築◼ モデル分析比較のプロトコル策定[主な課題] モデル間の比較分析の実施（各モデルの特徴を活かしたモデル分析比較）◼ 部門の統合分析[主な課題] 定性的シナリオに沿った評価フレームワークの開発（厚生及び実行可能性評価） 等
部門横断的なテーマとしては、特に、デジタル化、衡平性、ライフスタイル・行動変容、ビジネスモデル、理論構築に焦点を当てている。

図 4 EDITS ロゴマーク（下段は、左から産業、建築、運遂行するにあたって、表 1 に示すように多くの国・地域から多くの専門分野の研究者の参画を得て、EDITS 事
業を推進しているところである。また、表 1 に記載以外
でも、幅広い参加、協力を得ているところである。

4． おわりに
CN 実現への道のりは険しい。様々な方策を総動員する必要がある。デジタル化に誘因された、エネルギー需
要側の様々な対策は、普及の障壁となっている「隠れた費用」を小さくできるようになることで誘発され得るも9

RITE Today 2022

特集

EDITS 事業では、次期 IPCC 報告書への貢献や、各国政府や企業などのエネルギー需要側対策の推進につながる研究成果を提供していく。EDITS で主たる対象と考えているエネルギー需要側対策は、直接的にエネル

12) 木谷佳楠 他、エネルギーシステム・経済・環境コンファ
レンス (2022)
13) IPCC, Special Report on Climate Change
and Land (2019)

ギーや CO2 を削減するよりも、デジタル化技術等の進

14) FAO, Global food losses and food wast-

展を通して、製品やサービスを変化、最適化することで

age: extent, causes and prevention

間接的にエネルギー、CO2 を削減するものである。よっ(2011)て、政府や社会も直接的な理解はしにくく、対応が遅れ

15) 林礼美 他、エネルギー・資源 (2020)

る可能性もある。そのため、本事業では、複雑なシステム

16) 林礼美 他、エネルギーシステム・経済・環境コンファレをよく理解できる形にし、また定量的に見える形にして、政府、企業、社会に発信していきたい。

ンス (2022)
17) K. Akimoto et al., Technological Forecasting and Social Change (2022)

参考文献
1)

IPCC, Special Report on 1.5 C (2018)

2)

A. Grübler et al. Nature Energy 3(6)(2018)

3)

秋元圭吾 他、エネルギーシステム・経済・環境コンファ
レンス (2021)

4)18) OECD/ITF, Shared Mobility Simulations
for Dublin (2018)19) Masanet et al., Science 367(6481)(2020)
20) M. Koot & F. Wijnhoven, Applied Energy(2021)

J. Millward-Hopkins et al., Global Environmental Change (2020)

5)

C. Wilson et al., Science 368(6486)(2020)

6)

F. Creutzig et al., Nature Climate Change
8(4) (2018)7)

Global Energy Assessment (2012)https://iiasa.ac.at/web/home/research/Flagship-Projects/Global-EnergyAssessment/Home-GEA.en.html

8)

A. Grübler et al. (2021)
https://iiasa.ac.at/web/home/research/researchPrograms/TransitionstoNewTechnologies/LED_Greenpeace_Gruebler.pdf

9)

FAO, FAOSTAT database (2021)

10) K. Niinimäki et al., Nature Reviews Earth& Environment 1 (2020)11) G. Peters et al., International carbon
flows: Clothing、Carbon Trust (2011)

10

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 企画調査グループ

企画調査グループ
グループメンバー（2021 年 12 月末）
グループリーダー・主席研究員
サブリーダー・主席研究員
サブリーダー
主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
研究管理チームリーダー

柳生 勇
野村 眞
川口 圭史
東井 隆行
出口 哲也
青木 好範
鈴木 公仁
清水 淳一
箕浦 靖明

調査役
調査役
主幹・研究員
主任
研究員
研究員

望月 則孝
倉中 聡
木原 大輔
眞継 由佳
小林 由美
安本 夏子
辰巳 奈美
久保 道代
永田 瑞生

カーボンニュートラルの実現に向けた取り組み
企画調査グループは、１)国内外の政策や技術動向をの確保やエネルギーコストの低減に向けた取組を示すた

把握しつつ、RITE が持つ研究ポテンシャルを活かした

め、2021 年 10 月、第 6 次エネルギー基本計画 4)が閣

新規技術開発課題の探索と提案・実施、2)IPCC（気候議決定されている（図１）。

変動に関する政府間パネル）に関する政府支援や ISO

2021 年 12 月より、2050 年カーボンニュートラル

（国際標準機関）等国際機関との連携、3)RITE 技術のや 2030 年 46％削減の実現を目指す中で、将来にわ普及啓発や将来世代の人材育成、4)産業連携による技

たって安定的で安価なエネルギー供給を確保し、更なる術の実用化といった役割を持ち、研究グループ及びセン

経済成長につなげるため、「点」ではなく、「線」で実現可

ターとともに、地球環境と経済の両立を目指した政策支能なパスを描くために、「クリーンエネルギー戦略」 5) の援や技術開発、イノベーション創出について積極的に取検討が開始されており、2022 年 6 月頃の取りまとめ

1）

組を進めている 。

が予定されている。

2021 年は、第 6 次エネルギー基本計画が閣議決定

クリーンエネルギー戦略では、脱炭素を見据え、将来されるなど、2050 年カーボンニュートラルの実現に向にわたって安定的で安価なエネルギー供給を確保する

けたエネルギー政策の道筋が示されたことから、先ずは、ことや、供給サイドに加えて産業など需要サイドの各分

それについて概観する。

野でのエネルギー転換の方策について検討することになっている。

1. 第 6 次エネルギー基本計画の策定
2020 年 10 月、第 203 回臨時国会において、菅総理（当時）が「2050 年カーボンニュートラル、脱炭素社
会の実現を目指す」ことを宣言 2）し、2021 年 4 月、地球温暖化対策計画が改定され、2030 年度において、2013 年度から４６％削減、更に５０％の高みを目指して挑戦を続ける新たな削減目標 3)が表明されている。その実現に向けたエネルギー政策の道筋、また、気候変動対策を進めながら、日本のエネルギー需給構造が抱える課題の克服に向け、安全性の確保を大前提に安定供給

11

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 企画調査グループ

図 1 第 6 次エネルギー基本計画 - 2030 年度におけるエネルギー需給の見通しのポイント１

2. 調査研究活動が条件となることが認識され、各国が CCS の重要性を

昨年度、経済産業省委託調査事業「令和２年度地球温再認識したためである。その結果、2021 年は、これま

暖化・資源循環対策等に資する調査委託費（我が国におでピークであった 2011 年と同等の水準まで増加した。

ける CCS 事業化に向けた制度設計や事業環境整備に関する調査事業）」 ６) を受託して実施したことから、その結果概要について取りまとめる。

2.１．世界の商用 CCS プロジェクトの推移
図 2 は、GCCSI（Global CCS Institute）７）にある
世界の商用 CCS プロジェクトの設備容量（CO2 回収可能量）の推移を示したものである。2010 年から 2011
年は増加傾向にあったが、その後は年々減少し、2017
年には、2011 年の半分以下まで低下した。CCS は、比図 2．世界の商用 CCS プロジェクトの推移

較的投資規模が大きく、リードタイムが長い事業であり、（出典：GCCSI，The Global Status of CCS 2021）7）

最終投資決定までに様々な理由により、延期または中止となったためである。2018 年以降は、再び増加に転じ

2．2．CCS 導入障壁ているが、これは 2016 年に発効したパリ協定の影響とCCS 導入のための事業環境整備の枠組みを検討す推察される。将来的な削減目標が明確になったことに加るため、これまで海外で中止となった 32 件の CCS プ

え、その目標達成のためには、人為的排出の大幅な削減

ロジェクトについて調査し、中止理由（導入障壁）を整理

12

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 企画調査グループ

した。32 件の主な中止理由から、CCS の導入障壁とし技術としての認知が低いままであれば、CCS への公ては、①政策・法制度の問題（16%）、②経済性の問題

的支援（補助金等）あるいは社会実装そのものに否定（61%）、③社会受容性・貯留地点の問題（16%）に大別的になる可能性がある。そのため、社会受容性の向上

できることがわかった。

に関する枠組みが必要
b)貯留可能量等の貯留性能に係る不確実性は、CCS
導入実施判断の前提となる。貯留適地の探査・評価等に関する枠組みが必要

CCS はリードタイムが長い事業である。温暖化対策技
術として活用するためには、それぞれの枠組みについて、早期に検討し、構築していく必要がある。

図 3 CCS の導入障壁（出典：経済産業省委託調査事業調査報告書）6)

2．３．CCS 導入のための事業環境整備の枠組み
CCS 導入障壁としては、先述のとおり①政策・法制度の問題、②経済性の問題、③社会受容性・貯留地点の問題に大別される。これらの不確実性に伴う事業リスクを下げることが重要である。そのため CCS 導入のための事業環境整備としては、①CCS の意義・許認可、②CCS
事業の見通し、③CCS 事業の前提、それぞれの枠組みが示された。
①CCS の意義・許認可（政策・法制度の問題への対応）：
a)政策における明確な位置づけ、CCS 導入時期・C
CS コスト目標の目安等を示すロードマップの検討が必要b)CCS のライフサイクルに対応した包括的な法制度（探査、圧入、廃坑後管理、責任移管等）が必要②CCS 事業の見通し（経済性の問題への対応）：
a)CCS に伴う追加コストを考慮しても収益が得られる
収益構造（ビジネスモデル）、資金調達の枠組みが必要b)CCS の実施体制の検討および CCS 事業における事業者の責任範囲の明確化が必要③CCS 事業の前提（社会受容性・貯留地点の問題への対応）：
a)国民が CCS に対し、温暖化対策のための合理的な

13

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 企画調査グループ

３. イノベーション創出のための国際連携
３.１． IPCC（気候変動に関する政府間パネル）

３.２． ISO（国際標準機関）
ISO は、１６７のメンバー国で構成される組織であり、IPCC は、人為起源による気候変化、影響、適応及び国家間に共通な標準規格を提供し、世界貿易を促進して緩和方策に関し、科学的、技術的、社会経済学的な見地いる。ISO の標準を使用することで、安全・信頼性が高から包括的な評価を行うことを目的として、1988 年にく、質の高い製品・サービスの提供が可能である。

国連環境計画（UNEP）と世界気象機関（WMO）により二酸化炭素回収・貯留（CCS）は、CO2 の大気中への設立された。ここでは、地球温暖化に関する科学的知見

排出量削減効果が大きいこと等から、地球温暖化対策

を収集・評価し、温暖化予測（第 1 作業部会）、影響と適の重要な選択肢の一つであり、すでに諸外国では、多く

応（第 2 作業部会）、緩和策（第 3 作業部会）からなる報の実証試験、商業規模での CCS 事業も実施され、国際告書の作成を行っている。

連携が進められるとともに、標準に関する枠組みが求め

IPCC では世界の科学者による論文や観測データ等られている。CCS の国際標準化によって、安全と環境面に基づき、各国から推薦で選ばれた専門家が報告書ので、国際的に合意された知見に沿っていることが保証さ取りまとめを行っており、科学的分析に加え、社会経済れるため、安全で適切な CCS の普及に貢献することがへの影響、気候変動を抑制する対策など多角的な評価・可能である。

検討が行われている。また、この成果は、各国の政策にRITE は、ISO/TC265（CO2 の回収、輸送、貯留）のも科学的根拠を与えるため、ここからの報告書は国際交

国内審議団体であるとともに WG1（回収）の事務局を渉にも高い影響力を持つと考えられている。

担当しており、CCS 分野における設計、建設、操業、環RITE では、緩和策（第 3 作業部会）の国内支援事務

境計画とマネジメント、リスクマネジメント、定量化、モニ局を担い、研究開発・調査と政策を結びつける役割を担タリングと検証の国際標準化に関し積極的に活動していっている（図 4）。IPCC は、2021 年 8 月に第 6 次評る（図 5）。

価報告書 第 1 作業部会報告書を公表し、引き続き、

202２年 1 月時点で、ISO/TC265 から CCS 分野

2022 年 2 月に第 2 作業部会報告書、4 月に第 3 作に係る規格類は 12 件発行されている。今後 CO2 船舶業部会報告書、9 月に統合報告書の完成を目指して執輸送に関する WG も設置され、規格の開発を開始する

筆やレビューに取り組んでいる。RITE はここでも、情報予定である。その他の分野の新規提案も提出される中、収集・分析・報告・助言等を通じて支援を行っている。

既発行の規格の定期見直し改訂も始まり、現在開発中の文書を合わせて７件の開発が予定されている。

図 4 IPCC 国内連絡会と RITE

図 5 ISO/TC265 の各ワーキングと国内支援体制と
RITE

14

研究活動概説 ● 企画調査グループ

RITE Today 2022

４. 人材育成と知財戦略、産学連携の推進

有効に利用した再生可能資源による循環型および低炭

４.１. 人材育成

素社会実現を目指した研究と教育を進めている。また、＜小中高校生＞地球温暖化問題に関する次世代への教

物質創成科学領域との連携研究室も設置し、CO2 分離育が重要であり、RITE では、i）小中高生を対象に研究

回収技術の研究と教育を進めている。

所施設を用いた校外学習の受け入れ、ii）職員等が教材・機材とともに学校を訪問する出前授業要請への対応を進めている。授業では RITE が取り組む研究の中からCCS 技術を取り上げ、地球温暖化メカニズムを知識として説明し、主要温暖化ガスである CO2 を地中に貯留しても粘土層（遮蔽層）によって漏洩の可能性が低いこと、さらに考察と意見交換を通じて理解を深めるといった学習サイクルに基づく活動を実施している（図 6）。
ただ 2021 年も 2020 年同様、新型コロナウィルスの影響で 54 人に留まった（2020 年は 37 人・2019
年 397 人）が、今後状況が改善され次第、授業やワークショップを再開することにしたい。

図 7 RITE における人材育成（大学・大学院生）

４.２． 知財と産学連携
RITE は、研究開発等で得られた研究成果について、特許、ノウハウ等の知的財産権を戦略的かつ効率的に取得・管理し、さらに積極的な活用を行うことにより、地球環境の保全に資する産業技術の進歩向上を図ることとしている。
このような知財化は、企業等との連携機会を産み、共同研究および共同出願により、さらなる知財を生み出すという好循環を期待することができる。RITE では、こういった知財の持つ多様な機能に着目し、市場や他の研究
図 6 RITE における人材育成（小中高生）

開発動向なども踏まえつつ、戦略的に知財化を推進している。

＜大学・大学院生＞次代の研究や技術を支える人材育

戦略的知財化推進の一環として、RITE 幹部を委員と成の一環として大学・大学院との教育連携を進め、し、広報・産業連携チームを事務局とした「特許等審議委

RITE 研究者の教授等への兼務を行うとともに、大学院員会」を設置し、研究グループからの申請により、発明の生を中心とした若手人材の研究現場への受け入れを行認定、国内および外国への特許出願、および審査請求、い、大学における教育と研究所における研究指導を展

特許権維持等といった知財の取得・管理、ならびにライ開している（図 7）。例えば、奈良先端科学技術大学院大

センス契約の承認等といった知財の活用を、主な議事内

学バイオサイエンス領域の大学連携研究室を RITE に設容として運営を行っている。

置し、単なる技術開発だけでなく、グローバルな生産・消2021 年末時点で、RITE が単独または共同で出願人費システムの理解の上に、植物を原料とし、バイオマスをとなっているものの内、出願・審査中の特許は、国内出15

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 企画調査グループ

願が 24 件、外国出願が 21 件であり、権利化された特進展していけば、RITE の使命である「地球環境と経済

許は、国内権利 98 件（うち企業にライセンス中 11 件）、の両立」の達成に貢献していくことができると考えてい外国権利 53 件（同、13 件）である。

る。

なお、企業にライセンスした事例としては、2021 年
12 月に東証マザーズ市場に上場された GEI 株式会社

参考文献

（バイオ研究グループ 5.3 参照）から、アミノ酸に関する

1） RITE,“RITE の役割：地球環境と経済の両立を目指し

ライセンス料を頂いている。

て” (http://www.rite.or.jp/about/)
2） 第二百三回国会における菅内閣総理大臣所信表明演説(https://www.kantei.go.jp/jp/99_suga/stat

RITE
社会貢献

研究成果
共同研究等

3） 地球温暖化対策計画（令和３年 10 月 22 日閣議決定）

特許等審議委員会
産業界
委
員

広報・産業
連携チーム

技術移転

ement/2020/1026shoshinhyomei.html)

研
究
グ
ル
ー
プ

研究グループ
研究者
知財担当者
知財提案

知財の取得管理・活用(https://www.env.go.jp/earth/ondanka/kei
kaku/211022.html)
4） 第 6 次エネルギー基本計画（ https://www.enecho.meti.go.jp/category/others/basic_plan/pdf/20211022_01.pdf）

図 8 知財戦略と産学連携の推進

5） クリーンエネルギー戦略(https://www.meti.go.jp/shingikai/sankos

５. おわりに2021 年は、東日本大震災及び東京電力福島第一原
子力発電所事故からちょうど 10 年目の節目である。
その中で、気候変動問題への対応と日本のエネルギー

hin/sangyo_gijutsu/green_transformation/
pdf/001_02_00.pdf)
6） 令和２年度地球温暖化・資源循環対策等に資する調査委託費（我が国における CCS 事業化に向けた制度設

需給構造の抱える課題の克服という二つの視点を踏ま計や事業環境整備に関する調査事業）調査報告書

えて、2021 年 10 月、第 6 次エネルギー基本計画が策(https://www.meti.go.jp/meti_lib/report/20

定されている。

20FY/000266.pdf)

2050 年のカーボンニュートラルに向けては、現時点

7） GCCSI，The Global Status of CCS 2021

では社会実装されていない脱炭素技術について、これ(https://www.japanccs.com/wp/wp-conteを開発・普及させていくことが求められており、RITE がnt/uploads/2021/10/0-4-GCCSI_Jarad-Da

長年技術開発を実施してきた CO2 の分離回収・貯留技

niels.pdf)

術の期待が益々大きくなっていると感じている。しかし、2050 年カーボンニュートラルを実現するのは、並大抵の努力では不可能であり、RITE としても、社会実装を見据えて積極的に推進していくことが求められている。
企画調査グループとして、国内外の政策や技術動向の情報収集に積極的に努めていくとともに、研究グループ
及びセンターとともに、2050 年に社会実装を目指し、技術開発を積極的に推進していく。そして、社会実装が

16

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

システム研究グループ
グループメンバー（2021 年 12 月末）
グループリーダー・主席研究員
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員

秋元 圭吾
山田 航也
和田 謙一
長島 美由紀
本間 隆嗣
佐野 史典
山川 浩延
林
礼美
伏見 温子
副島
勉
望月 則孝 (企画調査ｸﾞﾙｰﾌﾟ兼務)

主任研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

Joni Jupesta
中野 優子
大西 尚子
桝田 仁次
安藤 輝尚
松岡 祐子
山本 清美
斎藤 美三子
北村 喜代美工藤 幸子

システム研究グループの研究活動報告
システム研究グループは、システム的な思考、システム

１.1. CN の概要的な分析を通して、地球温暖化やエネルギー対応に関す

CN 実現について、一次エネルギー供給の視点で記載る有用なる情報提供を国内外に行っている。本稿では、したのが図 1 である。CN はエネルギーの脱炭素化が不1) カーボンニュートラルに向けた対応戦略の分析（第 1可欠であるが、後述のように脱炭素化に貢献し得る各エ節）と、2) 2030 年の排出削減目標の排出削減費用、ネルギーには、技術的、社会的、経済的な制約がある。そ

排出削減努力、国際競争力への影響等の分析（第 2 節おのため、全体コストの最小化の視点も踏まえると、省エ

よび第 3 節）についての研究成果を紹介する。

ネルギーは CN 実現においても重要である。個別の技術の省エネルギーを超えて、シェアリング経済、サーキュラ

１. 2050 年カーボンニュートラルのシナリオ分析
2020 年 10 月に菅首相（当時）は、2050 年までに
カーボンニュートラル（以下 CN と記す）を目指すと宣言

ー経済の実現をもたらすような、デジタルトランスフォー
メーション（DX）による社会変化が重要になってくると考えられる。

した。これは 1.5℃未満の気温上昇に抑制するシナリオ

その上で、一次エネルギーとしては、原則、再生可能エと整合性があるとされる目標である。2021 年 10 月にネルギー（再エネ）、原子力、CO2 回収貯留（CCS）付き

は、エネルギー基本計画、地球温暖化対策計画、パリ協の化石燃料のみで構成することが必要となる。また、こ定に基づく成長戦略としての長期戦略を改定し閣議決

れら国内のゼロ排出エネルギー源にコストや量の制約も定された。

あるため、経済合理性の点から、海外の再エネや CCS

RITE は、エネルギー基本計画の議論を行った総合資

化石燃料を水素に転換した上で活用することも考えら

源エネルギー調査会基本政策分科会の要請を受けて、れる（前者はグリーン水素、後者はブルー水素とも呼ば

RITE が開発してきた世界エネルギー・温暖化対策評価れる）。更に、利便性を高めるために、水素に窒素や炭素

モ デ ル DNE21+ モ デ ル （ 文 献 1 ） な ど ） を 用 い て 、を付加して、アンモニアや合成燃料（合成メタンや合成液

2050 年 CN について複数のシナリオを想定した分析体燃料）にして利用することも重要性が高いと考えられを行い、2021 年 5 月に基本政策分科会に提示した 2)。

る。

本節では、そのシナリオ分析を中心に紹介を行う。

いずれにしても、各種技術の将来見通しや社会的な制約等について不確実性が大きい。複数のシナリオによる

17

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

分析が必要である。その上で、重要なことは、前提条件

オを追加（表中の「海外クレジット活用ケース」と「合成燃の下で、全体システムとしてコストを含めた整合的な分料活用ケース」）したシナリオを紹介する。

析であり、そのため、数理モデルを用いた定量的かつ整合的な分析が必要となる。

表１ モデル分析の想定シナリオ
各種技術の想定（コスト・性能）

2050年GHG
排出削減【国内の一次エネルギー供給】【海外資源の利用】
原子力

海外クレジット活用ケース（世界費
用最小化＝世界限界削減費用均等）

省エネ、物質・サービスに体化されたエネルギーの低減（Society 5.0含む）

参考値のケース

原子力

再エネ
脱炭素
エネルギー

再エネ拡大のための系統対策（含む蓄電池）
余剰再エネの
水素利用

海外再エネ（グリーン水素）の利用（水素、アンモニア、
合成燃料 (CCU)の輸入）
モニア等含む）の輸入）

化石＋CCS
残余の
化石燃料

CCS付き化石燃料
CCS無し
化石燃料

①
再エネ100%②
再エネイノベそれぞれの技術課
題が克服され、より利用が拡大すると
想定したシナリオ

海外CO2貯留層の利用（燃焼前CO2回収）（ブルー水素（アン国内CO2貯留

BECCS, DACCS
植林, 鉱物化（

CCU）

海外CO2貯留層の利用（燃焼後）【海外資源の利用】

負の排出削減技術（NETs）（日本以外については、欧米はそれぞれ▲100%、それ以外は、CO2について全体で▲100%を想定（GHGは2065年
頃▲100%）：1.5℃
シナリオ）（注：ただし、再エネ比率が高いシナリオでは、疑似慣性力が実現し、普及していることが暗黙の前提となる）

再エネのコスト低減
加速

③
原子力活用

原子力の導入拡大④
水素イノベ

水素のコスト低減
加速

⑤
CCS活用

CO2貯留可能量拡大
再エネコスト低減加速+CO2海外輸送無⑥
合成燃料活用

図１ 一次エネルギー供給で見た CN のイメージ

モデルの標準想定

1.5℃シナリオ、
国内▲100%

参考値のケースのモデル想定下で再エネ比率が変化した場合のコスト等
を推計

国内再エネ

1.5℃シナリオ、
国内削減率はモデルで内生的に
決定⑦
需要変容

カー・ライドシェア拡大

１.2. モデルの概要
世界エネルギーシステム・温暖化対策評価モデル
DNE21+による世界全体のカーボンニュートラルの対策の分析例について示す。DNE21+は、500 程度の技術を具体的に考慮しており、世界を 54 地域に分割し、

表 2 想定シナリオにおける各種技術の想定
シナリオ名
参考値のケース*1

デルである。エネルギー供給（発電部門、水素系エネルギ④水素イノベ)

完全自動運転
(
)

0%
低位コスト

10%
20%

標準想定
（完全自動運転車
実現・普及想定せず）
国内：
273MtCO2/yr、
海外：
282MtCO2/yr⑤CCS活用
10%⑥合成燃料活用

国内貯留：
91MtCO2/yr、
海外への輸送：235MtCO2/yr

水電解等の水素
製造、水素液化
設備費：半減標準コスト

低位コスト*3⑦需要変容

なお、日本については、変動性再生可能エネルギー（VRE）の系統統合費用について、DNE21+で想定の

CCUS
(貯留

10%

ルギー需要部門のうち、鉄鋼、セメント、紙パ、化学、アルてボトムアップ的にモデル化している。

水素コスト

標準コスト
②再エネイノベ③原子力活用*2

ミ、運輸、民生の一部については、個別技術を積み上げ

原子力
比率

標準コスト
①再エネ100%

2100 年までの期間について動学的な最適化を行うモー等）、CO2 回収・利用・貯留（CCUS）技術、並びにエネ

再エネコスト

標準コスト

国内貯留：
91MtCO2/yr、
海外への輸送：
0MtCO2/yr
国内91Mt、
海外235Mt

2030年以降完全自動運転実現・普及し、・拡大、自動車台数低減により素材生産量低下*1：DAC無しでは、2050年CNの実行可能解が無く、全てのシナリオでDACが利用可能と想定*2：原子力活用シナリオは別途、比率50%まで分析を実施*3: 国内は②再エネイノベと同じコスト・ポテンシャル想定。海外は更に安価な再エネコスト・ポテンシャルを想定

簡略な統合費用想定から、東京大学と日本エネルギー経済研究所による日本国内を 5 地域に分割し、時間解像

１.4. シナリオ分析結果

度も 1 時間ステップでモデル化された電源構成モデル

図 2 に日本の部門別 GHG 排出量を示す。1.5℃シナの結果を援用し、DNE21+に統合して分析を行った。

リオを世界全体で費用最小となる対策（海外クレジット
活用ケース）においては、日本は 2013 年比▲63%程

１.3. 想定シナリオ度と計算された。世界においては、日本よりも相対的に

表 1 および 2 に、本稿で示す 2050 年 CN に関する

安価に負の排出を実現できる CO2 除去技術（CDR）（もモデル分析の想定シナリオを示す。更に CN 達成の機会

しくは負の排出技術：NETs）の機会が多く存在しているの幅を広げて理解をするために、文献 1)から 2 シナリためである。CCS 付きバイオエネルギー（BECCS）や大18

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

気中 CO2 直接回収貯留（DACCS）など、バイオマス資

とんどのシナリオで現状よりも増加が見られる。電化を源や DAC のためのエネルギーとしての VRE と CO2 地

促進し、電力の脱炭素化を図ることが必要である。ただ中貯留ポテンシャルが大きい地域・国で CDR を実施す

し、再エネ 100%のシナリオだけは、系統対策の統合費る方が費用対効果が高い。

用の急上昇に伴う、電力コストの大幅な上昇により、電それを理解した上で、しかし、国内での CN 達成手段を考える必要がある。その場合でも、DACCS は重要な化の促進を避けるような結果が見られる。バランスのとれた電源構成が求められる。

手段と見られる。ただし、国内もしくは海外への移送を450

含め、回収した CO2 を十分に貯留できる量が確保できガス(非エネルギー利用)
石油(非エネルギー利用)400

水素・アンモニア輸入
バイオ燃料輸入ない場合、DACCS の寄与度は減り、かわりに合成燃料（合成メタン、合成液体燃料）の役割が一層大きくなる。
ただし、いずれのシナリオにおいても、DACCS を想定

一次エネルギー供給量 [Mtoe/yr]

350

太陽熱
太陽光

300

風力
原子力

250

水力・地熱
バイオマス CCS有

200

バイオマス CCS無
合成メタン

150

ガス CCS有ガス CCS無100

合成石油
石油 CCS無50

しない場合、国内での CN 達成の実行可能解は本分析

石炭 CCS有石炭 CCS無

2015

⑦需要変容

⑥合成燃料活用⑤CCS活用④水素イノベ

③原子力活用

②再エネイノベ①再エネ100%の想定下では存在しなかった。

参考値のケース

海外クレジット活用ケース

0

・「海外
活用
」は
海外
で
・それ以外のケースでは
NETsで

2050

注１）一次エネルギー換算はIEA統計に準じている。バイオマス以外の再エネ：1 TWh=0.086 Mtoe、原子力：1TWh=0.086÷0.33 Mtoe
注２） CCSなしの化石燃料は、負排出技術でオフセットされており、カーボンニュートラル化石燃料となっている。

1400
DACCS
CO2以外のGHG

1200

プロセス起源CO2

GHG排出量 [MtCO2eq/yr]

1000

図 3 日本の一次エネルギー供給量（2050 年）

土地利用起源CO2
その他エネ転部門

800
発電部門

2013年比
▲63%

600

民生部門
その他国内運輸部門

400

1600

国内航空部門太陽光(系統接続無)風力(系統接続無)道路交通部門200

水素・アンモニア混焼

1400

その他産業部門

水素・アンモニア専焼

化学部門

0

太陽熱

1200

紙パルプ部門
セメント部門

2015

⑦需要変容

⑥合成燃料活用⑤CCS活用④水素イノベ

③原子力活用

②再エネイノベ①再エネ100%

海外クレジット活用ケース

参考値のケース

鉄鋼部門

-400

・「海外
活用
」は
海外
で
・それ以外のケースでは
NETsで

太陽光
風力(洋上)

発電電力量 [TWh/yr]-200

風力(陸上)

1000

原子力
水力・地熱
バイオマス混焼 CO2回収有800

バイオマス専焼 CO2回収有バイオマス混焼 CO2回収無600

バイオマス専焼 CO2回収無ガス火力 CO2回収有
ガスCGS

400

2050

ガス火力 CO2回収無石油火力 CO2回収有200

図２ 日本の部門別 GHG 排出量（2050 年）

石油火力 CO2回収無石炭火力 CO2回収有石炭火力 CO2回収無図 3、4、5 には、それぞれ、日本の一次エネルギー供
2015

⑦需要変容

⑥合成燃料活用⑤CCS活用④水素イノベ

③原子力活用

②再エネイノベ①再エネ100%

海外クレジット活用ケース

参考値のケース

02050

給量、発電電力量、最終エネルギー消費量を示す。

図 4 日本の発電電力量（2050 年）

図 3 から、まず、省エネはいずれのシナリオにおいても重要である。現状よりも 25%程度の一次エネルギー350
気体燃料：天然ガス(非エネルギー利用)
液体燃料：石油系燃料(非エネルギー利用)

300

供給量の低下が見られる。その上で、再エネ、CCS、原電力

子力いずれも重要である。ただし、CCS、原子力は利用に上限制約を想定しており、いずれのシナリオでもほぼ最終エネルギー消費 [Mtoe/yr]

250

気体燃料：水素
気体燃料：合成メタン200
気体燃料：天然ガス
150

液体燃料：バイオ燃料
液体燃料：合成燃料100
液体燃料：石油系燃料

想定の上限一杯活用する結果となっている。再エネは将固体燃料：バイオマス50

固体燃料：石炭とともに単価の上昇も見込まれ、コストの幅が大きい。
したがって、先述の DACCS オプションや、海外からの

2015

⑦需要変容

⑥合成燃料活用⑤CCS活用④水素イノベ

③原子力活用

②再エネイノベ①再エネ100%

来的なコスト低減は見込んでいるものの、導入量の上昇

参考値

海外クレジット活用ケース

0

・「海外
活用
」は
海外
で
・それ以外のケースでは
NETsで

2050

図 5 日本の最終エネルギー消費量（2050 年）

水素・アンモニア、合成燃料の輸入オプションなどの中で、費用対効果の高い導入比率がモデル内で決定され、結果として示されている。
一次エネルギー供給量とは異なり、発電電力量は、ほ最終エネルギー消費量は、電化が重要であるとともに、水素はとりわけ産業部門で、合成液体燃料は運輸部門
で、民生部門や一部産業部門では合成メタンの利用等が

19

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ見られる。ただし、DACCS で比較的大きく排出のオフ

めず、「あらゆる選択肢を追求」することが重要と考えらセットが可能なシナリオでは、天然ガスの利用は残り、それる。

れをオフセットすることも含めた対策が見られる。
排出削減費用については、1.5℃シナリオを世界全体で費用最小となる対策（海外クレジット活用ケース）では、

2. 2030 年 NDCs の排出削減努力の評価
2.1. はじめに世界共通となる CO2 限界削減費用（炭素価格）は 168

2015 年 の COP21 で 合 意 さ れ た パ リ 協 定 で$/tCO2 と推計されるが、国内で CN を達成する、例え

2020 年以降の排出削減目標について、すべての国がば参考値のケースでは、525 $/tCO2 と大きな費用が国 別 貢 献 （ NDCs ： Nationally Determined

推計された。ただし、想定した各種イノベーションシナリ

Contributions）を策定し国連に提出して、それをレビオによって、コストは低減する可能性は示されており、ューする、プレッジ・アンド・レビュー形式をとることとな

様々な技術・社会イノベーションを誘発していく必要がった。システム研究グループでは、2015 年度に、パリある。

協 定 の 前 ま で に 提 出 さ れ た 約 束 草 案 （ INDCs ：Intended Nationally Determined Contributions）

１.5. シナリオ分析からの示唆
DACCS は、CN 下ではバックストップ技術として重の排出削減目標について、各種指標を用いて分析を行っている（文献 3）、4））。

要な役割を果たし得る。国内で CN を達成する際には、2021 年 4 月の気候変動サミットに前後して、先進国内での DACCS は費用対効果の高い対策となり得る。

国を中心に、NDCs の排出削減目標を引き上げた。日

一方、世界全体での CN 達成の場合には、より安価に余本については 2030 年に 2013 年比▲26%としてい剰再エネや CO2 貯留ポテンシャルにアクセス可能な地域

た排出削減目標を 2013 年比▲46%に引き上げ、更にで DACCS を実施し、排出クレジットでオフセットするこ

50%減の高みを目指して挑戦するとした。この目標にとが経済合理的と見られる。DACCS の実施やクレジッ

対応した日本のエネルギーミックスを含む、「第 6 次エネ

トの枠組み等について不確実性は残っているため、両者

ルギー基本計画」が策定され、地球温暖化対策計画も改の可能性を見極めていくことが重要と考えられる。水素、定された（2021 年 10 月に閣議決定）。一方、中国、インアンモニア、合成燃料（合成メタン、合成液体燃料）は、

ド、ロシアなどは原則従来通りの排出削減目標であるが、DACCS と同様に比較的高価なオプションではあるが、中国は CO2 原単位目標であり、GDP 成長見通しは

やはり CN 目標下では費用対効果のある対策と見られ2015 年当時よりも低位となっており、排出削減努力る。一方、エネルギー源については海外からの CN のエがより大きく必要になっているとも想像される。

ネルギー源の輸入についても経済合理性が高いと見らそこで、COVID-19 の経済やベースライン排出量へれる。海外での CCS、再エネの活用を含めたエネルギーの影響も踏まえつつ、最新の NDCs の 2030 年排出削システム全体の構築が重要と考えられる。再エネの重要

減目標の排出削減努力の評価を様々な指標により複合性は論を俟たないが、再エネ比率が増すと、条件の悪い的に評価した。そのうち、排出削減費用等に関連する評

場所での発電となり単価の上昇要因があり、また、再エ価については、システム研究グループが開発してきた世ネの系統統合費用の増大が見込まれる。適正なレベルの

界温暖化対策評価モデル DNE21+を用いて分析を行導入を志向しつつ、様々なエネルギーの組み合わせや需った。また、NDCs とパリ協定２℃、1.5℃長期目標との要側の対策の強化により、全体対策費用を抑制していく

関係性についても DNE21+を用いて評価を行った（文ことが重要である。

献 5））。

CN を早く達成するためにも、第 6 次エネルギー基本計画に記載があるように、現段階では選択肢の幅を狭20

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

2.2. 主要国の NDCs

英国

-54.6
-49.4

スイス

表 3 は、主要国の NDCs の排出削減目標を示していニュージーランドる。日、米、EU、英国の先進国は、2015 年 INDCs かEU27+英国

-49.0
-46.0
-45.6

日本
米国

-40.8
-40.6
-40.4
-33.3

ノルウェー

ら深掘りした目標となっている。但し、基準年は国によって異なっており、排出削減率の大小による国間の比較

カナダ
南アフリカ
韓国

-23.7
-23.0
-18.4

ウクライナ
豪州

は出来ない。また、中国やインドは GDP 当たりの原単位

メキシコ

-0.4
7.0
8.6

タイ
カザフスタン

目標である他、BAU における排出量を想定して BAU
比の削減目標を提出している国もあり、現状からどの程

14.1

中国
ロシア

51.8

ベラルーシ 99.2
インド

100

度排出削減を進める目標であるのかは、基準年を揃えた上で比較することが必要である。図 6 は、一例として

62.7
80

60

40
20
0
基準年（2013年）比GHG排出量（%）

-20

-40

-60

-80

図 6 基準年（2013 年）比排出量の国際比較

日本の基準年である 2013 年比で排出量を比較したものである。ここでは、排出量の実績値と、各国が提示してこの他、一人当たり排出量、GDP 比排出量の他、世界いる排出削減目標、そして CO2 原単位で目標を提示し温暖化対策評価モデルを用いて算定した BAU 比の排ている国については、将来の GDP 成長見通しに基づい出量といった指標についても評価を行った。

て 2030 年の排出量を算定し、比較したものである。
2013 年比では、主要国の中では英国の排出量が最も2.3. 世界温暖化対策評価モデルを用いた NDCs の

小さく、次いでスイス、ニュージーランドとなっている。

評価

文献 3)で述べたように、将来の人口や経済の見通しな

図 7、図 8 は、NDCs の CO2 限界削減費用、GDP 当

どは国によって大きく異なっているため、経済発展が先たりの排出削減費用の国際比較をそれぞれ示している。

進国より進むと見込まれる発展途上国の基準年比排出ここでの評価では、日本については、第 6 次エネルギー

削減率は、相対的に小さくても排出削減努力が足りない基本計画で示された電源構成比率（再エネ：38%、水とは言えない。仮に先進国間のみの比較であったとして素・アンモニア：1%、原子力：20%、LNG：20%、石炭：も、基準年までに進めてきた排出削減努力が異なるた

19%、石油：2%）を制約として考慮した評価した場合のめ、基準年比の排出削減率は、排出削減努力の比較の指結果を示している。

標として、適切なものとは言い難いことには注意されたい。

以前の評価（文献 4））と比較すると、先進国について
は、COVID の影響もあり、将来の各種産業の生産量や輸送サービス需要等の多くの見通しは下方修正された

表 3 主要国の NDCs の排出削減目標

ものの、先に述べたように排出削減目標が引き上げられ提出済み NDCs の 2030 年目標た影響で、CO2 限界削減費用と GDP 比排出削減費用

日本

2013 年比▲46%は多くの国でより大きな費用を要すると評価された。な米国

2005 年比▲50%～▲52%

お 、 ニ ュ ー ジ ー ラ ン ド の CO2 限 界 削 減 費 用 が

EU27

1990 年比▲55%546$/tCO2 と非常に高いが、これはメタンの比率が

英国

1990 年比▲68%

ロシア

1990 年比▲30%中国

GDP 当たり CO2 排出量を2005 年比▲65%インド

GDP 当たり GHG 排出量を2005 年比▲33%～▲35%

高く、米国 EPA による評価ベースで構築している非CO2 GHG 排出削減評価モデルで想定している削減ポ
テンシャルが十分大きくないため、その分エネルギー起
源 CO2 の排出削減が大きくなっていることが一因である。ニュージーランドの 2005 年比▲50%という GHG
排出削減目標について、これを CO2 のみで評価すると、

21

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

CO2 限界削減費用は 406$/tCO2 と評価され、米国や2.4. 2030 年 NDCs とパリ協定長期目標との関係性

カナダと近い水準となる。特に、土地利用 CO2 や非図 9 は、2050 年までのベースライン（限界削減費用

CO2 GHG のコスト評価については、更に慎重な評価ががゼロのシナリオ）および 2030 年 NDCs の下での世必要である。

界全体の GHG 排出量見通しに加え、2℃（>66%）シナ

中国については、排出削減目標自体は変わりないもリオ、1.5℃（>66%）シナリオの排出経路を示している。

のの、原単位ベースでの目標であり、GDP の成長見通

NDCs の下での２０３０年の世界全体の GHG 排出量

しが下方修正されたことから排出できる量が少なくなっは 50GtCO2/yr 程度と推計され、UNEP 等の推計（文たこともあり、CO2 限界削減費用は先進国同様に、以前

献 6））と整合的な水準である。なお、UNEP のレポートの評価より高く評価された。

では、2℃や 1.5℃の排出経路と NDCs の下での排出GDP 比削減費用については、化石燃料の輸出国につ量とのギャップが強調されている。しかし、カーボンバジ

いては、輸出量が低下することによる正味のコスト増のェットを制約条件とした最適化計算によれば、DACCS

効果も含まれ、ロシア等は費用の増大が大きい傾向が見等の CDR により気温の一定程度のオーバーシュートをられている。

許容するなら、 2030 年 NDCs は 2℃や 1.5℃を達成することが不可能な水準であるという訳では必ずしもなく、むしろ費用対効果が高い可能性もある。

ニュージーランド
日本
スイス
英国
米国
カナダ
ノルウェー
EU27
韓国
タイ
豪州
マレーシア+シンガポール
南アフリカ
カザフスタン
メキシコ
中国
ロシア
ベラルーシ
ウクライナ
インド

546
500
474
470
427

80

394

RITE推計 ベースライン（限界削減費用ゼロ）

376
306

70

213
153

RITE推計 NDCs

60

83

GHG排出量 [GtCO2eq/yr]

79
71
69
66
53
21
0
0
0

0

100

200

300

400

500

600

50

2℃（>66%）、2020年以降カーボンバジェット1150
GtCO2

40

1.5℃（>66%）、2020年以降カーボンバジェット400
GtCO2

30

Emissions Gap Report
2021: NDCs (条件付き排出削減目標)

20

CO2限界削減費用 [$/tCO2]

Emissions Gap Report
2021: 1.5℃（中央値）

10

図 7 NDCs の CO2 限界削減費用の国際比較

0
2000

2010

2020

2030

2040

2050

図 9 世界全体での NDCs の期待排出削減量推計
ニュージーランドロシア
タイ
カザフスタン
南アフリカ
カナダ
韓国
ノルウェー
米国
日本
マレーシア+シンガポール
英国
EU27
スイス
中国
豪州
ベラルーシ
メキシコ
インド
ウクライナ

4.9
3.5
3.2
3.1

2.5. NDCs 排出削減努力評価からの示唆

2.0
1.9
1.6

パリ協定 NDCs はプレッジ・アンド・レビューの仕組み

1.6
1.4
1.4

であり、各国間で差異はあるものの、衡平な排出削減努

1.4
1.2

力を志向することが、制度の維持、世界全体での削減効

0.8
0.8
0.6

果のために重要である。最新の NDCs でも排出削減努

0.0
0.0

力に各国間で差異が大きく残っている可能性も示唆さ

0.0
0.0
0.0

0

1

2

3

4

5

GDP比削減費用 [%]6れ、引き続き、NDCs の検証を行っていくことが重要と考えられる。

図 8 NDCs の GDP 当たり排出削減費用の国際比較

22

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

３. 2030 年の日本の NDCs の経済影響評価（90 年比）を想定した。

3.1. はじめに
本節では、排出削減目標に関する経済影響に焦点を3.3. 分析結果

当て、世界エネルギー経済モデルを用いて、2030 年の▲26%、▲46%目標の経済影響を比較する。図 1046%削減目標・エネルギーミックスに関する経済影響分には、ベースライン、▲26%、▲46%ケースの GDP を析を行った。46%削減目標・第 6 次エネルギー基本計示した。▲26%ケースでは約 0.5%（約▲3 兆円、ベー画と、従来の目標であった 26%削減（2013 年度比）・

スライン比）の GDP 減少であるが、▲46%ケースでは第 5 次基本計画の経済影響の比較を行った（文献 7)）。

約 4.2%（約▲28 兆円）の減少と大きな経済影響が推計さ れる 。削減 目標に 必 要 な炭素 価格 は 、 ▲26% 、3.2. 分析方法▲46%ケースでそれぞれ 105、534 $/tCO2 と推計

本分析で用いた世界エネルギー経済モデル DEARSされた。▲46%ケースにおいて、低炭素・脱炭素エネル

は、世界を 18 地域に分割し、トップダウン型経済モジュギーに対する投資の増加の効果はあるものの、製造業

ールとボトムアップ型エネルギーシステムモジュールを等の競争条件の悪化（貿易財に関する輸出の相対価格統合した構造を持つ。世界全体の消費効用最大化を目の悪化）による純輸出の低下、また消費の低下の影響が的関数とした、動的非線形最適化モデルである。経済モ

大きく、GDP が低下すると推計された。

ジュール（一般均衡モデル型）では、国際産業連関表デー

670

タベース GTAP (文献 8))に基づく産業連関構造を明

660

原発20%⇒15%630

略化したエネルギーシステムを明示化し、エネルギーミッ

620

クスを制約条件として扱うことが可能である。

610

出量は炭素価格ゼロとして想定し、COVID-19 による・火力41%（第6次エネルギー基本計画）+再エネ38%・原子力20%・火力56%▲46%削減目標▲26%削減目標（第5次エネルギー基本計画）

成長率は約 1.4%/年）を想定した。2020 年の CO2 排+再エネ24%・原子力20%（2021 年 7 月）の経済成長実現ケース（10-30 年平均

▲6兆円

600
ベースライン:

された「内閣府・中長期の経済財政に関する試算」

時の下振れ

634

成長実現ケース

ベースライン GDP は、COVID19 の影響も一部考慮

▲25兆円

640

(電源構成:19年比固定)いる。エネルギーモジュールでは、ボトムアップによる簡

659

650

GDP(兆円)示し、産業構造や貿易構造を明示化したモデル化をして

▲3兆円

662

図 10 日本の GDP（20３0 年）

排出減の影響は、GDP 想定を介して反映した。ベースラ
インにおける 2030 年発電構成は、2019 年比固定と過去に実施した▲26%の経済影響の推計 10)と、同じ想定した。▲46%ケースの電源構成は、石炭火力 19%、

く▲26%の経済影響を比較すると、本推計では GDP

LNG 火力 20%、石油火力 2%、太陽光 16%、風力 5%

ロスや炭素価格が小さく推計されている。これらは、文(そのうち、洋上風力は 1000 万 kW を想定)、水力地熱

献 10) と比較 する と 、本 分 析に おけ る ベ ー ス ラ イン

12%、原子力 20%と想定した。各電源の発電コストのGDP の低下（10-30 年成長率：▲約 0.2%/年）や、再想定に関して、発電コスト WG(文献 9))の新設データをエネの発電コスト想定の低下などに起因する。

反映した。新設の発電単価は、年割引率 5%を想定し、

図 11 には、▲26%、▲46%ケースにおける産業別

各電源の諸元一覧をもとに想定した。VRE 導入時の統の生産量変化を示す。エネルギー多消費で国際競争に晒合費用についても、同資料の「電源立地や系統制約を考されやすい製造業である鉄鋼産業や化学産業などでは、慮しない機械的な試算」を参照した。米国の 2030 年の産業平均を表す GDP 変化よりもかなり大きい 12～

削減目標は GHG▲50%（05 年比）、EU は▲55%14%程度の生産量減少が見込まれる。

23

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

-0.7%

-2.8%

0%
▲26%削減目標

-3.0%

-3.5%

-3.7%

-4.2%

-6%

+再エネ24%・原子力20%・火力56%（第5次エネルギー基本計画）

-6.6%

-8%
-10%
▲46%削減目標+再エネ38%・原子力20%・火力41%-11.7%（第6次エネルギー基本計画）

参考：排出量制約無(「電源構成の変化」の-2%

みの影響(炭素価格ゼロ))-3%
排出量制約あり-4%▲28 兆円(「電源構成の変化＋炭素価格」による影響)▲34 兆円

25

26%

35%

50

-6%

GDP

サービス産業

機械産業

紙パ

窯業土石

-16%
化学

▲5兆円
▲12 兆円-5%-14.0%

鉄鋼

▲4兆円

45

-14%

▲3兆円

40

-12%

-1%

▲2 兆円
▲3 兆円

35

-2.7%

-0.5%

30

-4%

0.0%
-1.2%

-2%

GDPの変化

0.0%(%,ベースライン比)

生産量の変化(ベースライン比)

0%46% 50%排出削減レベル(%, 2013年比)図 13 排出削減水準と再エネ/火力比率を変化させた場合

図 11 産業別の生産量変化（日本、20３0 年）

図 12 には、▲26%、▲46%ケースの電気料金の変の GDP への影響

3.4. 日本の NDCs 経済影響のまとめ
日本政府は、国内外での気候変動緩和の強化の要請を変化させた上で、排出削減目標のための炭素価格をを受け、2030 年の排出削減目標を▲46%に引き上げ火力発電のペナルティとして追加した際の価格影響を示たが、GDP で▲4%程度の影響が推計された。投資はす。電力料金は、▲26%ケースに比べ、▲46%ケース

増大するものの、貿易の競争条件の悪化による純輸出では大幅に増加すると推計された。主な要因は、電源構の低下と財・サービス価格の上昇に伴う家計消費の低下

成変化より、炭素価格が上乗せされたコスト増加によるの影響は大きい。また、エネルギー多消費で国際競争に要因である。

晒されやすい製造業である鉄鋼や化学産業などでは、70%

産業平均に相当する GDP ロスよりもかなり大きい生産

+60%

60%

炭素価格によ

50%

る上昇

40%

49%

30%

+17%
4%

による上昇
（第6次エネルギー基本計画）

11%・火力41%（第5次エネルギー基本計画）

・火力56%+再エネ24%・原子力20%0%電源構成変化+再エネ38%・原子力20%

13%

10%

▲46%削減目標

20%▲26%削減目標

家庭用・電力料金(ベースライン比)化を示した。図中の「炭素価格による上昇」は、電源構成

図 12 電気料金への影響（日本、20３0 年）

量減少が見込まれる。また、家庭部門においても、電力
料金や光熱費が大幅に上昇する可能性が示された。
本分析では、一般均衡型モデルによる均衡後の解が示されている。現実社会の移行過程においては、特定の産業においてより厳しい悪影響となる可能性がある点に留意が必要である。また、国際的な炭素価格の差異が極めて大きく推計されており、特定の産業においては価格弾性による影響が非連続的に働く可能性もあり、分析
結果の解釈には十分な留意が必要である。
ファイナンス面など、国際的なビジネス環境が、厳しい
排出削減目標への取り組みを強く促す状況にあり、気候図 13 には、排出削減水準及び再エネ・火力比率に関変動への取り組み強化は不可欠である。一方、▲46%

する感度分析の結果を示す。削減目標が▲35%から▲

目標は、経済に大きな悪影響をもたらすリスクもあり、イ4６%にかけて、GDP ロスが大幅に上昇すると推計されノベーションを誘発しつつ、適切なトランジションを進めた。エネルギー供給側の対策の余地が小さくなり、生産ていくことの重要性が示唆される。

活動の低下を含む需要側の対策の対応の必要性が高まるためである。

24

RITE Today 2022

研究活動概説 ● システム研究グループ

参考文献
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Akimoto,etal.;

Climatechangemitigation measures for global net-zeroemissions and the roles of CO2 capture andutilization and direct air capture, Energy
and Climate Change (2021)
2） 秋元圭吾，佐野史典，総合資源エネルギー調査会基本政策分科会（2021 年 5 月 13 日）資料 (2021)
https://www.enecho.meti.go.jp/committee/council/basic_policy_subcommittee/2021/
043/043_005.pdf
3） 佐野史 典、 秋元 圭吾 、本 間隆 嗣、徳 重功 子、 日本の2030 年温室効果ガス排出削減目標の評価、エネルギ
ー・資源学会論文誌、37(1)、pp. 51-60（2016）
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力 の 評 価 と 世 界 排 出 量 の 見 通 し 、
https://www.rite.or.jp/system/analysis/pd
f/GlobalCO2Emission_INDCs_20151104.pd
f5） 佐野史典、秋元圭吾、長島美由紀、大西尚子、世界温暖化対策評価モデルによる 2030 年 NDCs と 2050
年カーボンニュートラルの評価、第 38 回エネルギーシ
ステム・経済・環境コンファレンス（2022）
6） UNEP、 Emission Gap Report 2021
7） 本間隆嗣、秋元圭吾、世界エネルギー経済モデルを用いた、2030 年の日本のエネルギーミックスと約束草案に関する経済影響分析、第 38 回エネルギーシステ
ム・経済・環境コンファレンス 15-3 (2021)
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https://www.gtap.agecon.purdue.edu/
9） 資源エネルギー庁，発電コスト検証ワーキンググループ
令和 3 年 9 月報告書、(2021)
10） 本間隆嗣他、現状の気候・エネルギー政策を考慮した
パリ協定国別貢献における国際競争力に関する分析、エネルギー・資源、Vol.41, No.5, (2020)

25

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

バイオ研究グループ
グループメンバー（2021 年 12 月末）
グループリーダー・
主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
研究員
研究員
研究員

乾
将行
寺本 陽彦
平賀 和三
寺崎 肇
宮本 正人
田中 裕也
須田 雅子
北出 幸広
豊田 晃一
加藤 直人
長谷川 智
渡邉 彰
小暮 高久
久保田 健
生出 伸一
大井 潔
清水 哲
肥後 明佳
Natalia Maria Theresia

研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

柏木 紀賢
小林 淳平
橋本 龍馬
猿谷 直紀
野嵜 裕貴
Dyah Candra Hapsari Subagyo
渡邊 淳子
池永 由布子
水口 祥子
永守 美雪
内藤 香枝
池田 永子
米田 和代
小泉 真夕
西
淳子
森 佳代子
岩島 素巳
吉田 佳世
岡田 亜弥
岸 紀美代

カーボンニュートラルに貢献するバイオリファイナリー技術の開発
1. はじめに一方、近年、バイオテクノロジーは、合成生物学やゲノ

日本政府は、 2020 年 10 月、「2050 年カーボンニ

ム編集技術等が急速に進展している。さらにバイオテクュートラル」を宣言した。2030 年までに温室効果ガス

ノロジーと、発展が著しい IoT や AI 等の情報技術（デジの排出を 46％削減し、2050 年までに温室効果ガスのタル）とが融合した“バイオ×デジタル技術”の技術革新

排出を実質ゼロとする。これにより、2050 年に脱炭素が起こりつつある。このバイオ×デジタル技術やバイオ資社会を実現することを目標とした。

源を活用した“バイオものづくり”は、カーボンニュートラ

本宣言を実現するための政策として、「2050 年カー
ボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」が 2020 年

ル・カーボンネガティブの点において大きく貢献が期待できる。

12 月に策定され、2021 年 6 月に改訂された。本戦略

当グループでは、これまで、地球環境と経済の両立をにおいて、産業として成長が期待され、なおかつ温室効めざして、微生物を利用したバイオリファイナリー技術、

果ガスの排出を削減する観点からも取り組みが不可欠

即ち再生可能資源（バイオマス）を原料としてバイオ燃料と考えられる１４の重要分野が設定された。この中でバやグリーン化学品を製造する技術の開発を進めてきた。

イオテクノロジーが貢献できる分野として、「⑪カーボン

これは、前述の「⑪カーボンリサイクル・マテリアル産業」

リサイクル・マテリアル産業」が挙げられる。具体的には、に貢献できる技術である。この開発で我々は、代表的なATJ（Alcohol to Jet）や微細藻類によるバイオ代替航工業微生物であるコリネ型細菌が、還元条件下では増殖

空機燃料などのカーボンリサイクル燃料や、バイオマスは抑制されるものの代謝機能は維持され、糖類を代謝し資源や CO2、及び廃プラスチックや廃ゴムを原料として有機酸等を効率よく生成する現象を見出した。そして、バイオテクノロジーで生産するカーボンリサイクル化学

こ れ を 基 に 、 増 殖 非 依 存 型 バ イ オ プ ロ セ ス 「 RITE

品の生産分野である。

26

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

Bioprocess®」を開発した。また、工業化に必須の要素技術である「非可食バイオマス由来の混合糖の完全同時利用」や「発酵阻害物質への高度耐性」等を確立した（第2 章参照）。
それらの技術を利用して、バイオ燃料としてはエタノー

図 1 「RITE Bioprocess®」を利用した

ル、ブタノール、グリーンジェット燃料、バイオ水素、グリ

バイオリファイナリーの概念

ーン化学品としては乳酸、コハク酸、アラニン、バリン、シ
キミ酸、プロトカテク酸、4-アミノ安息香酸、4-ヒドロキ
シ安息香酸等の世界最高レベルの高効率生産を報告している。現在は、より高付加価値な香料・化粧品・医薬等の原料となる芳香族化合物等の生産技術開発に注力して研究開発を行っている（第 3 章参照）。
また、一方で、これまでにバイオテクノロジーとデジタルを融合した最新の技術開発として、国立研究開発法人
新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）「スマー2.１. 「RITE Bioprocess®」の特長
特長① 増殖非依存型バイオプロセス「RITE Bioprocess®」では、まず、目的物質を効率的に生産できるように高度に代謝設計されたコリネ型
細菌を大量に培養する。そして、細胞を反応槽に高密度に充填後、嫌気的な条件や、増殖に必須な因子を削除することにより細胞の分裂を停止させた状態で反応を行う（図 2）。

トセル」プロジェクト、SIP 戦略的イノベーション創造プロ
グラム、NEDO「バイオものづくり」プロジェクトに参画し、RITE Bioprocess®

従来の合成法では生産が難しかった高機能化学品の生合成や生産プロセスの効率化に向けて研究開発を進め反応槽に微生物を高密度充填し発酵特許

C5, C6 糖

混合糖の完全同時利用
発酵阻害物質に対する高耐性ている。2020 年からは、NEDO「ムーンショット」プロ

バイオ燃料
グリーン化学品

ジェクトに参画し、非可食性バイオマスを原料とした海洋
分解可能なマルチロック型バイオポリマーの研究開発に

増殖非依存型バイオプロセス■ 高収率、高生産■ シンプルなシステム

JP3869788
JP4451393
US7368268
EP1647594
JP4712716
US8604180
DE602004026192.0

FR1647594
JP4927297
US7598063
JP4294373

従来の発酵法微生物が増殖しながら物質を生産も取り組んでいる（第 4 章参照）。
本 概 説 で は 、 ま ず 、 我 々 の コ ア 技 術 で あ る 「 RITE
増殖

Bioprocess®」とその特長について説明する。次に、そ増殖依存型バイオプロセス■生産（反応）時間は微生物の増殖に依存■細胞増殖による炭素損失

れらを利用したターゲット別の開発成果等について紹介

図 2 「RITE Bioprocess®」の特長①する。そして、基盤技術開発として、近年進展が著しい（増殖非依存型バイオプロセス）“バイオ×デジタル技術”の技術革新に基づく国家プロジ
ェクトについて述べ、最後に、事業化への取り組みについて紹介する。

高効率化の鍵は、微生物の増殖を抑制した状態で化合物を生産させるという、増殖非依存型バイオプロセスにあり、増殖に必要な栄養やエネルギーが不要となる。す2. RITE のコア技術「RITE Bioprocess®」

なわち、添加した糖原料が増殖等に使われず、目的物質

当グループは、新しい技術コンセプトに基づく革新的の生産に使用される点がポイントとなる。これにより微バイオプロセス「RITE Bioprocess®」を RITE のコア

生物細胞を化学触媒のように極めて効率的に利用する技術として確立している。そして、バイオ燃料や、アミノことが可能となり、通常の化学プロセスと同等以上の高酸・芳香族化合物を始めとしたグリーン化学品を、高効

い生産性を備えたバイオプロセスを実現させることに成率で製造する技術開発に大きな成果を上げ、国内外か功した。

ら高い評価を得ている（図 1）。

27

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ「RITE Bioprocess®」では、前述のように増殖しな

特長② C５&C６糖類の完全同時利用
セルロース系バイオマスは、キシロースやアラビノースなどの C５糖と、グルコースなどの C６糖の混合物からいため、発酵阻害物質に対して高耐性であることを実証している（図 4）。

構成される。そのため、セルロース系バイオマスを原料として効率的に生産するためには、C５糖と C６糖の同時Comparison of resistance tofermentation inhibitors

利用が不可欠である。

4-HB

C5 糖代謝遺伝子を導入したコリネ型細菌は、グルコ（C５糖）の利用速度が遅いため（図 3 左グラフ参照）、原料を連続的に投入すると C５糖が蓄積され、やがて、化

Relative ethanol
productivity（%）

ース（C６糖）に比べ、キシロース（C５糖）、アラビノース

100

80

80

O

60

60

40

40

20

20

0

合物の生産効率が低下する。

Furfural

100

OH
0

5

10

15

20

0

Concentration (mM)

これに対し、さらに C５糖輸送体遺伝子を導入するこ●RITE Bioprocess

O

0

20

CHO

40

60

Concentration (mM)■Zymomonas mobilis▲Saccharomyces cerevisiae

RITE’s report: Appl. Environ. Microbiol. 73:2349-2353. 2007.

とによって、C５糖の利用速度を C６糖並みに高めることに成功している（図 3 右グラフ参照）。これにより、C５

図 4 「RITE Bioprocess®」の特長③&C６糖類の完全同時利用が可能となり、セルロース系（発酵阻害物質に対する高耐性）

原料を効率的に利用できるようになった。
2.2. 「RITE Bioprocess®」による主な生産物質
現在、当グループによって高生産を実現している物質

Improvement of simultaneous
utilization of C6 & C5 sugars by introducing
pentose transporter gene（araE）の一部を図 5 に示す。前述の様に、多くの物質で世界最高レベルの生産性を達成している。バイオ燃料では、エタ

Concentration of sugars (mM)

ノールやバイオ水素からブタノールや高性能バイオジェ
200

200

glucosexylosearabinose

150

150

100

100

50

50

0
0

2

4

6

8

10

12

ット燃料素材へ、グリーン化学品では、L-乳酸、D-乳酸、

glucosexylosearabinose

アミノ酸から芳香族化合物などの高機能化学品へと幅広い展開を図っている。

002Time(h)

4

6

8

10

12

Time(h)

バイオ燃料
ガソリン混合・代替・エタノール *RITE’s report: Appl. Microbiol. Biotechnol. 85:105-115. 2009.

図 3 「RITE Bioprocess®」の特長②（C５&C６糖類の完全同時利用）

バイオジェット燃料
・イソブタノール *・n-ブタノール *・C9~C15飽和炭化水素+芳香族化合物
・バイオ水素特長③ 発酵阻害物質に対する高耐性
リグノセルロース系バイオマスの前処理中に生成するフェノール類、フラン類などの発酵阻害物質は、目的物質の製造過程で強い阻害を示すことが知られている。

グリーン化学品
芳香族化合物・シキミ酸 (インフルエンザ治療薬タミフル原料)
・フェノール * (フェノール樹脂、ポリカーボネート)
・4-ヒドロキシ安息香酸 * (ポリマー原料)
・アニリン * (石油外天然資源タイヤ原料)
・4-アミノ安息香酸 * (医薬品原料)・プロトカテク酸 * (化粧品原料)
有機酸
・D-乳酸 *, L-乳酸 * (ステレオコンプレックス型 ポリ乳酸)
・コハク酸 *
アミノ酸
・アラニン (キレート剤)
・バリン (次世代飼料用アミノ酸、医薬品原料)・トリプトファン (次世代飼料用アミノ酸、医薬品原料)
アルコール
・イソプロパノール (プロピレン原料)
・キシリトール (甘味料)*：ポリマー原料
赤色文字：世界的高水準生産達成

図 5 「RITE Bioprocess®」による主な生産物質

このため、目的物質を効率的に生産できるようにするには、微生物（細菌）の発酵阻害物質に対する耐性を高めることが不可欠である。

28

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

3. ターゲット別開発

するものである。本プロジェクトには、RITE 発のベンチ

3.1. バイオ燃料

ャー企業である Green Earth Institute 株式会社

バイオブタノール（GEI）が RITE と共に参画し、RITE が開発したコリネ

ブタノールは、ガソリン代替としてエタノールよりもエ型細菌を使用して、「RITE Bioprocess®」によりイソ

ネルギー密度が高く、蒸気圧が低く、水と混和しにくい

ブタノールを生産した。2020 年には、このイソブタノーという優れた特性を有している。さらにブタノール(C4)ルから製造されたバイオジェット燃料が、純国産として、を出発原料として化学変換によってジェット燃料(C9-

初 め て 国 際 規 格 で あ る ASTM D7566 Annex5C15)を製造することができる。即ち、植物由来のバイオ

Neat に合格した。そして、国産バイオジェット燃料を搭

ブタノールから製造したバイオジェット燃料で航空機を載した初フライトが、2021 年 2 月 4 日の JAL の羽田

飛ばすことができる。航空機からの CO2 排出削減にはー福岡線で実現した。（詳細はこちら）

原油から植物由来の原料に置換することが必須と認識

今後は、これらの要素技術を更にブラッシュアップす

され、業界団体の動きが加速している。ブタノールを原るとともに、要素技術の統合・最適化、様々な非可食原料としたジェット燃料は、Alcohol to Jet を略して料の利活用などを通じてバイオブタノールからのジェッ

ATJ 燃料 と呼 ば れ 、 2016 年 に 米 国 材 料 試 験 協会

ト燃料生産と実用化・事業化を目指す。

（ASTM）の規格をクリアし、商業フライトへ利用が可能
となった。

RITE

革新的高効率ブタノール生産菌の開発

ブタノール耐性株の創製

こ う し た 動 き に 先 駆 け 、 当 グ ル ー プ で は 、 「 RITE
Bioprocess®」を利用した高効率バイオブタノール生産プロセスの開発を進めてきた。この中で我々は国際共

RITE‐NREL
膜濃縮・精製・蒸留

糖化液
NREL
前処理バイオマス

未利用酢酸の利用

省エネ型
バイオブタノール

RITE Bioprocess®

RITE‐PNNL

同研究活動の一環として、経済産業省の「革新的なエネ

バイオブタノール
ドロップイン燃料 (自動車燃料, 航空燃料)

ルギー技術の国際共同研究開発事業」を実施した。このオリゴマー化

NREL：National renewable energy laboratory (U.S.)

PNNL：Pacific Northwest National Laboratory (U.S.)

事業では、米国立再生可能エネルギー研究所（NREL）と図 6 「RITE Bioprocess®」によるバイオブタノールの共同研究により、非可食バイオマス由来の混合糖を原

およびジェット燃料生産料としたバイオブタノール生産技術の開発、および、米パ
シフィック・ノースウエスト国立研究所（PNNL）との共同

グリーンジェット燃料

研究により、ブタノールをジェット燃料などの drop-in

航空分野においても環境負荷低減が急務となってお燃料に変換する技術開発を進めた。加えて、当グループ

り、CO2 排出量削減対策として航空機の電動化や水素では、生産株のブタノール耐性の向上、生産株の代謝経の利用が試みられてはいるものの技術的課題が大きく、路の最適化、および省エネルギー型ブタノール回収技術

現行の航空機にそのまま利用可能で再生可能な液体バの開発等を行った。これらにより、ブタノールのバイオ生

イオ燃料の普及が不可欠となっている。

産では、世界最高レベルの高生産性を達成している（図６）。

ジェット燃料は炭素数 C9～C15 のノルマルパラフィ
ン、イソパラフィン、シクロパラフィンと芳香族化合物を一方、事業化に向けた取り組みとして、当グループは、

主成分とする混合物である。これまでに、油脂を水素化

日本航空株式会社（JAL）が主催する「10 万着で飛ばそ処理して製造する HEFA、発酵生産したエタノールやブう ！ JAL バ イ オ ジ ェ ッ ト 燃 料 フ ラ イ ト 」 プ ロ ジ ェ ク ト

タノールを化学重合して製造する ATJ など７種類のグリ（2018 年～2020 年）にて我々の技術が採用された。

ーンジェット燃料製造法が ASTM International によ本プロジェクトは、JAL と日本環境設計株式会社が協力って認証され、2020 年には前述の様に、当グループのして回収した古着を原料とし、バイオジェット燃料を製造

バイオブタノール生産技術を用いたバイオジェット燃料

29

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

も ATJ 燃料として認証を受けている。しかしこれら認証

ギー省が「Energy Earthshots Initiative」を立ち上済みバイオジェット燃料は主にイソパラフィンから構成さげ、第 1 弾の「Hydrogen Shot」で野心的な CO2 フリ

れ、ジェット燃料に必須なシクロパラフィンや芳香族化合

ー水素のコスト目標（10 年以内に 80%削減）を打ち上

物成分が不足していることから、単独では燃料規格を満げるなど、世界各国で水素国家戦略が一気に動き出したさず、石油系ジェット燃料と混合して最大でも 50％まている。

での割合でしか使用できない。

微生物を利用した水素生産（バイオ水素生産）は、将来

そこで我々は、シクロパラフィンや芳香族化合物も含の持続可能な CO2 フリー水素製造技術となり得るが、み、石油系ジェット燃料と混合せずに単独使用も可能な

経済性あるバイオ水素生産技術の確立には、生産性の飛高性能グリーンジェット燃料の開発も目指している。当

躍的な向上が必要とされる。当グループは、シャープ株

グループでは関連する技術として、C2-C8 化合物を連式会社との共同研究により、ギ酸を介した暗発酵水素生

結してジェット燃料サイズの C9-C15 分岐鎖・環状ジェ産経路を利用して圧倒的な水素生産速度 (最大 300 L

ット燃料前駆物質を生成できるバイオ触媒の開発や、前H2/h/L) を達成している。この成果を基盤とし、光発酵

駆物質のジェット燃料成分への化学変換の実証などをとの統合による水素収率の向上に向けた技術開発に取行ってきている（図 7）。

り組んでいる。
ギ酸を介した水素生産経路では、バイオマス由来糖類（グルコース）の分解により生成する還元力の一部しか

発酵生産
ATJ燃料

糖

OH

微生物

化学変換

C１２
イソパラフィン

イソブタノール

糖

微生物

課題となる。そこで、還元力として NADH と還元型フェレドキシン（Fd2-）を利用できる高収率水素生産経路を

発酵生産・バイオ触媒変換

C9-C15分岐鎖・環状前駆体

利用できないため、原料あたりの水素収率が低いことが高性能
グリーンジェット燃料

化学変換

C9-C15イソパラフィン
シクロパラフィン
芳香族化合物

導入し、これが駆動することを示している。また、光発酵
水素生産に利用する光合成細菌のユニークな酢酸代謝制御機構を明らかにし、これを利用して酢酸から水素へ

図 7 新規高性能グリーンジェット燃料の開発の変換効率を向上させることに成功している（図 8）。

バイオ水素

暗発酵水素生産

水素は燃焼時に水しか生成しないこと、再生可能エネ
ルギーを含む多様なエネルギー源からの生産・貯蔵・運搬が可能なこと、電力、運輸、熱・産業プロセスのあらゆ[NiFe]H2[Mo]

C6H12O6(グルコース)

2 H+

2 NADHCO2

る分野に利用することで脱炭素化が可能なこと、などか

ギ酸

2 CO2

2 C3H4O3(ピルビン酸)ら、カーボンニュートラル実現の鍵となる。しかしながら、

2 Fd2-

現行の主要な水素製造技術は化石エネルギーを原料と2 H2するため、これに由来する CO2 の排出が大きな課題と8 H2なる。日本では、2017 年に再生可能エネルギー・水素

4 H2

2 CH2O2(ギ酸)
2 C2H4O2
(酢酸)

2 CO2
2 C2H3O-CoA(アセチル-CoA)

光発酵水素生産■ 高収率水素生産経路の構築■ 酢酸から水素への高効率変換

等関係閣僚会議において「水素基本戦略」が策定され、その中で、2050 年を見据えた中長期の水素社会の実

図 8 暗発酵および光発酵水素生産株の代謝工学

現、水素利用の本格普及のためには、水素の製造、輸送・貯蔵、利用に至るまで、広範な革新的技術の着実な開発が必要とされている。また、2021 年には、米国エネル

3.2. アミノ酸（アラニン、バリン）
一般的なアミノ酸発酵は、微生物の培養と発酵生産に

30

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

通気（酸素）を必要とし、この通気量が適切にコントロー

ン、チロシン、トリプトファンといったアミノ酸や葉酸（ビルされることが、高生産の達成に重要である。これに対

タミン B9）、補酵素 Q など種々の芳香族化合物が生合して当グループでは、前述したように通気の必要がない

成されている。これらの化合物は全てシキミ酸経路と呼®

「RITE Bioprocess 」を用いて、シンプルなプロセス

ばれる代謝経路から派生する（図 9）。我々は適切な遺伝制御による省エネルギー、高生産なアミノ酸生産プロセ

子組換えを施したコリネ型細菌を高効率バイオ変換技術

スの開発を進めてきた。非通気条件でアミノ酸を生産すへ適用することで、非可食バイオマスを原料としてインフ

るには、酸素を使わずに細胞内の酸化還元バランスを適

ルエンザ治療薬タミフルの原料とされるシキミ酸、機能正に保つ仕組みが必要であり、この目的のためには目的性ポリマー原料として有望な 4-アミノ安息香酸、そしてアミノ酸に応じた人工的な生合成経路を細胞に導入すポリマー、医薬品、化粧品、接着剤、香料（バニリン）原料

る必要がある。当グループでは、こうした課題を解決しとして有望な芳香族ヒドロキシ酸の高生産プロセスの確た非通気条件でのアミノ酸生産プロセスのコンセプトを立に成功してきた。

2010 年に学術雑誌に発表した（Appl. Microbiol.
Biotechnol. 87: 159-165. 2010.）。

また、多種生物由来の遺伝子を導入することによりコリネ型細菌が本来合成できない有用芳香族化合物につRITE は、RITE 発ベンチャー企業 Green Earth

いても高生産菌株の育種を進めており、後述するスマー

Institute 株式会社（GEI）を 2011 年 9 月に設立し、トセルプロジェクトにおいて開発された技術を適用する®

「RITE Bioprocess 」によるアミノ酸等のバイオ化学

ことで更なる生産性向上を図る。

品やバイオ燃料の事業化を目指した共同研究を実施している（5 章参照）。本共同研究において、アミノ酸の一種である L-バリン生産に関しては、生産菌株の開発、スケールアップ検討やコスト低減のための各種検討を進め、2019 年には、GEI の海外パートナー企業が保有する商業スケールの発酵槽を用いた試験生産に成功。さらに生産の大規模化も成功し、商用生産を実現している。また、
L-アラニン生産に関しても、実用生産の段階に進んでおり、厚生労働省食品安全委員会による評価の結果、食品添加物としての安全性が確認され、工業用用途のみならず食品添加物としても利用可能になっている。更に、他のアミノ酸についても同様の実用化を目指し、研究開発を進めている。
図 9 様々な芳香族化合物の生合成経路

3.3. グリーン芳香族化合物
芳香族化合物は、ポリマー等の原料として重要な基幹
工業化学品であると同時に、医薬品、機能性栄養素材、

4. 基盤技術開発
4.1. NEDO バイオものづくりプロジェクト

香料、化粧品等の原料となる高付加価値な化合物が数2030 年に世界最先端のバイオエコノミー社会を実多く存在する。芳香族化合物は現在、石油や天然の植物

現することを目指した国家戦略のもと、バイオものづく等を原料として製造されているが、脱石油依存、環境保り産業の基盤となる物質生産技術の開発が急務となっ全、および生産性の観点から、高効率なバイオ生産法のている。生物機能を活用することで、原料を化石資源に確立が望まれている。微生物細胞内ではフェニルアラニ

依存しないバイオマスからの物質生産が可能であり、炭31

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

素循環型社会実現への変革が期待できる。
これらの社会的状況を受け、「カーボンリサイクル実現を加速するバイオ由来製品生産技術の開発」（NEDO バ
イオものづくりプロジェクト）が 2020 年から開始された。これまで培った発酵生産技術に立脚もしくは従来法にとらわれない次世代生産技術の開発及び検証を行う。
当グループは、このプロジェクトの前身である「植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発」（NEDO スマ

図 10 バイオ生産システム基盤構築

ートセルプロジェクト）において、「高度に機能がデザインされ、機能の発現が制御された生物細胞」いわゆるスマ

4.2. SIP（高機能ポリマー用バイオモノマーの開発）

ートセルを設計、育種する技術を複数の大学、研究所、

当グループは府省・分野の枠を超えて基礎研究から実企業と連携して実施した。さらにその技術を使い目的物

用化・事業化までを見据えた取組を産学官連携で進める質を高濃度に生産可能な生産株を短期間で育種するこプログラムである戦略的イノベーション創造プログラムとで、技術の有効性検証を行った。

(SIP: Cross-ministerial Strategic Innovation

バイオものづくりプロジェクトではスマートセルプロジ

Promotion Program)における課題「スマートバイオ

ェクトにおいて開発された育種技術をさらに発展させる

産業・農業基盤技術」に参画しており、目標であるバイオとともに、スケールアップや精製などを含んだ生産プロとデジタルの融合・データ利活用により生物機能を活用

セス技術の開発を行う。さらに生産パラメータ情報等をしたものづくりによる持続可能な成長社会の実現に向利用し生産を制御可能な情報解析技術も併せて開発す

けて研究開発を進めている。

ることで高度なバイオ生産システム基盤の構築およびそ当グループが参画する本課題のコンソーシアムの一つの周辺技術の開発を目指す。これによりバイオ由来製品「高機能バイオマテリアル設計・生産技術開発」では、市の社会実装の加速化を目指す。

場が所望する新機能を有するポリマーを、バイオマスな

当グループはこのプロジェクトに初年度から参画し、どの安価な原料から生合成されたモノマーを用いて合微生物による物質生産技術の実用化に伴う課題を解決成することを目標としている。これまでに非常に高い耐するための“産業用スマートセル創出技術”の開発と、そ熱性を有するポリマーや電池材料となるポリマーの開発の技術の実証研究を進めている。生産目的物質は芳香を達成している（図 11）。これらのポリマーを構成するモ族化合物の 1 つであるカテコールとした。スマートセル

ノマーの生合成経路を構築するために、当グループはこプロジェクトにおいて開発した生産株と、蓄積したオミク

れらのポリマーを構成するモノマー原料の生合成に関わスデータ(メタボローム、トランスクリプトーム、プロテオ

る酵素を対象に酵素機能改変技術の開発並びにその検ーム)を利用することで産業用スマートセル創出技術の証を進めている。より具体的には、多数の変異体の酵素開発を目指す。さらにカテコールの生産技術開発を通し活性データを機械学習に供することで、有望な変異の組てプロジェクトで開発された各技術の実証検討を行う

合せの効率的な抽出技術や、酵素のアミノ酸配列情報を(図 10)。

基に目的機能を有する新規酵素の探索技術について検証している。これらの技術により、基質特異性の改変や活性の向上を達成している。2021 年度からは、新たに連携を強化しモノマー生産株の改良、培養条件の検討に取り組んでいる。培養条件の検討により、これまでの生産性を約 2 倍に高めることに成功した。今後、連携コン

32

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

ソーシアムより提供されるバイオマス由来の原料からの久性・強靭性を保って劣化を防ぎ、海洋環境中に誤って生産性について検証を進める。

拡散した際にはマルチロックが外れて高速なオンデマン
ド分解を実現可能とする。本プロジェクトにおいて実用化を目指す製品は、非可食バイオマスを原料として得られるプラスチック、タイヤ、繊維、漁網や釣具である。産学官の連携によってマルチロック型生分解性プラスチッ
クの材料設計指針を確立する。この中で、当グループは、
非可食性バイオマス原料からこれら製品の原料となる各種モノマーのバイオ生産と、マルチロック機構に活用できるプラスチック分解酵素の高機能化について研究開発を推進中である（図 12）。（本プロジェクトのホームページはこちら）図 11 開発モノマー及びポリマー合成とその用途
オンデマンド
高速分解

4.3. NEDO ムーンショット型研究開発プロジェクト
プラスチックは軽量、安価で耐久性にも優れ、我々の

漁網ゴミ

環境分解
化学分解
酵素分解

製品化、使用分解酵素の高機能化

モノマー

一般的にプラスチックなどの高分子の生分解性と耐久性・強靭性は典型的なトレードオフの関係にある。すな

マルチロック型
バイオポリマー海洋流出
マルチロック化

Light
salt
etc….

プラゴミ

回収が困難なプラゴミたち

生活に不可欠な高分子材料である。しかし、化学的に安定であるため自然環境で分解されにくい問題がある。

繊維くず

複数の環境刺激バイオ 非可食性
プロセス バイオマス 光合成

重合
環境分解性ポリマー

H2 O

バイオモノマーの高生産
NEDO Moonshot PJ

わち生分解性ポリマーは自然環境下で劣化が進みやす
いため耐久性に劣り、機械特性も十分ではないため限図 12 マルチロック型生分解性プラスチックの開発定された用途に限られる。逆に汎用プラスチックは、耐による資源循環の実現イメージ

久性・強靭性に優れるが生分解性に劣る。
もしも耐久性・強靭性と生分解性を両立させることが

5. 実用化への取り組み

できれば、環境低負荷型のプラスチックとして幅広い用

5.1. グリーンケミカルズ株式会社（GCC）

途に使用でき、資源循環も可能となる。特に海洋環境に（本社・京都研究所：RITE 本部内、散逸したプラスチックは回収が困難であり、生態系に悪静岡拠点：住友ベークライト株式会社静岡工場内）

影響を及ぼす。生分解のタイミングとスピードをコントロ（GCC についてはこちら）

ールできるプラスチック(マルチロック型バイオポリマー)の開発は資源循環の観点から極めて重要である。

現在の工業生産されているフェノールはすべて石油由来の原料から製造されている。我々は地球環境保全

NEDO ムーンショット型研究開発プロジェクト「非可や温室効果ガス削減の観点からグリーン化が困難とさ食性バイオマスを原料とした海洋分解可能なマルチロッ

れてきたバイオ法によるフェノール製造技術開発を進め

ク型バイオポリマーの研究開発」では、プラスチックのトてきた。我々の開発した 2 段工程法を利用した実用生産

レードオフ関係を打破するため、プラスチックの分解にを早期に実現するため、住友ベークライト株式会社と共「マルチロック機構」を導入する。すなわち分解の際に、同で 2010 年 2 月にグリーンフェノール・高機能フェノ

光、熱、酸素、水、酵素、微生物、触媒などの複数の刺激

ール樹脂製造技術研究組合(GP 組合)を設立し、2014を同時に必要とすることで、使用時には分解を抑えて耐

年 5 月にはグリーンフェノール開発株式会社（GPD）へ

33

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ改組した。これは技術研究組合の株式会社化第 1 号となった。2018 年 4 月には GPD はグリーンケミカルズ株
式会社（GCC）へ社名を変更した。

年 12 月には、東証マザーズに上場を果たしている。
アミノ酸では、前述のように、L-アラニンや L-バリンに関して当グループが開発した生産株による商用スケール

現在、グリーンフェノール生産技術開発で培った量産での生産に成功している（3 章 2 節参照）。また、L-アラ

技術とノウハウを活用し、従来は不可能と考えられていニンに関しては、厚生労働省により食品添加物としてのた芳香族化合物などの付加価値の高い様々なグリーン

安全性が確認され、工業用用途のみならず食品添加物

化学品の量産技術の確立を鋭意進めており、顧客ニーとしても利用可能になっている。

ズに合致したグリーン化合物の商品化を加速している（第 3 章 3 節参照）。

航空機からの CO2 排出削減に向けて大きな期待が寄せられている、非可食バイオマスを原料にしたバイオジェ

図 13 に現在の GCC の主な開発品 3 品目を示した。

ット燃料に関しても、当グループと継続的に共同研究を

2021 年は、ターゲット化合物の一つである 4-ヒドロキ

実施する等、事業化に向けた取り組みを行っている。そシ安息香酸（4-HBA）の品質評価が複数の企業によりの成果として、2021 年 2 月 4 日の JL319 便（羽田空

進行中である。

港発、福岡空港行き）にて「日本で初めての純国産バイオジェット燃料フライト」に成功した（第 3 章 1 節参照）。
その他のグリーン化学品についても当グループと協力して開発を進め、事業化に向けたマーケティングや量産化に向けたスケールアップを行っている。
今後も、GEI は、化石資源に頼らない社会の実現に向けて、バイオリファイナリー事業の発展に貢献していく。

5.３. 企業との共同研究
本概説で紹介しているバイオ燃料やグリーン化学品以外にも多くの物質に関して、企業からの要望に応えて共同研究を実施している。それらの内容については、ここでは紹介できないが、以下のようなケースがある。
図 13 GCC の主な開発品 3 品目

① その企業のメイン商品である物質を、「2050 年カ
ーボンニュートラル」に向け、化石資源由来からバ5.2. Green Earth Institute 株式会社（GEI）

イオ由来に変更するための対応を早い段階で行う。

（本社：東京都文京区、研究所：千葉県木更津市かずさ）

この場合、中長期の研究開発として実施中。

（GEI ホームページはこちら）② これまで他社から購入していた主要原料を、Green Earth Institute 株 式 会 社 （ GEI ） は 、「2050 年カーボンニュートラル」に向け、化石資

RITE が独自開 発 した前 述 の革 新的 バイオ プロセス

源由来からバイオ由来に変更するための対応を早「RITE Bioprocess®」の研究成果を早期に事業化す

い段階で行う。この場合も、中長期の研究開発とるため 2011 年 9 月 1 日に設立された RITE 発ベンチ

して実施中。

ャー企業である。同社は、微生物を用いたアミノ酸等の③ その企業の１商品である物質、あるいは、その原料

グリーン化学品生産技術やブタノール等のバイオ燃料生を、化石資源由来からバイオ由来に変更する。この産技術の実用化のため、RITE との共同研究を含めた技

場合は、早い段階で事業化可能な物質で、かつ、単術開発や事業化を目指した活動を実施しており、2021

価が高いものを短期間の研究開発として実施中。

34

RITE Today 2022

研究活動概説 ● バイオ研究グループ

6. おわりに

RITE バイオ研究グループでは、5 章 3 節にて紹介した

近年、前述の”バイオ×デジタル技術”の技術革新によ以外のケースも含め、共同研究先企業を募集中である。

り、大量の生命情報から法則を発見するという「データ

これまで、一般的には微生物生産が難しいとされる化合駆動型」のアプローチによる生命現象の理解が進展して物についても、例えば、前記、芳香族化合物と同様に、最いる。それを背景に、生物機能について設計（Design）、

新の要素技術開発の成果等を利用して高生産できる可構築（Build）、評価（Test）、学習（Learn）のサイクル能性がある。バイオ化したい化合物があれば、是非、ご連（DBTL サイクル）を繰り返すことによってデータを蓄積

絡いただきたい。

し、生物機能を理解していく合成生物学が急速に発展し※「RITE Bioprocess®」は、RITE の登録商標 (商標ている。
4 章で紹介したすべての国家プロジェクトでもこれら

登録第 5796262 号)の技術革新や新たな知見・手法を利用して、開発の飛躍的な効率化を実現している。そして、これらのプロジェク
トでは、前述したスマートセルを利用したバイオリファイ
ナリー技術が中核技術として大きな役割を果たしており、エネルギーに加えて工業分野（ものづくり）にも大きな波
及効果を与えることが期待されている（図 14）。

生物情報
（BD）
DNA
RNA
タンパク質
代謝物他

高度AI・
IT技術
深層学習
スマートセル
機械学習
進化工学
シミュレーション 高度に機能がデザインされ、機能の発現が制御された生物細胞
他

生物機能をデザイン
Design

Build

Learn

Test

先端バイオ技術
ゲノム編集
高速シークエンス
代謝制御
培養・育種技術他

機能発現を制御

新産業創生

スマートセルインダストリー【スマートセル】を用いた工業・エネルギー群

工業(ものづくり)エネルギー

再生可能資源利用・省エネルギー

化石資源からの脱却

バイオ化学品バイオプラスチック
バイオ繊維・高機能化学品
バイオエンプラ・香料原料
医薬品・医薬品中間体など

バイオ燃料
バイオエタノール
バイオジェット燃料
バイオディーゼル
バイオガスなど

出典：経産省 バイオエコノミーの実現に向けた国際動向と我が国の取組, H30年9月25日資料を参考に作成

図 14 バイオ×デジタルが変える
工業／エネルギー分野の融合

当グループでは、2022 年も引き続き、前述の「RITE
Bioprocess®」や「産業用スマートセル設計システム」
等を利用した芳香族化合物等のグリーン化学品生産やバイオ燃料生産等の研究開発、さらにはそれらの実用生産技術開発にも注力し、「グリーンバイオプロセスによるカーボンニュートラルの実現」に貢献していきたい。
尚、2020 年 10 月の「2050 年カーボンニュートラ
ル」宣言以来、企業からの問い合わせや引き合いが増加しており、企業との共同研究の件数も増えてきている。

35

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 化学研究グループ

化学研究グループ
グループメンバー（2021 年 12 月末）
グループリーダー・主席研究員
サブリーダー・主席研究員
主席研究員（技術統括）
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員

中尾 真一
長谷川 俊之
余語 克則
馬場 宏治
甲斐 照彦
後藤 和也
Firoz Alam Chowdhury
村岡 利紀
安原 健一郎
龍治 真
伊藤 史典
木下 朋大
清川 貴康
Quyen Thi Vu
段
淑紅
淵上 暢彦
孟
烈

研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

荒木 華子
大西 紀子
尾方 秀謙
小倉 公美子
鹿嶋 麻衣
片岡 梢
菰野 恵子
白井 隆一
杉本 理絵
手嶋 孝
鳴瀧 陽三
藤原 洋一
森
恵子
森
美佐都
山田 美久
吉野 直美
米澤 順子

CO2 分離・回収技術の高度化・実用化への取り組み
1. CO2 分離・回収技術の研究開発

Utilization and Storage）/カーボンリサイクルがあ2015 年 12 月の COP21 で「パリ協定」が採択され、る。CCUS/カーボンリサイクルでは、「CO2 を炭素資源

異常気象など気候変動による悪影響を最小限に抑えるとして捉えて、分離･回収した CO2 の燃料や素材への再ために、産業革命前からの世界の平均気温の上昇を

利 用 （ CCU ） 」 と 「 分 離 ･ 回 収 し た CO2 の 地 中 貯 留「2℃より充分低く保ち、1.5℃に抑える努力を追求する」（CCS）」の組合せにより、大きな CO2 削減効果が見込

ことが目標とされた。その後、さらなる気温上昇や世界まれている。さらに、CO2 分離･回収技術は CCUS の基規模で発生している甚大な自然災害など危機感の高ま盤となることが示され、2050 年度までに CO2 分離･回りを受けて、先の 2021 年 11 月の COP26 における収コスト 1,000 円/t-CO2 を目指し開発を進めること

グラスゴー気候合意では、気温上昇幅を「1.5℃に制限

や様々な CO2 排出源に対応する分離･回収技術を確立する努力の追求を決意」とされ、世界で初めて 1.5℃がしていくこと等が、目標として示されている。また、カー

数値目標となった。IPCC によると、1.5℃目標のため

ボンニュートラルを実現するためには、ネガティブエミッ

には、2010 年比で 2030 年までに CO2 を 45%削減

ション技術が必要であり、特に最近注目されている大気

し、2050 年までにネットゼロを達成する必要がある。

中 か ら の Ｃ Ｏ ２ の 直 接 回 収 す な わ ち Direct Air

我が国においても 2020 年 10 月の「2050 年カー

Capture（DAC）は重要であり、2021 年 7 月に改訂

ボンニュートラル」宣言と、202０年１２月に策定（2021

された「カーボンリサイクル技術ロードマップ（経産省）」

年 6 月詳細策定）された「2050 年カーボンニュートラ

では、進展のあった新たな技術分野として DAC が追記

ルに伴うグリーン成長戦略」を受けて、様々な方面からされた。

の地球温暖化防止のための取り組みが推し進められてこのような背景を受けて、様々な CO2 排出源に対し、いる。カーボンニュートラルを可能とする重要な革新的

最適な分離・回収技術を提案することにより、CCUS の技 術 と し て CCUS （ Carbon dioxide Capture,

実用化を推進していかなければならない。なかでも地球

36

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 化学研究グループ

温暖化対策として CO2 の大規模削減が期待できる

力して、大気中から高効率で CO2 を分離回収できるCCS を早期に導入、実用化するためには、大規模発生

DAC システムの開発に取り組んでいる。

源等から排出される CO2 分離・回収コストの低減が重要である。

以上のように、幅広い次世代の礎となる革新的な技
術開発に取り組み、CO2 削減に向けた研究開発をリード

化学研究グループでは、CO2 分離・回収技術の研究開するとともに、社会実装される技術確立を目指している。

発を行っており、これまでに化学吸収法、固体吸収法、また、International Test Center Network（CO2膜分離法で世界をリードする研究開発成果を上げてき

分離･回収技術の研究開発を推進する世界各地の施設

た。材料の開発に始まり、加工、システム検討までを一貫のグルーバル連合）に加盟し、CO2 分離･回収技術の早して研究開発していることが特徴である。

期実用化に向けて海外ネットワークを利用する活動も推

化学吸収法においては、新化学吸収液の開発目標と進している。

した分離・回収エネルギー2.0GJ/t-CO2 を達成するとともに、吸収液からの CO2 回収温度を 100℃以下で可2. 化学吸収法

能とする画期的な吸収液を見出すことに成功した。また、吸収法は、混合ガス中の CO2 を溶液中に選択的に溶

COURSE50（「環境調和型プロセスの技術開発」プロ

解させることで CO2 を分離する。特に、溶液中のアミン

ジェクト，国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総と CO2 との化学反応を利用した化学吸収法は、燃焼排合開発機構（NEDO）委託事業）で開発した化学吸収液

ガス等、比較的低 CO2 濃度の混合ガスへの適用が可能

は、商用化されている。

であり、ＣＣＳ分野では最も成熟した CO2 分離・回収技

固体吸収法においては、CO2 高効率回収・低エネルギ術の一つである。

ー消費型の固体吸収材の研究開発に取り組み、これまで

化学吸収法では、溶液再生工程でのエネルギー消費に、低温で CO2 脱離性能の良い固体吸収材・システムをやアミンの劣化などがコスト増大の要因となる。RITE

見出している。現在、NEDO 委託事業において民間企

は、アミンの分子構造がこれらの要因と密接に関わるこ業と共同で石炭火力発電所の実燃焼排ガスによるスケとに着目し、新規アミンの開発にいち早く 着手した。

ールアップ試験の準備を進めている。

2004 年に開始した「低品位廃熱を利用する二酸化炭

膜分離法は、圧力を有するガス源から CO2 を低コスト、素分離･回収技術開発（COCS）」（経済産業省（METI）

省エネルギーで分離するプロセスとして期待されている。

補助事業）以降、主に製鉄プロセスを対象に、CO2 分離・RITE では石炭ガス化複合発電（IGCC: Integrated

回収エネルギーおよびコスト低減を可能とする高性能アcoal Gasification Combined Cycle）等の高圧ガ

ミン系化学吸収液の開発を実施した。

スから低コスト、省エネルギーで CO2 を回収することを

製鉄プロセスにおける CO2 削減 30％を目標とした

目指した膜および膜エレメントの開発を行っている。実

COURSE50 プロジェクトでは、RITE は、日本製鉄株

用化を目指し、量産化を念頭に連続製膜技術、および膜式会社と共同で化学吸収法の高度化に取り組んでいる。

エレメント製造技術等の開発を進めるとともに、実ガス

ここで開発した化学吸収液およびプロセスは、2014 年

を用いた膜エレメントの検証試験を実施し、商用化を目に商用化した日鉄エンジニアリング株式会社の省エネ型

指して取り組んでいる。

CO2 回収設備 ESCAP®に採用された。これまでに２基

また、新たに NEDO のムーンショット型研究開発事業の商業設備が稼働し、１号機は室蘭製鉄所構内においての 中 で 大 気 中 か ら CO2 を 回 収 DAC(Direct Air

飲料等を含む一般産業用途向けに、２号機は新居浜西火

Capture)し、燃料や原料として利用する技術の検討を力発電所において近接する化学工場の化学副原料用に開始した。低濃度 CO2 の分離･回収に適したアミン化合ＣＯ ２を製造している。前者は製鉄所の熱風炉燃焼排ガ物の開発を進めながら、金沢大学および民間企業と協スを CO2 回収源とする化学吸収法による商業設備とし

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● 化学研究グループて世界初のものであり、後者は石炭火力発電の燃焼排2010 年、RITE は主に石炭火力発電所の燃焼排ガス

ガスを CO2 回収源とする化学吸収法による CO2 分離

からの CO2 分離・回収を対象に、固体吸収材の開発に着回収設備として日本初の商業設備である。

手した（METI 委託事業）。基盤研究フェーズ（2010～

また、最新の研究では、水以外の溶媒を用いた吸収液

2014 年度）では、固体吸収材に適した新規アミンの開において、吸収形態および分極影響を制御することで更発に成功し、ラボスケール試験において、分離・回収エネなるエネルギー消費低減の可能性を見出しており、新規

ルギー1.5GJ/t-CO2 以下の目途を得た。本固体吸収材

溶媒および組成検討に継続して取り組んでいる。

システムは、低エネルギー回収のみならず、排熱利用が可能なレベル（60℃）の低温プロセスを可能とする革新的な材料である。アミン系固体吸収材を用いた他の事業と比較して、本事業の低温再生という観点では世界トップの水準である。2015～2019 年度までの実用化研
究フェーズ（METI/NEDO 委託事業）では、川崎重工業
株式会社をパートナーとして、固体吸収材のスケールア
ッ プ 合 成 （ >10m3 ） 、 ベ ン チ ス ケ ー ル 試 験 （ >5tCO2/day）、石炭火力発電所での実ガス曝露試験などを実施した。
2020 年、RITE は川崎重工業株式会社とともに

図１ 省エネ型 CO2 回収設備 ESCAP®

NEDO 委託事業「先進的二酸化炭素固体吸収材の石炭（住友共同電力株式会社新居浜西火力発電所内）

燃焼排ガス適用性研究」に採択された。本事業では、関西電力株式会社の協力を得て、パイロットスケール試験

3. 固体吸収法
固体吸収材は、アミンを水などの溶媒に溶かした化学
吸収液と異なり、アミンをシリカや活性炭などの多孔質設備（40t-CO2/day 規模）を舞鶴発電所内に建設し、2022 年度後半から石炭火力発電所の燃焼排ガスからの CO2 分離・回収試験を開始する予定である。

材料に担持したものである。固体吸収材を用いたプロセスは、溶媒に起因する蒸発熱や顕熱を抑制できることから、CO2 分離・回収エネルギーの低減が期待できる。

図 3 固体吸収法の開発ロードマップ

現在、RITE では、パイロットスケール試験に向けて、固体吸収材のスケールアップ合成やベンチスケール試験
図 2 化学吸収液と固体吸収材の成果を基に最適化した固体吸収材の 100m3 スケー

38

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 化学研究グループ

ルでの製造を進めている。また、材料劣化機構の解明とここに示すように、透過機構としては、加湿条件で、膜劣化防止技術の開発、プロセスシミュレーション技術に中に取り込まれた CO2 が膜中のアミノ基とカルバメート

よる効率的な運転条件の検討なども進めている。

や重炭酸イオンを形成し、分子サイズの小さな H2 の透過を阻害することで、従来の CO2 分離膜では分離が難し

4. 膜分離法

かった CO2 と H2 を効率良く分離できると考えている。

膜分離法は、圧力差によって分離膜の供給側から透また、高圧条件への適用のために、ポリビニルアルコー

過側へ CO2 を透過・分離する分離法である。そのため、ル（PVA）系の架橋高分子マトリクスを使用し、十分な耐高圧ガスである燃焼前回収（Pre-combustion）への圧性を有する膜材料を開発した。

適用により、低コスト、省エネルギーでの CO2 分離･回収が期待される（図 4）。

これまでに、優れた CO2 透過速度と CO2/H2 選択性を有する複合膜の開発に成功している。この成果の実用化を推進するために、現在、RITE および民間企業を組合員とする次世代型膜モジュール技術研究組合（MGM組合）において、CO2 分離膜、膜エレメントの開発（図 6）および膜分離システム開発に取り組んでいる。

図 4 分離膜を用いた石炭ガス化複合発電（IGCC）からのCO2 分離･回収

RITE では、高密度のアミノ基を有するポリアミドアミ
ンデンドリマーを用いた新規な高分子系材料が優れた
CO2 と H2 の分離性能を有することを見出し、このデンドリマーと架橋型高分子材料の分離機能層を有する複合膜(分子ゲート膜)の開発を行ってきた。分子ゲート膜の概念図を図 5 に示す。

図 6 CO2 分離膜、膜エレメント（大面積の膜、支持体および流路材等の部材を一体化したもの）および膜モジュー
ル（膜エレメントと収納容器（ハウジング）を組み合わせたもの）

過去の METI 委託事業「二酸化炭素分離膜モジュール研究開発事業」（2011〜2014 年度）および「二酸化炭素回収技術実用化研究事業（二酸化炭素分離膜モジュール実用化研究開発事業）」（2015〜2018 年度）で得た成果（膜素材、膜エレメントや膜分離システム）を基に、その後、NEDO 委託事業「CCUS 研究開発・実証関連事
業／CO2 分離･回収技術の研究開発／二酸化炭素分離
膜モジュール実用化研究開発」（2018〜2021 年度）に
図 5 分子ゲート膜の概念図

おいて、実機膜モジュールシステム開発を目指し、連続

39

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 化学研究グループ

製膜技術の確立とこれを用いた膜エレメントの開発に取ている。

り組んできた。
前事業では、連続製膜を用いた膜エレメントとして外径 2 インチおよび 4 インチの膜エレメントを作製し、2.4MPa の高圧下においても安定な分離性能を確認し、膜エレメントの基本製法の確立に目途を得た。また、4 イ
ンチ膜エレメントを用いて、石炭ガス化炉からの実ガスを用いた分離性能の検証試験を実施し、膜エレメントの実ガスに対する分離性能を確認できた。
今後の取り組みとして、新たに採択された NEDO 委
託事業「ＣＣＵＳ研究開発・実証関連事業／ＣＯ２分離・回図 7 大気中からの高効率 CO2 回収・炭素循環技術の開発

収技術の研究開発／二酸化炭素分離膜システム実用化
研究開発／高性能 CO2 分離膜モジュールを用いた

RITE はこれまでの知見を活かし、大気中の CO2 を効

CO2―H2 膜分離システムの研究開発」において、前事果的に吸収・脱離する新たなアミンの開発を実施すると業の成果に基づいて膜エレメントの CO2 分離性能・耐久

ともに、大量の空気を通過させることができるように固性向上に関する検討、商用サイズに向けた膜モジュール

体吸収材をハニカム等の圧力損失の少ない構造体にすのスケールアップ検討、CO2 の利用プロセスに適する膜る技術についても検討を進めている。DAC 用に開発し分離システム設計を行い、社会実装に繋がる実用化研究

たアミンおよび担体を用いて、実際に RITE 周辺の外気開発に取り組む。

を流通させて性能評価を行っている。大気は季節や天候、時間によって温湿度が刻々と変化するため、大量の5. 大気中からの CO2 回収技術
RITE は 2020 年度よりスタートした NEDO の「ムーンショット型研究開発事業」 で掲げられた目標４

空気の温湿度をコントロールできるように工夫を施した装置を新たに設計・製作し、様々な環境を想定した試験を実施している。

「2050 年までに、地球環境再生に向けた持続可能な資源循環を実現」の「（1）温室効果ガスを回収、資源転換、無害化する技術の開発」で金沢大学および民間企業と協力して、大気中からの高効率 CO2 分離回収・炭素循環技術の開発に取り組んでいる。
「ビヨンド・ゼロ」を可能とする技術を 2050 年までに確立することを目指す「革新的環境イノベーション戦略」のイノベーション・アクションプランを後押しするための制度の一つとしてこの「ムーンショット型研究開発制度」
が位置づけられている。
大気中から直接 CO2 を回収する技術は Direct Air

図 8 DAC ラボ試験装置

Capture(DAC)と呼ばれている。DAC はネガティブ
エミッション技術として期待されており、前述の「（1）温経済的に受容可能な DAC の実現に向けては材料開室効果ガスを回収、資源転換、無害化する技術の開発」

発だけでなく、プロセス開発も重要である。RITE では

では、他にも DAC に関する研究テーマが 6 件採択され最適な運転プロセスを効率的に探索するため、シミュレ

40

研究活動概説 ● 化学研究グループ

RITE Today 2022ーション技術を活用している。液体炭化水素燃料の変換

テージから高炉排ガスや石炭火力燃焼排ガスの商用機に適した量や純度の CO2 を最も低いエネルギーで回収へ展開され、既に CO2 分離･回収技術として実用化されするプロセスについて計算と実験の両側面から検討をている。固体吸収法では、石炭火力燃焼排ガスに対して実施している。

2023-2024 年度に計画されている 40t-CO2/day
規模のパイロット試験に向けた検討に着手している。膜

６. 炭酸塩固定化技術

分離法では、IGCC 燃焼前排ガスからの膜エレメントを

CO2 鉱物化（CO2 mineralization）は、ネガティブ

用いた実ガス試験において CO2 と H2 の分離能を確認

エミッション技術の一つである風化促進（Enhanced

するなどの成果を得た。他にも新たに NEDO の「ムーンweathering）の要素技術である。CO2 をアルカリ土類

ショット型研究開発事業」において採択された DAC 技

金属と反応させ、化学的に安定な炭酸塩として固定化す術開発や、鉄鋼スラグや廃コンクリート等からの CO2 のる技術であり、生態系に影響を与えない CO2 固定化技

炭酸塩固定化技術開発に取り組んでいるところである。

術として注目されている。特に近年は、アルカリ土類金

化学研究グループでは、これらテーマにおける個々の属を含む副産物や廃棄物を用いることで、早期社会実

研究課題に精力的に取り組み、実用化ステージに近いも装が期待されている。

のは、スケールアップ検討や実ガス試験を通して早期のRITE は、CO2 を炭酸塩として固定化する技術におい技術確立を目指し取り組んでいく。同時に、革新的技術て、長年にわたり培ってきた独自プロセスを保有してい開発に取り組み、より省エネルギーで低コストが可能なる。2020 年より、民間企業と研究会を設置し、鉄鋼ス

CO2 分離･回収技術を提案していきたいと考える。

ラグや廃コンクリート等を対象として、これらから湿式で特に今後の脱炭素化に向けた持続可能開発シナリオ

抽出したアルカリ土類金属を活用し、工場等より排出さでは、天然ガスやバイオマス燃焼のからの CO2 回収の寄れた CO2 との反応により、安定した化合物である炭酸与が増大すると言われており、DACCS などのネガティ塩として回収する技術の開発、および生成した炭酸塩のブエミッション技術も必要とされている。したがって今

有効利用技術の開発等（図９）に協力して取り組んでい後は、これらのより低濃度の CO2 排出源にも対応できる。

るよう技術開発を進める必要がある。CO2 濃度が低くなると、その分処理すべきガス量が増大し、また高酸素濃度も高いため、今後はより低コストで劣化耐性の高い材料開発とそれに対応したシステム開発が重要であろう。

図９ CO2 炭酸塩固定化および有効利用技術

７. おわりに
化学研究グループでは、前述のとおり、主に化学吸収法・固体吸収法・膜分離法を対象に CO2 分離･回収技術開発を精力的に推し進めてきた。化学吸収法では実証ス

41

RITE Today 2022

研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

CO2 貯留研究グループ
グループメンバー（2021 年 12 月末）
グループリーダー・主席研究員
サブリーダー・主席研究員
主席研究員
主席研究員（兼）副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
副主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員

薛
内田
横井
野村
高須
中島
名井
田中
橋本
三戸
利岡
髙野
内本
小牧
指宿
渡辺
張
朴
末国
時田

自求
堅二
悟
眞
伸夫
崇裕
健
良三
励
彩絵子
徹馬
修
圭亮
博信
敦志
雄二
毅
赫
次朗
和仁

主任
主任
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究員
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

渕上 聡子
中西 公美子
三善 孝之
小谷 雅文
永田 丈也
Amer, Rasha
吉川 浩人
曹
金栄
石毛 宏和
沖本 竜太
佐藤 珠希
平井 順子
辻
志織
氷見 悠子
西出 朱美
奥道 恵美
佐々木 惠
佐々井 登喜男日髙 奈江

CO2 地中貯留の実用化へ向けた技術実証、情報発信と技術支援
1. はじめに二酸化炭素回収・貯留技術は、北海ノルウェー領の天

ずみ、音響、温度）技術、貯留率向上のためのマイクロバ
ブル CO2 圧入技術などを開発した。

然ガス随伴 CO2 貯留事業（Sleipner や Snøhvit プロ

2021 年度からはこれまでの研究成果を踏まえ、実用ジェクト）を機に、地球温暖化対策の有効な手段として期化に向けての技術実証・経済性向上・リスク低減・法整備

待されている。近年ではカナダや米国（北米地域）に加え支援、等に取り組んでいる。技術実証については、海外て、豪州でも大規模 CO2 地中貯留事業が実施・計画さの大規模 CO2 圧入サイト等で昨年度までに開発した光れている。

ファイバー計測技術を検証している。経済性向上・リスク

我が国でも、新潟県長岡における実証試験（計 1 万ト低減に関しては、Storage Resource Manageme

ンの CO2 圧入）に引き続き、北海道苫小牧沖で計 30 万nt（SRM）として包括的に検討し、貯留性および経済性

トンの CO2 圧入実証試験が終了したところである。

向上の手法を開発する。また、CO2 地中貯留技術事例集

CO2 地中貯留の実用化にあたっては、大規模な貯留を作成、事業者用として公開し、海外展開にも活用する。

層に年間 100 万トン程度の CO2 を安全に圧入・貯留す

さらに、従来のパブリックアウトリーチ（Public Outre

る必要がある。これを実現するため、CO2 貯留研究グル

ach（PO））や社会受容性（Public Acceptance（Pープは、二酸化炭素地中貯留技術研究組合の一員としA））を発展させ、社会合意形成（Social License toて NEDO 事業「安全な CCS 実施のための CO2 貯留技

Operate（SLO））の手法を開発する。SLO は、国内実術の開発研究」に取り組んでいる。本事業では、安全管

規模 CCS の展開支援に適用する計画である。このよう理技術の開発、大規模貯留層の有効圧入・利用技術の開に、当研究グループは実用化に向けた技術実証に加えて、発、CCS 普及条件の整備・基準の整備を行っており、こ情報発信や技術支援にも取り組むことで、CCS の普及れまでに、圧入安全管理システムや光ファイバー測定（ひ促進に貢献する。

42

RITE Today 2022

研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

2. 主な研究課題と成果
2.1. 光ファイバー測定技術開発と技術実証
CO2 が安全に地中に貯留できていることを確認する
ため、圧入された CO2 の広がりの監視に加えて、地層圧の上昇にともなう地層変形や圧力伝播範囲の監視が必要となる。
これらの監視を効果的に実施する技術の一つとして、分布型光ファイバーセンシング技術がある。分布型光ファイバーセンシング技術は、光ファイバー全体が受信部となるために、空間的に連続した記録を取得できる。したがって、坑井に沿って光ファイバーを設置することで

図 1 注水試験時の地層ひずみ測定結果

深度方向に連続的なモニタリングが可能となる。また複数のファイバーを一度に設置することで、ひずみ・音響・
温度をすべて捉えるマルチセンサーとして利用でき、多数のセンサーを設置する場合に比べて大幅なコスト低減を図ることができる。

海外での実証試験は、2023 年度にかけて、以下に示
す 3 か所のサイトにおいてそれぞれの目的で行う。
米国ノースダコタの大規模 CO2 圧入サイトでは、光ファイバーによる CO2 の挙動モニタリング（地層安定性や

当研究グループでは、光ファイバー測定技術開発と国坑井健全性監視を含む）を行う。坑井への光ファイバー

内外サイドでの技術実証を行っている。以下にこれらにケーブルの設置は完了しており、今後は CO2 を圧入してついて紹介する。

計測する予定である。この実証を踏まえた、マルチセン

以前の光ファイバー測定試験等で使用していたケーブ

シング・分布型音響センシング（DAS: Distributed A

ルは、柔らかい樹脂で複数の光ファイバーを被覆したタ

coustic Sensing）・弾性波探査（VSP: Vertical S

イプ（電話線仕様）や、細いワイヤのより線で外装を施し

eismic Profiling）の測定技術を確立させる。

たタイプ（アーマード仕様）であった。現場での取り扱い

豪州のサイトでは、光ファイバーによる断層安定性監をより向上させ、感度の良いものを目指し、複数の光フ視技術の確立を目的に実証試験を行う。断層近傍の坑ァイバーをステンレス（SUS）製の金属管に封入したケー

井に光ファイバーを設置し、浅部断層からの漏洩監視、ブル（金属管仕様）を設計した。

深部断層の安定性監視を実施する。

この新たな金属管仕様のケーブルの性能を確認する

また、ノルウェー地盤工学研究所（NGI: Norwegia

ため、国内のサイトにて試験を実施した。坑井に上記３種

n Geotechnical Institute）等との国際協力プロジ

類の光ファイバーケーブルを設置し、近傍の別の坑井にェクトに参画し、情報交換をするとともに、遠浅の海底に水を注入した（注水試験）。図 1 に試験結果を示す。金属

光ファイバーを設置して海底地盤変形監視技術を実証す

管仕様のケーブルが、注水によるわずかな地層のひずみる。

を感度良くとらえていることが確認できた。

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研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

RITE Today 2022

2.2. Storage Resource Management （SRM）

transportation and geological storage —システムの開発

Geological storage や 米国石油技術者協会 （SPStorage Resource Management （SRM） シ

E, 2017） による CO2 Storage Resources Ma

ステムの開発とは、貯留性および経済性向上のための手

nagement System （SRMS） を参照する。ISO 2

法開発である。主要課題には、次の 2 つが挙げられる。

7914 は商業 CCS を対象に、安全かつ長期的な CO2・ 大規模ＣＯ ２貯留サイトにおいて地下の貯留容量（リソの封じ込めを促進することを目的としている。環境、天ース）を有効活用する手法の構築
・ ＣＣＳ事業全体のコスト、操業リスクに伴うコスト等の経済性評価ツールの開発

然資源、人間の健康に対するリスクを最小限に抑えるための要件と推奨事項を提示している。SPE は、CO2 の貯留可能量の算定に対して、概算から商業利用までの等級を示している。汎用的な取り決めがある一方で、適地

SRM システムで対象とするＣＣＳ事業の範囲を図 2の選択と管理は各 CCS 事業を実施する場所ごとに固に示す。CCS 事業は排出源から CO2 を輸送し、貯留す有であり、内在する地層評価に係る不確実性や技術的リるまでのすべての工程を含む。時系列としては地域評価

スクは場所ごとに対処する必要がある、から CO2 貯留を終了し、長期管理に至るまでを含む。全

貯留層を含む地層評価に係る不確実性考える上で、体のコスト、操業リスクに伴うコスト等の経済性評価ツー

地層の成り立ちを考慮することが重要である。既存の地ルを開発する。

質情報として、RITE（2006）の CO2 地中貯留可能量（ポテンシャル）調査（図 3）がある。この調査は、国によって油ガス資源探査で得られた基礎調査データを活用
し、CO2 が超臨界になる 800 m 以深の深部塩水帯水層の分布から CO2 貯留可能量を概算したものである。
深部塩水帯水層は、主に砂泥互層から成る。地層の均質性や連続性に不確実性が潜んでおり、詳細な検討が必要である。不確実性の検討を進め、事業化検討地域では、概算値をより正確な貯留リソースに更新する。

図 2 SRM システムで対象とする事業範囲

経済性評価にあたっては、CO2 貯留地点の適切な選定と貯留層の有効活用が鍵となる。これまで、当グルー
プでは、以下の技術開発を主に行ってきた。
・ 大規模貯留層を対象とした地質モデル開発
・ CO2 圧入井や圧力緩和井の最適配置技術開発
・ CO2 挙動シミュレーション、長期挙動予測手法確立
これら要素技術を統合・発展させることにより、貯留リソースの評価・管理手法を構築する。
特に、貯留層の有効活用には、国際的な指針である I
SO 27914: 2017 Carbon dioxide capture,

図 3 基礎物理探査より得た
日本列島における背斜構造の分布図

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

貯留サイトと排出源との距離は、CO2 輸送方法の決定

2.3.1 インシデント対応手順（日本版 IRP）

や輸送コスト試算にとって重要であり、CCS 事業の経済

CO ２ 貯留事業の安全確保、緊急時対応に加え、CCS

性に大きく影響する。既存の基礎調査や貯留可能量評の社会受容性を確保するためには、インシデントが生じ価の成果を基に、複数の実想定サイトを選定し、サイト周た際の手順・計画（プロトコル）を明確にしておくことが辺の CO2 排出源とのマッチングを念頭に、Low-Cost必要である。インシデントとは、CO ２ 貯留事業を遅滞ま& Low-Risk の事業モデル検討を進めている（図 4）。

たは中断させるおそれのある事象である。坑井や貯留層

このような事業モデル検討は、経済産業省の調査報告の異常など事業上の異常、大地震や台風、未知の断層の書に示された徐々に拡大していく事業展開とも整合す判明など事業上の異常の要因となり得る事象、地層やる。一方、地域によっては、実想定サイトの既存データ量

地表の異常な変形、CO２の漏洩や漏出、誘発地震など地や質に差異がある。また、周辺の排出源の種類（石炭火中環境・外部環境への影響、生態系の変化、地下飲料水

力発電所、製鉄所、化学工場）や CO2 排出量も異なる。

への混入、人命/健康/家屋の被害など生態系や資源等

複数の実想定サイトの検討によって、国内の未調査地域への影響がインシデントとして想定される（図 5）。

での地質調査への知見提供や早期実現型 CCS 事業モ

CCS 事業者が日本で貯留事業を実施するに当たってデルの提案ができる。これらを通じて、事業コスト試算ツのインシデントへの対応手順を日本版 IRP（Incidentールを開発していく。このコスト試算ツールは、CO2 回

Response Protocol）と呼ぶこととし、その策定のた収・輸送・貯留をカバーしており、CCS 事業全体のコスト

めのガイダンスを取りまとめた。

試算だけでなく、投融資や事業保険の検討にも役立つ。

日本版 IRP ではインシデントによる外部環境への影
響の程度に応じ３つの異常事態レベルに分類した。レベル１は影響がない場合、レベル２は状況が悪化すれば影響が生じるおそれがある場合、レベル３は影響が生じている場合である。インシデントが発生した場合、異常事態レベルの判定を行い、異常事態と判定した場合には、そのレベルに応じた対応体制を立ち上げ、異常事態への技術的対応と社会的対応を取ることになる。技術的対応としては、インシデントの調査や監視、発生個所の修復、影図 4 早期実現型 CCS 事業モデル検討概念

響の抑止・遮断・復旧の実施が想定される。社会的対応とは、行政機関への対応や近隣利害関係者、一般市民、

2.3. CCS 普及のための社会合意形成、情報発信・技術

メディアとのコミュニケーションである。ガイダンスには支援の取り組み

想定インシデントごとに対応例を記載している。

CCS の普及には技術の発展・確立だけでなく、事業

また日本版 IRP の補完として QA 集を作成した。QA者が事業を実施するための環境整備や CCS に対する集では、地震による貯留サイトへの影響に対する疑問、社会の理解や合意が必要である。当研究グループでは、貯留事業による誘発地震に対する疑問、CO ２ 漏出時の事業実施の環境整備として、事業者用に緊急時対応手

人や生物、環境等への影響に対する疑問に関する回答

順（日本版 IRP）の作成ガイダンスを取りまとめるととものポイントを科学的根拠に基づきまとめた。

に、CO２地中貯留技術事例集を作成している。また、社会の理解や合意のために、社会合意形成手法（SLO）開発に取り組んでいる。

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

図 5 異常事態の分類とインシデント例

2.3.2 CO2 地中貯留技術事例集
我が国における CCS 事業者の参考マニュアルとなる

ウェブで公開する。また、海外での活用も見据えて、英語版も作成中であり、順次公開してゆく予定である。

ように、CO ２ 地中貯留に関する国内外の事例を紹介する CO２地中貯留技術事例集の作成を行っている。技術

2.3.3 CCS 実施に向けての社会合意形成（SLO）手法

事例集は、貯留事業のフェーズに対応して、基本計画、サ

CCS の社会実装には社会の合意が必要である。そこ

イト選定、サイト特性評価、実施計画、設計・建設、操業・で当研究グループでは、社会合意形成（SLO）手法の研管理、サイト閉鎖、閉鎖後管理の８章から成る。このうち、究開発に取り組んでいる。

第１章（基本計画）は、２０２１年１０月にウェブで公開した。

CCS 事業の実施には地元の理解が欠かせない。地元の理解、合意形成のためには、地元と事業者とのコミュ

基本計画の目的は、事業開始段階において事業実施

ニケーションが重要である。海外の事例では、早期に双者が事業の全体像を示し、利害関係者から事業への理方向のコミュニケーションを行うことが推奨されている。

解を得ることである。そのため、基本計画で検討・立案・双方向のコミュニケーションとは、事業者が一方的に事確立されるべき内容は、技術的/経済的/法的あるいは業の説明をし、地元に事業の受入れを求めるのではなく、社会的側面と多岐にわたる。事例集第１章では、事業全

地元も事業者に対して、意見や考え、懸念を伝えること

体の工程を示し、各フェーズの概略を述べている。

で、互いの理解を深め信頼関係を構築していくコミュニ

また、国内外の関連法規を取りまとめ、必要な許認可

ケーション手法である。これまでにいくつもの双方向コのタイミングを示している。経済性に関しては、事業コス

ミュニケーション手法が提案されている。当研究グルー

トの概略を示し、海外事業でのコスト実績を示している。

プでは、事業者が地元のどの利害関係者を対象に、どのリスク管理やパブリックアウトリーチや社会受容性

ようにコミュニケーションを取るのが適当なのかを、事（PO/PA）の考え方の概要も述べている。

業のフェーズごとに検討している。また CCS 事業によ各フェーズの詳細は第２章以降に書かれており、順次る地元への経済波及効果の分析も行っている。

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研究活動概説 ● CO2 貯留研究グループ

RITE Today 2022

社会の合意とは、地元住民、一般市民が CCS を受け入れるということだけを意味するのではない。社会には、
地元住民、一般市民だけでなく投資家、政策担当者、さらには事業者自身まで様々な利害関係者が含まれる。
他の多くの事業とは異なり CCS はそれ自身で利益を生み出すわけではないため、投資家や政策担当者、事業者の合意形成には、事業として成り立つ仕組みとしてインセンティブが必要となる。そこで、どのようなインセンテ
ィブが適切なのか、海外の事例を調査し、我が国の事情に適したインセンティブデザインの検討を進めている。また、CCS 事業にかかるコストの分析も行っている。海外事例のコスト分析などを通して、コストの詳細や年次展開についての研究を行っている。

参考資料
1)

ISO (2017) ISO 27914: 2017 Carbon dioxide capture, transportation and geolo
gical storage — Geological storage, https://www.iso.org/standard/64148.html

2)

SPE (2017) CO2 Storage Resources Man
agement System, https://www.spe.org/en/industry/co2-storage-resources-manag
ement-system/

3)

RITE (2006) H15 年度 二酸化炭素地中貯留 成
果報告書

4)

経済産業省 (2020) 地球温暖化・資源循環対策等に資する調査委託費 （我が国の CCS 導入のあり方に係る調査事業）調査報告書, https://www.meti.
go.jp/meti_lib/report/2019FY/000145.pdf

5)二酸化炭素地中貯留技術研究組合 (2021) CO2 地
中貯留技術事例集, 第 1 章 基本計画, https://www.co2choryu-kumiai.or.jp/co2/

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RITE Today 2022

研究活動概説 ● 無機膜研究センター

無機膜研究センター
グループメンバー（2021 年 12 月末）
センター長・主席研究員
副センター長・主席研究員
主席研究員
主任研究員
主任研究員
主任研究員
研究員
研究員

中尾 真一
小西 久美子
喜多 英敏
瀬下 雅博
來村 和潔
龍治 真
伊藤 史典
孟
烈

研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手
研究助手

浦井 宏美
奈良 裕子
佐々 和明
大野 信成
新堂 千代子藤井 暁義
菰野 恵子

無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の研究開発、およびその実用化・産業化に向けた取り組み
１. はじめに膜、ゼオライト膜、パラジウム膜をコア技術に、メンブレン

2020年に｢パリ協定｣が本格的に運用開始され、更リアクターを利用した CO2 分離・回収、有効利用（CCU：に10月には日本においても｢2050年カーボンニュート

Carbon Capture and Utilization）に関する取り組ラル｣が宣言された。この目標達成のためには、温室効

みとして、CO2 を原料とするメタノール合成技術の開発、

果ガスの実効的な排出削減と、CO2を資源として活用す

大気中から回収された CO2 から液体炭化水素燃料を合るカーボンリサイクルの実現が求められている。

成する技術の開発を行っている。また、CO2 フリーかつ

シリカ、ゼオライトおよびパラジウムに代表される無機膜は、高分子を素材とする有機膜に比べ、機械的強度や低コスト水素製造を目的としたメタン直接分解による水素製造に関する研究も行っている。

耐熱性・耐薬品性に優れている。また、無機膜を用いた産業連携部門では、無機分離膜・支持体メーカーとそ

メンブレンリアクター(膜反応器)を用いることで、蒸留のユーザー企業計 18 社からなる「産業化戦略協議会」

法や吸着法などの分離精製工程を必要とする従来の反において、メーカーとユーザー企業のビジョンの共有を応プロセスと比較して、エネルギー消費量を大幅に削減図るべく、会員企業が定期的に意見交換を行い、研究会

し、プロセスを簡素化できる可能性も有している。このなどの活動を活発に推進している。

ような無機膜の優れた特性を踏まえ、革新的生産プロセ

本稿では、CCU 技術開発とメタンからの水素製造なスを実現できる技術として、蒸留代替としての分離膜のど研究部門の主な成果と今後の展望、そして産業化戦

適用、分離回収されたCO2 の有効利用等の研究が進め

略協議会の活動状況について紹介する。

られている。さらに、水素社会構築に不可欠なCO2フリ
ーかつ低コスト水素製造のための水素分離膜の開発も進められており、温室効果ガスの排出削減に大きく貢献
する革新的技術として期待されている。
無機膜研究センターは、無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の早期の実用化、産業化を目的に、研究開発と産業連携を両輪として活動を進めるべく、組織も研究部門と産業連携部門の 2 つから構成されている。
研究部門では、それぞれに優れた特長を有するシリカ

図１ 無機膜研究センターの推進体制

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研究活動概説 ● 無機膜研究センター

2. メタン直接分解による CO2 フリー水素製造技術の開RITE Today 2022

メンブレンリアクター（MR；Membrane reactor）

発の開発については、メタン直接分解用メンブレンリアク

水素社会の構築のためには、水素を低コストで且つ大ターの水素製造効率および CO2 排出量の検討を行った量に製造する方法が求められる。シェールガス革命以降、

結果、図３に示す様に反応温度 500～600℃において、長期に安定して供給が可能であるメタンに着目し、これ従 来 の 触 媒 充 填 型 反 応 器 （ PBR ； Packed bed

を熱分解することで水素と固体のカーボンを製造し、副reactor ） と比較 して 高い 水素 製造 効率 お よ び 低い

生カーボンを販売することで水素の製造コストを低減す

CO2 排出量となることが明らかとなった。一般的な水素る技術検討を実施している。メンブレンリアクターの適製造方法であるメタン水蒸気改質反応による CO2 排出用により転化率を向上させ、効率的且つ省エネルギーな量 と 比 較 す る と 、 水 蒸 気 改 質 反 応 が 0.95 kg-

水素製造を目指す。また、水素製造に際して CO2 を排出

CO2/Nm3-H2 に対し、メンブレンリアクターによるメタ

しないメリットがあり、脱炭素社会に資する技術開発でン直接分解では 0.2 kg-CO2/Nm3-H2 であり、約 1/5ある。

に排出量を抑制できることがわかる。今回の計算では未2019 年度に NEDO の委託事業として採択され、反応メタンと水素を燃焼させることにより反応熱を賄っ①メタン分解に必要な反応温度 500℃以上の耐熱性ているが、水素のみを燃焼させることで CO2 排出を限を有する水素選択透過膜の開発

りなく“ゼロ”に近づけることも可能になると期待できる。

②メンブレンリアクターにおいてメタンを効率的に分解する触媒の開発③水素選択透過膜膜と触媒から構成されるメンブレ
ンリアクター（図２）の開発とその有効性の実証を開発項目としている。

図２ メタン分解により水素製造するメンブレンリアクター

水素選択透過膜膜の開発においては、シリカ膜およびパラ ジウ ム (Pd) 膜 の 開 発 を行 っ た 。その 結 果 、 共 に
500℃においてプロジェクトの最終目標である水素透過率 5 x 10-7 mol m-2 s-1 Pa-1 、H2 選択透過性
3,000 以上の透過分離性能を有するとともに、高い耐熱性を有する水素選択透過膜膜の開発に成功した。また触媒については、600℃における活性が比較的に高い
Ni/Fe/Al2O3 触媒を見出した。

図３ メンブレンリアクター適用による効果の試算結果
a) 水素製造効率, b) CO2 排出量49

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 無機膜研究センター開発したシリカ膜および Pd 膜を用いたメタン直接分現するためのキーテクノロジーとして盛んに研究開発・

解試験の結果を図４に示す。図中の点線は触媒を充填し実証検討が行われている。中でも CO2 の水素化によるた反応器、実線はメンブレンリアクターによって理論的

有効利用技術は反応により水が生成し、その水が触媒のに得られる最大のメタン転化率を示している。この結果

活性劣化、反応速度の低下の原因となる点が課題とな

より、反応温度 600℃、反応圧力 0.4 MPa においてっている。また、多くは発熱反応であり、反応により発生

Pd 膜の場合で約 80%、シリカ膜の場合で約 70%の転した熱を如何に除去するかも課題の一つである。これら化率が得られており、触媒充填型反応器(約 20%)よりの課題を解決すべく、無機膜研究センターではメンブレも高い転化率が得られることを実証した。一方で、高いンリアクターによる高効率かつ省エネルギー型の CO2

水素製造効率が得られると試算された反応温度 500℃

有効利用技術の開発を推進している。

では、メンブレンリアクターと触媒充填型反応器とではメタン転化率が同程度となった。これは、用いた

３．１． CO2 を原料とするメタノール合成技術の開発

Ni/Fe/Al2O3 触媒の 500℃における活性が低いため

メタノールは化学品の基幹物質であり、今後需要拡大であると考えられ、反応温度のさらなる低温化を達成すが見込まれる。メタノール合成は、主として天然ガスをるためには触媒の改良（低温活性の高い触媒の開発）が原料とした水蒸気改質反応により合成ガス（CO と H2 の必要不可欠である。これはメタン直接分解に限らず、無混合ガス）を原料として合成される。一般的に Cu/ZnO

機膜を用いたメンブレンリアクター開発における大きな系の触媒が用いられており、473～573 K、高圧条件

課題のひとつであり、今後は触媒開発と分離膜開発が下で反応が行われる。しかしながら、メタノール合成は一体となって研究開発が推進されていくべきであると熱力学的には低温・高圧有利の反応系であり、この温度考えられる。

域ではワンパスの収率が低い。これは、以下の反応式で表される CO2 を原料とした場合に顕著である。
CO2 + 3H2 ⇄ CH3OH（メタノール） + H2O

一方で、CO2 からメタノールを合成することができれば、約１億 t/year（メタノールの需要：5000 万 t/yearを仮定）の CO2 削減ポテンシャルが期待できる。そのため、高効率なメタノール製造方法が求められており、生成する水を反応系外に除去することができればワンパス収率を向上するとともに、従来の触媒反応では困難であった比較的低圧条件下にてメタノール合成が可能となる。その方法のひとつとして、水を選択的に引き抜くことのできる膜を具備したメンブレンリアクターの利用が挙げられる。これまで無機膜研究センターでは、水熱安定性を向上させた Si-rich LTA 膜を開発し、メンブ
図４ メンブレンリアクターの適用によるメタン転化率の向上効果

レンリアクターに適用することにより反応温度 200℃、反応圧力 4 MPa にてＣＯ２転化率 60%を達成した。これは同条件の触媒充填層型反応器と比較すると約 3 倍

３. CO2 有効利用技術の開発
CO2 有効利用技術はカーボンニュートラル社会を実の転化率である。
2021 年度、新たにＮＥＤＯ事業「カーボンリサイクル・

50

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 無機膜研究センター

次世代火力発電等技術開発／CO2 排出削減・有効利用

ターを用いた高効率かつ省エネルギー型の CO2 変換技

実用化技術開発／化学品への CO2 利用技術開発」に

術開発を以下の３項目を柱として進めている。

JFE スチール株式会社との共同提案が採択され、今後①FT 合成へ適用可能な脱水および水素透過膜

は、脱水膜のさらなる高性能化および長尺・大面積化を②FT 合成用メンブレンリアクター

検討し、実用化に向けた研究開発を進めていく。

③CO2 分離回収を含めた最適プロセス構造

３．２． 大気中の CO2 を原料とした液体炭化水素燃料

脱水膜は、反応により生成する H2O を、例えばゼオラ（e-fuel）合成技術の開発

イトなどの親水性を有する分離膜を用いて反応系外に多岐にわたるカーボンリサイクル技術の中でも、合成除去することにより触媒劣化を抑制することを目的とし燃料は既存の燃料インフラが活用可能であり、他の新燃ている。水素透過膜は、ゼオライト膜やカーボン膜と比較料に比べて導入コストを抑えることが可能なことから、してＨ２の透過性に優れるシリカ膜を用い、炭素鎖の逐次その製造プロセスの確立は強く求められている。

反応の最適な反応タイミングでＨ２ を反応場に供給する無機膜研究センターは、2020 年度より金沢大学およことにより反応制御を行い、液体炭素燃料を多く得るこび RITE 化学研究グループと共に NEDO 事業「ムーンとを目的とした新しい取り組みである。現在、これらのショット型研究開発事業／地球環境再生に向けた持続可

新規分離膜の開発を行っており、Ｈ２/Ｎ２およびＨ２/ＣＯ２

能な資源循環を実現／大気中からの高効率 CO2 分離回

分離を目的とした従来のシリカ膜よりも高い透過分離性

収・炭素循環技術の開発」に参画し、DAC（Direct Air能を有するとともに、高い耐水蒸気性を発揮するシリカ

Capture ） 技 術 に よ り 回 収 し た CO2 を FT 合 成膜の開発に成功している。

（Fischer-Tropsch Synthesis）により液体炭化水

FT 合成用メンブレンリアクターは、新規装置を設計し素燃料に変換する技術開発を担当している（図 5）。FT

稼働予定である。実験に先立ちシミュレーションモデル

合成もメタノール合成と同様に、CO2 と水素の反応によを構築し、メンブレンリアクターは従来の触媒充填層型り生成する水が触媒劣化、反応速度低下の原因となる。

反応器よりも高いＣＯ ２転化率が得られることを確認し

また炭素鎖の逐次反応であるため、生成物が ASF 則

た。今後、新規装置を用いてＦＴ合成触媒や操作条件の（Anderson-Schulz-Flory：炭素鎖が成長する確率）検討を行い、高効率に液体炭化水素を得ることのできるに従うため、反応制御が困難であることも課題として挙メンブレンリアクターの開発を行い、さらにシステム全体げられる。

の最適化を検討することにより省エネルギーな最適プロ

そこで当センターでは、FT 合成用のメンブレンリアク

セス構造の構築を目指す。

図 5 プロジェクトの全体概要

51

RITE Today 2022

研究活動概説 ● 無機膜研究センター

本事業のムーンショット型研究開発事業は、「日本発の法の標準化に向けた基礎的な検討を行った。

破壊的イノベーションの創出を目指し、挑戦的な研究開協議会会員向けセミナーもオンラインで開催し、大学、

発（ムーンショット）を推進するもの」である。無機膜研究

会員企業、膜関連企業などから最新の研究開発動向やセンターは、無機膜の構造と耐久性との相関、および分

ニーズ、シーズの紹介、膜の実用化開発事例の紹介など

離メカニズムという“Science”を解き明かし、省エネルの講演があり、活発な質疑・応答が行われた。さらに、講ギー化が期待できる FT 合成用メンブレンリアクターの演内容に関連する特許・文献調査を行い、その要約に無研究開発を強力に推進していく。

機膜研究センターとしてのコメントを付したニーズ・シー
ズ情報も、定期的に会員に提供している。

４． 実用化・産業化に向けた取り組み
産業連携部門のコアとなるのは、「産業化戦略協議会」

５． おわりにで、分離膜・支持体メーカーとユーザー企業計 18 社

2021 年 11 月には、2 年ぶりとなる「未来を拓く無（2022 年 1 月時点）が参画している。協議会では、メー機膜 環境・エネルギー技術シンポジウム」をオンライン

カーとユーザー企業のビジョンを共有し革新的環境・エで開催し、389 名の方に聴講いただいた。本シンポジウ

ネルギー技術に資する無機膜産業を確立することを目ムでは、｢カーボンリサイクル｣を主題として、CO2 分離回的としている。その実現のために、以下のような事業を収・有効利用、炭素循環技術等の最新動向や実用化に向推進している。

けた取り組みについて、大学および企業の方々にご講演①無機膜を用いた革新的環境・エネルギー技術の実用化・産業化に向けたニーズ・シーズマッチングやロー

いただくとともに、無機膜研究センターの最新の研究成
果や産業化戦略協議会の取り組みを紹介した。

ドマップ策定を行う「研究会」の設置および運営

聴講者からは、カーボンリサイクルについての俯瞰的・②国、NEDO 等からの資金による事業の共同実施の総合的展望に加え、実用化に向けた具体的な取り組み、

企画③センター研究部門への研究員派遣の受け入れ、研修会の実施④センターアドバイザリーボードおよび研究部門からの技術指導

分離技術における無機膜の有効性などについても理解を深めることができたと好評だった。
2050 年カーボンニュートラルに向け、脱炭素に資す
る革新的環境・エネルギー技術開発へのニーズはますま
す高まっている。無機膜研究センターとしても無機膜の⑤協議会員向け無料セミナーの開催

強みを生かした基礎・応用研究を深めるとともに、社会⑥協議会員向けニーズ・シーズ情報の発信

実装に向けた動きを加速化させていきたい。

202１年は、新型コロナウイルスの感染拡大の影響で、対面での活動は自粛せざるを得なかったが、WEB を活用して研究会活動、セミナーなどを積極的に推進した。
研究会活動としては、膜反応プロセス研究会と共通基盤（性能評価等）研究会の２つの研究会で新たな検討を開始した。具体的には、膜反応プロセス研究会では、メンブレンリアクターの社会実装に必要不可欠な、性能・エネ
ルギー収支・コストの比較検討を可能にする計算プラッ
トフォームの検討を行い、共通基盤（性能評価等）研究会
では、無機膜の産業化促進を目指し、分離膜性能評価手52

プレスリリース ・ イベント情報 ・ 発表論文一覧 ・ その他の活動

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プレスリリース

イベント情報発表論文一覧
システム研究グループ
バイオ研究グループ
化学研究グループ
CO2 貯留研究グループ
無機膜研究センター

その他の活動
◆環境教育
実施日

対象者

人数

1月7日

京都府立城陽高等学校 理科 教員

97 月 30 日

京都府立西舞鶴高等学校 理数探求科 2 年生

910 月 21 日

京都理化学協会16

11 月 22 日

奈良県立奈良北高等学校 数理情報科 2 年生

20

53

RITE Today 2022

主な新聞記事

掲載年月日

見出し

掲載紙名

2021.2.3

RITE CO2分離・回収でシンポ 最新の技術動向解説

電気新聞

2021.3.2

鉄鋼で国境炭素税導入なら・・・ 日本の競争力低下の恐れ RITEが分析

鉄鋼新聞

2021.5.14

再生可能エネルギー5割でコスト2倍の可能性 政府目標達成へ経産省が試算

東京新聞

2021.5.14

温室ガスゼロ 電力コスト2倍 RITE分析

2021.5.14

50年カーボンニュートラル／「水素還元製鉄の実用化」必須条件／RITEが分析

鉄鋼新聞

2021.5.14

50年実質ゼロ排出 電力コストは2倍に RITE分析 確立技術活用を

電気新聞

2021.5.17

2050年CNへシナリオ議論、発電費用倍増の懸念も／総合エネ調

ガスエネルギー新聞

2021.5.17

RITE／50年電源構成の再エネ割合5割以上でコスト大幅増／低減策立案が急務

日刊建設工業新聞

2021.5.17

電力コスト2倍増試算／50年、利用者負担増も2021.5.18

RITE、脱炭素で電力コスト「2倍」

2021.5.19

2050年脱炭素、電力コストは倍増／総合エネ調査会、委員から批判相次ぐ／RITE試算、再エネ100％なら4倍に2021.5.24

電力コスト、50年に倍増も 有識者中間報告 再エネ大量導入も一因

2021.6.22

RITE 新理事長に山地氏就任

2021.6.25

理事長に山地氏 RITE

2021.6.28

理事長に山地氏、茅氏は顧問就任／RITE

2021.8.9

地球を救え! ムーンショット NEDOプログラム（2） 大気からCO2回収 液体の炭化水素燃料に 金沢大学・RITE

日刊工業新聞2021.10.15

RITE「未来社会を支える温暖化対策技術シンポジウム in 関西」開催
カーボンニュートラルを見据えた技術開発と、実現にいたる課題を分析

ガスレビュー

2021.12.29

グリーンフォーラム21 第2回事例研究会「エネルギー基本計画とその周辺」 地球環境産業技術研究機構 主席研究員 秋元圭吾氏

日刊工業新聞日刊工業新聞

琉球新報

日経産業新聞環境新聞

ﾌｼﾞｻﾝｹｲﾋﾞｼﾞﾈｽｱｲ

電気新聞

化学工業日報ガスエネルギー新聞

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特許紹介

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特許紹介⚫ 二酸化炭素分離・回収技術関連分野⚫ 二酸化炭素圧入関連分野⚫ バイオリファイナリー関連分野⚫ 無機膜関連分野

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2022 Vol.17

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