CO2ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ技術をめぐって
ー IPCC AR6 WG3への要請ー
茅 陽一
日本IPCC会議座長、RITE理事長
2017.11.14
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目次
1.各部門CO2ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ方策実施の重要性
2. 発電部門の対応
3. 運輸部門の対応
4. 鉄鋼部門の対応
5. 結言

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IPCC AR6 WG3への要請
1. 温暖化抑制ｼﾅﾘｵの作成と評価
２．温暖化抑制の具体的方策の提案と評価
特に人為的CO2のﾈｯﾄ排出＝排出ー吸収→０に向けての方策
１）CO2吸収方策 BECCS/DACの実行可能性
２）CO2排出削減方策

3図：CO2累積排出量と地球温度上昇との関係

Source:IPCC AR5 WG1, SPM、20134気候安定化ーCO2ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝの必要性ー
T: global surface temp.
ΣCO2: cumulative anthropogenic CO2 emission＜IPCC fig. の意味＞
IPCC :T and ΣCO2 are approx. linearly related→ T = a + b ΣCO2 (1)ΔT = b △ ΣCO2 = b・CO2 (2)気候安定化=ΔT=0 → CO2=0 (3)(3): 人為的排出CO2のゼロｴﾐｯｼｮﾝ
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図：大規模CO2吸収を伴う排出抑制ｼﾅﾘｵ例
Source:Rogelj,J.et al:Nature c.c. vol.5.June 2015

1.5℃ scenario

2℃scenario
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CO2大規模人為的吸収の困難（１）ー植林ー
1. 過去の状況
一貫してLDCなどでの開発による森林減少＞植林
ﾈｯﾄ減少は2000- 2010年で５００万ha/年程度
２．植林規模CO2 １００億ﾄﾝ/年の吸収は可能か？
植林の年あたり吸収：10tonCO2 /ha(source: Woodwell et al, Science,1978)→ 必要植林面積 １０億ha ～米国総面積7CO2大規模人為的吸収の困難（２）ーBECCSー１．必要面積の巨大性：伐採及び貯留
Rogelj modelの場合：100億トン/年規模のCO2吸収(1) 森林伐採：熱帯雨林で5千万ha/年(日本面積の1.4倍）
伐採の後、これだけの面積の植林必要ー出来るか？
(2)100万ｔ/年の大貯留井が１万本必要
２．伐採ないし刈取ーbiomass燃焼利用/CO2回収ー
CO2貯留 を多数の国にわたって行う困難→ より具体的に調査の要
参考：Fuss,B.et al;Nature c.change, vol.4, October2014

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CO2ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ技術の部門別検討の必要性
大規模CO2人為的吸収実現の困難↓
人為的CO2排出のｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ化の必要↓
各部門でのCO2ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ技術検討の必要

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図．世界のｴﾈﾙｷﾞｰ由来CO2排出（２０１４））
CO2

運輸
産業
民生
発電

産業部門

Source: IEA World Energy Outlook 201610

電化によるｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ化の可能部門
１．民生部門
全電化住宅への指向
FCによる民生ｺｼﾞｪﾈ実現（日本のｴﾈﾌｧｰﾑ）
２．自動車部門
乗用車
小型貨物・小型バス→ 発電のCO2ゼロｴﾐｯｼｮﾝ化
11発電部門対応

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発電部門の基本対応姿勢
ーCO2削減に何が必要かー
１．化石燃料火力の抜本的低減
理由：貯留井設置の制約等からCCS実施規模が限定されること
２．一定程度の原子力の維持
将来は 高速炉・核融合も視野に
３．再ｴﾈの抜本的拡大
例：IRENA2050 Remap ｹｰｽ ８２％
変動出力再ｴﾈ（風力・太陽光）VREが大きい

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ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ発電部門の問題点
ーVRE大量導入に伴う２問題ー
VRE:変動出力再ｴﾈ（風力発電・太陽光発電）
１．VRE出力の変動(intermittency)に対応する需給調整
従来：火力、一部の水力による対応
今後：二次電池による対応
その場合二次電池ｺｽﾄ負担がどうなるか？
２．VREが慣性(inertia)をもたないことによる系統の高速周波数変動（１ｓ以下）の増大
この周波数変動をどう低減するか？
14Inertia-frequency control 問題ωJ dω/dt = Pm – D (1)ω：同期発電機回転数∝系統周波数
J：同期発電機系inertia
Pm: 同期発電機系機械入力
D: 需要＋非同期発電機入力電力↑VRE（太陽光発電、風力発電）
VRE出力変動に伴うω変動はJが小さいほど大きい
・・inertia 不足による周波数高速変動が生ずるおそれ
変動時間：10ms～1s
外部回路でこの変動を低減する方策が必要：実用例は殆どない
資料例：Tielens,P. and D.Hertem, The relevance of inertia
in power systems, Renewable and sustainable energy
reviews, vol.55, March 201615

同期機慣性と系統周波数変動―アイルランドの例ー

Source:Eirgrid:Ensuring a Secure,Reliable and Efficient Power Syｓtem
in a Changing World, June 2011, Fig.10

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運輸燃料部門の対応

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運輸燃料のｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ化
０．運輸機関にはCCSが適用できない。
したがってCO2ゼロエミッション実現には脱石油が前提。
１．乗用車・軽貨物車
電化での対応が進行中
ﾌﾗﾝｽ・英国 ２０４０までにｶﾞｿﾘﾝ車・ﾃﾞｲｰｾﾞﾙ車販売停止
２．貨物車・船舶可能性 １）電化
２）ﾊﾞｲｵ燃料
３．航空機駆動装置としてのｼﾞｪｯﾄｴﾝｼﾞﾝは不可欠→電化はほぼ不可能
可能性 １）ﾊﾞｲｵ燃料
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世界の貨物車・船舶・航空燃料需要-2009乗用車・軽貨物車 1,150 Mtoe/y
貨物車
550
船舶
220
航空
240
計
2,160
source: IPCC AR5 synthesis report, WG3,Fig.8.5, 201419

運輸機関と電化可能性
ー電池重量問題ー
1. 基本の問題：電池と石油燃料の重量差
同一エネルギー量に対応する重量
電池蓄電密度 0.2kWH/kg が現在最大→ 1 ton電池= 0.2 MWH
石油 1 ton = 12 MWH・・・60ton電池相当
2. 乗用車と貨物車・船舶の性格の差
乗用自動車：人間輸送目的→ 車利用性能が重要
大型貨物車・大型船舶：貨物輸送目的→ 輸送効率が重要 → 電池重量が大きな問題（大型ﾀﾝｶｰの場合、石油燃料重量～船重量の数％）
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世界のﾊﾞｲｵ燃料の変遷と将来必要量
Mtone

２０１６

ﾊﾞｲｵ燃料の現状と必要量
現状生産量～現状の貨物車・船舶・航空燃料需要の１０数分の１
したがって、今後のﾊﾞｲｵ燃料生産の抜本的拡大が必要になる。
21ﾊﾞｲｵﾏｽの輸送用燃料利用
１．現在のﾊﾞｲｵﾏｽ燃料は、基本的には食料系作物（ﾄｳﾓﾛｺｼ系）から生産。その生産を大幅拡大は 食料生産と競合するので困難が大きい。
２．一般の草木からのﾊﾞｲｵ燃料生産は
cellulose → ｱﾙｺｰﾙ 変換の問題として現在世界的に研究の途上。
（RITEﾊﾞｲｵｸﾞﾙｰﾌﾟの研究もその一例）
・・・・その発展がﾊﾞｲｵ燃料利用の最大の課題。

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鉄鋼部門での対応

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鉄鋼生産における脱炭素
ー現状：日本の例ー
１．COURSE 50: 水素還元+CCS
現在のCOURSE50でのCO2削減目標は２０５０年までに３０％。
２．従来の還元剤のｺｰｸｽの役割と還元剤として水素の利用と問題点
１）酸化鉄（鉄鉱石）の還元 → 水素還元
２）鉄溶融のための熱源：水素還元は吸熱反応→水素利用の場合別途熱源必要
３）溶融鉄、風の通路の確保：水素→水となるので、別途構造材導入必要
COURSE50では、２）３）を考慮、ｺｰｸｽを大部分残している→ 発生するCO2をCCS処理（高炉ｶﾞｽはCOも含み、すべてのCO2処理は不可能）
３．CCSの困難性
１）高炉ｶﾞｽ＋諸ｶﾞｽからC分をすべてCCS処理することはｺｽﾄが高い（これらｶﾞｽはCOを含み、発電の形ですでに利用）
ex. 鉄鋼ﾄﾝあたり：製品価格数万円ーCCSｺｽﾄ２万円？
２）排出CO2は鉄鋼ﾄﾝあたり２トン程度ときわめて大きく、大幅なCCS処理は貯留井の開発が困難。
ex. 日本の鉄鋼生産排出CO2の３０%＝６千万ﾄﾝ → １００万ﾄﾝ/年貯留井60本

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将来の製鉄ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝ方策
ー鉄鉱石電気分解の可能性ー
方式：
１）鉄鉱石の溶融塩（1600℃）への溶解
２）溶融鉄鉱石の電気分解
問題点：
１．必要電力がどの程度か２．電力の脱炭素化が今後どこまで進むか

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鉄鉱石電気分解の必要電力
ー高炉法との比較ー
Source: Lechtenhoehmer,S.et al,Energy115(2016)
高炉法 368kWH/100 M S.ton～3.7MWH/S.ton
電解法
電解 258kWH/100 M S.ton～2.6
融解
～0.4
計
3.0
すなわち3.0/ 3.7 ～0.8 と電解法が有利にみえる。
しかし、上記計算は 両ﾌﾟﾛｾｽとも二次ｴﾈﾙｷﾞｰﾍﾞｰｽ。
電解法に通常の電力二次効率0.4程度を考慮すると明らかに 電解法が大きく不利。

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ｴﾈﾙｷﾞｰ面からみた高炉法vs.電解法
１．現在の通常電力ｼｽﾃﾑでの一次ｴﾈﾙｷﾞｰ変換効率の範囲では電解法は大きく不利。
２．したがって電解法がｴﾈﾙｷﾞｰ効率的に高炉法に対応できるためには以下の２つの選択のいずれかが成立したとき。
１）電力ｼｽﾃﾑのほぼ全面的非炭素化
２）電解ﾌﾟﾛｾｽへの電力を系統と切り離し非炭素化（再ｴﾈ＋原子力？）27

まとめ
１．IPCC AR6 WG3では各部門における人為的CO2ｾﾞﾛｴﾐｯｼｮﾝの技術の検討が必要。
２．発電の非炭素化には再ｴﾈの大幅導入が必須。この場合、再ｴﾈの出力変動性・慣性不足による周波数変動問題の解決が鍵。
３．運輸部門非炭素化では電化は乗用車・小型貨物車の範囲。中大型貨物車・船舶では一般ﾊﾞｲｵﾏｽの燃料変換（ｾﾙﾛｰｽ→ｱﾙｺｰﾙ）の推進が鍵。
４．鉄鋼業の非炭素化は利用電力非炭素化が前提。
そのとき電解法がｴﾈﾙｷﾞｰ効率的にも有利。
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