下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

CDR・CCS技術の位置づけと展望

2022.2.13
地球環境産業技術研究機構（RITE)
理事・研究所長

下田 吉之
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下田研究室大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

1．急速に変化した地
球温暖化緩和目標2

下田研究室IPCCにおける排出シナリオ
大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• 2014年に発表されたIPCC第5次報告書第3部では、気温上昇を1.5℃に抑えるシナリオ(430ppmCO2eq以下)は限られた数の研究しか存在しないとして明示されていなかった。2℃に抑えるシナリオ(RCP2.6シナリオ)では、2050年に温室効果ガスが2010年頃のおよそ半分になっており、これが先進国の間では目標として概ね認識されていた（日本は、世界平均に比べ排出量が大きいことから2050年80%の削減を長期目標としていた）• 2015年のCOP21で、パリ協定が採択され「2℃より十分低く保ち、1.5℃に抑える努力をする」と宣言されたことを受け、国連気候変動枠組条約（UNFCCC）は、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）に対し工業化以前の水準から1.5℃の気温上昇による影響や関連する地球全体の温室効果ガス(GHG)排出経路に関する特別報告書を2018年に発表することを招請。
• 2018年IPCC1.5℃特別報告書の発表（初めて1.5℃シナリオ[RCP1.9シナリオ]を提示)：4つの代表的緩和経路。
• AR6では世界で研究された約2500通りのシナリオを検討

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第5次報告書までは1.5℃目標は示されていなかった。

IPCC 第5次評価報告書第３作業部会報告書（経済産業省訳）
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IPCC 1.5℃特別報告書
下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• 1.5℃目標を達成する4つの排出経路類型

需要32%減、RE
77%BECCS無し

需要2%増、RE 81%, 需要21%増、RE
BECCS 151Gt
63%, BECCS 414Gt

LEDシナリオ(Low Energy
Demand)

残りのシナリオではネガティブエミッション技術を利用需要44%増、RE70% BECCS 1191Gt

出典：IPCC 1.5℃特別報告書政策決定者向け要約

下田研究室カーボンニュートラルを巡る動き（青:世界 黒：日本）
大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• 2014年 IPCC第5次報告書 1.5℃シナリオは「限られた研究成果」• 2015年 COP21 パリ協定採択「2℃より十分低く保ち、1.5℃に抑える努力をする」ここから潮目が変わったと言われる• 2016年 （旧）地球温暖化対策計画 2013年比2030年26％削減、「2050年までに80％の温室効果ガスの排出削減を目指す」(2℃目
標に整合した「できる目標」）• 2018年 IPCC1.5℃特別報告書（初めて1.5℃シナリオを提示)• 2019年 （旧）パリ協定に基づく成長戦略としての長期戦略「2050年までに80％の温室効果ガスの排出削減を目指すという長期的目標を掲げており・・・」• 2020年10月 菅首相の2050年カーボンニュートラル宣言• 2021年4月 菅首相が2030年目標を46％に引き上げることを宣言(上記2つは1.5℃目標に整合した「トップダウンの目標」）• 2021年10月 「エネルギー基本計画」「地球温暖化対策計画」「パリ協定に基づく成長戦略としての長期戦略」閣議決定• 2022年4月 IPCC AR6 WG3報告書

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下田研究室IPCC1.5℃報告書

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2016,2020年の世界平均気温は観測史
上最高2018年猛暑、中国地方豪雨、台風21号関西被害
2019年台風15号房総半島、19号東日
本浸水、オーストラリア・北極圏の森
1.5℃上昇:約20年で到達。
林火災、東アフリカサイクロン
2020年 ７月豪雨、アフリカ東部の洪1994年、2000年、2010年の猛暑
水、中国洪水。カリフォルニア山火事
1℃上昇:約30年でゲリラ豪雨の増加。
2021年 カリフォルニア山火事
到達。
2005年ハリケーンカトリーナ（環境白書より）0.5℃上昇:200年弱で到達。

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科学的関連性については後10年程度検証が必要

下田研究室大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

第５次報告書WG3(2014)におけるジオエンジニアリングの定義• ジオエンジニアリングとは、気候変動の影響を軽減するために気候システムを意図的に変更することを目的とした一連の広範な手法と技術を指す。 ほとんど（全てではない）の手法は、(1)気候システムが吸収する太陽エネルギーの量を減らす (太陽放射管理) (2) 気候を変えるのに十分な規模で大気からの正味の二酸化炭素吸収量を増やす (CDR、二酸化炭素除去）に分類される。
規模と目的が最も重要である。 ジオエンジニアリングの特に懸念される 2 つの重要な特徴は、気候システム (大気、陸地、海洋など) を世界的または地域的に使用する、あるいは影響を与えること、国境を越えて意図しない重大な影響を与える可能性があることである。 ジオエンジニアリングは、気象改変や生態学的エンジニアリングとは異なるが、それらとの境界があいまいになる可能性がある (IPCC、2012 年、p. 2)。
• （IPCC AR5 WGIII 用語集）

以前のジオエンジニアリングの定義
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出典：杉山

気候工学入門

第6次報告書第3部14.4.5より
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大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• 以前の IPCC 報告書や文献では、太陽放射改変(SRM) と二酸化炭素除去 (CDR) はしばしば「Geoengineering」と呼ばれていたが、IPCC
1.5℃特別報告書では、SRM と CDR をより徹底的に調査し、両者のアプローチの差異を明確に強調している。このセクションでは、このレポートの他の場所と同様、緩和オプションとしてCDRが認識されている一方 、SRMはそうでないことを認識しつつ、SRM と CDR の両方の国際的なガバナンスを評価する。
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解かねばならない２つの方程式
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大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• カーボンニュートラル成立のための条件：• 年間のエネルギーバランス（年間合計において）カーボンフリーエネルギー＝エネルギー需要• 電力システムの需給バランス（常に成立していること）
カーボンフリー電力の供給＝電力需要11第１の方程式
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エネルギー需要 サービス 充足度
××× 人口カーボンフリーエネルギー＝人口充足度
サービス
再生可能エネルギー

右辺第１項：エネルギー効率の逆数

原子力

右辺第２項：ライフスタイル効率の逆数

ブルー／グリーン水
素・アンモニア（及びそれらからなる合成燃料）

サービス：エネルギー消費機器から産み出される熱・光・情報など充足度(Sufficiency)

CCSつき化石燃料火力
 現時点で再生可能エネルギー電力の比率20%程度。再生可能エネル
ギー比率を80%にするとすれば、これを4倍にするよりも、電力需要を50%にして再生可能エネルギー電力を2倍にする方が現実的
Shimoda, et al.: Renewable and Sustainable Energy Reviews 132 (2020), 115792

第２の方程式
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カーボンフリー電力の供給＝電力需要変動性再生可能電力（太陽光・風力）
原子力

蓄電
水素

調整可能再生可能電力（水力・バイオマス）

蓄熱

ブルー／グリーン水素・アンモ
ニア火力

デマン
ドレス
ポンス

CCSつき化石燃料火力

時間変動性の大きな需
要（建築・住宅）
時間変動性の小さな需要（多くの工場・データセンター）
パルス状の需要（電気自動車の充電）

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2．IPCC第6次報告書に見るCDRとCCS

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IPCC第6次報告書第1部
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WG3目次

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第5次報告書• 第1章：イントロダクション• 第2章：気候変動政策のリスク・不確実性評価• 第3章：社会・経済・倫理的概念と手法• 第4章：持続可能な開発と公正• 第5章：駆動要因、排出傾向と緩和• 第6章：転換経路の評価• 第7章：エネルギーシステム• 第8章：運輸• 第9章：建築物• 第10章：産業• 第11章：農業、林業及びその他の土地利用

第6次報告書• 第1章：イントロダクションと枠組みづくり• 第2章：排出傾向と駆動要因• 第3章：長期目標に対応する緩和経路• 第4章：短・中期的な緩和と開発の経路• 第5章：需要、サービス、緩和の社会的側面• 第6章：エネルギーシステム• 第7章：農業、林業及びその他の土地利用• 第8章：都市システムとその他の居住地• 第9章：建築物• 第10章：運輸• 第12章：居住地、インフラ、空間計画• 第11章：産業• 第13章：国際協力：合意形成と手法• 第13章：国と地方(sub-national)の政策及び制度• 第14章：地域の開発と協力• 第15章：国・地方の政策と制度• 第16章：分野横断の投資とファイナンス

• 第12章：複数部門にまたがる視点• 第14章：国際協力• 第15章：投資とファイナンス
• 第16章：イノベーション、技術開発及び移転• 第17章：持続可能な開発の文脈での遷移加速

CDRの分類（第12章)
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17AR6 WG3 Chap12 Box8 Fig 1

下田研究室SPM CDRの役割

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• CO2又はGHGの正味ゼロを達成しようとするならば、削減が困難な残余排出量を相殺するCDRの導入は避けられない。
• CDRとは、大気からCO2を除去し、地質、陸域、又は海洋の貯留地、又は製品に長期に貯蔵する人為的な活動を指す。大気からCO2 を除去する方法は、生物学的、地球化学的、又は化学的方法に分類される。
• 植生と土壌管理を通じたCO2 の除去と貯留は、人為又は自然の介入によって逆戻りする可能性があり、気候変動の影響も受けやすい。一方、（BECCS、DACCSや海洋アルカリ化を通じて）地層や海洋の貯留地に貯留されたCO2 、及びバイオ炭に炭素として貯留されたCO2は逆戻りする可能性はそれほど高くない。
• 大幅で、急速、かつ持続的な排出削減に加えて、CDRは以下の3つの補完的な役割を世界全体で、又は国のレベルで果たしうる：• 短期的には、正味CO2 又は正味GHG排出量の削減；• 中期的にはCO2 排出量正味ゼロ又はGHG排出量正味ゼロを達成するにあたって「削減が難しい」残余排出量（例えば農業、航空輸送、海上輸送、産業プロセス由来の排出量）の相殺• 長期的には、もし年間の残余排出量を上回るレベルで展開した場合には、正味負のCO2排出量又は正味負のGHG排出量の達成。

• CDRの実現条件には、研究開発及び実証の加速、リスク評価・管理用のツールの改善、対象を絞ったインセンティブと炭素の流れの測定・報告・検証の合意された方法の整備が含まれる。
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IPCC第6次報告書第3部
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世界で研究された2500を超える緩和経路から代表的な経路に類型化して提示
経済産業省 IPCC AR6 WG3 SPM和訳版

排出経路の類型化
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20• エネルギー・産業分野でのCO2除去技術(CDR)の活用(IMP-Neg)• 再生可能エネルギーへの強い依存(IMP-Ren)• エネルギー需要低減に重点(IMP-LD)

IPCC AR6 WG3Fig3.7,3.8

下田研究室各シナリオの排出経路大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

出典：IPCC AR6 WG3Fig3.10

第3章 長期目標に対する緩和経路
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大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• CDRではBECCSが支配的。DACCSは比較的少ない。
• 緩和シナリオにおけるCDRへの依存に関して、CDRにより生じる土地利用変化と生物多様性の損失、食料安全保障についての可能性、貯留ポテンシャルの不確実性、BECCSの水の消費、DACCSのエネルギー消費について議論。
• 低排出経路を目指せば、CCSの比率は高くなる。
• BECCS AFOLUは気候変動の影響を受ける• DACCSはエネルギー消費を増やすがBECCSと比べて土地利用や水消費には好影響。

低排出経路ではCCS、ネガティブエミッションの使用が不可欠 AR6 WG3 Chap3 Fig3.15
下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

2050年の再生可能エネルギー

2020－2100年の正味負排出

2050年のCCS

2020－2100年のグロス負排出

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各シナリオにおけるCDRの位置づけ
下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

BECCS

農業・森林・土地利用

DACCS

AR6 WG3 Chap12 Fig12.3

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各シナリオにおけるCDRの位置づけ
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手法

コスト
USD/tCO2

DACCS 100－300

BECCS15－400

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緩和ポテ
ンシャル
GtCO2/y

リスクとイン
パクト

コベネ
フィット

トレードオフとスピルオーバー

5－40エネルギー・水使用の増大

水・エネルギー生産の場での排出増加

0.5－11

バイオ生産における土地・水資源利用における競合、
生物多様性

固体吸収材の場合、水の生産

生物多様性、食大気汚染削料生産との土地減、燃料セキュリティ、 利用の競合
廃棄物活用、経済・健康利益

AR6 WG3 Chap12 Tab12.6

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下田研究室大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

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AR6 WG3 SPM経産省日本語訳

第6章 Energy systems
下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• AR5以来、CCSのエネルギー消費削減等の努力が進む。CCSは低炭素エネルギーシステムへの転換に大いに寄与できるポテンシャルを有する。
• 10,000GtCO2の貯留ポテンシャルがあると言われる。80%は塩水帯水層。
• 各種制約で全て利用できないが、それでも2100年までに気温上昇を1.5℃に保つための十分なポテンシャルがある。
• CCS付き火力発電のコストはCCSなしの場合のおよそ2倍• CCSは特に大量の水を必要とする。
Table 6.3 電力プラントにおけるCCSのコストと効率パラメータ(Muratori他 2017)

石炭(蒸気プラント)+CCS

資本コスト
USD/kW

効率 CO2回収コス CO2回避コ
スト[USD/t[%] ト[USD/tCO2]
CO2]

5800

28%

6388

石炭(IGCC)+CCS

6600

32%

61106

天然ガス(CC)+CCS

2100

42%

9133

石油(CC)+CCS

2600

39%

10595

バイオマス(蒸気プラント)+CCS

7700

18%

72244

バイオマス(IGCC)+CCS

8850

25%

66242

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第6章 Energy Systems

下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻• CDRはNet Zeroエネルギーシステムに必要であるが、BECCSやDACCSがその一部になるとは考えられるが、その規模や戦略は不明確である。
• エネルギーセクターのCDRは年間5-12GtCO2の除去ポテンシャルを有する。
• BECCSは発電として変動性再生可能エネルギーの調整能力を有し、電池などへの負荷を減らす。
水素などの燃料を製造することもできる。
• DACCSはCDRモジュールだが、大量のエネルギーを消費する。

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第11章 産業分野でのCCS利用
下田研究室

大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

AR6 WG3 Chap11 Fig11.12

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下田研究室SPM SDGsとの関係
大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

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AR6 WG3 SPM経産省日本語訳

3．今後の展望

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AR6 WG3 SPM経産省日本語訳

Beyond carbon neutralにおけるCDR• Carbon Neutralを達成したとき、世界の気候はどうなっているか？
• 現状1.5℃の経路には達することができていない。
• 炭素収支を使い切ってしまっているとすると大気中濃度を下げる努力は必須。
• 森林は火災のリスクがある。
• BECCSは食糧供給とのコンフリクト• エネルギー消費は多いものの、気候変動の影響を受けないDACは重要

下田研究室2025年大阪・関西万博の位置づけ
大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

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グリーンビジョンの内容
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下田研究室大阪大学大学院工学研究科／環境エネルギー工学専攻

ご清聴ありがとうございました。
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