192

技術

展

エネルギー問題と CO 2 排出抑制の
展望

望原油
パイ
プラ
イン
CO2
コンプレッサ生産井

圧入井

The View of Oil Resources and CO2 Emission
Mitigation

CO2
回収回収プラント飯 嶋 正 樹＊1

油層CO2火力発電所

1．はじめ

Masaki Iijima

原油

高品

徹＊2

Toru Takashina

産のピークを迎え，それ以降減退し，２度と生産は回に復しないとの論文を発表したことによる．さらに，最現在，我が国では温暖化問題が注目されているが，近 ASPO（the Association for the Study of Peak Oil）

むしろ世界的にはエネルギー，特に石油の供給不安とという学会を作り，各国各油田データを整理し今後の北米における天然ガスの高騰が問題となっている．本

原油生産の予測を行なっている．最近では，昨年 Oil

論文では，温暖化問題と温暖化問題に密接に関係する

and Gas Journal がこの問題を取り上げ議論が展開さエネルギーの問題，特に石油資源問題，双方の世界のれている．

動向と対策技術を解説し，我が国として何をなすべき

一方，米国ではこの２〜３年で天然ガスが急騰し，場合によっては日本の購入している LNG の価格よりかをまとめた．

も高い状態も起こるようになってきており，米国がま

2．今後のエネルギー問題は何かさしく石油，天然ガスのなくなる国になってきている．

現在，米国ではガソリンと天然ガスの高騰によりエDr. C. J. Campbell の予測によると原油生産は，2010ネルギーへの関心が極めて高くなってきているが，我年頃をピークに減退に転じ，天然ガスも 2020 年頃がが国では，温暖化問題については各種マスコミによっピークとされている．図１は Dr. C. J. Campbell らのて報道されているものの，エネルギー問題はほとんど試算による石油の供給可能量をグラフ化したもので，報道されていない．このように日米において温度差が2010 年をピークにそれ以降減退することを示していあるのは，日本は昔から石油，ガス等のエネルギーのる．図２は，図１の石油の供給に天然ガスを石油換算ほとんどを海外からの輸入に頼っていたのが，米国は，を行い，重ね合わせたもので石油，天然ガス合計で今まで国内にあったものが，足りなくなり外国から買2015 年頃をピークに減退することを示している．

わなければならなくなったことによる違いではないか上げている．と考えている．
ところで，最近，石油，天然ガスの供給不足が各方向で議論されるようになっている．その発端は，アイ＊1＊24030：天然ガス分離軽質油
：極地石油
：深海石油
：重質油
：従来石油

201001930

1950

図１

世界の石油の生産の推移と今後の予測(1)

1970

1990

（1）探鉱技術が発達し，世界の主要油田はほとんど見つかり，今後見つかる油田は少ない．
（2）1981 年以降石油消費が石油発見量を上廻ってお年間生産量（ギガバーレルオイル相当）

年間生産量（ギガバーレル）

ルランドの Dr. C. J. Campbell が，石油は近々その生50Dr. C. J. Campbell らはこの根拠として下記の点を

2010

2030

2050

プラント･交通システム事業センター CO2 事業推進グループ長
技術本部広島研究所化学プラント研究推進室主席

50：非在来ガス：天然ガス：天然ガス分離軽質油

：極地石油
：深海石油

：重質油
：従来石油

40
30
201001940

1960

1980

2000

2020

2040

図２ 世界の石油・天然ガスの生産の推移と今後の予測(1)
天然ガスは，10 TCF ＝１ギガバーレル相当．

193

3.5

30

3.025

2.5

20

2.0

15

1.5

10

1.050.501930

1950

1970

1990

2010

2030

0.02050

図３ アラスカを除く米国の石油生産の推移と今後の予測(2)

中間点年 2000 年
2050 年までの総生産量 59 Gb
1999 年までの総生産量 30 Gb
2.572.0651.541.0

320.5101950図４1970

1990

2010

2030

生産量（ギガバーレル）

35

油田発見ピーク 1973 年
生産ピーク
2000 年
タイムラグ
27 年
8発見量（ギガバーレル）

中間点年 1970 年
2050 年までの総生産量 190 Gb
1999 年までの総生産量 165 Gb
生産量（ギガバーレル）

発見量（ギガバーレル）

油田発見ピーク 1930 年
生産ピーク
1972 年
タイムラグ
42 年

0.0
2050

北海油田の石油生産の推移と今後の予測(2)2000 年頃であり，IEA は次のように言い始めた
り，発見された石油をくいつぶしている．

現状において CO 2 対策として対策量，コストの面から（3）石油生産はピークを過ぎると二度と回復しない．

CO2 回収・貯留に頼らないと，温暖化対策は困難 ．

その典型的例を図３に示す．アラスカを除く米国本原子力を廃止しようとしている欧州や，新規立地の土の石油生産パターンである．
（4）北海油田は今がピークで今後大巾に生産が低下し，2010 年には現在の 40 ％に低下（図４）．
（5）天然ガスの生産も 2020 年頃がピークとなる．

行われていない米国では，CO2 対策としては，自然エネルギーや省エネではとても CO 2 は削減できないと考えており，また北米における天然ガスの高騰から安易に天然ガスに切り換えるわけにもいかない．

Dr. C. J. Campbell らの予測は，世界の５万にも上一方，欧米は大陸であり厚い堆積層が多く分布してる油田データを保有し，これを解析している点から彼

おり CO 2 の地中貯留場所としての帯水層が十分あるらの予測もうなずける点が多い．

ことが分かってきたとともに，排ガスからの CO 2 回

このような石油，天然ガスの生産ピーク説を頭にお収コストの方が，新エネや省エネよりもはるかに安価いて考えると，今後ますます石炭の重要性が増加してであることが分かってきたことにより，この３〜４年くると考えられるし，温暖化問題を考えると，石炭はで CO 2 対策として一気に CO 2 回収・貯留の機運が盛

化石燃料の中ではカロリー当りの CO 2 発生量が最もり上がってきた．その典型的例は，2002 年 10 月京都

多いため，CO2 対策が不可欠となってくる．

で開催された温暖化対策技術国際会議（GHGT-6

3．CO2 排出抑制
温暖化対策としてここでは CO 2 対策に絞って考えてみる．CO2 削減対策として下記の項目が考えられて［Green House Gas Control Technology-6］）において発表論文の数を数えてみると，CO2 回収・貯留に関係する論文が 75 ％に上り，CO2 の地中貯留に関する論文が 50 ％を占めていたことでも証明される．

いる．

このように CO 2 回収・貯留が注目され推進される● 節約ようになった背景としては，メジャーや OPEC 等の● 省エネルギー・高効率化

石油生産業者が，自らの利益に合致すると理解し，各● 炭素の少ないエネルギーへの転換（石油・石炭→国の政府機関を動かし始めたことによる．その１つと天然ガス）

してメジャーの中で Exxon Mobil を除く石油会社は● 化石エネルギーから原子力へ

CO2 Capture Project（CCP）という組織を立ち上げ，● 自然エネルギーの利用拡大

CO2 回収・貯留の技術確立とコストダウンを目指し研● CO2 回収・処分（貯留）究開発活動を推進している．Exxon Mobil はトヨタ，● 森林等の CO2 吸収源の拡大

GE 等と協力しスタンフォード大学の機能を利用した

ここで注意しなければいけないのは水素は１次エネ
ルギーではなく電気と同じように２次エネルギーであり，水素の利用だけでは CO2 削減にはならない．

CCP とは別組織を立ち上げている．
CCP は，工場や発電所の煙突から出る CO 2 を回収し，地中に圧入して油田であれば原油の回収率向上と

上記のような CO 2 削減の手法がある中で注目すべ

炭層であれば炭層メタンの回収をまた，これらが近くきことは最近 CO 2 回収・貯留が注目を集めている点にない場合地下帯水層に CO 2 を処分することを目指である．CO 2 回収・貯留が注目を集め始めたのは，している．
三菱重工技報 Vol.41 No.4（2004-7）

194

IPCC は 2002 年 11 月から CO 2 回収・貯留の特別報

これらの CO 2 利用，貯留方法の中で大量の CO 2 が告書作成を開始し 2005 年に CO 2 回収・処分を温暖化貯留でき，有効に利用できるものに石油増進回収法対策として認定することを目指している．この特別報（EOR ： Enhanced Oil Recovery）がある．

告書作成に筆者も参画しているが，各国の代表は政府

図５は発電所排ガスから CO 2 を回収し圧縮して近機関や研究機関以外の民間は，そのほとんどがメジャ隣の油田に CO 2 を圧入し，原油の回収率を向上させーや OPEC を中心とする石油会社で占められている

ると同時に CO 2 を油層中に貯留する方法の概念であことから，この CO 2 回収・貯留の推進役が誰であるる．
CO2 は油層中で高圧下で原油と自由に混じり合う状かが分かる．
温暖化対策として CO 2 を回収する場合どこから回態（ミッシブル状態）となり，原油の粘度を著しく下収することになるかを整理すると車等の移動しているげ，油層内での流動性を高め，原油の回収率を飛躍的ものからは非常に難しく，また家庭や事務所のようにに向上させる．この手法は米国のテキサス州西部を中小量の CO 2 を排出している所も CO 2 トン当りのコス心に実施され原油の生産に寄与している．ただし，現トを考えると高くつくため，発電所や大規模な工場か在は，CO 2 は近くの CO 2 だけを生産するガス田かららの CO 2 回収がそのターゲットとなる．正確な数値

生産しパイプラインにより油田に供給されており，こは把握されていないが，発電所や大規模な工場からののような方法では CO 2 削減にはなっていない．しかCO2 排出量は全 CO2 排出量の約 60 ％を占めるとされし，図５にあるように大気に排出している CO 2 を回ている．

収し油田に圧入することは温暖化対策と原油の回収率

一方このように大気に排出されている CO 2 の中で向上という一石二鳥の方法である．ただこの方法も，98 〜 99 ％程度が，石油，ガス，石炭等が燃焼された，

日，米，欧の先進国の CO 2 排出源の近くに油田はほ排ガスとして煙突から排出されている．このため温暖とんどなく，温暖化対策の主要な役割を果たすには，化対応として CO 2 回収を考えると，このような燃焼CO2 の安価な輸送が鍵となる．

排ガスから CO2 を回収する必要が生ずる．
燃焼排ガスの性状としては一般に次の点に特徴があ

図６は，CO2 の炭層処分，メタン回収の実験が行われている例を示している．炭層にはメタンガスが吸着る．

されており，最近ではこのメタンガスを取り出し利用● 大気圧

されているが，深い炭層は石炭として採掘が困難であ● CO2 濃度３〜 15 Vol ％り，むしろ炭層に吸着されているメタンガスがエネル● 酸素，SOx，NOx，バイジンを含む

一方 CO 2 回収は，低コスト，大容量の CO 2 回収ができることも不可欠となっている．

原油
パイプラ
イン

温暖化対策としての CO 2 の利用及び貯留方法としては，下記の方法が検討されている．

CO2コンプレッサ（1）CO2 利用方法
① 化学的利用
● 尿素

生産井

圧入井

CO2回収プラント
回収プラ油層火力発電所● メタノール

CO2

原油● ディメチルエーテル（DME）● Gas to Liquid（GTL）

図５

発電所排ガスから CO2 を回収し EOR に用い CO2 を油層内に貯留するシステムの概念

COC● ソーダ灰

② 石油増進回収法（EOR）③ 炭層メタン回収法④ 生物的利用

生産井

O,Pipelin

e

2供

● 帯水層
● 廃油田，ガス田● 炭層② 海洋処分

生産井

給San JuanBasin（2）CO2 貯留方法
① 地中処留CO2 圧入FAIRWAY

圧入パイロットCH2CO2CO2CH2

米国西南部サンジュアン盆地

図６ CO 2 炭層貯留，メタン回収の実験が行われている
概念(4)

195

ギー資源として注目されている．ところが，石炭はメた技術は最も基礎的なアミンとされるモノエタノールタンガスを良く吸着するため，メタンガスを十分に取アミン（MEA）を用いたもので，現在米国のフロア出すことができない．ところでこの炭層に CO 2 を圧ーダニエル社と ABB ルーマス・クレスト社がその技入することにより，CO2 の方がメタンガスよりはるか術を所有している．この技術は，CO2 回収に伴うエネに石炭に吸着されやすいため，メタンガスを追い出し，ルギー消費が多いことと吸収液の損失が非常に多い等

結果的に CO 2 の炭層への処分と，メタンの回収が向の欠点がある．当社は関西電力(株)と共同して新しい上できる．石炭層は油田よりも広く分布しており，CO2 回収技術の開発に取り組み，現在従来のモノエタ

CO2 の貯留かつ有効利用の面では，石油増進回収法よノールアミンをベースにした技術よりも CO 2 回収エりも量的可能性は高いと考えられている．この手法はネルギーを大巾に削減し吸収液の損失を著しく削減し今後天然ガスの値段の高騰も合まって現実化する可能低コストで CO 2 を回収できる技術を開発し既に実用性がある．

化している．図８は，燃焼排ガスから CO 2 を回収す

図７はノルウェーにおいて既に行われている CO 2る技術開発の経緯を示したもので，我が国は 1990 年の帯水層処分の概念である．ノルウェー領北海にスレ代初めから世界に先駆け CO 2 回収の開発を始めていイプナーガス田があり，このガス田から生産される天る．先に説明したように欧米においても 2000 年頃か然ガスの中には９ Vol ％の CO2 が含まれる．ところが，ら温暖化対策を目的とした燃焼排ガスからの CO 2 回天然ガスをパイプラインによって販売する場合，天然収技術の開発が開始されている．

ガス中の CO2 を 1.5 Vol ％以下にするという制約があCO2 回収の方式としては下記の方式があるが，このり，生産された高圧の天然ガスから CO 2 が分離され中で排ガスの化学吸収法のみが実用されておりまた，ている．ノルウェーは 1990 年代初めから高い CO 2 税

大容量化コスト面でも有力な手法と考えられている．

50 US$/t が課せられていたため，天然ガスから分離（1）排ガスからの回収された CO2 は，圧縮して地下約 1 000 m の帯水層に貯① 化学吸収法留されている．このプロジェクトは，世界で初めて本② 吸着法

格的に CO 2 が地中に貯留されたプロジェクトであ③ 膜／化学吸収法

り 1996 年から年間約 100 万 t の CO 2 が貯留されてい（2）燃焼前回収① 天然ガスのリフォーミング／ CO2 分離る．

② 石炭ガス化／ CO2 分離

4．化学吸収法による CO2 回収技術

（3）酸素燃焼

高圧の天然ガスや合成ガスからの CO 2 回収は広く発電プラントにおいては，化石燃料を燃焼させ，高行われており数多くの技術が実用化されているが，燃温，高圧の蒸気を発生させ蒸気タービンを回転させて焼排ガスからの CO 2 回収技術については，今までそ電気を発生しているが，発電に寄与しているエネルギの使途が CO 2 のない地域における食品用等ごく一部

ーは一般に 50 ％以下で 50 ％以上が蒸気を凝縮する際に限られていたこともありまた，圧力がないこと，酸に失なわれ，この熱は復水器で海や川に捨てられてい素を含むこと，SOx，NOx を含む等技術的にも難しる．化学吸収法で CO 2 を回収する場合必要とするエいことが多くほとんど行われてこなかった．

ネルギーの大半が低温の熱でよいためこの発電システ

従来から燃焼排ガスから CO 2 回収に用いられてき1990

スレイプナーA
スレイプナーT

スレイプナー
西からのガス

1995

2000

2003

DOW 社：1980 年代前半 MEA 吸収液の省エネ技術開発実用化（現在フロアー社が技術を所有）
Kerr Macgee 社：1980年代 MEA 吸収液を用い石炭排ガス対応技術としで実用化（現在 ABB ルーマス・クレスト社が技術を所有）
商用化

CO2 圧力井

MHI・関西電力（株）と化学吸収法開発・改良
CO2

ユトシラ層

スレイプナー東生産，圧入井

スレイプナー東ガス田

図７

ムにおける蒸気を凝縮させる際に捨てられている熱をノルウェーにおける CO2 帯水層貯留の概念(5)

国内各社 CO2 回収技術開発に取組む
東京電力（株）／日立：化学吸収法
東京電力（株）／MHI：PTSA
東北電力（株）／MHI：PSA
北陸電力（株）／CCEC：流動層 PSA
電源開発（株）／IHI：O2 燃焼法（財）電力中央研究所：化学吸収法
クバナー社：膜／アミン法 研究開発

図８

RITE 化学吸収法，膜分離法研究開発開始
欧・米・加 CO2 回収研究開発開始
CCP：各種方式比較
レジーナ大：化学吸収法
TEXAS大：化学吸収法

CO2 回収技術開発の経緯
三菱重工技報 Vol.41 No.4（2004-7）

196

うまく利用できる点がメリットであり，エネルギーのプロジェクトは各地で進行している．図 12 はカナダ損失を少なく CO 2 が回収できる．図９は，化学吸収

ウ ェ イ バ ー ン 油 田 に お け る CO 2 Enhanced Oil法において熱エネルギーを利用するリボイラーのエネRecovery（EOR）プロジェクトである．CO 2 源は，ルギーを発電システムの中で得ようとした場合，復水

米国ノースダコタ州にある石炭ガス化プラントのオフ器（コンデンサ）で捨てられているエネルギーをうまガスで，この CO 2 をパイプラインでカナダサスカチく利用できることを示している．

ュワン州のウェイバーン油田まで送り，油層内に圧入

図 10 は当社と関西電力(株)が共同で開発した技術

し原油の増進回収法が実施されている．このプロジェにより燃焼排ガスから CO 2 を回収し，尿素の生産に

クトは 2001 年秋から 5 000 t/d の CO2 を油層内に圧入利用しているプラントで 1999 年から稼動している．

を始め，2002 年夏には 5 400 バーレル／ d の増油量をCO2 は限りなく低コストで回収されることが求められており，化学吸収法は大容量化が可能であることか
ら，当社は 3 000 t/d のプラントの試設計を完了しており（図 11），大容量化によって CO2 回収コストの大巾な低減が可能となっている．しかしながら温暖化対策として CO 2 回収コストの低減と大容量化を検討すると，現在最大の発電設備として 100 万 kW の石炭焚ボイラがあり，この場合 CO2 回収量は 18 000 t/d が必要になるため，今後もさらに大容量化を追求していく必要がある．

5．各国の CO2 EOR，処分プロジェクトの動向
３章で紹介したノルウェーにおける CO 2 貯留プロ
ジェクト以外にも世界的には CO 2 の有効利用・貯留
図 10 当社が納入した尿素用 CO 2回収プラント

吸収塔
B スチーム抽気による動力ロス

B

再生塔

スチームエネルギー

排ガスクーラA リボイラ へのスチームエネルギーの利用

A

リボイラエネルギー

コンデンサエネルギー

図９ 発電プラントと CO 2 回収プラントにおけるス
チームエネルギーの有効利用

0

リジャイナ
ウェイバ−ンサスカチャワン

エステバン

モンタナ

図 11100

8 000

km

7 000

マニトバ

6 000

CANADA

5 000

USA

4 000

3 000 t/d プラント鳥瞰図：ベース水圧入：水平掘：CO2 EOR

CO2 EOR による増油量

3 000
ノースダコタ

2 000
1 000

Canadaベウラ
U.S.A

Jan-54Jan-58
Jan-62
Jan-66
Jan-70Jan-74Jan-78Jan-82Jan-86
Jan-90Jan-94Jan-98Jan-02Jan-06
Jan-10Jan-14Jan-18Jan-22
Jan-260ビスマック年

図 12

カナダウェイバーン CO2 EOR プロジェクト

(6)

度

197
スノービット
鉱区
mMSL
2 300

0

ガス発生

CO2 圧入5 km

キャプロック
2 400
ユトシラ層

2 500
2 600
：ガ ス

：石 油：頁 岩

スレイプナー
鉱区図 13 ノルウェースノービット LNG プロジェクト CO2 地中貯留計画

CO2 は天然ガス層の下の層に貯留される．CO2 圧入コストは，大気放出に比べ１億ドルの増加となる．

確認している．

（3）石炭ガス化，GTL，DME

図 13 は，ノルウェー北部のノルウェー海のスノー

当然のことながら，上記手段は化石燃料の使用を中ビットガス田から天然ガスを生産し，LNG として出心にしているが，安全な原子力の利用拡大や，省エネ荷するプロジェクトで，天然ガス中に CO 2 を含むた高効率化だけでなく，節約も重要な要素になってくる

め，天然ガスから CO 2 を分離し，分離した CO 2 を地と考えられている．

下 2 500 m の帯水層に貯留するプロジェクトで，現在LNG プラントの建設が開始されている．CO 2 の帯水層圧入量は 70 万 t ／年で 2006 年操業開始が予定されている．

6．温暖化問題とエネルギー問題を解決するために

7．まとめ

我が国は石油・天然ガス・石炭の 99 ％を海外からの輸入に頼っており，エネルギーの安全保障の面だけでなく，経済的にもエネルギーの面から見ると極めて脆弱な体質といわざるを得ない．

２章で説明したように今後予想されるエネルギー問

今後，原油や天然ガスの供給が不安視されるなか，題は石油のショート，続いて天然ガスのショートであCO2 回収 EOR は原油資源を可能な限り生産し利用でる．このため 2020 年頃からは石炭に頼る比重が大ききる技術であるだけでなく，CO2 排出抑制に極めて大くなると考えられる．一方石油は液体であることからきく貢献することのできる技術である．また LNG や最も扱いやすいエネルギーであり，次いで扱いやすさGTL，DME のプラントじたいも CO2 を多量に発生すからは天然ガス，石炭の順となる．また現在でき上がるプラントであり，これらプラントを CO 2 排出フリったシステムからすると車は液体燃料を使うようになー化することは，CO2 排出削減に有効である．っており，天然ガスさらには石炭から液体燃料を製造する時代が来ると予想されている．
今後石炭の使用量が増加すると当然のことながらCO2 の排出量は増加する．また石炭をガス化液体燃料や DME を合成する過程において多量の CO2 が発生する．このため CO 2 の回収・貯留は不可欠となってくる．
CO2 の EOR は予想される石油のショートと CO2 の参 考 文 献（1）ASPO-ODAC Newsletter No.18, June 2002
（2）Peak Oil Presentation at the Technical University ofClausthal C.J. Campbell Dec. 2000
（3）ARI 社カタログより（4）Statoil 社資料より（5）IEA Greenhouse Issue（6）Statoil 社資料より

排出削減に役立つ一石二鳥の方法であり，まずこの方法をできるだけ広める必要があり，さらにその先石炭ガス化 GTL，DME も実用化をいそぐ必要がある．
温暖化問題とエネルギー問題を解決する中心的手段を整理すると次のようになる．
（1）CO2 回収・貯留（2）CO2 EOR

飯嶋正樹

高品徹

三菱重工技報 Vol.41 No.4（2004-7）