CCSが切り開く脱炭素社会

松岡 俊文(公財)深田地質研究所 顧問
京都大学名誉教授

地球環境産業技術研究機構
2024年9月19日

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地球沸騰化の時代

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止まらない気温上昇


地球温暖化の時代は終わり、地球沸騰化の時代が到来。（国連事務総長 アントニオ グテーレス： ２０２３年７月２７日）

https://wmo.int/news/media-centre/climate-change-indicators-reached-record-levels-2023-wmo

温暖化への対策：適応策と緩和策


適応策：気候変動に適応できる生活環境に変える（夜中もエアコン、熱中症予防対策、治水対策）



緩和策：直接的にCO2の排出を削減する方策
 エネルギー使用量の削減（省エネ） 低炭素エネルギー源への転換（再生可能エネルギー・原子力発電所の利用）
 化石燃料＋CCS（今日のお話）

IPCCの報告書は人類の希望
IPCCの報告書
IPCC報告書
第1次報告書年次
1990年

温暖化に対する人間活動の影響
気温上昇を生じさせるだろう

第2次報告書1995年

影響が全地球の気候に表れている

第3次報告書2001年

可能性が高い（66％以上）

第4次報告書2007年

可能性が非常に高い（90％以上）

第5次報告書2013年

可能性がきわめて高い（95％以上）

第6次報告書2021年

疑う余地がない

地球温暖化の原因は、自然現象（例：太陽から地球に届くエネルギー量が増えた）ではなく、人間活動に伴う化石燃料の利用方法が原因
 言い換えれば、温暖化は止められる（脱炭素化で回避可能なリスク）
2050年におけるCCSへの期待（７６億トン）

From : IER ;Net Zero by 2050 A Roadmap for the Global Energy Sector (2021)

CCSの社会実装とその産業化の必要性

２
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米国のCCS産業育成目標：2050年10億トン/年
日本の約10倍規模を同じ時間スケールで達成する計画

From Traci Rodosta発表資料：2023年1月24日RITEテクニカルシンポジウム

ExxonMobil社によるメキシコ湾での大規模CCS計画（15兆円）

出典：経産省資源エネルギー庁CCSの事業化に向けた今後の論点整理

経済産業省が描いている貯留量の推移

出典：経済産業省、CCS長期ロードマップ検討会最終とりまとめ、令和5年3月

CCS産業を確立するために必要な政策

テクノロジープッシュ政策（技術基盤構築の為の政策）
 技術開発・プロジェクトへ補助金を出し、CCS産業の基礎を作り上げる
 補助金・税額控除（米国の４５Q）

マーケットプル政策（産業が必要なマーケットを作る政策）
 カーボンプライシングの政策により、市場はそれに反応し排出量を削減する
 炭素税（欧州）あるいは排出権取引（EUやカリフォルニア州のLCFS制度）

米国でのテクノロジープッシュ政策：45Q
2022年8月に米国議会は、45Q税額控除の改正をインフレ削減法の一部として可決した。
 米国連邦政府のCCSに対するテクノロジープッシュ政策と言える。
 CCS：$85/トン

CO2-EOR/EGR：$60/トン 12年間の税額控除
 DAC+ CCS： $180/トン DAC＋CCU： $130/トン（新設）この権利は第三者に譲渡可能。

事業者は実際に必要となったコストには関係なく、事業が実現できれば、満額の税額控除が受けられる。
 ８５＄/トン の設定は絶妙な設定の様に思われる。
米国におけるCCSのコスト見積もり
出典：A Roadmap to At-Scale Deployment of CARBON CAPTURE, USE, AND STORAGE 2019

全米石油審議会

技術開発によるコスト削減

85

米国の年間排出量
2021年約53億トン

CO2輸送・貯留サービス会社
Northern Lights Project（Longship Project)
北欧最大級の輸送・貯留サービス事業
 Equinor、Shell、TotalのJVが輸送・貯留 欧州の350社が潜在顧客
 ノルウェー政府が総事業費の約8割に当たる168億クローネ（約3240億円）を補助
 2024年から150万t/y圧入開始し、最大500万t/yまで拡張予定。排出源：Norcemのセメ
ントプラントとFortum Oslo Varmeの廃棄物
焼却処理場
 将来は1t当たり30～55ユーロ（約3900～7160円）で輸送・貯留を請負う予定
 削減クレジットは排出業者に帰属我が国におけるテクノロジープッシュ政策

我が国におけるマーケットプル政策


経済産業省による排出権取引の検討が始まっている カーボンニュートラルの実現に向けたカーボン・クレジットの適切な活用のための環境整備に関する検討会（2021年12月に開始）

 2022年9月～23年1月：J-クレジットの市場機能に関する取引実証
 排出量取引制度（GX-ETS）（2023年4月から第1段階を開始）
 GX-ETSとは、GXリーグにおける自主的な排出量取引を行う市場で、排出量が多い企業が排出量の少ない企業から排出権を購入したり、自社で排出量を削減したりすることで、排出量を削減する仕組み

詳細な制度設計に向けた試験的な排出権取引を始めた

CCS事業を支える技術

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何故CO2の量は重量で議論されるのか

通常流体（原油・都市ガス・水道量）は、体積で計測されている （ｂｂｌ）バーレルm3（立法メートル）
 しかしながら、CO2は流体にもかかわらず重量で議論される
 例：CCS削減量の目標、毎年1.2億トン

理由

CO2は温度・圧力で体積（密度）が大きく変化する（相転移を起こす）
 重量での計量は石油業界などではなじみがなかった


CO2を重量で測るには流れている流体の単位時間分の重さを知るのは簡単でない

パイプラインで送られてきたCO2の流速を計測する
 パイプラインの径を考慮して、流量に変換する
 重量を知るには密度が必要になる。CO2の場合にはさらに、温度と圧力を計測し、CO2の状態を知って、密度を状態方程式から求める
 流量と密度を掛けて、CO2の重量を推定する
 そもそもCO2の重量は正しく計測できるのか？誤差はどのくらいか？


CO2量は、NDC（Nationally Determined Contributions）に報告されたり、排出権取引に使われるため、単純な商取引での計量とは違った面もある温度圧力で密度は大きく変化する
水は非圧縮流体だが、CO2の密度は圧力により大きく変化する
個体
超臨界液体臨界点
気体
三重点

http://www.e-jesa.or.jp/jesa_blog/jesa_blog_article_5/blog_article_90.html

From Wikipedia

大規模CCS事業の例 Sleipner
1996年に開始された世界初の大規模帯水層貯留
事業主：Equinor
年間圧入量 100万トン
CO2 ガスの生産に伴う随伴ガス
環境税の回避目的（税額は約420クローネ（約60ドル））

Slipnerにおける貯留層内での状態変化

Slipnerでの貯留層はちょうど相変化が生じる領域に圧入してしまった。

ダルシ―則に従えば、浸透率は粘度の逆数に比例するので、最も単純に考えると、
この場合、浸透率は約1.55倍変化する
弾性波 音響イン
温度
圧力
密度
温度 圧力
密度 速度
弾性波速度
粘度粘度
ピーダンス
MPa Kg/m3m/s
cP℃
Kg/m3m/s
cP℃35.0 MPa
8.0416.1
181.30.02916
358416.1 181.375,3000.029
41.0 10.0 606.6
258.50.04529
4110606.6 258.5
156,0000.045（NISTより）
from: Cavanagh & Haszeidine (2014)

CCSにおける貯留層の価値とは

４23

CCSにおける貯留層の価値
石油鉱業

CCS事業

貯留層の持つ価値貯留層内に存在する炭化水素に価値がある

CO2の容れ物として価値がある

地質調査の目的

石油が集積している
特別な場所を見つける

CO2が安全に圧入できる大きな（圧入し易い）帯水層を排出源近傍で見つける

貯留層の価値向上技術

生産手法の管理により貯留層全体を最大限に利用
経済価値を高める
圧入効率が向上する技術開発、増進回収法（EOR）などの利用 貯留空間を無駄なく利用する
坑井配置の技術地層にCO2を効率よく流体を圧入する技術
坑井は鉄管で保護されており、穴をあけて、地層と坑井を導通させる
 どこにどのように穴を開けたらよいか（パーフォレーション）？
 なるべく多くの穴を開けると、浸透率の高い地層が選ばれて入って行く

これは大きな誤解です（但し、生産するときは正しい）

From:天然ガス協会
https://www.tengas.gr.jp/natural-gas/searching_development/

圧入深度と仕上げ区間の慎重な選択が必要


仕上げ区間深部に高透水層が存在しても、圧入されていない。

Perforation

CCSにおける貯留層の価値の向上
CO2の入れ物として貯留層空間を最大限に利用する工学的な技術開発が必要
 水平坑井の利用・CO2に対する浸透率を高める工夫（マイクロバブル・ナノ粒子など）
h：層厚

K：浸透率
圧入場所は貯留層の最下層から水平坑井などを利用して利用領域の向上が必要

以下に加筆
https://www.ta
isei.co.jp/giken/report/2008_41/intro/C041_003.htm

貯留層の未利用領域

日本においてCCS産業は育つか４29

今日学んだこと
温暖化は止まらず、地球は燃えている 温暖化には緩和策が適用でき、温暖化のリスク回避は可能
 CCSは、大量に、直接的に、経済的にCO2を削減できる
 2050年の削減目標：世界76億トン・米国10億トン・日本で2億トン
 大量のCO2削減にはCCS産業を作り上げる必要がある 世界は色々な政策を実施で、ニュービジネスモデルを模索中 バリューチェーンが非常に大きい（分離回収・輸送・貯留）
 技術的には石油工学の単純な適用ではない
日本はCCS産業を作り上げるに適しているかユーザー（排出源）が多く存在する
 CCSには、貯留層（堆積盆地）があれば良い 経産省の現在までの適地調査の結果、160億トンのサイトを推定

堆積盆地は堆積層が厚ければ、新しい方が良い
 石油工学は基礎ではあるが、単純な技術転用ではない
 大きな石油産業が無くても良い 新しい工学体系が求められる
 日本はCCS産業を創り出すのに適した環境にあるご清聴ありがとうございました32