脱炭素、ＥＵタクソノミーへ向けた廃棄物処理のあり方研究会
2022年6月28日（第２回）

CCU/CCUSに関する日本国内の動向

京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻
教授 高岡昌輝（廃棄物資源循環学会焼却研究部会 部会長）

資料３

本日の内容⚫ 焼却からの化石由来炭素の回収必要性⚫ 環境省シナリオの深堀（焼却研究部会）⚫ 焼却ごみの再設定⚫ エネルギー自立のための施設規模⚫ CC適用施設の数⚫ 他のCC/CCUS技術（焼却研究部会＋α）

中長期シナリオと温室効果ガス排出量の見通し
廃棄物・資源循環分野で想定するシナリオ

2050年GHG排出量(千トンCO2)
非エネルギー
起源CO2

エネルギー
起源CO2

29,602

4,367

20,2701,933-

22,203

20,2701,911-

22,1809,031

1,468-

10,4996,1640-6,164

6,1640-6,164

0

6,1640-16,138-9,9751) BAU （現況年度の対策のまま2050年に推CCUS

合計33,968移）

2) 計画シナリオ（地球温暖化対策計画やプラスチック資源循環戦略などに計画・制度に基づいた目標値を導入）

3) 拡大計画シナリオ（2）にエネルギー起源CO2対策を追加）

4) イノベーション実現シナリオ(３）をベースに各重点対策領域をさらに削減)

5) イノベーション発展シナオリオ（4）をベースに現状では必ずしも十分に担保されない水準まで深堀）

6) 実質排出ゼロ（5）をベースにCCUSで相殺）

7) 最大対策シナリオ(6）をベースに廃棄物処理施設でのCCUSを最大限まで見込む）
出典：中央環境審議会 循環型社会部会（第38回）資料１

3

焼却処理量イノベーション実現シナリオの条件(16,600kt/年)を採用(実質排出ゼロシナリオのごみ質が不明であったためイノベーション実現シナリオを採用)

16,600 kt/年

人口減少や3Rの推進により、年間処理量は現在の半分以下まで減少。
出典：中央環境審議会 循環型社会部会（第38回）資料１

4

ごみ組成
イノベーション実現シナリオにおけるグラフをもとに、ごみ組成を下表の通り設定。簡略化のため、全施設(全国)共通のごみ組成とする。
項目

割合（湿重量）紙くず

20％

プラスチック+PET5％

厨芥類

42％

繊維くず3％

木竹草類

22％

不燃物

8％

プラスチックの消費量削減やリサイクル推進により、ごみ組成におけるプラスチック＋PETの割合が、現状15％程度から5%に減少。
出典：中央環境審議会 循環型社会部会（第38回）資料１-1

5

処理システム
補助燃料を使用しない燃焼方式（ストーカetc.）とする。
高効率発電を行うため、乾式排ガス処理システムを基本とする。
施設外• メタネーション• エタノール合成• EOR利用• 地下貯蔵(CCS)

液化

佐賀市(2016年〜)
化学吸収法 (アミン吸収法)
最大10t-CO2/日
気体のまま藻類培養、植物工場へCO2供給

CO2回収設備

ふじみ衛生組合（2021年～）
横浜市(2022年〜) CCU実証試験
出典：中央環境審議会 循環型社会部会（第38回）資料１(化学吸収法)別添

6カーボンニュートラル化に必要なCO2回収規模設定したベースシナリオにおける年間のCO2発生量は、年間の焼却処理量(16,600kt/年)と前ページの原単位より以下の通りとなる。
バイオマス由来：9,680 kt-CO2/年

非バイオマス由来：

2,062 kt-CO2/年

合計：

11,742 kt-CO2/年

非バイオマス由来のCO2発生量を全量回収できるだけのCO2回収設備を設置するとした場合のCO2回収設備設置施設規模は、以下の通りとなる。
項目

数値

備考

CO2回収対象設備

CO2

2,292 kt-CO2/年

CO2吸収率：90%

ごみ量換算3,240 kt-ごみ/年

原単位：0.707t-CO2/ごみt

焼却施設
施設規模(合計)

12,052 t/日

運転日数：280日/年
調整稼働率：0.96
7

CO2回収設備導入時にエネルギー自立可能な条件
外部からエネルギー(熱、電気)供給が不要で、エネルギー的に自立する施設規模を検討。

自立可能な施設規模[t/日]600

中環審モデル
・低位発熱量：9,354kJ/kg
・蒸気条件：4MPa,400℃→自立する施設規模：300t/日

500400300200100

当部会設定シナリオ
・低位発熱量：6,600kJ/kg
・蒸気条件：6MPa,450℃→自立する施設規模：375t/日

6MPa450℃
4MPa400℃

06,000

7,000

8,000

9,000

10,000低位発熱量[kJ/kg]✓ ベースシナリオでは、エネルギー自立するために施設規模375t/日が必要となる。
✓ 中環審モデルとは、低位発熱量および蒸気条件が異なるため、エネルギー自立可能な施設規模が異なる結果となった。
82050年におけるCO2回収設備導入数の試算と効果2050年における焼却施設の規模および分布を設定し、 CO2回収設備を導入可能な焼却施設数ならびにその効果を3ケースで試算した。
計算例

2050年における各焼却施設の年間処理量[t/年]の設定方法

ベース：2020年の施設ごとの年間処理量(環境省 廃棄物処理実態調査より) に対して 東京都 ▲▲工場70，000t/年 (2020年実績)↓ ×0.83 (人口減)・ 2050年の都道府県ごとに人口減少に応じて施設の処理量を減らす
58，100t/年例）東京都：13,733千人→11,459千人(×0.83)↓ ×0.63 (排出原単位調整)
香川県：
951千人→686千人(×0.72)
36,000t/年 (2050年予想)↓・ 2050年の総排出量に合わせるよう排出原単位を一律で減らす（×0.63） 133t/日

・ 稼働日数：280日、調整係数：0.96にて施設規模を設定
Case1

Case2

Case3

施設数維持
（広域化なし）大都市圏でのみ広域化

各都道府県内で広域化

全国年間処理量kt/年

16,60016,60016,600

全国施設数ヶ所

1,090

1,069

190

375t/日以上の施設数ヶ所

738143

CN化達成率％30120

450
9Case2 大都市圏においてのみ広域化
複数の焼却施設を保有する大都市（または大都市圏）において広域化を行い、CO2回収設備（375t/日施設）を可能な限り導入。
20,0002020
2050管内管内管内
375t/日超
総施設 総施設
施設数の施設数
規模
規模t/日t/日ヶ所
ヶ所

バイオ由来

15,000

非バイオ由来10,000
5,000
0
総排出量

総回収量

CO2回収設備導入
可能な施設分布●施設所在地✓ CO2回収設備導入可能施設は38施設✓ CN化達成率は120％

札幌市

3

2,100

737

1

仙台市

3

1,800

610

1

さいたま市

4

1,430

696

1

千葉市

2

1,005

435

1

東京都二十三区

2212,580 5,327

14

横浜市

5

5,340 1,750

4

川崎市

3

1,950

705

1

名古屋市

6

4,300 1,379

3

京都市

4

2,200

700

1

大阪広域組合74,400 1,862

4

堺市

4

1,660

464

1

神戸市

3

2,100822

2

広島市

4

1,500

551

1

北九州市

32,130810

2

福岡市

31,651571

110CN化に向けた焼却技術の課題✓ 焼却由来の排ガスは、CO2が低濃度、不純物を含むため、浄化設備や回収設備に多大なエネルギーとコストがかかる→CO2回収を前提とした場合、焼却処理の在り方はこのままでよいのか？
✓ もう一つの視点として、焼却しない廃棄物処理技術も検討の必要があるのでは？
✓ CO2利活用まで見据えた回収技術→CO2削減にかかるコストを踏まえた技術普及のトランジションをどう考えるか

処理技術
熱処
理概要

酸素（富化）燃焼

排ガス中CO2濃度を高め、高効率にCO2を回収

ケミカルループ燃焼

酸化還元反応を利用、水分凝縮のみでCO2回収可ガス化

CO、H2、CO2

炭化炭化後貯留

etc. 合成ガス精製

メタネーション

CO2の利用技術、触媒でH2との反応にてCH4を生成

メタノール合成

CO2の利用技術、触媒でH2との反応にてCH3OHを生成

エタノール合成

ガス化ガスの利用技術、バイオによりエタノールを生成

出典：環境省 https://www.env.go.jp/earth/ccs/attach/mat03.pdf

11

酸素（富化）燃焼
比較的大規模施設（都市部）での適用が考えられる
内容

特長

課題

• 燃焼用空気に純酸素ある ○CO2回収効率化（排ガス ▲求めるCO2濃度にするたいは空気に酸素を混合し中CO2濃度高められる）めの設備トータルコストたガスを用いることで、 ○熱回収率向上（排ガス（純酸素燃焼でないと下低空気比・高温燃焼を行流でCO2分離工程が必
熱損失の低減）う要）○高温燃焼による排ガス排ガス
中DXNs低減、主灰性状 ▲酸素製造コスト
ボイラ
処理設備の改善▲酸素製造に必要なエネ炉
飛灰
ごみ
ルギー
○排ガス量低減による排排ガス排ガス再循環

OFA

EGR

火格子

酸素燃焼用空気※参考(1 次空気：UGA)

主灰

ガス処理設備の小型化→例として、500MW級の空気燃焼と酸素燃焼の比○一廃もそのまま処理できる（設備変更が軽微と 較で、CCS設備設置し、酸素製造時の窒素を外販想定）する前提で経済性確保できる可能性

https://www.ihi.co.jp/var/ezwebin_site/storage/original/application/72e8893c6e6a04fa3013c555049100b4.pdf

12酸素（富化）燃焼 実績
プラント名称

施設概要 竣工

仙台市松森工場
2005年8月

ごみ処理能力200 t／24 h×3 炉

炉内供給ガス割合
一次空気:二次空気:EGR= 72 : 10 : 18

炉出口酸素濃度=7%

排ガス再循環PSA出口酸素濃度=80%

PSAによる酸素富化
一次空気酸素濃度
＝27%

酸素富化

従来燃焼

CO2濃度

vol.%-dry

16.4

10.7

排ガス量

Nm3/kg-ごみ

3.8

5.4
13ケミカルループ燃焼
2000年前後から主に石炭ガス化燃焼分野での研究報告
廃プラの燃焼においてダイオキシン類生成量が通常燃焼より低いという報告(2018)
バイオマス燃焼においてNO生成量が通常燃焼より30%低いという報告(2013)2021年から大阪ガス、JCOALのグループがNEDO委託事業
で実証予定内容特長

課題• CaO、NiO等が担持され ○CO2を効率的に回収▲ 粒子の劣化たFe2O3/Al2O3等の金属 ○プロセス構成によりH▲ 機器構成が複雑 (機器2酸化物粒子の酸化還元反製造も可能点数が多い)
応を使って燃焼させる○通常の焼却炉と同様に▲ 商業化
一廃を処理できると思われる※参考https://www.osakagas.co.jp/company/press/pr2021/__icsFiles/afieldfile/2021/01/25/210125_1_1.pdf

14

ケミカルループ燃焼
NEDO委託事業内容
水素製造を含めてプロセス実証

一廃への適応に関しては、廃棄物中の微量成分が粒子へ与える影響を確認する必要があると考えられる※参考https://www.osakagas.co.jp/company/press/pr2021/__icsFiles/afieldfile/2021/01/25/210125_1_1.pdf

15ガス化（エネルギー利用）
CN達成に向けては直接焼却と同じくCO2回収が必要となる実用化技術として利用先を含めたスキームを構築することで、早期に社会実装し、CO2回収と組み合わせることが考えられる
内容

特長• 各種原料を部分酸化雰 ○ガス化溶融炉など囲気でガス化し、合成一廃向けでも適用ガス（CO、H2、例あり
CO2）を得て、各種エ ○生成ガスはエネル
ネルギー源として利用ギーとして利用可
能○比較的小規模でも発電効率を高められる

課題▲ 生成ガスの利用先確保（輸送に難ありのためオンサイト利用が現実的）▲ エネルギー利用後のCO2回収が必要▲ メタン発酵と比べると高温プロセスのため有用成分収率低（一廃の場合）▲ ガス中の不純物の処理が必要になる場合あり

16

ガス化改質神鋼さんのガス化改質プロセスの概要紹介スライドを酸素・水蒸気および空気を適切に利用したガス化プロセスにおいて，ガスエンジンの安定稼働とプロセス全体の送電端効入れて頂けますでしょうか
率27％が両立する目途をプロセス検討において得ているhttps://www.kobelco-eco.co.jp/development/docs/024_05.pdf

https://www.kobelco-eco.co.jp/development/docs/024_05.pdf（神鋼環境ソリューション技報 Vol. 12 No. 2（2016 ／ 3））17ガス化（化学原料利用）
他の技術と組み合わせてCO2回収することになるオンサイトで輸送しやすい液体/固体の化学原料に変換できれば、施設規模に寄らず化学産業と連携可能と想定
内容

特長

課題

• 各種原料を部分酸化 ○ガス化溶融炉など雰囲気でガス化し、一廃向けでも適用合成ガス（CO、H2、 例あり
CO2）を得て、化学 ○生成ガスは化学原原料として利用する料として利用可能○オンサイトで化学品に変換▲ 生成ガスの利用先確保▲ 生成ガスからCO2の分離が必要（ガス精製・利用設備コスト）▲ メタン発酵と比べると高温プロセスのため有用成分収率低（一廃の場合）（例：積水化学のエタノール）

https://www.mitsui.com/jp/ja/ir/investor/plus/1230184_11083.html

18

炭化
小規模施設でCCSとしての利用が考えられる
内容

特長

課題

• 有機物を無酸素雰囲気で加熱し、炭素分に富んだ物質を得る○炭化物の保管安定性（CO2固定化しやすい）▲炭化熱源の確保（一廃だとカーボン割合が湿基準で25wt%程度→有効CO2固定化率は？）○技術保有企業が複数あり、国内実績あり▲炭化物を有効利用する場合は灰分の分離が必要（流動床式○固体炭素としてのの例；田原リサイクルセン
カーボンを固定できるター）、また有効利用先でため運搬しやすい
CO2排出にならないよう配慮が必要（利用先は限定）▲貯留場所（可燃物の保管）※参考https://www.metawater.co.jp/solution/environment/carbonize/

https://www.khi.co.jp/rd/magazine/pdf/176/n17617.pdf

19

焼却と連携する技術 メタネーション<環境省委託事業>
清掃工場から回収した二酸化炭素の資源化による炭素循環モデルの構築実証事業

代
表 ：日立造船株式会社 （共同実施者 （株）エックス都市研究所）
期
間 ：2018～2022年度
概要・目的：小田原市環境事業センターから排出される二酸化炭素を水素と反応させ、商用規模で、天然ガスの代替となるメタンの製造を実証する。実証を通して、 メタネーション技術の普及に向けた課題を明らかにする。また、本技術の二酸化炭素排出量の削減効果を検討する。

https://www.hitachizosen.co.jp/newsroom/news/assets/pdf/20220616.pdf

20

焼却と連携する技術 メタノール合成
JFEエンジニアリング「クリーンプラザふじみ」で回収したCO₂を用いて、三菱ガス化学新潟研究所においてメタノール転換試験を行った結果、ごみ燃焼排ガス中のCO₂からメタノールを製造。

https://www.jfe-eng.co.jp/news/2022/20220331.html

https://www.jfe-eng.co.jp/news/2021/20210120.html

https://www.mgc.co.jp/corporate/news/2021/210330.html

21ガス化と連携する技術 エタノール合成
環境省委託事業…「二酸化炭素の資源化を通じた炭素循環社会モデル構築促進事業」
積水化学工業
岩手県久慈市において20t/日で可燃ごみを分別することなくガス化し、このガスを精製の上、ランザテック社が開発した微生物により、化学触媒や熱・圧力を用いることなくエタノールに変換。
更に、住友化学株式会社と協業し、エタノールをエチレンに、さらにはプラスチック（ポリオレフィン）に変換するループの構築を進める

https://www.sekisui.co.jp/news/2022/1373478_39136.html

22

まとめ
✓廃棄物・資源循環分野でカーボンニュートラルを達成しようとすると、CCU/CCSを前提とした廃棄物処理施設の整備が必要✓将来のごみの組成の変化（バイオマス比率、低位発熱量など）考慮する必要あり。

✓カーボンニュートラル化の達成には、2,292kt-CO2/年のCO2回収設備が必要となり、焼却施設規模で12,052t/日の焼却炉にCO2回収設備設置が必要と試算。
✓ベースシナリオにおいて、CO2回収設備（CC）を設置した際にエネルギー自立する処理規模は375t/日以上で、非バイオマス由来のCO2を全量回収するためには、33以上の焼却施設でCO2回収設備（化学吸収法）の導入を行う必要あり。
✓大都市圏でのみ広域化を行うと、2050年にCO2回収設備設置可能施設は全国38施設で、非バイオマス由来CO2の約1.2倍のCO2を回収可能。
✓化学吸収法以外のCCとして、酸素富化燃焼、ケミカルループ燃焼、ガス化、炭化などの技術が、すでに実証あるいは一部実証されつつある。
✓熱化学変換によるガスから有用物をつくる技術として、メタネーション、メタノール合成、エタノール合成が実証されつつある。
23以下、補足資料24

CO2回収技術の整理
手法

起因力

長所

化学反応

温度差

• 低分圧ガス向き• 炭素水素への親和力が低い• 大容量向き• 吸収液が高価• 腐食、浸食、泡立ちがある• 適用範囲が限定的

物理吸収分圧差（濃度差）• 高分圧ガス向き• 適用範囲が広い• 腐食、侵食、泡立ちが少ない• 再生熱源を必要としない• 吸収液が高価• 重炭化水素への親和力が高い

PSA

吸着分圧差（濃度差）• 高純度精製が可能• 装置が比較的簡易• 適用範囲が広い• 再生ガスが必要• 水分の親和性が強い

TSA

吸着温度差

• 高純度精製が可能• 適用範囲が広い• 吸収材料が多く、装置が大型化する• 吸着材料費が掛かる• 再生用熱源が必要

透過

分圧差（濃度差）• 簡便• 安価• 小容量向き• 回収したCO2が低純度• 運転比が高い• 大容量に不向き• 油脂分含む有ガスに弱い

相変化• 高純度精製が可能• 大容量向き• 装置が複雑• 建設費が高価• 運転費が高い

化学吸収法

物理吸収法

原理

吸着分離法

膜分離法

深冷分離法

液化・精留

短所

本検討では、実績がもっとも多い化学吸収法を廃棄物焼却施設に導入することを前提として、以降の検討を行う。
出典：環境省 https://www.env.go.jp/earth/ccs/attach/mat03.pdf

25自立可能条件の検討に用いたパラメータ①
中央環境審議会循環型社会部会(第38回)資料の試算モデル（４ケース）を元に検討
項目

設定方法

処理方式・炉数

ストーカ式焼却炉 2炉構成

ごみ低位発熱量 [kJ/kg]

当部会設定シナリオ：6,600kJ/kg

ごみ中の炭素割合 [%]当部会設定シナリオ：19.3%

ボイラ効率 [%]

92％で一定（中環審資料と同効率）

発電効率 [%]

6MPa,450℃と4MPa,400℃においてタービン入口蒸気量に応じて設定（図1）
設定シナリオ：16.5％(375t/日,6MPa,450℃)

場内消費電力原単位 [kWh/tごみ]（CO2回収設備分除く）

施設規模(t/日)に応じて原単位を設定（図2）

消費蒸気原単位 [GJ/tCO2]（CO2回収設備分）

3.08で一定（中環審モデル）

消費電力原単位 [kWh/tCO2]（CO2回収設備分）

CO2回収量に応じて原単位を設定（図3）※液化に必要な消費電力も含む
26

自立可能条件の検討に用いたパラメータ②
発電効率[%]

原単位[kWh/tごみ]発電効率[%]

4MPa400℃
20.010.0500

150

中環審モデル

6MPa450℃

10050
中環審モデル

0.050100

タービン入口蒸気量[GJ/h]

400300200
100
中環審モデル00

CO2回収設備消費電力原単位[kWh/tCO2]

原単位[kWh/tCO2]

30.0

場内消費電力原単位[kWh/tごみ]

00

200

400600

施設規模[t/日]

0200
400
CO2回収量[t-CO2/日]

600

図1

図2

図3

●6MPa,450℃
中環審モデル3点(施設規模300, 600,1800t/日において、CO2回収設備導入時の発電効率17.0, 19.1, 22.4%)を基準に近似曲線を設定●4MPa,400℃
中環審モデル1点(施設規模300t/日において、CO2回収設備導入時の発電効率13.9%)を基準に、6MPa,450℃の近似曲線をスライド

中環審モデル1点(施設規模300t/日において100kWh/tごみ)を基準に、プラントメーカの実績の、施設規模による原単位変化率を用いて近似曲線を設定

当該施設の運転データが入手できないため
中環審モデル1点(施設規模300t/日において293kWh/tCO2)を基準に、原単位がCO2回収量の0.6乗則で変化するとし、近似曲線を設定

27

Case1 施設数が維持された場合
600
500

2050年における施設規模と施設数✓ 年間処理量の減少に合わせ施設規模だけ縮小

400→過半数が50t/日未満の施設となる

2020年

2050年

kt/年

34,16916,600

全国施設数

ヶ所

1,090

1,090

375t/日以上の施設数

ヶ所

1257

CO2回収設備導入
可能な施設分布●施設所在地

300
200
1000

施設規模[t/日]

CO2量[kt-CO2/年]

全国年間処理量

施設数✓ 2020年時点と同数（同箇所）の施設とする

20,00015,000バイオ由来
非バイオ由来10,0005,000
0総排出量総回収量✓ CO2回収設備を導入できる施設は7施設のみ✓ CN化達成率は30%にとどまる
28

Case3 都道府県内で広域化各都道府県内で広域化を行い、CO2回収設備導入可能な施設(375t/日)を可
能な限りつくる （例）北海道
2050年の総施設規模1,987t/日→ 1,987÷375=5.29…
→ 375t/日以上が5施設、375t/日未満が1施設の計6施設とする

2050

全国年間処理量 kt/年

34,16916,600

ヶ所

1,090

190※

全国施設数

※375t/日以上が143施設、375t/日未満が47施設

凡例

施設数

0
1~5
6~10
11~

バイオ由来
20,000
非バイオ由来CO2量[kt-CO2/年]

2020

15,00010,000
5,000
0

総排出量

総回収量

✓ CO2回収設備導入可能施設は143施設
CO2回収設備導入✓ CN化達成率は450％可能な施設分布29