第章

4

今後の温暖化抑制
対策に向けて

第４章
経済社会研究所 研究コーディネーター 上席研究員 大河原

今後の温暖化抑制対策に向けて ● 目

次透

経済社会研究所 主任研究員 永田豊

経済社会研究所 主任研究員 田頭直人

研 究 企 画 部 主任研究員 西村

嘉晃

狛江研究所 微量物質課題推進担当 上席研究員 朝倉一雄

経済社会研究所 主任研究員 杉山大志

経済社会研究所 主任研究員 本藤祐樹

我孫子研究所 環境科学部 上席研究員

横山隆壽

我孫子研究所 環 境 科 学 部 主任研究員

仲敷憲和

横須賀研究所 エネルギー機械部 上席研究員 森塚秀人

横須賀研究所 エネルギー機械部 上席研究員

斎川路之

我孫子研究所 生物科学部 上席研究員 渡部良朋

我孫子研究所 生 物 科 学 部 主任研究員

森田仁彦

我孫子研究所 応用生物部 主任研究員 立田穰

我孫子研究所 応 用 生 物 部 主任研究員

小林卓也

我孫子研究所 応用生物部 主任研究員 中屋耕

我孫子研究所 環 境 科 学 部 主任研究員

石井孝

狛 江 研 究 所 研究調査担当 上席研究員

西宮

昌

４−１

温暖化抑制のための制度・政策

コラム９：電気事業の抑制対策

大隈多加志

狛 江 研 究 所 大 気 科 学 部 上席研究員…………………………………………………………………………………………56……………………………………………………………………………………………………61

コラム10：京都議定書を巡る国際動向……………………………………………………………………………………………62

４−２

CO2排出に関する発電方式のLCA …………………………………………………………………………………………63

４−３

排ガスCO2回収･海洋隔離･地中処分技術の評価 …………………………………………………………………………65

４−４

CO2回収型火力発電システムの評価 ………………………………………………………………………………………72

コラム11：CO2ヒートポンプの基礎研究と実用化
４−５

生物･バイオ技術によるCO2固定･資源化技術の評価 ……………………………………………………………………76

コラム12：人工衛星による葉面積の計測
４−６

まとめ

…………………………………………………………………………………………80………………………………………………………………………………………………………………………81

大河原 透（1982年入所）
全国９地域の中長期経済予測、発電所立地
が地域経済に与える社会経済影響評価などの研究に従事。現在は温暖化対策に関する経済政策が電力会社経営や日本経済に与える影響を評価する研究にも取り組んでいる。

永田豊（1987入所）
これまで、日本のエネルギー・電力需要予測、環境税の影響分析、最適電源構成の分析、省エネルギー技術の経済性評価などに従事。

田頭 直人（1992年入所）
地球温暖化を抑制するための都市の交通、エネルギーシステム、および都市構造に関する研究に従事。現在は、再生可能エネルギー利用の支援制度に関する調査・分析も行っている。

西村 嘉晃（1992年入所）
ダム流域の融雪や貯水池の結氷など、陸・水面の熱収支の研究に従事。現在は環境に関する研究の総合推進業務を担当。

朝倉 一雄（８ページに掲載）

54………………………………………………………………………………75

杉山 大志（1993年入所）
エネルギーシナリオ分析および政策科学における政策過程分析の２つの手法による温暖化防止政策研究に従事。現在は京都議定書に関する国際交渉や国内対策のあり方など、温暖化対策制度設計に関する研究に取り組んでいる。

本藤 祐樹（1992年入所）
主に環境面および経済面からの技術評価に関する研究に従事。これまでに、発電技術の環境対策コスト分析、LCAによる発電技術の評価、産業連関表を利用したLCA手法およびデータベースの開発などを実施した。

大隈多加志（1987年入所）
現在、 地球環境産業技術研究機構（RITE材）CO2貯留研究室 主席研究員として出向中。
入所以来、高レベル放射性廃棄物地層処分の研究、地熱貯留層評価、圧縮空気貯蔵などの研究に、地球化学の専門家としてなどに従事。1989年からは、CO2の海洋隔離、地中隔離に関わる研究に取り組んでいる。

横山 隆壽（1975年入所）
1980年代後半から、地球温暖化防止技術の研究に従事。特に、火力発電所排ガスからのCO2回収技術、火力発電プラントからの一酸
化二窒素の排出係数、地球温暖化問題とエネ
ルギー利用などの研究活動を実施。

仲敷 憲和（33ページに掲載）

森塚 秀人（1981年入所）
入所以来IGCCフィージビリティスタディ、
IGCCの熱効率および動特性解析等に従事してきた。現在は、高温水素分離膜を用いた
CO2回収型火力発電、ガスタービン高温部品の保守管理等の研究に取り組んでいる。

斎川 路之（1986年入所）
圧縮式ヒートポンプの研究開発や新型火力発電システムの評価研究に従事。現在は、自然冷媒を利用したヒートポンプの研究開発、
燃料投入型分散型電源による熱電併給システ
ムの適用性評価研究に取り組んでいる。

渡部 良朋（1988入所）
微細藻類の光合成機能を利用したCO 2 固定・資源化技術の開発に携わってきた。現在は、微細藻類機能の環境保全技術への適用を図るとともに、バイオマスを利用したCO2対策に関する検討を行っている。

森田 仁彦（1996年入所）
排ガス中の高濃度炭酸ガスを利用して微細藻類を培養するための光バイオリアクター開発に携わってきた。現在は、微細藻類機能の多面的な利用に関する研究に取り組んでいる。

立田穰（1981年入所）
放射性核種の海洋生態系における挙動、海産生物における放射性核種の濃縮係数、海洋生態系における放射性核種の動的移行モデル、同位体比を用いた沿岸海洋生態系によるCO2
固定量の測定法について研究。1995-1996年
IAEA海洋環境研究所外来研究員。

小林 卓也（1992年入所）
酸性降下物の植物影響評価、森林の物質循
環に関する研究に従事。現在は、安定同位体
比情報を用いた森林における炭素・水収支の解明に関する研究に取り組んでいる。

中屋耕（1993年入所）
緑化植被面における熱収支の解明、レー
ザー誘起蛍光を利用した植物生理反応推定手法の開発に従事。現在は、森林におけるCO2
フラックス評価に関する研究に取り組んでいる。

石井孝（1990年入所）
森林植生と降雨流出特性に関する調査研究に従事し、衛星データによる森林植生計測手法を開発してきた。現在、マングローブ林の現存量評価や水循環評価に向けた森林蒸発散量の研究を行っている。

西宮昌（８ページに掲載）

電中研レビュー No.45● 55

４−１

温暖化抑制のための制度・政策できない。環境税を 2003 年に導入して安定化を達成す

4-1-1 環 境 税

るためには、2010 年に炭素 1 トン当たり 33,000 円程度という非常に高い税が必要であり、同年の実質 GDP は

すでに欧州のいくつかの国で導入されている環境税に参照ケースより 0.83 ％減少する（環境税導入基準ケー

は、化石燃料の価格を人為的に引き上げることによりそスの場合）。税収の大きさからみると、同じ CO2 削減目の節約を促すことと、得られた税収で所得税や法人税な標を達成する場合、減免措置がない場合よりある場合

ど一般的な税を軽減することにより経済全体の効率性をの方が、所得税減税より公共投資拡大の方が、炭素含高めるという、２つの目的がある。しかし、図 4-1-1 に有量比例の課税（炭素税）よりエネルギー量比例の課示すように、ある国だけが環境税を導入すると、製造に税（エネルギー税）の方が多くの税収を集めなくては多くのエネルギーを必要とする鉄鋼などの生産物価格がならず、CO2 削減という観点からは非効率であると言え上昇して国際的競争力が低下することから、環境税を導る。これは、減免措置はエネルギーに対する価格弾力

入したほとんどすべての国において、何らかの減免措置

性が大きく、かつ炭素税によるエネルギー価格の上昇が設けられている。以下、当所の長期経済予測システム率が大きい製造業における CO 2 の削減を鈍らせること、を用いて、日本で環境税を導入した場合の経済的影響に

公共投資拡大はセメントや鉄鋼など素材産業への波及

ついて、このような減免措置の有無や、税収の使途、課が大きいため、産業構造の税方式の違いなどを考慮しながら定量的に分析した結果と、エネルギー税は CO 2 排出原単位が小さい天然ガスを紹介する。

などへの燃料転換のインセンティブを持たないこと、

脱 CO 2 化を遅らせるこ試算したケースの概要と結果を表 4-1-1 に示す。環境などの理由による。以上のことから、環境税を導入す

税を導入しない参照ケースでは、2010 年の CO 2 排出量る場合は炭素含有量に比例して課税し、減免措置は設

は 90 年比 13.1 ％増となり、経団連の自主行動計画や省けず、税収は公共投資に支出する場合に最も経済的ダエネ基準の強化だけでは、国が目標とする CO 2 排出量

メージが少ないということができる。このときの実質の安定化（2010 年の排出量を 90 年水準に抑制）は達成

GDP の減少分（約２兆円）を多いとみるか少ないとみ

環

境

政府

税

家計

税収環流

減税による所得減少の緩和

公共投資による
需要の創出

実質所得の減少による
消費選別、需要減退

一般物価
の上昇
需要の減少

国内産業
エネルギー産業
海外
エネルギー財の価格上昇と生産減少

非エネルギー
財の価格上昇と生産減少

非エネルギー産業

図4-1-156

一般物価の上昇
価格競争力の低下による輸出の減少、産業空洞化
輸出需要の減少
輸入は増える産
業と減る産業に分かれる

価格競争力の低下による輸入の増加、国内需要の減少による輸入の減少

環境税の国内経済への波及経路

表4-1-1
ケース名

試算ケース名とその設定条件および試算結果
ケースの設定条件

試算結果（2010年）

課税方式

税収還流方式

減免措置

税率

税収
（兆円）

参照ケースからの実質GDPの変化率

課税なし

─

─

─

─

─

環境税導入基準ケース

炭素含有量比例

所得税減税

なし

33,000円/t-C

9.48−0.83％

減免ケース

炭素含有量比例

所得税減税

あり＊1

50,600円/t-C＊2

11.96−0.92％

公共投資ケース

炭素含有量比例公共投資拡大なし

34,700円/t-C

9.97−0.28％

エネルギー税ケース

エネルギー量比例

所得税減税

なし

590円/GJ

12.80−1.03％

参照ケース＊1 製造業の税率を他の部門の半分に減免する＊2 非減免部門の税率るかは意見が分かれるところであるが、環境税による排出権の交換により、異なる削減技術を市場で交換する

ダメージは産業によって大きく異なっているため、そことができる。市場で成立する排出権価格が与えられたの導入に当たっては、被害が大きい産業の抵抗が避けとき。それよりも高い費用をかけて排出削減を行う企業

られないと思われる。

はない。排出権価格より安い費用で削減できる企業が、排出権の売りに回り、買い方も、売り方も互いに得をす

4-1-2 排出権取引るというのが排出権市場である。
既に、デンマークでは発電会社を対象に CO2 排出権の気候変動枠組み条約締約国会議（COP）では温暖化

割り当てを行い、発電会社間で CO2 排出権取引を行う制対策のために、CO2 排出権取引などの柔軟性措置を用い

度が 2001 年１月より実施に移されている。さらに英国ることを合意しており、今後の国際交渉では、国際排出においては、産業全体を視野に入れた CO2 排出権の国内権市場をどのように設計するかが重要な討議事項となる取引が、英国で 2002 年４月から実施されることになっであろう。

ており、産業界との合意も成立し、現在、施行関連法案

排出権取引には、COP で検討される国際取引、一部が国会で審議されている状況にある。そして、欧州連合の国で導入が始まっている国内取引など、様々な形があでは、2005 年の域内取引の実施に向け、取引の概念設

りうるが、取引のメカニズムは、国際取引でも国内取引計の調整に入っている。

も基本的には同じで、国内取引を例に取り、基本的な仕組みをはじめに概観しよう。

京都議定書を批准すれば、わが国も排出権の国際取引に参加することになり、国内にも排出権市場が創設され企業や団体に与えられる排出枠の設定は、経済的利害ることになろう。また、経団連が検討するという排出削に直接絡むため、大きな対立点になるが、排出枠ないし減実績の登録機関ができれば、利潤動機で排出権取引所

は排出削減目標の設定が、取引を行うための前提条件にを開設する業者が出てくるだろう。

なる。排出枠は、一般的には基準年の排出量より少なく、

ここでは国内排出権取引が始まり、電力産業内で排出取引対象年の排出量と排出枠の差が排出削減目標量とな権取引が行われる事態を想定し、どのようなことが起きる。この削減を行うためには、当然ではあるが、努力がるかを実験により検討した当所の研究を紹介する。

必要で、費用もかかる。企業が保有している技術には多実験では、９つの仮想電力会社を設定し、当所職員が様性があり、排出削減を低い費用で達成できる企業、高プレーヤーとしてネットワーク上で、電力と排出権の取い費用を要する企業が存在する。

引を行った。これは、CO2 が発電を行う際に生み出されこのとき、国全体の経済効率を高めるという観点からるマイナスの価値を持ったの副産物であり、この外部性は、排出削減費用の高い企業が目標を達成するために、が排出権というかたちで内部化されたとき、主生産物で自ら保有する削減技術のみで対応するのは合理的でなく、ある電力の生産にも影響が及ぶことに着目しての実験で安い費用で削減を行いうる企業の技術を借りて排出削減ある。実験は、仮想状況を設定したものであり、実験でに当たるのが望ましい。排出権市場が存在するならば、設定した数値、実験より得られた数値に定量的な意味は

電中研レビュー No.45 ● 57

成と運用にあたる実験を２回行い、取引量や価格の変動ない。
実験では、コンピューターネットワーク上に電力と排を確認し、実験参加者の成績評価と市場が産み出す成果

出権の会社間取引を扱う 2 つの市場を設けた。仮想電力について評価した。また実験を通じ、不確実性を伴う電会社は、電力需要の不確実性に直面するなかで、ピーク力需要に直面する電力会社が、供給義務制約のもとで、期、オフピーク期の電力需要を満たすように、発電設備

異なる費用構造を持つ発電（排出削減）技術の組み合わの形成・運用、会社間電力取引・排出権取引に当たる。

せ、どのように対応しうるかなどを確認した。さらに、終了期間を事前に通知しない多期間取引、電力取引にお両市場で設定した取引ルールや不遵守罰則金が CO2 排出ける空間的な取引費用なども導入した。仮想各社への排権と電力の取引結果（数量、価格）などに与える影響も

出権の割り当ては、たとえば、2008 年から 2012 年の５評価した。取引実験の結果については、1 回目と２回目

年間については、全社の発電あたりの排出原単位を、の排出権取引の結果を図 4-1-3、図 4-1-4 に示した。

1990 年比 20%減とし、これを排出量比例と発電量比例

１回目の実験では、排出権、電力価格は初期段階でのの実績値で各社に配分する方式を採用した。なお、燃料緩やかな上昇、中間段階での安定を経て、上昇に転じた。

費や資本費、顧客に販売する電気料金は実験期間を通じ、一方、２回目の実験では、初期段階の安定を経た後、一

便宜的に一定に保った。

転して低下に転じた。１回目の実験では、仮想電力会社

これら仮想電力会社の行動原理と市場取引の構造を図

全体で排出目標が達成できなかったのに対し、２回目の

4-1-2 に示した。

実験では、新規電源の開発費用は要したが、仮想電力会

各仮想会社が CO2 排出量制約と電力供給義務制約に従社全体で排出目標は達成することができた。

うとき、各社が利益の最大化を図るために、会社間でな２つの実験の基本的な差異は、実現した電力需要の規される電力取引と CO2 排出権取引、各社の発電設備の形

模と発電設備の投資規模の差にある。１回目の実験では

市場情報

CO2排出権取引市場

情

電力取引市場報
不確実性

仮想電力会社

発

CO2排出

電源容量

電

電源別稼働率
電気料金
単価

CO2排出
過不足

電源別初期容量
設備投資

CO2排出原単位
固定費

CO2排出
割当
排出権・
電力売却
収入

発電単価

収入計

費用計
利

図4-1-2

58

電力需要

益

仮想電力会社の行動原理と市場取引の構造

排出権・
電力購入
費用

×1.5

30000

1500

1500

1400

1400

1300

25030円

1300

21,137円
19,001円

1100
1000
900
800

排出権価格（左軸）700

580万t-C

600

14000円
10000

500

排出権価格（円/t-C）

20000

取引数量（万t-C）

排出権価格（円/t-C）

1200

19339円2008〜12年
平均価格

1100

排出権価格（左軸）

20000

1000
900

14,091円
2008〜12年平均

10000

8,501円

図4-1-3

2008

2009

2010

2011

7,500円

取引数量（右軸）

300
200

100

100

0
2007

500

200

123456 123456 123456 123456 123456 123456 123456 123

2006

700

400

300

0

800

600

400

取引数量（右軸）

1200

罰則金

2012 清算取引数量（万t-C）

29007円
29009円
罰則金

30000

0

0
123456 123456 123456 123456 123456123456 123456 123 123456

2006

第1回実験の排出権取引市場

2007

図4-1-4200820092010 20112012 清算 2013

第2回実験の排出権取引市場

電力需要の規模は２回目に対して約 5%大きかったが、可能エネルギー利用の促進策として、近年注目されてい発電の設備投資は小さかった。電力産業のように需要をるのが「グリーン証書取引システム」である。「グリー

受身とする産業にとっては、需要想定を正確に行い、対ン証書」とは、再生可能エネルギーを用いて発電された応する設備投資を適切に行うことが重要であるが、１回電力の発電量等を証明するために発行される証書である。

目の実験では発電設備の供給予備力が少なかったことが、グリーン証書取引システムでは、この証書に対する取引

電力価格と排出権価格の高騰を招いていた。また、２回が行われる。すなわち、グリーン証書取引システムは、目の実験では、より多くの原子力発電が早期に導入され再生可能エネルギーを用いて発電された電力に対して、たことが、CO2 の排出抑制に貢献し、結果として排出権電力自体の価値とは別に、グリーン証書による価値を与の抑制に寄与した。

える。

実験で与えた 2008 年から 2012 年の排出目標は電気事

図 4-1-5 を用いて、一般的なグリーン証書取引システ業が掲げている自主行動計画に対応するものであるが、ムの概略を説明する。発電事業者が再生可能エネルギー

目標の達成には向け原子力の導入が果たす役割は大きいを用いて発電した場合、まず電力を一般の電力市場に販ことが実験を通じて確認することができた。

売する。次に、発電事業者は、グリーン証書を発行する

また、不遵守罰則金の導入形態が取引価格に大きな影組織に発電量を報告し、その発電量を証明するグリーン

響を与えており、この導入方式は排出権市場の制度設計

証書の発行を受け、証書をグリーン証書取引市場に販売を考えるときに、重要なポイントとなることが明らかにする。すなわち、再生可能エネルギーにより発電されたなった。

電力は、電力とグリーン証書の二つから対価を得る。
ただし、このシステムが成立するためには、グリーン証

4-1-3

グリーン証書取引システム

書に対する需要が必要となる。第一の需要は、政府等が、再生可能エネルギーによる発電を促進するために、電力

温暖化抑制対策の一つとして、太陽光、風力等の再生供給事業者、あるいは需要家に、グリーン証書の一定量

可能エネルギー利用の重要性が高まっている。この再生の保有義務を課すことにより発生する。この義務制度は、

電中研レビュー No.45 ● 59

証書需要：
グリーン証書政府等により課された証書保有義務の償還、グリーン電力の調達

グリーン証書取引市場

再生可能
エネルギー
発電
電力
電力取引市場

電力需要

図4-1-5 グリーン証書取引システム

一般に RPS（Renewable Portfolio Standard）と呼ばれ抑制効果が高い。

る。保有義務の対象が電力供給事業者の場合、事業者は実際に行われた事例としては、世界初のグリーン証書

電力供給量の一定割合に相当するグリーン証書の保有義取引システムとして、1998 年より 2000 年まで実施され務が課される。義務の対象が需要家の場合、需要家は電たオランダの「グリーンラベルシステム」が挙げられる。

力消費量の一定量に相当するグリーン証書を購入しなけ「グリーンラベル」とは、1Mh 毎に再生可能エネルギーればならない。

により発電された電力に付与されるグリーン証書である。

第二の需要は、「グリーン電力制度」からの需要であ

オランダでは、1996 年にエネルギー事業者連合が、政る。需要家が通常の電気料金に加えて、自発的に、一定

府と 2000 年末までに 1700GWh（1995 年における大規模

額、あるいは電力消費量等に比例した額を支払い、電力

需要家を除く供給量の約３%）を発電するという目標に供給事業者がその金額を、再生可能エネルギーを用いた

合意し、この合意目標が、各電力供給事業者に割り振ら発電設備の建設、助成、あるいは再生可能エネルギーにれた。供給事業者は、この割当量を達成するために、グより発電された電力の調達等に用いる制度を、グリーン

リーンラベルシステムを利用した。さらに、オランダで電力制度という。すなわち、需要家にグリーン電力を提は前記したグリーン電力制度も実施されており、この制供している事業者が、グリーン電力の調達のために、グ度からの証書需要も存在した。グリーンラベルシステム

リーン証書を購入する。

は 2000 年末で終了したが、現在は、新たに政府によるグリーン証書取引システムの大きな長所の一つは、再生可能エネルギーの地理的偏在性に起因するコスト上昇

グリーン証書取引システムが導入されており、グリーン
電力のみが証書の需要となっている。

の抑制効果にある。例えば、風力発電は立地場所の風力その他、欧米各国、オーストラリアでも様々な取組みの強さ、安定性により、発電コストが大きく異なるので、が行われている。また、わが国でも、経済産業省総合資

発電コストを抑制するためには、適地において発電を行源エネルギー調査会新エネルギー部会新市場拡大措置検うことが重要である。近辺に適地が存在しない供給事業

討小委員会において、再生可能エネルギーによる発電を者が、風力発電による電力を調達する場合、適地に存在促進するためのさまざまな施策が議論されており、グリする風力発電事業者等も参加しているグリーン証書取引

ーン証書の保有義務およびグリーン証書取引システムは、市場で証書を購入することにより、調達コストを抑制す施策の有力候補として挙げられている。小委員会は、ることが可能となる。したがって、グリーン証書取引シ

2001 年内に報告書を取りまとめる予定であり、今後のステムは、出来る限り広い地域で実施した方が、コスト展開に注目していく必要がある。

60

コラム９：電気事業の抑制対策
電気事業は、地球温暖化問題を経営課題の最重て､ヒートポンプなど高効率活用・省エネルギー機

要課題の一つに位置付け、CO 2 の抑制対策に自主器の開発・普及､未利用エネルギーの活用､畜熱シ

的､積極的に取り組んでいる。このため､毎年、ステムなどの普及・促進による負荷平準化の推進

1996 年に策定した｢電気事業における環境行動計などを行っている｡これらの対策の中で、特に原子画｣のチェック＆レビューを行い、結果を公表して力発電の導入を中心としたエネルギーのベストミいる。この環境行動計画の中で電気事業は､CO2 削

ックスによる CO 2 排出抑制効果が大きいことが示減目標として｢2010 年度の CO2 排出原単位を 1990 年されている｡

度に比べ 20 ％程度低減する｣を掲げている。具体的

当所は､電気事業の CO2 抑制対策の実践に貢献すには､CO 2 排出原単位の 1990 年度の実績は 0.42kg-

るため、様々な分野で地球温暖化対策に関連する

CO 2 /kWh であったので、2010 年度の目標値を

研究課題を展開している｡電気の供給面での主要な0.3kg-CO 2/kWh 程度と設定している。現在、原子対策である原子力発電については､経年炉対策､高力発電、LNG 火力発電および水力発電の導入、火燃焼度燃料など軽水炉発電の経済性向上､バックエ

力発電所の熱効率向上などにより、2000 年度のンド対策､原子力発電の信頼性向上に関する研究を

CO2 排出原単位は 0.37kg-CO2/kWh にまで低減され進めている。自然エネルギー発電については、太ているが、2010 年度の目標達成に向けて一層の対

陽光・風力発電の導入技術、高温岩体発電技術の策強化が必要となっている｡

開発などを行っている｡化石燃料発電については､

電気事業は､環境行動計画で設定した CO2 削減目

ガスタービン超高温化技術など火力発電の高効率標を達成するため､電気の供給面および使用面での化､石炭ガス化複合発電技術や燃料電池発電技術の対策に取り組んでいる｡

実用化研究を進めている｡電気の需要面での対策と電気の供給面の対策では、CO2 を排出しない原子

して､住宅・ビルの省エネ革新技術、リチウム二次力発電の推進を中心に､LNG 火力発電の導入拡大､電池によるエネルギー貯蔵技術などの開発を行っ

水力・地熱・太陽光・風力など自然エネルギーのている｡また、これらの短期的な CO2 抑制対策技術

開発・普及を進めている｡電力設備の効率向上を図の開発を支えるため、当研究所は温暖化現象の予るため､複合発電の導入や石炭火力の高効率化、高測・影響評価や環境政策分析など､中・長期的な研圧送電による送配電ロス率の低減などに取り組ん

究課題にも積極的に取り組み、電気事業の温暖化でいる｡

抑制対策技術の開発に総合的に取り組んでいる。

電気の需要面の対策では､省エネルギー対策とし

電気事業の温暖化抑制対策

当所の研究課題

非化石エネルギーなど
の利用拡大

原子力発電
LNG火力発電自然エネルギー

軽水炉発電の経済性向上
バックエンド対策
原子力発電の信頼性向上
太陽光・風力発電導入技術

電力設備の効率向上

火力発電効率の向上
送配電ロス率の低減

火力発電の高効率化
IGCC、MCFC実用化技術

省エネルギー

省エネPR活動
高効率・省エネ機器
未利用エネルギー

電気の供給面での対策

電気の使用面での対策
負荷平準化

蓄熱システムなど

住宅・ビルの省エネ技術
エネルギー貯蔵技術
出典：電気事業における環境行動計画（電気事業連合会、2001.10）

図１ 電気事業の温暖化抑制対策と当所の研究課題

電中研レビュー No.45 ● 61

コラム 10 ：地球温暖化問題に関する政策科学研究
地球温暖化防止京都会議（正式名称は気候変動枠組み条約第 3 回締約国会議））は 1997 年 12 月に開催され、京都議定書がまとめられた。京都議定書の特徴は先進国に課せられた「厳しい数値目標」と、その達成のために認められた「柔軟性」である。厳しい数値目標とは、2008 年から 2012 年までの平均で、1990 年水準の排出量に比べて、日本は６%、米国は７%、EU は 8%削減する、というものである。「柔軟性」には３つある。第１が「京都メカニズム」と総称されるもので、これには排出権取引、共同実施およびクリーン開発メカニズムの３つがある。第２は植林などによる CO 2 の吸収で、吸収源、シンク、土地利用および森林活動（LULUCF）といった呼び方をされている。第３はバスケット方式と呼ばれるもので、CO2 だけでなく、
CH4、N2O、HFC、PFC、SF6 といった計６種類の温室効果ガス排出量の合計を対象とするというものである。
「厳しい数値目標」に関してはよく知られている。仮に無対策時に排出量が年率 1%で伸びるとす
れば、2010 年までには 1990 年に比べて 20 ％以上排出が増えることになり、6%削減とはこの「なりゆきケース」に比較して 26 ％という大規模削減を意味する。これは容易ではない。
このような厳しい目標が先進諸国に受け入れられた背景に「柔軟性」の確保があった。ただしこ
れらは原則として認められたものの、それが実際にどのような制度設計につながり、結果としてどの程度の費用対効果および規模を持つものになっていくか、その運用則については、不透明な点が多かった。これがブエノスアイレスにおける 1998
年の COP4 以降、今日まで議論され続けている。
COP6 ではこれに関する政治合意が成立し、2001 年
11 月の COP7 ではさらに法文書を採択して、運用則を確定することを目的としている。
当所では、国際交渉の動向を把握する一方で 、初めはエネルギーシステム分析（２〜 30）、後には政策科学の方法論（31 〜 77）によって分析し、学術誌や業界誌・新聞などを通じて政策提言活動を行ってきた。これについて紹介しよう。
＊ ＊ ＊京都議定書の最大の「武器」は、数値目標を法的に設定したことだ。これによって、各国は批准にあたり、向こう 10 年の排出削減計画を整備し、それに対応した法制度整備を行い、政策措置を打つことになる。これは温暖化防止政策を押し進めようとする官民にとっての強力な足がかりになる。
問題への関心が高まり、対策推進に利益を見出す
企業が生まれる。政府はこの動きにさらに呼応する。温暖化防止へ向けて歯車が回り始める。

62

他方でこの数値目標は「野心的」に過ぎた――
これが議定書の最大の欠陥となった。数値目標は
技術的に真剣な検討をすることなく政治的勢いだ
けで決まった。日本はこれまで増加し続けた CO 2
排出を、ほぼ同じペースで減少させることになっているが、本当に可能だろうか。
政策科学では、環境条約における数値目標の性
格やその国内政策との関連についての詳しい分析がなされている。京都議定書に関する国際交渉および国内制度設計の在り方は、このような分析から得られるものが多い。
当所ではこれを行ってきた。中でももっとも重要な成果は、京都議定書の「遵守システムの理論」――ひらたく言えば「数値目標未達成の場合に罰則を設けるか否か？」という議論である。
民主主義国家の政府には、基本的に CO 2 を制御する能力は無い！――環境条約に関する政策科学の知見は衝撃的である。しかし、事実認識として正しい。政府は計画を立てたり政策を打つことはできるが、その達成を確実なものにすることはできない。CO2 削減のためにこれまで経営や生活の前提としてきたコストの在りようが大きく変わるとなると、企業や個人レベルでみれば異議を唱える
ところがたくさんでてくる。問題は経済的というより政治的である。さまざまな利害を調整して排出に関する 経済構造を改革 していくことは政治的に難しい。国の総排出量の結果を保証することは政府の能力を超える。
このため数値目標達成には高い不確実性がつきまとう。しかしなお、京都議定書はその達成を謳っている。議定書は基本的には出来ない約束をしている。――この欠陥をカバーすることが議定書
運用則づくりの要諦である。
このことを理解していない議論が横行している。
「数値目標に達しない国を罰しよう」という意見がある。しかし、主権国家を罰で追い詰めたり実際に罰したりするということは大変なショック療法
であって、政治的にも経済的にも大変な混乱をもたらす。これに耐えられない国は議定書から離脱してしまう。もし議定書に留まっても、そのような罰があれば、決して野心的な目標を掲げないよ
うになる。これでは温暖化防止政策の推進が停滞してしまう。現在の国際交渉では環境条約に前例のない厳しい罰則を設けようとする主張が強い 。
このままでは京都議定書はうまく立ち行かない。
過去の環境条約に学び、京都議定書に関する国際交渉において、どのような政策判断が地球環境保全のために適切かを分析し、提言する。これが当所における政策科学研究である。

４−２

CO2 排出量に関する発電方式の LCA
手法（産業連関法）が有効である。本研究では、積み上

4-2-1 は じ め にげ法と産業連関法の長所を生かした融合手法を利用して、
ライフサイクルにわたる CO2 排出量（LC-CO2）を推計

我が国のエネルギー政策の立案において地球温暖化のしている。

視点は重要である。当所では、地球温暖化の観点からライフサイクルアプローチによる発電技術の評価を行ってきた。発電に伴う CO2 排出量を考えるとき、発電燃料が燃焼する際に排出される CO2 のみを思い浮かべてしまいがちである。しかし、実際には、発電燃料の生産や輸送、

ライフサイクル CO2 排出原単位[g-CO2/kWh（送電端）]（発電燃料＋設備建設＋設備運用＋設備解体）[g-CO2]＝―――――――――――――――――――――――
耐用年間の発電電力量(送電端) [kWh]［式 1］発電所の建設などに伴い CO2 が排出されていることにも着目すべきである。原子力や太陽光発電においても、ウ

4-2-3

検討対象とライフサイクルの定義

ラン燃料の製造や太陽光電池の製造時に CO2 が排出されている。一般に、資源の採取から、製造、使用、廃棄に対象とした発電技術を表 4-2-1 に示す。既存の発電技至るすべてのプロセスを踏まえて環境負荷を評価する方術である火力、原子力、水力、地熱と、新エネルギーの法は、広くはライフサイクルアプローチ（LCA）と呼代表である太陽光、風力を対象とした。基準ケースとしばれている。

て、我が国の平均的な技術レベル（熱効率など）を想定した。また、発電燃料の生産や輸送などのプロセスにつ

4-2-2

ライフサイクルアプローチ

いても我が国の現状を反映している。例えば、輸入に大きく依存している化石燃料やウラン燃料の生産について

地球温暖化という観点から発電技術を評価する場合には、海外での生産活動の実態を反映している。ただし、は、1kWh（送電端）あたりのライフサイクル CO2 排出現状を基準とした前提条件が変化する場合、その変化が量(式 1)が、指標として有効である。これは、発電所のLC-CO 2 へ与える影響についても分析している。なお、耐用年間において排出される温室効果ガス量を、その期

温室効果ガスとしては CO 2 とメタンを対象としている。

間中の総発電量(送電端)で割ることで求められる。CO 2

メタンの温室効果は CO 2 の 21 倍（積算年数 100 年）と以外の温室効果ガスは、GWP（地球温暖化ポテンシャ

してメタンを CO2 に換算している。

ル）を用いて CO2 量に換算される。ライフサイクルにわ

電力のライフサイクルは大まかには図 4-2-1 のようにたり排出される温室効果ガスは、発電燃料の燃焼による表現できる。各段階におけるエネルギーや消耗資材など

直接排出、設備建設、設備運用、設備解体に伴う間接排出の４つに大きく分けられる。このうち、発電所などの表4-2-1

設備建設に伴う CO2 排出量の推計が最も煩雑である。一般に、ライフサイクルからの排出量を推計するためには、
そのライフサイクルに含まれるプロセスをひとつずつ検討する手法（積み上げ法）が採用される。しかし、発電システムのように多種多様な製品で構成されている設備の製造および建設のプロセスをひとつずつ把握するのは極めて困難である。そこで、設備の製造および建設に伴う CO2 排出量については、産業連関表を用いて推計する

石炭火力
石油火力
LNG火力
LNG複合
原子力［1］
水力［2］
地熱［3］
太陽光［4］
風力検討対象とした発電技術

出 力
（MW）

設備利用

熱効発電

所

1000
1000
1000
1000
1000
10
55
0.003
0.3

70％
70％
70％
70％
70％
45％
60％
19％
20％

39.6％
38.4％
38.9％
44.6％
33.7％
─
─
─
─

6.9％
5.7％
4.3％
2.2％
4.3％
0.7％
7.0％
0.0％
10.0％

内

耐用年数
（年）
30
30
30
30
30
30
30
30
30

［1］沸騰水型軽水炉（BWR）［2］中規模ダム水路式［3］ダブルフラッ
シュ方式［4］家庭屋根設置型、多結晶シリコン太陽光電池

電中研レビュー No.45 ● 63

16%程の差異が生じる。
資源燃料

発電燃料
製造

発電燃料
輸送

発

廃棄物
処理

電

原子力発電
図4-2-1

電力ライフサイクル

原子力では核燃料の濃縮に伴う排出量が全体の３分の２程度を占める。現状では、我が国で使用されているウの消費に伴う CO2 排出量を考慮している。また、各段階

ラン燃料の約３分の２は、石炭火力の比率の高い電源構における設備の製造に伴う CO2 排出も含めている。ただ成を持つアメリカで、多量の電力を消費するガス拡散法

し、設備の解体については、原子力以外は考慮していなを用いて濃縮されているために濃縮プロセスからの排出い。

量が多い。他方、使用済み燃料を再処理して MOX 燃料として利用する場合（リサイクル）についても検討した

4-2-4

各発電技術のライフサイクル CO 2
排出量が、22g-CO2/kWh と現状ケースとほとんど変わらない。
再処理や高レベル廃棄物の処分などの追加的なプロセスからの排出量は増加する。しかし、使用済み燃料を再処

火力発電

理して得られたウランやプルトニウムの利用に伴いウラ火力発電の LC-CO2 は、他の発電システムのそれと比ン新燃料の必要量が減少するために、濃縮プロセスからべて 10 倍以上である。石炭火力と石油火力は、発電燃の排出量が減少するからである。なお、利用する濃縮技

料の燃焼に伴う直接排出量が全体の９割以上を占めてい術と濃縮実施国の電源構成は LC-CO2 に大きな影響を与る。間接排出量の占める割合は小さいが、発電燃料の輸え、これらの濃縮条件の違いによって LC-CO 2 は 10 〜

入国の違いによって幅をもつ。これは、主に各国からの30g-CO2/kWh の幅をもつ。

輸送距離そして石炭採掘時のメタン漏洩量が異なるため
水力、地熱、太陽光、風力発電である。他方、LNG 火力については、LC-CO2 に占める
直接排出量の割合は約 8 割である。天然ガスの液化に伴

水力、太陽光、風力発電では、発電設備の建設に伴う

う CO 2 排出や天然ガス中に含まれる CO 2 放出のために、排出量がライフサイクル全体の８割近く以上を占めてい石炭火力や石油火力に比べて間接排出量が多い。これらる。地熱は、運転開始後に補充井の追加掘削や設備交換の間接排出量は、いずれの国から LNG を輸入するかのが必要となるため、運用時の排出量が全体の６割以上と想定によって異なり、その想定の違いで LC-CO 2 にはなる。設備建設に伴う CO2 排出量が大きな割合を占める

石炭火力

975

石油火力

742

LNG汽力

608

LNG複合

519

原子力

24

水力

11

地熱

15

太陽光

53

風力

29
0

200

400

600

800

1000

1200

ライフサイクルCO2排出量（g-CO2/）
発電燃料燃焼［直接］

図4-2-264

その他［間接］燃料輸入国の違いによる幅

ライフサイクルCO2排出量

原子力（基準）原子力（リサイクル）
水力
＋5pts

地熱

−5pts

太陽光（基準）太陽光（将来）風力（基準）
風力（将来）
0

10

20

30

40

50

60

70

80

ライフサイクルCO2排出量［g-CO2/kwh（送電端）］
設備建設

ウラン濃縮

その他

原子力：濃縮条件の違いによる幅
水力：立地条件の違いによる幅
太陽光、風力：設備利用率の想定による幅（＋5pts〜−5pts）

図4-2-3

火力発電以外のライフサイクルCO2排出量発電技術では、設備利用率の想定が結果に大きな影響を及ぼす。例えば、太陽光と風力は、設備利用率の変化に

4-2-5

意思決定の材料のひとつとしてよって LC-CO2 は大きく変化する。他方、水力の LC-CO2
は立地場所や型式に強く依存し約 4 倍の開きがある。ま

当所では、ライフサイクルアプローチにより地球温暖

た、太陽光と風力は、今後の普及に伴う生産規模の拡大化の面から各発電技術の特性を分析してきた。今後の発や技術改善により、設備製造からの排出量が削減される電技術の導入や技術開発においては、環境性はもちろん余地があり、現状に比べて、太陽光は 26g-CO2/kWh とのこと、経済性、供給安定性など様々な要因を考慮する

約半分に、風力は 20g-CO2/kWh と 7 割程度になる可能必要がある。上述した分析結果が意思決定における材料性がある。

のひとつとして活用されることが期待される。

４−３

排ガス CO2 回収･海洋隔離･
地中処分技術の評価発表された。加えて、EOR（原油増進回収）、地中貯留、

4-3-1 CO2 の回収・隔離の沿革

海洋処分など隔離技術も発表された。しかし、必ずしも、
CO2 回収技術及び隔離技術との統合あるいは連携が十分

地球温暖化防止を目的とした「排ガスからの二酸化炭に意識されて、研究の目標が設定されてきたとはいえず、素（CO2）の回収の技術開発研究」は 1990 年代初頭から

特に、CO2 回収技術は、当時すでに一般化学工業、石油始まった。1992 年アムステルダムで開催された第 1 回

産業及び燃料製造などの分野で約半世紀に近い技術に基CO2 除去に関する国際会議（FIRST INTERNATIONAL

づき、回収の可能性が示唆されていただけに、以降、革CONFERENCE ON CARBON DIOXIDE REMOVAL）

新的技術的進展は見られていない。

では、火力発電所等からの大量の CO2 回収を対象として、

一方、1996 年秋にノルウェーの沖合北海 Sleipner 鉱

実証あるいは商用規模の現有技術に基づく様々な技術が区（天然ガス田）において、CO 2 地中圧入事業が年間

電中研レビュー No.45 ● 65

100 万トン規模で開始された。これは、天然ガス精製を目的とした CO 2 回収・貯留であり、「回収・貯留規模」

以下では、火力発電所を対象とした排ガス中からのにおいて大きく、「CO 2 回収技術と処分技術とが連携」

CO2 の回収技術及び隔離技術について概説する。技術的された商用プラントであり、炭素税とのトレードオフに視点として重要なことは大規模、エネルギー所要量、より回収・貯留を行う点で地球温暖化防止と密に関連し回収・隔離の連携、地球温暖化防止策としての対費用効たものである。これを機に近年、排ガスからの CO2 回収果である。これに加えて、重要なことは、CO2 削減策と技術についての開発研究戦略が隔離技術と連携する具体しての CO2 の回収＋隔離技術の開発は、従来の排煙脱硫的なシナリオに基づき、活発に練り直されている。

や排煙脱硝技術のように技術的完成がそのまま直接実用

また、米国のブッシュ大領は、2001 年６月 11 日にワ化に結び付くとは限らない、国内・国際的エネルギー政シントンで行った演説の中に、地球温暖化ガスの削減技策と関連する政治局面をもっていることである。これに術について、いくつかの見解を示しているが、（抜粋,

関しては、ここでは触れない。

Greenhouse Issues, No.55, July 2001, IEA Greenhouse
Gas R&D Programme）、そのなかに以下のように回収、貯留及び隔離技術が述べられていることは、今後の回4-3-2

火力発電所排ガスからの CO 2 の回収技術

収・貯留技術の国際的研究展開になかで注目すべき点がある。

大規模システムに適用されている CO2 の回収技術
一般的な CO2 回収法には、吸収法（化学吸収液及び/There are only two ways to stabilize concentra-

または物理吸収液を用いる方法）、吸着法（吸着剤によtions of greenhouse gases. One is to avoid emitting

る吸着分離）、膜分離（膜による選択分離）法及び深冷

them in the first place; the other is to try to capture

法（沸点の違いによる分離）がある。

them after they re created. And there are problems

現在までに、大容量の化石燃料燃焼排ガスに適用されwith both approaches. We re making great progress

た実績があるのは吸収法であり、石油工業をはじめとす

through technology, but have not yet developed cost-

る化学工業の分野で広く用いられている（表 4-3-1）。

effective ways to capture carbon emissions at their

化学吸収法については、過去に石油の強制回収

source; although there is some promising work that is（EOR: Enhanced Oil Recovery）のために、天然ガス焚

being done.

き火力発電所（50Mw ×２基 Lubboch Power & Light「温室効果ガスの濃度を安定させる方法は２つある。

Holly Plant, Texas, USA）に適用された実績がある。そ一つはまず第１に温室効果ガスを排出しないことであこでは MEA（モノアタノールアミン）吸収液による化る；もう一つは生成してしまった温室効果ガスを捕集す

学吸収法（Dow Chemical 社、Gas/Spec FT-1（MEA ＋ることである。だが、どちらのアプローチにも問題があ添加剤））を用いて 1100t-CO2/日の規模で CO2 を回収しる。我々の技術はあまねく大きく進歩しているが、排出た。この設備は 1980 年代始めにすでに解体されている。

源からの炭素（二酸化炭素）を経済的に捕集する方法を

現在稼動中のものでは Kerr-McGee/ABB Lummus

開発するまでには到っていない。もちろん、将来見込み

Crest 社によるものが最大であり、CO2 の回収規模は約のある研究が行われてはいるが。
」

800t-CO 2/日である。多くのプロセスでは MEA をベースとする化学吸収液が用いられている。最新のプロセス

We all believe technology offers great promise toでは、三菱重工業及び関西電力が開発した KS-1

（２

significantly reduce emissions - especially carbon

級アルカノールアミン系立体障害アミン）を吸収液としcapture, storage and sequestration technologiesて用いられているものがある。

「我々は皆、技術（特に、回収、貯蔵および隔離技術）
が 二酸化炭素の排出を大きく低減させることを、しっかり約束してくれるものと信じている。
」

66

表4-3-1

稼働中のCO2回収プロセス

排ガス源

プロセス
ライセンサー

プロセス名
（吸収剤）

CO2回収量（t-CO2/日）

サイト

目的/用途
運開年

石炭ボイラ1）

Kerr-McGee/
ABB/Lummus
Crest

CO2 Recovery（MEA+添加剤）

800

Trona,Seales
Valley,California,USA

ソーダアッシュ
製造用
1978〜稼働

石炭ボイラ1）

Kerr-McGee/
ABB/Lummus
Crest

CO2 Recovery（MEA+添加剤）

300

Sua Pan,Botswana

ソーダアッシュ
製造用
1991〜稼働

石炭流動床
燃焼コジェ
ネプラント1）

Kerr-McGee/
ABB/Lummus
Crest

CO2 Recovery（MEA+添加剤）

200

食品用
1991〜稼働

天然ガスタ
ービン2）

Fluor Daniel

Econamine FG（MEA+添加剤）

320

Applied Energy
System,Shady
Point Plant,
Oklahoma,USA
Bellingham,
Massachusetts,
USA

蒸気改質器
排ガス3）

MHI/KEPCO

KS-1（立体障害
アミン）

160

Petronas
Fertilizer Kedah,
Kedah Darul
Aman,Malaysia

尿素合成原料1999運開予定

化学品用
1991〜稼働

排ガスから CO2 を吸収する吸収塔の高さは約 44 m 以上に

4-3-3

電気事業における CO 2 回収技術の研究

なり、こうした一連の装置が数基以上必要とされる結果が示された。このような設計結果から回収設備の設置を現実的なものとするには課題が多いことが予想された。

当所の研究（化学吸収法を用いた排ガスからの CO2回収技術）得られた主要な結論は以下の通りである。
所要動力は回収及び液化で、それぞれ発電出力のこの研究は、1991 年に開始し、1995 年に電力共同研

6.8 ％及び 4.7 ％を要し、発電出力の大幅な低下を招究が開始する時点で終了した。これは排ガスからの CO2

くとともに、通常設置されている排煙脱硫装置に比回収技術に関する包括的研究である。化学吸収式 CO2 回

べて極めて大きい（電力消費だけでも数倍以上）。

収実験装置（CO2 回収規模３ t-CO2/日）を設置し、運転

広い敷地面積（201m × 241m）を要する。

特性及び所要エネルギ−を実験により検討し、その結果発電減価（当時 10 円/kWh に設定）の約 50 ％の上に基づき、600MW 級 LNG 火力発電所を想定し、フィー昇を招く。

ジビリティスタディを行った。この研究では 20wt ％の
MEA 水溶液を用いた化学吸収法によった。
この研究は以下の内容を含む：

電力共同研究CO2 回収技術に関する電力共同研究会は、電力各社、当運転特性

所及び三菱重工業を構成メンバーとして 1994 年〜 1998 年

熱消費特性まで行われた。その内容はパイロットプラントによるシス

所要熱量の低減化に関するパラメータスタディ

テム評価を中心とするものであり、当初は化学吸収法（関吸収液の劣化及び装置材料の腐食

西電力、東京電力）及び物理吸着法（東京電力 PTSA ：温600Mw 級 LNG 火力発電所に設置する CO2 回収・液度圧力スイング法、東北電力 PSA 圧力スイング法）、後に、化設備（CO2 の処理・処分は除外）

移動床を用いた物理吸着法（北陸電）が加わり実施された。

（詳細な機器・建屋構成、機器要領・寸法、基本設計
図、プロセス物質・熱バランス、全体配置図、建設費・変動費・運転費）
フィージビリティスタディは、図 4-3-1 に示すようなかなり具体的なプラント設計にまで踏みこんだものである。

加えて、エネルギー所要量の低い化学吸収液の開発や物理吸着法で用いられる吸着材の開発も行われた。
そのねらいは以下の点であった。
エネルギー消費量低減
大容量化

電中研レビュー No.45 ● 67

吸収塔FL＋44.2M

水洗塔
ブロワー

再生塔

FL＋25.8M

FL＋26.7M

CO2クーラーCO2セパレーター
リクレーマー

MEAクーラー
MEA内部熱交換器

リボイラー

リボイラー

図4-3-1

FL＋8.4M

主用機器構成（CO2回収設備）

腐食対策

必要であり、CO2 の回収するためには多量のエネルギー

排ガス中不純物（SOx）対策が要求される。さらに、石炭燃焼排ガスの場合では、共環境特性

存ガス（SO2、NOx）による冷却の干渉や材料腐食の可

長期連続運転能性がある。今後さらに研究が必要である。

負荷変動追従性
ここで得られた主要な結論は以下の通りであり、さらなる課題が残された。

発電方式と CO2 回収技術との適切な組合せ
石炭火力の発電方式は、従来型のボイラータービン方化学吸収法については、エネルギー所要量が大きく、式のみならず、PFBC（加圧流動床燃焼方式）や IGCC

さらなる低減が必要である。

（石炭ガス化複合発電方式）などがあり、排ガス特性

物理吸着法には、PSA（Pressure Swing Adsorption）（温度、圧力、組成）が異なる。そのため、当所では発や PTSA（Pressure Temperature Swing Adsorption）

電方式とこれに適した CO2 回収技術との組合せによるコによる方法があるが、吸着法を化石燃料燃焼排ガススト削減の可能性の検討も行った。これは、発電方式とに適用するには、大容量化とともに、充填材や大型して、微粉炭燃焼方式、PFBC 及び IGCC を選定し、そ真空バルブなどの周辺機器の技術課題を解決する必

れぞれに対し、化学吸収法及び純酸素/CO2 燃焼（IGCC要がある。

の場合はガス化）の２通り、IGCC の場合には、さらに、化学吸収法及び物理吸着法ともに広大な敷地面積を

酸素吹きガス化＋シフト反応＋ CO 2PSA を加えた３通要する。

りを想定して、それぞれ、発電端効率、所内率, 送電端
効率、コストについてベースケースとの比較を行った。

4-3-4 その他の CO2 回収に関する研究

最良の特性が得られたケースは、IGCC の酸素吹きガ
ス化＋シフト反応＋ CO 2PSA のケースであった。しか膜分離法・深冷法
排ガスからの CO2 回収技術として、さらに膜分離法や深冷法がある。膜分離法は、まだ研究段階である。深冷法では、数段にわたって排ガスを圧縮・冷却することが68

し、これは、IGCC の実証も含め等、さらなる研究を要するものである。

に副次的な

4-3-5 CO2 隔離技術

adverse effectの生じる空間領域や時間について明らかにし、周辺海洋環境への影響評価の研究が重要となる。これが、CO2 の海洋への溶解（隔離）に隔離技術の現状と分類

関する具体的な技術開発を進める要点である。そのため、CO2 の隔離に関して、大きく海洋隔離及び地中隔離のCO2 海洋隔離については、「副次的に生じうる海洋環境

２通りのアイデアがある。前者は海洋での炭素循環の研影響を極小化する技術」を開発するとともに、海洋環境究成果に立脚した地球温暖化防止の最後の手段としての影響評価のための材料を揃えて社会の判断あるいは合意

位置付けから出発し、一方、後者は、むしろ、原油増進

を仰ぐことが不可欠である。

回収法として利用されていた、CO2 注入という化石燃料

影響を小さくすることを考慮した隔離方式に溶解型と生産における実用現場から発想されたと考えられる。こ貯留型がある。溶解型は、CO2 を海水中に溶かし希釈す

うした、科学的研究及び実用現場という発想の違い及びることによって、本来海洋中に溶解している CO2 の濃度

環境適合性に関する要因が、現在、両者の研究におけるを許容範囲内で上昇させるという考え方である。一方、進展の違いに反映している。しかし、1996 年にノルウェ

貯留型は、深海底の窪みに CO2 を溜めることができれば、ー沖合西 Spleiner 鉱区（ガス田）での CO2 地中圧入事業

影響の範囲を局所化できるという考え方である。貯留型が開始されたことを契機として、欧州のエネルギー産業の方式は、地球表層に特異点を人類が設計し、その隔離では、CO2 の隔離方策を京都議定書の目標達成の手段と性能を長期にわたって担保するという考え方であり、地して組み入れようとする動きも、
近年、活発になってきた。

中隔離の諸方式との親近性が高い。

隔離技術について、隔離の概念、特徴、技術的なポイ
ント及び技術開発の現状について表 4-3-2 に概括する。

当所では、1989 年から CO 2 海洋隔離の研究を開始し、1991 年からは資源エネルギー庁からの受託研究にも携わり、現在、NEDO が進める「CO2 海洋隔離環境影響予

海洋隔離方策

測技術開発」（1997 年度〜 2001 年度）に協力し、その枠

海洋隔離技術は、隔離量と隔離場所を限定し、具体的表4-3-2
隔離の概念

技術開発の現状

大気中に放出されたCO2はいずれ海洋中に吸収され溶解する。海洋表層と中深層とが躍層によって混合が妨げられているため、溶解には1000年以上を要する。海洋表層をバイパスして、パイプを介して人為的に直接、大洋の中深層へCO2を注入・溶解させ、大気中CO2濃度の急激な上昇を回避する方策。

例えば大気中でのCO2濃度の安定化目標を550ppmとすれば、その時点で想定される
中深層中のCO2濃度にまで、人為的に希釈するためには、30万倍希釈が目標である。
30万倍希釈にまで到らないCO2濃度を持つ水塊が出現することになるが、その継続時
間と空間的広がりとが、海洋環境に許容できるよう設計すること。

環境影響評価手法を検討するために、少量のCO 2を深さ800mの水深の海域に注入し挙動を観察する国際共同研究が進行中（日
本・米国・ノルウェー・カナダ・オースト
ラリアなど）。

長期間にわたって地表水との連絡が絶たれている地下深部の塩水帯水層に、坑井から超臨界CO2を圧入する。注入率の大きい対象層を選び、その間隙水を超臨界CO2で、置換する場合に、最大の経済性が得られる。

サイトの特性（陸域か沖合いか？ 帯水層の上部のシール層に遮断性能をどれほど期待できるか？ など）に応じて、長期的な漏洩の可能性が排除できるよう圧入坑井の配置や圧入量をコントロールすること。

1996年から北海のスライプナー天然ガス
田で事業として実施中（年間CO2100万トン規模）。水深80mの海域の海底下1000mの帯水層に圧入中のCO2の地下挙動をモニタリングする国際共同研究プログラム
SACSが進行中。

炭層吸着

石炭がCO2を吸着することを応用し、将来とも採炭の見込みのない炭層に坑井を通じて吸着固定させる。

CO2を吸着させる地下の炭層に効率的に、最少の坑井数で、CO2を送りこむ技術を確立すること。

米国、カナダでは、フィールド実証試験段
階。日本、欧州、オーストラリアでも研究計画を立案中。

効率的な地熱エネルギー利用に適さない温度域で、CO2の注入効率が高く、圧入坑井が経済的な掘削深度であるような、サイトが選定できること。

欧州で、地中隔離のオプションとして検討されている程度。

地熱利用中和大気中にもたらされた過剰なCO2は、百万年スケールでは、ケイ酸鉱物から供給される陽イオンと反応し、中和されることに着目し、反応速度を加速する場としての地中
深部の地熱に期待する。

地表の貯水池に比較しても特異で、かつ大規模な人工物を地球環境の一構成物として設計することになるため、管理方策を含め技術を超えた多岐にわたる検討が必要。

検討事例として、当所や船舶技術研究所の研究がある。

深海底貯留

海洋隔離の考え方として古典的な概念。海洋で水深3000mを超えると、液体CO2のほうが海水より大きい密度となることから、深海底の窪地に、水溜り状に CO2 lake
として安定的に貯留することが可能。

帯水層貯留

徴

様々な隔離技術の現状と分類
技術的なポイント海洋溶解

特

内では、特に国際共同研究としての CO2 海域注入実験の

電中研レビュー No.45 ● 69

成功に向けて注力しているところである。

となり、下記に概観するように、それぞれに特色を持っ

溶解型の海洋隔離の技術的方策として、当所は三菱重た多数の、研究プログラムが現在進行中である。こうし工業株式会社とともに、前述の資源エネルギー庁からのた中で、米国のブッシュ政権が温暖化対策として打ち出受託研究の中で、1993 年に、船による希釈放流− Moving

した研究開発パッケージにある CO 2 隔離研究の重点が、ship 方式を提案している。これは船から長さ 1,000 〜「海洋隔離および地中隔離」となっていることは注目さ

2,500m のパイプを吊り下げ、液化 CO 2 を放流しつつ船れる。

を前進させる。海洋の自然の混合に委ねる前に、放流点

これらの研究プログラムに共通する特徴は、「エネルの移動により人為的に一定以上の希釈をする技術である。

ギー文明が積極的に気候変動に対応してゆくためには、曳航されるパイプの下端近傍に多数の小孔を設けてCO2 地中貯留が社会に受け入れられることが重要」であCO2 を放流すると、放出口において CO2 液滴は周囲流体

り、社会合意形成もねらいに入れたものとなっているこ

によって形成途中で引きちぎられ、さらにパイプ背後にとである。こうした背景には、エネルギーと環境に関わ生起される渦流によって分裂し微細化する。図 4-3-2 にる社会的な接点（環境や社会へのエネルギーシステムの記すように、液滴の浮上・溶解挙動を予測した結果によ影響に関するライフサイクル分析、高レベル放射性廃棄

ると、実機規模の 150kg 毎秒の CO2 を深度 2,000m にて物の深地層処分あるいは海底下処分の安全評価研究）で、３ m/sec で曳航しながら放出した場合、最も濃いとこ

これまで科学者・技術者が果たしてきた役割についてのろで海水に対し 1/60,000 の重量比の CO2 濃度上昇になる

経緯が反映している。

ことが示される。この値の影響評価における位置付けはSACS（Saline Aquifer CO2 Storage）研究プログラム

まだ論じられないが、工学的に可能な初期希釈のレベルを提示する一例である。

1996 年９月から、ノルウェー沖合約 240km の北海中
央部のスライプナー鉱区ガス田では、海底帯水層に 100

地中貯留方策万 t/年規模の CO2 地中圧入を開始した。この商業プロジ

1990 年代前半の CO 2 地中隔離に関する研究対象は、

ェクトの目的は、あくまでもスライプナー鉱区の天然ガ

世界での隔離容量推定、CO2 地中挙動シミュレーションス開発が主体であることに留意する必要がある。地中隔や経済性検討といった分野に限られていた。しかし化石離実施のきっかけは、ノルウェー政府が沖合油田に対し燃料生産現場での具体的な取り組みは、着々と進み、て炭素税を課したことであり、CO2 圧入事業計画当時の1996 年秋に開始された北海 Sleipner 鉱区における年間

炭素税額は CO2 排出量 1t あたり 350 クローネ（約 55 米

100 万トン規模での CO2 圧入事業を皮切りに、現在では、ドル）であった。同鉱区の権利保持者スタットオイル社

多方面にわたる研究プログラムが公的な研究資金を受け（ノルウェー国有の石油会社）は、同鉱区の開発を 1980

つつ産業界の積極的な関わりのなかで実施されるにいた年代半ばから検討していたが、ネックは、生産ガスに不っている。この動きは欧州および英連邦系の国々で顕著

純物として 9 ％含まれる CO 2 であり、天然ガス中の「CO2 濃度３％以下」という技術基準をクリアする必要があった。炭素税の負担を回避するために、CO2 を化学v

吸収法のひとつであるアミン法で分離・回収することとし、高さ 20m で重量 240t の吸収塔２基を備えた 8,000tのプラットホームが新しく設置された。回収された CO2Qhb

初期希釈率α=CO2放流量Q
船速v×水平方向広がりb×CO2が溶けきるまでの上昇距離h

図4-3-270は海底下の深度 1,000m の砂岩帯水層

Utsira （厚さα=1/60,000200m）に、CO2 は地中圧入されている。一方、技術基∵ Q=0.15m3/s
v=3m/s、b=3m
h=1,000m準を満たすように精製された天然ガスは既設の海底敷設

概略の初期希釈率のパイプラインを用いて陸上へ輸送される。地球温暖化防止に関連した研究プロジェクトとして世界で最初である。

この事業を利用して CO2 の地中挙動をモニタリングすWeyburn モニタリング研究プログラム

る SACS 研究プログラムは、1998 年から開始された。

Weyburn EOR（原油増進回収）プロジェクト（カナ欧州共同体から研究費の 49 ％を受け入れ、欧州に本拠

ダ・サスカチュワン州）は、Pan Canadian 社によってを持つ石油会社・ガス会社・電力会社なども資金を提供操業され、２つの特徴を持っている。第一に、国境線のして実施されることになった。SACS 研究プログラムの南にある米国ノースダコダ州の石炭ガス化炉を EOR 用

具体的な中身を審議し、立案するための専門家会合はの CO2 供給元とし、本プロジェクトのためにパイプライ

1997 年 11 月にノルウェーはトロンハイム市にあるスタンが建設された。第二に、本格的な EOR 商業プロジェ

ットオイル社の技術開発センターで実施され、当所の研クトであり、営利を目的としてビジネスとして行われて究者も参加した。

いることである。2000 年秋から 20 年間にわたって、年SACS 研究プログラムの成果のハイライトは、 timelapse seismicであった。1999 年秋に得られた地震探査

間 100 万トン、総計 2000 万トンの CO2 が EOR の目的で
地下の油層へと送りこまれる。CO2 は再利用される。

結果は、圧入事業開始以前の 1994 年の地震探査データ

プロジェクトの研究側面として、Weyburn モニタリとの差を解析することによって、みごとに「地層間隙のング研究プログラムの実施主体は、カナダの PTRC

塩水を置き換えている超臨界状態 CO2」と思われる影を（Petroleum Technology Research Center）である。モ

捉えていた。これは「地中に圧入された超臨界の CO2 のニタリング研究プロジェクトは 2001 年より３年間とさ原位置での溶解は、どれほど時間のかかる過程なのだろれているが、事業期間が 20 年であるところから、多くうか？」「超長期的なリスクの評価に盛り込む必要があの研究参加機関がより長いスコープを考えている。研究

る要素なのであろうか？」という技術課題を提起するこの目的としては、「注入された CO2 のモニタリングを通ととなった。

して、隔離された CO2 の挙動、隔離のメカニズムや長期

現在、我が国でも有望な地中貯留の方式は、沖合帯水層への圧入であるとして、2000 年度から NEDO/RITEの安全性の問題に関する知見を集めること」が、掲げられている。

の技術開発プログラムが開始されたところであり、このプロジェクトには欧州共同体の資金も投入され、SACS 研究プログラムの動向は今後とも注視しつづける

ヨーロッパの科学者（デンマーク、フランス、イタリア、必要がある。

英国）も参加している。

電中研レビュー No.45 ● 71

４−４

CO2 回収型火力発電システムの評価質を利用したものに、変形ランキン統合タービン発電シ

ガスタービンによる複合発電は高効率であることから、ステムとグラーツサイクルがある。（詳細は文献参照）

世界各国の電力会社で導入されている。効率向上により単位発電電力当たりの CO2 排出量は８〜９割に低減する。

この２つのサイクルの特徴は、複合サイクルの低温側

さらに積極的に CO2 排出量の削減を行うために、CO2 をであるランキンサイクルが超高温の水素/酸素燃焼器を排出しない新しい発電システムの開発が必要となる。こ経由していることである。熱効率は共に水素/酸素燃焼

こでは、従来の発電システムとは基本的に異なるシステ

器出口温度が 1700 ℃の場合、酸素製造動力を差し引いム構成を持つ CO2 回収型火力発電システムであるクローて約 54 ％である。

ズド型タービン発電システムと水素分離型タービン発電

なお、これらのクローズド型ガスタービンは燃料にシステムについて紹介する。これらの新しい発電システ

天然ガスを用いることも可能である。その場合は、燃ムで回収した CO2 を海中または地中に封じ込むことによ

焼ガスは水蒸気と CO 2 の混合ガスとなるため、非凝縮

り大気との隔離が実現できれば、原理的に大気へ CO2 をガスである CO 2 を復水器から CO 2 圧縮機により抽出す

排出せずに発電することが可能となる。

る。図 4-4-1 に天然ガス焚きグラーツサイクル（CO2 回
収対応クローズド型高効率ガスタービン）の構成図を

クローズド型タービン発電システム示す。

クローズド型ガスタービン発電システムは、水蒸気や水素分離型タービン発電システム

CO2 等の作動流体を循環使用するものであり、わが国で水素分離型タービン発電システムの基本的な概念は、も、水力資源等の自然エネルギーが豊富にある諸外国にて水素を製造、輸送し、国内で発電を行うという水素利

燃料の水蒸気改質による再生サイクルガスタービンであ用国際クリーンエネルギーシステム技術（WE-NET）る。メタノールを燃料とする再生サイクルガスタービン

プロジェクトが行われ、水素を酸素燃焼する水素燃焼タ

は、中国電力ービンの研究が行われた。水素は酸素と当量燃焼すればて研究開発が行われた。メタノールは水蒸気を加えるこ

非常に高温の水蒸気を発生させることができる。この性とにより比較的低温（250 〜 350 ℃）で水素と CO2 に改天然ガス、酸素
蒸気

高圧
タービン

燃焼器

蒸気、CO2ブレイトンサイクル
ランキンサイクル

中圧
タービン

蒸気
圧縮機

大崎発電所において国プロジェクトとし

低圧
タービン

発電機

高温熱交換機復水器

水蒸気、CO2
水蒸気

CO2
給水

電動機
水

図4-4-1

72

回収CO2

天然ガス焚きグラーツサイクル構成図（CO2回収対応クローズド型高効率ガスタービン）

CO2
圧縮機

を組むことが可能となる。

質させることが出来る。メタノール−水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、低温のガスタービン排熱を高温の当所はこの膜改質器を排ガスボイラの中に設置した天ガスタービンに戻すことが出来る。これを再生サイクル

然ガス改質水素分離型タービン発電システムを考案した。

と呼び、この再生サイクルの効果により、サイクル全体

このシステムは改質に必要な反応熱と改質用水蒸気の発の熱効率が向上する。

生の両方にガスタービン排熱を用いることにより最大限

主成分がメタンである天然ガスの場合、メタン−水蒸に再生サイクルの効果を得ることができる。図 4-4-3 に気改質反応も吸熱反応であるが、十分な改質率を得るた

提案システムの構成図を示す。1300 ℃級ガスタービン

めには化学平衡上 900 ℃以上の高温下で反応させる必要の場合、メタン水蒸気比 3.5、水素分離率 98 ％の条件でがあるため、燃料電池用の改質器では、天然ガスの一部

送電端熱効率は 51 ％となる。再生サイクルの効果によを燃焼することにより、高温にして反応熱を供給する。

り、通常の複合発電を超える高い熱効率で CO2 を回収でよってガスタービンの排熱は利用できない。しかし図きる唯一の発電システムと思われる。

4-4-2 に示すような膜改質器を用いれば、水素分離膜に本システムの実現には、セラミック多孔質膜、パラジより反応系から生成ガスの水素が除去されるので、水蒸ウム膜等の膜改質器に使用可能な高温無機水素分離膜技

気改質反応が進み、550 〜 600 ℃程度の比較的低い温度術の開発が、鍵となる。近い将来、高信頼性、低コストでも水蒸気改質が可能となる。この温度レベルであれば、な高温技術の開発が期待されている。

天然ガスでもガスタービン排熱を利用した再生サイクル

外側伝熱管

筒型水素分離膜
透過ガス（H2、H2O、CO2、N2）

スイーブ
ガスH2O

天然ガス＋
改質用水蒸気非透過ガス（CO2、H2O、CH4、H2、CO）

改質触媒

図4-4-2膜改質器モジュール二酸化炭素熱交換器
改質器

冷却器

CO2、水蒸気
LNG冷熱
二酸化炭素
液化器

天然ガス
透過ガス

液化CO2
LNG

排熱回収ボイラ

膜改質器
補給水

水蒸気、窒素、CO2

空気

水素
燃焼器

空気
圧縮機

ガス
タービン

非透過ガス
後置
燃焼器

二酸化
炭素
タービン

給水
酸素
煙突
発電機

翼冷却空気

図4-4-3

天然ガス改質水素分離型タービン発電システム構成図

電中研レビュー No.45 ● 73

水素分離型 IGCC 発電システムとなる。そして、CO2 回収率は 99 ％、CO2 排出単位は僅

石炭ガス化複合（IGCC）発電は、高効率で環境保全

か 0.007kg-CO 2 /kWh である（通常の石炭火力は約性に優れた新しい石炭焚き火力発電プラントとして内外

0.92kg-CO 2 /kWh）。また、SOx と NOx 排出濃度はで鋭意研究開発が行われている。当所は石炭焚き火力発

10ppm 以下である。

電プラントから排出される CO2 を回収するために、このIGCC 発電システムをベースとした水素分離型 IGCC 発

CO2 回収型火力発電システムの熱効率と単位発電電力

電システムを提案している。水素分離型 IGCC 発電シス

量あたりの CO2 排出原単位を従来型微粉炭火力、天然ガ

テムは、図 4-4-4 に示すように石炭ガス化設備、ガス精

ス焚き複合発電と比較して図 4-4-5 に示す。

製設備、ガス分離設備および複合発電設備から構成される。本発電システムは、石炭を水を加えてスラリー化し後、ガス精製設備で硫黄分とばいじんを除去する。このクリーンとなった燃料ガスから、水素分離膜で水素とCO 2 を分離し、透過した水素はガスタービンに供給し、CO 2 を含む非透過ガスは回収して海中に注入処分する。
本システムにおいても高温水素分離膜が重要な構成要素

1.2
←

石炭火力

0.8
←

LNG火

石炭

力

40

0

図4-4-5

ガス化設備

各種CO2回収型火力発電システムのCO2排出原
単位比較

ガス精製設備精製ガス

焼却器

ポーラスフィルタ

湿式
ミル
CWM
貯槽

ガス冷却器
ガ
ス
化
炉

冷却器

蒸気

蒸気

ロサ
ンイ
ク

シフト
転
換
器

ロックホッパ

酸素

COS

水
洗
塔

転
換
器

吸
収
塔

再
生
塔

払出し

生成ガス
ホッパ
チャー
スイープガス（窒素）
透過ガス
酸素
酸素 窒素

空気分離
設備

主燃焼
ガス
ガス
タービン

主燃
焼器

石膏
吸収塔 石 膏給水
CO2排熱回収ボイラ

スラグ

冷却器

ガス分離設備
水素分離膜
非透過ガス

回収
CO2

排熱回収ボイラ

排ガス
H2O,N2
水

煙 突

後置
燃焼器

給水
二酸化
炭素
タービン

空気
圧縮機

蒸気
タービン

空気

発電機

復水器

複合発電設備脱気器

図4-4-47450

45

水素分離型 変形ランキン
タービン 統合サイクル←
亜臨界圧 超臨界圧 1100℃ 1300℃ 1500℃ 1700℃
汽力
汽 力 複合発電 複合発電 複合発電閉サイクル

力は約 41 万ｋＷ、送電端効率は 40 ％（高位基準）以上

石炭、水

1300℃
IGCC
力
火 →

0.4

である。水素/CO2 分離率を 500 と想定した場合、1300 ℃級ガスタービンを用いた本システムの送電端出

水
素
分
離
LN
型
G
タ
火
ー
力
ビ
ン

CO2排出原単位（kg-CO2/kWh）

成分とする可燃性ガスに変換し、CO は CO2 に変換した

55
送電端熱効率（%高位基準）

→
キン
ン
ル
→ 形ラ イク
変 サ
統合→てガス化炉に供給し、酸素でガス化し、水素と CO を主

水素分離型IGCC発電システム構成図

コラム 11 ： CO2 ヒートポンプの基礎研究と実用化
わが国の家庭用最終エネルギー消費の約 1/3 は給膨張弁湯であり、そのほとんどが化石燃料の直接燃焼に

超臨界CO2
伝熱試験部より賄われている。従って高効率な給湯ヒートポ

蒸発器

ンプの開発・普及は省エネルギーの観点から重要

CO2圧縮機である。一方、地球環境保護の観点から、フロンのような合成品ではなく、環境に負荷の小さい自然冷媒を利用したヒートポンプの開発が必要となっている。

加熱能力4〜7 kW単段圧縮サイクル、伝熱試験部付

このような状況のもと、当所は、自然冷媒の中
図１

でも、毒性・可燃性が無い CO 2 に着目し、わが国

CO2ヒートポンプ基礎実験ループ

ではいち早く、1995 年からその可能性を評価する
ための基礎的な研究を開始した。
冷暖房や給湯用ヒートポンプの冷媒として CO 2を利用する場合、フロンと異なり、サイクルの高圧側が超臨界状態となる。このため、研究課題が多く、図１に示す CO 2 ヒートポンプ基礎実験ループ等を用いて基礎的な研究を進めてきた。その結果、CO2 はヒートポンプの冷媒として十分利用可
能であること、特に給湯用に関しては、サイクル上の特別な工夫をしなくても高い COP（給湯能力/
圧縮機入力）が得られるため、将来有望であることを明らかにした。

図２

これら基礎的な研究成果をベースに、1998 年９

試作機の外観（4.5kW出力、80×35×100cm）

月から、当所は、東京電力、デンソーと共同で、家庭用 CO 2 ヒートポンプ給湯機の研究開発を開始した。共同研究において、当所は、圧縮機や熱交換器の開発・改良等を技術面からサポートし、8 段階に渡って試作機を改良、試験風洞に試作機を設置して試験を行った。その結果、高い省エネ性や機能を含む技術的な課題をクリアし、年間平均のCOP で 3 以上を達成できる家庭用 CO 2 ヒートポン
プ給湯機を開発し、世界初の商品化を達成した。
図２に試作機の外観を、図３に開発機の外観を示

図３す。

開発機の外観左：ヒートポンプ（4.5kW出力、81×32×65cm）
右：貯湯タンク （300 、109×45×152cm）

開発機は、図４に示すように、広く普及している燃焼式の給湯器に対し、約３割の省エネルギーを達成でき、CO2 排出量は約半分に削減できる。国も本技術の優位性を評価し、その普及促進を図る
施策を決めるに至っており、省エネルギーの推進、
地球温暖化防止に有効な技術として普及が期待さ
れている。

ガス方式
ガ
ス
給
湯
器
と
の
比
較

100

ガス
給湯器

発電設備+CO2冷媒HP給湯器

比較HP
電気 26 発電70
一次エネルギー効率
設備
78 給湯器
COP3.0 大気熱
44
η=
η=
30％削減
以上 エネルギー
37.4%
78%
52
給湯
発電ロス
22
エネルギー
+送電ロス
78

78

図４

開発機の省エネ性

電中研レビュー No.45 ● 75

４−５

生物・バイオ技術によるCO2 固定・資源化技術の評価
多大な労力と時間を必要とするとともに、調査が生態系

4-5-1 は じ め に自体の変化を伴うため実用的ではない。また、将来的には生態系モデルによる評価が有望であるが、モデルの高地球温暖化問題が社会に広く認知されるようになった

度化に必要な基礎データの蓄積不足や検証方法が確立さ1990 年前後から、温暖化対策技術として、生物やバイれていないなどの問題点が残っている。そこで、森林全オ技術を利用した CO2 固定ならびに資源化技術の検討が体の炭素収支を評価するための手法として、タワー観測進められた。この生物的な CO2 対策技術は、陸上の森林による CO2 フラックス測定が、国内外で計画・実施され生態系や沿岸の生態系（マングローブや珊瑚礁等）をるようになっている。フラックス測定の利点は、森林のCO2 吸収源（シンク）として利用するものと、クロレラ

炭素吸収量の評価の基礎となる「陸上生態系と大気との等の微細藻類の高い光合成能力を利用して CO2 を固定し、間での正味の炭素の移動量」を測定できると同時に、広

家畜飼料等として有効利用できる微細藻類の藻体として域的な炭素収支の評価や、森林生態系の短期的な応答へ資源化するものに分けられる。本節では、各技術の概要の対応が期待できることである。また、大気・植物・土について述べる。

壌それぞれの系における炭素収支素過程と森林のフラックスを総合的に解析することにより、森林における炭素

4-5-2

森林の炭素吸収（CO2 固定）量の評価

収支を理論的に説明することが可能となる。さらに将来
的には、フラックス観測データの蓄積が、生態系モデル

森林の炭素吸収源としての利用に関しては、まず、その高度化にも寄与する。

の意味づけ、ポテンシャル、概略的なコストなど、全体

こうした背景を受け、当所では現地観測に基づいて森像を把握する調査研究が行われた。これにより、森林シ

林の炭素収支を評価するために、CO2 フラックスの長期ンク利用を包括的にとらえる基本的情報が整理された。

観測を平成 13 年から開始した（写真 4-5-1）。ダケカン

さらに 1997 年の COP3 で先進締約国がとることができ

バを主な樹冠構成種とする樹高約 18m の落葉広葉樹林

る温室効果ガス削減の政策措置として、森林シンクの利内に高さ 28m のタワーを設立し、このタワー上で、森用が国際的に認められる方向性となり、その具体的な実林上のフラックスを算定するために様々な気象要素（風施方策についても電力各社で検討されるようになった。

向風速、放射、気温、湿度など）と大気 CO2 濃度を連続

この森林シンクの利用において、森林の炭素吸収量の測定している。同時に、森林の大気・植物・土壌・土壌評価が重要となってきた。すなわち、京都議定書にある
森林シンクの利用に関しては、2008 年〜 2012 年の第一
約束期間への適用を目標として、国際的なルール作りが求められている。このルール適用を支える技術的な基盤が、森林による CO2 吸収量をどのようにして、正確にかつリーズナブルなコストで計測・認証するかということである。当所では現在、今後の森林シンクの利用を見越し、森林の炭素吸収量の評価に関する包括的な技術体系を確立するための研究に取り組んでいる。
この研究では、森林の炭素収支測定が重要な項目である。森林に吸収された炭素の量は植物および土壌中の炭素量の変化から推定することができる。しかし、調査に76

写真4-5-1落葉広葉樹林におけるフラックス測定

水それぞれの系内における炭素収支の素過程を調査し取り扱うのが現実的と考えられている。一方、亜熱帯・（表 4-5-1）総合的に解析することで、森林における炭熱帯沿岸生態系のもう一つの代表的生態系であるマング

素動態を明らかにする計画である。これらの研究の成果

ローブ生態系については、年間炭素純固定量は、マング

は、森林シンク利用による炭素クレジット確保に必須のローブ地上・地下部でおよそ５〜 10t-C/ha/年と推定さカーボンアカウンティング法の確立に役立つことが期待

れ、熱帯雨林と同様に高い CO2 吸収能力を持つと推定さされる。

れている。さらに、その炭素貯蔵量はマングローブ地上部で 200t-C/ha、地下部で 100t-C/ha、さらに堆積した

4-5-3

沿岸海洋生態系の炭素吸収・固定量の評価

有機物は 1000t-C/ha 程もあると推定される。これらの量は大きい数値であるが、様々なマングローブ生態系のCO2 貯蔵量の評価例は少なく、その評価手法も完全には

陸上の森林生態系と同様に、沿岸海洋生態系において確立されていない。また、マングローブ生態系は湿地帯

も、光合成を行う生物が有機物を生産し（CO 2 固定）、であり、メタンや亜酸化窒素等の温室効果ガスが発生す

一部が呼吸等の活動で CO2 として再放出され、残りが生る場合があることが示されており、それらの放出による物体として貯蔵される。また、生産された有機物の一部

温暖化効果の評価も必要となっている。

については沿岸堆積物や深海に運搬され、最終的に生態

これらの知見をふまえて当所では、マングローブ沿岸

系の中で難分解性有機物として貯蔵される。沿岸海洋生

生態系における CO2 貯蔵量評価研究において、生態系に態系の中で、特にマングローブやサンゴ礁生態系は、光おける（炭素）現存量、陸上部の CO2 純吸収量、有機物合成に必要な太陽エネルギーの豊富な亜熱帯・熱帯に位分解に伴う CO 2 放出量、有機物堆積による CO 2 貯蔵量、置することから、その生産力は大きく、CO2 固定・貯蔵

メタンや亜酸化窒素等の収支、等の評価手法開発に取り源として期待されている。

組んでいる。結果の概要を以下に述べる。

これまでの研究結果により、サンゴ礁については、サマングローブ沿岸生態系では、海水の潮汐により生産

ンゴの石灰化による CO2 放出により、温暖化対策としてされた有機物が沿岸域に運搬後に分解され、また有機物

は必ずしも効果的なものとならないことから、サンゴ礁が堆積して形成される泥炭層が非常に長期間の炭素貯蔵の CO2 吸収効果については、観光資源・水産資源育成効を行うことから、陸上生態系の群落内 CO2 濃度フラック

果・防波効果・生物多様性保存効果に加えて、付加的にスの変化のみでは、炭素貯蔵量の評価は困難である。本

表4-５-1

森林の炭素収支を解明するための当研究所における調査項目

森林CO2フラックス

主な調査項目

目

乱流変動法

フラックス、熱収支

傾度法

フラックス、熱収支

シンチロメータ法
関連調査項目的

平均化された顕熱フラックス
温湿度プロファイル
風速プロファイル
上下方向長短波放射量
地中温度・地中熱流量

土壌面CO2フラックス

チャンバー法
濃度勾配法

フラックス
年間炭素収支炭素安定同位体比

植物・土壌・大気中炭素安定同位体比
炭素含有量

森林内炭素動態

土壌理化学性

土壌・土壌水中形態別炭素含有量
土壌水中イオン組成
雨水中イオン組成

土壌中炭素量・動態

森林基本量調査 他

毎木調査（樹高、胸高直径等）
落葉落枝量
葉量調査
個葉の光合成速度
植物体中元素含有量

生長量、バイオマス量
葉量、土壌への炭素供給量
光合成器官
基本生理反応養分状態

電中研レビュー No.45 ● 77

研究では、まず直接マングローブ群落の光合成や呼吸をングローブ沿岸生態系保全の観点に、CO2 固定・貯蔵源測定した。その結果、日本のような中緯度（光エネルギとしての役割を付加することにより社会的な波及効果がーが小さい）のマングローブ陸上生態系は、CO2 吸収速高まることで、これら沿岸生態系の回復方策が進むこと

度は５ t-C/ha/y であるが、タイのような低緯度（光エが期待される。

ネルギーが大きい）のマングローブ陸上生態系は、さらに大きな CO2 吸収速度を有することが示されている。ま4-5-4

た、マングローブ生態系の底質における有機物堆積は、

クロレラを用いた CO 2 固定・資源化技術

数千年に渡る CO2 貯蔵プロセスであるとされるが、天然
放射性トレーサーを用いた堆積物の年代測定の結果、熱クロレラ（Chlorella）は、微細藻類（小さな藻の総称）

帯雨林土壌に比較して、より大きな炭素貯蔵効果が有るの一種で、高等植物等に比較して高い光合成能力を有すことも示された（図 4-5-1、写真 4-5-2）。

る。光合成の結果として CO 2 を吸収固定し、自分の体東南アジアでは、エビ養殖池造成のためにマングロー
ブ生態系の消失が進んでおり、タイではマングローブ面（藻体）に変換する。この藻体は、健康食品や家畜飼料等、さまざまな用途がある。

積の半分が消失した上、造成されたエビ養殖池も経営上当所では、微細藻類による CO2 固定・資源化による温の理由から遺棄されている場合が多い。この伐採される

暖化抑制のコンセプトを提案した。これは、微細藻類をマングローブと環境が変わった低質土壌から、年間数百利用して火力発電所の排ガス中に含まれる CO2 を吸収固t-C/ha の炭素が放出されると推定されている。

定して藻体を生産し、それらを家畜飼料等として利用すマングローブ沿岸生態系は水産稚仔魚の育成場所であることで温暖化抑制に役立てるというものである。CO2

り、また水質浄化作用や波浪に対する防波堤および護岸

固定産物である藻体は何十年という長期間にわたって貯効果、さらに観光的価値も有する。多様な価値を持つマ蔵できるものではなく、炭素を大気中から隔離しておく
効果は小さい。しかし藻体は、栄養価の高い家畜飼料として利用できる可能性がある。現状では、家畜飼料とし光合成によるCO2吸収
呼吸による放出
沿岸海域からのCO2,N2,CH4の放出て穀物を主成分とした配合飼料が多く使われている。飼料穀物の生産では、畑での耕作の際に作物残さの堆肥化

有機物の落下・供給や土壌中の微生物による肥料の分解によって、強力な温難分解性有機物の海洋深層隔離による炭素貯蔵
有機炭素堆積隔離による炭素貯蔵

図4-5-1室効果ガスであるメタンや亜酸化窒素が発生する。一方、藻体の生産ではこのような温室効果ガスを発生する可能マングローブ生態系におけるCO2
その他の温暖化ガスの吸収・放出性が少ない。当所の試算では、１ t-C の飼料穀物を藻体飼料で代替すれば、約６ t-C の CO2 に相当するメタンや
亜酸化窒素の放出を抑制することが可能である。さらに本方法は、農耕地に適さない土地でも適用の可能性があるため、将来の飼料穀物増産のための森林耕地化を抑制する効果もあわせ持つと考えられ、CO2 の吸収源である森林の保護についても潜在的な効果を持っていると考えられる。
このコンセプトを実現するため、さまざまな技術開発を進めた。本技術は、太陽光を利用する光合成を基本とした技術である。このため、生物的、工学的なアプロー
チにより、従来技術よりも極めて光合成生産性の高い新

写真4-5-2

78

マングローブ生態系における温室効果
ガス収支測定の様子

規技術確立を目標とし、新しい光バイオリアクター開発
や、新規の有用なクロレラを発見する等の成果を修めた。

新しい光バイオリアクターの特徴や概略を図 4-5-2 に示貢献を考えた場合、難しい面があるため、現状では技術した。このバイオリアクターは螺旋状チューブラーリア

適用の誘因は大きくなっていない。しかし、人類にとっクターと呼ばれ、光合成の効率が高いなどの特徴を持ち、て必要な資源を作るという点では、大きな意味がある。

基本ユニットを連結化することで、容量増加を図ること

すなわち、現在の農業で同じ量の穀物飼料を作る場合、ができる。また、排ガスを直接バイオリアクターに吹き

約 10 〜 20 倍の面積の耕地が必要である。将来的には、込んでも活発に成長するクロレラ、高温でも活発に成長

自然環境に負担の少ない小型で経済的な技術が必要となするクロレラなど、当所が新たに発見した新規株を用いってくると考えられるが、本技術は生物資源生産の分野ることで、年間を通じて効率的に培養することも可能で

でこれに寄与するものであろう。微細藻類を利用した効あることを示した。

率的な CO 2 固定・資源化技術に関する研究は、90 年代

これらの技術を適用した場合に CO2 固定・資源化できを通じて、国のプロジェクトや、当研究所をはじめとしる量は、培養に用いる土地面積によって規定される。例て電力各社において行われ、広範な技術を生み出した。

えば、60 万ＫＷ級 LNG 火力に適用した場合、排出総量

今 21 世紀にグローバルな視点から、温暖化抑制への貢の 10 ％を固定するためには 2,000ha という広大な面積が献のみならず人口・食糧問題ひいては人類の幸福に貢献必要である。COP3 で議論された現実的な数値目標へのできる重要な技術として、発展が期待される。

・連結化したリアクターの写真・リアクターの特徴
受光面積/設置面積：大光エネルギーの利用効率：向上

CO2吸収経路：長CO2利用効率：高半閉鎖系のシステム

他の微生物の混入：少通気による培養液の循環

リアクター運転エネルギー：低減

・リアクターの該略図
ガス出口・大規模化のイメージ図
ガス抜き槽

受光部

熱交換槽

CO2を含むガス

図4-5-2 クロレラを用いたCO2固定光バイオリアクターの概念図

電中研レビュー No.45 ● 79

コラム 12 ：人工衛星による葉面積の計測
森林は、降水の河川への急激な流出を防ぐなど､観測した 20m 四方単位の植生分布と比較し相互の人々が安全かつ快適に生活していく上で重要なさ関係を定式化した。これに米国の観測衛星で撮影

まざまな役割を果たしている。当所では、こうしした約 1km 四方単位の植生の様子をもとに葉面積た森林の役割を積極的に利用して､降水を有効に水の分布を計算する方法を開発し、1km 四方という資源化する方法を検討している。広範囲の森林状

細かいブロック単位で分かるようにした。

況を把握するためには、衛星データの利用が効率

樹木によって葉のしげり方が違うため､森林から的である。そこで、わが国のダム流域を対象に、の水蒸気発生量などをより正確に割り出すのには、人工衛星がとらえた様々な波長の電磁波のデータ

森林の面積ではなく、葉の総面積を知る必要があを解析し、森林の分布、種類、および葉量などのる。葉の総面積のデータは地球規模で 100km 四方

森林植生の計測技術を開発した。

のものが存在するが、日本国内を詳しく見るには

森林の葉の茂り方は、雨水が樹木に遮断された粗すぎた。今回の方法は、日々の衛星データからり、葉から蒸散する量に関係し、ダムに蓄えられ分布図が得られるため、季節ごとの変化を追うな

る水量を左右する重要なパラメータである。このど、よりきめ細かい利用が可能となった。

葉の茂り方は、地表に何枚の葉が重なっているか

葉面積の把握により、森林の水蒸気発生量や光合という葉面積指数（LAI）で表すことができるが、成の能力などについて、従来より厳密に森林の効果

これまで､広域で定量的に測定する方法がなかった。

を考慮した気象や水循環の計算が可能となる。また、

そこで、森林調査と衛星データによる解析から 、

正味の緑の増減が正確につかめるので、地球温暖化

日本全域での 1km 四方ごとの葉面積測定法を開発に関係する森林の二酸化炭素吸収量の評価にも活用した。

できると考えており、現在、NEDO/JOIA（日本海具体的には､スギやヒノキの人工林で樹木を伐採

洋開発産業協会）からの受託研究の一環として、石して葉面積を実測するとともに､葉に遮られる太陽

垣島や東南アジアのマングローブ林を対象に、本手光の強さを測定することで葉の面積を計測し、こ法を使った炭素貯蔵量推定法の開発を行っている。

うした地上のデータをフランスの地球観測衛星が

図１

日本全域の葉面積指数最大値マップ

上図：植生図、土地利用図、文献値によりより作成した文献値マップ
下図：衛生データ、変換式、補正計数により作成したマップ

80

４−６

地球温暖化の原因やメカニズムには、未解明の点や不

ま

と

め

［技術的側面］

確かさが多々ある。しかし、有効な防止対策を講ぜず、排ガスからの CO2 回収・処分技術については、電気事放置したままでいると、温暖化の影響が顕在化した時の業としてのフィジビリティ・スタディが完了し、国の研対策コストは膨大になるだけでなく、原状回復が困難か、

究開発方針でも、2030 年以降の技術と位置づけられて既に手遅れになっている危険性が高い。これが地球温暖いたが、京都議定書を巡る国際交渉において産油国の参化問題の特質である。

加を得るには、欠かせない技術として再浮上する機運に

本章では、当所が行っている、国や電気事業におけるある。本章では、実規模プラントを想定した排ガス CO2

温暖化防止・軽減対策を支援するための政策・制度的側の回収・隔離技術の FS の結果と回収 CO2 の海洋隔離・面および技術的側面に関する研究を紹介した。

地中処分技術の評価・課題についてまとめた。

［政策・制度的側面］

また、当面、豊富な石炭を温暖化対策技術として有効

京都議定書の批准・発効に向けて、国内法の整備や制度設計に関する具体的な議論が進められている。

活用するために、CO2 回収型発電システム「水素分離型
石炭ガス化複合発電」を紹介した。これによって、発電

京都メカニズムの中で、ボン会議（COP6 再会合）で効率を低下させることなく CO2 の分離回収が可能で、海最大の争点となった「遵守システム（罰則規定）」にお

洋隔離技術などとの組み合わせで CO2 の排出を大幅に抑ける「法的拘束力のある措置」の解釈について、わが国制できることが示された。

の主張（「強制」ではなく「促進」が、国際条約への参京都議定書における「森林シンク」の扱いに関する科学

加や履行を円滑にするための基本である）に政策科学面的透明性を高めるために、陸上の森林生態系や沿岸の生態で貢献し、最終決定は COP7 に委ねられることになった。

系（マングローブや珊瑚礁等）の CO2 吸収源としての効果

環境税には二つの目的がある。すなわち、化石燃料を評価する研究を紹介した。また、クロレラ等の微細藻類の価格を人為的に引き上げることによりその節約を促すの高い光合成能力を利用して CO2 を固定し、家畜飼料等とこと得られた税収で所得税や法人税など一般的な税をして有効利用できる微細藻類の藻体として資源化する技術

軽減することにより経済全体の効率性を高めること。産を取り纏めた。生物やバイオ技術を利用した CO2 固定・資業構造の源化技術は、生態系のもつ自然サイクルを最大限活用する

脱炭素化を目標に炭素税を導入する場合は、炭素含有量に比例して課税し、減免措置は設けず、税収
は公共投資に支出する場合に最も経済的ダメージが少ないことを明らかにした。
市場メカニズムを活用した CO 2 の国内排出権取引を、試みであり、長期的取組みが必要である。
IPCC TAR でも指摘されているように、現在の地球温暖化は人間活動に由来する温室効果ガスの増加が原因であるから、真の温暖化防止対策はその排出を減らすこ

仮想電力産業内で排出量制約と供給義務制約の下で行うとで、森林吸収や炭素固定化等の対策は本流ではない。

場合、電力取引と CO2 排出権取引、各社の発電設備の形

今後予想される国際的な大幅削減に向けての動きに対成と運用がどうなるか、の実験を行い、その仕組みや効応するには、効率向上や節約などの省エネルギーの徹底果を明らかにした。利益の最大化には、当該電力の需要と低炭素・無炭素排出エネルギーへの燃料転換、等によ

規模や原子力の導入計画、不遵守罰則金の導入形態、等る温室効果ガスの大幅な発生抑制とそれが実現可能な社に依存することを明らかにした。

会システムの構築である。

温暖化抑制対策の一つとして注目されている再生可能

温暖化防止対策への取組みには国際協力・協調が不可

エネルギーによる発電を促進するための「グリーン証書欠である。そのため、内外の研究機関と連携し、特に、取引システム」について、再生可能エネルギーの地域偏

アジア・大洋州の持続的発展を保証する温暖化抑制策を在性に起因するコスト上昇を抑制できることを、海外事推進することがわが国に課せられた課題であり、当所の例を踏まえて解説した。

課題でもある。

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