CCUSとは？事例やCO2の回収・貯留・再利用まで徹底解説

地球温暖化対策の一環として、CO2の排出削減が課題となっています。

その中でも注目を集めているのが、CO2を大気中に放出することなく回収し貯留、再利用するCCUS技術です。

CCUS技術にはCCUとCCSの２つのアプローチがありますが、それぞれ異なるアプローチで大気中の二酸化炭素濃度を減らす技術です。

そこで今回の記事では2050年脱炭素に向けて欠かすことのできないCCUS技術について詳しく解説していきます。

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CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）とは

CCUS（Carbon dioxide Capture, Utilization ＆ Storage）とは、分離・貯留したCO2を再利用することでCO2の資源化を目指す技術のことです。

CCUSは二酸化炭素の排出削減だけではなくCO2を再利用して環境負荷を減らしながら、新たな資源として活用するといったように循環型経済を目指すところに特徴があります。

CCUSはCCS（Carbon Capture and Storage＝二酸化炭素を回収し貯留する技術）とCCU（Carbon Capture and Utilization＝二酸化炭素を回収し再利用する技術）を組み合わせた単語で、この２つの技術を総称する意味を持ち、一般的にはCCU（二酸化炭素の再利用技術）とCCS（二酸化炭素を貯留する技術）で分けて用いられるケースがほとんどです。

参考：環境省　CCUSを活用したカーボンニュートラル社会の実現に向けた取り組み

カーボンリサイクルとの違い

CCUSとカーボンリサイクルはどちらも二酸化炭素（CO2）の排出削減や管理に関わる技術のため、カーボンリサイクルはCCUSと併記されることが多いですが、厳密に言うとカーボンリサイクルはCCUSの中のひとつの要素技術で、CCUS技術のひとつとしてカーボンリサイクルがあります。

出典：経済産業省資源エネルギー庁｜未来ではCO2が役に立つ？！「カーボンリサイクル」でCO2を資源に

二酸化炭素（CO2）の利用（CCU）には直接利用と、増進回収、カーボンリサイクルがあると言ったようなイメージで、カーボンリサイクルはあくまでCCUS技術のひとつの要素に過ぎないという違いがあります。

例えば、CCUSは二酸化炭素（CO2）を回収し、それを利用したり、地中などに貯留する技術を指します。

CCUS技術は二酸化炭素（CO2）の排出量を減らすだけではなく、回収した二酸化炭素（CO2）を有効的に再利用し、排出と利用のバランスをとり、地球温暖化を防止することを目的としています。

従ってCCUSには「貯留」技術も含まれています。

一方でカーボンリサイクルは回収した二酸化炭素（CO2）を再利用して、「循環型の炭素経済を目指す」考え方や技術の総称です。

カーボンリサイクルは、二酸化炭素（CO2）を削減するだけではなく、回収した二酸化炭素（CO2）を再利用して新たな資源や製品を作り持続可能な社会を実現することを目的としています。

つまり、CCUSが「回収」「利用」「貯留」全てを含む総合的なプロセスで、二酸化炭素（CO2）の削減を目指すのに対し、カーボンリサイクルは、主に二酸化炭素を「再利用」することに重きを置いており、二酸化炭素を新たな資源として活用し、循環型社会の推進を目指すことを目的としています。

従ってカーボンリサイクルは主に二酸化炭素の利用に重点をおいています。

参考：経済産業省　【別冊2】産業間連携の事例

参考：カーボンリサイクルロードマップ(概要)

参考：未来ではCO2が役に立つ？！「カーボンリサイクル」でCO2を資源に｜エネこれ｜資源エネルギー庁

CCSとの違いと関係性

CCSは日本語では「二酸化炭素回収・貯留」技術と呼ばれます。発電所や化学工場などから排出された二酸化炭素（CO2）を他の気体から分離し回収し、地中深くに貯留・圧入するという技術です。

CCUSは分離・貯留した二酸化炭素を利用しようとする技術であり、例えばアメリカでは二酸化炭素（CO2）を古い油田に注入し、油田に残った原油を圧力で押し出しながら、二酸化炭素（CO2）を地中に貯留するというCCUSが行われています。

この方法では二酸化炭素を油田に圧入することで、その圧力により原油が押し出され、原油の産出量を増大でき、さらに圧入した二酸化炭素（CO2）の一部は地下に貯留されることになります。

これにより全体で二酸化炭素（CO2）削減が実現でき、石油の増産にもつながるものとしてビジネスにもなっています。

出典：JX石油開発｜CCUS技術｜原油増進回収の仕組み

参考：CCSとは｜仕組みやメリット、課題、日本の取り組み状況を解説

CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）の仕組み

CCUSには様々な方法がありますが、二酸化炭素（CO2）を回収するプロセスは液体吸収によるもの、固体吸着剤によるもの、膜を用いた分離方法に大別することができます。

CCUS技術は工業廃棄物や大気などから二酸化炭素（CO2）を回収し、回収した二酸化炭素（CO2）を何かしらの有用な形に変換して最終的に利活用するというものです。

【分離・回収するシステム】

液体吸収システム

液体吸収システムとは、液体に二酸化炭素（CO2）を吸収させるシステムです。使用される液体吸収剤は「アミン系」と「非アミン系」に分類することができます。

このプロセスでは、まず二酸化炭素を液体に吸収させ、二酸化炭素を取り込んだ液体を二酸化炭素を排出しないように取り出すための棟に移し、液体を加熱して二酸化炭素（CO2）を取り出します。

このプロセスでは「冷却システム」「吸収システム」「再生システム」の３つのシステムが必要になります。

固体吸着システム

個体吸着システムとは、固体に二酸化炭素（CO2）を吸着させるシステムです。使用される固体吸着剤は「ポリマー系」「無機系」「有機/無機ハイブリッド系」に分類することができます。

このプロセスでは多孔性の吸着剤の表面に二酸化炭素を吸着させ、その後に加熱することで二酸化炭素を回収します。

固体吸着による二酸化炭素の回収は比較的少ないエネルギーで二酸化炭素の回収ができる上に、１つのモジュールで二酸化炭素の吸収と放出を切り替えられ、コンパクトな装置で実現できるメリットがあります。

ただし連続処理や設備の大型化が難しいことが課題として挙げられており、コンテナ型・モジュラー型の設計で複数のセルを連結させ、大掛かりな二酸化炭素回収設備にしていく開発も進んでおり、なるべく安価で、大量の二酸化炭素を回収できる材料の開発が必要とされています。

膜分離システム

膜分離システムとは、膜を使って二酸化炭素（CO2）を分離するシステムです。

このプロセスでは二酸化炭素だけを通す特殊な膜を使う、または二酸化炭素以外を通す膜を使って、二酸化炭素とそれ以外の気体を分離します。

気体を「ろ過」するように通すだけで実現でき、しかも必要なエネルギーも非常に小さいというメリットがありますが、気体が膜を通るために圧力差を構築する必要があり、圧力をどのように与え、不純物が膜に詰まったときにどのように対処するのかが課題となっています。

【貯留、有効利用】

回収した二酸化炭素を処理する技術には、「固体化（貯留）」と「利用化」の2つがあります。

固体化は、回収した二酸化炭素を地中に埋めて蓄える方法を指します。一方、利用化は二酸化炭素を有用な物質に変換する方法で、例えば低級アルコールや低級オレフィン、一酸化炭素、または合成ガスへの変換が挙げられます。

具体的には、触媒プロセスを利用して、水素と二酸化炭素を反応させることでメタンやメタノールを生成したり、プラスチックを製造したりします。また、反応性ガスと混合して化学反応を引き起こし、さまざまな生成物を得ることも可能です。

さらに、光還元や人工光合成プロセスを通じて、二酸化炭素を一酸化炭素、合成ガス、低級アルコール、低級オレフィン、ギ酸、メタンなどに変換することも行われています。

CCUSの技術的プロセスと必要な要素

CCUSの仕組みに加え、その技術的なプロセスと必要な要素について説明します。

分離・回収（Capture）

出典：環境省：CCUSに必要な技術とは

CCUS技術では、排気ガスから高純度の二酸化炭素を回収するために化学物質であるアミンを利用します。この方法は、火力発電所などから排出されるガス処理に一般的に用いられます。

具体的には、排気ガスをアミン溶液と接触させることで、溶液が二酸化炭素を吸収します。その後、この溶液を約120度に加熱すると、二酸化炭素が分離し回収されます。

有効利用（Utilization）

出典：環境省：CCUSに必要な技術とは

回収した二酸化炭素を資源として活用する方法には、大きく2つのアプローチがあります。

他の物質への変換

二酸化炭素を燃料やプラスチックなどに変換するためにはエネルギーが必要ですが、再生可能エネルギーを活用する研究が進んでいます。このプロセスは、化石燃料の利用を最小限に抑えることを目的としています。

直接利用

二酸化炭素をそのまま利用する方法も存在します。たとえば、地下の油田に圧入することで原油を効率的に回収する「石油増進回収（EOR=（Enhanced Oil Recovery）」や、ドライアイスとしての用途があります。

現在、多くの企業や研究機関が、二酸化炭素を建築材料や燃料、消費財などに変換して活用するための実証実験を進めています。

貯留（Storage）

出典：環境省：CCUSに必要な技術とは

二酸化炭素の貯留は、地下800メートル以上の深さにある多孔質の砂岩層などを活用します。この貯留層は、泥岩などの「遮へい層」で覆われている必要があり、漏洩を防ぐ構造が求められます。

日本では、二酸化炭素の貯留に適した場所が海域に多いことから、海底下への貯留が有効とされています。このため、二酸化炭素を船舶で輸送し、海底下に埋め込む技術が必要となります。

具体例として、2012年から北海道苫小牧市で行われている実証実験では、製油所から排出された二酸化炭素を分離・回収し、海底下に高圧で貯留するプロジェクトが進行中です。2016年度には港内の海底下に年間10万トン規模の二酸化炭素を貯留する作業が開始され、2019年には累計で30万トンの貯留目標を達成しました。現在も漏洩を防ぐためのモニタリングが行われています。

参考：苫小牧におけるCCS大規模実証試験／苫小牧市 企業立地ガイド

CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）が注目される背景

CCUS（Carbon Capture, Utilization, and Storage）が注目されているのは、二酸化炭素の排出量を削減するための取り組みの中で、この技術が重要な役割を果たすとされているからです。

たとえば、国際エネルギー機関（IEA）のネットゼロシナリオによると、2020年の世界全体のCO2排出量は年間340億トンでした。このシナリオでは、2050年までにCCSやCCUSによって年間76億トンのCO2を回収・削減する必要があるとされています。このデータからも、CCUSへの期待の大きさがうかがえます。

さらに、再生可能エネルギーなど非化石燃料によるCO2削減には限界があることが明らかになったことも、CCUSが注目を集める要因の一つです。

特に、2050年までに温室効果ガス排出量を実質ゼロにする、いわゆるカーボンニュートラルを達成するには、CCUSの活用が欠かせないという認識が広がっています。これまでの取り組みからも、CCUSなしではこの目標の実現が非常に難しいことがわかってきています。

また、各国政府が発表している温室効果ガス削減計画に基づくシナリオを見ると、現在の二酸化炭素の回収量は依然として低い水準にとどまっており、CCUSが十分に活用されていない現状が課題となっています。

参考：脱炭素宣言とは？世界の状況と日本の動向、自治体や企業の宣言まで紹介

パリ協定の影響

さらに、地球温暖化対策の国際的な枠組みであるパリ協定の存在も、CCUSが注目される理由の一つです。

パリ協定では、産業革命前と比較した気温上昇を2度未満、可能であれば1.5度未満に抑えることを目指しています。この目標達成に向けて、日本では2050年までに温室効果ガスを80％削減するという長期目標が掲げられ、具体的な施策が進められています。

このように、気候変動対策や国際的な目標の達成において、CCUSは非常に重要な技術として期待されています。

参考：第1部　第3章　第1節 温暖化をめぐる動き │ 令和元年度エネルギーに関する年次報告（エネルギー白書2020） HTML版 │ 資源エネルギー庁

CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）の意義（メリット）

ここでは、CCUSの持つ意義やメリットについて解説します。

二酸化炭素（CO2）の大幅な削減が可能

出典：環境省：CCUSの意義とは

CCS（Carbon Capture and Storage）は、大気中に放出される二酸化炭素（CO2）を回収し、地中などに貯留する技術です。この技術を活用することで、CO2の排出量を大幅に削減することが可能です。

例えば、出力80万kWの石炭火力発電所（約27万世帯分の電力を供給可能）にCCSを導入した場合、年間で約340万トンのCO2排出を抑制できると試算されています。

この技術は火力発電に限らず、製鉄、セメント生産、ごみ焼却など、さまざまな産業分野で活用が期待されています。

参考：長期エネルギー需給見通し小委員会に対する発電 コスト等の検証に関する報告

炭素の循環利用が可能

出典：環境省：CCUSの意義とは

脱炭素社会の実現に向け、2050年までに化石燃料に依存せずに製品を生産する必要があります。ここで注目されるのが、CO2を回収して活用するCCU（Carbon Capture and Utilization）技術です。

例えば、再生可能エネルギー由来の水素とCO2を反応させることで、メタンなどの化学原料を製造することができます。このように、CCU技術を活用し、ごみ焼却などのプロセスと組み合わせることで、炭素の循環利用を促進することが可能です。

再生可能エネルギーの普及を加速（余剰電力の貯蔵が可能）

出典：環境省：CCUSの意義とは

太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーは、天候の影響を受けやすいため、余剰電力を効率よく貯蔵する仕組みが求められています。

現在、水素を製造して貯蔵する技術が進められていますが、インフラの整備が十分とはいえません。一方、メタンは既存の都市ガスインフラで利用可能な燃料です。水素とCO2を原料にメタンを生成することで、水素インフラの整備を待たずに余剰電力を貯蔵・活用できます。

これにより、再生可能エネルギーの利用促進が期待されています。

CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）の課題や問題点（デメリット）

CCUSは二酸化炭素排出削減に向けた有望な技術として注目されていますが、いくつかの課題や現状の問題点も存在しています。

コストがかかる

CCS（Carbon Capture and Storage）は、大気中の二酸化炭素を回収・貯留する技術であり、気候変動対策としての重要性が高い一方で、現時点では技術単独で利益を生み出すのが難しい状況です。

また、地球温暖化の抑制に寄与する技術であるにもかかわらず、導入や運営にかかるコストが非常に高く、より現実的なコスト水準を目指す必要があります。

CO2貯留場所の選定と確保、それに安全性

十分な二酸化炭素を貯留するには、適切な地層の確保が不可欠であり、これが大きな課題となっています。

具体的には、貯留場所として地下800メートル以上の深さにある砂岩層（貯留層）と、二酸化炭素の漏洩を防ぐ泥岩層（遮蔽層）が必要です。

「経済産業省CCS長期ロードマップ検討会、最終とりまとめ」によると、2022年時点で国内には11拠点で合計160億トンの貯留が可能と推定されています。しかし、2050年には年間1.2〜2.4億トンの貯留が必要と見込まれており、今後さらなる適地調査を行い、新たな貯留地を確保する必要があります。

法規制の整備

CCUSの進展には法整備も課題となっています。

例えば、現行のSHK制度（温室効果ガス排出量算定・報告・公表制度）では合成メタンを利用した場合にその利用者が二酸化炭素の排出を計上する必要があるため、二酸化炭素リサイクルを実施しても利用者は二酸化炭素のカウントが行われてしまい、メリットがなくなってしまうことも法整備上の問題の一つとしてあげられます。

また民間企業が参入しにくいことも問題としてあげられており、今後は取り組みを推進させるための法整備をすることが求められています。

参考：CCS長期ロードマップ討論会の振り返りと国内法整備の主な論点について

技術革新

CCUSの技術は未だ発展途上にあり、今後導入を促すためにはより安価で効率的に二酸化炭素を回収できる技術を確立する必要があります。

排ガスから二酸化炭素の分離、回収、それに地層付近までの輸送、貯留層への圧入、二酸化炭素の有効活用など、それぞれのプロセスでの技術開発が必要です。

また、現在1トンの二酸化炭素を回収するためにおよそ4,000円程度のコストと2.5GJ（ギガジュール）のエネルギーが必要なため、二酸化炭素を回収する際のエネルギーの低減及び実用化に適ったコストの低減が求められており、より効率的な二酸化炭素の回収技術の開発を進めています。

CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）の世界の取り組み事例

まずはCCUSの世界の取り組み事例を見ていきます。

アメリカ

アメリカでは積極的にCCSのプロジェクトが進行しており、2008年に先進的石炭ベースの発電技術のプロジェクトに関して税制上の優遇そちを定める法律が施行され、2018年には45Q Tax Credit（税控除）でCO2の貯蔵、CCU、CO2回収プロジェクトを税額免除の対象に加え、2022年にはさらに控除を拡大しています。

CCSプロジェクト14件のうち8件が原油の回収率を上げるために二酸化炭素（CO2）を注入し圧力をかける利用方法EORが占めており、より投資コストの低い技術から導入が進んでいます。

また欧米ではスタートアップ企業を中心に合成燃料の二酸化炭素再利用の事業開発が推進されています。

EU

イギリスでは、風力や二酸化炭素回収、水素といったクリーンエネルギー分野への投資を通じて、グリーン産業革命を牽引する意向を、「Ten Point Plan for a Green Industrial Revolution （2020年）」において表明しています。

計画によると2023年から2032年の間にイギリスが排出する二酸化炭素（CO2）を1億8,000万トン減らすための戦略が提示されており、10の戦略のうちポイント8にはCCUSへの10億ポンドのファンド支援が提案されています。

また、イギリスやノルウェーでは政府が支援する先導的なCCSのサプライチェーン拠点を選定し、民間による開発を促進しています。

アジア

アジア地域では日本の提案でアジアCCUSネットワークが2021年6月に発足しています。

経済発展の進むアジアでは二酸化炭素（CO2）の排出量が増加傾向にある地域が多く、アジア地域におけるCCUS発展普及において、脱炭素化に貢献するために始まり、現在の参加国はASEAN10カ国とオーストラリア・アメリカ・日本の合計13カ国で、100以上の企業や研究機関、国際機関が協力しています。

CCUS（carbon dioxide capture, utilization and storage）の日本の取り組み事例

日本では欧米のように政府による支援が十分ではなく、現在日本政府は諸外国の事例を参考にしながら、CCUSにおける支援策を検討しており、その中には開発・建設費用の支援制度の導入、法整備、技術革新をうむスタートアップの育成などの事業環境の整備にも着手しています。

ここからは、CCUSの日本の取り組み事例について解説していきます。

佐賀市

日本で初めてごみ焼却場の廃棄物発電施設にCO2分離・回収設備を設置したのが佐賀市です。

環境省：CCU技術による循環型社会モデルの構築

清掃工場から排出されるガスから二酸化炭素を分離させ回収し、回収した二酸化炭素（CO2）は藻類培養業者（株式会社アルビータ）に売却され、藻類培養施設で培養され、化粧品やサプリメントとして製品化されています。

参考：二酸化炭素分離回収事業を「世界最高の秘密」と評価 | 佐賀市公式ホームページ

北海道・苫小牧市

本文内でも触れた通り、2012年からのプロジェクトになりますが北海道苫小牧市で大規模なCCSに関する実証実験が行われています。

この実証実験では、出光興産株式会社北海道製油所の水素製造設備から発生する排ガスを、1.4kmの長さのパイプラインで輸送して、実証実験設備内で二酸化炭素（CO2）を分離回収、その後地下への圧入が行われるものです。

2019年には目標の30万トンの圧入を達成し、現在はモニタリングをおこなっている段階です。

旭化成株式会社

旭化成は二酸化炭素とエチレンオキサイドを原料としてポリカーボネート樹脂を製造する技術を確立しており、2002年に世界初の実用化に成功、この技術をポリウレタン製造などへ応用しています。

参考：旭化成株式会社　技術ライセンス事業－環境に優しいプロセス技術

まとめ

今回の記事では、二酸化炭素排出量削減目標に向けて注目を集めるCCUS技術の基礎知識や現状について解説しました。

二酸化炭素を回収し貯留、再利用するCCUS技術は、2050年脱炭素社会に向けた二酸化炭素排出量の削減ロードマップにおいて非常に重要な役割を担っています。

CCUS技術は、脱炭素社会実現に向けてなくてはならない技術と位置付けられており、今後は低コスト化も進み、普及していくことが予想されます。

こうした最新の技術に注目し、今後も継続して情報を収集していくことが本格的な普及へ向けた後押しにもなりますので、私たちが意識してCCUS技術の動向に注目していくことが重要です。

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