二酸化炭素の輸送と貯留のベストプラクティス

Carbon Capture, Utilization and Storage（CCUS） は、産業排出を管理し、有害な CO₂ 温室効果ガス（GHG）が大気中に放出されるのを防ぐための手法として、近年ますます一般的になっています。CCUS が特に注目されている理由は、主に次の 2 点です。

• 規制遵守：セメント産業や鉄鋼産業など、高排出産業において、CCUS は規制目標を効果的に達成するための有力な手段となります。
• 制約への対応：プロセス効率の抜本的改善や再生可能エネルギーへの転換といった、よりシンプルな方法による温室効果ガス削減が限定的、あるいは技術的に困難な場合、CCUS の導入は特に高い価値を発揮します。

炭素回収技術の高度化に注目が集まる一方で、回収後の CO₂ を処理する下流工程においても、大きな対策が求められます。主なプロセスは以下のとおりです。

• 圧縮：回収後の CO_₂ は、気体のまま、または場合によっては液体状態にまで圧縮する必要があります。
• 輸送：CO_₂ は、その利用または貯留のために、慎重に選定された場所へ安全に輸送されます。
• ロジスティクス：輸送距離、地理条件、既存インフラ、環境影響、輸送コストなど、多くの要因を総合的に考慮します。

現在、産業分野では主に 3 つの輸送手段が利用されています。各方式は、プロジェクトの規模や地理的条件に応じて、それぞれ異なる利点を持っています。

• パイプライン：長距離かつ大量の CO₂ を輸送するうえで、最も確立されており、コスト効率にも優れた手段です。特に陸上輸送に適しています。既存の天然ガスパイプラインを転用することで、コストや環境負荷を低減できる可能性がありますが、CO_₂ は腐食性を有し、より高い圧力が必要となるため、慎重な評価が不可欠です。一般的に天然ガスパイプラインの運用圧力は約 90 bar（1,300 psi）ですが、CO₂ 輸送では最大 150 bar（2,175 psi）が求められる場合があります。
• 船舶：海外を含む遠隔地の利用・貯留サイトへの輸送に適しており、海上輸送が必要なケースに理想的な手段です。
• 陸上輸送（トラック・鉄道）：パイプラインインフラが限定的な地域や、比較的少量・短距離の輸送において高い柔軟性を提供します。回収拠点、貯留施設、集約拠点間の輸送を可能にしますが、長距離ではコストが増大し、特にトラック輸送では交通量の増加やディーゼル排出ガスの発生といった課題があります。

二酸化炭素を安全かつ効率的に輸送するためには、各種規制および純度基準を遵守することが不可欠です。規格やコードは地域によって異なるものの、高濃度の二酸化炭素は危険物に分類されており、その輸送は各地域において天然ガスと同様の規制の対象となります。これらの規制は、パイプラインの健全性維持、漏えい防止、ならびに緊急時対応体制の確立において重要な役割を果たします。

さらに、CO_₂ の純度は、下流での最終用途にとってだけでなく、輸送時の安全性の観点からも極めて重要です。水分、硫化水素、窒素酸化物などの不純物は大きなリスクとなり得て、化学反応の発生、腐食の進行、製品不良、さらにはインフラ設備の損傷を引き起こす可能性があります。

これらのリスクを管理するためには、リアルタイムでの確実な把握が不可欠です。Endress+Hauser は、流量、圧力、温度、品質、組成を監視するために必要な、信頼性と高精度を兼ね備えた計測機器を提供します。これにより、以下を実現できます。

• 規制遵守の確保
• 不純物の即時検知
• 輸送システム全体の長期的な健全性の確保

供給された二酸化炭素は、工業プロセスで使用するか、または大気中への放出を防ぐために安全に貯留する必要があります。貯留場所として最もよく選ばれるのは空洞のある地層ですが、深海貯留への関心も高まっています。

二酸化炭素を地層に貯留する場合、二酸化炭素は地中深く、多くの場合は地下水位から1キロメートル以上深い、厳選された場所に注入され、監視されます。その場所として選択されるのは一般的に、枯渇した油田やガス田、深部塩水帯水層、採掘できなくなった石炭層など、既存の地下貯留層です。これらの多孔質岩層は、通常、CO₂ の漏出を防ぐために非多孔質の「キャップロック」で覆われています。

地下貯留は何千年もの間、二酸化炭素を隔離する安全な方法を提供してきました。米国地質調査所（USGS）は、米国には約3,000ギガトンの二酸化炭素を貯留できる地層があると推定しています。しかし、適切な貯留場所を選択するには、地層の完全性を確保するための大規模な地質調査とモデリングが必要です。このプロセスは、誘発地震や地下水資源への影響など、潜在的なリスクを最小限に抑えることも目的としています。

地質貯留は依然として短期的に最も実現性の高い選択肢ですが、研究者たちは代替手法の検討も進めています。鉱物炭酸化はその一例で、二酸化炭素を地中の元素と反応させて安定した炭酸塩鉱物を形成することで、自然の地質プロセスを模倣し、炭素を長期間にわたり固定化します。長期貯留という点では有望である一方、この手法は多くのエネルギーを必要とし、コスト、スケーラビリティ、資源へのアクセスといった面で課題も抱えています。

もう一つの選択肢として、海底下の岩層への CO₂ 圧入があります。例えば欧州の北海には、広大な砂岩層に約 1,000 億トンの CO₂ を貯留できる可能性があるとされています。これは、世界全体の CO₂ 排出量の 約 3 年分に相当します。

CCUSチェーン全体を通じてプロセスの効率、安全性、環境保全を確保するためには、適切な計装による正確な測定と監視が不可欠です。輸送中に二酸化炭素の圧力、温度、流量、品質をパイプラインやターミナルで測定し、安全な輸送と正確な取引計量を確保する必要があります。

選択した貯留方法に関係なく、長期的な貯留場所の完全性を確保し、大気中へのCO₂ の漏れを防止するためには、包括的な監視が重要です。貯留層内の二酸化炭素を効果的に追跡するには、その動きと挙動を常に把握するための高度な技術と高度なガス検知システムが必要です。継続的かつ堅牢な測定は、潜在的な異常や漏れを早期に検出し、技術員が介入して環境リスクを最小限に抑えることができるよう、迅速な通知を提供するために役立ちます。

二酸化炭素を回収した後、その輸送先と輸送手段を決定する必要があります。温室効果ガス（GHG）排出量削減に必要な輸送・貯留インフラを拡大するためには、官民双方の利害関係者による継続的な研究と多大な投資が不可欠です。これにより、CCUS機器の技術力と経済的実行可能性が向上し、産業界への普及が促進されます。

工業製品のプロセスガスストリームからCO₂ を回収することは、CCUSバリューチェーンにおける重要な第一歩です。しかし、その長期的な成功は、安全で効率的かつ持続可能な輸送・有効利用・永久貯留のソリューションを開発することにかかっています。輸送の最有力候補はパイプライン、陸上車両、海上輸送であり、貯留には地層が最適です。

効率化を図り、他の選択肢を開発するには、政府、プロセスメーカー、研究者、地域社会が連携して、技術、経済、規制、社会的課題に対処する必要があります。しかし、こうした将来性に対する投資は、今後数十年にわたって温室効果ガス（GHG）削減に対するCCUSのプラスの影響を増大させ、産業界がより持続可能な未来を創造するための意欲的な実質ゼロ目標を達成するのに役立つと期待されます。

Carbon Capture, Utilization and Storage（CCUS） は、産業排出を管理し、有害な CO₂ 温室効果ガス（GHG）が大気中に放出されるのを防ぐための手法として、近年ますます一般的になっています。CCUS が特に注目されている理由は、主に次の 2 点です。

• 規制遵守：セメント産業や鉄鋼産業など、高排出産業において、CCUS は規制目標を効果的に達成するための有力な手段となります。
• 制約への対応：プロセス効率の抜本的改善や再生可能エネルギーへの転換といった、よりシンプルな方法による温室効果ガス削減が限定的、あるいは技術的に困難な場合、CCUS の導入は特に高い価値を発揮します。

炭素回収技術の高度化に注目が集まる一方で、回収後の CO₂ を処理する下流工程においても、大きな対策が求められます。主なプロセスは以下のとおりです。

• 圧縮：回収後の CO_₂ は、気体のまま、または場合によっては液体状態にまで圧縮する必要があります。
• 輸送：CO_₂ は、その利用または貯留のために、慎重に選定された場所へ安全に輸送されます。
• ロジスティクス：輸送距離、地理条件、既存インフラ、環境影響、輸送コストなど、多くの要因を総合的に考慮します。