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Sep 18, 2023

二酸化炭素回収・貯留 (CCS) とは何ですか?

Treehugger / Julie Bang La cattura e lo stoccaggio del carbonio (CCS) è un processo che:

ツリーハガー / ジュリー・バング

炭素回収・貯留 (CCS) は、石炭火力発電所やその他の産業プロセスから二酸化炭素 (CO2) ガスを直接回収するプロセスです。 その主な目標は、CO2 が地球の大気中に侵入し、過剰な温室効果ガスの影響をさらに悪化させるのを防ぐことです。 回収された CO2 は輸送され、地下の地層に貯蔵されます。

CCS には、燃焼前回収、燃焼後回収、酸素燃焼の 3 つのタイプがあります。 各プロセスでは、化石燃料の燃焼から生じる CO2 の量を削減するために、非常に異なるアプローチが使用されます。

二酸化炭素 (CO2) は、通常の大気条件下では無色無臭の気体です。 これは動物、菌類、微生物の呼吸によって生成され、ほとんどの光合成生物が酸素を生成するために使用します。 石炭や天然ガスなどの化石燃料の燃焼によっても生成されます。

CO2 は、地球の大気中に水蒸気に次いで最も豊富に存在する温室効果ガスです。 熱を閉じ込めるその能力は、温度を調整し、地球を居住可能な状態にするのに役立ちます。 しかし、化石燃料の燃焼などの人間の活動により、温室効果ガスが過剰に放出されています。 過剰レベルの CO2 は地球温暖化の主な原因です。

世界中からエネルギーデータを収集している国際エネルギー機関は、新しい CCS 技術の計画が進めば、CO2 回収能力は年間 1 億 3,000 万トンの CO2 に達する可能性があると推定しています。 2021 年の時点で、米国、ヨーロッパ、オーストラリア、中国、韓国、中東、ニュージーランドで 30 以上の新しい CCS 施設の建設が計画されています。

発電所などの点発生源で炭素回収を達成するには 3 つの経路があります。 人間が排出する CO2 の約 3 分の 1 はこれらの植物から排出されるため、これらのプロセスをより効率的にするために多量の研究開発が行われています。

CCS システムのタイプごとに、大気中の CO2 を削減するという目標を達成するために異なる技術が使用されますが、いずれも、炭素の回収、輸送、貯留という 3 つの基本ステップに従う必要があります。

最初で最も広く使用されている炭素回収のタイプは燃焼後です。 このプロセスでは、燃料と空気が発電所で結合され、ボイラーで水を加熱します。 発生した蒸気はタービンを回転させて動力を生み出します。 燃焼排ガスがボイラーを出ると、CO2 がガスの他の成分から分離されます。 これらの成分の一部はすでに燃焼に使用される空気の一部であり、一部は燃焼自体の生成物です。

現在、燃焼後回収において排ガスから CO2 を分離するには主に 3 つの方法があります。 溶媒ベースの捕捉では、CO2 はアミン溶液のような液体キャリアに吸収されます。 次に、吸収液は、液体から CO2 を放出するために加熱または減圧されます。 液体は再利用され、CO2 は液体の状態で圧縮および冷却されるため、輸送および保管が可能になります。

固体吸着剤を使用して CO2 を捕捉するには、ガスの物理的または化学的吸着が必要です。 次に、圧力を下げるか温度を上げることにより、固体吸着剤が CO2 から分離されます。 溶媒ベースの回収と同様に、吸着剤ベースの回収で分離された CO2 は圧縮されます。

膜ベースの CO2 回収では、排ガスは冷却および圧縮され、透過性または半透性の材料で作られた膜を通して供給されます。 真空ポンプによって吸引された排ガスは、CO2 を排ガスの他の成分から物理的に分離する膜を通って流れます。

燃焼前 CO2 回収では、炭素ベースの燃料を蒸気および酸素ガス (O2) と反応させて、合成ガス (シンガス) として知られるガス状燃料を生成します。 次に、燃焼後回収と同じ方法を使用して、合成ガスから CO2 が除去されます。

化石燃料の燃焼に供給される空気からの窒素の除去は、酸素燃料燃焼プロセスの最初のステップです。 残るのはほぼ純粋な O2 であり、燃料の燃焼に使用されます。 次に、燃焼後回収と同じ方法を使用して、CO2 が排ガスから除去されます。

CO2 が回収され、液体の形に圧縮された後、地下注入のための場所に輸送する必要があります。 CO2 を安全かつ確実に閉じ込めるためには、枯渇した油田やガス田、炭層、塩層へのこの永久貯蔵、つまり隔離が必要です。 輸送はパイプラインで行われるのが最も一般的ですが、小規模なプロジェクトの場合は、トラック、電車、船舶が使用される場合もあります。

CO2 貯留が成功するには、特定の地層で行われる必要があります。 米国エネルギー省は、CO2 を地下に永久に貯蔵するための安全で持続可能かつ手頃な方法であるかどうかを確認するために、5 種類の地層を研究しています。 これらの地層には、採掘できない石炭層、石油および天然ガスの貯留層、玄武岩層、塩水層、有機物が豊富な頁岩が含まれます。 CO2 は超臨界流体にする必要があります。つまり、貯蔵するには特定の仕様に合わせて加熱および加圧する必要があります。 この超臨界状態により、常温常圧で保管する場合よりもはるかに少ないスペースで保管することができます。 CO2 はその後、深いパイプから注入され、そこで岩層に閉じ込められます。

現在、世界中に商業規模の CO2 貯蔵施設がいくつかあります。 ノルウェーのスレイプナー CO2 貯蔵施設とウェイバーン・ミデール CO2 プロジェクトは、長年にわたって 100 万トンを超える CO2 の注入に成功してきました。 ヨーロッパ、中国、オーストラリアでも保管の取り組みが活発に行われています。

最初の商業用 CO2 貯留プロジェクトは 1996 年にノルウェー沖の北海に建設されました。 Sleipner CO2 ガス処理および回収ユニットは、Sleipner West 田で生産された天然ガスから CO2 を除去し、それを厚さ 600 フィートの砂岩層に注入します。 プロジェクトの開始以来、1,500万トン以上のCO2がウトシラ層に圧入されており、最終的には6,000億トンのCO2を保持できる可能性がある。 現場での CO2 圧入の最新のコストは、CO2 1 トンあたり約 17 ドルでした。

カナダの科学者らは、ウェイバーン・ミデール CO2 監視・貯蔵プロジェクトにより、サスカチュワン州にある 2 つの油田で 4,000 万トン以上の CO2 を貯蔵できると見積もっています。 毎年、約 280 万トンの CO2 が 2 つの貯水池に追加されます。 現場での CO2 圧入の最新のコストは、CO2 1 トンあたり 20 ドルでした。

長所:

短所:

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