温室効果ガスにより地球の温暖化が進み、日本でも100年に一度の記録的な大雨が頻発するなどの影響が出始めています。
温室効果ガスのほとんどがCO2であることから、CO2を如何に削減するのかが喫緊の課題です。
増え続けるCO2を資源として再利用し、排出されるCO2を減らすカーボンリサイクルが注目を集めています。
カーボンリサイクルのメリットと、日本におけるカーボンリサイクルの現状と課題、企業の取り組みを紹介します。
カーボンリサイクルとは？
カーボンリサイクルとは、CO2を炭素資源（カーボン）と捉え、回収し多様な炭素化合物として再利用（リサイクル）することです。
CO2は、主に化石燃料（石炭、石油、天然ガスなど）を燃焼させることで発生します。例えば、私たちの生活に欠かせない照明・エアコン・テレビ・パソコン・冷蔵庫などの家電製品を使うための電気のほとんどは、化石燃料を使う火力発電が担っているため大量のCO2が排出されるのです。
また、工場の稼働などの産業部門でも多くのCO2が排出されています。
発電などのエネルギー転換部門と産業部門のCO2排出量の合計は7.1億トンとなり、日本全体での排出量11.1億トンのおよそ3分の2です。
このような現状から、カーボンリサイクルは大気中のCO2を減らすために有効な技術として注目を集めています。
CO2を資源としたカーボンリサイクルの仕組みを解説します。
（参考：2050年カーボンニュートラルに向けた我が国の課題と取組）
カーボンリサイクルの仕組み
カーボンリサイクルは大きく分けると、産業部門の工場やエネルギー転換部門の発電所などから排出されたCO2を分離し回収する技術と、回収されたCO2を再利用する技術があります。それぞれ解説します。
CO2を分離回収する技術
カーボンリサイクルにおいて、CO2を分離回収する技術は利用する前の重要な技術です。
CO2を排気ガスから回収するには、アミンという化学物質を利用することが多く化学吸収法と呼ばれており、排気ガスをアミン溶液と接触させCO2を吸収させます。このCO2を含むアミン溶液を120℃に加熱することでCO2が分離するため、CO2を回収することができます。
アミンはCO2が低圧、低濃度でも除去率が高く、火力発電所のような大規模処にも向いているので、CO2の多くを火力発電所から排出している日本にとって適切な方法です。
この他に、物理吸収法（高圧下で CO2 を物理吸収液に吸収させて分離する方法）、膜分離法（CO2 が選択的に透過する膜を用いて分離する方法）、深冷分離法（極低温下で液化し沸点の違いを用いて分離する方法）などがあります。
CO2吸収液としてアミン溶液を用いるアミン吸収法については日本の企業が先行しているといわれています。
回収されたCO2を再利用する技術
CO2を資源として、ドライアイスや溶接などに直接使うことができます。しかし、それだけでは用途が限られてしまうことから、経済産業省ではCO2の利用先として化学品・燃料・鉱物・その他を想定し、再利用するための様々な技術が開発されました。
化学品はウレタン・ポリカーボネート・バイオマス由来化学品・オレフィンなど、燃料は微細藻類を使ったバイオ燃料・バイオマス由来のバイオ燃料、鉱物はコンクリート製品・コンクリート構造物など、その他としてバイオマス燃料とCCSを組み合わせる「BECCS」・海の海藻や海草がCO2を取り入れることで海域にCO2が貯留する「ブルーカーボン」などが考えられています。
カーボンリサイクル技術ロードマップ
2050年のカーボンニュートラルの目標達成に向けて、カーボンリサイクルは大きな役割を果たす事が期待されています。経済産業省はカーボンリサイクルを拡大していくために、2019年6月に「カーボンリサイクル技術ロードマップ（2021年7月改訂）」を策定しました。
2030年までをフェーズ1、2040年までをフェーズ2、2050年までをフェーズ3と達成目標を定めています。
フェーズ１：2030年まで
カーボンリサイクルを2030年頃から普及させるため、カーボンリサイクルに役立つ研究・技術開発・実証実験に着手します。
カーボンリサイクルをする技術は水素を使いますが、作る過程でCO2を排出しない水素（グリーン水素）はコストが高いです。安価なCO2フリーの水素生産の技術実証を行っていますが、水素が不要な技術や高付加価値製品を製造する技術を重点的に進める予定です。
例えば、化学品のポリカーボネートやオレフィン・BTX等、液体燃料のCO₂由来燃料またはバイオ燃料等、鉱物のコンクリート製品・道路ブロック等は既に一部実用化されています。
その他、バイオマス由来化学品・バイオエタノール（液体燃料）・ガス燃料が技術開発段階、バイオジェット燃料（液体燃料）・ガス燃料が実証段階です。
水素は低コスト化に向けた研究開発を行っています。
フェーズ２：2030年から2040年まで
2040年までに、既に開発されている、ポリカーボネートなどの化学品、バイオジェット燃料などの燃料、道路ブロックなどのコンクリート製品・セメントなど、2030年に普及する技術を低コスト化させることを目標にしています。また、2040年以降に安価な水素供給を実現させるために、需要の多い汎用品の製造技術を重点においています。
拡大させる汎用品は、化学品ではオレフィン・BTX等、燃料ではメタン・合成燃料等、鉱物ではコンクリート製品です。
フェーズ３：2040年以降
2040年以降は、中長期に普及を目指す技術をターゲットにしており、CO2分離回収技術の実用化とDAC（直接空気回収技術）の実用化です。
CO2分離回収技術は、物質にCO2を吸収・吸着させ回収する方法で、化学吸収法・物理吸収法・固体吸収法・物理吸着法・膜分離法があります。
DAC（Direct Air Capture）は、大気から直接CO2を分離・回収する技術のことです。DACの技術は、化学吸収法・物理吸収法・固体吸収法・物理吸着法・膜分離法を使って、大気から直接CO2を分離させます。
また、2040年までに開発された技術の、より一層の低コスト化を実現します。
具体的には、化学品のポリカーボネート、燃料のバイオジェット燃料、鉱物のコンクリート道路ブロック等の消費の拡大、化学品のオレフィンの汎用品・BTXの汎用品、燃料のメタン・合成燃料、鉱物のコンクリート製品の汎用品の普及を開始します。
2040年以降の目標は、フェーズ1時点の4分の1以下です。
水素は、プラント引き渡しコストを 20円/Nm3まの引き下げを目標にしています。
カーボンリサイクルのメリット
日本政府は2020年10月に、地球温暖化に対する取り組みとして、2050年までにカーボンニュートラルを目指すことを宣言しました。
日本が温室効果ガスの排出を全体としてゼロにするためには、温室効果ガスの大半を占めるCO2削減が重要になります。
カーボンリサイクルは、エネルギー転換部門や産業部門などから排出されるCO2を回収し、様々な炭素化合物として再利用することで、空気中のCO2を資源とできることが大きなメリットです。
また、カーボンリサイクルは、化学・コンクリート・セメント・機械・エンジニアリング・化石燃料・バイオなど、幅広い事業分野での利用が可能であり、新しい製品を作り出すなど産業の活性化に繋がる可能性があります。
さらに、カーボンリサイクル市場は、大きな成長が見込まれています。
マーケティングビジネスを展開する株式会社富士経済が行ったカーボンリサイクルの市場調査では、カーボンリサイクルの世界市場全体では、2022年見込みが17兆8267億円、2050年予測が276兆6405億円になると見込まれています。
世界各国は2050年のカーボンニュートラルを達成するために、カーボンリサイクル市場への資金投入が活発になることが予想されます。日本でも2022年度政府予算にはカーボンリサイクル関係予算として約539億円を計上しました。
（参考）CO2分離・カーボンリサイクル関連市場を調査
（参考）資源エネルギー庁 カーボンリサイクル等の技術開発
カーボンリサイクルのデメリット・今後の課題
カーボンリサイクルの現状でのデメリットは、大きく3つあります。
1つ目は、カーボンリサイクル燃料のエネルギー以上に、リサイクルで転換するときに出るエネルギーの方が大きいということです。
2つ目は、CO2を原料とした製品が焼却されるときや、カーボンリサイクル燃料を使用するときにCO2を排出することです。
3つ目は、カーボンリサイクルにかかるコストが大きいことがあげられます。
カーボンリサイクルの技術の多くはCO2と水素を反応させますが、現在は主に石炭や天然ガスなどの化石燃料から水素を製造しているため、製造工程でCO2を排出します。
カーボンリサイクルをするのにCO2を排出しては意味がないので、CO2フリー水素（再エネ由来の水素）の使用が必須です。
今後の課題として、カーボンリサイクルで排出されるエネルギーを軽減する技術の開発などの他、CO2フリー水素の製造コスト低減のために、大量製造や大量輸送を可能にするサプライチェーンを構築しなければなりません。
再エネ由来のゼロエミッション電源の活用が必要なことから、合わせて再生可能エネルギーの導入を促進させる必要があります。
また、バイオマスなど水素を必要としないカーボンリサイクル技術の開発も進める必要があるでしょう。
日本のカーボンリサイクル関連研究拠点
2050年のカーボンニュートラルの実現に向けて、カーボンリサイクル技術をより推進しなければならないため、大学・研究機関・行政機関などが参加しカーボンリサイクル関連研究拠点が作られました。施設を紹介します。
大規模企業連携・東京湾岸「ゼロエミベイ」
東京湾岸周辺エリアを世界に先駆けてゼロエミッション技術に係るイノベーションエリアとするため、「東京湾岸周辺エリアに存在する企業、大学、研究機関、行政機関等の活動情報を含むエリアマップの作成及び海外への発信」「ナショナルプロジェクトの提案を含む研究開発・実証プロジェクトの企画・推進及びそれらの成果普及・活用」「ゼロエミッション技術に係る研究開発・実証、ビジネス等への取組について会員間の情報交換及び連携の推進」などの事業を行っています。
革新技術の発信基地
産総研ゼロエミッション国際共同研究センターGZRは、最先端の研究開発を担う国内外の叡智を結集し、G20の研究者をつなぐプラットフォームとして位置づけられています。
福島再生可能エネルギー研究所（FREA）との連携、他センターとの連携による研究を実施しています。
人工光合成（米国ブルックヘブン国立研究所）、エネルギーキャリア（米国ブルックヘブン国立研究所、米国パシフィックノースウエスト国立研究所）、多接合・高効率太陽光（米国再生可能エネルギー研究所、ドイツフラウンホーファー研究機構）など、現在19の国と地域との国際連携体制で研究を推進中です。
高効率化を目指した「石炭ガス化燃料電池複合発電実証プロジェクト」
広島県大崎上島町では、高効率な次世代型の石炭火力発電の際に排出されるCO2を、分離・回収する実証試験「海水を用いた有価物併産カーボンリサイクル技術実証と応用製品の研究開発」を行っています。
1日20トンの海水を起点とし、海水中に含まれるマグネシウムなどへのCO2固定化技術によって得られた炭酸マグネシウムは、コンクリートの他、建築材への製造利用を目指した技術開発です。
CCS・メタノール製造の大規模実証
苫小牧港は苫小牧CCS実証試験センターがあり、CO2の排出・回収・利用に関わる主要な産業が集約されている港湾です。
北海道苫小牧市では、2012年からCO2を分離・回収・貯留する「CCS」技術について、日本初の大規模実証試験を実施しており、2019年には貯留量の目標を達成しました。
今後は、貯留したCO2を資源にメタノールの製造などカーボンリサイクルに取り組むことにしています。
再エネ由来水素の研究拠点
カーボンリサイクルには多くの水素を必要としますが、現状の水素の多くは化石燃料から作られており製造時に大量のCO2を排出することから、再エネ由来のCO2フリー水素を製造することが必要です。また、日本では再生可能エネルギーの普及が遅れていることから、CO2フリー水素の価格が高いことも課題です。
福島県浪江町では、水素価格の低減に向けて、世界最大級の水電解装置を備えた「福島水素エネルギー研究フィールド（FH2R）」において、再生可能エネルギーからの水素の製造を行う技術実証を行っています。
FH2R内に設置された約68,000枚の太陽光パネルの発電による電力で、浪江町の水を電気分解し水素を製造し、1日あたりの水素製造能力は約150世帯の電力1か月分の電力に相当します。
東京2020大会時の選手村内では選手のリラクゼーションハウスや宿泊棟の一部で活用されました。
日本企業のカーボンリサイクルの取り組み事例
カーボンリサイクルの技術開発に、多くの企業が取り組んでいます。
その中から「回収したCO2を原料とした低級オレフィンの製造に取り組む株式会社IHI」「石炭火力発電所から排出されたCO2を個体吸収材に吸着させる試験運転を行っている川崎重工株式会社」「微細藻類を用いたCO2資源化プロセス技術を開発し実証を行っている株式会社ちとせ研究所」の3社の事例を紹介します。
株式会社IHI
石油を使わずに低級オレフィンを製造する技術、排ガスや大気から回収したCO₂と水素を、反応器と触媒によって合成する技術の確立を目指し、2026年2月まで取り組みます。
低級オレフィンは、主要基礎化学品の原料となるエチレンやプロピレンなどの総称で、生活必須品である包装材・発砲スチロール・ペットボトルなどのプラスチック製品の製造に用いられています。
従来使用されている低級オレフィンは、原油由来のナフサを熱分解することで製造されており、CO2が大量に排出されていました。
IHIでは、2030年までに再エネ由来水素を用いたオレフィン合成プロセスの確立を目指しています。
また、CO2化学吸収法の実用化や、微細藻類の光合成により油脂分を生産する能力を活用しジェット燃料を生産する微細藻類バイオ燃料技術開発にも取り組んでいます。
（参考）CO2を原料とした低級オレフィン類および持続可能な航空燃料(SAF)の合成技術
（参考）経済産業省 カーボンリサイクル技術事例集
川崎重工業株式会社
川崎重工では化学工場や天然ガス田等の高圧のCO2排出源から高圧を維持した状態でCO2を回収し、高圧のCO2をCO2フリー水素と反応させてメタノール等化成品を合成する技術の確立を目指しています。
また、石炭火力発電所の燃焼排ガスから固体吸収材を用いてCO2を分離・回収する省エネルギー型試験設備の運転を開始しました。この固体吸収法は、従来の技術と比べて、CO2の分離・回収に要するエネルギーが大幅に抑えられる技術です。
固体吸収法で石炭火力発電所の排ガスからCO2を分離・回収する、国内初のプラントです。
（参考）経済産業省 カーボンリサイクル技術事例集
（参考）国内初 石炭火力発電所の燃焼排ガスから固体吸収材を用いて 二酸化炭素を分離・回収する省エネルギー型試験設備の運転を開始
株式会社ちとせ研究所
ちとせ研究所は、脱炭素社会の実現のためのコア技術である微細藻類培養技術を活用し、CO2を原料に太陽エネルギーを用いて機能性化学品およびプラスチック原料等の基幹化学品を中心に製造しています。
「太陽エネルギーを用いて微細藻類から重油相当の炭化水素を生産する技術の開発」「微細藻類からの炭化水素の回収技術の開発」「基幹化学品（オレフィン）生産プロセスの開発」「炭化水素以外の副産物の用途開発」の4つを技術開発を目標にしました。
石油産業に代わる藻類基点の新産業を構築するプロジェクト『MATSURI』にて、様々な立場や業種の他機関と協働し、バイオ製品の開発に向けた取り組みや、マレーシアに建設した世界最大規模の5ha藻類生産設備での長期大規模藻類生産の実証を行っています。更に100haの生産規模で藻類生産技術開発と、CO2を直接原料として生産する藻類バイオマスを原料にした製品開発に取り組む予定です。
（参考）経済産業省 カーボンリサイクル技術事例集
（参考）ちとせグループが運営する藻類産業を構築するプロジェクト「MATSURI」が規模拡大
まとめ
カーボンリサイクルとは、排出されたCO2を資源として再利用することです。
人間が生命活動を続ける限りCO2は排出され続けます。特に産業革命以降の文化的な生活は、化石燃料を燃焼させることによって大量のCO2を排出することになり、地球温暖化の原因を作りました。
このままCO2を排出し続けると気候変動は益々激しくなると予想されることから、COP21のパリ協定で設定された産業革命以前より1.5℃に抑えるという目標を達成するために、日本政府は2050年までにカーボンニュートラルを目指すことを目標に掲げています。
カーボンリサイクルはCO2削減にメリットがある一方、現状カーボンリサイクルの際に使われる水素が製造過程でCO2を排出していることから、CO2フリー水素のコスト削減が課題です。
カーボンニュートラルの実現に向けて、経済産業省ではカーボンリサイクル技術ロードマップを策定し、カーボンリサイクル関連研究拠点「大規模企業連携・東京湾岸ゼロエミベイ」「革新技術の発信基地」「広島県大崎上島の石炭ガス化燃料電池複合発電実証プロジェクト」「北海道苫小牧市のCCS・メタノール製造の大規模実証」「福島県浪江町の再エネ由来水素の研究拠点」の5カ所を整備しました。
世界的なカーボンリサイクルへの期待から、市場も大きく成長することが見込まれ日本政府も予算投入を増やしていることから、参入企業も増え新たな技術開発が盛んになっています。
カーボンリサイクルの推進がCO2削減に繋がることが期待されますが、CO2を排出しない再生可能エネルギーの普及もセットで行わないと、2050年目標のカーボンニュートラルの実現は難しくなるでしょう。
参考：
国内外の技術動向調査｜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｜環境省
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｜スペシャルコンテンツ｜資源エネルギー庁
カーボンリサイクル技術ロードマップ
CO2削減の夢の技術！進む「カーボンリサイクル」の開発・実装
2022年のカーボンリサイクル世界市場は約18兆円、2050年には276兆円に
第3部 第5章 第3節 CCUS/カーボンリサイクルの促進 │ 令和4年度エネルギーに関する年次報告（エネルギー白書2023） HTML版 │ 資源エネルギー庁
革新的環境イノベーション戦略の実行状況
東京湾岸ゼロエミッションイノベーション協議会
カーボンリサイクル技術事例集｜環境省
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