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二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 に 関 する IPCC 特 別 報 告 書 ( 日 本 語 版 )

免 責 事 項・ 本 日 本 語 版 は IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage(IPCC, 2005)を IPCC の 了承 を 請 け( 独 ) 産 業 技 術 総 合 研 究 所 が 原 文 邦 訳 したものの 一 部 を、 千 代 田 化 工 建 設 ( 株 ) 及 び 日 本 エヌ・ユー・エス( 株 )が 校 正 したものです。・ 本 日 本 語 版 はあくまで 利 用 者 の 利 便 性 のために 作 成 されたものであり、 原 文 の 完 全 翻 訳 ではありません。 翻 訳 及 び 校 正 にあたっては 可 能 な 限 りその 正 確 性 を 維 持 するよう 努 力 しましたが、その情 報 の 完 全 な 正 確 さや 完 璧 さを 保 証 するものではありません。その 内 容 に 誤 りがあった 場 合 でも、それらをご 使 用 になったことによる 生 じたいかなる 損 害 について、 一 切 の 責 任 を 負 いません。・ 本 日 本 語 版 の 全 部 あるいは 一 部 について、 私 的 利 用 の 範 囲 を 超 えて 利 用 し、または 複 製 、 掲 示 、送 信 、 頒 布 等 を 行 うことはできません。・ 本 内 容 に 関 するお 問 合 せは、IPCC による 原 文 をご 確 認 下 さい。

目 次第 1 章 序 章 .................................................................................................................................................... 1第 2 章 CO 2 の 排 出 源 ................................................................................................................................. 41第 3 章 CO 2 の 回 収 ...................................................................................................................................... 75第 4 章 CO 2 の 輸 送 .................................................................................................................................... 187第 5 章 地 中 貯 留 ........................................................................................................................................ 212第 6 章 海 洋 隔 離 ........................................................................................................................................ 343第 7 章 鉱 物 炭 酸 化 と CO 2 の 産 業 利 用 ................................................................................................. 415第 8 章 コストおよび 経 済 ポテンシャル.............................................................................................. 443第 9 章 温 室 効 果 ガスのインベントリおよび 算 定 における CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 ......................... 477技 術 要 約

Barbados Economy : From Sugar Cane to TourismCONTACT US/FEEDBACKWant to contact us? Make acomment? Want more info?Different info? We want you tobe satisfied, so tell us whatyou think...A comprehensive list ofdownloadable ebooksavailable from Caribpro. Titlesinclude:1627, his brother Captain Henry Powell landed with a party of 80 settlers and 10slaves. The group established the island's first European settlement, Jamestown,on the western coast at what is now Holetown. They were welcomed only by aherd of Portuguese Hogs thought to be left there by Campos whose intention wasto use them as a food source on return voyages.This settlement was funded by Sir William Courteen, a London merchant whoowned the title to Barbados and several other unclaimed islands. Thus, the firstcolonists were actually tenants and the profits of their labor returned to Courteenand his company.Courteen would later lose this title to James Hay, 1st Earl of Carlisle in what wascalled the "Great Barbados Robbery." Carlisle then chose as Governor HenryHawley. It was he who established the House of Assembly in 1639, in an effort toappease the planters who might otherwise oppose his controversial appointment.In the very early years, the majority of the population was white and male, withAfrican slaves providing little of the workforce. Cultivation of tobacco, cotton,ginger and indigo was handled primarily by European indentured labor until thestart of the sugar cane industry.Sugar Cane and SlaveryCosta Rica: Living ThereThe Golden Door to RetirementRetirement Planning ForOffshore Living: Maintain andEnhance your lifestylesspending less than 25% ofyour monthly budget.Retire In Mexico: LiveBetter For Less. Live inMexico and join the manyother retires who have donetheir homework, whichresulted in mexico where youcan live better for less.Escape The Corporation:How to live the life you havealways dreamed of - free fromthe corporate slog.Belize: Living There Howto Live, Retire, Work of Investin Belize.The settlers, in order to survive, needed a cash crop, which at that time wastobacco followed by cotton. This proved not to be profitable and so sugar canewas selected as an alternative. Sugar production, because of its financial outlaywas not viable for the small farmer and soon he was forced out giving way to thelarge plantation owners.Sugar cane cultivation began in the 1640s, after its introduction in 1637 by PieterBlower. Initially, rum was produced but by 1642, sugar was the focus of theindustry. As it developed into the main commercial enterprise, Barbados wasdivided into large plantation estates which replaced the small holdings of theearly British settlers as the wealthy planters pushed out the poorer.Some of the displacedfarmers relocated toBritish colonies inNorth America, mostnotably South Carolina.To work theplantations, tribalpeoples of Africa wereimported as slaves insuch numbers thatthere were three forevery one planter. Theslave trade ceased afew years before theabolition of slaverythroughout the Britishempire in 1834.Persecuted Catholicsfrom Ireland also worked the plantations.http://www.caribpro.com/Caribbean_Property_Magazine/index.php?pageid=672 (4 of 9) [02/06/2009 22:31:28]Sugar cane dominated Barbados' economic growth, and the island's cash cropwas at the top of the sugar industry until 1720. Gypsies purged from Europe and

目 次要 旨 ............................................................................................................................................. 41.1 報 告 書 の 背 景 ...................................................................................................................... 51.1.1 CO 2 回 収 ・ 貯 留 とは 何 か。 .............................................................................................. 61.1.2 なぜ CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 する 特 別 報 告 書 が 必 要 なのか。 ............................................... 61.1.3 本 報 告 書 の 準 備 ................................................................................................................ 71.1.4 本 導 入 の 目 的 .................................................................................................................... 71.2 CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 考 慮 する 事 情 .......................................................................................... 71.2.1 エネルギー 消 費 と CO 2 排 出 ............................................................................................. 71.2.2 部 門 別 CO 2 排 出 量 ............................................................................................................ 91.2.3 その 他 の 温 室 効 果 ガス 排 出 ............................................................................................ 101.2.4 将 来 の 排 出 シナリオ ....................................................................................................... 101.3 気 候 変 動 緩 和 オプション .................................................................................................. 111.3.1 エネルギー 効 率 の 改 善 ................................................................................................... 121.3.2 炭 素 依 存 度 が 低 い 化 石 燃 料 への 転 換 .............................................................................. 121.3.3 低 炭 素 及 び 無 炭 素 に 近 いエネルギー 源 利 用 の 増 加 ........................................................ 121.3.4 天 然 、 生 物 学 的 吸 収 源 の 強 化 による CO 2 の 隔 離 ........................................................... 131.3.5 CO 2 回 収 ・ 貯 留 .............................................................................................................. 131.3.6 CO 2 排 出 削 減 の 可 能 性 ................................................................................................... 131.3.7 緩 和 オプションの 比 較 ................................................................................................... 141.4 CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 特 徴 ...................................................................................................... 151.4.1 CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 概 念 とその 開 発 の 概 要 ....................................................................... 151.4.2 CO 2 回 収 システム .......................................................................................................... 161.4.3 潜 在 的 用 途 の 範 囲 .......................................................................................................... 171.4.4 工 場 の 規 模 ..................................................................................................................... 181.5 環 境 影 響 と 費 用 の 観 点 に 関 する CCS の 評 価 .................................................................... 181.5.1 システム 境 界 の 確 立 ....................................................................................................... 181.5.2 環 境 及 び 資 源 に 対 する 影 響 評 価 への 適 用 ....................................................................... 191.5.3 コスト 評 価 への 適 用 ....................................................................................................... 201.5.4 その 他 の 費 用 及 び 環 境 影 響 問 題 ..................................................................................... 211.6 エネルギー 供 給 及 び CO2 貯 留 に 関 する CCS の 評 価 ....................................................... 221.6.1 化 石 燃 料 の 可 用 性 .......................................................................................................... 221.6.2 十 分 な 貯 留 容 量 があるか ................................................................................................ 231.6.3 CO 2 はどの 程 度 の 期 間 貯 留 するのか .............................................................................. 241.6.4 CO 2 はどの 程 度 の 期 間 貯 留 されねばならないのか ........................................................ 261.6.5 技 術 のタイムフレーム ................................................................................................... 27- 2 -

1.6.6 CCS をシナリオに 導 入 するその 他 の 効 果 ...................................................................... 281.6.7 社 会 的 要 件 ..................................................................................................................... 301.7 技 術 移 転 及 び 持 続 可 能 な 開 発 の 影 響 ................................................................................ 321.7.1 公 平 性 及 び 持 続 可 能 な 開 発 ............................................................................................ 321.7.2 技 術 移 転 ......................................................................................................................... 331.8 本 報 告 書 の 内 容 ................................................................................................................. 34参 考 文 献 ................................................................................................................................... 36- 3 -

要 旨気 候 変 動 に 関 する 政 府 間 パネル(IPCC)の 第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)には、次 のとおり 記 載 されている。 過 去 50 年 間 に 観 測 された 温 暖 化 のほとんどが 人 間 活 動 に 起 因 するものであることを 裏 付 ける、より 強 力 で 新 しい 証 拠 がある。 21 世 紀 を 通 じて、 人 為 的 影 響 により 大 気 組 成 が 変 化 し 続 けると 見 込 まれる。人 間 活 動 に 起 因 する 温 室 効 果 ガスのうち 最 も 重 要 なものは 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )である。CO 2 は 化石 燃 料 や、 燃 料 としてバイオマスを 燃 焼 することによって 放 出 される。 例 えば、 開 墾 中 に 森 林 を燃 やすことや、ある 種 の 工 業 及 び 資 源 抽 出 プロセスからCO 2 が 放 出 される。 化 石 燃 料 の 燃 焼 によるCO 2 の 排 出 が、21 世 紀 の 間 、 大 気 中 のCO 2 濃 度 の 傾 向 に 対 し 重 大 な 影響 を 及 ぼすことはほぼ 確 実 である。 地 球 の 平 均 気 温 と 平 均 海 面 水 位 は 全 ての(…)シナリオにおいて 上 昇 すると 推 定 される。189ヶ 国 が 締 約 している 国 連 気 候 変 動 枠 組 み 条 約 (UN Framework Convention on Climate Change;UNFCCC)の 究 極 の 目 的 は、「(…) 大 気 中 の 温 室 効 果 ガス 濃 度 を、 気 候 システムに 対 して 危 険な 人 為 的 干 渉 を 及 ぼさないレベルで 安 定 化 」させることであるが、 具 体 的 な 基 準 については 未 だ合 意 に 至 っていない。大 気 へのCO 2 排 出 量 を 実 質 的 に 削 減 する 技 術 的 オプションとしては、 次 のようなものがある。 エネルギー 転 換 やエネルギー 利 用 の 効 率 改 善 (エネルギー 集 約 度 の 低 い 経 済 活 動 の 強 化 を 含む) 等 による、エネルギー 消 費 の 削 減 。 石 炭 を 天 然 ガスで 代 替 する 等 、 低 炭 素 燃 料 への 転 換 。 実 質 的 にCO 2 をほとんどあるいは 全 く 排 出 しない、 再 生 可 能 エネルギー 及 び 原 子 力 エネルギーの 利 用 の 増 加 。 森 林 及 び 土 壌 の 生 物 的 吸 収 能 力 を 高 めることによるCO 2 の 隔 離 。 化 学 的 及 び 物 理 的 なCO 2 回 収 及 び 貯 留 。技 術 的 オプションの 最 初 の4つは、IPCCの 以 前 の 報 告 書 でも 取 り 上 げられている。 本 報 告 書 の主 題 である5 番 目 のオプションは、 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CCS)である。 本 アプローチでは、 化石 及 び 再 生 可 能 燃 料 の 燃 焼 や 工 業 プロセスから 発 生 するCO 2 を 回 収 し、 大 気 から 隔 離 して 非 常 に長 期 間 貯 留 する。 本 報 告 書 は、 本 オプションの 科 学 的 、 技 術 的 、 経 済 的 及 び 政 策 的 側 面 についての 現 状 の 知 識 を 分 析 し、 気 候 変 動 の 緩 和 に 対 する 他 のオプションと 関 連 して 考 慮 できるようにするものである。現 在 、 大 気 中 のCO 2 の 世 界 的 な 濃 度 は 上 昇 している。 近 年 の 世 界 的 なCO 2 排 出 傾 向 が 継 続 するならば、 世 界 は 温 室 効 果 ガス 濃 度 の 安 定 に 向 けた 軌 道 に 乗 ることはないであろう。1995 年 から2001年 の 間 に、 世 界 の 平 均 CO 2 排 出 量 は 年 1.4%の 割 合 で 増 加 しており、1 次 エネルギー 使 用 の 増 加 率 よりは 緩 いものの、それ 以 前 の5 年 間 のCO 2 排 出 量 の 伸 びより 高 くなっている。 発 電 は 引 き 続 きCO 2排 出 の 単 独 にして 最 大 の 原 因 であり、そのCO 2 排 出 量 は 他 の 工 業 分 野 全 てのCO 2 排 出 量 に 匹 敵 する。しかし、 最 も 急 速 に 成 長 しているCO 2 排 出 源 は 運 輸 分 野 である。 従 って、UNFCCCの 究 極 の 目 的を 達 成 するためには、 既 存 及 び 新 規 の 技 術 をさらに 展 開 することも 含 め、 排 出 を 削 減 する 方 策 が- 4 -

必 要 となる。必 要 となる 排 出 削 減 の 範 囲 は、 排 出 率 と 目 標 とする 大 気 濃 度 によって 変 化 する。 安 定 化 濃 度 を低 く 設 定 し、 緩 和 方 策 のない 場 合 に 予 想 される 排 出 率 が 高 いほど、 排 出 削 減 量 は 大 きくなければならず、 早 期 に 実 現 されなければならない。IPCCが 検 討 したモデルの 多 くでは、 大 気 中 のCO 2 を550ppmvのレベルで 安 定 化 させるためには、2100 年 までに 世 界 的 な 排 出 量 を 現 在 と 比 べ7%から70% 削 減 しなければならない。より 低 濃 度 を 目 指 す 場 合 にはさらに 削 減 が 必 要 となる。 上 記 のような 幅 広 いオプションから 技 術 を 柔 軟 に 選 択 することができれば、 費 用 対 効 果 の 高 い 削 減 を 達 成することは 比 較 的 容 易 であろう。本 報 告 書 の 目 的 は、この 種 の 選 択 肢 の 一 部 としてCO 2 回 収 ・ 貯 留 の 特 徴 を 評 価 することである。CO 2 回 収 ・ 貯 留 プロセスは 以 下 の3つの 主 要 部 分 から 構 成 される。・CO 2 を 回 収 すること。 例 えば 燃 料 燃 焼 システムの 燃 焼 排 ガス 流 から 分 離 し、 高 圧 で 圧 縮 すること。・CO 2 を 貯 留 サイトに 輸 送 すること。・CO 2 を 貯 留 すること。代 替 策 と 同 等 又 は 低 費 用 で 行 う 少 量 の 回 収 ・ 貯 留 も 排 出 削 減 には 寄 与 するであろうが、 気 候 変動 の 緩 和 に 大 きく 寄 与 するためには、 毎 年 ギガトンという 単 位 でCO 2 を 貯 留 する 必 要 がある。この 規 模 の 貯 留 容 量 を 有 する 貯 留 層 も 何 種 類 か 存 在 する。 油 田 及 びガス 田 にCO 2 を 注 入 することで炭 化 水 素 を 増 進 回 収 し、 費 用 相 殺 に 役 立 つ 事 例 もある。CO 2 回 収 技 術 は 発 電 施 設 やその 他 大 規 模工 業 排 出 源 に 適 用 可 能 であり、エネルギーキャリアとしての 水 素 製 造 においても 適 用 可 能 である。プロセス 段 階 のほとんどは、 別 の 目 的 のために 開 発 された 既 知 の 技 術 に 基 づいている。気 候 変 動 緩 和 においてCO 2 回 収 ・ 貯 留 が 果 たしうる 役 割 を 決 定 する 際 には、 多 くの 要 因 を 考 慮に 入 れなければならない。それは 例 えば、 排 出 削 減 費 用 と 能 力 ( 他 オプションと 比 べた 場 合 、 及び 組 み 合 わせた 場 合 )、 結 果 的 に 増 加 する1 次 エネルギー 源 の 需 要 、 適 用 範 囲 、 及 び 技 術 的 リスク等 である。 他 の 重 要 な 要 因 としては、 社 会 的 及 び 環 境 的 な 結 果 、 技 術 の 安 全 性 、 貯 留 の 保 全 と 監視 ・ 検 証 の 容 易 さ、 途 上 国 に 対 する 技 術 移 転 の 機 会 が 挙 げられる。これらの 特 徴 の 多 くは 相 互 に 関連 している。 中 には 厳 密 な 評 価 を 必 要 とするような 側 面 もある。 例 えば、この 新 たな 緩 和 オプションの 社 会 的 側 面 に 関 する 文 献 は 限 られている。 一 般 大 衆 の 態 度 は、その 技 術 についての 判 断 がどのようになされたかといったことを 含 む 多 くの 要 因 に 影 響 され、 技 術 の 適 用 に 重 要 な 影 響 を 及ぼす。このような 側 面 の 全 てを 本 報 告 書 で 検 討 する。1.1 報 告 書 の 背 景IPCCの 第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)には、「 過 去 50 年 間 に 観 測 された 温 暖 化 のほとんどが 人 間 活 動 に 起 因 するものであるということを 裏 付 ける、より 強 力 で 新 しい 証 拠 がある」と 記 載 されている。さらに「21 世 紀 を 通 じて、 人 為 的 影 響 が 大 気 組 成 を 変 化 させ 続 けるであろう」と 続 けて 指 摘 している(IPCC, 2001c)。CO 2 は、 人 間 活 動 が 最 大 の 原 因 の 温 室 効 果 ガスである。石 炭 、 石 油 及 び 天 然 ガス 等 の 化 石 燃 料 やバイオマス 等 の 再 生 可 能 燃 料 の 燃 焼 や、 例 えば 開 墾 中 に森 林 を 燃 やすこと、もしくはある 種 の 工 業 及 び 資 源 抽 出 プロセスにより、CO 2 が 大 気 中 に 放 出 される。 結 果 として「 化 石 燃 料 の 燃 焼 によるCO 2 の 排 出 が、21 世 紀 の 間 、 大 気 中 のCO 2 濃 度 の 傾 向 に対 し 重 大 な 影 響 を 及 ぼすことはほぼ 確 実 であり、」「 地 球 の 平 均 気 温 と 平 均 海 面 水 位 は 全 ての(…)- 5 -

シナリオにおいて 上 昇 すると 推 定 され」ている(IPCC, 2001c)。国 連 気 候 変 動 枠 組 み 条 約 (UNFCCC)には189ヶ 国 が 批 准 し、 現 在 発 効 している。「 気 候 システムに 対 して 危 険 な 人 為 的 干 渉 を 及 ぼさない」 温 室 効 果 ガス(GHG)の 大 気 中 濃 度 を 世 界 的 に 達 成すべきであると 主 張 している(UNFCCC, 1992)が、 具 体 的 な 大 気 濃 度 水 準 については 未 だに 定 められていない。 大 気 への 人 為 的 CO 2 排 出 量 1 を 削 減 する 技 術 的 オプションとしては、 次 のようなものがある。(1) 化 石 燃 料 利 用 の 削 減 (2) 石 炭 依 存 度 の 高 い 燃 料 を 石 炭 依 存 度 の 低 い 燃 料 で 代 替(3) 化 石 燃 料 技 術 を 炭 素 がゼロに 近 い 代 替 技 術 と 交 換 (4) 自 然 システムによる 大 気 CO 2 の 吸 収促 進 。 本 報 告 書 において、IPCCはもう1つのオプションである、 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CarbonDioxide Capture and Storage;CCS) 2 を 探 究 する。 本 報 告 書 では、 本 オプションの 技 術 的 、 経 済 的及 び 政 策 的 側 面 について 現 状 の 知 識 を 分 析 し、 気 候 変 動 の 緩 和 に 対 するその 他 のオプションと 関連 して 考 慮 できるようにするものである。1.1.1 CO 2 回 収 ・ 貯 留 とは 何 か。CO 2 回 収 ・ 貯 留 は、 発 電 のように 化 石 燃 料 燃 焼 から 発 生 するCO 2 や、 天 然 ガス 精 製 のように 化 石燃 料 の 生 成 から 発 生 するCO 2 の 回 収 に 関 わるものである。またバイオマスを 基 にした 燃 料 の 燃 焼や、 水 素 、アンモニア、 鉄 鋼 及 びセメントの 製 造 等 、 特 定 の 工 業 プロセスにも 適 用 することができる。CO 2 回 収 は、CO 2 を 他 のガスから 分 離 することを 必 要 とする 3 。その 後 、CO 2 を 非 常 に 長 期 間 、大 気 から 隔 離 して 貯 留 するための 貯 留 サイトに 輸 送 しなければならない(IPCC, 2001a)。CO 2 の大 気 中 濃 度 に 大 きな 影 響 を 与 えるためには、 貯 留 層 は 年 間 排 出 量 に 対 して 大 きくなければならない。1.1.2 なぜ CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 する 特 別 報 告 書 が 必 要 なのか。CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 は、 上 記 のような 排 出 源 からCO 2 排 出 量 を 大 きく 削 減 することができる 技 術 的に 実 現 可 能 な 方 法 である。 主 に 別 の 目 的 のために 開 発 された 既 知 の 技 術 を 適 用 することにより 実施 可 能 であるが、 気 候 変 動 に 取 り 組 む 潜 在 的 な 役 割 は、 他 の 緩 和 オプションとは 違 って 認 識 されたのは 遅 かった。 実 際 に、 本 議 題 はIPCCの 第 二 次 及 び 第 三 次 評 価 報 告 書 (Second and ThirdAssessment Report)ではほとんど 注 目 を 集 めなかった(IPCC 1996a, 2001b)。 第 三 次 評 価 報 告 書 には3ページからなる 技 術 的 進 展 の 検 証 とCO 2 回 収 ・ 貯 留 技 術 を 適 用 した 際 の 費 用 及 び 環 境 リスクの概 要 が 含 まれていた。 近 年 では、 本 分 野 に 関 する 技 術 文 献 は 急 速 に 増 加 してきた。 緩 和 オプションを 評 価 する 広 範 なアプローチの 必 要 性 、CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 連 する 問 題 の 潜 在 的 重 要 性 、 及 び( 長 い 歴 史 を 持 つ) 他 オプションに 関 する 膨 大 な 参 考 文 献 を 踏 まえて、IPCCはCO 2 回 収 ・ 貯 留 に関 する 徹 底 的 な 評 価 を 行 うことを 決 定 した。 以 上 の 理 由 から、 本 主 題 に 関 し 特 別 報 告 書 を 準 備 することが 適 当 と 考 えられた。 特 別 報 告 書 は、すでに 確 立 された 他 の 緩 和 オプションに 対 して 入 手可 能 な 情 報 と 同 等 の 性 質 を 持 つ 情 報 源 から 構 成 されるものとした。MarrakechでのUNFCCC 締 結 国第 7 回 会 議 (the 7 th Conference of the Parities to the UNFCCC)の 呼 びかけ 4 に 応 じ、2002 年 4 月 に 開 催されたIPCC 総 会 はCO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 する 研 究 に 着 手 することを 決 定 した。1本 報 告 書 では、「 排 出 」という 用 語 は 自 然 起 源 ではなく、 人 為 的 起 源 での 排 出 を 示 すために 使 用 する。2二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 回 収 ・ 貯 留 は 炭 素 隔 離 と 称 されることもある。 本 報 告 書 では「 隔 離 」という 用 語 は、 本 報 告書 ではなく IPCC 2000b で 検 証 された 緩 和 オプションである 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )の 自 然 吸 収 源 の 強 化 に 限 って 使 用する。3例 えば、 発 電 所 の 排 煙 ガス 流 においては、その 他 のガスは 主 に 窒 素 と 水 蒸 気 である。4本 決 定 は IPCC に 対 し、「 地 質 学 的 炭 素 貯 留 技 術 に 関 する 技 術 報 告 書 」を 準 備 するよう 求 めた。- 6 -

1.1.3 本 報 告 書 の 準 備本 作 業 の 準 備 にあたり、2002 年 の 総 会 において、 第 3 作 業 部 会 (Working Group III)の 後 援 と、第 1・ 第 2 作 業 部 会 (Working Groups I and II)からの 情 報 提 供 を 受 けながら、IPCCがワークショップを 開 催 すべきであるとの 手 順 の 推 奨 が 決 定 された。ワークショップは2002 年 11 月 にカナダのReginaで 開 催 された(IPCC, 2002)。 技 術 報 告 書 の 作 成 、 特 別 報 告 書 の 作 成 、 第 四 次 評 価 報 告 書 完成 まで 全 ての 行 動 の 延 期 、の3つのオプションがワークショップで 検 討 された。 熱 心 な 討 論 の 末 、ワークショップはIPCCに 対 し、CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 する 特 別 報 告 書 を 作 成 するよう 助 言 することを 決 定 した。2003 年 2 月 の 気 候 変 動 に 関 する 政 府 間 パネル 総 会 (IPCC's Plenary Meeting)において、パネルはCO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 連 する 問 題 の 重 要 性 を 理 解 し、 大 気 中 のCO 2 を 回 収 し 天 然 の 貯 留 層 に 貯 留 することに 関 する 技 術 的 、 科 学 的 及 び 社 会 経 済 的 な 影 響 を 評 価 するために、 特 別 報 告 書 を 作 成 することが 最 適 であると 決 定 した。パネルは 上 記 報 告 書 の 作 業 開 始 を 正 式 に 承 認 し、2005 年 を 公 開 の目 標 とした。2002 年 総 会 (Plenary Meeting)の 決 定 により、 報 告 書 は 以 下 の 問 題 を 取 り 扱 うこととなった。 CO 2 排 出 源 とCO 2 回 収 技 術 CO 2 回 収 サイトから 貯 留 サイトへの 輸 送 CO 2 貯 留 オプション 技 術 の 地 質 学 的 可 能 性 回 収 したCO 2 の 工 業 用 途 への 再 使 用 の 可 能 性 他 の 大 規 模 緩 和 オプションと 比 較 した、CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 費 用 とエネルギー 効 率 性 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 時 のリスクとリスク 管 理 のみならず、 大 規 模 導 入 の 影 響 、 環 境 影 響 CO 2 貯 留 のモニタリング 手 法 等 、CO 2 貯 留 の 恒 久 性 と 安 全 性 貯 留 の 実 施 に 対 する 障 壁 、 及 びエネルギーと 天 候 モデルにおいてCO 2 回 収 ・ 貯 留 モデル 作 成 国 内 及 び 国 際 的 排 出 目 録 、 法 的 側 面 及 び 技 術 移 転 の 影 響本 報 告 書 は、 本 オプションの 相 対 的 利 点 の 議 論 を 促 進 するため、またどの 技 術 をどのように 使用 すべきかに 関 する 意 思 決 定 を 支 援 するため、 上 記 項 目 の 全 てに 関 する 情 報 を 調 査 する。1.1.4 本 導 入 の 目 的本 章 は3つの 異 なった 方 法 での 導 入 を 提 供 する。 本 章 では、 報 告 書 の 背 景 と 事 情 、CCS 技 術 の 導入 、 本 章 後 半 で 使 用 するCCSの 調 査 方 法 の 枠 組 みの3つを 紹 介 する。本 報 告 書 は、CO 2 の 物 理 的 回 収 、 輸 送 及 び 貯 留 に 関 わることから、 気 候 変 動 に 関 する 一 般 的 な文 献 で 通 常 使 用 される 炭 素 (C) 量 ではなく、CO 2 の 物 理 量 ( 例 :トン)を 使 用 する 表 記 法 を 採 用した。 他 文 献 と 比 較 できるよう、 炭 素 量 をトン 単 位 でカッコ 内 に 記 載 する。1.2 CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 考 慮 する 事 情1.2.1 エネルギー 消 費 と CO 2 排 出エネルギーの 世 界 的 消 費 とそれに 関 連 するCO 2 排 出 は、21 世 紀 初 頭 にかけて 上 昇 傾 向 を 続 けた( 図 1.1、1.2)。 世 界 中 で 使 用 されたエネルギーのうち 化 石 燃 料 は 突 出 したエネルギー 形 態 (86%)- 7 -

であり、 現 在 の 大 気 へのCO 2 排 出 量 の 原 因 の75%を 占 めている(IPCC, 2001c)。2002 年 には、149エクサジュール(EJ)の 石 油 、91エクサジュールの 天 然 ガス、そして101エクサジュールの 石 炭 が世 界 経 済 により 使 用 された(IEA, 2004)。 世 界 的 な1 次 エネルギー 消 費 は、1990 年 から1995 年 まで平 均 して 年 間 1.4%の 割 合 で 増 加 した(1995 年 から2001 年 までは 年 間 1.6%)。 産 業 部 門 での 成 長 率は 年 間 0.3%( 同 0.9%)、 運 輸 部 門 では 年 間 2.1%( 同 2.2%)、 民 生 部 門 では 年 間 2.7%( 同 2.1%)、農 業 ・ 他 部 門 では 年 間 -2.4%( 同 -0.8%)であった(IEA, 2003)。世 界 のCO 2 排 出 量 5 は1990 年 から1995 年 にかけて 年 間 平 均 1.0% 増 加 し(1995 年 から2001 年 までは年 間 1.4% 増 加 )、 両 期 間 ともエネルギー 消 費 増 加 率 よりもわずかに 低 いものであった。 個 々の 部門 では、1990 年 から1995 年 までは 産 業 からの 排 出 量 は 増 加 しなかった(1995 年 から2001 年 までは年 間 0.9%)。 運 輸 部 門 では 年 間 1.7%( 同 2.0%)、 民 生 部 門 では 年 間 2.3%( 同 2.0%)それぞれ 増 加し、 農 業 ・その 他 部 門 では 年 間 2.8%( 同 1.0%) 減 少 した(IEA, 2003)。化 石 燃 料 燃 焼 及 び 天 然 ガス 燃 焼 による 排 出 量 の 合 計 は、2001 年 において 年 間 24GtCO 2 (6.6GtC)であった。 工 業 国 がエネルギー 関 連 のCO 2 排 出 量 の47%を 占 めていた( 国 際 バンカーを 含 まない 6 )。市 場 経 済 移 行 国 は2001 年 の 排 出 量 の13%を 占 めたが、 排 出 量 は1990 年 以 降 年 率 3.3%で 減 少 している。アジア・ 太 平 洋 地 域 の 途 上 国 は、CO 2 全 世 界 総 排 出 量 の25%を 排 出 した。その 他 の 途 上 国 は 全体 の13%を 占 めた(IEA, 2003)。図 1.1 1971 年 から2001 年 までの 部 門 別 世 界 の1 次 エネルギー 消 費 量 (IEA, 2003)5 Marland et al.(1999)が 2 つの 表 面 上 同 等 のエネルギー 統 計 資 料 を 使 用 して 示 したように、 多 くの 国 の 二 酸 化 炭素 (CO 2 )の 公 開 排 出 量 に 差 異 がある。6 2001 年 における 国 際 バンカーからの 排 出 量 は 780MtCO 2 (213MtC)にのぼる(IEA, 2003)。- 8 -

図 1.2 1971 年 から2001 年 までの 化 石 燃 料 使 用 による 部 門 別 世 界 の 二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 排 出 量 (IEA, 2003)1.2.2 部 門 別 CO 2 排 出 量IEAは、 様 々な 経 済 部 門 からのCO 2 排 出 量 を 推 定 してきた(IEA, 2003)。 表 1.1は、 発 電 が 単 独にして 最 大 の 排 出 源 であることを 示 している。2、3の 大 規 模 点 源 からCO 2 を 排 出 する 他 部 門 とし7ては、その 他 のエネルギー 産 業 並 びに 一 部 の 製 造 及 び 建 築 部 門 がある。運 輸 は2 番 目 に 大 きい 排 出 部 門 であり( 表 1.1)、その 排 出 量 は 過 去 数 十 年 間 においてエネルギーや 産 業 部 門 よりも 急 速 に 増 加 してきた(IPCC, 2001a)。 運 輸 からの 排 出 量 は 小 規 模 で 分 散 した排 出 源 の 集 合 が 中 心 であることが 主 な 違 いである。 本 章 の 後 半 で 述 べるように、この 違 いによってCO 2 回 収 ・ 貯 留 の 潜 在 的 用 途 が 示 唆 される。表 1.1 2001 年 における 化 石 燃 料 燃 焼 からの 二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 排 出 源出 典 IEA, 20037 その 他 のエネルギー 産 業 部 門 とは、 石 油 精 製 所 、 固 形 燃 料 製 造 、 石 炭 鉱 業 、 石 油 とガス 生 産 、およびその 他 エネルギー 製 造 産 業 を 含 む。- 9 -

1.2.3 その 他 の 温 室 効 果 ガス 排 出気 候 変 動 は 人 為 起 源 によるCO 2 排 出 が 主 な 原 因 であるが、 他 のGHGも 重 要 な 役 割 を 担 っている 8 。人 為 起 源 のCO 2 には 工 業 プロセスや 土 地 利 用 の 変 化 ( 主 に 森 林 伐 採 )から 発 生 するものもあるが、化 石 燃 料 の 燃 焼 のみで 全 GHGの 約 半 分 を 占 めている。放 射 強 制 力 の 影 響 に 関 しては、CO 2 の 次 に 重 要 な 人 為 起 源 の 温 室 効 果 ガスはメタンである( 現在 、 全 影 響 量 の20%を 占 めている)(IPCC, 2001b)。エネルギー 部 門 はメタンの 重 要 な 排 出 源 であるが、 農 業 及 びごみ 埋 立 地 の 方 が 世 界 の 総 量 への 寄 与 が 大 きい(IPCC, 2001c)。 亜 酸 化 窒 素 は直 接 気 候 変 動 の 原 因 となっている( 現 在 、 全 GHGの 影 響 の6%を 占 める)。 主 要 排 出 源 は 農 業 であるが、いくつかの 化 学 物 質 の 工 業 生 産 も 原 因 である。その 他 の 窒 素 酸 化 物 は 間 接 的 な 影 響 を 持 つ。多 くの 他 のガスも 重 要 な 原 因 となっている(IPCC 2001c)。1.2.4 将 来 の 排 出 シナリオ将 来 の 排 出 は、シナリオを 用 いて 予 測 が 可 能 である。シナリオは「 将 来 どうなるかについての選 択 的 イメージであり、(…) 要 因 が 将 来 の 排 出 にどう 影 響 するかを 分 析 し(…)、 付 随 する 不確 実 性 を 評 価 するための(…) 道 具 である。」「シナリオに 示 されたいずれか1つの 排 出 パスが 起こる 可 能 性 は 極 めて 不 確 実 である」(IPCC, 2000a)。 第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)に 先 立 ち、IPCCは 将 来 の 温 室 効 果 ガス(GHG) 排 出 経 路 の 特 定 を 試 みた。IPCCはいくつかの 想 定を 用 い、2100 年 までの 排 出 量 に 何 が 起 こりうるかという 一 連 のシナリオを 作 成 した。6つのグループのシナリオが 公 開 され(IPCC, 2000a),「SRESシナリオ」と 呼 ばれている。そのいずれもが 具体 的 な 気 候 政 策 イニシアチブを 前 提 としていない。つまり、 緩 和 オプションの 効 果 を 考 慮 するにあたって、これらのシナリオを 基 本 ケースとして 使 用 できる。グループごとに 例 示 的 なシナリオが 選 ばれた。6つのグループは、 人 口 変 化 、 経 済 発 展 及 び 技 術 変 化 等 の「 未 来 」の 主 要 な 特 徴 を 広範 に 網 羅 する4つの「ファミリー」で 構 成 される(IPCC, 2000a)。A1とA2のシナリオ・ファミリーは 経 済 発 展 に 重 点 を 置 き、B1とB2では、 経 済 的 、 社 会 的 及 び 環 境 の 持 続 可 能 性 に 対 する 地 域 的 、世 界 的 対 策 に、それぞれ 重 点 を 置 いている。さらに、A1F1とA1Tの2つのシナリオは、A1 世 界 でのエネルギー 技 術 の 選 択 的 発 展 を 例 示 している(IPCC, 2001aの 図 TS.1を 参 照 )。現 代 社 会 にエネルギーを 提 供 するために 化 石 燃 料 が 果 たす 大 きな 役 割 と、エネルギーシステム変 更 に 必 要 な 時 間 の 長 さを 考 えると(Marchetti and Nakicenovic, 1979)、 化 石 燃 料 の 継 続 的 な 使 用はおそらく 間 違 いなく 優 良 な 基 本 ケースシナリオである。CCSがどのようにシナリオに 影 響 を 与えるかについては 第 8 章 で 更 に 議 論 する。上 記 シナリオのほとんどで、 現 在 のレベルよりも 極 めて 高 い 将 来 の 排 出 量 が 算 出 されている。上 記 シナリオによれば、2100 年 には 年 間 CO 2 排 出 量 が 現 在 の 率 より 平 均 して50%から250%となることを 示 している。21 世 紀 に 想 定 されるCO 2 総 排 出 量 を 合 計 すると、 累 積 合 計 は 選 択 したシナリオにより、3480~8050GtCO 2 (950~2200GtC)の 範 囲 になる(IPCC, 2001e)。「リーケージ( 漏 洩 )」という 用 語 に 関 し、 混 乱 の 可 能 性 があることを 注 記 する。なぜなら「リーケージ」という 用 語 は 気 候 変 動 に 関 する 文 献 中 に 広 く 使 用 され、ある 排 出 源 から 別 の 排 出 源 へ排 出 が 移 動 する 空 間 的 な 意 味 で 使 用 される。 本 報 告 書 ではこの 種 のリーケージの 議 論 はしないも8人 為 起 源 の CO 2 の 世 界 的 な 放 射 強 制 力 は、 人 為 起 源 の GHG 全 体 のおよそ 60%と 推 定 されている(IPCC, 2001b)。- 10 -

のの、 貯 留 からCO 2 が 意 図 せず 放 出 されること( 同 様 にリーケージと 称 される)については 検 討している。「リーケージ」という 用 語 の 使 用 にあいまいさがあることを 認 識 し、この 用 語 が 使 用されている 場 合 には、 読 者 は 文 脈 から 判 断 して 正 確 な 意 味 を 把 握 する 必 要 がある。1.3 気 候 変 動 緩 和 オプション上 述 のとおり、UNFCCCは 大 気 中 のGHGの 安 定 化 を 呼 びかけているが、 現 在 でも 具 体 的 なレベルについては 合 意 がなされていない。しかし、 大 気 へのGHGの 追 加 する 率 が、 自 然 システムがGHGを 除 去 できる 率 と 等 しいときに 初 めて、 濃 度 の 安 定 化 が 実 現 すると 認 識 することができる。つまり、 人 為 的 排 出 率 が、 大 気 反 応 、 海 中 への 実 質 的 な 移 行 、 及 び 生 物 圏 による 摂 取 等 の 自 然 プロセスによる 摂 取 率 と 平 衡 するときに 初 めて、 濃 度 の 安 定 化 が 実 現 するのである。一 般 的 に、 安 定 化 の 目 標 が 低 く、ベースライン 排 出 レベルが 高 いほど、 必 要 とするベースライン 以 下 の 排 出 削 減 が 大 きくなり、その 実 現 の 時 期 も 早 くならねばならない。 例 えば、CO 2 を450ppmvで 安 定 化 するには、650ppmvで 安 定 化 するよりも 排 出 を 早 期 に 削 減 する 必 要 があり、 今 後 20 年 から30 年 にかけて 非 常 に 急 速 な 排 出 削 減 が 必 要 となる(IPCC, 2000a)。この 実 現 のためには、 費 用対 効 果 の 高 い 潜 在 的 緩 和 オプションの 全 ての 使 用 が 必 要 となる(IPCC, 2001a)。 同 様 に 重 要 な 別の 結 論 では、ベースライン・シナリオの 範 囲 から、 気 候 変 動 に 対 処 するために 特 別 に 開 発 された 政策 や 技 術 と 同 様 に、 将 来 の 経 済 発 展 政 策 が 温 室 効 果 ガス 排 出 に 影 響 を 与 えうることを 示 している。気 候 変 動 は 先 進 国 と 途 上 国 どちらにとっても、 環 境 問 題 というより 経 済 発 展 の 問 題 であると 主 張してきた 者 もいる(Moomaw et al., 1999)。第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)(IPCC, 2001a)では、IPCCが 考 慮 した 多 くのモデルにおいて、550ppmvレベルでの 安 定 化 達 成 のためには、2100 年 までに2001 年 の 排 出 レベルと 比較 して 世 界 的 排 出 量 を7%から70%まで( 安 定 化 プロファイルによって 異 なる) 削 減 することが 必要 であるとしている。 目 標 とするレベルがより 低 ければ(450ppmv)、さらに 大 きな 削 減 (55%から90%)が 必 要 となる。 本 議 論 の 目 的 として「 大 幅 な 削 減 」という 用 語 を 使 用 し、 何 も 行 わない場 合 に 個 々の 発 電 所 や 工 場 から 排 出 されるであろう 排 出 量 と 比 較 して、 実 質 80% 以 上 の 削 減 率 を示 すものとする。いずれのシナリオにおいても、 簡 単 ではあるが 役 に 立 つ 下 記 の 恒 等 式 を 使 用 して、エネルギーの 供 給 と 使 用 から 発 生 するCO 2 排 出 に 影 響 を 与 える 主 要 要 因 を 考 慮 することは 有 用 である(Kaya,1995に 基 づく)。CO 2 排 出 量 = 人 口 国 民 総 生 産 (GDP) 人 口 エネルギー国 民 総 生 産 (GDP) 排 出 量 エネルギーこの 式 から、CO 2 排 出 量 が、 人 口 規 模 、 地 球 温 暖 化 のレベル、 世 界 的 経 済 のエネルギー 集 約 性 、及 びエネルギーの 生 産 と 利 用 から 発 生 する 排 出 量 に 直 接 的 に 左 右 されることが 理 解 できる。 現 在 、人 口 は 増 え 続 け、 平 均 的 エネルギー 利 用 も 増 加 しているものの、GDP1 単 位 あたりで 必 要 となるエネルギー 量 は 多 くの 国 で 減 少 している。しかし、その 速 度 は 遅 い(IPCC , 2001d)。 従 って、 排 出量 の 大 幅 な 削 減 を 達 成 するためには、 他 項 が 一 定 であるとすると、 上 記 等 式 の 第 3 因 数 及 び 第 4 因数 、 即 ちエネルギー 技 術 からの 排 出 量 に 大 きな 変 化 が 必 要 となる。そのため、UNFCCCの 目 的 を- 11 -

達 成 するためにはエネルギー 技 術 からの 排 出 量 を 大 きく 抑 える 必 要 がある。広 範 な 技 術 的 オプションは、 以 下 に 述 べるような 実 質 CO 2 排 出 量 及 び/ 及 び 大 気 中 のCO 2 濃 度 を削 減 する 可 能 性 を 持 っている。 将 来 さらにオプションが 開 発 されることも 考 えられる。 排 出 削 減目 標 は 各 技 術 を 使 用 する 範 囲 に 影 響 を 与 える。 使 用 範 囲 は、 費 用 、 能 力 、 環 境 影 響 、 技 術 の 導 入率 、 及 び 国 民 の 支 持 といった 社 会 的 側 面 等 の 要 因 にも 左 右 される。1.3.1 エネルギー 効 率 の 改 善化 石 燃 料 消 費 の 削 減 は、エネルギー 依 存 度 の 低 い 経 済 活 動 を 促 進 することをはじめとする、エネルギー 転 換 効 率 、 運 輸 と 最 終 消 費 の 効 率 改 善 により 達 成 できる。エネルギー 転 換 効 率 は、 例 えば 発 電 においてはタービンの 改 良 等 により 向 上 してきた。コージェネレーションシステムがさらにCO 2 排 出 を 削 減 する。 技 術 的 進 歩 により、1970 年 以 来 、 車 両 、 照 明 及 び 多 くの 器 具 のエネルギー 消 費 において2 倍 から4 倍 の 進 歩 を 達 成 してきた。 更 なる 改 良 と 広 範 な 適 用 が 期 待 される(IPCC,2001a)。 需 要 側 及 び 供 給 側 両 方 の 効 率 性 において、さらに 大 きな 進 歩 を 近 々 達 成 することができ、将 来 の 排 出 量 の 増 加 を 引 き 続 き 減 速 するであろう。しかし 効 率 の 改 善 だけでは、GHG 排 出 量 の 大幅 削 減 を 達 成 するためには 不 十 分 であったり、 経 済 的 に 実 行 不 能 である 可 能 性 がある(IPCC,2001a)。1.3.2 炭 素 依 存 度 が 低 い 化 石 燃 料 への 転 換高 炭 素 燃 料 から 低 炭 素 燃 料 への 転 換 は、 今 日 では 天 然 ガスの 適 切 な 供 給 が 可 能 な 場 所 では 費 用対 効 果 が 高 くなる。 発 電 を 石 炭 からガスに 変 更 した 場 合 の 典 型 的 な 排 出 削 減 量 は420kgCO 2 /MWhであり、およそ50%である(IPCC, 1996b)。 熱 冷 複 合 発 電 の 導 入 とあわせると、 排 出 削 減 はさらに 大 きくなりうる。 特 定 の 工 場 からの 排 出 削 減 に 大 きく 貢 献 することになるが、 低 炭 素 燃 料 が 供給 可 能 である 工 場 に 限 られる。1.3.3 低 炭 素 及 び 無 炭 素 に 近 いエネルギー 源 利 用 の 増 加固 定 排 出 源 からの 排 出 を 大 幅 に 削 減 することは、 再 生 可 能 エネルギー 及 び 原 子 力 発 電 に 広 く 転換 することで 達 成 可 能 である(IPCC, 2001a)。 原 子 力 発 電 が 適 用 可 能 な 範 囲 と 原 子 力 発 電 利 用 の増 加 率 は、その 産 業 の 費 用 、 安 全 性 、 核 廃 棄 物 の 長 期 保 存 、 拡 散 及 びテロに 関 する 懸 案 への 対 処能 力 により 決 定 される。 従 って、 原 子 力 発 電 の 役 割 は、 技 術 的 要 因 よりも 政 治 的 プロセス 及 び 国民 の 意 見 により 決 定 されることが 多 い(IPCC, 2001a)。幅 広 い 種 類 の 再 生 可 能 な 供 給 源 が 利 用 の 可 能 性 を 持 つ。 商 業 的 な 供 給 源 としては、 地 理 的 条 件により、 風 力 、 太 陽 、バイオマス、 水 力 、 地 熱 及 び 潮 力 がある。これらの 多 くは 車 両 用 燃 料 や 冷暖 房 だけでなく 発 電 にも 大 きく 貢 献 し、 結 果 として 化 石 燃 料 を 排 除 する(IPCC, 2001a)。 多 くの再 生 可 能 資 源 は 費 用 、 供 給 の 中 断 、 土 地 利 用 及 びその 他 環 境 影 響 に 関 する 制 約 に 直 面 している。1992 年 から2002 年 にかけて、 設 置 された 風 力 発 電 容 量 は 年 間 30%の 成 長 率 で 増 加 し、2002 年 の 終わりには31GW e に 到 達 した(Gipe, 2004)。ソーラー 発 電 は 急 速 に 増 加 し( 年 間 約 30%)、 小 規 模設 置 が 主 であるが、2001 年 には1.1GW e 容 量 に 達 した(World Energy Assessment, 2004)。 数 ヶ 国 での 促 進 政 策 だけでなく 費 用 が 低 下 したため、 上 記 のような 結 果 が 実 現 した。バイオマス 由 来 の 液体 燃 料 もまた 顕 著 に 拡 大 し、 数 ヶ 国 の 注 目 を 集 めている。 例 えばブラジルでは、その 費 用 が 低 下したことと 農 村 人 口 に 対 する 職 業 創 出 という 副 次 便 益 も 得 ることができたことで 注 目 されている。発 電 に 使 用 されるバイオマスは 年 間 2.5% 増 加 し、 容 量 は2001 年 には40GW e に 達 した。 熱 に 使 用 さ- 12 -

れるバイオマスは2001 年 には210GW th 容 量 を 持 っていたと 推 定 されている。 電 力 に 使 用 される 地 熱エネルギーも 先 進 国 及 び 途 上 国 の 両 方 で 増 加 しており、2001 年 には3GW e 容 量 に 達 した(WorldEnergy Assessment, 2004)。 従 って、オプションによっては 費 用 が 莫 大 であったり、 可 能 性 は 場 所により 様 々であるものの、 化 石 燃 料 を 代 替 することにより、 大 幅 な 削 減 が 可 能 となる 多 くのオプションが 存 在 する(IPCC, 2001a)。1.3.4 天 然 、 生 物 学 的 吸 収 源 の 強 化 による CO 2 の 隔 離CO 2 の 天 然 吸 収 源 は、すでに 大 気 中 のCO 2 濃 度 を 決 定 する 重 要 な 役 割 を 果 たしている。 天 然 吸 収源 は 大 気 から 炭 素 を 取 り 出 すために 強 化 されうる。この 目 的 で 使 用 可 能 な 天 然 吸 収 源 の 例 としては、 森 林 や 土 壌 が 挙 げられる(IPCC, 2000b)。これらの 吸 収 源 を 農 業 及 び 林 業 政 策 によって 強 化することで 貯 留 能 力 は 大 きく 改 善 されるが、 土 地 利 用 政 策 、 社 会 的 及 び 環 境 的 な 要 因 によって 制限 される 可 能 性 がある。 生 物 学 的 に 貯 留 された 炭 素 はすでに 大 量 の 排 出 されたCO 2 を 含 んでいるが、 貯 留 は 恒 久 的 ではないこともある。1.3.5 CO 2 回 収 ・ 貯 留すでに 説 明 したように、 本 アプローチは 燃 料 燃 焼 や 工 業 プロセスから 発 生 したCO 2 を 回 収 し、その 後 大 気 から 隔 離 して 非 常 に 長 期 間 貯 留 することである。 第 三 次 評 価 報 告 書 (Third AssessmentReport)(IPCC, 2001a)において、 本 オプションは 少 数 のプロジェクトに 基 づいて 分 析 された。(プロジェクト 例 ・ノルウェーのSleipner Vestガスプロジェクト、カナダと 米 国 の 原 油 増 産 回 収 方策 や、New Mexicoとカナダの 石 炭 層 メタンの 増 産 回 収 。)この 分 析 は 化 石 燃 料 埋 蔵 量 と 資 源 の 大きな 可 能 性 についても 論 じ、 枯 渇 した 油 田 やガス 田 、 海 底 地 層 、 及 び 海 中 に 大 容 量 のCO 2 を 貯 留することも 論 じた。またCO 2 回 収 ・ 貯 留 は、 小 規 模 な 分 散 排 出 源 よりも、 中 央 発 電 所 、 製 油 所 、アンモニア 工 場 や 製 鋼 所 等 の 大 規 模 排 出 源 により 適 していると 指 摘 した。本 技 術 の 潜 在 的 貢 献 度 は 様 々な 要 因 から 影 響 を 受 けるが、その 要 因 とは、 他 オプションと 比 較した 場 合 の 費 用 、CO 2 が 貯 留 される 期 間 、 貯 留 サイトまでの 輸 送 手 段 、 環 境 への 懸 念 、そして 本アプローチの 受 容 性 である。CCSプロセスは、 回 収 しない 類 似 の 工 場 よりも 多 くの 燃 料 が 必 要 であり、それに 伴 いCO 2 排 出 量 も 増 える。最 近 、CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 使 用 されるバイオマス・エネルギー(BECS)は、 大 気 からCO 2 を 実 質 的に 除 去 することが 認 識 されてきた。 貯 留 されるCO 2 は、 成 長 に 従 い 大 気 からCO 2 を 吸 収 するバイオマスに 由 来 するからである(Möllersten et al., 2003; Azar et al., 2003)。 全 体 的 な 効 果 は「 負 の 実 質排 出 (negative net emissions)」と 呼 ばれる。CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 使 用 されるバイオマス・エネルギー(BECS)は、 今 日 まで 技 術 文 献 や 政 策 検 討 においてほとんど 分 析 されていない 新 たな 概 念 である。1.3.6 CO 2 排 出 削 減 の 可 能 性上 述 の 技 術 的 オプションを 使 用 した 場 合 の、 世 界 規 模 の 温 室 効 果 ガス(GHG) 排 出 削 減 の 可 能性 は、2010 年 までに 年 間 6,950から9,500MtCO 2 ( 年 間 1900から2600MtC)に 上 ると 推 定 され、それぞれ 世 界 的 排 出 量 の25%から40%に 等 しい(IPCC, 2001a)。 削 減 は2020 年 までに 年 間 13,200から18,500MtCO 2 ( 年 間 3,600から5,050MtC)にのぼると 見 込 みまれている。 上 記 推 定 は 豊 富 な 根 拠 を基 にしているがいくつか 制 限 もある。 例 えば、 使 用 されたデータは1990 年 代 のものであり、それ以 来 更 なる 新 技 術 が 開 発 されている。さらに、 技 術 的 、 経 済 的 な 可 能 性 についての 包 括 的 な 世 界規 模 の 研 究 が 未 だに 行 われていない。 地 域 及 び 国 レベルの 研 究 は 異 なる 範 囲 で 行 われることが 多- 13 -

く、 主 要 パラメータに 関 し 異 なる 仮 定 をしている(IPCC, 2001a)。第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)により、 最 も 短 期 間 (2020 年 まで)に 可 能 性 がある 排 出 削 減 オプションは、エネルギー 効 率 の 改 善 であることが 明 らかになった。CO 2 回 収 ・ 貯 留の 短 期 間 の 可 能 性 は 中 程 度 であると 考 えられ、 石 炭 から 年 間 73~183MtCO 2 ( 年 間 20~50MtC) 及び 天 然 ガスからも 同 量 にのぼる(IPCC, 2001aの 表 TS.1を 参 照 )。にもかかわらず、すでに 述 べた長 期 的 な 気 候 問 題 に 直 面 し、また 本 オプションへの 興 味 が 増 していることを 考 慮 すると、 本 技 術の 可 能 性 をより 深 く 分 析 することが 重 要 となってきた。2002 年 のIPCCのCO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 するワークショップの 結 果 (IPCC, 2002)、 回 収 及 び 貯 留 しうるCO 2 排 出 量 は 第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)に 記 載 されていた 値 より 高 い 可 能性 があることが 現 在 では 認 識 されている。 実 際 、2020 年 以 降 の 期 間 における 排 出 削 減 は、 上 記 に引 用 した 値 と 比 較 して 特 筆 すべきものでありうる。 本 オプションを 広 く 使 用 することで 他 の 供 給オプションを 使 用 する 機 会 が 制 限 されることになる 可 能 性 もあるが、そうした 行 動 はそれでも 排出 軽 減 を 推 進 することにつながる。これは、 以 前 に 推 定 された 可 能 性 の 多 くがエネルギーの 最 終使 用 に 携 わる 手 段 を 適 用 することから 生 じたものであることに 起 因 する(IPCC, 2001a)。CCSには 比 較 的 費 用 が 少 ないものもあり( 例 えば、Sleipnerプロジェクトのようにガス 精 製 過 程 からのCO 2貯 留 するもの(Baklid et al., 1996))、 比 較 的 初 期 に 使 用 が 可 能 となる。ある 種 の 大 規 模 工 業 施 設は、CCSに 対 し 興 味 深 い 低 費 用 の 機 会 を 提 供 しうる 排 出 源 である。 特 に 費 用 を 相 殺 する 歳 入 を 産む 貯 留 機 会 、 例 えばCO 2 原 油 増 産 回 収 と 組 み 合 わせた 場 合 に、 低 費 用 の 機 会 を 提 供 しうる(IEAGHG, 2002)。 本 件 については 第 2 章 で 検 討 する。1.3.7 緩 和 オプションの 比 較緩 和 オプションを 比 較 する 際 には、 数 多 くの 要 因 、 特 に 誰 が 何 の 目 的 で 比 較 を 行 うのかについて 考 慮 する 必 要 がある。 本 章 では 意 思 決 定 に 関 係 しうるCCSの 様 々な 側 面 を 検 討 する。さらに、より 広 範 な 問 題 、 特 に 他 の 緩 和 手 段 との 比 較 に 関 する 問 題 がある。このような 問 題 への 対 応 、 以下 に 挙 げる 多 くの 要 因 に 左 右 される。要 因 ; 各 オプションが 排 出 削 減 をもたらす 可 能 性 、 利 用 可 能 な 国 内 資 源 、 当 事 者 国 に 対 する 各 技術 の 利 用 可 能 性 、 排 出 量 削 減 に 向 けた 国 家 公 約 、 資 金 の 可 能 性 、 国 民 の 受 容 、インフラ 変 更 の 可能 性 、 環 境 に 対 する 悪 影 響 等 。この 種 の 側 面 の 多 くは 相 対 的 ( 例 :このオプションはどのように 他 の 緩 和 オプションと 比 較 されるか) 及 び 絶 対 的 ( 費 用 はどのくらいか)な 両 面 から 考 慮 されねばならず、そのいくつかは 技術 の 進 歩 につれて 時 間 とともに 変 化 する。IPCC(2001a)は、エネルギー 効 率 の 改 善 により、30USドル/tCO 2 (100USドル/tC) 以 下 の 費 用で 既 存 の 技 術 を 使 用 し、 地 球 規 模 のCO 2 排 出 量 を2000 年 レベルから30% 削 減 できる 可 能 性 があることを 示 した。この 削 減 の 半 分 はゼロ 及 び 負 の 実 質 費 用 9 で 既 存 技 術 を 利 用 して 達 成 可 能 である。 再生 可 能 エネルギー 源 をより 広 く 使 用 することでもかなりの 可 能 性 があることがわかった。 森 林 による 炭 素 隔 離 は 短 期 の 有 効 な 緩 和 オプションとして 考 えられ(IPCC, 2000b)、0.8USドルから1.1USドル/tCO 2 (3USドルから4USドル/tC)の 値 段 で 商 業 的 注 目 を 集 めた。 多 くの 植 林 プロジェクトに9 エネルギー 節 約 の 値 が、 規 定 の 期 間 内 に 適 切 な 公 定 歩 合 を 用 いた 技 術 資 金 および 操 業 費 用 を 上 回 るということを 意 味 する。- 14 -

おいて 引 用 された 緩 和 費 用 は、 発 電 オプションとは 異 なる 基 準 に 基 づき 提 示 されているため、 植林 の 方 がより 好 事 例 に 映 る(Freund and Davison 2002)。それにもかかわらず、 上 記 事 項 を 考 え 合わせても 現 状 のプロジェクト 費 用 は 低 くなっている。異 なる 緩 和 オプションを 比 較 する 際 には、 費 用 だけでなく 排 出 削 減 の 潜 在 能 力 を 考 えることが重 要 である。 限 界 削 減 費 用 曲 線 (MACs)を 使 用 して 緩 和 の 潜 在 能 力 を 示 すと 便 利 である。この 方法 はすべての 緩 和 オプションに 適 用 可 能 ではないが、 現 在 開 発 中 である( 例 えばIEA GHG, 2000b参 照 )。 緩 和 オプション 比 較 の 他 の 側 面 については、 本 章 後 半 及 び 第 8 章 で 論 じる。1.4 CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 特 徴CO 2 回 収 ・ 貯 留 が 緩 和 オプションとしてどのように 使 用 可 能 かを 理 解 するために、 主 要 技 術 の特 性 をここで 簡 単 に 紹 介 する。1.4.1 CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 概 念 とその 開 発 の 概 要CO 2 炭 素 の 回 収 は 一 般 的 にガスからCO 2 を 分 離 することに 関 与 する。 化 学 溶 媒 を 用 いてガスを 洗浄 することに 関 する 技 術 (Siddique, 1990)は60 年 前 に、 都 市 ガス 製 造 と 関 連 して 開 発 された。 結果 的 にこの 方 法 は、 飲 み 物 やにがりの 炭 酸 化 や 原 油 増 進 回 収 のために 石 炭 及 びガスを 燃 焼 する 工場 の 排 煙 ガスからCO 2 を 回 収 する 等 、 関 連 する 目 的 のために 採 用 された。これらの 開 発 には 排 煙ガスによる 溶 媒 の 酸 化 を 防 ぐためのプロセスの 改 善 が 必 要 であった。 他 の 種 類 の 溶 媒 や 他 の 分 離方 法 は 最 近 になって 開 発 された。この 技 術 は 天 然 ガスからCO 2 及 び 他 の 酸 性 ガスを 分 離 するために、 今 日 では 広 く 使 用 されている 10 。Horn and Steinberg (1982) 及 びHendriks et al.(1989)は、この 種 の 技 術 を 当 初 から 発 電 に 注 目して 気 候 変 動 の 緩 和 に 適 用 することを 論 じた 最 初 の 文 献 である。CO 2 除 去 はすでに 化 石 燃 料 からの 水 素 生 成 において 使 用 されている。Audus et al.(1996)は 本 プロセスの 回 収 ・ 貯 留 を 気 候 の 保護 手 段 として 適 用 することを 論 じた。CO 2 を 貯 留 候 補 地 まで 輸 送 するために、CO 2 を 圧 縮 して 量 を 減 らす「 高 密 度 相 」では、CO 2 は 標準 状 態 で 気 体 時 の 容 量 の0.2% 程 度 となる(CO 2 の 性 質 に 関 する 詳 しい 情 報 については 付 属 資 料 1 参照 )。 毎 年 数 百 万 トンのCO 2 が、 今 日 ではパイプライン(Skovholt, 1993)、 船 やタンクローリーによって 輸 送 されている。基 本 的 に、CO 2 貯 留 には 多 くの 使 用 可 能 なオプションがある。この 概 念 の 最 初 の 提 案 (Marchetti,1977)は、CO 2 を 海 洋 に 注 入 して 深 海 に 運 び、 当 時 の 考 えでは 数 百 年 もの 間 そこに 留 まることを予 想 した。 大 気 の 温 室 効 果 ガスの 負 荷 に 対 し 顕 著 な 差 異 をもたらすためには、この 方 法 で 貯 留 されるべきCO 2 量 は、 大 気 中 に 現 在 放 出 されているCO 2 量 、つまり 毎 年 排 出 される 十 億 トン 単 位 のCO 2と 比 較 して 膨 大 でなければならないことになる。このような 大 量 の 収 容 能 力 を 持 つ 唯 一 の 貯 留 サイト 候 補 は、 地 層 (ヨーロッパ 地 層 の 容 量 はHolloway et al., 1996によって 最 初 に 調 査 された)や 深10施 設 の 総 数 は 不 明 であるが、おそらく 数 千 であると 思 われる。Kohl and Nielsen(1997)は 334 の 施 設 が 物 理 的溶 媒 洗 浄 を 行 っていると 述 べている。この 文 献 は 化 学 的 溶 媒 工 場 の 総 数 を 述 べていないが、294 のアミン 洗 浄 工場 を 検 証 したある 調 査 には 言 及 している。また、 現 在 使 用 されている 多 くの 細 胞 膜 ユニットやその 他 の 酸 性 ガス処 理 方 法 もある。- 15 -

海 (Cole et al., 1993) 等 の 天 然 貯 留 層 である。その 他 の 貯 留 オプションについても、 以 下 に 述 べるとおり 提 案 されている。CO 2 の 地 中 への 注 入 には、 石 油 及 びガス 工 業 が 炭 化 水 素 の 採 掘 と 精 製 のため、 及 び 廃 棄 物 を 地中 に 注 入 するためにアメリカで 用 いられてきた 技 術 と 類 似 した 技 術 を 用 いることになる。 地 層 中に 井 戸 を 掘 削 し、1970 年 以 来 現 有 増 進 回 収 のためにCO 2 を 注 入 してきた 方 法 11 と 同 じ 方 法 でCO 2 を注 入 する(Blunt et al., 1993; Stevens and Gale, 2000)。 炭 化 水 素 の 生 産 向 上 につながり、 費 用 相 殺に 寄 与 した 事 例 もある。このアイデアを 拡 大 して、 海 底 地 層 への 注 入 (Koide et al., 1992)や 採 掘不 能 な 石 炭 層 への 注 入 (Gunter et al., 1997)も 考 えられている。 後 者 の 事 例 では、このような 注 入はメタンの 移 動 を 引 き 起 こし、 燃 料 として 使 用 可 能 となることもある。 世 界 初 の 商 業 的 規 模 のCO 2貯 留 施 設 は1996 年 に 創 業 を 開 始 し、 北 海 の 深 海 の 海 底 地 層 を 使 用 している(Korbol and Kaddour,1995; Baklid et al., 1996)。貯 留 サイト 管 理 及 び 達 成 したCO 2 排 出 削 減 の 範 囲 検 証 という2つの 目 的 のために、モニタリングが 必 要 となる。 地 震 探 査 等 の 技 術 が 石 油 及 びガス 業 界 によって 開 発 されてきたが、 地 中 のCO 2観 察 にも 適 した 方 法 であることがわかっており(Gale et al., 2001)、 上 記 貯 留 層 に 貯 留 されているCO 2 を 監 視 する 基 礎 となりうる。CO 2 高 密 度 相 を 貯 留 するために 他 の 方 法 も 多 く 提 案 されてきた。 例 えば、 化 学 物 質 や 他 の 製 品を 作 るためにCO 2 を 使 用 すること(Aresta, 1987)、 固 体 で 貯 留 するために 鉱 物 炭 酸 塩 にCO 2 を 固 定すること(Seifritz, 1990; Dunsmore, 1992)、 固 体 CO(「ドライアイス」)として 2 貯 留 すること(Seifritz,1992)、CO 2 ハイドレートとして 貯 留 すること(Uchida et al., 1995)、 及 び 固 体 炭 素 として 保 管 する 方 法 (Steinberg, 1996) 等 である。バイオ 燃 料 に 変 換 できる 製 品 を 作 るために、 微 細 藻 類 を 使 用して 排 煙 ガスからCO 2 を 回 収 する 方 法 も 提 案 されている。緩 和 オプションとしてのCO 2 回 収 ・ 貯 留 の 潜 在 的 役 割 は、 統 合 エネルギー・システム・モデル(Yamaji(1997)による 初 期 の 研 究 の 後 に 多 くの 研 究 がなされている)を 使 用 して 検 証 されなければならない。ライフサイクル 分 析 を 通 じた 技 術 の 環 境 影 響 の 評 価 は、Audus and Freund(1997)やその 後 さらに 掘 り 下 げて 検 証 したほかの 研 究 により 報 告 されている。従 って、CO 2 回 収 ・ 貯 留 は、 気 候 変 動 の 緩 和 という 新 たな 目 的 に 適 用 される 既 知 の 技 術 の 組 み合 せに 基 づいている。 本 技 術 が 排 出 を 大 きく 削 減 できる 経 済 的 潜 在 能 力 は、Edmond et al.(2001)により 検 証 されており、 第 8 章 でより 詳 しく 論 じる。 更 なる 技 術 改 善 の 範 囲 と 新 たなアイデア 開 発の 範 囲 は 以 下 の 章 で 検 証 し、それぞれシステムの 具 体 的 内 容 について 焦 点 をあてる。1.4.2 CO 2 回 収 システム図 1.3では、CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 発 電 で 用 いるように 設 定 しうる 方 法 を 示 している。 従 来 通 りの 石油 燃 料 燃 焼 発 電 所 を 概 略 を 図 1.3aに 示 した。ここでは、 燃 料 ( 例 えば 天 然 ガス)や 酸 化 剤 ( 一 般 的に 空 気 )を 共 に 燃 焼 システムに 入 れる。 上 記 からの 熱 が、 電 力 を 生 産 するタービン/ 発 電 機 を 駆 動するために 使 用 される。 排 気 ガスは 大 気 中 に 放 出 される。11例 えば、2002 年 には Canada で 40 のガス・プロセス 工 場 があり、 生 産 した 天 然 ガスから 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )と 硫化 水 素 (H 2 S)を 分 離 し 地 層 貯 留 層 に 注 入 していた(5.2.4 章 参 照 )。また 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )が 地 中 に 注 入 されていた 原 油 増 産 回 収 プロジェクトは 76 あった(Stevens and Gale, 2000)。- 16 -

図 1.3. a) 化 石 燃 料 に 基 づく 発 電 の 概 略 図 ; b) 燃 焼 後 回 収 の 概 略 図 ;c) 燃 料 前 回 収 の 概 略 図 ; d)オキシ 燃 料 燃 焼 の 概 略 図図 1.3bは、 排 煙 ガスから、つまり 燃 焼 後 にCO 2 を 回 収 するよう 改 良 された 工 場 を 示 す。 一 度 回 収されたCO 2 は 貯 留 サイトへの 輸 送 のため 圧 縮 される。 図 1.3cは 燃 焼 前 にCO 2 を 除 去 する 別 の 改 良 例を 示 す( 燃 焼 前 脱 炭 素 化 )。 図 1.3dは 燃 焼 前 に 窒 素 を 空 気 から 分 離 する 代 替 方 法 、つまり 純 粋 な酸 素 を 酸 化 剤 として 供 給 する 方 法 を 示 す。この 種 のシステムは 一 般 的 にオキシフュエルと 呼 ばれる。このプロセスに 必 要 な 部 分 は、 燃 焼 温 度 を 緩 和 するためにCO 2 及 び 水 を 再 利 用 することである。1.4.3 潜 在 的 用 途 の 範 囲CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 し 今 まで 検 証 してきた 主 な 適 用 方 法 は、 発 電 において 使 用 するものであった。しかし、その 他 の 大 規 模 エネルギー 集 約 型 産 業 ( 例 えば、セメント 工 場 、 石 油 精 製 、アンモニア 製 造 、 鉄 鋼 製 造 )においては、 個 々の 工 場 も 大 量 のCO 2 を 排 出 する 可 能 性 があり、 従 ってこれらの 産 業 もこの 技 術 を 使 用 しうる。 例 えばアンモニアや 水 素 の 製 造 においては、 排 気 ガス(CO 2が 濃 縮 されている)の 性 質 により、 分 離 費 用 はそれほど 高 額 ではなくなるといった 事 例 もある。従 ってこの 技 術 の 適 用 が 想 定 される 主 な 産 業 は、 大 量 のCO 2 を 生 産 する 大 規 模 な 中 央 集 約 型 施設 である。しかし 表 1.1に 示 したように、 排 出 量 のおよそ38%が、 建 物 や 特 に 車 両 等 の 分 散 排 出 源から 発 生 している。 少 量 のCO 2 輸 送 の 困 難 さと 費 用 だけでなく、 回 収 プロセスに 関 連 する 経 済 規模 のため、 分 散 排 出 源 は 一 般 的 にCO 2 回 収 の 直 接 的 な 適 用 には 適 さないと 考 えられている。 代 替手 法 としては、 分 散 排 出 源 からの 排 出 を 実 質 CO 2 排 出 量 ゼロのエネルギーキャリア、 例 えばバイオ 燃 料 、 電 力 、 水 素 を 用 いて 削 減 することが 挙 げられる(Johansson et al., 1993)。 化 石 燃 料 から発 生 する 電 力 及 び 水 素 12 はCO 2 回 収 と 共 に 生 産 可 能 であり、これにより 生 産 拠 点 でのCO 2 排 出 のほとんどが 避 けられる(Audus et al., 1996)。 様 々な 適 用 の 費 用 、 適 用 性 及 び 環 境 的 な 側 面 は、 本 報12今 日 では、 水 素 は 石 油 精 製 や 他 の 工 業 プロセスにおいて 化 石 燃 料 から 製 造 される。- 17 -

告 書 で 以 下 に 検 討 する。1.4.4 工 場 の 規 模関 連 する 工 場 の 規 模 は、 発 電 出 力 500MW e の 石 炭 火 力 発 電 所 を 想 定 すると 良 い。この 発 電 所 は 大気 中 に 年 間 およそ2.9MtCO 2 ( 年 間 0.8MtC)を 排 出 する。CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 行 うプラントと 比 較 すると、 同 量 の 電 力 を 発 電 し、( 燃 焼 後 )85%のCO 2 を 回 収 し、 輸 送 用 に 圧 縮 し、 大 気 中 に 年 間 0.6MtCO 2(0.16MtC)を 排 出 することになる。つまり 回 収 しない 場 合 と 比 べると80%も 低 い 値 になる。 後 者のプラントは 貯 留 サイトに 毎 年 3.4MtCO 2 (0.9MtC)を 輸 送 する。 規 模 が 大 きいため、 回 収 と 圧 縮を 行 うプラントが 産 出 するCO 2 量 は 回 収 を 行 わないプラントよりも 多 くなる(この 例 では38% 多い)。これは 回 収 プラント 及 びCO 2 圧 縮 機 にエネルギーが 必 要 となるためである。 回 収 されるCO 2の 割 合 (85%)は、 現 在 の 技 術 を 用 いて 容 易 に 達 成 できるレベルである( 第 3 章 で 検 討 する)。さらに 多 くを 回 収 することは 確 実 に 実 現 可 能 であり、 設 計 は 事 例 ごとに 異 なる。 上 記 の 数 字 はCO 2回 収 プラントの 操 業 規 模 を 示 したものであり、CO 2 回 収 によって 個 々の 発 電 所 や 類 似 施 設 からの排 出 を 大 幅 に 削 減 しうることを 示 している(IEA, GHG, 2000a)。上 記 規 模 のプラントを 想 定 すると、 直 径 300mmから400mmのパイプラインを 設 置 しCO 2 全 量 を何 百 キロも 離 れた 距 離 までさらに 圧 縮 せずに 扱 うことができる。より 長 距 離 を 輸 送 するためには、圧 力 維 持 のために 追 加 圧 縮 が 必 要 となる。より 太 いパイプラインを 使 えば、CO 2 を 複 数 プラントから 低 単 価 の 費 用 で 長 距 離 輸 送 することができる。CO 2 を 例 えば 地 層 への 注 入 等 により 貯 蔵 することは、 毎 年 数 百 万 トンのCO 2 を 扱 う 可 能 性 が 高 いが、 正 確 な 量 は 第 5 章 及 び 第 6 章 で 論 じるとおり 場 所 により 異 なる。1.5 環 境 影 響 と 費 用 の 観 点 に 関 する CCS の 評 価本 セクション 及 び 本 セクション 以 降 の 目 的 は、CCSを 考 慮 する 際 に 決 定 者 の 興 味 を 引 く 可 能 性のあるその 他 の 問 題 をいくつか 紹 介 することである。 更 なる 研 究 や 地 域 情 報 に 影 響 される 問 題 もあるが、これ 以 下 の 章 で 回 答 が 提 示 されている 質 問 もあるだろう。CCSの 用 途 をみると、 考 慮 に当 たって 重 要 となるのは 環 境 及 び 資 源 の 影 響 、 及 びコストが 関 わることである。CCSシステムの全 段 階 を 上 記 の 観 点 から 検 証 することが 可 能 であり、また 本 緩 和 オプション 及 び 他 の 緩 和 オプションに 使 用 可 能 な 体 系 的 な 評 価 プロセスが 必 要 となる。 体 系 的 な 方 法 で 確 立 した 環 境 影 響 分 析 法は、ライフ・サイクル・アナリシス(Life Cycle Analysis; LCA)である。この 方 法 は 国 際 規 格 のISO14040(ISO, 1997)に 盛 り 込 まれている。 最 初 に 必 要 な 段 階 はシステム 境 界 の 確 立 であり、 次にCCSを 持 ったシステムとCCSを 持 たない 基 準 事 例 ( 参 照 システム)とを 比 較 する。 差 異 がCCSの 環 境 影 響 を 意 味 する。 同 様 のアプローチにより、CCSの 資 源 及 び/ 及 びコスト 推 定 の 体 系 的 評 価ができる。1.5.1 システム 境 界 の 確 立一 般 のシステム 境 界 とシステムに 出 入 りする 物 質 のフローを 図 1.4に 示 す。 主 要 なフロー13 は 製品 のフローであり、つまり、( 電 気 や 熱 等 の)エネルギー 製 品 や 水 素 、セメント、 化 学 薬 品 、 燃料 その 他 の 経 済 的 価 値 を 持 つ 製 品 でありうる。CCSの 環 境 及 び 資 源 影 響 を 分 析 するにあたり、 本報 告 書 を 通 して 使 用 した 表 記 法 は 全 てのシステムへの 入 力 と 出 力 を( 電 力 等 の) 製 品 のユニット13 ライフ・サイクル・アナリシスでは「 基 本 フロー(elementary flow)」と 呼 ばれる。- 18 -

量 で 平 均 することである。 後 に 述 べるが、この 概 念 は 本 オプションの 効 率 性 を 確 立 するための 基本 となる。 図 1.4の 事 例 では、 生 産 されるCO 2 の 総 量 がCCS 工 場 の 追 加 装 置 や 操 業 によって 増 加 する。 反 対 に、 回 収 されたCO 2 量 等 の 単 純 なパラメータは 誤 解 を 招 く 恐 れがある。図 1.4 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )を 排 出 する 工 場 及 びプロセス( 発 電 所 、 水 素 製 造 工 場 及 びその 他 工 業 プロセス 等 )のシステム 境 界 。 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CCS)システムの 資 源 及 び 環 境 影 響 は 製 品 1ユニットの 製 造 に 必 要 なシステムのインプット 及 びアウトプット 総 量 の 変 化 によって 測 定 する。プロセスへのインプットは、プロセスのエネルギー 要 件 を 満 たすために 使 用 する 化 石 燃 料 やプロセスが 使 用 する( 水 、 空 気 、 化 学 物 質 及 び 原 料 油 及 びエネルギー 源 として 使 用 されるバイオマス 等 の) 他 の 原 料 等 である。これらは 再 生 可 能 な 資 源 であるかもしれないし、そうでないかもしれない。 環 境 へのアウトプットは 貯 留 されるCO 2 と 排 出 されるCO 2 に 加 えて、 大 気 ・ 水 ・ 土 壌 に 放 出される 他 のガス 状 、 液 体 及 び 固 体 の 排 出 物 を 含 む。CO 2 だけではなく 他 の 排 出 物 における 変 化 も重 要 である。CCSに 比 較 的 特 有 と 言 える 他 の 側 面 としては、 大 気 からCO 2 を 隔 離 する 能 力 や、 予 想不 能 な 影 響 ( 例 えば 気 候 変 動 の 結 果 )の 可 能 性 があるが、これらはライフ・サイクル・アナリシス(LCA)では 定 量 化 されない。本 手 順 を 使 用 することにより、 様 々なCCSオプションを 確 実 に 比 較 することができる。CCSを備 えた 発 電 所 と、 発 電 からCO 2 排 出 を 削 減 する 他 の 方 法 ( 例 えば 再 生 可 能 エネルギーの 使 用 )を比 較 するには、 広 範 なシステム 境 界 を 考 慮 する 必 要 がある。1.5.2 環 境 及 び 資 源 に 対 する 影 響 評 価 への 適 用CO 2 回 収 、 輸 送 及 び 貯 留 システムの3つの 主 要 部 分 を、CCSを 備 えた 発 電 所 全 体 のシステム 境 界内 のサブシステムとして 図 1.5に 示 す。CCS 装 置 を 稼 働 させるための 追 加 要 件 の 結 果 として、 製 品 1単 位 ( 例 えば1MWhの 電 力 )を 生 産 するために 必 要 となる 燃 料 及 びその 他 の 原 料 の 投 入 量 は、CCS装 置 を 持 たない 基 本 事 例 よりも 高 くなったり、 排 出 量 が 増 加 するものや 削 減 されるものがある。図 1.5に 例 示 したCCSサブシステムの 具 体 的 詳 細 は、CCSのエネルギー 要 件 、 資 源 要 件 及 び 排 出 量の 定 量 化 とあわせて、 第 3~7 章 で 述 べる。- 19 -

図 1.5 二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 回 収 ・ 貯 留 を 備 えた 発 電 所 の 事 例 を 表 した 図 1.4の 境 界 内 のシステム・コンポーネント。 実 線 は 主 要 なフローを 表 し、 点 線 はエネルギーフローを 表 す。 各 フローの 大 きさは 各 サブシステムのタイプ 及 び 設 計 によって 異 なり、いずれかの 事 例 においていくつかのフローのみが 現 れるか 及 び 顕 著 になる 場 合 もある。 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CCS)を 備 えた 工 場 と、 類 似 製 品 を 備 えた 他システム、 例 えば 再 生 可 能 燃 料 ベースの 発 電 所 とを 比 較 するためには、 広 範 なシステム 境 界 を 使 用 する 必 要 がある。1.5.3 コスト 評 価 への 適 用CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 費 用 は 一 般 的 に3つの 異 なる 構 成 部 分 から 構 築 される。 回 収 費 用 ( 圧 縮 を 含 む)、輸 送 費 用 及 び 貯 留 費 用 (モニタリング 費 用 と、 必 要 な 場 合 は 放 出 時 の 修 復 費 用 )である。( 適 用できる 場 合 には) 原 油 増 進 回 収 (EOR)からの 収 入 があれば 費 用 を 部 分 的 に 相 殺 できる。 排 出 量取 引 システムのクレジット、 及 び 炭 素 税 が 導 入 された 場 合 に 炭 素 税 を 避 けることによっても 費 用を 部 分 的 に 相 殺 できる。 各 構 成 部 分 の 費 用 は 第 3 章 ~ 第 7 章 で 述 べる。システム 全 体 の 費 用 及 び 代替 オプションの 費 用 は 第 8 章 で 検 討 する。 開 発 及 び 商 業 化 の 様 々な 段 階 にある 技 術 の 費 用 見 積 の 信頼 性 のレベルについても8 章 で 扱 う。費 用 のデータを 表 すには、 様 々な 方 法 がある(Freund and Davison, 2002)。ひとつは 削 減 することができたtCO 2 あたりの 費 用 をUSドル 単 位 で 表 す 方 法 であり、CO 2 回 収 から 生 じる 新 たなエネルギー(と 排 出 )を 考 慮 に 入 れるという 点 が 重 要 である。この 方 法 は、CO 2 を 回 収 する 特 定 の 工 場の 完 全 な 影 響 、 特 にエネルギー 使 用 の 増 加 を 理 解 するには 非 常 に 重 要 な 方 法 である。しかし 緩 和オプションを 比 較 する 方 法 としては、 比 較 のために 選 択 した 基 本 ケース(つまり、 何 を 回 避 したか)に 答 えが 依 存 するため、 誤 解 を 招 く 可 能 性 がある。 従 って、エネルギー 及 びサービスを 提 供する 他 の 方 法 と 比 較 するためには、 回 収 するシステムの 費 用 と 回 収 しないシステムの 費 用 は、 発電 出 力 当 たりのCO 2 排 出 量 ( 例 えば、tCO 2 /MWh)と 関 連 した、 例 えばUS$/MWh 等 の 単 位 を 用 いて 表 すのが 最 善 である。この 方 法 で、 使 用 者 は 目 的 に 最 も 適 した 基 本 ケースを 選 ぶことができる。以 上 が 本 報 告 書 で 使 用 するアプローチであり、 前 記 の 環 境 影 響 処 理 と 一 貫 している。- 20 -

USドル/tCO 2 単 位 で 緩 和 費 用 を 表 すことは、( 国 内 電 気 システム 等 の) 工 場 の 集 団 に 対 する 緩 和オプションを 考 慮 する 際 にも 使 用 されるアプローチである。このアプローチは 一 般 的 に 施 策 関 連目 的 の 統 合 評 価 モデル 作 成 に 使 用 される( 第 8 章 参 照 )。この 方 法 で 計 算 された 費 用 は、 基 本 ケースが 異 なることから、 上 記 の 特 定 設 計 の 個 々の 発 電 所 に 対 し 削 減 されたCO 2 費 用 と 比 較 すべきではない。しかし、「 削 減 された」という 用 語 が 両 事 例 で 用 いられることから、 明 確 な 区 別 をつけていないと 誤 解 が 生 じる 可 能 性 がある。1.5.4 その 他 の 費 用 及 び 環 境 影 響 問 題具 体 的 なプロジェクトについて 発 表 されている 研 究 のほとんどが、 特 定 のCO 2 源 及 び 特 定 の 貯留 層 に 注 目 している。これらの 研 究 は 必 然 的 に 特 定 の 種 類 の 工 場 の 費 用 に 基 づくことになり、 関係 するCO 2 量 は 一 般 的 に 年 間 数 百 万 トンにとどまる。この 種 の 最 初 のプロジェクトとしてこの 量は 現 実 的 ではあるが、 本 技 術 が 気 候 変 動 緩 和 のために 幅 広 く 使 用 され、その 結 果 大 量 のCO 2 の 回収 、 輸 送 及 び 貯 留 を 行 う 場 合 に 予 想 される 潜 在 的 な 経 済 規 模 を 反 映 していない。この 大 量 使 用 の結 果 、そのスケールメリット 及 びCCSシステムのほとんどの 段 階 で 製 造 及 び 操 業 の 経 験 を 積 んだこと 両 方 の 結 果 として、 費 用 削 減 が 期 待 できる。この 過 程 は 数 十 年 の 期 間 をかけて 行 われるはずである。このような「 学 習 」 効 果 はエネルギー 技 術 を 含 め、 多 くの 技 術 で 見 られているが、 歴 史的 に 見 てこの 改 善 や 費 用 削 減 のスピードはきわめて 変 動 が 大 きく、いかなる 特 定 の 技 術 に 対 しても 正 確 に 予 測 することは 困 難 である(McDonald and Schrattenholzer, 2001)。巨 大 工 場 の 建 設 は 環 境 影 響 に 関 連 する 問 題 を 生 ずることから、 多 くの 国 では、 影 響 の 分 析 がこのようなプロジェクト 承 認 前 に 必 要 とされている。 稼 動 許 可 を 得 る 必 要 がある 国 もあるだろう。第 3 章 ~ 第 7 章 では、CO 2 回 収 、 輸 送 及 び 貯 留 に 関 連 する 環 境 問 題 と 影 響 をより 詳 しく 論 じる。 発電 所 の 場 合 、その 影 響 は 使 用 する 回 収 システムの 種 類 と 必 要 となる 余 分 なエネルギーに 大 きく 左右 され、 後 者 は 燃 料 と 化 学 薬 品 の 使 用 量 を 増 加 させ、1メガワット 時 の 発 電 に 伴 う 排 出 も 増 加 させる。CO 2 パイプラインの 建 設 と 操 業 は、より 一 般 的 である 天 然 ガス・パイプラインと 同 様 の 影 響 をもたらす。CO 2 の 大 規 模 な 輸 送 と 貯 留 は、 大 量 のCO 2 が 漏 れた 場 合 に 潜 在 的 な 危 険 となりうる( 付属 1 参 照 )。様 々な 貯 留 オプションが、 監 視 及 び 責 任 の 観 点 からそれぞれ 様 々な 義 務 を 持 つこととなる。CO 2のフローの 監 視 は、プロセス 制 御 の 理 由 からシステムの 全 ての 部 分 で 行 われる。 貯 留 が 安 全 かつ確 実 であることを 確 認 するためにシステムを 監 視 し、 国 内 資 材 のデータを 供 給 し、CO 2 排 出 量 取引 の 基 盤 を 提 供 することも 必 要 となる。モニタリング 戦 略 の 開 発 にあたって 重 大 な 問 題 は、 特 に 規 則 遵 守 や 検 証 の 理 由 で、モニタリングをどの 程 度 の 期 間 継 続 するべきかということである。 明 らかに、モニタリングは 注 入 段 階 を 通して 必 要 であるが、 注 入 完 了 後 のモニタリングの 頻 度 と 範 囲 も 決 定 する 必 要 があり、 長 期 の 監 視に 責 任 を 負 う 組 織 も 特 定 されねばならない。さらに、 例 えば 原 油 増 進 回 収 においてCO 2 を 使 用 する 場 合 には、 貯 留 されている 実 質 CO 2 量 を 確 定 する 必 要 がある。IPCCがすでに 開 発 した 国 別 排 出インベントリに 関 するガイドラインがこの 新 たな 緩 和 オプションに 適 応 されるべき 範 囲 については、 第 9 章 で 論 じる。リスクの 性 質 を 理 解 するためには、CO 2 のゆっくりとした 漏 出 と、システムのある 部 分 の 急 な故 障 による 潜 在 的 に 危 険 な、 大 規 模 な 予 期 せぬ 放 出 とを 区 別 することが 役 に 立 つ(ある 環 境 にお- 21 -

けるCO 2 の 危 険 性 に 関 する 情 報 については 付 属 1 参 照 )。CO 2 は 簡 単 に 乱 気 流 に 分 散 するが、 地 中の 貯 留 からの 漏 出 は、 放 出 量 と 影 響 を 受 ける 地 域 の 規 模 によって、 地 域 の 生 態 系 に 顕 著 な 影 響 を与 えることとなる。 海 中 では、 海 流 が 海 水 に 溶 解 したCO 2 を 迅 速 に 分 散 する。 貯 留 層 から 漏 出 したCO 2 は 浅 瀬 の 帯 水 層 や 海 水 面 を 遮 断 しうる。もしそれらが 飲 料 水 源 だとすると、 人 間 活 動 に 直接 的 な 影 響 がおこりうる。 地 中 貯 留 層 からのCO 2 漏 洩 から 発 生 しうる、 潜 在 的 な 地 域 生 態 系 への損 害 に 関 する 不 確 実 性 は 大 きい。 少 量 の 漏 洩 では 検 出 可 能 な 影 響 は 起 こさないかもしれないが、天 然 のCO 2 貯 留 層 からの 大 量 の 放 出 は 無 視 できない 損 害 を 与 える 可 能 性 がある(Sorey et al., 1996)。しかし、 目 的 をもった 貯 留 から 放 出 された 蓄 積 量 が 顕 著 であった 場 合 、 気 候 に 対 する 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 がある。このような 事 例 では、 国 別 インベントリを 考 慮 に 入 れる 必 要 がある( 第 9 章 で 検討 する)。 地 層 中 の 貯 留 層 から 起 こりうる 漏 出 のレベルは 現 在 行 われている 研 究 の 課 題 である( 第5 章 で 述 べる)。このような 環 境 に 対 する 考 慮 が 法 的 障 壁 の 基 盤 を 形 成 する( 第 5 章 と 第 6 章 で 述 べる)。CCSの 環 境 影 響 は、 他 のエネルギー・システムと 同 様 に 外 部 コストで 表 示 される(IPCC, 2001d)が、このアプローチをCCSに 適 用 することはほとんど 行 われていないため、 本 報 告 書 では 取 り 扱わない。 本 アプローチをCCSに 適 用 した 結 果 については、Audus and Freund(1997)に 記 載 されている。1.6 エネルギー 供 給 及 び CO 2 貯 留 に 関 する CCS の 評 価CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 目 的 が 言 及 される 際 に 最 初 に 発 生 する 問 題 は、 以 下 のとおりである。 CCSを 価 値 あるものにするための 十 分 な 化 石 燃 料 があるのか。 CO 2 はどのくらいの 期 間 貯 留 され 続 けるのか。 十 分 な 貯 留 能 力 があるのか、 及 びどの 程 度 広 範 に 適 用 できるのか。上 記 の 質 問 は 気 候 変 動 を 緩 和 するためにCO 2 を 大 気 中 から 隔 離 することが 必 要 な 最 低 期 間 と 密接 に 関 連 し、 従 って、4つめの 全 体 的 な 質 問 、 即 ち「CO 2 はどのくらい 長 く 貯 留 することが 必 要 なのか」につながる。 本 セクションでは 上 記 の 質 問 に 回 答 するために 使 用 可 能 なアプローチを 提 案し、 最 後 に 化 石 燃 料 及 び 他 のシナリオに 関 連 する 広 範 な 討 論 を 行 う。1.6.1 化 石 燃 料 の 可 用 性化 石 燃 料 は 全 世 界 的 に 取 引 されている 商 品 であり、 全 ての 国 が 入 手 可 能 である。21 世 紀 全 般 を通 じて 使 用 されうるが、 各 種 燃 料 の 均 衡 は 変 動 する 可 能 性 がある。CO 2 回 収 ・ 貯 留 によって、 温室 効 果 ガス 排 出 に 厳 しい 規 制 がある 中 でも、 国 々が 望 めば 化 石 燃 料 を 各 国 のエネルギーミックスに 含 め 続 けることも 可 能 である。化 石 燃 料 がCO 2 回 収 ・ 貯 留 の 開 発 及 び 大 規 模 な 配 置 を 正 当 化 できるほど 長 く 存 続 するかは、 多くの 要 因 に 影 響 される。その 要 因 とは、 化 石 燃 料 の 枯 渇 率 、 使 用 費 用 、 化 石 燃 料 の 種 類 及 び 埋 蔵量 の 構 成 である。1.6.1.1 枯 渇 率 及 び 使 用 費 用既 知 の 石 炭 、 石 油 及 び 天 然 ガスの 埋 蔵 量 は 有 限 であり、これらの 一 次 燃 料 の 消 費 は 将 来 いずれかの 時 点 でピークを 迎 えた 後 、 減 少 していくと 予 想 される(IPCC, 2001a)。しかし 化 石 燃 料 使 用- 22 -

の 減 少 速 度 の 予 測 は、 多 くの 様 々な 要 因 が 関 与 しているため 大 変 困 難 である。 化 石 燃 料 と 競 合 するであろう 代 替 エネルギー 源 が 開 発 中 であり、それによっては 埋 蔵 量 の 寿 命 が 延 長 することとなる。 化 石 燃 料 をより 困 難 な 場 所 から 産 出 することは、 供 給 費 用 の 増 加 だけでなく、 大 量 のプロセスを 必 要 とする 原 料 油 の 使 用 も 増 加 する。 費 用 が 結 果 として 増 加 すると、 需 要 が 低 減 する 傾 向 がみられる。 排 出 規 制 もまた、 上 限 設 定 あるいは 税 金 のいずれによっても、 化 石 燃 料 の 利 用 費 用 を増 加 し、CCS 導 入 費 用 も 増 加 する。 同 時 に、 技 術 の 進 歩 により 上 記 燃 料 を 使 用 する 費 用 が 削 減 される。 最 後 の1つ 以 外 の 全 要 因 は、CCS 導 入 が 化 石 燃 料 の 需 要 を 押 し 上 げる 傾 向 があるとはいえ、化 石 燃 料 埋 蔵 量 の 寿 命 を 延 長 する 効 果 を 持 つ。1.6.1.2 化 石 燃 料 埋 蔵 量 及 び 資 源既 知 の 埋 蔵 量 に 加 え、 技 術 の 進 歩 により、また 社 会 が 進 んで 投 資 することで、 将 来 商 業 燃 料 に転 換 しうる 顕 著 な 資 源 が 存 在 する。さらに、 非 在 来 的 な 石 油 ( 例 えば、 重 油 、オイルサンド)やガス( 例 えば、シェールガスやメタンハイドレート)が 大 量 にあると 考 えられている。 第 三 次 評価 報 告 書 (Third Assessment Report)におけるこれら 燃 料 の 量 (IPCC, 2001a)は、 既 知 の 石 油 及 び天 然 ガス 資 源 を 完 全 に 採 掘 することと 非 在 来 的 資 源 の 利 用 により、CO 2 の 大 気 中 濃 度 が750ppmv以 上 にまで 上 昇 することを 示 している。さらに、 石 炭 資 源 は 石 油 及 びガス 資 源 よりさらに 大 規 模である。 石 炭 全 ての 消 費 は、 世 界 経 済 に1850 年 以 来 放 出 してきたCO 2 の5 倍 の 量 (5,200GtCO 2 及 び1,500GtC)を 排 出 させるだろう(IPCC, 2001aの 第 3 章 参 照 )。CCSを 用 いずに 排 出 の 大 幅 削 減 を 達成 するシナリオ(Berk et al., 2001)は、2100 年 までに450ppmvで 安 定 するためには、 化 石 燃 料 からどの 程 度 移 行 する 必 要 があるかを 示 している。 従 って、 今 後 数 十 年 間 にわたって 継 続 使 用 が 可 能な 十 分 な 量 の 化 石 燃 料 が 存 在 するのである。この 事 実 は 化 石 燃 料 が 利 用 可 能 なことによってCO 2回 収 ・ 貯 留 の 潜 在 的 可 能 性 が 制 限 されないことを 意 味 している。CCSは、 化 石 燃 料 の 継 続 使 用 による 環 境 影 響 を 軽 減 する 方 法 を 提 供 するのである。1.6.2 十 分 な 貯 留 容 量 があるか550ppmvでの 安 定 化 を 達 成 するために、 第 三 次 評 価 報 告 書 (Third Assessment Report)(IPCC, 2001e)では、2100 年 までに 緩 和 策 を 何 もとらないシナリオに 比 較 して、 排 出 量 は 毎 年 38GtCO 2 ( 毎 年 10GtC)14 にする 必 要 があることが 示 されている。CO 2 回 収 ・ 貯 留 が 排 出 削 減 に 大 きく 寄 与 するならば、 数百 ~ 数 千 の 工 場 を 建 設 する 必 要 があり、それぞれが 毎 年 1から5MtCO 2 ( 毎 年 0.27-1.4MtC)を 回 収する。この 数 字 は、 電 力 会 社 や 他 の 製 造 業 が 建 築 し 操 業 する 工 場 の 数 と 一 致 する。初 期 における 既 知 の 貯 留 層 の 容 量 推 定 (IEA GHG, 2001; IPCC, 2001a)は、 上 記 工 場 が 貯 留 のために 生 産 するであろうCO 2 の 量 に 匹 敵 するものである。より 最 近 の 推 定 は 第 5 章 及 び 第 6 章 で 述 べるが、 貯 留 容 量 推 定 の 方 法 による 差 異 はこの 推 定 の 不 確 実 性 を 示 している。この 問 題 については後 半 の 章 で 述 べる。 天 然 貯 留 層 以 外 での 貯 留 、 例 えば 人 工 的 貯 留 やCO 2 を 別 の 形 態 に 変 えること(Freund, 2001)は、 低 費 用 での 排 出 削 減 としては 一 般 的 に 同 規 模 の 容 量 を 提 供 しない(Audus andOonk, 1997)。 第 7 章 ではこれについていくつかの 側 面 に 注 目 する。この 貯 留 層 が、CO 2 源 から 適 切 なコスト 競 争 力 のある 距 離 にあるかどうかが、 本 緩 和 オプションの 使 用 可 能 性 を 決 定 することとなる。14 この 数 字 は 6 つの SRES マーカー・シナリオの 数 字 を 平 均 することによって 計 算 された 暗 示 的 値 である。この 値は 気 候 モデルで 使 用 したシナリオやパラメータ 値 によって 大 きく 変 動 する。- 23 -

1.6.3 CO 2 はどの 程 度 の 期 間 貯 留 するのかこの 質 問 は 単 純 に 見 えるが、 放 出 の 仕 組 みと 率 がオプションにより 大 きく 異 なることから、 実際 は 回 答 するには 驚 くほど 複 雑 な 問 題 である。 本 報 告 書 では「 保 有 割 合 」という 用 語 を 使 用 してどのくらいの 量 のCO 2 がどのくらい 長 く 貯 留 され 続 けるかを 示 す。 本 用 語 は 下 記 のように 規 定 される。 「 保 有 割 合 」とは、 注 入 したCO 2 の 蓄 積 量 のうち、 特 定 の 期 間 、 例 えば100 年 及 び100 万 年 にわたって、 貯 留 層 に 保 有 される 割 合 である。第 5 章 、 第 6 章 、 第 7 章 では 貯 留 の 具 体 的 種 類 に 関 する 情 報 を 提 供 する。Annex Iの 表 AI.6は 貯 留 したCO 2 のリーケージと 保 有 割 合 との 関 係 を 示 す。 上 記 の 定 義 は 貯 留 層 に 保 有 されたCO 2 が 時 間 の 経過 とともにどのように 推 移 するかを 判 断 するものではない。もしCO 2 の 損 失 があったとしても、その 率 は 一 定 ではない 可 能 性 がある。CO 2 回 収 プロセスと 大 気 中 の 濃 度 との 関 係 は、 貯 留 されたCO 2 貯 蔵 量 と 貯 留 層 間 のフローを 考 慮すれば 理 解 できる。 図 1.6は、 天 然 及 び 潜 在 的 人 工 貯 留 層 における 主 要 貯 蔵 量 、 及 びそこに 出 入 りするフローの 系 統 図 を 表 す。 化 石 燃 料 を 使 用 する 現 状 のパターンでは、CO 2 は 人 的 起 源 から 直 接的 に 大 気 に 放 出 される。 燃 焼 及 び 工 業 プロセスから 大 気 に 放 出 されるCO 2 量 は、 上 記 の 様 々な 緩和 手 段 の 複 合 により 削 減 することができる。これらのフローは、 図 1.6において 代 替 経 路 として 示されている。図 1.6 CO 2 の 貯 蔵 とフローを 表 す 概 略 図 。CCSのラベルによる 表 示 は、 回 収 されたCO 2 の 各 貯 留 層 への 実 質 フローを 表 す。(このフローは 回 収 及 び 貯 留 プロセスに 関 連 する 排 出 を 除 く。) 各 貯 留 層 からの 放 出 のフローはRのラベルによって 表 示 される。 大 気 中 の 貯 留 はCO 2 が 大 気 に 到 達 する 率 と 除 去 される 率 の 差 異 によって 決 まる。 大 気 中 へのフローは、 緩 和 オプションの 組 み 合 わせ、つまりエネルギー効 率 改 善 や 代 替 化 石 燃 料 の 使 用 等 によって 緩 和 され、 生 物 的 貯 留 の 強 化 や、 地 層 、 海 中 、 化 学 物 質 や鉱 物 においてCCSを 利 用 することによっても 緩 和 される。- 24 -

添 字 のついたCCSで 記 載 されているフローは、CO 2 の 年 間 実 質 トンであり、 本 報 告 書 で 検 討 する3 種 類 の 各 貯 留 層 に 配 置 可 能 である。 回 収 ・ 貯 留 プロセスに 関 連 する 追 加 排 出 量 は 明 示 的 に 表 示 されないが、 大 気 への 追 加 CO 2 排 出 源 として 考 えられる。 貯 留 層 から 大 気 への 潜 在 的 放 出 フローはRで 表 し、 添 字 は 適 切 な 貯 留 層 を 表 す。いくつかの 貯 留 オプションでは、 放 出 フローはこれらの 貯留 層 への 流 入 フローに 比 較 すると 非 常 に 小 さいこともありうる。ある 特 定 の 時 点 での 貯 蔵 量 は 貯 留 層 容 量 とその 貯 留 層 の 過 去 の 追 加 と 放 出 の 経 緯 によって 測 定される。 特 定 の 貯 留 層 の 一 定 期 間 のCO 2 埋 蔵 量 の 変 動 は、 現 在 の 埋 蔵 量 とガスが 追 加 され 放 出 される 相 対 速 度 によって 測 定 される。 海 洋 貯 留 の 場 合 には、 大 気 中 のCO 2 レベルが 放 出 の 実 質 速 度にも 影 響 を 与 える 15 。 入 力 貯 留 率 が 放 出 率 を 上 回 っている 限 りは、CO 2 は 貯 留 層 に 蓄 積 し 一 定 の 量が 大 気 から 貯 留 されることになる。 本 報 告 書 における 分 析 では、 様 々な 貯 留 オプションのタイムフレームが 広 範 な 領 域 を 網 羅 することを 結 論 付 けている。 陸 上 生 物 圏 は、 天 然 及 び 化 石 燃 料 起 源 両 方 のCO 2 を、 地 球 規 模 の 炭 素 循 環 を 通 じて 貯 留 し 放出 する。 本 プロセスの 動 的 性 質 のため、 保 有 区 分 の 単 一 図 を 提 供 することは 難 しい。しかし、平 均 的 ライフタイムはその 範 囲 の 下 限 に 向 かっているものの、 一 般 的 に99%が 何 十 ~ 何 百 年間 貯 蔵 される。 現 在 の 陸 上 生 物 圏 はCO 2 の 実 質 吸 収 源 であるが、いくつかの 現 在 の 生 物 学 的吸 収 源 は 気 温 上 昇 に 伴 い 実 質 排 出 源 となりつつある。 年 間 貯 留 フロー 及 び 総 炭 素 貯 留 容 量 は、森 林 や 土 壌 管 理 方 策 によって 強 化 できる。 陸 上 隔 離 は 本 報 告 書 では 明 示 的 に 考 慮 していないが、IPCC, 2000bで 取 り 扱 っている。 海 洋 はCO 2 の 最 大 量 を 保 有 している。 海 洋 は 天 然 及 び 化 石 燃 料 起 源 のCO 2 を 地 球 規 模 の 炭 素循 環 の 力 学 に 従 い 吸 収 し 放 出 するが、 本 プロセスは 海 洋 化 学 の 変 化 をもたらす。3000mの 深海 での 海 洋 貯 留 の 保 有 割 合 は、500 年 後 でおよそ85%である。しかし、 本 プロセスは 長 期 間 にわたって 十 分 な 規 模 では 実 証 されていない。 浅 海 での 注 入 は 保 有 期 間 の 短 縮 につながる。 第6 章 では 海 洋 貯 留 の 貯 留 容 量 及 び 保 有 割 合 を 論 じる。 地 層 貯 留 においてCO 2 が 保 有 されるであろう 割 合 は、CO 2 が 天 然 の 地 層 貯 留 層 に 何 百 万 年 も存 在 している 天 然 システムを 観 察 することによってイメージを 得 ることができる。 匹 敵 する能 力 を 持 つ 貯 留 層 を 作 成 することは 可 能 であろう。 適 切 に 選 択 及 び 管 理 された 地 層 貯 留 層 の保 有 割 合 は1000 年 以 上 にわたり99%を 越 えると 思 われる。しかしながら、 貯 留 井 封 鎖 や 注 入井 戸 破 損 、 地 震 及 び 火 山 爆 発 、 及 び 貯 留 層 がその 後 の 掘 削 活 動 により 誤 って 傷 つけられることで、 地 層 貯 蔵 地 からの 突 然 のガス 放 出 を 引 き 起 こす 可 能 性 がある。このような 放 出 は 地 域に 重 大 な 影 響 を 与 えかねない。 人 工 の 天 然 ガス 貯 留 施 設 及 び 天 然 CO 2 貯 留 層 での 経 験 は、このような 放 出 が 起 こりうるか 否 かを 理 解 するために 役 立 つ 可 能 性 がある。 様 々な 地 層 貯 留 オプションに 対 する 貯 留 容 量 及 び 保 有 割 合 については、 第 5 章 で 論 じる。 化 学 反 応 による 炭 酸 塩 鉱 物 化 は、 炭 酸 岩 内 できわめて 長 期 間 にわたりほとんど100%の 保 有 割合 を 提 供 する。しかしながら、 本 プロセスは 長 期 間 にわたって 十 分 な 規 模 で 実 証 されておらず、エネルギー・バランスが 良 くないかもしれない。 本 件 については 第 7 章 で 論 じる。 CO 2 を、 他 の、できれば 有 益 な 化 学 物 質 に 転 換 することは、その 反 応 のエネルギー 論 、 生 産される 化 学 物 質 の 量 及 びその 実 質 的 な 寿 命 によって 制 限 されうる。ほとんどの 事 例 ではこの方 法 は 実 質 的 には 非 常 に 少 量 のCO 2 貯 蔵 しかもたらさない。 製 品 によっては、 炭 素 の99%が週 や 月 単 位 の 期 間 で 製 品 中 に 保 有 される。 本 件 は 第 7 章 で 論 じる。15 この 点 に 関 する 更 なる 討 論 については、 第 6 章 参 照 。- 25 -

1.6.4 CO 2 はどの 程 度 の 期 間 貯 留 されねばならないのかある 貯 留 オプションが 緩 和 目 標 を 満 たすかを 決 定 する 際 に、 実 質 貯 留 容 量 と 経 時 の 保 有 割 合 を 知ることは 重 要 となる。 質 問 を 作 成 する 他 の 方 法 は「 宣 言 した 政 策 の 目 標 を 達 成 するためにどのくらいの 期 間 があれば 十 分 か」 及 び「100 年 及 び100 万 年 間 、 大 気 からCO 2 の 特 定 量 を 分 離 する 利 点 は 何か」と 尋 ねることである。 貯 留 の 効 率 性 を 理 解 するには、 政 策 目 標 として 設 定 された 最 大 大 気 中CO 2 濃 度 、その 最 大 濃 度 の 期 限 、 化 石 燃 料 時 代 の 予 測 継 続 期 間 、 及 び 将 来 重 大 な 放 出 が 起 きた 場合 にCO 2 濃 度 を 抑 制 可 能 な 手 段 等 の 要 因 を 考 慮 することが 必 要 である。政 策 に 関 して 言 えば、CO 2 が、ある 特 定 のクラスの 貯 留 層 に、 大 気 中 のCO 2 濃 度 の 将 来 的 な 目 標を 満 たすことが 困 難 にならないくらい 十 分 長 く 保 有 されるかどうか、という 問 題 である。 例 えば、そのCO 2 の99%が、 化 石 燃 料 使 用 の 予 測 継 続 期 間 よりも 長 く 貯 留 されるのであれば、 政 策 目 標 が 規定 する 濃 度 よりも 高 くはならない。貯 留 サイトから 起 こりうる 将 来 のCO 2 放 出 の 影 響 を 評 価 するために、 温 室 効 果 ガス 安 定 化 パスを 算 出 するために 開 発 したものと 類 似 のシミュレーション 16 を 使 用 しうる。この 種 の 枠 組 みでは、貯 留 からの 放 出 を 排 出 の 遅 延 として 扱 うことができる。 貯 留 からの 意 図 しない 放 出 を 評 価 する様 々な 方 法 を 検 証 し、 千 年 単 位 で 排 出 を 遅 延 させることは、 完 全 に 貯 留 することとほとんど 同 じ効 果 が 得 られることを 見 出 した 研 究 者 もいる(IPCC, 2001b; Herzog et al., 2003; Ha-Duong and Keith,2003) 17 。これは、 炭 素 の 最 低 価 格 が 一 定 であるか、それほど 遠 くない 将 来 に 削 減 費 用 を 抑 えられるバックストップ 技 術 が 出 現 すれば 可 能 である。しかし、 割 引 率 が 長 期 的 に 減 少 するのであれば、同 レベルの 効 果 を 達 成 するためには 貯 留 サイトからのCO 2 放 出 はそれよりさらに 低 くなければならない。不 完 全 な 貯 留 から 放 出 されるCO 2 が 気 候 に 与 える 影 響 は 時 間 とともに 変 動 するため、 炭 素 の 価格 は 放 出 を 計 算 する 方 法 によって 決 定 されるとする 研 究 者 もいる。Haugan and Joos(2004)は、次 の1000 年 間 においてCCSを 備 えたシナリオの 方 が、 備 えないシナリオよりも 気 温 とCO 2 濃 度 が 高くなることを 避 けるためには、 貯 留 からの 損 失 率 に 対 し 上 限 を 設 けるべきであるとの 結 果 を 出 した 18 。Dooley and Wise(2003)は、 比 較 的 短 期 間 である100 年 間 のシミュレーションを 用 いて2つの 仮説 放 出 シナリオを 検 証 し、 貯 留 サイトからの 比 較 的 高 放 出 率 によって、450ppmv 程 度 の 安 定 化 を達 成 することが 不 可 能 になることを 示 した。 高 排 出 シナリオは 上 記 の 放 出 に 対 し 感 受 性 が 低 いことを 示 唆 したが、このような 状 況 下 では 安 定 化 が 達 成 されるには 時 間 がかかるため、この 結 果 は16 このような 枠 組 みは 気 候 影 響 と 緩 和 費 用 の 国 際 取 引 の 原 因 となる 試 みであり、 全 体 的 な 福 祉 を 最 大 限 にする 排出 軌 跡 ( 緩 和 手 段 によって 修 正 される)を 選 択 することを 目 的 とする(Wigley et al., 1996; IPCC, 2001a)。17例 えば、Herzog et al. (2003)は 経 済 的 根 拠 を 利 用 して 永 久 保 存 に 関 連 する 海 洋 貯 留 プロジェクトの 効 率 を 計算 した。 一 定 した 炭 素 値 を 前 提 とすると、プロジェクトは 3%の 公 定 歩 合 で 97% 有 効 であった。 炭 素 の 価 格 が 今 後100 年 間 にわたって 公 定 歩 合 と 同 率 で 増 加 しその 後 は 安 定 すると 過 程 すると、プロジェクトは 80% 有 効 であることになる。500 年 間 にわたって 同 様 の 増 加 率 で 計 算 すると、 効 率 は 45%となる。18 これらの 研 究 者 は、 完 全 な 貯 留 と 比 較 して 回 避 できた 地 球 温 暖 化 の 観 点 から 測 定 した 貯 留 施 設 効 率 を 計 算 した。貯 留 量 の 0.001 を 毎 年 放 出 する 貯 留 では、 効 率 は 1000 年 後 におよそ 60%である。この 放 出 率 は 100 年 間 で 90%の保 有 割 合 、および 500 年 間 で 60%の 保 有 割 合 に 等 しい。 実 際 は、 地 質 的 貯 留 および 鉱 物 貯 留 は 上 記 よりも 低 率 であることが 考 えられ( 第 5 章 および 第 7 章 参 照 )、 従 ってより 高 い 効 率 を 持 つ。 例 えば、 年 間 0.01%の 放 出 率 は 100年 間 で 99%の 保 有 割 合 及 び 500 年 間 で 95%の 保 有 割 合 に 等 しくなる。- 26 -

決 定 的 ではない。Pacala(2003)は 貯 留 層 ごとに 様 々な 貯 留 セキュリティーをとっていることを 想 定 し、 数 百 年 間のシミュレーションを 使 用 して 意 図 しない 放 出 を 検 証 した。きわめて 高 い 放 出 率 が 受 容 されると 示しているように 見 えるが、その 結 論 は、 回 収 ・ 貯 留 され、その 結 果 安 全 な 貯 留 層 に 蓄 積 する 余 分 のCO 2 に 左 右 される。このことは、 放 出 率 が 低 い 貯 留 層 を 利 用 する 事 が 重 要 であると 暗 に 示 している。上 記 の 見 通 しは、 政 策 が 完 全 に 実 施 されないという 政 治 的 、 経 済 的 リスク、また、 将 来 のCO 2 濃度 安 定 化 の 妨 げとなりうる 非 ゼロ 放 出 によって 結 果 として 起 きる 生 態 学 的 リスク 等 の 潜 在 的 な 重 要問 題 を 排 除 している(Baer, 2003)。それにも 関 わらず、CO 2 回 収 ・ 貯 留 が 緩 和 手 段 として 認 められれば、 意 図 しない 放 出 に 上 限 を 設 けるべきだということを、 全 ての 方 法 が 暗 に 示 している。上 記 の 討 論 は、 貯 留 中 のCO 2 保 有 の 効 率 を 考 慮 する 上 での 枠 組 みを 提 供 し、 政 策 上 の 重 要 な 質問 を 考 慮 する 上 での「どのくらいの 期 間 ならば 十 分 なのか」という 潜 在 的 状 況 を 提 供 する。 本 問題 に 関 しては、 第 8 章 及 び9 章 で 更 なる 討 論 を 行 う。1.6.5 技 術 のタイムフレームCCSの 論 議 は 様 々なタイムスケールを 言 及 している。 本 セクションでは、 後 の 討 論 の 基 準 となるいくつかの 用 語 を 提 案 する。発 電 所 や 送 電 ネットワーク 等 のエネルギー・システムは、 一 般 的 に30 年 から40 年 の 操 業 寿 命 を 持つ。 改 修 やリパワリングを 考 慮 に 入 れると、 発 電 所 はさらに 長 期 間 電 力 を 供 給 できる。 上 記 の 寿命 は 工 場 設 計 や 投 資 回 収 率 に 反 映 が 期 待 できる。 回 収 装 置 は 同 様 のサイクルで 構 築 及 び 改 修 が 可能 であり、CO 2 輸 送 システムも 同 様 である。CO 2 貯 留 層 の 操 業 寿 命 はその 収 容 能 力 とCO 2 を 保 有 できるタイムフレームによって 決 定 されるが、 簡 単 には 一 般 化 できない。しかしながら、 貯 留 層 を満 たす 段 階 は 少 なくとも 発 電 所 の 操 業 寿 命 と 同 程 度 長 くなると 予 想 している 19 。このタイムフレームを、 気 候 を 保 護 する 観 点 から、「 中 期 間 (medium term)」と 呼 ぶこととし、 上 記 施 設 の 操 業 及び 維 持 の 決 定 にかかわる 手 段 の「 短 期 (short-term)」 的 性 質 と 対 照 をなす。反 対 に、 気 候 変 動 緩 和 はより 長 期 間 の 規 模 で 決 定 される。 例 えば、 大 気 中 のCO 2 の 寿 命 ( 及 び適 応 時 間 )は 約 100 年 であると 一 般 に 言 われている(IPCC, 2001c)。 気 候 変 動 緩 和 への 期 待 は 一 般的 に 何 十 ~ 何 百 年 にも 亘 って 対 策 が 必 要 であると 想 定 している( 例 えば、IPCC, 2000aを 参 照 )。上 記 を「 長 期 間 (long term)」と 呼 ぶこととする。そうは 言 っても、 上 記 の 記 述 は 緩 和 手 段 としてのCO 2 貯 留 の 記 述 としては 不 適 切 である。 前 述の 通 り、ほぼ 全 てのシナリオにおいて、 大 気 中 のCO 2 濃 度 は 数 百 年 という 期 間 をかけて 上 昇 し、ピークを 迎 え 減 衰 すると 推 測 されている。 図 1.7にこの 推 定 を 示 す。もし 気 候 変 動 緩 和 に 効 果 的 な行 動 があるとすれば、ピークはなんら 行 動 をとらなかった 場 合 より 早 く(そして 低 レベルで) 訪れることになるだろう。すでに 示 したように、ほとんどのCO 2 は 安 定 化 を 達 成 するために 必 要 な期 間 よりもはるかに 長 期 間 貯 留 されねばならない。 執 筆 者 らはこれを 非 常 に 長 期 間 、つまり 何 百19 CO 2 製 造 工 場 と 貯 留 層 とが 必 ずしも 1 対 1 で 対 応 する 必 要 がないということを 認 識 すべきである。CO 2 の 適 切な 輸 送 ネットワークがあれば、ある 工 場 から 回 収 した CO 2 を 工 場 の 製 造 寿 命 間 に 異 なる 場 所 に 貯 留 することも 可能 となる。- 27 -

年 から 何 千 年 にわたる 期 間 と 考 えている。「 正 確 にどの 程 度 長 期 間 なのか」が 現 時 点 での 多 くの論 争 の 争 点 であり、 後 の 章 で 本 件 を 取 り 上 げる。図 1.7 大 気 への 排 出 による 大 気 中 の 二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 濃 度 反 応 。「 短 期 間 」、「 中 期 間 」、「 長 期間 」、 及 び「 非 常 に 長 期 間 」の 典 型 的 な 値 は、それぞれ1 年 、10 年 、100 年 、1000 年 である。 本 例 では、累 積 排 出 量 は 最 大 値 に 制 限 され 濃 度 が550ppmvで 安 定 している(Kheshgi, 2003から 適 用 )。この 数 字 は指 標 的 なものであり 当 該 期 間 のいずれかにおいて 具 体 的 な 値 を 規 定 するものではない。 目 標 が 大 気 中の 濃 度 を450ppmv 等 の 低 いレベルに 制 限 するならば、 排 出 率 の 更 なる 削 減 が 必 要 となるであろう。1.6.6 CCS をシナリオに 導 入 するその 他 の 効 果エネルギーキャリアの 経 済 的 重 要 性 ( 毎 年 2 兆 ドル 以 上 、World Energy Assessment, 2004)の 観 点 、及 び 化 石 燃 焼 の 気 候 強 制 力 への 寄 与 ( 全 体 の50~60%)の 観 点 から、CCS 等 の 技 術 開 発 に 経 済 資源 を 投 資 する 決 定 は、 広 範 囲 にわたる 影 響 を 生 じることもあり、その 中 には 公 平 で 持 続 可 能 な 開発 も 含 まれる(この 件 は 後 のセクションで 論 じる)。このような 投 資 の 幅 広 い 影 響 を 考 慮 することが 重 要 であることが 強 調 されている。CCSの 実 施 は、20 世 紀 に 建 設 されたエネルギー・インフラの 維 持 に 寄 与 し、 排 出 削 減 目 標 達 成 費用 の 抑 止 に 役 立 ちうる。 別 の 視 点 から 見 ると、CCSを 使 用 することによって、 代 替 エネルギー 源の 潜 在 的 利 用 が 削 減 される(Edmonds et al., 2001)。セクション1.3で 述 べたように、 気 候 変 動 緩和 は 複 雑 な 問 題 であり 最 終 的 な 解 決 法 は 複 数 の 方 法 のポートフォリオ 20 となるだろう。20緩 和 手 段 の 最 適 なポートフォリオは 場 所 と 時 間 によって 異 なる 可 能 性 が 高 い。 使 用 できる 手 法 の 多 様 性 を 考 えると、ポートフォリオの 一 部 として 補 完 的 に 使 用 されるものもあると 思 われ、 手 法 のなかから、ただ 1 つの 明 らかな「 勝 者 」が 現 れるとは 考 えにくい。- 28 -

とはいえ、CO 2 回 収 ・ 貯 留 オプションが、 代 替 手 段 に 費 やされたであろう 財 源 と 政 策 決 定 者 の注 目 を 獲 得 していることが 懸 念 となっている 地 域 もある。ただし、この 件 について 広 範 に 分 析 している 文 献 は 無 い。バイオマス・エネルギーとCCSを 組 み 合 わせることで 実 質 の 排 出 量 が 減 る 可 能 性 は、もしこのオプションがかなり 大 規 模 に 適 用 できるのならば、 大 気 中 のCO 2 濃 度 削 減 の 機 会 を 提 供 しうる。 大気 中 のCO 2 の 安 全 濃 度 の 不 確 実 性 に 関 しては、 実 質 の 排 出 を 削 減 する 大 規 模 なオプションが 予 防政 策 の 観 点 から 特 に 役 立 つ。1.6.6.1 エネルギー 供 給 と 使 用 に 対 するCCSの 効 果全 てのSRESシナリオ(IPCC, 2000a)は 将 来 に 向 かって 長 期 間 にわたる 化 石 燃 料 の 顕 著 な 消 費 量を 示 している。CCSを 配 備 して 得 られる 結 果 の1つはエネルギーミックスにおける 化 石 燃 料 の 継 続使 用 であるが、 気 候 システムや 環 境 に 対 するその 影 響 は 最 低 限 となる。CCSを 用 いない 場 合 と 較べてより 広 範 なエネルギー 供 給 源 に 各 国 がアクセスできることによって、エネルギーの 安 全 性 は改 善 されるであろう。このような 側 面 は 気 候 変 動 政 策 及 び 持 続 可 能 な 開 発 を 考 慮 する 際 に 重 要 である。すでに 述 べたように、 意 思 決 定 者 は 純 粋 な 経 済 効 果 とその 他 の 社 会 的 に 重 要 な 問 題 との 均衡 を 図 る 可 能 性 が 高 い。従 って、CCSを 大 規 模 に 成 功 裏 に 開 発 し 実 施 することは、 特 に 先 進 国 や 途 上 国 の 高 収 入 グループにおいてエネルギー 総 利 用 量 を 増 大 し、 社 会 経 済 的 及 び 行 動 的 傾 向 を 強 化 する 要 因 として 社 会から 認 識 されるかもしれない 21 (IPCC, 2001a)。1.6.6.2 技 術 格 差 に 対 するCCSの 影 響化 石 燃 料 エネルギー・システムとそのインフラは、ひとまとまりの 技 術 として 考 えられている。このような 現 象 は 社 会 に 利 点 を 与 えるだけでなく、 潜 在 的 な 危 険 性 も 提 示 していると 認 識 されることがある。 革 新 的 な 発 明 により 主 要 な 技 術 が 改 良 されることで 専 門 化 につながり、 従 って 市 場のシェアを 維 持 する 更 なる 発 明 を 生 む。 一 方 、 市 場 シェアの 小 さい 技 術 の 革 新 は 価 値 が 低 く、 従ってそのような 技 術 を 改 良 しようというモチベーションも 低 くなる。こうしてマイナーな 技 術 は高 費 用 と 小 さい 市 場 シェアによって 追 い 込 まれる。この 現 象 は 経 路 依 存 や 技 術 の 固 定 につながる(Bulter and Hofkes, 2004; Unruh, 2000)。CCSはこの 観 点 から 特 に 検 証 されていないものの、 化 石燃 料 エネルギー・システムの 位 置 を 強 化 することが 技 術 の 多 様 性 の 障 壁 になるかもしれない( 進 化的 変 化 における 主 要 要 素 ;Nelson and Winter, 1982を 参 照 )。代 替 エネルギー 資 源 の 需 要 の 増 加 は、 気 候 変 動 領 域 以 外 にも、 例 えば 農 村 部 門 の 雇 用 や 大 規 模労 働 力 の 維 持 等 、 顕 著 な 追 加 便 益 をもたらすということができる(World Energy Assessment, 2004)。初 期 段 階 での 上 記 技 術 の 社 会 的 影 響 全 てを 予 測 することは 不 可 能 であり、 特 にCO 2 の 大 気 濃 度 を安 定 化 するためには( 未 だに 開 発 されていない 技 術 も 含 めて) 適 用 可 能 な 技 術 の 全 てが 必 要 となるだろう。 現 在 入 手 可 能 な 情 報 では、 様 々な 緩 和 オプション 間 の 潜 在 的 雇 用 創 出 の 差 異 を 予 測 することはできない。21例 えば、 多 くの 国 の 住 居 は 規 模 が 大 きくなり、 電 化 製 品 の 使 用 度 は 増 大 している。 商 業 ビルにおける 業 務 用 電子 機 器 の 使 用 もまた 急 速 に 上 昇 している。- 29 -

CCSのこの 側 面 の 文 献 が 少 ないため、 本 報 告 書 はオプションの 完 全 な 量 的 判 断 を 行 うツールを提 供 することができない。 単 に 政 策 決 定 者 が 考 慮 したいと 望 む 他 の 問 題 に 警 告 を 与 えるのみである。この 件 については 第 8 章 でさらに 論 じる。1.6.6.3 プロジェクトの 資 金 調 達CO 2 を 大 気 に 放 出 する 類 似 のプラントと 比 較 すると、 回 収 ・ 貯 留 を 行 う 施 設 は 建 築 及 び 操 業 費用 が 余 分 にかかり、 一 次 エネルギー 使 用 においては 効 率 が 悪 くなる。CO 2 を 排 出 する 工 場 の 所 有者 に 排 出 を 制 限 する 規 則 が 適 用 され、その 所 有 者 がCCSの 使 用 を 選 択 した 場 合 、 所 有 者 は 余 分 にかかった 費 用 を 回 収 する 方 法 を 見 つけるか、 低 い 投 資 回 収 率 を 受 容 しなければならない。 排 出 量取 引 が 許 容 されている 状 況 では、 時 には 国 々は 排 出 目 標 を 満 たすための 費 用 をクレジットの 売 買によって 削 減 しうる。プロジェクトが 付 属 書 I 国 で 行 われる 場 合 は、 共 同 実 施 (JI)によって 資 金調 達 が 可 能 となりうる。 費 用 の 一 部 を 外 部 出 資 者 が 負 担 し、その 排 出 権 を 得 ることができるため、クリーン 開 発 メカニズム(Clean Development Mechanism; CDM)は 途 上 国 が 排 出 削 減 目 的 の 技 術 を獲 得 する 機 会 を 提 供 しうる。 本 報 告 書 執 筆 時 にはCCSプロジェクトがクリーン 開 発 メカニズム(CDM)の 範 疇 に 入 るかは 不 明 であり、 考 慮 すべき 多 くの 問 題 がある。 現 在 の 認 証 排 出 削 減 量(Certified Emission Reduction)の 値 が 低 いことは、 執 筆 時 点 において 上 記 プロジェクトに 対 する主 要 な 障 壁 となっている(IEA GHG, 2004a)。CO 2 -EORプロジェクトの 中 には、 特 にプロジェクトが 油 田 の 寿 命 を 延 長 し 失 業 を 回 避 する 場 合 、より 魅 力 的 となる 可 能 性 がある。 貯 留 が 長 期 間であるという 問 題 は 今 後 解 決 しなくてはならないが、 地 層 の 長 期 保 有 により、 天 然 吸 収 源 に 貯 留する 場 合 よりもCCSが 受 け 入 れやすくなりうる。 多 くの 国 々がCDMにおける 地 質 学 的 貯 留 を 含 むCCSプロジェクトを 実 施 する 可 能 性 を 持 つ(IDA GHG, 2004a)が、 真 の 可 能 性 は 地 中 の 貯 留 資 源の 位 置 がはっきりしたときにおいてのみ 評 価 可 能 である。 上 記 の 討 論 は、 特 に 京 都 議 定 書 (KyotoProtocol)の 柔 軟 メカニズムにおけるプロジェクトとして 提 案 された 場 合 には、このようなオプションの 資 金 調 達 に 関 し 解 決 すべき 問 題 が 多 くあることを 示 している。1.6.7 社 会 的 要 件CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 費 用 対 効 果 が 高 く、 気 候 規 制 のある 世 界 に 対 するエネルギー 供 給 源 として 潜在 的 に 有 用 な 役 割 を 果 たすと 認 識 されたとしても、 広 く 使 用 可 能 とするためにはその 前 に 解 決 すべき 他 の 側 面 がある。 例 えば、「この 技 術 が 直 面 する 法 的 問 題 は 何 か。」「 長 期 規 制 を 行 うためにどのようなフレームワークを 採 用 すべきか。」「CO 2 回 収 ・ 貯 留 は 一 般 市 民 の 受 容 を 得 られるのか。」といったことである。1.6.7.1 CCSに 関 する 法 的 問 題CCSに 関 する 法 的 問 題 は 比 較 的 簡 単 に 特 定 し 回 答 することができるものもある。 例 えば、CO 2回 収 プロセスに 関 連 する 法 的 問 題 は 何 らかの 巨 大 化 学 工 場 に 課 せられる 問 題 と 類 似 していると 思われる。CO 2 をパイプラインによって 輸 送 することは、 国 内 及 び 国 際 パイプラインに 対 する 現 在の 法 の 範 囲 で 管 理 可 能 であろう。CO 2 が 他 の 物 質 、 硫 黄 化 合 物 等 ( 第 4 章 参 照 )にどの 程 度 汚 染 されるかによって 分 類 が 危 険 物 に 変 更 されたり、より 厳 しい 規 制 が 必 要 となることもありうる。しかし、CO 2 の 貯 留 は 新 たな 法 的 問 題 を 示 す 可 能 性 が 高 い。 国 内 当 局 は 陸 上 の 地 中 貯 留 層 での 貯 留に 対 しどのような 認 可 手 順 を 必 要 とするのか。 検 討 すべき 要 因 には、 封 入 基 準 、 地 質 学 的 安 定 性 、潜 在 的 危 険 、 他 の 地 中 及 び 地 表 活 動 との 干 渉 の 可 能 性 、 地 表 所 有 権 に 関 する 合 意 、 及 び 近 隣 の 掘削 及 び 採 掘 に 対 する 制 御 が 含 まれる。- 30 -

海 底 下 の 地 層 における 貯 留 は、 地 下 貯 留 とは 異 なる 規 則 で 規 制 されることになる。 海 洋 法 (TheLaw of the Sea 22 23)、つまりロンドン 条 約 (London Convention) 及 びOSPAR 条 約 等 の 地 域 合 意 は 海中 のCO 2 貯 留 に 影 響 するが、 正 確 な 影 響 はこれから 究 明 されるところである。 本 件 については 第 5章 でさらに 取 り 上 げる。 海 洋 貯 留 は 海 洋 法 (Law of the Sea) 及 びロンドン 条 約 (London Convention)に 関 して 同 じような 一 連 の 質 問 を 提 示 するが、 活 動 の 性 質 が 異 なるため 違 った 反 応 が 生 まれる 可能 性 がある。 本 件 に 関 しては 第 6 章 で 取 り 上 げる。別 の 法 的 な 問 題 は、 貯 留 したCO 2 の 責 任 に 関 わるものである。CO 2 は 貯 留 及 び 排 出 量 削 減 の 契 約の 対 象 であり 続 け、 意 図 せぬ 放 出 の 可 能 性 もあるため、この 問 題 は 重 要 である。 社 会 は 数 百 年 にわたるCO 2 貯 留 に 対 し 民 間 会 社 が 責 任 を 取 ることを 期 待 しているだろうか。 現 在 及 び 将 来 発 生 する 費 用 と 利 点 が 適 切 に 変 更 できるように 判 断 を 行 う 必 要 がある。 非 常 に 長 期 間 貯 蔵 する 核 廃 棄 物の 場 合 は、 政 府 が 貯 蔵 を 監 視 する 責 任 を 取 ってきた。 廃 棄 物 を 産 出 し、 各 物 質 ( 核 物 質 、の 誤 植でしょうか??)を 使 用 して 利 益 を 上 げる 企 業 は 政 府 に 責 任 を 取 ってもらうために 料 金 を 支 払 う。他 の 分 野 では、 危 険 物 質 を 井 戸 深 く 注 入 することは 政 府 の 責 任 となることもあるが、 認 可 システムの 下 で 関 係 する 企 業 の 責 任 となることもある(IEA GHG, 2004b)。CO 2 の 放 出 があるとすると、保 険 と 法 的 責 任 に 関 する 規 則 を 開 発 する 必 要 があり、 遠 い 将 来 に 何 かが 起 きたときに 貯 留 した 企業 がすでに 営 業 していない 場 合 でも、 別 の 組 織 が 確 実 に 責 任 を 受 容 する 能 力 と 意 思 を 持 つ 手 段 が存 在 するべきである。本 報 告 書 に 示 す 法 的 問 題 に 関 する 情 報 は 執 筆 時 の 最 良 の 解 釈 を 反 映 したものであるが、この 問題 は 検 証 されていないことから、 決 定 的 なものと 捕 らえるべきではない。1.6.7.2 国 民 の 賛 同CCSに 対 する 国 民 の 姿 勢 を 調 査 した 研 究 は 数 えるほどしかない。 国 民 は 技 術 になじみがなく、気 候 変 動 や 緩 和 可 能 性 に 関 し 限 られた 理 解 しか 持 たないことが 多 いので、このような 研 究 は 難 題となることを 示 している。 結 果 として、 今 日 までに 行 われた 研 究 はCCS( 及 び 気 候 変 動 )に 関 する 情 報 を 対 象 者 に 提 供 しなければならなかった。このため 実 施 される 研 究 の 規 模 を 制 限 する 傾 向がある。この 問 題 は 第 5 章 で 詳 しく 検 証 する。どのような 形 態 の 国 民 に 対 する 協 議 がCCSプロジェクト 承 認 前 に 必 要 となるのか。 国 民 はCCSを 天 然 ガスの 地 下 貯 蔵 等 の 地 中 活 動 と 比 較 するのか、それともCCSを 核 廃 棄 物 処 理 と 比 較 するのか。 国 民 は、CO 2 の 地 質 学 的 貯 留 や 海 洋 貯 留 等 、 異 なる 貯 留 形 態 に 対 し 異 なる 関 心 を 持 つのか。パイプライン 建 設 に 対 する 一 般 的 態 度 がCO 2 パイプラインの 開 発 に 影 響 するのか。 上 記 やその 他の 問 題 は 現 在 の 論 争 や 調 査 の 対 象 である。CCSプロジェクトが 提 案 されると、 国 民 や 政 府 は、「CO 2 の 貯 留 が 確 実 であり 排 出 が 削 減 されること」、また「 人 体 の 健 康 や 生 態 系 に 対 し 顕 著 な 脅 威 とならないこと」を 満 たすことを 望 む(Hawkins,2003)。CO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 から 大 気 中 への 放 出 が 確 かにほとんどないことを 監 視 せねばならないが、 監 視 問 題 は 未 だに 論 争 の 的 である。 例 えば、「 地 質 学 的 貯 留 からのCO 2 放 出 量 は 低 率 であると 予 測 されているが、 現 在 使 用 可 能 であるモニタリング 技 術 で 検 出 できるのか。」「 誰 がこの22 これらの 条 約 の 全 文 はインターネットで 閲 覧 可 能 である。23執 筆 時 に 本 報 告 書 が 関 心 を 持 つ 問 題 は、 北 東 大 西 洋 の 使 用 を 規 制 する OSPAR 条 約 で 論 じられている。- 31 -

監 視 を 行 うのか(IEA GHG, 2004b)。」「 注 入 後 どのくらい 長 期 間 、 監 視 を 継 続 すべきか、 十 年単 位 なのか 百 年 単 位 なのか。(IEA GHG, 2004c)。」といった 問 題 がある。1.7 技 術 移 転 及 び 持 続 可 能 な 開 発 の 影 響1.7.1 公 平 性 及 び 持 続 可 能 な 開 発気 候 変 動 問 題 は 天 候 、 環 境 、 経 済 、 政 治 、 企 業 、 社 会 、 科 学 、 及 び 技 術 プロセス 間 の 複 雑 な 相互 活 動 に 関 わる。 気 候 変 動 は 広 範 な 社 会 的 目 標 、 例 えば 公 平 及 び 持 続 可 能 な 開 発 から(IPCC, 2001a)、その 他 既 存 及 び 将 来 の 潜 在 的 環 境 ストレス、 経 済 的 ストレス、 及 び 社 会 的 ストレスから 切 り 離 して 対 処 することはできない。この 複 雑 性 を 保 ちつつ、 複 数 のアプローチが 気 候 変 動 に 関 連 する 課題 を 分 析 してきた。その 多 くは 部 分 的 及 び 段 階 的 にではあるが、 開 発 、 公 平 性 及 び 持 続 可 能 性 に関 する 懸 案 を 含 んでいる(IPCC, 2001a)。持 続 可 能 な 開 発 については 複 雑 であり、 単 純 に 要 約 することはできない。この 分 野 の 研 究 は 環境 保 持 、 社 会 的 公 平 性 さ、 経 済 成 長 、 貧 困 の 撲 滅 という 多 角 的 目 標 を 実 現 するために 関 わる 利 点やCO 2 の 取 引 を 評 価 することを 目 的 としている(IPCC 2001a、 第 1 章 )。 研 究 のほとんどが 多 くの重 要 な 持 続 可 能 な 開 発 指 標 を 統 合 する 最 初 の 試 みを 行 っただけであり、CCSの 結 果 を 考 慮 した 研究 は 少 数 にとどまっている(Turkenburg, 1997)。 今 日 に 至 るまで、 研 究 は 気 候 変 動 緩 和 政 策 の 短期 間 の 副 作 用 に 注 目 してきた( 例 えば、 地 域 の 大 気 質 や 水 質 等 )が、 開 発 影 響 ( 雇 用 創 出 等 )と社 会 的 影 響 ( 収 入 配 分 等 )を 反 映 する 多 くの 別 の 指 標 も 提 示 してきた。CCSはまた、 世 代 を 超 えて、 国 際 的 影 響 をも 起 こしうる 意 図 しない 放 出 及 び 汚 染 に 対 し 長 期 的 信 頼 性 に 関 する 問 題 も 提 示している 24 。CCSに 関 する 適 切 な 回 答 を 展 開 するためには、 更 なる 研 究 が 必 要 とされる。 特 に 長 期的 責 任 は、 持 続 可 能 な 開 発 と 一 致 して 示 されなければならない。気 候 政 策 に 関 する 様 々な 観 点 がある。 費 用 対 効 果 に 基 づくもの、 環 境 持 続 可 能 性 に 基 づくもの、そして 公 平 性 に 基 づくものである(Munasinghe and Swart, 2005)。 気 候 変 動 緩 和 を 達 成 するために 設 計 されたほとんどの 政 策 はまた 他 の 重 要 な 論 理 的 根 拠 を 持 っている。それらは 開 発 、 持 続 可能 性 及 び 公 平 性 の 目 的 に 関 連 する。「 従 来 の」 気 候 政 策 分 析 は( 直 接 、 間 接 を 問 わず)、 世 界 経済 に 対 する 気 候 変 動 緩 和 オプションのうち 費 用 対 効 果 の 高 い 手 段 は 何 かと 言 う 質 問 によって 開 始されることが 多 かった。 一 般 的 にこれらの 分 析 は 温 室 効 果 ガス 排 出 のベースライン 予 測 から 開 始し、 特 定 の 社 会 経 済 的 予 測 を 反 映 している。さらに 公 平 性 さの 考 慮 がプロセスに 追 加 された。これは、 国 内 外 の 既 存 の 不 平 等 に 対 する 気 候 変 動 及 び 緩 和 政 策 の 影 響 を 含 む 単 一 の 主 題 として、 世界 的 福 祉 という 観 点 からの 議 論 を 広 げるためである。ここでの 目 標 は 基 本 的 な 生 命 の 存 続 をはるかに 超 え、 全 ての 者 に 対 し 安 全 と 尊 厳 を 提 供 する 生 活 基 準 にまで 拡 大 している。緩 和 政 策 の 付 属 効 果 には、 運 輸 、 農 業 、 土 地 利 用 政 策 、 生 態 多 様 性 の 維 持 、 雇 用 、 燃 料 の 安 全性 等 に 対 する 間 接 効 果 のみならず、 地 域 の 大 気 汚 染 の 軽 減 を 含 む(Krupnick et al., 2000)。「 相 互利 益 」という 概 念 を 使 用 すれば、 公 平 性 及 び 持 続 可 能 性 の 観 点 から 緩 和 政 策 への 反 応 の 大 きさを測 ることができ、 費 用 対 効 果 の 観 点 から 発 生 する 見 通 しを 修 正 できるだろう。しかし、この 観 点24本 件 に 影 響 を 与 えるであろう 法 律 もいくつかすでに 実 施 されている。 例 えば、ロンドン 条 約 ( 記 事 X)とロンドン 条 約 の 1996 年 議 定 書 ( 第 15 項 )の 両 方 が、 他 国 の 環 境 及 び 環 境 の 他 地 域 に 引 き 起 こした 損 傷 に 対 する 国 家の 責 任 に 関 し、 法 的 責 任 は 国 際 法 の 原 則 と 一 致 すると 述 べる 条 項 を 持 っている。 同 様 に、OSPAR 条 約 等 の 地 域 協約 も「 汚 染 者 負 担 」の 原 則 を 取 っている( 第 2 項 (b)).- 32 -

におけるCCSオプションに 関 する 分 析 はほとんど 報 告 されていない。CO 2 回 収 及 び 貯 留 は、 特 定 の 国 の 雇 用 創 出 に 役 立 つのか。 技 術 的 及 び 経 済 的 エリート 主 義 に 有利 に 働 くのか、それともエネルギー 費 用 を 削 減 することによって 公 平 性 さを 強 調 するのか。 持 続可 能 な 開 発 に 関 しては、 現 状 の 市 場 構 造 を 維 持 することが、 伝 統 的 に 化 石 燃 料 を 販 売 する 国 々を、化 石 燃 料 を 輸 入 する 国 々と 比 較 して 援 助 することになるのか。この 問 題 に 取 り 組 むために 緩 和 政策 が 開 発 されるべきなのか。これらの 質 問 に 対 する 単 純 な 回 答 はないが、 政 策 決 定 者 は 考 慮 することを 望 むであろう。しかしながら、CCSのこれらの 観 点 に 関 する 分 析 は 未 だに 行 われていない。さらに、 適 用 できる 緩 和 オプションは 国 によって 様 々である。 各 事 例 において、 政 策 決 定 者 は 最も 適 切 な 戦 略 を 選 択 するためにこれらの 付 属 便 益 と 様 々なオプションからの 直 接 的 便 益 とを 平 衡せねばならない。1.7.2 技 術 移 転UNFCCC 第 4.5 条 は 全 ての 附 属 書 I 国 が「 環 境 的 に 健 全 な 技 術 及 びノウハウの 移 転 及 びアクセスを、適 宜 、 第 三 者 、 特 に 途 上 国 に 対 し 条 約 の 規 定 を 実 装 できるように 促 進 し、 手 助 けし、 融 資 するためのあらゆる 実 行 可 能 な 段 階 を 取 ること」を 要 求 している。これは 他 の 緩 和 オプションと 同 様 にCCSにも 適 用 される。 本 件 に 関 してはCOP 7(UNFCCC, 2001)で 発 行 された 宣 言 に 正 確 に 記 載 された。 第 8 段 落 (d) 項 目 には、 以 下 のように 記 載 されている。「GHGを 回 収 ・ 貯 留 する 化 石 燃 料 に 関 連 する 開 発 、 普 及 ・ 移 転 や 技 術 において 協 力 し、 幅 広 く 使用 されることを 促 進 し、この 取 り 組 みにおいて 附 属 書 I 国 に 属 しない 最 も 遅 れている 途 上 国 やその他 地 域 の 参 加 を 促 すこと。」条 約 のこれらの 目 的 を 達 成 するために、いくつかの 主 要 要 素 が 考 慮 されねばならない(IPCC,2001a)。 本 件 はIPCCの 技 術 移 転 に 関 する 特 別 報 告 書 において 議 論 されており(IPCC, 2000c)、技 術 の 開 発 、 適 用 、 普 及 に 影 響 を 与 えるプロセスの 全 ての 側 面 を 検 討 している。これは 緩 和 だけでなく 気 候 変 動 に 適 応 するための 技 術 の 移 転 を 検 討 するものである。それは、ハードウェア、 知識 及 び 実 践 においての、 国 内 及 び 国 家 間 のプロセスに 注 目 している。 特 に 技 術 の 必 要 性 、 技 術 情報 の 提 供 、 能 力 開 発 、 技 術 移 転 を 可 能 とする 環 境 の 創 出 、 及 び 技 術 移 転 を 促 進 するための 革 新 的な 融 資 について 調 査 することが 重 要 である。この 観 点 におけるCCSの 学 術 的 検 証 は 未 だに 行 われていないものの、 本 緩 和 オプションについて 一 般 的 な 所 見 を 述 べることはできる。1.7.2.1 潜 在 的 障 壁技 術 移 転 はいくつかの 障 壁 に 直 面 している。 知 的 所 有 権 や 資 金 調 達 等 である。 多 くの 新 規 技 術と 同 様 に、CCSは 所 有 権 の 機 会 を 広 げる。 技 術 の 開 発 や 統 合 に 依 存 することになるので、 当 該 目的 のためにまだ 使 用 されていない 技 術 もあり、 試 行 錯 誤 で 学 んでいかねばならない 範 囲 が 大 きい。いくつかの 途 上 国 はすでに 本 オプションに 大 きな 関 心 を 見 せている。それらの 国 は 国 家 資 源 があり 本 技 術 を 役 立 たせることができるのである。 例 えば、Deshun et al.(1998)はCO 2 -EORに 関 連 する 技 術 を 調 査 してきた。 主 要 となる 技 術 のうち( 風 力 発 電 や 太 陽 光 電 池 の 場 合 と 同 様 に) 特 定 の国 によって 開 発 されるものもあるだろうが、CCSの 知 的 所 有 権 が 数 人 の 手 に 蓄 積 されることになるのだろうか?CCSは 既 存 及 び 将 来 の 技 術 を 利 用 することになるが、そのうちいくつかは 特 許 が- 33 -

とられている 可 能 性 がある。これらの 権 利 の 所 有 者 は 自 分 達 の 発 明 を 他 人 が 使 用 するのを 進 んで許 可 するだろうか。 現 在 では、 上 記 の 質 問 に 回 答 するのは 時 期 尚 早 と 思 われる。CCSシステムの 基 本 部 分 がすでに 確 立 した 技 術 に 基 づくと 仮 定 すると、 誰 でも 購 入 の 意 図 と 資金 に 余 裕 があれば、CCSシステムにアクセスできると 予 想 することができる。 現 在 数 社 が、 競 合するCO 2 回 収 方 法 を 提 供 している。CO 2 のパイプライン 及 び 船 舶 は、 今 日 この 種 の 装 備 を 専 門 とする 企 業 によって 建 築 されている。 注 入 井 戸 の 掘 削 は 石 油 ・ガス 業 界 においては 標 準 的 な 方 策 であり、 世 界 中 で 多 くの 企 業 が 実 施 している。より 専 門 的 な 技 能 が 地 質 学 的 貯 蔵 地 を 調 査 するために必 要 となりうる。 実 際 に、 地 中 のCO 2 の 監 視 に 地 震 探 査 解 析 を 利 用 するようになったのはつい 最近 である。しかしながら、 短 期 間 のうちに、この 技 術 が 国 際 的 石 油 及 びガス 業 界 から 派 生 した 他の 技 術 と 同 様 に 広 く 適 用 できるようになることが 期 待 されている。 上 記 技 術 を 途 上 国 も 利 用 できるようにすることは、 他 の 現 在 の 技 術 的 開 発 が 直 面 するのと 同 様 の 問 題 を 提 示 する。この 問 題 は上 記 に 引 用 した、 途 上 国 がCO 2 回 収 ・ 貯 留 オプションへのアクセスを 確 実 にもてるようにするためのUNFCCCの 技 術 移 転 に 関 する 宣 言 と 関 係 する。1.7.2.2. 潜 在 的 ユーザCO 2 排 出 量 はいくつかの 途 上 国 において 急 激 に 増 加 している。もしこれらの 国 が 排 出 増 加 率 を削 減 しようと 望 むならば、 幅 広 い 緩 和 オプションへのアクセスを 希 望 することになり、その1つがCCSでありえる。CCSは 当 初 、 石 油 やガス 製 造 という 関 連 する 経 験 を 持 った 国 々 25 により 採 用 されるであろうが、その 他 の 天 然 資 源 部 門 では 起 こらない 可 能 性 もある。CCS 技 術 の 移 転 は、 多 くの企 業 が 技 術 を 持 つような 他 の 緩 和 オプションよりも 可 能 性 が 小 さいのだろうか。それともいくつかの 途 上 国 のエネルギー 部 門 において 既 に 利 用 可 能 な 知 識 と 経 験 によって、CCS 技 術 を 開 発 する機 会 が 生 まれるのだろうか。CO 2 回 収 ・ 貯 留 技 術 がバイオマス 資 源 に 適 用 できれば 26 、いくつかの途 上 国 が 興 味 を 示 すだろうか。バイオマス 処 理 工 場 から 年 間 を 通 じてCO 2 の 供 給 があり 適 切 な 距離 内 に 優 良 な 貯 留 層 があれば、 技 術 移 転 の 重 要 な 機 会 となりうる。 現 在 までこの 質 問 に 対 する 回答 は 得 られていない。1.8 本 報 告 書 の 内 容本 報 告 書 は、 気 候 変 動 緩 和 オプションとしてのCO 2 回 収 ・ 貯 留 の 評 価 を 提 供 する。 炭 素 を 隔 離するための 天 然 吸 収 源 の 使 用 は、 土 地 利 用 、 土 地 利 用 の 変 化 及 び 林 業 に 関 する 報 告 書 (Land Use,Land Use Change and Forestry report)(IPCC, 2000b) 及 び 気 候 変 動 に 関 する 政 府 間 パネルの 第 三 次評 価 報 告 書 (IPCC’s Third Assessment Report)(IPCC, 2001a)で 扱 われているため、 本 報 告 書 ではこの 問 題 を 扱 っていない。CO 2 回 収 に 使 用 可 能 な 多 くの 技 術 的 アプローチが 存 在 する。これらの 技 術 的 アプローチは 第 3 章で 検 証 するが、 本 報 告 書 が 取 り 上 げない 排 煙 ガスからのCO 2 固 定 化 の 生 物 学 的 プロセスは 含 まない。 基 本 的 にCO 2 を 保 有 する 主 な 天 然 貯 留 層 は 地 層 と 深 海 であり、それぞれ 第 5 章 と 第 6 章 で 論 じる。その 他 のCO 2 貯 留 と 再 利 用 に 関 するオプションは 第 7 章 で 検 証 する。25 1999 年 には、20 の 途 上 国 が 全 世 界 の 石 油 生 産 量 のうち 1% 以 上 をそれぞれ 生 産 し、14 の 途 上 国 が 全 世 界 のガス生 産 量 の 1% 以 上 をそれぞれ 生 産 し、7 の 途 上 国 が 全 世 界 の 石 炭 製 造 量 の 1% 以 上 を 生 産 していた(BP, 2003)。26 バイオマスを 持 つ 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CCS)の 利 用 に 関 する 詳 細 な 討 論 については、 第 2 章 参 照 。- 34 -

第 2 章 では、CO 2 を 回 収 した 場 所 から 貯 留 サイトまで 輸 送 する 費 用 対 効 果 を 決 定 する 要 因 である、CO 2 源 と 潜 在 的 貯 留 層 の 地 理 的 関 係 を 考 慮 する。 第 4 章 ではCO 2 の 回 収 サイトから 貯 留 サイトまでの 輸 送 を 扱 う。本 技 術 の 全 体 的 な 費 用 とエネルギー・システム・モデル 内 で 使 用 した 場 合 の 結 果 を 第 8 章 で 述 べる。 上 記 に 概 要 を 述 べたいくつかの 要 件 、 法 的 、 適 用 すべき 基 準 、 規 則 と 国 民 の 受 容 は、 複 数 の章 の 適 切 な 場 面 で 詳 細 に 論 じている。 政 府 はまた、この 排 出 削 減 方 法 が 温 室 効 果 ガス 排 出 の 国 別インベントリにどのように 組 み 込 まれるのかを 知 りたいかもしれない。この 分 野 は 第 9 章 で 取 り 上げる。 政 府 と 業 界 はどちらも 技 術 のアクセス 可 能 性 に 興 味 を 持 ち、 業 界 及 び 工 場 に 融 資 する 方 法 、政 府 及 び 国 を 越 えた 団 体 から 援 助 を 得 られるかどうかに 興 味 を 持 つかもしれない。 現 在 は、 本 技術 の 開 発 は 初 期 段 階 であり 上 記 事 項 に 確 実 な 予 測 をすることはできない。2つの 付 属 書 がCO 2 と 炭素 含 有 燃 焼 の 所 有 権 、 用 語 集 の 情 報 を 提 供 する。 格 差 と 更 なる 研 究 の 分 野 は、 本 報 告 書 の 章 及 び技 術 要 約 において 論 じられている。- 35 -

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2. CO 2 の 排 出 源統 括 執 筆 者John Gale (United Kingdom)代 表 執 筆 者John Bradshaw (Australia), Zhenlin Chen (China), Amit Garg (India), Dario Gomez (Argentina),Hans-Holger Rogner (Germany), Dale Simbeck (United States), Robert Williams (United States)執 筆 協 力 者Ferenc Toth (Austria), Detlef van Vuuren (Netherlands)査 読 編 集 者Ismail El Gizouli (Sudan), Jürgen Friedrich Hake (Germany)- 41 -

目 次要 旨 .................................................................................................................................... 432.1 CO 2 の 排 出 源 .................................................................................................................................. 442.2 CO 2 排 出 源 の 特 徴 .......................................................................................................................... 452.2.1 現 在 ............................................................................................................................................... 452.2.2 将 来 ............................................................................................................................................... 502.3 排 出 源 の 地 理 的 分 布 ...................................................................................................................... 522.3.1 現 在 ............................................................................................................................................... 522.3.2 将 来 の CO 2 排 出 及 び 技 術 的 な 回 収 将 来 性 ............................................................................... 542.4 排 出 源 と 貯 留 機 会 との 地 理 的 関 係 ............................................................................................. 602.4.1 地 球 規 模 の 貯 留 機 会 ................................................................................................................... 602.4.2 空 間 的 ・ 時 間 的 関 係 の 考 察 ....................................................................................................... 602.4.3 排 出 源 / 貯 留 場 所 の 世 界 規 模 の 地 理 的 マッピング ................................................................. 602.5 代 替 エネルギーキャリアと CO 2 排 出 の 影 響 ............................................................................ 652.5.1 炭 素 を 含 まないエネルギーキャリア ...................................................................................... 662.5.2 代 替 エネルギーキャリアと CO 2 排 出 の 影 響 ......................................................................... 682.5.3 バイオマスエネルギー 生 産 における CO 2 排 出 の 影 響 ......................................................... 692.6 知 識 のギャップ .............................................................................................................................. 71参 考 文 献 ................................................................................................................................................... 72- 42 -

要 旨CO 2 の 回 収 と 貯 留 の 評 価 には、CO 2 排 出 源 の 包 括 的 な 描 写 が 必 要 である。 特 定 の CO 2 排 出 源 が回 収 に 適 しているかは、その 量 、 濃 度 、 分 圧 、システム 面 の 統 合 、 及 び、 適 切 な 貯 留 場 所 への 近接 性 によって 決 まる。CO 2 は 多 数 の 排 出 源 から 排 出 され、 主 に 発 電 部 門 、 産 業 部 門 、 家 庭 部 門 、輸 送 部 門 における 化 石 燃 料 の 燃 焼 による。 発 電 部 門 と 産 業 部 門 では 排 出 量 の 大 きい 排 出 源 が 多 いため、CO 2 回 収 技 術 の 追 加 の 影 響 を 受 けやすくなっている。その 他 の 部 門 では、 多 数 の 小 規 模 な排 出 源 や 移 動 する 排 出 源 ( 輸 送 部 門 の 場 合 )が 特 徴 であり、このため 現 在 は 回 収 の 影 響 を 受 けにくい。ただし、 輸 送 部 門 でも、 輸 送 用 燃 料 の 製 造 や 性 質 における 技 術 進 歩 により、 最 終 的 にはエネルギーの 使 用 により 生 じる CO 2 の 回 収 が 可 能 になるだろう。大 規 模 な 排 出 源 (0.1 Mt CO 2 / 年 超 )が 7,500 箇 所 以 上 確 認 されている。これらの 排 出 源 は 世 界中 に 分 布 しているが、 北 米 ( 米 国 中 西 部 と 東 海 岸 )、 北 西 ヨーロッパ、 東 南 アジア( 東 海 岸 )、南 アジア(インド 亜 大 陸 )の 4 地 域 に 特 に 排 出 源 が 集 中 している。2050 年 までの 将 来 予 測 によると、 主 として 南 アジアと 東 南 アジアで、 発 電 部 門 と 工 業 部 門 における 排 出 源 の 数 の 増 加 が 見 込 まれるのに 対 し、 回 収 ・ 貯 留 に 適 した 排 出 源 の 数 はヨーロッパなどの 地 域 ではわずかな 減 少 が 予 想されている。排 出 源 の 地 理 的 分 布 を 地 中 貯 留 の 機 会 と 比 較 すると、 排 出 源 と 貯 留 機 会 とが 良 く 一 致 していることがわかる。 排 出 源 の 大 多 数 は、 地 中 貯 留 の 可 能 性 を 持 つサイトの 真 上 か、そこから 300km 以内 に 存 在 する。ただし、そのようなサイトが CO 2 の 貯 留 に 適 切 であるかを 確 認 するには 詳 細 な 研究 が 必 要 である。 海 洋 貯 留 の 場 合 、 大 規 模 排 出 源 のうち 潜 在 的 な 海 洋 貯 留 サイトの 近 くにあるのはごくわずかであることが、 関 連 研 究 によって 示 唆 されている。多 くの 排 出 源 では、 通 常 CO 2 濃 度 は 15% 未 満 である。しかし、 低 い 割 合 (2%)ではあるが CO 2濃 度 が 95%を 越 える 排 出 源 もあり、それらの 方 が CO 2 の 回 収 に 適 している。 高 濃 度 の 排 出 源 では、必 要 なのは 脱 水 と 圧 縮 のみであり、 低 濃 度 の 排 出 源 に 比 べて 低 コストで 回 収 できる 可 能 性 がある。高 濃 度 と 低 濃 度 の CO 2 排 出 源 の 将 来 的 な 割 合 は、 水 素 やバイオ 燃 料 の 導 入 率 、 化 石 燃 料 の 気 体 化や 液 状 化 の 程 度 、 将 来 の 工 場 規 模 の 発 展 によるところが 大 きい。化 石 燃 料 源 からの 液 体 / 気 体 エネルギーキャリア( 例 :メタノール、エタノール、 又 は 水 素 )の集 中 製 造 や、バイオマスからのエネルギーキャリア 及 び 電 力 の 集 中 製 造 などの 技 術 進 歩 によってCO 2 の 回 収 ・ 貯 留 が 可 能 になる 可 能 性 がある。そういった 条 件 では 発 電 及 び 産 業 排 出 源 は 影 響 を受 けないだろうが、 輸 送 による CO 2 排 出 や 分 散 エネルギー 供 給 システムは、 回 収 の 対 象 となりうる 追 加 的 な 排 出 源 に 取 って 代 わるだろう。そうすれば CO 2 を 地 中 や 海 洋 に 貯 留 できる。データが乏 しいので、このような 追 加 的 な 排 出 源 の 数 や 地 理 的 な 分 布 の 確 実 な 予 想 はできない(2050 年 の推 定 値 は 0-1,400GtCO 2 (0-380 GtC)の 範 囲 である)。6 つの SRES シナリオによると、 世 界 の CO 2 排 出 量 は 2020 年 には 29.3-44.2GtCO 2 (8-12GtC)、2050 年 には 22.5-83.7GtCO 2 (6-2 GtC)の 範 囲 となる。これらの 排 出 量 と 関 連 して、CO 2 回 収 の 技術 的 可 能 性 は、2020 年 については 2.6-4.9GtCO 2 (0.7-1.3GtC)、2050 年 については 4.9-37.5Gt CO 2(1.3-10GtC)と 近 年 推 定 されている。これらの CO 2 排 出 量 と 回 収 量 の 範 囲 は、シナリオやモデリング 解 析 の 不 確 実 性 を 反 映 している。ただし、6 つの SRES シナリオすべてに 共 通 する 傾 向 がある。- 43 -

それは、 先 進 産 業 国 と 比 べて、 発 展 途 上 国 での 将 来 の CO 2 の 排 出 量 が 一 般 的 に 増 加 することである。2.1 CO 2 の 排 出 源本 章 は、CO 2 の 排 出 源 と、それらが 現 在 及 び 将 来 において 回 収 と 貯 留 に 適 しているかを 検 討 するためのものである。さらに、 化 石 燃 料 の 代 替 エネルギーキャリアと、 将 来 的 な 技 術 発 展 によって 世 界 的 な CO 2 の 排 出 量 とその 回 収 見 込 みにどのような 影 響 が 生 じるかも 検 討 する。発 電 部 門 と 産 業 部 門 を 合 わせると 世 界 の 現 在 の CO 2 排 出 量 のほとんどを 占 めており、 合 計 CO 2排 出 量 の 約 60%にのぼることを 第 1 章 で 示 した(セクション 1.2.2 を 参 照 )。 将 来 予 測 によれば、これらの 部 門 からの 排 出 量 の 占 める 割 合 は 2050 年 までに 地 球 全 体 の CO 2 排 出 量 の 約 50%にまで低 下 する (IEA, 2002)。これらの 部 門 における CO 2 は、 化 石 燃 料 を 燃 やすボイラーや 炉 から 生じており、 通 常 は 巨 大 な 排 気 管 から 排 出 される。これらの 排 気 管 は、 輸 送 部 門 の 移 動 排 出 源 や 家庭 部 門 で 用 いる 小 型 の 暖 房 用 ボイラーなどの 小 型 の 固 定 排 出 源 と 区 別 するため、 大 規 模 固 定 排 出源 と 呼 べる。 大 規 模 固 定 排 出 源 は CO 2 回 収 プラント 追 設 の 潜 在 的 機 会 を 表 している。 通 常 、これらの 排 出 源 から 生 じる CO 2 量 は 多 く、プラントに 高 純 度 CO 2 の 排 出 源 となる 回 収 施 設 を 貯 留 のために 追 設 できる。もちろん、すべての 発 電 所 と 産 業 サイトが 単 一 の 排 出 源 から 排 出 しているわけではない。 製 油 所 のような 複 雑 なコンビナートでは 複 数 の 排 気 管 がある。それによって、 既 に 過密 したコンビナートで 排 気 ガス 収 集 システムを 統 合 する 際 に、さらなる 技 術 的 課 題 が 示 され、 間違 いなく 回 収 コストが 増 加 することになる(Simmonds et al., 2003)。石 炭 は 現 在 のところ 発 電 部 門 における 最 も 主 要 な 燃 料 となっており、2000 年 の 発 電 量 の 38%を占 めている。 発 電 部 門 では 石 炭 のほかに、 水 力 が 17.5%、 天 然 ガスが 17.3%、 原 子 力 が 16.8%、 石油 が 9%、 水 力 以 外 の 再 生 可 能 エネルギーが 1.6%を 占 めている。2020 年 においても 石 炭 が 発 電 における 主 要 な 燃 料 であろうと 予 測 されているが( 約 36%)、 天 然 ガス 発 電 が 水 力 を 抜 いて 第 二 の電 力 源 になると 予 測 されている。 発 電 部 門 におけるバイオマス 燃 料 の 利 用 は、 現 在 限 られている。産 業 部 門 における 燃 料 の 選 択 はおおむね 各 部 門 に 固 有 である。 例 えば、 鉄 鋼 部 門 における 一 次 鉄鋼 製 造 では 溶 鉱 炉 の 使 用 が 最 も 多 く、 溶 鉱 炉 は 主 として 石 炭 とコークスを 使 う (IEA GHG, 2000b;IPCC, 2001)。 精 錬 ・ 化 学 部 門 では 石 油 とガスが 主 要 燃 料 である。セメント 製 造 業 などの 産 業 ではすべての 化 石 燃 料 が 使 われており、 米 国 、 中 国 、インドなどの 地 域 では 石 炭 が(IEA GHG, 1999)、メキシコなどでは 石 油 とガスが(Sheinbaum and Ozawa, 1998) 最 も 多 い。ただし、ヨーロッパのセメント 製 造 業 は 現 在 、 非 化 石 燃 料 、すなわち 主 としてタイヤ、 下 水 汚 泥 、 化 学 廃 材 の 混 合 物 から 成 る 燃 料 を 使 用 しようとする 傾 向 にある(IEA GHG,1999)。 世 界 的 に 見 ると、バイオマスは 通常 、 大 規 模 な 製 造 業 では 重 要 な 燃 料 源 とはいえない。ただし、スカンジナビアやブラジルなど、世 界 の 一 部 の 地 域 では、バイオマスが 重 要 となり 得 ることが 認 められている(Möllersten et al.,2003)。CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 通 じて 発 電 ・ 産 業 部 門 からの CO 2 排 出 量 を 減 らすには、これらの 排 出 の 発生 場 所 や 潜 在 的 な 貯 留 の 機 会 との 地 理 的 関 係 を 理 解 することが 重 要 である(Gale, 2002)。 大 規 模固 定 排 出 源 と 潜 在 的 な 地 中 貯 留 サイトとの 間 に 良 好 な 地 理 的 関 係 があれば、これらの 排 出 源 からの 排 出 のうち、かなりの 割 合 の 削 減 が CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 によって 可 能 になる。 逆 に、 地 理 的 に 良く 一 致 していなければ、CO 2 の 輸 送 に 長 距 離 かつ 大 規 模 なインフラが 必 要 となることを 意 味 する- 44 -

ので、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 コストにも、 世 界 的 な CO 2 排 出 量 の 大 幅 削 減 達 成 の 可 能 性 にも、 大 きく影 響 を 及 ぼすだろう。 世 界 の 中 には、その 排 出 源 / 貯 留 機 会 の 関 係 から、 他 の 地 域 より CO 2 回 収 ・貯 留 の 適 用 可 能 性 が 高 い 地 域 があるかもしれない。 地 域 間 の 相 違 を 理 解 することは、CO 2 回 収 ・貯 留 が 世 界 の 排 出 量 削 減 にどの 程 度 の 影 響 を 及 ぼすか、 緩 和 オプションのポートフォリオのうち地 域 にとって 最 も 重 要 なのはどれかを 推 察 する 際 の 重 要 な 要 素 となる。家 庭 部 門 や 輸 送 部 門 など 他 の 経 済 部 門 も、 世 界 的 な CO 2 の 排 出 量 の 約 30%に 寄 与 しており、 多数 の 排 出 源 から 排 出 している。しかし、これらの 部 門 の 個 々の 排 出 源 からの 排 出 量 は 発 電 ・ 産 業部 門 と 比 較 すると 小 さく、 広 範 囲 に 分 布 する 傾 向 がある。 固 定 排 出 源 と 異 なり、 排 出 源 が 移 動 することもある。 解 決 すべき 実 質 的 な 技 術 的 ・ 経 済 的 課 題 が 残 っているため、 現 在 のところ、その他 の 小 規 模 固 定 排 出 源 からの 排 出 を 回 収 することは 技 術 的 に 不 可 能 と 考 えられている(IPCC,2001)。しかしながら、 将 来 的 には 化 石 燃 料 から 生 成 した 電 力 や 水 素 などの 低 炭 素 エネルギーキャリアの 使 用 により、 家 庭 ・ 輸 送 部 門 からも CO 2 排 出 を 回 収 できる 可 能 性 がある。このような 燃料 は 大 規 模 な 集 中 型 プラントで 産 出 され、CO 2 副 産 物 の 回 収 ・ 貯 留 も 行 われると 考 えられる。その 結 果 としてヒーターや 燃 料 電 池 、 輸 送 部 門 の 自 動 車 における 分 散 型 発 電 に、 分 配 された 燃 料 を使 うことができるだろう。このシナリオでは 発 電 と 産 業 由 来 の 発 生 源 は 影 響 を 受 けないが、 貯 留 を 要 する 新 たな 発 生 源 が生 じる。 従 って 中 長 期 的 には、このような 技 術 の 発 展 や 商 業 展 開 と 輸 送 部 門 での 低 炭 素 又 はゼロ炭 素 燃 料 への 迅 速 な 移 行 とを 組 み 合 わせると、 現 在 認 められている CO 2 排 出 の 地 理 的 パターンを大 きく 変 化 させる 可 能 性 がある。2.2 CO 2 排 出 源 の 特 徴本 セクションでは、CO 2 排 出 源 の 特 徴 に 関 する 情 報 を 示 す。これらの 排 出 源 から 排 出 される CO 2の 様 々な 含 有 率 と 量 を 検 討 しておくことが 必 要 だと 考 えられる。このような 要 素 によって、これらの 排 出 源 の 技 術 的 な 貯 留 適 合 性 や、 回 収 並 びに 貯 留 のコストなどが 影 響 を 受 ける 可 能 性 がある。2.2.1 現 在2.2.1.1 排 出 源 の 種 類本 章 で 検 討 する 排 出 源 には、 化 石 燃 料 やバイオマスを 使 用 するあらゆる 大 規 模 固 定 排 出 源 (>0.1MtCO 2 / 年 )が 含 まれる。これらの 排 出 源 は、 燃 料 燃 焼 、 産 業 プロセス、 天 然 ガスプロセスという3 つの 主 要 分 野 に 存 在 する。 特 に CO 2 の 排 出 量 が 多 いのは、 化 石 燃 料 を 燃 焼 した 際 の 炭 素 の 酸 化によるものである。この 排 出 は、 発 電 所 、 精 油 所 、 大 規 模 な 産 業 施 設 における 化 石 燃 料 の 燃 焼 に伴 って 見 られる。本 報 告 書 では、0.1MtCO 2 / 年 以 上 の 排 出 を 行 うものを 大 規 模 固 定 排 出 源 とみなす。この 基 準 を 採用 したのは、0.1Mt CO 2 / 年 未 満 の 排 出 源 は 現 在 検 討 している 全 固 定 排 出 源 の 排 出 量 のうち 1% 未 満しか 占 めないためである( 表 2.1 を 参 照 )。ただし、たとえコストがかかり 技 術 的 に 困 難 であっても、この 基 準 より 小 さな CO 2 排 出 源 からの 排 出 も 回 収 から 除 外 されない。- 45 -

表 2.1 回 収 プロセスに 投 入 可 能 な 候 補 ガス 流 の 特 性 ( 出 典 : Campbell et al., 2000; Gielen and Moriguchi,2003; Foster Wheeler, 1998; IEA GHG, 1999; IEA GHG, 2002a).燃 焼 によらない 二 酸 化 炭 素 は、 原 料 を 化 学 的 、 物 理 的 、 生 物 学 的 に 変 質 させる 多 種 多 様 な 産 業製 造 プロセスから 排 出 されている。そのようなプロセスには 以 下 のものが 挙 げられる。 石 油 化 学 プロセスの 原 料 としての 燃 料 の 使 用 (Chauvel and Lefebvre, 1989; Christensen andPrimdahl,1994) 鉱 石 からの 商 業 的 金 属 製 造 における 還 元 剤 としての 炭 素 の 使 用 (IEA GHG, 2000; IPCC, 2001) セメント 又 は 石 灰 の 製 造 における 石 灰 岩 及 びドロマイトの 熱 分 解 ( 焼 成 )(IEA GHG, 1999,IPCC 2001) バイオマスの 発 酵 ( 例 : 砂 糖 をアルコールに 変 換 するため)これらの 産 業 プロセスにおける 排 出 が 燃 料 燃 焼 による 排 出 と 関 連 して 起 こる 例 もある。その 典型 例 がアルミニウムの 製 造 である(IEA GHG,2000)。天 然 ガスのプロセス 施 設 では、 別 の 種 類 の 排 出 が 行 われている。CO 2 は 天 然 ガスの 不 純 物 であり、ガスの 発 熱 量 を 改 善 するため、 又 はパイプラインの 仕 様 を 満 たすために 除 去 しなければならない(Maddox and Morgan, 1998)。2.2.1.2 CO 2 の 含 有 率CO 2 回 収 プロセスにインプット 可 能 なガス 流 の 特 性 について 本 セクションで 検 討 する。CO 2 の回 収 では、 処 理 するガス 流 の CO 2 濃 度 だけでなく CO 2 分 圧 も 重 要 となる。 実 際 上 は、この 分 圧 はガス 流 の 全 圧 に CO 2 のモル 比 率 を 掛 けた 積 と 定 義 できる。これは 分 離 方 法 ( 第 3 章 で 詳 述 する)の 選 択 にあたっての 主 要 な 変 数 である。おおまかに 言 うと、ガス 流 の CO 2 分 圧 が 低 ければ 低 いほど、 分 離 プロセスの 条 件 が 厳 しくなると 言 える。大 規 模 固 定 排 出 源 における 典 型 的 な CO 2 濃 度 とそれに 対 応 する 分 圧 を 表 2.1 に 示 す。 表 2.1 には新 しい 石 炭 ガス 化 複 合 発 電 (IGCC) 技 術 も 含 まれている。 通 常 、 発 電 部 門 や 産 業 プロセスの 排 出源 の 多 くは CO 2 分 圧 が 低 いので、 本 セクションでの 議 論 の 中 心 とする。 例 えば、アンモニアや 水- 46 -

素 の 製 造 などで 分 圧 の 高 い 排 出 源 が 生 じる 場 合 、それらの 排 出 源 は 脱 水 と 圧 縮 しか 必 要 としないので 回 収 コストが 低 くなる。また、 表 2.1 では 化 学 変 化 と 燃 焼 を 組 み 合 わせたセメント 及 び 金 属 製 造 から 生 じる CO 2 流 の 特性 を 要 約 している。 発 電 所 、 産 業 用 加 熱 炉 、 高 炉 、セメントキルンなどで 見 られる 燃 焼 排 ガスは通 常 、 標 準 大 気 圧 で、 熱 回 収 条 件 に 応 じて 100°C から 200°C までの 温 度 で 生 成 する。燃 焼 排 ガスの 二 酸 化 炭 素 濃 度 は、 使 用 する 燃 料 の 種 類 や 最 適 な 燃 焼 条 件 のため 使 用 される 過 剰空 気 のレベルに 左 右 される。 燃 焼 排 ガスの 体 積 もこれらの 2 つの 変 数 によって 変 化 する。 天 然 ガス 火 力 発 電 所 は 通 常 、CO 2 濃 度 の 低 い( 通 常 体 積 濃 度 が 3-4%) 燃 焼 排 ガスを 生 成 するサイクルガスタービンを 組 み 合 わせている(IEA GHG, 2002a)。 発 電 に 石 炭 を 用 いる 場 合 は 主 として、 最 高14%の 体 積 濃 度 を 持 つ 標 準 大 気 圧 の 燃 焼 排 ガスを 生 成 する 粉 体 燃 料 ボイラーで 燃 焼 させる(IEAGHG, 2002a)。 石 炭 、 重 油 、 炭 化 残 渣 から 発 電 するために、より 高 効 率 となる 可 能 性 を 秘 めた 新たな IGCC 技 術 が 開 発 されてきた。このプロセスではまず 原 料 を 気 体 化 して 合 成 ガス(「syngas」と 呼 ばれることが 多 い)を 生 成 し、それを 徹 底 的 なガス 精 製 の 後 、ガスタービンで 燃 焼 する(Campbell et al., 2000)。 現 在 の IGCC プラントでは 従 来 型 の 火 力 発 電 所 と 同 じく、 合 成 ガスを 直接 タービンで 燃 焼 させているため、CO 2 濃 度 の 低 い 燃 焼 排 ガスが 生 成 する( 体 積 濃 度 で 最 高 14%)。現 在 、 石 炭 及 び 石 油 を 燃 料 とする IGCC プラントは 15 箇 所 しか 存 在 せず、その 規 模 は 40MW から 550MW までである。それらのプラントは 1980 年 代 から 1990 年 代 にかけてヨーロッパと 米 国で 操 業 を 開 始 した(Giuffrida et al., 2003)。 合 成 ガスの 燃 焼 前 に CO 2 を 除 去 し、 貯 留 に 適 した 高 濃度 ・ 高 圧 の CO 2 排 気 ガス 流 を 得 るための 概 念 設 計 が 存 在 することに 留 意 が 必 要 である( 第 3 章 に詳 述 )。しかし、そういったプラントはまだ 建 設 されておらず、 現 在 建 設 中 のプラントもない。ボイラーや 加 熱 炉 、プロセス 作 業 や 製 造 業 における 化 石 燃 料 の 燃 焼 においても、 通 常 電 部 門 に比 べると CO 2 濃 度 の 低 い 燃 焼 排 ガスが 生 成 される。セメントキルンから 生 じる 燃 焼 排 ガス 中 のCO 2 濃 度 は 製 造 プロセスや 製 造 されるセメントの 種 類 によって 変 わるが、 通 常 は 発 電 プロセスの燃 焼 排 ガスより 高 濃 度 である(IEA GHG, 1999)。 中 国 、インドなどの 発 展 途 上 国 における 既 存 のセメントキルンは 比 較 的 小 規 模 である。しかし、 新 しい 大 規 模 なセメントキルンからの CO 2 排 出量 は 発 電 用 ボイラーからの 生 成 量 と 同 じ 場 合 がある。 世 界 的 には、 高 炉 メーカーは 製 鉄 業 の CO 2排 出 量 の 80% 以 上 を 占 めている(IEA GHG, 2000b)。 総 合 製 鉄 所 へ 注 入 された 炭 素 の 約 70%は 高炉 ガスの 中 に 含 まれ、 製 鉄 所 では 燃 料 ガスとして 使 われている。このガス 燃 焼 の 前 後 で CO 2 の 回収 を 行 うことができる。 燃 焼 後 の 空 気 中 CO 2 体 積 濃 度 は 約 27%であり、 発 電 所 の 燃 焼 排 ガス 中 濃度 よりかなり 高 い。 製 鉄 所 におけるその 他 のプロセス 流 も、 燃 焼 前 後 の CO 2 回 収 の 適 切 な 候 補 となり 得 る。 例 えば、 転 炉 からのオフガスは 通 常 16%の CO 2 と 70%の 一 酸 化 炭 素 を 含 む。砂 糖 からエタノールへの 発 酵 の 過 程 で 生 じるオフガスは 不 純 物 の 少 ない、ほぼ 純 粋 な CO 2 で 構成 される。このガス 流 は 0.76kg /CO 2 の 割 合 で 生 成 し、 通 常 は 標 準 大 気 圧 (0.1MPa)で 入 手 できる(Kheshgi and Prince, 2005)。CO 2 は 一 部 の 石 油 化 学 プロセス、 特 に 合 成 ガスを 中 間 体 とするプロセスや 合 成 ガスを 天 然 ガス中 の 不 純 物 として 用 いるプロセスで、 除 去 を 要 する 望 ましくない 産 物 として 生 成 することがある。これらの 産 業 の 一 部 で、CO 2 の 除 去 を 日 常 的 に 実 施 している 生 ガス 流 の 特 性 を 表 2.2 に 示 す。 表2.1 より、 燃 焼 排 ガスの CO 2 分 圧 は 表 2.2 に 挙 げるプロセスから 生 じるガス 流 の CO 2 分 圧 より 少 なくとも 1 桁 は 低 いことが 分 かる。すなわち、 比 較 すると 燃 料 燃 焼 流 からの CO 2 の 回 収 の 方 が 困 難だということである。- 47 -

表 2.2 回 収 プロセスに 既 にインプットされたガス 流 の 典 型 的 特 性 ( 出 典 : Chauvel and Lefebvre, 1989;Maddox and Morgan, 1998; IEA GHG, 2002a).2.2.1.3 排 出 の 規 模2000 年 の CO 2 固 定 排 出 源 に 関 する 具 体 的 かつ 詳 細 なデータセットが 策 定 され、プロセスの 種 類と 国 ごとの 地 理 的 分 布 を 示 している(IEA GHG, 2002a)。このデータベースにおける CO 2 固 定 排出 源 は 発 電 所 、 製 油 所 、ガス 処 理 プラント、セメント 工 場 、 製 鉄 所 、 化 石 燃 料 を 原 料 として 用 いる 産 業 施 設 (すなわちアンモニア、エチレンオキシド、 水 素 )で 構 成 される。この 世 界 インベントリには、CO 2 排 出 量 が 2.5tCO 2 / 年 から 55.2MtCO 2 / 年 までの 14,000 箇 所 以 上 の 排 出 源 が 記 載 されている。 個 々の 排 出 源 に 関 する 情 報 には、 場 所 ( 市 、 国 、 地 方 )、 年 間 CO 2 排 出 量 、CO 2 排 出 濃度 などが 含 まれる。 排 出 源 の 74%については 座 標 ( 緯 度 / 経 度 )も 示 されている。これらの 14,000箇 所 の 排 出 源 からの 合 計 排 出 量 は、13GtCO 2 / 年 以 上 に 達 する。 個 々の 排 出 量 が 年 間 0.1MtCO 2 以 上となる 固 定 排 出 源 が 世 界 全 体 で 7,900 箇 所 近 く 確 認 されている。これらの 固 定 排 出 源 からの 排 出は、2000 年 には 大 規 模 排 出 源 からの 合 計 CO 2 排 出 量 の 90% 以 上 を 占 めていた。 排 出 量 が 0.1MtCO 2 /年 を 下 回 る 排 出 源 も 6,000 箇 所 程 度 確 認 されているが、 合 計 排 出 量 のごくわずかの 割 合 であるため、これらについては 本 章 では 詳 述 しないことにした。 中 国 、 日 本 、インド、 北 西 ヨーロッパ、豪 州 などに 適 用 される、 地 域 ・ 国 に 固 有 の 多 数 の 排 出 量 推 定 法 が 存 在 するので、それを 参 考 にできる(Hibino, 2003; Garg et al., 2002; Christensen et al., 2001, Bradshaw et al., 2002)。 表 2.3 は、 排 出生 成 プロセスの 種 類 ごとの 大 規 模 固 定 排 出 源 に 関 する 情 報 を 要 約 している。 石 油 化 学 産 業 やガス処 理 産 業 の 場 合 、この 表 で 挙 げている CO 2 濃 度 は、 回 収 プロセスを 放 出 されるガス 流 に 関 するものである。 大 規 模 排 出 源 から 最 も 多 く 排 出 される CO 2 は 発 電 時 の 化 石 燃 料 の 燃 焼 によるものであり、 排 出 源 ごとに 年 間 平 均 3.9MtCO 2 を 排 出 している。 相 当 量 の CO 2 が 石 油 ・ガス 処 理 産 業 から 生成 しているが、 産 業 部 門 ではセメント 製 造 が 最 大 の 排 出 者 である。- 48 -

表 2.3 年 間 0.1 Mt CO 2 以 上 を 排 出 している 世 界 的 な 大 規 模 固 定 排 出 源 の 特 徴 ( 出 典 : IEA GHG, 2002a)a その 他 のガス、その 他 の 石 油 、 消 化 ガス、 埋 立 地 ガス。b これらの 排 出 源 のうち、 高 濃 度 のCO2を 生 成 ものは 比 較 的 少 ない。カナダでは24プラントのうち2 箇所 だけが 高 濃 度 のCO2を 生 成 する。c 世 界 の 年 間 天 然 ガス 産 出 量 の 約 半 分 が 約 4モル%の 濃 度 のCO2を 含 んでおり、このCO2 含 有 量 は 通 常 4モル%から2モル%に 減 少 するという 推 定 に 基 づく(セクション3.2.2を 参 照 )。d この 量 は、 参 照 データベースで 個 別 に 特 定 された 排 出 源 からの 排 出 量 に 対 応 する。トップダウンアプローチにより 推 定 される 世 界 的 なCO2 排 出 量 はこれより 多 く、1Gtを 越 える(Gielen and Moriguchi,2003)。e 北 米 及 びブラジルのみ。すべての 数 値 は2003 年 時 点 のもの。ただし、 北 米 におけるバイオマス 及 び廃 棄 物 による 発 電 は2000 年 時 点 の 数 値 である。米 国 では、それぞれ 530 億 リットル/ 年 の 総 生 産 能 力 を 持 つ 12 箇 所 のエタノール 工 場 が 0.1MtCO 2/ 年 を 越 える 割 合 で CO 2 を 生 成 している(Kheshgi and Prince, 2005)。2003-2004 年 の 合 計 エタノール 製 造 量 が 年 間 140 億 リットルを 越 えたブラジルでは、 蒸 留 所 の 平 均 製 造 能 力 は 1 億 8,000 万 リットル/ 年 である。それに 対 応 する 平 均 発 酵 CO 2 生 成 率 は 0.14 MtCO 2 / 年 であり、 最 大 の 蒸 留 所 では 平 均 の 10 倍 近 くを 生 成 している。表 2.3 に 挙 げたすべての 大 規 模 CO 2 固 定 排 出 源 ( 年 間 1 MtCO 2 以 上 を 排 出 しているもの)のうち 上 位 25%は、この 類 の 排 出 源 からの 累 積 排 出 量 の 85% 以 上 を 占 めている。その 反 対 に、 排 出 量の 低 い 方 から 41%までの 排 出 源 (0.1-0.5Mt CO 2 の 範 囲 )は 全 体 の 10% 未 満 しか 占 めていない( 図2.1)。 個 別 の 排 出 量 が 年 間 10Mt CO 2 を 越 える 排 出 源 は 330 箇 所 存 在 する。それらの 累 積 排 出 量- 49 -

のうち 78%は 発 電 所 、20%はガス 精 製 、 残 りは 製 鉄 場 から 発 生 している(IEA GHG, 2000b)。 高濃 度 / 高 分 圧 の 排 出 源 ( 例 :アンモニア/ 水 素 製 造 及 びガス 精 製 作 業 から)は、 大 規 模 固 定 排 出 源 からの 排 出 量 のうち 比 較 的 低 い 割 合 (2% 未 満 )しか 占 めていない(van Bergen et al., 2004)。しかしこれらの 高 濃 度 排 出 源 は、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 早 期 に 実 施 できる 見 通 しを 表 している。 回 収 コストは 低 濃 度 / 低 分 圧 排 出 源 より 低 い。CO 2 による 石 油 増 進 回 収 など、 近 隣 の(

図 2.2 SRESシナリオにおける 世 界 の 年 間 CO 2 排 出 量 の 範 囲 (GtCO 2 ) ( 出 典 : IPCC, 2000)技 術 の 変 化 は 長 期 シナリオにおける 主 要 な 要 因 のひとつであり、SRES シナリオにおいて 重 要 な役 割 を 果 たしている。 将 来 の 改 革 及 び 普 及 の 速 度 はシナリオの 筋 書 きの 不 可 欠 な 要 素 であり、ストーリーによって 変 化 する。シナリオに 固 有 の 技 術 の 変 化 は、 技 術 の 集 合 という 点 ( 例 : 使 用 される 技 術 の 種 類 )や 普 及 の 速 度 という 点 で 異 なる 場 合 がある。 化 石 燃 料 を 重 視 した A1FI シナリオでは、 探 査 や 資 源 抽 出 から 燃 料 の 品 質 向 上 / 浄 化 、 輸 送 、 変 換 、 最 終 用 途 にまで 至 る、 化 石 燃 料 の供 給 源 から 供 給 までの 流 れを 中 心 に 革 新 が 行 われる。 他 方 、 環 境 志 向 の B1 シナリオでは 革 新 は 再生 可 能 エネルギー 及 び 水 素 に 関 する 技 術 に 集 中 する。技 術 の 変 化 がどのように SRES シナリオに 含 まれるかは、 使 用 される 具 体 的 なモデルによって異 なっていた。 燃 料 の 利 用 に 対 して 自 動 的 な 性 能 向 上 を 適 用 したモデルもあれば、 個 別 の 技 術 に詳 細 な 性 能 変 数 を 含 めたモデルもあった。 技 術 に 特 に 重 点 を 置 いたモデルでさえ、かなり 一 般 化された 方 法 で 新 規 技 術 や 改 革 を 反 映 している。 例 えば、 高 度 な 石 炭 技 術 といえば 石 炭 ガス 化 複 合発 電 (IGCC)プラントか、 加 圧 流 動 層 燃 焼 施 設 か、その 他 のまだ 特 定 されていない 技 術 かのいずれかである。 高 度 な 石 炭 技 術 の 主 要 な 特 徴 は、 魅 力 ある 投 資 コスト、 高 い 熱 効 率 、 複 合 的 な 生 産の 可 能 性 、 低 公 害 であり、それらの 特 徴 は「 高 度 」と 名 のつく 石 炭 技 術 の 前 提 条 件 となっている。概 して、シナリオによって 優 勢 な 集 団 は 異 なるものの、あらゆるシナリオにおいて 技 術 の 多 様性 が 一 つの 特 徴 であった。 特 に 最 終 使 用 の 段 階 ( 輸 送 を 含 む)にいて、クリーンで 便 利 な 技 術 が好 まれる 傾 向 はすべてのシナリオに 共 通 している。さらに、 輸 送 用 燃 料 は、 燃 焼 前 炭 素 除 去 に 適した 供 給 スキームへ 大 幅 に 移 行 している。 集 中 型 の 非 化 石 燃 料 技 術 が 様 々な 範 囲 において 発 電 部門 に 浸 透 しているが、 分 散 型 で 家 庭 ベースの 再 生 可 能 エネルギー 及 び 水 素 製 造 のインフラがすべてのシナリオで(ただし、 主 として 環 境 を 意 識 した 技 術 重 視 のシナリオにおいて) 広 がっている。よりクリーンな 燃 料 を 適 用 する 傾 向 にあるにもかかわらず、 少 なくとも 2050 年 までは CO 2 排 出- 51 -

量 は 異 なる 速 度 で 増 加 すると 予 想 されている。 増 加 するとは 言 っても 排 出 量 のパターンは 様 々である。 技 術 の 変 化 ( 性 能 向 上 ) 及 び 技 術 の 普 及 の 速 度 はそれぞれのシナリオに 固 有 であるため、技 術 の 混 合 や 燃 料 の 使 用 、 装 置 の 規 模 も 様 々となる。 発 電 及 び 産 業 用 エネルギーの 供 給 を 目 的 とした 化 石 燃 料 の 使 用 に 関 しては、CO 2 排 出 量 が 制 限 されない 場 合 は、 通 常 大 規 模 固 定 排 出 源 が 増加 し、これらの 排 出 源 の 特 徴 の 根 本 的 変 化 は 2050 年 まで 起 こる 可 能 性 が 低 い。さらに、 高 濃 度 排出 源 に 対 する 低 濃 度 排 出 源 の 比 率 は 比 較 的 安 定 しており、 低 濃 度 排 出 源 が 排 出 量 を 特 徴 付 けている。一 部 のシナリオでは、2050 年 以 降 にエタノール、メタノール、 水 素 などの 低 炭 素 /ゼロ 炭 素 燃 料が 輸 送 部 門 の 大 半 を 占 め 始 め、 産 業 ・ 家 庭 ・ 業 務 部 門 に 浸 透 し 始 めると 想 定 されている。そのような 燃 料 の 集 中 生 産 により、 高 濃 度 排 出 源 の 数 が 大 きく 変 化 し、 高 濃 度 排 出 源 に 対 する 低 濃 度 排出 源 の 比 率 も 変 わりうる。この 点 についてはセクション 2.5.2 で 詳 述 する。2.3 排 出 源 の 地 理 的 分 布本 セクションでは、 前 セクションで 検 討 した 大 規 模 排 出 源 の 地 理 的 な 位 置 について 検 討 する。今 後 の 貯 留 の 可 能 性 を 評 価 するために、これらの 排 出 源 の 世 界 における 地 理 的 分 布 を 理 解 することが 必 要 である。2.3.1 現 在CO 2 の 排 出 源 及 び 潜 在 的 な 貯 留 層 の 地 理 的 分 布 図 は、CO 2 緩 和 の 世 界 規 模 でのコスト、 特 に CO 2の 輸 送 に 関 する 要 素 を 理 解 するのに 役 立 つ。 排 出 源 の 地 理 的 情 報 は 多 数 のデータセットから 抽 出できる。 表 2.4 は 2000 年 のエネルギー 関 連 の CO 2 排 出 の 分 野 別 ・ 地 域 別 分 布 を 示 している。 本 報告 書 の 前 項 で 述 べた 通 り、 世 界 の CO 2 排 出 量 の 60% 以 上 が 発 電 部 門 及 び 産 業 部 門 に 由 来 する。 地理 的 には、 発 電 及 び 産 業 部 門 からの 排 出 は、4 地 域 によって 排 出 量 の 90% 以 上 を 占 めている。それらの 地 域 とは、アジア(30%)、 北 米 (24%)、 移 行 経 済 国 (13%)、OECD 西 欧 諸 国 1 (12%)である。その 他 の 地 域 の 排 出 量 はいずれも、 世 界 全 体 の 発 電 部 門 及 び 産 業 部 門 からの 排 出 量 の 6%未 満 である。1注 記 : OECD 西 欧 諸 国 とは 以 下 の 国 を 指 す:オーストリア、ベルギー、カナダ、デンマーク、フィンランド、フランス、ドイツ、ギリシャ、アイスランド、アイルランド、イタリア、ルクセンブルグ、オランダ、ノルウェー、ポルトガル、スペイン、スウェーデン、スイス、トルコ、 英 国 。- 52 -

表 2.4 2000 年 のエネルギー 関 連 の CO 2 排 出 の 分 野 別 ・ 地 域 別 分 布 (MtCO 2 ) ( 出 典 : IEA, 2003).図 2.3 は、セクション 2.2 で 参 照 したデータベースから 抽 出 した、 世 界 全 体 で 確 認 されているCO 2 固 定 排 出 源 の 位 置 を 示 している(IEA GHG, 2002a)。 固 定 排 出 源 の 数 が 最 も 多 い 地 域 は 北 米であり(37%)、 続 いてアジア(24%)、OECD ヨーロッパ 2 (14%)である。 図 2.3 は、 米 国 中 東部 、ヨーロッパの 北 西 ・ 中 央 地 域 (オーストリア、チェコ、ドイツ、ハンガリー、オランダ、 英国 )、アジア( 中 国 東 部 と 日 本 、インド 亜 大 陸 の 小 クラスタ)にある 固 定 排 出 源 の 大 クラスタを3 つ 示 している。図 2.3 大 規 模 固 定 CO 2 排 出 源 の 世 界 的 分 布 ( 世 界 の 排 出 源 に 関 して 公 に 入 手 可 能 な 情 報 の 編 集 に 基 づく。IEA GHG 2002)2000 年 の 合 計 固 定 排 出 量 に 占 める 割 合 としての 固 定 CO 2 排 出 源 の 分 布 は、 固 定 排 出 源 からの2OECD ヨーロッパには、OECD 西 欧 諸 国 に 加 えてチェコ、ハンガリー、アイスランド、ノルウェー、ポーランド、スロバキア、スイス、トルコが 含 まれる。- 53 -

CO 2 排 出 が 最 も 多 い 地 域 がアジア 41%(5.6GtCO 2 / 年 )、 北 米 20%(2.69GtCO 2 / 年 )、OECD ヨーロッパ 13%(1.75GtCO 2 / 年 )であることを 示 している。それ 以 外 の 地 域 では、2000 年 の 固 定 排 出源 からの CO 2 排 出 量 は 全 体 の 10% 未 満 である。IEA データベース 及 び IEA GHG データベースの 推 定 CO 2 排 出 量 を 比 較 すると、 世 界 規 模 の 排 出量 合 計 については 類 似 した 推 定 を 行 っているが、 多 くの 国 々については 大 きく 異 なる 結 果 を 示 していることがわかる。この 種 の 地 域 差 は、 他 の CO 2 排 出 量 データベースにも 存 在 する(Marland etal., 1999)。2.3.2 将 来 の CO 2 排 出 及 び 技 術 的 な 回 収 将 来 性SRES シナリオにおける 化 石 燃 料 燃 焼 由 来 の CO 2 排 出 量 の 合 計 は、 本 評 価 における CO 2 回 収 可能 量 の 上 限 となっている。 実 際 は、バイオマスから CO 2 を 回 収 できる 可 能 性 があるので、 理 論 上の 最 大 値 はさらに 大 きくなる。これらの 排 出 量 は CO 2 排 出 量 の 表 にも 含 まれており、 従 って 潜 在的 に 回 収 し 得 る。 技 術 的 に 実 現 可 能 な 回 収 可 能 性 は 理 論 上 の 最 大 値 よりずっと 小 さく、 経 済 的 な可 能 性 3 はもっと 小 さいことは 明 白 である。 言 うまでもなく 最 も 重 要 なのは 経 済 的 な 将 来 性 である。本 セクションでは 技 術 的 将 来 性 を 推 定 し、 第 8 章 で 経 済 的 将 来 性 について 扱 う。表 2.5 は、2020 年 と 2050 年 の 経 済 部 門 別 ・ 世 界 の 主 要 地 域 別 の CO 2 排 出 量 と、6 つのシナリオを 示 す 4 。バイオマスからの 排 出 量 が 明 らかに 含 まれている(これらは 回 収 できる 可 能 性 があるので)ため、 表 2.5 の 排 出 量 は SRES の 報 告 より 大 きい。その 一 方 で、これらは SRES の 報 告 では「 気候 を 左 右 しない」と 考 えられるため 大 気 への 放 出 とはみなされない。 地 理 的 には 排 出 源 の 分 布 は大 きく 変 わる 見 込 みである。2000 年 から 2050 年 までの 間 に、 排 出 源 の 大 半 は OECD 諸 国 から 発展 途 上 地 域 、 特 に 中 国 、 南 アジア、ラテンアメリカへ 移 行 するだろう。 部 門 別 に 見 た 排 出 量 では、今 後 50 年 間 も 発 電 ・ 輸 送 ・ 産 業 が 継 続 して CO 2 の 3 大 排 出 源 となるだろう。 世 界 的 には、2050年 のエネルギー 部 門 の 推 定 排 出 量 は 40% 前 後 を 変 動 し(これは 現 在 の 数 値 にも 合 致 している)、産 業 部 門 の 排 出 量 は 減 少 し、 輸 送 部 門 の 排 出 量 ( 例 : 移 動 排 出 源 )は 増 加 する。 通 常 は 大 規 模 排出 源 の 大 半 を 占 めている 発 電 は、2050 年 までに 合 計 排 出 量 の 約 50%を 占 めるだろう 5 。3経 済 的 将 来 性 とは、 現 状 ( 例 :CO 2 削 減 の 費 用 や 他 のオプションのコスト)を 前 提 とした、 高 い 費 用 効 率 で 実現 できる 特 定 のオプションによる、 温 室 効 果 ガス 排 出 量 の 削 減 量 である。44 つの 基 準 シナリオと、テクノロジー 重 視 の A1T 及 び 石 油 燃 料 重 視 の A1FI シナリオの 場 合 、 異 なるモデルの 結果 を 単 純 に 比 較 できないことに 注 意 を 要 する。 第 一 に、モデリング 方 法 論 は、エネルギー 技 術 とその 将 来 の 進 歩が 様 々な 形 で 表 現 されることを 示 唆 している。 第 二 に、 部 門 分 けやエネルギー/ 燃 料 の 詳 細 はモデルによって 異 なる。 第 三 に、 世 界 の 国 々の 地 域 分 けも 様 々である。 表 2.5 と 表 2.6 は、 地 域 別 ・ 部 門 別 のモデルとシナリオの 結 果を 比 較 するために、 最 善 の 近 似 値 を 導 こうとする Toth and Rogner(2005)の 研 究 に 基 づいている。52020 年 における 諸 部 門 の 排 出 量 の 割 合 に 関 して( 表 2.5)、 長 期 的 な 展 望 を 持 つシナリオと 短 期 的 な 展 望 のシナリオとの 間 には 本 質 的 な 相 違 がある。 基 礎 となるモデルをある 程 度 完 璧 に 見 通 すことによって、SRES シナリオは1 世 紀 以 上 にわたる 資 源 枯 渇 を 説 明 している。 長 期 的 には 燃 料 コストの 高 いカテゴリーへ 移 行 することを 予 期 し、特 に 電 力 供 給 について SRES シナリオは IEA シナリオより 早 く 非 化 石 エネルギー 源 へ 移 行 している。その 結 果 、2020 年 の 化 石 燃 料 による 発 電 の 割 合 は、IEA の 予 測 が 71%であるのに 対 し、SRES シナリオでは 43%から 58%までの 範 囲 である。それに 対 応 する CO 2 排 出 量 における 部 門 別 の 割 合 は 発 電 源 の 混 合 を 反 映 している。 発 電 について IEA は 43%を 予 測 しているが(IEA, 2002)、SRES の 6 つの 具 体 的 なシナリオでは 28-32%の 範 囲 である。- 54 -

表 2.5 6つのIPCC SRES シナリオにおける、2020 年 と2050 年 の 世 界 の 主 要 地 域 での 各 部 門 からの 二 酸化 炭 素 排 出 量 (IPCC, 2000)。 次 のページに 続 く。排 出 源 : 排 出 量 合 計 MtCO 2 2020CPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア表 2.5 続 き排 出 源 : 排 出 量 合 計 MtCO 2 2020CPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア- 55 -

表 2.5 続 き排 出 源 : 排 出 量 合 計 MtCO 2 2020CPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア表 2.5 続 き排 出 源 : 排 出 量 合 計 MtCO 2 2020CPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア- 56 -

これらの 排 出 量 は、 化 石 燃 料 の 使 用 により 生 じる CO 2 の 理 論 上 の 最 大 回 収 量 を 表 す。Toth andRogner(2006)は、 化 石 燃 料 の 燃 焼 前 ・ 燃 焼 中 ・ 燃 焼 後 の CO 2 回 収 の 追 加 に 関 する 技 術 面 での 実行 可 能 性 に 基 づいて、 一 連 の 回 収 係 数 を 導 き 出 した。 回 収 係 数 とは、 回 収 が 技 術 的 に 実 現 できそうな 排 出 量 の 推 定 最 大 割 合 と 定 義 される。 世 界 中 で 現 在 稼 動 している 発 電 所 と 近 い 将 来 に 建 築 が計 画 されている 発 電 所 の 詳 細 な 評 価 を 行 い、 選 択 した 地 域 の 産 業 用 ボイラーの 検 討 も 実 施 した。設 備 容 量 、 燃 料 の 種 類 、 装 置 規 模 、その 他 の 技 術 的 パラメーターに 基 づいて 回 収 係 数 を 設 定 した。エネルギー 部 門 と 産 業 部 門 以 外 では、 実 際 に CO 2 回 収 の 実 施 見 込 みはわずかである。これは、 家庭 部 門 の 排 出 源 は 小 規 模 で 分 散 しており、 移 動 することも 多 く、 濃 度 が 非 常 に 低 いからである。これらの 要 因 のため、 回 収 係 数 は 低 くなる。CO 2 回 収 の 評 価 において 最 も 重 要 な 未 決 の 問 題 は、 今 後 数 十 年 の 間 に 輸 送 部 門 がどうなるのかである。 上 述 の 輸 送 におけるエネルギー 使 用 についてすべてのシナリオのすべてのモデルで 推 定される 平 均 的 な 増 加 が、 従 来 の 化 石 燃 料 エンジンの 技 術 に 関 するものであれば、 輸 送 関 連 の CO 2回 収 ・ 貯 留 は 理 論 的 に 可 能 ではあるものの、 技 術 的 には 無 意 味 なままであろう( 超 過 重 量 、 搭 載機 材 、 圧 縮 ペナルティなど)。しかし、 水 素 による 輸 送 技 術 の 浸 透 具 合 によっては、CO 2 を 排 出する 水 素 製 造 施 設 への CO 2 回 収 設 備 の 追 設 が 可 能 になるはずである。 輸 送 部 門 は 間 接 的 な CO 2 回収 の 大 きな 可 能 性 を 提 供 するが、その 実 現 可 能 性 は 将 来 の 水 素 製 造 技 術 によって 決 まる。CO 2 の 回 収 は、バイオマスを 燃 料 とする 発 電 所 やアルコール 製 造 を 目 的 とするバイオマス 発 酵 、バイオマスによる 水 素 製 造 装 置 でも 技 術 的 に 実 現 可 能 かもしれない。これらの 技 術 は 2050 年 までに 重 要 な 役 割 を 果 たすようになり、 一 連 の 技 術 全 体 にわたってネガティブ 排 出 を 生 み 出 すこともあり 得 る。Toth and Rogner(2006)の 回 収 係 数 を 表 2.5 の SRES シナリオの CO 2 排 出 量 に 適 用 した 結 果 を 表2.6 に 示 す。シナリオによっては、 世 界 全 体 の 発 電 由 来 の 排 出 量 の 30%から 60%が 2050 年 までに回 収 に 適 した 状 態 となり、 同 じ 期 間 に 産 業 由 来 の 排 出 量 の 30%から 40%も 回 収 可 能 となり 得 る。ここで 示 す CO 2 回 収 の 技 術 的 可 能 性 は、 一 連 の 二 酸 化 炭 素 の 回 収 ・ 貯 留 全 体 における 第 一 歩 に過 ぎない。シナリオ 間 のばらつきは、シナリオ・モデリング 分 析 に 本 質 的 に 関 連 する 不 確 実 性 を反 映 している。 合 計 CO 2 排 出 量 に 対 する 技 術 的 に 回 収 可 能 な CO 2 の 割 合 は 2020 年 までに 9-12%(すなわち 2.6-4.9GtCO 2 )、2050 年 までに 21-45%(すなわち 4.7-37.5GtCO 2 )である。- 57 -

表 2.6 6つのIPCC SRES シナリオにおける、2020 年 と2050 年 の 世 界 の 主 要 地 域 における 各 部 門 からの回 収 ・ 貯 留 が 可 能 な 二 酸 化 炭 素 排 出 量 (Toth and Ronger, 2005を 基 に 作 成 )。 次 ページに 続 く。CPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア表 2.6 続 きCPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア- 58 -

表 2.6 続 きCPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア表 2.6 続 きCPA = アジア 中 央 計 画 経 済 国 家 。 EE = 東 欧 、FSU = 旧 ソ 連 邦 、LAM = ラテンアメリカ、 P-OECD = OECD 太 平 洋 諸 国 、S&EA= 南 アジア 及 び 東 南 アジア、OECD- 西 欧 = 西 欧 +カナダ、アフリカ、ME = 中 東 、PAS = アジア 太 平 洋 地 域 、SAS = 南 アジア- 59 -

2.4 排 出 源 と 貯 留 機 会 との 地 理 的 関 係本 章 のこれまでのセクションでは、CO 2 排 出 源 の 地 理 的 分 布 について 述 べてきた。このセクションでは、 現 在 の 大 規 模 排 出 源 に 比 較 的 近 い 位 置 にある 潜 在 的 な 貯 留 サイトの 地 理 的 分 布 を 概 説する。2.4.1 地 球 規 模 の 貯 留 機 会大 量 の CO 2 貯 留 を 伴 う 排 出 された CO 2 貯 留 機 会 に 関 する 世 界 規 模 の 評 価 は、 地 中 貯 留 または 海洋 貯 留 オプションに 焦 点 を 絞 ってきた。それらの 貯 留 では、 CO 2 は 地 下 800m 以 上 の 地 層 に 注 入 され 封 じ 込 められる。 地 層 の 貯 留 場 所 でCO 2 は 超 臨 界 に 達して 高 密 度 の 液 体 に 似 た 状 態 となる。または、 CO 2 を 速 やかに 分 散 させるために 深 海 に 注 入 するか、あるいはCO 2 湖 を 形 成 させるために 深い 海 底 にCO 2 を 沈 降 させる。高 レベルの 世 界 規 模 の 評 価 で、 地 中 貯 留 シナリオと 海 洋 貯 留 シナリオの 両 方 について、かなりの CO 2 貯 留 能 力 が 存 在 すると 推 定 されてきた( 推 定 では 数 百 GtCO 2 から 数 万 GtCO 2 にまで 及 ぶ)。地 層 及 び 海 中 の 貯 留 能 力 に 関 する 文 献 の 推 定 については、それぞれ 第 5 章 と 第 6 章 で 詳 述 するものとし、 本 章 ではこれ 以 上 検 討 しない。2.4.2 空 間 的 ・ 時 間 的 関 係 の 考 察第 5 章 で 検 討 するように、 地 中 貯 留 の 目 的 は、 何 千 万 年 、 何 億 年 と 閉 じ 込 められている、 地 下深 くの 流 体 の 自 然 発 生 を 模 倣 することである。 自 然 界 で 見 られる 地 下 液 体 の 移 動 速 度 は 遅 いため( 年 に 数 センチメートルであることが 多 い)、 地 表 への CO 2 の 漏 洩 が 思 いがけず 起 こるというシナリオを 含 めても、 地 層 へ 注 入 された CO 2 は 基 本 的 に、 注 入 された 場 所 と 地 理 的 に 近 い 位 置 にとどまる。 第 6 章 では、 海 水 柱 に 注 入 された CO 2 は 同 じ 位 置 にとどまらず、 溶 解 した CO 2 は 海 流 の循 環 に 乗 って 比 較 的 速 く 海 中 を 移 動 することが 示 されている。よって、 海 水 柱 に 溶 解 した CO 2 はごく 短 期 的 に 見 ても( 例 : 数 年 から 数 世 紀 )、 注 入 された 位 置 にとどまらない。 深 海 の CO 2 湖 は原 則 として、 地 理 的 な 移 動 は 少 ないが、 数 年 または 数 世 紀 のうちに 海 水 柱 に 溶 ける。このような、 地 中 貯 留 ・ 海 洋 貯 留 における CO 2 移 動 の 空 間 的 ・ 時 間 的 特 性 は、 排 出 源 と 貯 留 位置 を 作 図 するときの 重 要 な 基 準 となる。いずれの 貯 留 シナリオでも、 将 来 貯 留 場 所 が 隣 接 する 可能 性 と、それらの 貯 留 場 所 が 相 互 に 影 響 し 合 う 可 能 性 について 検 討 する 必 要 がある。2.4.3 排 出 源 / 貯 留 場 所 の 世 界 規 模 の 地 理 的 マッピング排 出 源 と 潜 在 的 な 貯 留 場 所 の 地 理 的 分 布 を 示 す 地 図 の 妥 当 性 の 評 価 には、CO 2 の 排 出 量 と 利 用可 能 とみられる 貯 留 能 力 の 理 解 、 並 びに 可 能 性 のある 解 決 策 としての 貯 留 サイトの 実 行 可 能 性 に影 響 を 及 ぼすような、 貯 留 サイトの 技 術 的 な 不 確 実 性 の 種 類 とレベルの 確 定 が 必 要 である。前 述 のとおり、 排 出 量 が 0.1MtCO 2 / 年 を 越 える 大 規 模 固 定 排 出 源 は 7,500 箇 所 ほど 存 在 しており、その 数 は 2050 年 までに 増 加 すると 予 測 されている。 地 図 作 成 はセクション 2.3.2 で 示 した「 回 収係 数 」を 考 慮 していない。- 60 -

2.4.3.1 地 中 貯 留 と 排 出 源 の 位 置 のマッチング第 5 章 では、 貯 留 サイトの 地 理 的 特 性 について 詳 述 している。 地 中 貯 留 の 機 会 世 界 的 な 場 所 を検 討 する 前 に、 地 中 貯 留 に 関 する 基 本 事 項 を 述 べておく 必 要 がある。 世 界 の 地 質 区 は 様 々な 岩 型に 分 類 できるが、 地 中 貯 留 に 関 連 のある 主 な 地 質 区 は、 軽 微 な 地 殻 変 動 しか 経 験 しておらず、 少なくとも 厚 さ 1,000m で、CO 2 の 注 入 と 封 じ 込 めを 可 能 にする 適 切 な 貯 留 場 所 とシールを 併 せ 持 つ堆 積 盆 である。 世 界 の 石 油 地 帯 は 上 述 の 堆 積 盆 の 一 部 であり、CO 2 の 地 中 貯 留 に 有 望 な 場 所 だと考 えられている(Bradshaw et al., 2002)。これらの 盆 地 には、 適 当 な 貯 留 場 所 とシールがあり、液 体 か 気 体 かを 問 わず 炭 化 水 素 を 封 じ 込 める 適 切 な 封 じ 込 め 場 所 がある。 世 界 にある 残 りの 地 質区 は 一 般 的 に、 火 成 岩 ( 溶 融 液 の 結 晶 化 により 形 成 された 岩 石 ) 区 と 変 成 岩 ( 既 存 の 岩 石 が、 熱 ・圧 力 ・ 化 学 的 に 活 性 化 した 液 体 の 影 響 により 化 学 的 ・ 物 理 的 に 変 質 して 形 成 されたもの) 区 に 分類 される。これらの 種 類 の 岩 石 は 通 例 硬 岩 区 として 知 られる。 一 般 に 多 孔 性 ではなく 透 水 性 を 持たないので、 容 易 には 液 体 を 通 さず、CO 2 の 貯 留 に 適 さない。 堆 積 盆 の 適 合 性 と 個 別 のサイトの特 徴 づけに 関 する 更 なる 詳 細 は 第 5 章 で 述 べる。図 2.4 は 世 界 の 様 々な 地 域 の CO 2 地 中 貯 留 への「 有 望 性 」( 付 録 II を 参 照 )を 示 す。 有 望 性 とは 地 質 資 源 の 探 索 で 一 般 的 に 使 われる 用 語 であり、この 場 合 CO 2 の 貯 留 スペースを 示 す。 有 望 性は、 現 在 入 手 可 能 な 知 見 に 基 づく、 任 意 の 区 域 に 適 切 な 貯 留 場 所 が 存 在 する 可 能 性 の 定 性 的 評 価である。 本 来 、 時 間 の 経 過 と 共 に、また 新 しい 情 報 の 出 現 で 変 化 する 可 能 性 がある。 有 望 性 の 推定 においては、( 可 能 であれば)データを 検 証 し、 既 存 の 知 見 を 検 証 し、 確 立 された 概 念 モデルを 適 用 し、 理 想 的 には 新 しい 概 念 モデルを 生 み 出 すか、 又 は 隣 接 する 盆 地 かその 他 の 地 理 的 に 類似 した 環 境 から 類 推 を 行 う。 資 源 の 範 囲 に 数 値 予 測 を 当 てはめることが 複 雑 すぎるか、 技 術 的 に不 可 能 である 場 合 、 有 望 性 の 概 念 がしばしば 用 いられる。図 2.4 適 切 な 深 部 塩 水 層 、 油 田 またはガス 田 、 炭 層 の 発 見 が 見 込 まれる 堆 積 盆 地 の 有 望 な 領 域 。 炭 層への 貯 留 に 関 する 場 所 は 部 分 的 にしか 含 まれていない。 有 望 さ(prospectivity)とは、 現 在 入 手 可 能 な知 見 に 基 づく、 任 意 の 領 域 に 適 切 な 貯 留 場 所 が 存 在 する 可 能 性 の 定 性 的 評 価 である。この 図 は 不 完 全なデータに 基 づいており、 地 域 ごとに 質 に 差 があり、 時 間 の 経 過 と 共 に、あるいは 新 しい 情 報 の 出 現で 変 化 する 可 能 性 があるので、 指 針 としてのみ 捉 えるべきである (Bradshaw and Dance, 2004)。図 2.4 は、 非 常 に 単 純 化 したレベルで、 世 界 の 地 質 区 を 貯 留 の 見 込 みが 1) 非 常 に 有 望 、2) 有望 、3) 有 望 でない、のいずれかに 分 類 して 示 している(Bradshaw and Dance, 2004)。 非 常 に 有 望な 区 域 は、 世 界 有 数 の 石 油 盆 地 を 含 むと 考 えられ、それは 世 界 のうち 大 量 の 炭 化 水 素 を 産 出 する- 61 -

盆 地 を 意 味 する。また、 大 きな 貯 留 可 能 性 を 持 つと 期 待 される 区 域 もここに 含 まれる。 有 望 な 貯留 可 能 性 を 持 つ 区 域 は、 小 さな 石 油 盆 地 ではあるが 世 界 有 数 のものとは 言 えない 盆 地 や、それほど 変 形 していないその 他 の 堆 積 盆 である。これらの 盆 地 の 中 には CO 2 の 貯 留 の 見 込 みが 非 常 に 有望 なものや、あまり 有 望 でないものがある。これらの 盆 地 が CO 2 貯 留 にどの 程 度 適 しているかは、それぞれの 区 域 の 詳 細 な 研 究 によって 決まる。 有 望 でない 区 域 とは、ひどく 変 形 した 堆 積 盆 や 主 として 変 成 岩 や 火 成 岩 を 含 むその 他 の 地質 区 である。これらの 地 質 区 の 中 には CO 2 貯 留 の 地 域 的 ・ニッチ 的 な 機 会 を 持 ちうるものもあるが、この 段 階 では 従 来 型 の CO 2 貯 留 に 適 しているとはみなされないだろう。Bradshaw and Dance(2004)が 説 明 するように、この 地 図 には 重 要 な 警 告 があり、 作 成 する 元 となったデータソースのために 重 大 な 仮 説 に 基 づいている。しかし、CO 2 の 地 中 貯 留 の 機 会 の 可 能 性 がある 区 域 の 位 置に 関 する 地 球 規 模 での 一 般 的 (しかし、 具 体 的 でない) 指 針 としてこの 地 図 を 用 いることはできる。 この 地 図 は 一 般 的 な 方 法 で 作 成 されており、 個 々の 盆 地 の 評 価 の 基 礎 となる 具 体 的 な/ 信 頼できるデータが 欠 けているため、それぞれのカテゴリーに 割 り 当 てられた「 有 望 性 」のレベルは、有 意 義 な 相 関 的 ・ 統 計 的 ・ 確 率 的 意 味 を 持 たない。リスク 又 は 確 実 性 に 関 する 数 的 解 析 を 実 現 するには、 評 価 されるすべての 盆 地 について 具 体 的 な 情 報 が 必 要 となるだろう。図 2.5 は、CO 2 貯 留 の 有 望 な 見 込 みを 持 つ 堆 積 盆 と、 現 在 の 大 規 模 固 定 排 出 源 の 位 置 との 重 なりを 示 す(IEA GHG,2002a)。この 地 図 は 単 純 に、 任 意 の 排 出 源 から 地 中 貯 留 場 所 へ CO 2 を 運 ぶのに 長 距 離 の 輸 送 を 要 する 区 域 を 特 定 するものと 解 釈 できる。 近 くの 地 中 貯 留 の 可 能 性 と 少 数 の 排出 場 所 を 持 つ 地 域 ( 例 : 南 米 )や、 多 数 の 排 出 源 とごく 少 数 の 地 中 貯 留 オプションを 持 つ 地 域 ( 例 :インド 亜 大 陸 )を 明 白 に 示 している。しかし、この 地 図 はあらゆるサイトの 大 規 模 な 排 出 源 や 小さい 貯 留 能 力 に 合 わせる 相 対 的 容 量 を 扱 うものではない。 貯 留 サイトに 存 在 しうる 技 術 的 な 不 確実 性 や、 排 出 プラントの 排 出 源 と 排 出 源 の 純 度 におけるコストの 意 味 合 いを 扱 うものでもない。具 体 的 な 排 出 源 と 貯 留 場 所 とのマッチングに 関 する 課 題 は 第 5 章 で 扱 う。図 2.5 CO 2 排 出 源 と 地 中 貯 留 サイトとなる 見 込 みのある 場 所 との 地 理 的 関 係 。 点 は0.1–50 MtCO 2 / 年 のCO 2 排 出 源 を 意 味 する。 有 望 性 とは、 現 在 入 手 可 能 な 知 見 に 基 づく、 任 意 の 区 域 に 適 切 な 貯 留 場 所 が 存在 する 可 能 性 の 定 性 的 評 価 である。この 数 字 は 不 完 全 なデータに 基 づいており、その 質 は 地 域 ごとに異 なり、 時 間 の 経 過 と 共 に、また 新 しい 情 報 の 出 現 で 変 化 する 可 能 性 があるので、 単 なる 指 針 として捉 えるべきである。- 62 -

図 2.6、 図 2.7、 図 2.8 は、 世 界 の 12 地 域 での 地 域 的 な 排 出 源 の 集 まりと、 各 地 域 で 利 用 可 能 な貯 留 機 会 を 示 す。また、 排 出 源 の 集 まりから 半 径 300km にある 有 望 な 堆 積 盆 地 帯 の 相 対 的 な 順 位を 比 較 している (Bradshaw and Dance, 2004)。 半 径 300km は、 実 現 の 見 込 みのある 排 出 源 と 貯留 場 所 とのマッチングにおいて 予 想 輸 送 距 離 の 指 標 として 有 益 と 考 えられたため 選 択 された( 第5 章 を 参 照 )。 中 国 では 有 望 な 堆 積 盆 の 面 積 が 少 なく 排 出 量 が 大 きいが、 中 東 では 有 望 な 堆 積 盆の 面 積 が 大 きく 排 出 量 が 低 い、といったように、 本 データが 傾 向 を 示 唆 することがあるが、それぞれの 堆 積 盆 や 提 案 されている 個 別 のサイトの 質 や 有 効 性 について 各 地 域 で 詳 細 な 評 価 が 行 われるまで、 多 くの 推 定 を 行 うのは 時 期 尚 早 である。それぞれの 盆 地 には 固 有 の 技 術 的 特 性 があり、大 量 の CO 2 の 注 入 ・ 貯 留 に 関 する 技 術 は 発 展 途 上 にあるため、 詳 細 なデータセットや 評 価 が 行 われるまでは、 個 々の 堆 積 盆 の 有 効 性 についてこの 段 階 で 実 質 的 な 意 見 を 述 べるのは 時 期 尚 早 である( 第 5 章 を 参 照 )。しかしこれらの 地 図 は、CO 2 の 地 中 貯 留 により 生 じうる 世 界 的 な 影 響 を 包括 的 に 評 価 する 前 に、 詳 細 な 地 質 評 価 を 要 する 地 域 ( 例 えば 中 国 、 インド)を 表 している。また、これらの 地 図 は CO 2 貯 留 スペースが 一 種 の 資 源 であり、 他 の 資 源 と 変 わらないことを 示 している。恵 まれた 機 会 を 数 多 く 有 する 地 域 があれば、それほど 恵 まれていない 地 域 もある (Bradshaw andDance,2004)。図 2.6 300kmの 緩 衝 地 帯 を 設 けた 上 で、 世 界 の 地 中 貯 留 の 見 込 みと 地 域 的 な 排 出 源 の 集 まりの 比 較(Bradshaw and Dance, 2004)。- 63 -

図 2.7 大 規 模 固 定 排 出 源 の 周 囲 300kmの 緩 衝 地 帯 にある 有 望 な 区 域 と 有 望 でない 区 域 との 割 合 (パーセンテージ)を 用 いて 決 定 される、 地 域 の 貯 留 の 機 会 。 円 グラフは 緩 衝 地 帯 における 有 望 な 区 域 ( 堆積 盆 地 )の 割 合 を 示 す (Bradshaw and Dance, 2004)。図 2.8 排 出 源 と 堆 積 盆 地 との 近 接 性図 2.9 は、CO 2 の 濃 度 の 高 い(>95%) 排 出 源 と、 地 中 貯 留 サイトとなる 見 込 みのある 場 所 への近 接 性 を 示 す。 高 濃 度 排 出 源 の 集 まりは 中 国 と 北 米 に 見 られ、それより 少 ないがヨーロッパにも見 られる。- 64 -

図 2.9 高 濃 度 CO 2 排 出 源 と、 有 望 な 地 中 貯 留 サイトとの 地 理 的 近 接 性2.4.3.2 海 洋 貯 留 と 排 出 源 - 貯 留 場 所 のマッチング公 的 に 入 手 可 能 な 文 献 がないため、 大 規 模 な CO 2 排 出 源 の 近 接 性 とそれらの 海 洋 貯 留 の 機 会 との 地 理 的 関 係 を 世 界 規 模 で 検 討 することはできないだろう。 世 界 の 海 岸 線 沿 いの 発 電 所 から 排 出される CO 2 の 海 水 による 吸 収 を 分 析 した 関 連 研 究 が 行 われている。その 研 究 は、1500 m の 海 底 の等 高 線 から 100km 以 内 の 世 界 中 の 海 岸 線 沿 いの 大 規 模 固 定 排 出 源 (この 場 合 は 発 電 所 ) 数 を 検 証した(IEA GHG,2000a)。これらの 深 海 の 貯 留 場 所 に 近 い 89 箇 所 の 潜 在 的 な 発 電 源 が 確 認 された。これは、 世 界 全 体 の 発 電 部 門 における 大 規 模 固 定 排 出 源 の 総 数 に 対 して、ごくわずかな 割 合 (< 2%)でしかない(セクション 2.1 を 参 照 )。 深 海 貯 留 に 頼 る 発 電 所 の 割 合 はそれより 大 きい 可 能 性 がある。100km を 超 える 距 離 を 輸 送 した 方 が 費 用 対 効 果 が 良 い 場 合 もあるからである。それにもかかわらず、この 研 究 では 海 洋 貯 留 サイトより 地 中 貯 留 場 所 へマッチングされた 方 が 費 用 対 効 果 が良 い 大 規 模 固 定 排 出 源 の 割 合 は 大 きいことが 示 されている。 深 海 貯 留 サイトについて 検 討 する 際には、 管 轄 権 の 境 界 、サイトの 適 合 性 、 環 境 への 影 響 など、 対 処 しなければならない 多 くの 問 題があり、それらについては 第 6 章 で 検 討 する。 海 水 柱 への 注 入 の 空 間 的 ・ 時 間 的 性 質 により、 排出 源 と 貯 留 場 所 とのマッチング 手 法 が 影 響 を 受 けることもある。CO 2 は 注 入 された 場 所 の 近 くにとどまらず、 管 轄 権 の 境 界 を 越 えて、 環 境 問 題 に 注 意 を 要 する 区 域 へ 入 っていく 可 能 性 がある。2.5 代 替 エネルギーキャリアと CO 2 排 出 の 影 響前 述 のとおり、 世 界 の CO 2 排 出 量 の 相 当 部 分 が 輸 送 、 家 庭 、その 他 の 小 規 模 で 分 散 した 燃 焼 源から 発 生 している。 現 在 のところ、 小 規 模 で 分 散 した 排 出 源 から 出 る CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 は 経 済 的に 見 合 わないが、これらの 排 出 源 で 使 用 する 化 石 燃 料 を 以 下 のいずれかと 交 換 することができれば、このような 排 出 を 減 らすことができる。 炭 素 を 含 まないエネルギーキャリア( 例 : 電 気 又 は 水 素 ) 従 来 型 の 炭 化 水 素 燃 料 ほど 炭 素 中 心 ではないエネルギーキャリア( 例 :メタノール、フィッシャー・トロプシュ 液 体 、ジメチルエーテル) 直 接 使 用 できる、あるいは 植 物 性 エタノールなどのエネルギーキャリアを 生 成 するために 使用 できるバイオマスエネルギー。バイオマスが 持 続 的 に 増 加 すれば、 産 出 されるエネルギーを「 炭 素 とは 中 立 」とみなすことができる。- 65 -

最 初 の 2 つの 場 合 は、 代 替 エネルギーキャリアは CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 組 み 込 んだ 集 中 型 プラントで 製 造 できる。バイオマスの 場 合 も、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 をエネルギーキャリアの 製 造 の 仕 組 みに 組 み 込 むことができる。このセクションの 目 的 は、このような 代 替 エネルギーキャリアとエネルギー 源 を 導 入 することによって 将 来 の 大 規 模 CO 2 排 出 源 にもたらされる 影 響 を 調 査 することである。2.5.1 炭 素 を 含 まないエネルギーキャリア2.5.1.1 電 気長 期 的 にはエネルギー 経 済 の 電 化 の 傾 向 にあり、この 傾 向 は 継 続 すると 考 えられる(IPCC,2000)。 電 気 使 用 の 増 加 が、 化 石 燃 料 の 直 接 使 用 の 代 用 である 限 り( 例 : 輸 送 、 家 庭 における 調 理 や 暖 房 の 用 途 )、その 電 気 が 炭 素 を 含 まない 一 次 エネルギー 源 ( 再 生 可 能 エネルギー 又は 原 子 力 )から 得 られたか、 燃 料 サイクル 全 体 で CO 2 排 出 がほぼゼロの 状 態 で 製 造 された 水 素 燃料 電 池 などの 分 散 型 の 発 電 装 置 から 得 られたか、あるいは CO 2 を 回 収 ・ 貯 留 している 大 規 模 な 化石 燃 料 火 力 発 電 所 で 得 られたものであれば、 結 果 的 に CO 2 排 出 量 が 減 少 する。原 理 的 にはすべてのエネルギーを 電 気 で 供 給 することは 可 能 だが、 大 半 のエネルギー 予 想 では、多 くの 用 途 で 燃 料 の 直 接 使 用 の 方 が 望 ましいと 想 定 している(IPCC, 2000)。 例 えば、 輸 送 では徹 底 的 な 開 発 努 力 にもかかわらず、 電 池 で 動 く 電 気 自 動 車 は 隙 間 市 場 以 上 に 展 開 されていない。高 コスト、 重 量 、 再 充 電 時 間 の 長 さなどの 課 題 を 克 服 できていないためである。 現 在 のハイブリッド 電 気 自 動 車 ( 化 石 燃 料 と 電 池 を 併 用 したもの)が 大 衆 市 場 に 浸 透 する 見 通 しは 良 好 だが、これらの 自 動 車 は 集 中 型 配 電 網 からの 充 電 を 要 しない。「プラグイン・ハイブリッド」の 開 発 に 成功 すれば 輸 送 における 電 気 の 役 割 は 拡 大 するだろうが、そういった 自 動 車 も 依 然 として 電 力 供 給網 だけでなく 燃 料 を 必 要 とするだろう。 要 するに、エネルギー 全 体 に 占 める 電 気 の 割 合 は 増 加 し続 けるが、 大 規 模 排 出 源 の 増 加 のほとんどは、 一 次 エネルギー 需 要 の 増 加 の 結 果 であると 予 想 される。2.5.1.2 水 素市 場 において 水 素 をエネルギーキャリアとして 確 立 することに 成 功 すれば、その 水 素 が CO 2 の回 収 ・ 貯 留 を 伴 う 大 規 模 な 燃 焼 前 炭 素 除 去 プラントで 化 石 燃 料 から 製 造 されている 場 合 、 大 型 の新 しい 集 中 型 CO 2 排 出 源 の 出 現 といえるだろう。そのようなプラントは 高 濃 度 の CO 2 を 産 出 する(システム 設 計 については 第 3 章 を 参 照 )。 化 石 燃 料 費 が 低 く、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 が 実 行 可 能 であれば、このような 方 法 で 製 造 された 水 素 は 再 生 可 能 エネルギーや 原 子 力 などの 一 次 エネルギー源 から 製 造 された 水 素 より 安 いと 考 えられる(Williams,2003; NRC, 2004)。この 技 術 を 利 用 できるのは、 製 造 場 所 が 水 素 の 使 用 場 所 と 数 百 キロメートルしか 離 れていない 場 合 に 限 られることに注 意 が 必 要 である。これは、 費 用 対 効 果 の 良 い 長 距 離 の 水 素 輸 送 は 大 きな 課 題 であるためである。化 石 燃 料 から 水 素 を 製 造 することは、 炭 素 を 含 まない 一 次 エネルギー 源 に 基 づく 水 素 利 用 インフラの 確 立 を 通 じた 水 素 経 済 への 技 術 的 発 展 の 一 歩 といえるだろう(Simbeck, 2003)。エネルギー 市 場 の 水 素 需 要 には、( 燃 料 電 池 での) 電 気 への 電 気 化 学 的 変 換 や 燃 焼 用 途 が 含 まれる。 化 石 燃 料 の 燃 焼 を 水 素 で 代 用 することにより、エネルギーの 使 用 時 点 で CO 2 排 出 量 が 減 少する。 水 素 市 場 発 展 の 関 心 の 多 くは、 建 物 や 輸 送 における 分 散 型 の 固 定 用 途 に 集 中 してきた。 燃料 電 池 は、アパートの 建 物 や 単 一 家 庭 の 住 居 などの 小 規 模 で 分 散 型 の 固 定 エネルギーシステムを使 用 可 能 な 一 つのオプションである(Lloyd, 1999)。 建 物 の 用 途 では、 水 素 を 暖 房 や 調 理 のため- 66 -

に 燃 焼 させることもできる(Ogden and Williams, 1989)。 輸 送 部 門 では、 水 素 燃 料 電 池 自 動 車 は激 しい 開 発 活 動 の 中 心 にあり、 数 社 の 大 手 自 動 車 メーカーは、2010 年 代 半 ばを 商 業 化 の 目 標 と 定めている(Burns et al., 2002)。 燃 料 電 池 自 動 車 の 使 用 の 普 及 を 妨 げる 主 な 技 術 的 障 壁 は、 車 両 そのものの 現 在 のコストの 高 さと、 圧 縮 気 体 水 素 貯 蔵 ( 有 効 性 が 十 分 立 証 された 唯 一 の 水 素 貯 蔵 技術 )はかさばるので 燃 料 補 給 までの 走 行 距 離 が 制 約 されることである(NRC, 2004)。ただし、 貯蔵 技 術 の 進 歩 がなくても、 現 在 の 実 現 可 能 な 走 行 距 離 は 多 くの 消 費 者 にとって 受 容 できるものだろう(Ogden et al., 2004)。燃 料 電 池 自 動 車 が 利 用 可 能 になるまで、 燃 料 電 池 より 効 率 は 落 ちるものの、 水 素 を 内 燃 エンジン 車 両 に 用 いることもできる(Owen and Gordon, 2002)。この 場 合 、 燃 料 補 給 までの 走 行 距 離 は同 じ 性 能 の 燃 料 電 池 自 動 車 より 小 さくなるだろう(Ogden et al., 2004)。 発 電 の 用 途 では、もともと 天 然 ガスでの 運 転 のため 設 計 されたガスタービンを 水 素 で 運 転 できるよう 再 設 計 できる(Chiesa et al., 2003)。現 在 、 水 素 経 済 へ 到 達 するまでに 多 数 の 障 壁 が 存 在 する。コスト 競 争 力 のある 燃 料 電 池 やその他 の 水 素 機 器 が 存 在 しないこと、 水 素 を 消 費 者 に 届 けるためのインフラが 存 在 しないことなどである。 現 在 世 界 中 で 実 施 されている 多 くの 水 素 研 究 開 発 プログラムや 政 策 研 究 において、これらの 課 題 が 取 り 上 げられている(Sperling and Cannon, 2004)。 他 の 燃 料 と 比 べると 水 素 は 広 く 燃 焼範 囲 と 爆 発 範 囲 、 低 い 点 火 エネルギー、 速 い 火 炎 伝 播 速 度 を 持 つので、 安 全 性 の 懸 念 もある。ただし、 産 業 上 の 経 験 から、 多 くの 用 途 で 水 素 を 安 全 に 製 造 ・ 使 用 できることがわかっている (NRC,2004)。主 にアンモニア 肥 料 の 合 成 や 製 油 所 での 水 素 化 精 製 に 関 して、 水 素 の 製 造 ・ 流 通 に 関 する 産 業上 の 幅 広 い 経 験 がある。 現 在 の 世 界 の 水 素 製 造 は 4500 万 t/ 年 であり、2000 年 の 世 界 の 一 次 エネルギー 使 用 量 の 1.4%に 相 当 する(Simbeck, 2003)。48%が 天 然 ガス、30%が 石 油 、18%が 石 炭 、4%が 水 の 電 気 分 解 で 製 造 される。 水 素 を 約 10 万 MWt 消 費 するアンモニア 製 造 が 年 間 2-4%の 割 合 で増 加 している。 主 に 現 在 重 い 原 油 へ 移 行 しつつあることと 輸 送 用 燃 料 の 硫 黄 含 有 量 を 制 限 する 規則 のため、 製 油 所 での 水 素 の 需 要 も 増 えてきている。 現 在 、 水 素 のほとんどは 水 蒸 気 メタン 改 質(SMR)、ナフサの 水 蒸 気 改 質 、 石 油 の 残 余 物 と 石 炭 の 気 体 化 などで 製 造 される。 天 然 ガスが 妥当 な 価 格 で 入 手 できるときには 常 に 資 本 コストが 低 くなるため、 一 般 的 に SMR オプションが 好 まれる。それにもかかわらず、 石 炭 及 び 石 油 の 精 製 残 余 物 から 約 2 万 MWt の 水 素 を 製 造 している 近代 的 な 商 業 規 模 のガス 化 プラントが 約 75 箇 所 存 在 する(NETL-DOE, 2002)。これらは 主 に 中 国 、ヨーロッパ、 北 米 にあるアンモニア 肥 料 工 場 と 水 素 工 場 である。 現 在 、 世 界 に 16,000km 以 上 の 水素 パイプラインがある。その 多 くは 比 較 的 短 く、 化 学 薬 品 の 製 造 、 金 属 の 還 元 、 製 油 所 での 石 油の 水 素 化 処 理 に 携 わる 大 口 顧 客 のために 産 業 区 域 に 位 置 する。 現 在 稼 動 している 最 長 のパイプラインの 長 さは 400km で、ヨーロッパの 人 口 過 密 地 帯 にあり、アントワープからフランス 北 部 まで通 じている。パイプラインは 約 60 気 圧 の 圧 力 で 稼 動 している(Simbeck, 2004)。CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 行 う 水 素 製 造 化 石 燃 料 プラントは 通 常 大 規 模 であり、 水 素 のコストと CO 2貯 留 コストを 低 く 抑 えるために 1,000 MWt(720t/ 日 ) 6 単 位 で 製 造 を 行 っている。 水 素 1kg あたりの 共 同 製 造 速 度 は、SMR で 約 8 kg CO 2 、 石 炭 の 気 体 化 で 15 kg CO 2 であり、CO 2 の 貯 留 速 度 は680%の 能 力 で 稼 動 しているこの 種 のプラントは、100km あたり 2.9L のガソリン 相 当 燃 料 効 率 を 持 つ 200 万 台 の燃 料 電 池 自 動 車 が 年 間 14000km 走 行 するのに 対 応 できるだろう。- 67 -

( 平 均 利 用 率 の 80%で 稼 動 しているプラントの 場 合 )SMR と 石 炭 の 気 体 化 ではそれぞれ 年 間1,700 万 t と 3,100 万 t である。多 数 の 分 散 型 の 移 動 及 び 固 定 用 途 のために、 比 較 的 少 数 の 大 規 模 プラントで CO 2 を 回 収 ・ 貯 留しつつ 化 石 燃 料 から 水 素 を 製 造 すれば、 石 油 ベースのエネルギーシステムと 比 較 して 燃 料 サイクル 全 体 の 排 出 量 を 著 しく 削 減 できるだろう。これは、 燃 料 補 給 ステーションでの 石 油 の 精 製 と 水素 圧 縮 のためのエネルギーを 含 む、すべての 化 石 燃 料 エネルギーのインプットを 考 慮 している(NRC, 2004; Ogden et al., 2004)。このような 水 素 製 造 システムにより 生 成 しうる 大 規 模 で 集 中 型の CO 2 排 出 源 の 数 と、それらの 地 理 的 分 布 について、 今 のところ 何 の 推 定 も 行 われていない。2.5.2 代 替 エネルギーキャリアと CO 2 排 出 の 影 響合 成 液 体 燃 料 に 対 する 関 心 は、 石 油 供 給 の 安 全 性 に 関 する 懸 念 と(TFEST, 2004) 水 素 がエネルギー 経 済 に 大 きく 貢 献 できるようになるまで 数 十 年 はかかるだろうという 予 想 (NRC, 2004)から生 じている。取 り 残 された 天 然 ガスからフィッシャー・トロプシュ 液 体 を 製 造 しようとする 活 動 が、 世 界 的にかなり 行 われている。1 日 12,500 バレルを 製 造 する、 初 の 主 要 なガス- 液 体 変 換 プラントは 1993年 にマレーシアに 建 設 された。 天 然 ガスからフィッシャー・トロプシュ 液 体 燃 料 を 製 造 するプロジェクトがカタールでいくつか 進 行 中 であり、そのプラントの 能 力 は 1 日 30,000 バレルから140,000 バレルである。ガス- 液 体 変 換 プロジェクトでは 通 常 、 副 産 物 としての 高 濃 度 CO 2 流 は 生じないが、 石 炭 (またはバイオマスや 石 油 の 残 余 物 などその 他 の 固 体 原 料 ) 由 来 のガス 化 による合 成 ガスを 使 用 している 合 成 燃 料 プロジェクトでは、 高 濃 度 の 大 規 模 な CO 2 流 が 生 じるだろうし、それは 回 収 ・ 貯 留 の 有 望 な 候 補 である。 南 アフリカの Sasol では、 毎 年 合 成 燃 料 と 化 学 物 質 の 製 造に 約 2,000 万 t の 炭 素 を 含 む 石 炭 が 消 費 されている。その 炭 素 の 約 32%は 製 品 の 中 に 残 り、40%は 希 薄 流 の CO 2 として 放 出 され、28%はほぼ 純 粋 な CO 2 として 約 2,000 万 t CO 2 / 年 の 割 合 で 放 出される。さらに 2000 年 以 来 、ノース・ダコタ( 米 国 )における 石 炭 ガス 化 プラントで、 合 成 メタン 製 造 から 年 に 1,500 万 t の CO 2 副 産 物 を 回 収 し、Saskatchewan(カナダ)にある Weyburn 油 田までの 300km をパイプラインで 輸 送 し、そこで 原 油 の 二 次 回 収 に 利 用 している( 詳 細 については第 5 章 を 参 照 )。 中 国 で 計 画 ・ 検 討 されている 石 炭 ベースの 合 成 燃 料 プラントには、600,000t/ 年の 製 造 能 力 を 持 つメタノール 工 場 6 箇 所 、800,000t/ 年 の 製 造 能 力 を 持 つジメチルエーテル 工 場 2箇 所 、 大 規 模 なフィッシャー・トロプシュ 液 体 の 製 造 工 場 2 箇 所 以 上 が 含 まれる 7 。 米 国 では、エネルギー 省 (the Department of Energy)がペンシルバニアで 低 品 質 の 石 炭 から 1 日 5,000 バレルのフィッシャー・トロプシュ 液 体 と 41 MWe の 電 力 を 生 み 出 す 実 証 プロジェクトを 支 援 している。合 成 ガスベースのエネルギーシステムが 市 場 で 確 立 されれば、 水 素 製 造 の 場 合 と 同 様 、 経 済 的な 考 慮 から、 大 量 で 相 対 的 に 純 粋 な CO 2 副 産 物 の 流 れを 生 み 出 す 大 規 模 施 設 が 建 設 されるだろう。多 種 生 産 プラント、 例 えば 合 成 液 体 燃 料 と 電 力 を 製 造 できる 工 場 などは、 規 模 の 経 済 、 範 囲 の 経済 、システム 運 用 の 柔 軟 性 が 向 上 することにより 得 られる 機 会 などの 恩 恵 を 受 けられるだろう(Williams et al., 2000; Bechtel et al., 2003; Larson and Ren, 2003; Celik et al., 2005)。そういった 工 場では、 合 成 燃 料 を 製 造 する 合 成 反 応 炉 の 上 流 ・ 下 流 の 両 方 で、 切 り 替 えられた 合 成 ガス 流 から CO 2を 回 収 できる。7メタノールの 大 半 は、 化 学 物 質 の 製 造 とそれに 続 くジメチルエーテルへの 変 換 に 用 いられるが、 中 には 輸 送 用燃 料 に 使 用 されるメタノールもある。ジメチルエーテルは 主 として 調 理 用 燃 料 に 用 いられる。- 68 -

CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 伴 う 場 合 、 石 油 由 来 の 合 成 燃 料 に 関 する GJ あたりの 燃 料 サイクル 全 体 の 温 室効 果 ガス 排 出 量 は、 原 油 由 来 の 燃 料 より 少 ない 場 合 がある。 例 えば、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 伴 うジメチルエーテル 製 造 に 関 する 研 究 によれば、 燃 料 サイクル 全 体 の 温 室 効 果 ガスの GJ あたり 排 出 量は、CO 2 回 収 の 程 度 に 応 じて、 原 油 由 来 のディーゼルの 排 出 率 の 75%から 97%までの 範 囲 となることが 明 らかになった(Celik et al., 2005)。CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 行 いつつ、 合 成 低 炭 素 液 体 エネルギーキャリアを 製 造 する 場 合 の CO 2 排 出の 影 響 は、 化 石 燃 料 から 水 素 を 製 造 する 場 合 に 類 似 しており、 大 量 の 高 濃 度 CO 2 が 排 出 源 において 回 収 のため 利 用 可 能 となる。ここでも、 生 成 するであろう 大 規 模 固 定 排 出 源 の 数 やそれらの 地理 的 分 布 については、 推 定 されていない。2.5.3 バイオマスエネルギー 生 産 における CO 2 排 出 の 影 響世 界 の 一 部 の 地 域 では、 専 用 プラントによるものや 石 油 燃 料 との 組 み 合 わせによるものにかかわらず、エネルギー 生 産 のためのバイオマスの 使 用 に 多 大 な 関 心 が 寄 せられている。 潜 在 的 には重 要 だが、 将 来 的 な CO 2 源 について 今 のところ 意 味 合 いが 不 確 実 な 一 連 のオプションは、CO 2 の回 収 ・ 貯 留 を 伴 うバイオエネルギーオプションである。このようなシステムは CO 2 のネガティブ排 出 を 実 現 できる 可 能 性 がある。このようなシステムの 認 識 されている CO 2 排 出 のメリットとコストは 本 報 告 書 の 他 の 章 で 検 討 する( 第 3 章 と 第 8 章 を 参 照 )ので、ここではこれ 以 上 検 討 しない。 本 セクションの 狙 いは、バイオマスエネルギーの 製 造 により 生 じる 現 在 の 排 出 量 の 規 模 を 見積 もり、それが 将 来 どのように 変 化 するかを 検 討 し、それによって 将 来 の CO 2 排 出 源 の 数 と 規 模に 与 える 影 響 を 考 察 することである。2.5.3.1 バイオエタノールの 製 造バイオエタノールは 現 在 製 造 されている 主 要 なバイオ 燃 料 である。 現 在 、バイオエタノールの2 大 生 産 者 は 米 国 とブラジルである。 米 国 は 2003 年 に 110 億 リットルを 製 造 し、1995 年 の 製 造 能力 を 倍 増 した。 政 府 によるインセンティブがあるため 製 造 は 今 後 も 増 加 すると 予 想 される。ブラジルでの 製 造 は、2003/2004 年 に 年 間 140 億 リットル 以 上 であり、1997/1998 年 と 同 じレベルであった (Möllersten et al., 2003)。バイオエタノールは、 石 油 由 来 の 燃 料 を 部 分 的 に 代 用 するため、改 良 なしで 直 接 内 燃 エンジンで 使 用 されている(ヨーロッパ 及 び 米 国 における 代 用 レベルは5-10%である)。バイオエタノール 工 場 は、 回 収 と 貯 留 が 可 能 な、 大 気 圧 の 高 濃 度 CO 2 の 排 出 源 である。 表 2.3から 明 らかなように、 地 理 的 な 分 布 は 限 られているものの、これらの 工 場 の 数 の 多 さは 高 純 度 排出 源 という 意 味 で 重 要 である。これらの 排 出 源 は、エチレンオキシド 工 場 にほぼ 匹 敵 する 規 模 であるが、アンモニア 工 場 よりは 小 規 模 である。製 造 部 門 では 製 造 施 設 は 大 規 模 になる 傾 向 にあるが、 将 来 の 製 造 規 模 は、バイオマスの 製 造 ・変 換 技 術 の 向 上 、 他 の 土 地 使 用 との 競 争 、 水 の 需 要 、 副 産 物 流 に 関 する 市 場 、 他 の 輸 送 用 燃 料 との 競 争 などの 問 題 によって 決 まる。現 在 入 手 可 能 な 文 献 だけでは、 将 来 建 設 されるバイオエタノール 工 場 の 数 や、その CO 2 排 出 の予 想 規 模 を 推 定 することはできない。- 69 -

2.5.3.2 一 次 エネルギー 源 としてのバイオマスCO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 伴 うかにかかわらず、バイオマスエネルギー 生 産 による 主 要 な 課 題 は 規 模に 関 するものである。 現 在 のバイオマスエネルギー 生 産 プラントは、 化 石 燃 料 火 力 発 電 所 よりずっと 小 さい。 典 型 的 なプラントの 能 力 は 約 30MWe で、 年 間 の CO 2 排 出 量 は 0.2MtCO 2 に 満 たない。これらのバイオマスエネルギー 生 産 プラントの 規 模 は、 現 在 のバイオマス 供 給 ( 主 として 農 作 物と 林 業 の 残 余 物 )が 利 用 しにくく 分 散 していることを 反 映 している。エネルギー 生 産 及 び/ 又 は CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 において 規 模 の 経 済 が 実 現 できれば、CO 2 の 回 収 ・貯 留 を 伴 うバイオマスエネルギー 生 産 の 見 通 しは 改 善 されるかもしれない。 例 えば、ある 国 や 地域 で CO 2 パイプラインネットワークが 確 立 すれば、 経 済 的 に 見 合 う 限 り(バイオマスエネルギープラントからの 排 出 を 含 む) 小 規 模 な CO 2 排 出 源 を 近 隣 の CO 2 パイプラインに 加 えることができるだろう。 第 二 の 可 能 性 は、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 伴 う 既 存 の 大 規 模 化 石 燃 料 発 電 所 がバイオマスの 共 同 処 理 の 機 会 を 提 供 することである。 既 に 多 数 の 国 で、 石 炭 発 電 所 でのバイオマスの 共 同 処理 が 行 われている。ただし、バイオマスを 化 石 燃 料 と 共 同 処 理 する 場 合 、それらのプラントは 新しい 大 規 模 排 出 源 とはならない。 第 三 の 可 能 性 は、 既 に 存 在 している 典 型 的 なプラントより 大 規模 なバイオマスエネルギー 生 産 プラントを 建 設 することである。 通 常 、 多 量 のバイオマス 資 源 を備 えた、 大 規 模 なバイオマスエネルギー 生 産 工 場 は 多 くの 国 ですでに 建 設 されているか、 現 在 計画 中 である。 例 えば、スウェーデンはパルプ 工 場 のバイオマスを 使 った、 発 熱 ・ 発 電 混 合 プラントをすでに 7 箇 所 持 っており、 各 プラントが 約 130MWe 相 当 を 生 産 している。バイオマスエネルギー 生 産 プラントの 規 模 は 地 域 の 環 境 、 特 に 高 濃 度 のバイオマスの 供 給 源 の 入 手 可 能 性 によって決 まる。パルプ 工 場 や 砂 糖 加 工 工 場 が 高 濃 度 の 供 給 源 となる。バイオマス 残 余 物 から 専 用 のエネルギー 作 物 の 使 用 へ 移 行 するのであれば、 大 規 模 なプラントの 方 が 望 ましいだろう。 将 来 のバイオマスエネルギー 生 産 プラントの 考 えうるサイズを 評 価 している 研 究 がいくつかあるが、 規 模 の 問 題 となるとそれらの 研 究 も 結 論 が 分 かれている。Audus andFreund (2004)が 引 用 するある 研 究 は、 木 質 系 バイオマス 作 物 を 使 った、スペインの 特 に 恵 まれた 28 箇 所 のサイトを 調 査 し、 適 切 な 平 均 規 模 は 30MWe から 70MWe の 範 囲 であるという 結 論 に達 した。この 数 字 は、 輸 送 距 離 が 仮 定 最 大 値 である 40km より 長 くなる 場 合 は 大 規 模 なプラントは 非 経 済 的 になるという 事 実 に 基 づいている。 対 照 的 に、ブラジルと 米 国 における 専 用 のエネルギー 作 物 に 基 づいた 別 の 研 究 では、 規 模 の 経 済 がバイオマスを 長 距 離 輸 送 することによる 余 分 なコストを 上 回 ると 推 定 している。この 研 究 は、 数 百 MWe のプラントの 生 産 能 力 が 最 適 であることを 明 らかにした(Marrison and Larson, 1995)。 他 の 研 究 でも 同 様 の 結 論 に 至 っている(Dornburgand Faaij, 2001; Hamelinck and Faaij, 2002)。 最 近 の 研 究 は、 電 力 と 合 成 燃 料 製 造 の 両 方 を 含 む 多 種多 様 なオプションを 解 析 し、 米 国 の 専 用 エネルギー 作 物 では 約 1,000MWth のバイオマスを 処 理 する 大 規 模 なプラントが 好 まれる 傾 向 にあることを 示 した(Greene et al., 2004)。将 来 のバイオエネルギーオプションからの 排 出 サイズは、 地 域 の 状 況 と、 経 済 勢 力 及 び/ 又 は 公共 政 策 が 専 用 のエネルギー 作 物 の 開 発 を 奨 励 する 程 度 に 大 きく 左 右 される。SRES 基 準 シナリオでは、 世 界 の 年 間 バイオマスエネルギー 使 用 量 の 予 測 は 2020 年 の 12-60EJ から 2050 年 の 70-190EJ、2100 年 の 120-380EJ へと 増 加 しており(IPCC, 2000)、 多 くの 地 球 エネルギーモデル 作 成 者 が 今世 紀 は 専 用 エネルギー 作 物 がますます 重 要 になる 可 能 性 があると 予 想 していることを 示 している。よって、バイオエネルギーシステムが CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 に 適 した 規 模 で 実 現 可 能 であれば、 今 世- 70 -

紀 はバイオマスのネガティブ 排 出 の 可 能 性 ( 第 8 章 を 参 照 )も 地 球 規 模 で 重 要 になるだろう。ただし、バイオエネルギーへの 変 換 規 模 が 不 確 実 であることと、 専 用 エネルギー 作 物 が 将 来 のエネルギー 経 済 で 果 たす 役 割 がどの 程 度 であるか 不 確 実 であることから、この 可 能 性 を 追 求 することがどの 程 度 割 に 合 うものか 今 のところはっきりしない。要 約 すると、 現 在 入 手 可 能 な 知 見 に 基 づいて、 将 来 建 設 されるであろうバイオマスエネルギー生 産 プラントの 数 や、それらの CO 2 排 出 量 の 考 えうる 規 模 について、 現 段 階 で 確 実 な 定 量 的 発 言をすることはできない。2.6 知 識 のギャップほとんどの 産 業 部 門 について、 適 切 な 正 確 さをもって、 排 出 源 に 関 する 2000 年 のデータ(CO 2濃 度 と 排 出 源 の 地 理 的 位 置 )を 決 定 することは 可 能 だが、 排 出 源 の 将 来 の 位 置 を 予 測 することはそれより 難 しい。CO 2 の 排 出 量 が 増 加 するとあらゆる 予 測 が 示 しているが、 新 しい 発 電 所 の 実 際の 位 置 を 判 断 するのは 現 在 のところ 主 観 的 な 判 断 でしかない。世 界 の 堆 積 盆 の 貯 留 容 量 に 関 する 詳 細 な 説 明 が 必 要 である。 容 量 についての 推 定 は 行 われているが、 完 全 な 資 源 評 価 を 構 成 するには 至 っていない。そのような 情 報 は、 大 規 模 排 出 源 で 発 生 する CO 2 の 既 存 の 貯 留 の 機 会 をより 明 らかにするために 不 可 欠 である。 現 在 のところ、 堆 積 盆 に 関して 現 在 入 手 できる 限 られた 貯 留 容 量 データに 基 づいて、 単 純 化 された 評 価 しか 行 うことができない。海 洋 の 貯 留 場 所 と 排 出 源 との 関 係 を 示 す 詳 細 なマッピングについて、 十 分 に 評 価 されていないため、 大 規 模 排 出 源 からの 排 出 の 海 洋 貯 留 の 可 能 性 の 解 析 もできなかった。本 章 では、 集 中 型 大 規 模 プラントでの 化 石 燃 料 ベースの 水 素 の 製 造 が、より 高 濃 度 な 排 出 源 を生 み 出 す 可 能 性 があるという 事 実 を 強 調 したい。しかし、エネルギーキャリアとしての 水 素 を 取り 巻 く 市 場 開 発 の 不 確 実 性 のため、 将 来 の 排 出 源 の 数 や 設 立 時 期 を、 正 確 に 予 測 することは 現 時点 では 不 可 能 である。 例 えば、エネルギーを 得 るための 水 素 製 造 から 生 じる 高 濃 度 の CO 2 排 出 を利 用 できる 状 態 になるまでには、 費 用 対 効 果 の 良 い 水 素 の 最 終 用 途 技 術 ( 低 温 燃 料 電 池 など)を市 場 で 容 易 に 利 用 可 能 な 状 態 でなければならない。さらに、(CCS が 現 実 的 であるような) 水 素の 集 中 型 大 規 模 排 出 源 から 消 費 者 まで 水 素 を 運 搬 する 水 素 インフラを 構 築 するにはあと 数 十 年 かかると 予 想 される。合 成 液 体 燃 料 の 製 造 や、 石 炭 ・その 他 の 固 形 原 料 、 又 は 石 油 の 残 余 物 のガス 化 による 液 体 燃 料と 電 力 の 共 同 製 造 について、 高 濃 度 の CO 2 流 が 生 じる 可 能 性 がある。そういった 合 成 燃 料 がどの程 度 まで、 原 油 由 来 の 炭 化 水 素 燃 料 の 代 用 として 製 造 されるようになるかは 現 時 点 では 不 明 である。 特 に 有 望 であると 思 われる 共 同 製 造 オプションは、 競 争 力 のある 市 場 価 格 で 電 力 を 共 同 生 産できるような 市 場 改 革 を 必 要 とする。今 世 紀 のうちにバイオマスエネルギーシステムは 新 しい 大 規 模 CO 2 排 出 源 として 重 要 になるかもしれないが、それはバイオエネルギーの 変 換 が 大 規 模 プラントでどの 程 度 行 われるかに 左 右 され、またこのオプションの 地 球 規 模 での 重 要 性 も、 専 用 エネルギー 作 物 がどの 程 度 求 められるかによって 決 定 的 に 左 右 される。- 71 -

参 考 文 献Audus, H. and P. Freund, 2004: Climate change mitigation by biomass gasification combined with CO2capture and storage. Proceedings of 7th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies.E.S. Rubin, D.W. Keith, and C.F. Gilboy (eds.), Vol. 1 pp. 187-200: Peer-Reviewed Papers and PlenaryPresentations, Pergamon, 2005Bechtel Corporation, Global Energy Inc., and Nexant Inc., 2003: Gasification Plant Cost and PerformanceOptimization, Task 2 Topical Report: Coke/Coal Gasification with Liquids Coproduction, prepared for theNational Energy Technology Laboratory, US Department of Energy under Contract No.DEAC26-99FT40342, September.Bradshaw, J. and T. Dance, 2004: Mapping geological storage prospectivity of CO2 for the world’ssedimentary basins and regional source to sink matching. Proceedings of the 7 th International Conferenceon Greenhouse Gas Technologies, Vol. 1; peer reviewed Papers and Plenary Presentations. pp. 583-592.Eds. E.S. Rubin, D.W. Keith and C.F. Gilboy, Pergamon, 2005Bradshaw, J., B.E. Bradshaw, G. Allinson, A.J. Rigg, V. Nguyen, and L. Spencer, 2002: The Potential forGeological Sequestration of CO2 in Australia: Preliminary findings and implications to new gas fielddevelopment. APPEA Journal, 42(1), 25-46.Burns, L., J. McCormick, and C. Borroni-Bird, 2002: Vehicle of change. Scientific American, 287(4),64-73.Campbell, P.E., J.T. McMullan, and B.C. Williams, 2000: Concept for a competitive coal fired integratedgasification combined cycle power plant. Fuel, 79(9), 1031-1040.Celik, F., E.D. Larson, and R.H. Williams, 2005: Transportation Fuel from Coal with Low CO2 Emissions.Wilson, M., T. Morris, J. Gale and K. Thambimuthu (eds.), Proceedings of 7th International Conferenceon Greenhouse Gas Control Technologies. Volume II: Papers, Posters and Panel Discussion, pp. 1053-1058,Pergamon, 2005Chauvel, A. and G. Lefebvre, 1989: Petrochemical Processes, Technical and Economic Characteristics, 1Synthesis-Gas Derivatives and Major Hydrocarbons, Éditions Technip, Paris, 2001.Chiesa, P., G. Lozza, and L. Mazzocchi, 2003: Using hydrogen as gas turbine fuel, Proceedings of ASMETurbo Expo 2003: Power for Land, Sea, and Air, Atlanta, GA, 16-19 June.Christensen, N.P., 2001: The GESTCO Project: Assessing European potential for geological storage andCO2 from fossil fuel combustion. Proceedings of the Fifth International Conference on Greenhouse GasControl Technologies (GHGT-5), 12-16 August 2000, Cairns, Australia. pp. 260-265.Christensen, T.S. and I.I. Primdahl, 1994: Improve synthesis gas production using auto thermal reforming.Hydrocarbon Processing, 39-46, March, 1994.Dornburg, V. and A. Faaij, 2001: Efficiency and economy of woodfired biomass energy systems inrelation to scale regarding heat and power generation using combustion and gasification technologies,Biomass and Biomass energy, 21 (2): 91-108.Foster Wheeler, 1998: Solving the heavy fuel oil problem with IGCC technology. Heat Engineering, 62(2), 24-28.Gale, J., 2002: Overview of CO2 emissions sources, potential, transport and geographical distribution ofstorage possibilities. Proceedings of the workshop on CO2 dioxide capture and storage, Regina, Canada,18-21 November 2002, pp. 15-29.Garg, A., M. Kapshe, P.R. Shukla, and D.Ghosh, 2002: Large Point Source (LPS) emissions for India:Regional and sectoral analysis. Atmospheric Environment, 36, pp. 213-224.- 72 -

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第 3 章 CO 2 の 回 収統 括 執 筆 者Kelly (Kailai) Thambimuthu (Australia and Canada), Mohammad Soltanieh (Iran), Juan Carlos Abanades(Spain)代 表 執 筆 者Rodney Allam (United Kingdom), Olav Bolland (Norway), John Davison (United Kingdom), Paul Feron(The Netherlands), Fred Goede (South Africa), Alyce Herrera (Philippines), Masaki Iijima (Japan), DaniëlJansen (The Netherlands), Iosif Leites (Russian Federation), Philippe Mathieu (Belgium), Edward Rubin(United States), Dale Simbeck (United States), Krzysztof Warmuzinski (Poland), Michael Wilkinson(United Kingdom), Robert Williams (United States)執 筆 協 力 者Manfred Jaschik (Poland), Anders Lyngfelt (Sweden), Roland Span (Germany), Marek Tanczyk (Poland)査 読 編 集 者Ziad Abu-Ghararah (Saudi Arabia), Tatsuaki Yashima (Japan)- 75 -

目 次要 旨 ................................................................................................................................................. 783.1 序 論 ................................................................................................................................................ 793.1.1 CO 2 回 収 の 基 礎 ......................................................................................................................... 793.1.2 CO 2 回 収 システム ..................................................................................................................... 793.1.3 CO 2 回 収 技 術 の 種 類 ......................................................................................................... 813.1.4 CO 2 回 収 の 適 用 ................................................................................................................. 833.2 工 業 プロセス CO 2 回 収 システム ....................................................................................... 843.2.1 序 論 ..................................................................................................................................... 843.2.2 天 然 ガス 処 理 (スウィートニング)............................................................................. 843.2.3 鉄 鋼 製 造 ............................................................................................................................. 853.2.4 セメント 製 造 ..................................................................................................................... 863.2.5 アンモニア 製 造 ......................................................................................................................... 863.2.6 現 状 と 見 通 し ..................................................................................................................... 873.3 燃 焼 後 回 収 システム ............................................................................................................ 873.3.1 序 論 ..................................................................................................................................... 873.3.2 既 存 技 術 ............................................................................................................................. 883.3.3 新 規 技 術 ............................................................................................................................. 963.3.4 現 状 と 見 通 し ..................................................................................................................... 993.4 酸 素 燃 焼 法 回 収 システム .................................................................................................. 1003.4.1 序 論 ................................................................................................................................... 1003.4.2 酸 素 燃 焼 間 接 加 熱 - 蒸 気 サイクル ............................................................................... 1013.4.3 酸 素 燃 焼 直 接 加 熱 -ガス・タービンサイクル............................................................. 1053.4.4 酸 素 燃 焼 直 接 加 熱 - 蒸 気 タービンサイクル ............................................................... 1073.4.5 酸 素 製 造 における 技 術 と 改 良 ....................................................................................... 1083.4.6 ケミカル・ループ 燃 焼 ..................................................................................................... 1103.4.7 現 状 と 見 通 し ................................................................................................................... 1123.5 燃 焼 前 回 収 システム .......................................................................................................... 1133.5.1 序 論 ................................................................................................................................... 1133.5.2 既 存 技 術 ........................................................................................................................... 1133.5.3 新 既 技 術 ........................................................................................................................... 1223.5.4 実 現 可 能 技 術 ................................................................................................................... 1263.5.5 現 状 と 見 通 し ................................................................................................................... 1293.6 回 収 システムの 環 境 ・モニタリング・リスク・ 法 的 側 面 ................................................ 1313.6.1 CO 2 回 収 システムの 排 出 量 及 び 資 源 利 用 の 影 響 ....................................................... 1313.6.2 製 品 としての CO 2 の 分 類 に 関 する 問 題 ...................................................................... 137- 76 -

3.6.3 CO 2 プロセスに 関 連 する 安 全 衛 生 リスク ................................................................... 1373.6.4 政 府 、 産 業 、 投 資 家 が 使 用 するプラント 設 計 の 原 則 と 指 針 ................................... 1383.6.5 試 運 転 、 操 作 中 のベストプラクティス、 及 び 化 学 薬 品 の 健 全 な 管 理 ................... 1383.6.6 現 場 閉 鎖 及 び 改 善 ........................................................................................................... 1383.7 CO 2 回 収 コスト .................................................................................................................. 1393.7.1 CO 2 回 収 コストに 影 響 する 要 因 ................................................................................... 1393.7.2 CO 2 回 収 コストの 測 定 ................................................................................................... 1403.7.3 現 在 のコスト 推 算 の 内 容 ............................................................................................... 1443.7.4 評 価 した 技 術 とシステムの 概 要 ................................................................................... 1443.7.5 発 電 所 の 燃 焼 後 CO 2 回 収 コスト( 既 存 技 術 ) .......................................................... 1453.7.6 発 電 所 の 燃 焼 前 CO 2 回 収 コスト( 既 存 の 技 術 )...................................................... 1523.7.7 H 2 製 造 及 び 多 種 生 産 プラントの CO 2 回 収 コスト( 既 存 技 術 )............................. 1563.7.8 その 他 の 工 業 プロセスの 回 収 コスト( 既 存 技 術 )................................................... 1593.7.9 将 来 の CO 2 回 収 コストの 見 通 し .................................................................................. 1643.7.10 発 電 所 での CO 2 回 収 コスト( 高 度 技 術 ) ................................................................ 1643.7.11 H 2 製 造 及 び 多 種 生 産 プラントの CO 2 回 収 コスト( 高 度 技 術 ) ........................... 1683.8 知 識 のギャップ .................................................................................................................. 174参 考 文 献 ....................................................................................................................................... 175- 77 -

要 旨二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 回 収 の 目 的 は、 高 濃 度 CO 2 を 生 成 することで 容 易 にCO 2 貯 留 サイトにCO 2 を輸 送 することである。CO 2 回 収 ・ 貯 留 は 発 電 所 や 大 規 模 工 業 のような、 大 量 の 集 中 した 発 生 源 に最 も 適 している。 回 収 技 術 は、 低 炭 素 又 は 無 炭 素 電 力 及 び 輸 送 燃 料 の 大 規 模 生 産 への 道 も 開 くだけでなく、 小 規 模 又 は 分 散 型 適 用 にも 道 を 開 く。CO 2 回 収 システムを 稼 動 するために 必 要 なエネルギーは、 発 電 効 率 又 はその 他 のプロセスの 全 体 的 効 率 を 低 下 させる。そのため、 回 収 を 行 わない 同 種 類 の 基 準 発 電 所 と 比 較 すると、 燃 料 必 要 量 の 増 加 、 固 形 廃 棄 物 や 環 境 への 影 響 の 増 加 につながる。しかしながら、 回 収 を 行 いながらも 効 率 の 良 い 発 電 所 が 建 設 可 能 になり、このような 発電 所 が 現 在 稼 動 中 の 効 率 の 劣 る 古 い 発 電 所 と 代 替 するにつれて、 実 際 の 効 率 への 影 響 は 化 石 燃 料使 用 に 対 するクリーン・エア 排 出 目 標 を 考 慮 しても 両 立 しうるものとなってきた。 回 収 に 必 要 なエネルギーの 最 小 化 は、エネルギー 転 換 プロセスの 効 率 改 善 と 併 せ、 全 体 的 な 環 境 への 影 響 とコストを 最 小 限 にする 将 来 の 技 術 発 展 にとって、 優 先 順 位 が 高 い。現 在 、CO 2 は 天 然 ガス 精 製 施 設 及 びアンモニアプラント 等 の 大 規 模 プラントで 日 常 的 に 分 離 されているが、これらのプラントはプロセスに 必 要 なためCO 2 を 除 去 するのであって、 貯 留 のために 除 去 しているわけではない。CO 2 回 収 は、いくつかの 小 規 模 発 電 所 にも 適 用 されてきた。しかしながら、 現 在 及 び 将 来 の 主 なCO 2 排 出 源 である 数 100MW 規 模 の 大 規 模 発 電 所 では 適 用 されたことはない。 工 業 及 び 発 電 に 適 用 できるCO 2 回 収 法 は 主 に3つの 手 法 がある。 燃 焼 後 回 収 システムは、一 次 燃 料 ( 石 炭 、 天 然 ガス、 石 油 やバイオマス)の 燃 焼 によって 大 気 中 に 放 出 される 排 煙 ガスからCO 2 を 分 離 する。 酸 素 燃 焼 法 は 燃 焼 に 空 気 ではなく 酸 素 を 用 いることで、H 2 OやCO 2 を 主 な 成 分とする 排 ガスを 放 出 し、 排 ガスは 容 易 に 回 収 できる。 本 オプションは 現 在 も 開 発 中 である。 燃 焼前 回 収 システムは 一 次 燃 料 を 反 応 器 内 で 処 理 してガスを 分 離 し、 貯 留 用 にCO 2 を、そして 燃 料 として 使 用 する 水 素 (H 2 )を 製 造 する。その 他 の 工 業 プロセスは、 低 炭 素 又 は 無 炭 素 燃 料 の 製 造 プロセスも 含 め、1つ 以 上 の 前 述 の 基 本 的 回 収 方 法 を 使 用 している。CO 2 回 収 システムに 関 連 するモニタリング・リスク・ 法 的 側 面 についてはすべて、 業 界 の 長 年 にわたる 健 康 ・ 安 全 ・ 環 境 対 策 の 一 部であるため、 新 しい 問 題 を 提 起 しないと 考 えられる。前 述 の 全 ての 適 用 例 について、 著 者 らは、 商 業 的 又 は 準 商 業 的 な 技 術 のパフォーマンスとコストに 関 する 最 近 の 研 究 に 加 え、 世 界 中 で 研 究 開 発 (R&D) 取 組 の 重 点 的 な 対 象 となっている 新 しいCO 2 回 収 概 念 の 研 究 も 検 討 した。 発 電 所 については、 現 在 の 商 業 的 CO 2 回 収 システムによってCO 2排 出 量 を80~90%/kWh( 回 収 効 率 は85-95%) 削 減 することができる。 全 種 類 の 発 電 所 で、 発 電 コスト(COE)は 回 収 を 行 わない 同 種 のプラントよりも12~36US$/MWh(0.012-0.036US$/kWh) 高くなり、この 値 は、 超 臨 界 微 粉 炭 (PC) 発 電 所 では40~85%の 増 加 、 天 然 ガス 複 合 発 電 所 (NGCC)では35~70%の 増 加 、 瀝 青 炭 を 使 用 するガス 化 複 合 発 電 所 (IGCC)では20~55%の 増 加 に 相 当 する。 回 収 を 行 う 化 石 燃 料 発 電 所 の 全 体 的 なCOEは43~86US$/MWhの 範 囲 であり、CO 2 トンあたりのコストは11~57US$/tCO 2 回 収 分 又 は13~74US$/tCO 2 削 減 分 となる( 発 電 所 の 種 類 、 規 模 、 燃 料の 種 類 及 びその 他 多 くの 要 因 によって 異 なる)。 上 記 コストにはCO 2 圧 縮 コストが 含 まれるが、 輸送 や 貯 留 の 追 加 的 コストは 含 まれない。ガス 価 格 が4US$/GJより 低 い 場 合 には、 一 般 的 にNGCCシステムのCOEは( 回 収 の 有 無 を 問 わず)PC 発 電 所 やIGCC 発 電 所 よりも 低 くなる。 多 くの 研 究 の 結果 、IGCC 発 電 所 は 同 規 模 のPC 発 電 所 よりも 回 収 を 行 わない 場 合 は 多 少 コストが 高 くなり、 回 収 を行 う 場 合 は 多 少 コストが 低 くなることが 明 らかになっているが、CO 2 回 収 を 行 う 発 電 所 のコストの 差 異 は 石 炭 の 種 類 及 びその 他 局 地 的 要 因 によって 変 化 する 可 能 性 がある。 最 も 低 いCO 2 回 収 コ- 78 -

スト(12US$/tCO 2 回 収 分 又 は15US$/tCO 2 削 減 分 )を 実 現 したのは、 既 存 の 製 造 プロセスの 一 部 として 高 濃 度 CO 2 を 生 成 するH 2 製 造 プラント 等 の 工 業 プロセスであった。このような 工 業 プロセスはCCSが 最 も 早 く 実 現 できる 代 表 的 な 機 会 となりうる。 全 ての 事 例 において、CO 2 回 収 コストはCO 2 回 収 技 術 の 設 計 や 操 作 だけではなく、 対 象 となる 製 造 プロセスや 発 電 システムの 設 計 や 操 作に 関 する 技 術 ・ 経 済 ・ 融 資 に 大 きく 左 右 される。 従 って、 代 替 技 術 を 比 較 、 又 はCCSコスト 推 定 を使 用 するためには、その 前 提 条 件 が 意 味 のあるものでなければならない。CO 2 の 新 しい 又 は 改 良 された 回 収 方 法 は、 高 度 発 電 システム 及 び 工 業 プロセス 設 計 と 組 み 合 わせることによって 大 幅 にCO 2 回 収 コスト 及 び 関 連 エネルギーを 削 減 できる。 将 来 のコスト 削 減 の規 模 と 時 期 については 不 確 実 性 が 大 きいものの、 本 評 価 は、 商 業 化 過 程 で 技 術 の 改 良 によってCO 2回 収 コストは 今 後 10 年 ほどで 少 なくとも20~30% 削 減 可 能 であり、 開 発 中 の 新 技 術 によってさらに 大 幅 なコスト 削 減 が 期 待 されることを 示 唆 している。しかしながら 将 来 のコスト 削 減 を 実 現 するためには、 研 究 開 発 (R&D)の 継 続 に 加 え、 商 業 的 技 術 を 市 場 に 展 開 し 適 用 することが 必 要 となるであろう。3.1 序 論3.1.1 CO 2 回 収 の 基 礎CO 2 回 収 が 主 に 適 用 される 排 出 源 は、 大 規 模 コンビナートとなる 可 能 性 が 高 い。 第 2 章 で 論 じたように、 化 石 燃 料 を 使 う 発 電 所 、 製 油 所 やその 他 工 場 、 特 に 鉄 鋼 、セメント 及 び 大 量 の 化 学 品 製造 工 場 等 である。CO 2 の 輸 送 及 び 業 務 民 生 部 門 のような 小 規 模 排 出 源 や 移 動 排 出 源 から 直 接 回 収 することは、 大規 模 排 出 源 からの 回 収 に 比 べ、 困 難 で 費 用 がかかると 予 想 される。 従 って、 小 規 模 回 収 は 本 章 ではこれ 以 上 取 り 上 げない。これらの 排 出 源 からのCO 2 排 出 量 を 削 減 する 代 替 方 法 としては、CO 2回 収 を 行 う 大 規 模 化 石 燃 料 を 使 用 する 発 電 所 で 発 電 される 電 力 の 使 用 や、 再 生 可 能 なエネルギー源 、 例 えばH 2 を 使 用 することがあげられる。CO 2 回 収 を 伴 うH 2 製 造 は 本 章 で 取 り 上 げる。大 気 から CO 2 を 回 収 する 可 能 性 (Lackner, 2003)は 本 章 では 取 り 上 げない。 大 気 の CO 2 濃 度 はおよそ 380ppm であり、 燃 焼 排 ガスの CO 2 濃 度 よりも 1/100 以 上 低 いからである。バイオマスを育 成 し、CO 2 回 収 を 行 うプラントで 使 用 することによって CO 2 を 空 気 から 回 収 することは、 予 測しうる 技 術 に 基 づくと、より 費 用 対 効 果 が 高 く、 本 章 で 取 り 上 げている。人 為 的 な 温 室 効 果 ガス 排 出 に 対 する 予 想 される 将 来 のシナリオ 分 析 において、 技 術 革 新 が 将 来の 進 路 を 決 める 主 要 要 因 のひとつであることが 暗 示 されている(セクション 2.5.3)。 従 って、 本章 では CO 2 回 収 に 対 する 既 存 技 術 の 適 用 を 扱 うだけではなく、 将 来 CO 2 回 収 コスト 低 減 に 役 立 ちうる 現 在 開 発 中 の 多 くの 新 プロセスをも 記 載 する。3.1.2 CO 2 回 収 システム化 石 燃 料 及 び/ 又 はバイオマスの 使 用 から 発 生 する CO 2 を 回 収 するために 4 つの 基 本 システムがある。 工 業 プロセスからの 回 収 (セクション3.2に 記 載 ) 燃 焼 後 回 収 (セクション3.3に 記 載 )- 79 -

酸 素 燃 焼 法 (セクション3.4に 記 載 ) 燃 焼 前 回 収 (セクション3.5に 記 載 )上 記 システムを 簡 略 化 して 図 3.1 に 示 す。図 3.1 CO 2 回 収 システム(BPから 採 用 )3.1.2.1 工 業 プロセスからの 回 収CO 2 は 80 年 にわたって 工 業 プロセスから 回 収 されてきたが(Kohl and Nielsen, 1997)、 回 収 された CO 2 は 貯 蔵 する 理 由 や 必 要 性 がないためほとんどが 大 気 中 に 排 出 されている。プロセスからCO 2 を 回 収 している 現 在 の 例 としては、 天 然 ガスの 精 製 、アンモニア・アルコール・ 合 成 液 体 燃 料生 産 用 の H 2 含 有 合 成 物 の 製 造 があげられる。 前 述 の CO 2 回 収 例 で 使 用 されているほとんどの 技術 は、 燃 焼 前 回 収 において 使 用 されている 技 術 と 類 似 している。その 他 の 回 収 が 行 われていないCO 2 排 出 源 である 工 業 プロセスには、セメント・ 鉄 鋼 製 造 、 食 品 や 飲 料 製 造 のための 発 酵 プロセスが 含 まれる。CO 2 はこれらのプロセスから 燃 焼 後 回 収 、 酸 素 燃 焼 法 回 収 及 び 燃 焼 前 回 収 と 共 通 の技 術 を 使 用 して 回 収 されうる( 下 記 及 びセクション 3.2 参 照 )。3.1.2.2 燃 焼 後 回 収化 石 燃 料 及 びバイオマスの 空 気 燃 焼 から 発 生 する 燃 焼 排 ガスから CO 2 を 回 収 することを、 燃 焼後 回 収 と 呼 ぶ。 燃 焼 排 ガスは 大 気 に 直 接 排 出 されるのではなく、CO 2 分 離 装 置 により、CO 2 の 大部 分 が 分 離 され、CO 2 は 貯 留 場 所 に 供 給 され、 残 った 燃 焼 排 ガスが 大 気 に 放 出 される。CO 2 分 離にはセクション 3.1.3.1 に 記 載 する 化 学 吸 収 プロセス 法 が 一 般 的 に 使 用 されている。その 他 の 技 術も 考 慮 されているが、 実 用 化 に 向 けて 開 発 段 階 である。工 業 的 適 用 の 他 、 燃 焼 後 回 収 のための 主 要 な 基 本 システムは、2261GW e の 既 存 設 備 容 量 を 持 つ石 油 ・ 石 炭 ・ 天 然 ガス 発 電 所 である(IEA WEO, 2004)。 特 に 155GW e の 超 臨 界 微 粉 炭 火 力 発 電 所 (IEACCC, 2005) 及 び 339GW e の 天 然 ガス 複 合 発 電 所 (GNCC)は、どちらも 高 効 率 発 電 技 術 の 代 表 的- 80 -

種 類 であり、CO 2 回 収 の 適 用 に 最 も 適 しているといえる(セクション 3.3 及 び 3.7 を 参 照 )。3.1.2.3 酸 素 燃 焼 法酸 素 燃 焼 法 では、 空 気 の 代 わりに 純 酸 素 に 近 い 酸 素 が 燃 焼 に 使 用 され、その 結 果 、 主 に CO 2 とH 2 O からなる 燃 焼 排 ガスを 排 出 する。 燃 料 を 純 酸 素 内 で 燃 焼 すると 炎 の 温 度 は 極 めて 高 くなるが、この 高 温 を 緩 和 するために CO 2 及 び/ 又 は H 2 O を 多 く 含 む 排 煙 ガスを 燃 焼 器 で 再 利 用 できる。 酸素 は 一 般 的 に、 低 温 ( 深 冷 ) 空 気 分 離 によって 生 成 されるが、 膜 やケミカルループサイクル 等 、酸 素 を 供 給 する 新 技 術 が 開 発 中 である。 酸 素 燃 焼 法 回 収 システムの 基 本 発 電 システムは、 上 述 した 燃 焼 後 回 収 システム 用 と 同 じである。3.1.2.4 燃 焼 前 回 収燃 焼 前 回 収 では、 燃 料 を 酸 素 又 は 空 気 及 び/ 又 は 蒸 気 と 反 応 させ、 一 酸 化 炭 素 及 び H 2 からなる「 合 成 ガス」 又 は「 燃 料 ガス」を 発 生 する 過 程 が 必 要 となる。 一 酸 化 炭 素 は 触 媒 反 応 器 内 でシフト 反 応 と 呼 ばれる 反 応 を 起 こし、CO 2 と H 2 を 排 出 する。その 後 CO 2 は 一 般 的 に 物 理 又 は 化 学 吸 収プロセスによって 分 離 される。 残 りは H 2 を 多 く 含 む 燃 料 となり、ボイラー、 炉 、ガス・タービン、エンジン 及 び 燃 料 電 池 等 の 多 くの 適 用 例 で 使 用 可 能 になる。これらのシステムは 戦 略 的 に 重 要 であると 考 えられているが(セクション 3.5 参 照 )、 今 日 の 発 電 所 基 本 システムとしては、 石 油 及 び石 炭 のガス 化 複 合 発 電 (IGCC)の 4GW e であり、 世 界 的 な 総 設 備 容 量 (3719GW e ;IEA WEO, 2004)のおよそ 0.1%にあたる。 燃 焼 前 回 収 が 適 用 できる 他 の 基 本 システムとしては、セクション 3.2 及び 3.5 で 詳 細 を 述 べる 既 存 の 天 然 ガス・ 石 油 ・ 石 炭 に 基 づく 合 成 ガス/ H 2 プラント 及 びその 他 種 類の 工 業 システムが 含 まれ、その 容 量 は 上 記 でガス 化 複 合 発 電 (IGCC)に 関 して 特 定 した 容 量 よりもはるかに 高 い。3.1.3 CO 2 回 収 技 術 の 種 類CO 2 回 収 システムは 既 知 のガス 分 離 技 術 を 多 く 使 用 しており、 前 セクションで 特 定 した CO 2 回収 のための 基 本 システムに 採 用 される。これらの 分 離 方 法 の 要 旨 は 下 記 に 述 べるが、 詳 細 は 標 準的 な 教 本 で 入 手 可 能 である。3.1.3.1 吸 着 剤 / 溶 媒 を 用 いた 分 離 法CO 2 を 含 むガスを、CO 2 回 収 能 力 を 持 つ 液 体 吸 収 剤 又 は 固 体 吸 着 剤 と 接 触 させることによって分 離 することができる。 図 3.2a に 示 す 概 略 図 では、 回 収 した CO 2 を 含 んだ 吸 着 剤 を 異 なる 容 器 に輸 送 し、その 容 器 内 で 加 熱 、 圧 力 低 下 又 は 吸 着 剤 周 辺 の 条 件 に 他 の 変 化 を 起 こすことで、 吸 着 剤は CO 2 ( 再 生 )を 放 出 する。CO 2 を 再 生 した 後 の 吸 着 剤 は、 循 環 過 程 でさらに CO 2 を 回 収 するために 送 り 返 される。 本 計 画 の 変 形 としては、 収 着 及 び 再 生 が 吸 着 剤 を 収 容 する 容 器 内 で( 圧 力 又は 温 度 の) 周 期 的 変 化 によって 達 成 されるために、 吸 着 剤 が 固 体 であり 容 器 間 を 移 動 しないこともある。 活 性 の 自 然 低 下 及 び/ 又 は 吸 着 剤 の 損 失 を 補 うため、 新 しい 吸 着 剤 の 補 給 が 常 に 必 要 となる。 吸 着 剤 が 固 体 酸 化 物 である 場 合 もあり、 化 石 燃 料 又 はバイオマスと 容 器 内 で 反 応 し、 熱 や 主に CO 2 を 生 じることもある(セクション 3.4.6 参 照 )。 使 用 後 の 吸 着 剤 は 次 に 損 失 分 とともに 第 2の 容 器 に 送 られ、そこで 再 使 用 のために 空 気 中 で 再 酸 化 され、 吸 着 剤 として 再 生 する。- 81 -

吸 着 剤吸 着 剤吸 着 剤 追 加吸 着 剤吸 着 剤 / 溶 媒 による 分 離吸 着 剤図 3.2 CO 2 回 収 に 関 連 する 主 要 分 離 プロセスの 概 略 図 。 分 離 で 除 去 されるガスは CO 2 、H 2 、 又 は O 2でありうる。 図 3.2b 及 び 3.2c では、 分 離 されたガス(A 及 び B)の 1 つは 高 濃 度 の CO 2 、H 2 、 又 はO 2 であり、もう 1 つは 元 のガス(A+B)の 残 存 ガス 全 てを 含 むガスである。図 3.2 の 概 略 図 は 多 くの 重 要 な CO 2 回 収 システムを 示 し、 化 学 吸 収 、 物 理 吸 収 及 び 吸 着 等 の 代表 的 な 商 業 的 オプションを 含 んでいる。 新 しい 液 体 吸 着 剤 や 再 生 可 能 な 新 しい 個 体 吸 着 剤 に 基 づく 他 の 新 しいプロセスが、 既 存 システムの 限 界 を 越 えるために 開 発 中 である。これらの CO 2 回 収システムに 共 通 する 1 つの 問 題 は、 発 電 所 で 処 理 される CO 2 の 大 流 量 に 対 応 しなくてはならないので、 図 3.2a の 容 器 間 の 吸 着 剤 の 流 れが 大 きいことである。 従 って、 吸 着 剤 再 生 に 必 要 な 装 置 の規 模 及 びエネルギーは 大 きくなり、 性 能 において 重 大 なペナルティーや 追 加 コストを 被 りやすい。また、 高 価 な 吸 着 剤 を 用 いるシステムでは、 吸 着 剤 購 入 や 吸 着 剤 残 留 物 の 処 理 に 伴 うコスト 増 加の 問 題 が 常 にある。 繰 り 返 される 多 くのサイクルにおいて 吸 着 剤 が 高 CO 2 負 荷 下 で 良 好 な 性 能 を示 すことが、 上 記 の CO 2 回 収 システムにおいて 明 らかに 必 要 な 条 件 である。3.1.3.2 膜 を 使 用 した 分 離膜 ( 図 3.2b)は 特 別 に 製 造 された 素 材 であり、ガスを 選 択 的 に 透 過 させる。 様 々なガスに 対 する 膜 の 選 択 性 は 密 接 に 物 質 の 性 質 に 関 連 しているが、 膜 を 透 過 するガス 流 は 一 般 的 に 膜 両 側 の 差圧 によって 作 られる。 従 って、 膜 分 離 には 高 圧 のガス 流 が 好 ましい。 膜 の 素 材 には 数 多 くの 種 類があり( 重 合 体 、 金 属 、セラミック)、 燃 料 ガス 流 から H 2 を、 様 々なプロセス 流 から CO 2 を、 又は 空 気 から O 2 を 選 択 的 に 分 離 するために、CO 2 回 収 システムに 適 用 されることになるかもしれない( 分 離 された O 2 は 結 果 的 に 高 濃 度 の CO 2 流 の 生 成 に 役 立 つ)。 膜 分 離 法 は 産 業 界 で 現 在 商 業 的 に利 用 されているが( 天 然 ガスからの CO 2 分 離 のように 大 規 模 なものもある)、 大 規 模 で、かつ CO 2- 82 -

回 収 システムに 要 求 される 信 頼 性 や 低 コストといった 厳 しい 条 件 下 においては 未 だ 適 用 されていない。 大 規 模 適 用 での CO 2 回 収 に 適 した 膜 素 材 の 製 造 を 目 的 とした、 広 範 囲 な 世 界 的 研 究 開 発(R&D)の 取 組 が 進 行 中 である。3.1.3.3 液 化 ガスの 蒸 留 及 び 低 温 分 離ガスは 一 連 の 圧 縮 、 冷 却 及 び 膨 張 段 階 によって 液 体 にできる。 液 体 になると、ガスの 構 成 物 質は 蒸 留 塔 で 分 離 可 能 である。 現 在 、 空 気 の 場 合 はこの 操 作 が 商 業 的 に 大 規 模 で 行 われている。 酸素 は 図 3.2c の 手 順 に 従 い 空 気 から 分 離 することができ、 一 連 の CO 2 回 収 システムで 使 用 することができる( 酸 素 燃 焼 及 び 燃 焼 前 回 収 )。 前 項 で 記 載 したように、これらのシステムの 重 要 な 問 題 は大 量 の 酸 素 を 必 要 とすることである。 低 温 分 離 も CO 2 を 他 のガスから 分 離 するために 使 用 することができる。 低 温 分 離 は 酸 素 燃 焼 等 の 比 較 的 高 純 度 の CO 2 から 不 純 物 を 分 離 することができる。例 えば、CO から CO 2 へ 転 化 した 天 然 ガスや 合 成 ガスから CO 2 を 除 去 するために 使 用 することができる。3.1.4 CO 2 回 収 の 適 用図 3.1 に 示 す CO 2 回 収 システムは 図 3.2 の 様 々な 分 離 技 術 と 相 互 に 関 係 し、 回 収 を 考 える 際 のツールボックスとして 役 立 つ。 表 3.1 はこのツールボックス 内 の 既 存 技 術 及 び 開 発 中 の 技 術 両 方の 概 要 を 示 す。 本 章 の 次 セクションでは、これらの 全 技 術 オプションを 詳 細 に 記 載 し、 特 に CO 2回 収 コストの 推 定 が 一 番 信 頼 でき、 最 も 開 発 が 進 んでいる 技 術 を 重 要 視 した。これらの 先 行 する商 業 的 オプションを 表 3.1 に 太 字 で 示 す。CO 2 回 収 を 適 用 するために 世 界 中 で 調 査 されている 様 々な 開 発 中 のオプションの 概 要 も 記 述 する。これら 全 てのオプションは( 先 行 するオプションと 比較 して) 高 効 率 で 低 コストの CO 2 回 収 システムの 実 現 を 目 的 としている。CO 2 回 収 に 対 してこのように 多 種 多 様 な 手 法 があるが、 表 3.1 の 技 術 ポートフォリオで 予 想 される 利 点 (と 潜 在 的 弱 点 )が 現 在 及 び 将 来 の 研 究 や 実 証 プロジェクトからの 新 たな 結 果 を 得 て 明 らかになるにつれて、 時 間と 共 に 落 ち 着 く 傾 向 にあることを 理 解 することが 重 要 である。 中 ・ 長 期 的 に 見 て、 実 際 にコスト 競争 力 の 高 いことが 証 明 されるのはこれらのオプションのうちわずかであろう。表 3.1 回 収 のためのツールボックスa注 : 太 字 で 示 したプロセスは 商 業 用 プロセスであり、 現 在 ほとんどの 状 況 で 好 まれている。CO 2 /H 2又 は CO 2 /N 2 分 離 を 含 むプロセスもあるが、 燃 焼 前 回 収 及 び 燃 焼 後 回 収 で 扱 う。 主 要 な 分 離 プロセスはセクション 3.1.3 で 概 要 を 示 し、セクション 3.2 から 3.5 で 記 載 する。CO 2 回 収 は 新 規 の 発 電 所 に 設 置 、 又 は 既 設 発 電 所 に 設 置 してもよい。 原 則 として、CO 2 回 収 を- 83 -

迅 速 に 導 入 するのなら、 既 設 発 電 所 を 改 良 して 設 置 するか、 又 は 既 設 発 電 所 を 早 期 に 取 り 壊 し、回 収 を 行 う 新 しい 発 電 所 と 代 替 することが 必 要 となりうる。 改 良 の 不 利 な 点 を 下 記 にあげる。 回 収 装 置 用 の 土 地 の 利 用 可 能 性 等 、 敷 地 上 の 制 約 がありうる。 回 収 装 置 を 設 置 する 高 額 な 費 用 を 正 当 化 するためには、 発 電 所 の 残 存 利 用 期 間 が 長 いことが必 要 となりうる。 古 い 発 電 所 はエネルギー 効 率 が 低 いことが 多 い。 高 効 率 の 発 電 所 と 比 較 すると、CO 2 回 収 が純 発 電 所 出 力 に 与 える 影 響 が 相 対 的 に 大 きくなる。新 規 建 設 される 発 電 所 は、”Capture Ready”として、 敷 地 上 の 制 約 を 最 小 限 に 抑 えて 建 設 されうる。つまり、 回 収 装 置 を 追 加 するために 必 要 な 変 更 点 を 最 初 から 考 慮 するプロセス 設 計 を 行 い、後 日 CO 2 回 収 を 簡 単 に 設 置 できるように 十 分 な 空 間 と 施 設 が 用 意 されている 発 電 所 である。また、CO 2 回 収 を 既 設 の 発 電 所 に 追 加 する 場 合 、 例 えば 燃 焼 前 回 収 や 酸 素 燃 焼 法 では、 必 要 ならば 改 良装 置 の 多 くを 別 の 場 所 に 建 設 できることもある。その 他 の 障 壁 については、CO 2 回 収 装 置 を 追 加 装 備 する 際 、 既 設 発 電 所 の 改 良 や 大 規 模 な 改 築によってほとんど 克 服 できるだろう。 例 えば、 古 く 非 効 率 なボイラー 及 び 蒸 気 タービンを、 近 代的 な 高 効 率 の 超 臨 界 ボイラー 及 びタービン 又 は IGCC 発 電 所 と 交 換 することができる。 発 電 技 術の 効 率 が 上 昇 するにつれて、CO 2 回 収 を 行 う 既 設 発 電 所 の 効 率 も 回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 の 効率 と 同 じくらい 高 くなりうる。3.2 工 業 プロセス CO 2 回 収 システム3.2.1 序 論大 量 の CO 2 を、 本 章 の 後 続 部 分 で 記 載 するシステムよりも 低 コストで 回 収 出 来 るプロセスを 伴う 工 業 適 用 例 がいくつかある。 燃 焼 から 発 生 する CO 2 の 量 がはるかに 大 きいため、これらの 排 出源 からの 回 収 は 気 候 変 動 の 必 要 性 に 対 する 完 全 な 答 えとはならないが、CO 2 回 収 ・ 貯 留 が 可 能 となる 最 初 の 事 例 となり 得 る3.2.2 天 然 ガス 処 理 (スウィートニング)天 然 ガスはその 排 出 源 によって CO 2 濃 度 が 異 なるが、いずれの CO 2 であっても 除 去 されねばならない。パイプラインの 腐 食 を 避 け、 輸 送 に 必 要 な 余 分 のエネルギーを 削 減 し、ガスの 発 熱 量 を高 めるために、CO 2 濃 度 をおよそ 2vol%まで(この 量 は 場 所 によって 異 なる) 低 減 することを 求める 輸 送 規 格 も 多 い。 世 界 中 の 年 間 天 然 ガス 生 産 量 の 正 確 な 数 字 は 公 表 されているが(BP, 2004)、そのうちどのくらいの 量 が CO 2 を 含 有 しているかを 公 表 した 資 料 はないようである。それでも、原 料 天 然 ガス 生 産 量 の 約 半 分 が 平 均 濃 度 4vol%の CO 2 を 含 むと 推 定 するのが 妥 当 であろう。この数 字 は CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 機 会 がどれくらいかを 例 示 するために 使 用 することができる。もし 2003年 における 天 然 ガスの 世 界 的 生 産 量 である 26,185 億 m3の 半 分 に 関 して、CO 2 濃 度 を 4mol%から2mol%に 削 減 するならば、 結 果 としては 少 なくとも 50Mt CO 2 / 年 の CO 2 が 削 減 される。 現 在 CO 2回 収 ・ 貯 留 を 行 っている 操 業 中 の 天 然 ガスプラントが 2 つあることは 興 味 深 い。Algeria にあるBP の In Salah プラントと、 北 海 の Sleipner にある Statoil のプラントである。どちらのプラントも約 1MtCO 2 / 年 を 回 収 する( 第 5 章 参 照 )。 天 然 ガス 処 理 からの 約 650 万 tCO 2 / 年 も 現 在 米 国 で 石 油増 進 回 収 法 (EOR)に 使 用 されている(Beecy and Kuuskraa, 2005)。これらの 商 業 的 EOR プロジェクトでは、 注 入 された CO 2 の 大 部 分 は 同 時 に 地 中 に 保 持 される( 第 5 章 参 照 )。- 84 -

天 然 ガス 内 の CO 2 のレベルによって、 以 下 の 様 々な 天 然 ガス 処 理 プロセス(つまり、H 2 S 及 びCO 2 除 去 )が 適 用 可 能 である(Kohl and Nielsen, 1997 and Maddox and Morgan, 1998)。 化 学 吸 収 液 物 理 吸 収 液 膜様 々なアルカノールアミン(モノエタノールアミン(MEA)、ジエタノールアミン(DEA)、メチルジエタノールアミン(MDEA) 等 ; 表 3.2 参 照 )、 又 はこれらを 混 合 して 使 用 する 天 然 ガス 処理 は 最 も 一 般 的 に 使 用 されている 方 法 である。 天 然 ガスから CO 2 を 回 収 するプロセスのフロー 図は 排 煙 ガス 処 理 用 に 提 示 した 図 ( 図 3.4、セクション 3.3.2.1 参 照 )と 類 似 しているが、 天 然 ガスプロセスでは 吸 収 は 高 圧 で 行 われ、その 後 膨 張 してから 回 収 塔 で CO 2 を 洗 浄 し 分 離 する 点 が 異 なる。 天 然 ガスの CO 2 濃 度 が 高 いときは、 膜 システムの 方 が 経 済 的 である。 天 然 ガスから CO 2 を 回収 するために 膜 を 使 用 する 商 業 的 適 用 は、 小 規 模 単 位 で 1980 年 代 初 めに 開 始 されたが、パラメータの 多 くは 不 明 である(Noble and Stern, 1995)。この 技 術 は、 現 在 ではアミン 処 理 を 含 むその 他 技術 と 比 較 して 利 点 を 持 つ、 確 立 した 競 争 力 のある 技 術 である(Tabe-Mohammadi, 1999)。 利 点 としては、 低 資 本 コスト、スキッド-マウント 型 設 置 の 容 易 さ、 低 エネルギー 消 費 、 遠 隔 地 、 特 に 海 外での 適 用 可 能 性 及 び 柔 軟 性 が 挙 げられる。表 3.2 燃 焼 前 回 収 プロセスにおける 天 然 ガス 又 は 転 化 合 成 ガスから CO 2 を 除 去 するために 使 用 される 一 般 的 な 溶 媒3.2.3 鉄 鋼 製 造鉄 鋼 産 業 は 世 界 で 最 大 のエネルギー 消 費 製 造 部 門 であり、 全 産 業 エネルギー 消 費 量 の 10-15%を占 める(IEA GHG, 2000a)。 関 連 する CO 2 排 出 量 は 1995 年 には 1,442MtCO 2 であったと 推 測 される。 今 日 、2 種 類 の 鉄 鋼 製 造 技 術 が 用 いられている。 複 合 鉄 鋼 プラントは 一 般 的 に 3-5Mt/ 年 の 鉄鋼 製 造 能 力 を 持 ち、 基 本 燃 料 として 石 炭 を 使 用 し、 多 くの 場 合 追 加 して 天 然 ガス 及 び 石 油 も 使 用する。 一 般 的 に 小 プラントでは 電 気 アーク 炉 を 使 用 してくず 鉄 を 溶 かし 1Mt/ 年 の 鉄 鋼 を 生 産 し、300-350kWh/t 鉄 の 電 力 を 消 費 する。 小 プラントが 鉄 鋼 の 品 質 を 高 めるために 直 接 還 元 鉄 (DRI)を 鉄 くずと 混 合 することが 増 えている。 直 接 還 元 鉄 の 製 造 には 高 酸 素 含 有 鉄 鉱 石 を H 2 及 び CO 2と 反 応 させ 還 元 鉄 と H 2 O 及 び CO 2 を 生 成 する。 結 果 として、 多 くの 直 接 還 元 鉄 プロセスから 純 粋な CO 2 を 回 収 しうる。重 要 かつ 増 加 している 傾 向 として、 新 しい 製 鉄 プロセスがある。このプロセスでは 高 炉 操 業 に必 要 なコークスよりもグレードの 低 い 石 炭 を 使 用 する。その 好 例 である COREX プロセス(von- 85 -

Bogdandy et.al., 1989)は、N 2 を 含 まない 燃 料 ガスを 大 量 に 追 加 生 成 し、そのガスは 鉄 鉱 石 を 鉄 に転 換 する 二 次 操 作 で 使 用 できる。このことにより、このプロセスから 完 全 に CO 2 を 回 収 することが 可 能 となる。というのも、COREX プロセスでは、CO と H 2 を 加 熱 して 転 炉 内 で 酸 化 鉄 を 鉄 に還 元 するため、 高 炉 ガス 内 の CO 2 及 び H 2 O を 除 去 する 必 要 があるからである。COREX プロセスによって、 供 給 される 石 炭 から 発 生 する CO 2 の 多 くを 回 収 しながら 溶 融 鉄 と 鉄 の 混 合 物 が 生 成 される。鉄 鋼 産 業 から 排 出 される CO 2 を 回 収 する、 早 期 に 実 現 可 能 な 機 会 として、 例 えば 以 下 のようなものがある。 溶 鉱 炉 ガスから CO 2 を 回 収 し、CO 2 を 多 く 含 む 高 炉 ガスを 加 熱 炉 で 再 利 用 する。 必 要 最 低 量のコークスはまだ 必 要 であるが、 溶 鉱 炉 には 純 酸 素 及 び 再 生 高 炉 ガスの 混 合 物 が 供 給 される。実 質 的 には、 燃 焼 炉 は 空 気 燃 焼 から CO 2 回 収 を 行 う 酸 素 燃 焼 に 転 換 される(セクション 3.4参 照 )。これにより 現 在 複 合 鋼 鉄 プラントから 排 出 されている CO 2 の 70%を 回 収 しうる(Dongke et al., 1988)。 既 存 の 溶 鉱 炉 に 本 プロセスを 装 備 することは 可 能 である。 燃 焼 前 回 収 段 階 において 化 石 燃 料 から 派 生 した H 2 を 使 用 して 鉄 鉱 石 を 直 接 還 元 する(セクション 3.5 参 照 )(Duarte and Reich, 1998)。 加 熱 炉 で 燃 料 を 燃 焼 し CO 2 を 大 気 に 放 出 するのではなく、 燃 料 を H 2 に 転 換 するプロセス 中 で CO 2 を 回 収 する。その 後 H 2 は 鉄 鉱 石 の 還 元 剤として 使 用 できる。 回 収 率 は 燃 焼 前 回 収 技 術 の 設 計 によって 90-95%となるであろう(セクション 3.5 参 照 )。鉄 鋼 製 造 に 関 し、その 他 CO 2 回 収 を 適 用 できる 新 プロセスが 現 在 研 究 開 発 段 階 にある(Gielsen,2003; IEA 2004)。3.2.4 セメント 製 造セメント 産 業 からの CO 2 排 出 量 は 固 定 排 出 源 からの CO 2 全 排 出 量 の 6%を 占 める( 第 2 章 参 照 )。セメント 製 造 には、 石 灰 岩 の 焼 成 に 関 連 する 高 温 ・エネルギー 集 約 型 の 反 応 を 引 き 起 こすための 大量 の 燃 料 が 必 要 であり、 炭 酸 カルシウムを 酸 化 カルシウムに 転 換 することで CO 2 の 発 生 を 伴 う。現 在 、セメントプラントから CO 2 は 回 収 されていないが、 回 収 の 可 能 性 は 存 在 する。 排 煙 ガス中 の CO 2 濃 度 は 15-30vol%の 間 であり、 発 電 及 び 発 熱 による 排 煙 ガス 中 の CO 2 濃 度 (3-15vol%)よりも 高 い。 従 って、 原 則 的 にはセクション 3.3 で 記 載 した CO 2 燃 焼 後 回 収 技 術 をセメント 製 造プラントにも 適 用 できるが、CO 2 回 収 に 使 用 する 溶 媒 再 生 のために 新 たな 蒸 気 がセメントプラント 内 に 必 要 となりうる。 酸 素 燃 焼 法 による 回 収 システムもセメントプラントで CO 2 を 回 収 する 技術 となりうる(IEA GHG, 1999)。 炭 酸 カルシウム( 石 灰 岩 )がすでにセメントプラントで 原 料 として 使 用 されているため、CO 2 回 収 にカルシウム 吸 着 剤 を 使 用 する 新 たなオプションもある(セクション 3.3.3.4 及 び 3.5.3.5 参 照 )。これら 全 ての 回 収 技 術 は 既 設 プラントや 新 プラントに 適 用 できる。3.2.5 アンモニア 製 造CO 2 はアンモニア(NH 3 ) 製 造 の 副 生 成 物 であり(Leites et al., 2003)、 主 に 2 つのプロセスが 使用 される。 軽 質 炭 化 水 素 の 水 蒸 気 改 質 ( 天 然 ガス、 液 化 石 油 ガス、ナフサ) 重 質 炭 化 水 素 の 部 分 酸 化 又 はガス 化 ( 石 炭 、 重 油 、 減 圧 残 留 物 )- 86 -

およそ 85%のアンモニアがメタンの 水 蒸 気 改 質 プロセスで 生 成 されるので、プロセスの 記 載 は有 用 である。プロセスの 詳 細 は 様 々であるが、 全 てに 共 通 して 下 記 のステップにより 構 成 される。1. 原 料 の 精 製2. メタンの 水 蒸 気 一 次 改 質 (セクション 3.5.2.1 参 照 )3. 空 気 を 供 給 することによる 二 次 改 質 、 一 般 的 に 自 己 熱 改 質 と 呼 ばれる(セクション 3.5.2.3 参照 )4. CO と H 2 O を CO 2 と H 2 へ 転 換5. CO 2 の 除 去6. メタネーション( 微 量 の CO 及 び CO 2 と 反 応 し 除 去 するプロセス)7. アンモニア 合 成CO 2 を 高 純 度 で 除 去 することが 本 報 告 書 の 関 心 事 である。 典 型 的 な 最 新 プラントはアミン 溶 媒プロセスを 使 用 して 改 質 器 からの 200,000Nm 3 /h のガスを 処 理 し、72t/h の 高 濃 度 CO 2 を 生 成 する(Apple, 1997)。 天 然 ガスから 最 新 プラントで 製 造 される CO 2 量 は 約 1.27tCO 2 /tNH 3 である。 従 って、 世 界 的 なアンモニア 製 造 量 は 約 100Mt/ 年 であり、 約 127MtCO 2 / 年 が 製 造 されている。しかしながら、アンモニアプラントは CO 2 の 70-90%を 使 用 する 能 力 を 持 つ 尿 素 プラントと 結 合 していることが 多 いため、 前 記 CO 2 全 てが 貯 留 可 能 ではないことに 注 意 すべきである。アンモニアプラントから 回 収 された 約 0.7MtCO 2 / 年 が 現 在 United States で 原 油 増 産 回 収 に 使 用 されており(Beecyand Kuuskraa, 2005)、これら 商 業 的 EOR プロジェクトにおいては、 注 入 CO 2 の 大 部 分 が 地 中 に 保持 されている( 第 5 章 参 照 )。3.2.6 現 状 と 見 通 しここまで、 別 の 生 成 物 の 製 造 過 程 において CO 2 を 分 離 する、 既 存 のプロセス 及 び 可 能 性 のあるプロセスを 検 証 してきた。これらのプロセスの 1 つである 天 然 ガス 処 理 はすでに 2 つの 産 業 プラントで 使 用 されており、 気 候 変 動 緩 和 の 目 的 で 約 2MtCO 2 / 年 を 回 収 し 貯 留 している。アンモニア製 造 の 場 合 は、 純 粋 な CO 2 がすでに 分 離 されている。 天 然 ガス 処 理 及 びアンモニアプラントから回 収 された 7MtCO 2 / 年 以 上 が、 現 在 EOR に 使 用 され、この 商 業 的 EOR プロジェクトに 注 入 された CO 2 の 一 部 は 貯 留 もされている( 第 5 章 参 照 )。 鉄 鋼 及 びセメント 製 造 における CO 2 回 収 に 対してはいくつかのプロセスに 可 能 性 があるが、そのいずれもが 未 だ 適 用 されていない。 上 記 産 業プロセスから 回 収 しうる CO 2 の 総 量 は 気 候 変 動 問 題 の 規 模 に 較 べると 不 十 分 ではあるが、その 適用 が、 別 の 場 所 で 大 規 模 適 用 が 可 能 である 解 決 法 の 初 期 例 となりうることは 重 要 である。3.3 燃 焼 後 回 収 システム3.3.1 序 論現 在 、 固 定 排 出 源 からの CO 2 排 出 は、 主 に 発 電 所 、セメントキルン、 産 業 用 炉 、 及 び 鉄 鋼 製 造プラント 等 の 燃 焼 システムから 発 生 する( 第 2 章 参 照 )。これらの 大 規 模 プロセスでは、 燃 焼 室 で燃 料 と 空 気 を 直 接 燃 焼 することが( 何 世 紀 にもわたり、 今 日 でも) 燃 料 に 含 まれるエネルギーを抽 出 ・ 使 用 するために 最 も 経 済 的 な 技 術 であった。 従 って、 今 日 の CO 2 排 出 源 の 現 実 に 向 き 合 ったとき、 燃 焼 後 回 収 システムの 戦 略 的 重 要 性 は 明 らかである。CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 利 用 して 適 切 な規 模 で 固 定 排 出 源 からの CO 2 排 出 量 を 削 減 する 試 みとしては、 燃 焼 システムからの CO 2 回 収 に 対処 する 必 要 があることは 第 2 章 で 示 されている。 本 セクションで 記 載 する 全 ての CO 2 回 収 システ- 87 -

ムは、 化 石 燃 料 を 使 用 する 大 規 模 燃 焼 プロセスから 発 生 した 排 煙 ガスから CO 2 を 分 離 することを目 的 としている。 化 石 燃 料 よりもはるかに 小 規 模 で 使 用 されることが 多 いバイオマス 火 力 燃 焼 プロセスにも、 類 似 の 回 収 システムを 適 用 できる。燃 焼 システム 内 の 排 煙 ガス 又 は 煙 道 ガスは、 一 般 的 に 大 気 圧 である。 低 圧 及 び 空 気 中 の 窒 素 が多 く 存 在 するため、 設 備 が 大 規 模 になり、 大 量 の 排 ガスが 発 生 する。 最 大 の 例 は、 最 大 容 量 が 約500 万 Nm 3 /h である 天 然 ガス 複 合 発 電 所 から 発 生 する 煙 突 からの 排 出 であろう。 排 煙 ガスの CO 2含 有 量 は 使 用 する 燃 料 の 種 類 によって 異 なる( 天 然 ガス 複 合 発 電 の 3%から 石 炭 火 力 発 電 所 の15vol% 以 下 まで。 表 2.1 参 照 )。 基 本 的 に、 燃 焼 後 回 収 システムはどの 種 類 の 燃 料 燃 焼 から 発 生 する 排 煙 ガスにも 適 用 可 能 である。しかしながら、 燃 料 中 の 不 純 物 はプラント 全 体 の 設 計 とコスト計 算 に 非 常 に 重 要 である(Rao and Rubin, 2002)。 石 炭 燃 焼 から 発 生 する 排 煙 ガスは CO 2 、N 2 、O 2 、H 2 O だけでなく、SO x 、NO x 、 微 粒 子 、HCl、ハフニウム(HF)、 水 銀 、その 他 の 金 属 及 び 他 の 微量 な 有 機 ・ 無 機 汚 染 物 質 も 含 む。 図 3.3 は 石 炭 発 電 所 の 一 般 的 な 概 略 図 を 示 し、 吸 収 プロセスにより CO 2 が 回 収 される 前 に、 大 気 汚 染 物 質 を 除 去 するための 追 加 設 備 が 配 置 されている。これら 排煙 ガス 中 の CO 2 回 収 は 他 のガスからの 回 収 に 比 べて 基 本 的 に 問 題 が 多 く、 大 量 のエネルギーを 消費 するものの、 十 分 に 大 きな 規 模 で 商 業 的 な 操 業 経 験 を 得 ることは 可 能 であり(セクション 3.3.2参 照 )、 燃 焼 後 CO 2 回 収 システムのコスト 推 定 のベースとなり 得 る(セクション 3.7 参 照 )。また、( 吸 着 剤 、 膜 又 は 低 温 を 利 用 した)より 効 率 的 で 低 コストな 燃 焼 後 システムを 開 発 するために、CO 2 分 離 段 階 に 対 し 可 能 性 のある 手 法 (セクション 3.1.3 参 照 )に 関 する、 広 範 な 研 究 開 発 (R&D)努 力 が 現 在 世 界 的 で 進 行 中 である(セクション 3.3.3 参 照 )。図 3.3 アミンベースの CO 2 回 収 システム 及 び 他 の 排 出 制 御 を 備 えた 微 粉 炭 火 力 発 電 所 概 略 図3.3.2 既 存 技 術排 煙 ガスから CO 2 を 回 収 するために、 原 理 的 には 商 業 的 に 利 用 可 能 なプロセス 技 術 が 複 数 ある。しかしながら 比 較 調 査 研 究 によると(Henderiks, 1994; Riemer and Ormerod, 1995; IEA GHG, 2000b)、化 学 溶 媒 に 基 づく 吸 収 プロセスが 燃 焼 後 CO 2 回 収 のオプションとして 現 在 最 も 好 ましいことがわかる。 現 時 点 では、 上 記 プロセスは 高 い 回 収 効 率 と 高 い 選 択 性 を 示 し、エネルギー 使 用 とコストは 他 の 既 存 燃 焼 後 回 収 プロセスと 比 較 して 最 も 低 い。 発 電 所 の 排 煙 ガスに 適 用 するにあたって 要求 されるほど 大 規 模 ではないものの、 吸 収 プロセスは 燃 焼 後 CO 2 回 収 システムの 商 業 運 転 段 階 まで 到 達 している。 従 って、 以 下 の 項 では、 技 術 に 対 する 既 存 知 識 の 検 討 、 現 在 有 力 な CO 2 回 収 の- 88 -

商 業 的 オプションの 適 用 に 関 する 主 要 な 技 術 問 題 や 環 境 問 題 の 検 討 を 行 う。まず 商 業 的 な 化 学 吸収 プロセスを 使 用 する CO 2 分 離 技 術 の 基 本 を 論 じる。 次 に 排 煙 ガスの 前 処 理 (CO 2 以 外 の 汚 染 物質 の 除 去 ) 及 び 化 学 溶 媒 の 再 生 に 必 要 なエネルギーを 論 ずる。3.3.2.1 吸 収 プロセス燃 焼 後 回 収 の 吸 収 プロセスは、 水 溶 性 アルカリ 性 溶 媒 、 一 般 的 にはアミンと 酸 又 は 酸 性 ガスとの 化 学 反 応 の 可 逆 性 を 利 用 する。 商 業 的 吸 収 システムの 工 程 を 図 3.4 に 示 す。 排 煙 ガスを 冷 却 後 、吸 収 装 置 内 の 溶 媒 と 接 触 させる。 吸 収 装 置 における 圧 力 損 失 のため、 送 風 機 が 必 要 である。 吸 収装 置 の 温 度 が 一 般 的 に 40C から 60C のとき、CO 2 は 吸 収 装 置 内 の 化 学 溶 媒 と 結 合 する。 次 に 排煙 ガスはシステム 内 の 水 分 バランスを 取 るため 水 洗 浄 部 分 を 通 過 し、ガス 中 の 溶 媒 水 滴 や 溶 媒 蒸気 を 除 去 し、 吸 収 装 置 を 後 にする。 溶 媒 内 の 化 学 反 応 の 結 果 として、 排 出 ガス 内 の CO 2 濃 度 を 非常 に 低 くすることは 可 能 であるが、 排 出 濃 度 が 低 いと 回 収 塔 の 高 さが 高 くなる 傾 向 にある。CO 2リッチな 溶 媒 、つまり 化 学 的 に 結 合 した CO 2 を 含 む 溶 媒 は、 次 にストリッパ( 又 は 再 生 容 器 ) 上部 に 熱 交 換 器 を 通 じて 注 入 される。 化 学 溶 媒 の 再 生 はストリッパにおいて 高 温 度 (100~140C)で、 大 気 圧 よりあまり 高 くない 気 圧 で 行 われる。リボイラーに 熱 が 供 給 され 再 生 条 件 を 維 持 する。これにより、 溶 媒 を 加 熱 して 熱 エネルギーを 与 え、 化 学 的 に 結 合 した CO 2 を 除 去 するため、 及 びストリッピング・ガスとして 作 用 する 蒸 気 を 製 造 するために 必 要 な 解 離 熱 が 供 給 される。コンデンサで 蒸 気 を 回 収 しストリッパに 戻 す 一 方 で、CO 2 製 品 ガスはストリッパから 放 出 される。 次 に、CO 2 含 有 量 が 非 常 に 低 い CO 2 リーンな 溶 媒 が、「リーン-リッチ」 熱 交 換 器 及 び 冷 却 器 を 通 じて吸 収 装 置 の 温 度 レベルまで 冷 却 され、 吸 収 装 置 に 再 注 入 される。図 3.4 化 学 吸 収 による 排 煙 ガスからの CO 2 回 収 の 工 程 図図 3.4 は、 分 解 生 成 物 ・ 腐 食 生 成 物 及 び 粒 子 の 存 在 の 結 果 、 溶 液 の 品 質 を 維 持 するために 必 要 と- 89 -

なる 追 加 装 置 も 示 している。この 過 程 は 一 般 的 にフィルタ、 炭 素 ベッド 及 び 熱 操 作 リクレーマを使 用 して 行 われる。 分 解 及 び 腐 食 管 理 は 過 去 数 十 年 にわたる 吸 収 プロセスの 開 発 において 実 際 に重 要 な 要 素 となってきた。CO 2 吸 収 システムの 操 業 について 技 術 的 ・ 経 済 的 な 要 素 を 決 定 する 重 要 なパラメータを 下 記 に挙 げる。 排 煙 ガス 流 量 – 排 煙 ガス 流 量 は 吸 収 装 置 の 規 模 を 決 定 し、 吸 収 装 置 は 全 体 コストに 大 きく 寄 与 する。 排 煙 ガス 内 の CO 2 濃 度 – 排 煙 ガスは 一 般 的 に 大 気 圧 であるため、CO 2 の 分 圧 は 3-15kPaと 低 くなる。この 低 CO 2 分 圧 条 件 下 では、 水 性 アミン( 化 学 溶 媒 )が 最 適 な 吸 収 溶 媒 である(Kohl and Nielsen, 1997)。 CO 2 除 去 – 実 際 には、 典 型 的 な CO 2 回 収 率 は 80%から 95%の 間 である。 厳 密 には、 回 収法 の 選 択 は 経 済 的 観 点 で 決 まる。 高 回 収 率 は、 高 い 吸 収 カラム 及 び 高 エネルギー・ペナルティーにつながり、 従 ってコストが 増 加 する。 溶 媒 流 量 – 溶 媒 流 量 は 吸 収 装 置 以 外 のほとんどの 装 置 の 規 模 を 決 定 する。 任 意 の 溶 媒 に対 して、 流 量 は 上 述 のパラメータに 加 え、CO 2 リーン 及 びリッチ 溶 液 の CO 2 濃 度 の 選 択 によって 決 定 される。 エネルギー 要 件 – プロセスのエネルギー 消 費 は、 溶 媒 再 生 に 必 要 な 熱 エネルギーと 液 体ポンプ 及 び 排 煙 ガス 送 風 機 又 はファンを 作 動 するために 必 要 な 電 力 エネルギーの 合 計 である。エネルギーは、 回 収 した CO 2 を 輸 送 及 び 貯 留 に 必 要 な 最 終 圧 まで 圧 縮 するためにも 必 要である。 冷 却 要 件 – 冷 却 は 排 煙 ガス 及 び 溶 媒 温 度 を、CO 2 を 効 率 的 に 吸 収 できる 温 度 レベルまで下 げるために 必 要 である。また、ストリッパから 放 出 されるガスは、ストリッピングプロセスからの 水 分 を 回 収 するために 冷 却 を 必 要 とする。アミンベースの 化 学 吸 収 プロセスから 回 収 される CO 2 の 一 般 的 な 純 度 と 圧 力 は 以 下 の 通 りである(Sander and Mariz, 1992)。 CO 2 純 度 : 99.9vol% 以 上 ( 水 飽 和 状 態 ) CO 2 圧 力 : 50kPa(ゲージ)さらに CO 2 精 製 過 程 により CO 2 の 品 質 を 食 品 用 基 準 まで 高 めることも 可 能 である。 飲 料 やパッキング 用 に 使 用 する 際 にはこの 過 程 が 必 要 となる。排 煙 ガス 燃 焼 は 一 般 的 に 大 気 圧 で 行 われ、CO 2 は 低 濃 度 なため、CO 2 の 分 圧 は 極 めて 低 い。また、 排 煙 ガスは 酸 素 や 他 の 不 純 物 を 含 んでいるため、 吸 収 プロセスの 重 要 な 特 徴 として、 所 定 の目 的 を 達 成 するためには、 適 切 な 溶 媒 を 選 択 しなければならない。CO 2 負 荷 が 高 いこと、 及 び 脱離 エネルギーが 低 温 であることは 大 気 中 の 排 煙 ガスから CO 2 を 回 収 するために 欠 かせないものである。また、 溶 媒 の 性 能 を 維 持 するためと 廃 棄 物 質 の 生 成 量 を 削 減 するために、 溶 媒 の 副 生 成 物形 成 率 と 分 解 率 は 低 くなければならない。その 他 汚 染 物 質 の 溶 媒 に 対 する 重 要 な 影 響 についてはセクション 3.3.2.2 で 論 じる。以 下 の 3 つの 吸 収 プロセスは 燃 焼 後 システムでの CO 2 回 収 に 商 業 的 に 利 用 できる。 Kerr-McGee/ABB Lummus Crest プロセス(Barchas and Davis, 1992)- 本 プロセスはコークス- 90 -

粉 及 び 石 炭 火 力 ボイラーから CO 2 を 回 収 し、ソーダ 灰 や 液 体 CO 2 調 整 に 使 用 する CO 2 を 供給 する。 本 プロセスは 15-20wt%の 水 性 モノエタノールアミン(MEA) 溶 液 を 使 用 する。 本プロセスが 達 成 した 最 大 容 量 は 2 系 列 を 使 用 して 800 tCO 2 / 日 である(Arnold et al., 1982)。 Flour Daniel ECONOAMINE TM プロセス(Sander and Mariz, 1992, Chapel et al., 1999)- 本 プロセスは Flour Daniel Inc.が Dow Chemical Company から 1989 年 に 買 収 した。MEA(モノエタノールアミン)ベースのプロセスであり(30wt% 水 溶 液 )、 炭 素 鋼 腐 食 を 防 ぐインヒビターを 含 み、 特 に 酸 素 含 有 ガス 流 に 対 して 作 られたものである。 世 界 中 の 多 くのプラントで 使用 され、 単 一 列 で 320 tCO 2 / 日 まで 回 収 し、 飲 料 及 び 尿 素 製 造 で 使 用 される。 関 西 電 力 (Kansai Electric Power Co.) 及 び 三 菱 重 工 (Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.)のKEPCO/MHI プロセス(Mimura et al., 1999 and 2003)- 本 プロセスは 立 体 障 害 アミンをベースに、すでに 3 溶 媒 (KS-1、KS-2、KS-3)が 開 発 されている。KS-1 は 尿 素 製 造 適 用 において 商 業 化 されている。 本 プロセスでは、インヒビターや 添 加 剤 を 使 用 しなくてもアミン 損 失が 低 く、 溶 媒 分 解 も 低 いことがわかっている。 図 3.5 に 示 すように、 排 煙 ガス 流 から 200 tCO 2 /日 を 回 収 する 最 初 の 商 業 プラントは 1999 年 以 来 マレーシアで 稼 働 中 であり、 尿 素 を 製 造 している(10MWt の 石 炭 火 力 発 電 所 からの 排 出 量 に 匹 敵 する)。図 3.5 200t/ 日 の KEPCO/MHI 化 学 溶 媒 プロセスを 使 用 するマレーシアの CO 2 回 収 工 場 ( 三 菱 提 供 )操 業 中 における 化 学 溶 媒 の 能 力 は 交 換 、 濾 過 及 び 再 生 によって 維 持 され、それが 溶 媒 消 費 の 原因 となる。 一 般 的 な 溶 媒 消 費 値 は 0.2 から 1.6kg/tCO 2 の 間 である。さらに、アミンを 熱 安 定 性 塩から 再 生 するため( 一 般 的 に 0.03-0.13kg(NaOH)/tCO 2 )、 及 び 分 解 生 成 物 を 除 去 するために( 一 般的 に 0.03-0.06kg( 活 性 炭 )/tCO 2 ) 化 学 薬 品 が 必 要 である。その 範 囲 は 基 本 的 に 吸 収 プロセスにより異 なり、KS-1 は 範 囲 内 で 一 番 低 く、EONAMINE TM は 一 番 高 い。3.3.2.2 排 煙 ガス 前 処 理発 電 所 からの 排 煙 ガスは 一 般 的 に 100C 以 上 であり、つまり 吸 収 プロセスに 必 要 な 温 度 レベル- 91 -

まで 冷 却 される 必 要 がある。 冷 却 器 で 直 接 水 接 触 により 冷 却 することができ、さらに 微 粒 子 を 取り 除 く 排 煙 ガス 洗 浄 としても 作 用 する。上 記 以 外 に、 石 炭 燃 焼 からの 排 煙 ガスは NO x や SO x 等 の 他 の 酸 性 ガス 成 分 を 含 む。 天 然 ガス 燃焼 からの 排 煙 ガスは、 一 般 的 に NO x のみを 含 む。これらの 酸 性 ガス 成 分 は、CO 2 と 同 様 に、アルカリ 性 溶 液 と 化 学 反 応 を 起 こす。この 化 学 反 応 の 不 可 逆 的 性 質 は 結 果 として 熱 安 定 性 塩 の 形 成 を招 き、 従 って 溶 媒 の 吸 収 能 力 が 損 なわれ 溶 液 中 に 固 体 が 形 成 されるリスクにつながるため、 好 ましくない。また、 溶 媒 を 再 生 するために 余 分 な 化 学 薬 品 を 消 費 することになり、 硫 酸 ナトリウムや 硝 酸 ナトリウム 等 の 廃 棄 物 の 生 成 にもつながる。 従 って、CO 2 回 収 前 に NO x や SO x を 非 常 に 低い 値 まで 除 去 することが 不 可 欠 となっている。NO x において、 耐 熱 塩 形 成 につながるのは NO 2 である。 幸 いなことに、NO 2 はほとんどの 場 合 、 排 煙 ガス 内 の 全 体 的 な NO x 含 有 量 の 10% 以 下 のレベルである(Chapel et al., 1999)。溶 媒 は SO x との 反 応 で 消 費 されるため、 排 煙 ガス 中 の 許 容 できる SO x 含 有 量 は 基 本 的 には 溶 媒のコストで 決 まる。 排 煙 ガス 中 の SO 2 濃 度 は、 一 般 的 に 300~5,000ppm である。 商 業 化 されている SO 2 除 去 プラントは 98~99%まで 除 去 する。アミンは 比 較 的 安 価 な 化 学 物 質 だが、 安 価 なモノエタノールアミン(MEA) 等 の 溶 媒 (およそ 1.25US$/kg)(Rao and Rubin, 2002)でさえ、 溶 媒 消費 を 抑 えて(およそ 1.6kg の MEA/tCO 2 ( 分 離 分 )) 追 加 コストを 妥 当 な 値 に 納 めるために、SO xの 濃 度 がおよそ 10ppm であることを 必 要 とし、このため 追 加 の 排 煙 ガス 脱 硫 が 必 要 となることが多 い。CO 2 吸 収 プロセス 前 の 理 想 的 な SO 2 含 有 量 は、CO 2 溶 媒 の 消 費 量 と SO 2 除 去 コストとのトレードオフで 決 まる。Kerr-Mcgee/ABB Lummus Crest 技 術 では、50ppm 以 下 の SO 2 レベルでは 一般 的 に SO 2 除 去 コストは 安 価 とならない(Barchas and Davis, 1992)。Fluor Daniel Econamine FG プロセスでは、 一 般 的 に 最 大 10ppm の SO 2 含 有 量 が 供 給 ガスの 仕 様 として 設 定 されている(Sanderand Mariz, 1992)。アルカリ 塩 溶 液 をスプレー・スクラバーで 使 用 することでこの 値 を 得 ることができる(Chapel et al., 1999)。SO 2 スクラバーは 排 煙 ガスを 冷 却 する 直 接 接 触 冷 却 装 置 としても 使用 できる。汚 染 物 質 のレベルが 非 常 に 高 いと 吸 収 装 置 の 閉 塞 要 因 となる 可 能 性 があるため、 排 煙 ガス 中 のフライアッシュやススには 十 分 注 意 を 払 わねばならない。その 他 の 排 煙 ガス 処 理 要 件 は、すでに取 られている 予 防 措 置 であることも 多 い。 石 炭 火 力 ボイラー 排 煙 ガスから CO 2 を 回 収 する 場 合 には、 発 電 所 は 一 般 的 に、 脱 窒 素 酸 化 物 (DeNO x )ユニット、 静 電 気 集 塵 装 置 又 はバグハウス・フィルタ 及 び 脱 硫 黄 酸 化 物 (DeSO x )ユニット 又 は 排 煙 ガス 脱 硫 ユニットを、 発 電 施 設 の 環 境 設 備 の一 部 として 装 備 しなければならない。これらの 環 境 設 備 では 1-2ppm レベルまで 大 幅 に SO x を 除去 するには 不 十 分 である 事 例 もあるが、このレベルが 溶 媒 消 費 と 溶 媒 廃 棄 物 がリクレーマ 表 面 に貼 り 付 く 事 を 最 小 限 に 抑 えるために 必 要 になるときもある。3.3.2.3 CO 2 回 収 における 発 電 効 率 ペナルティー吸 収 に 基 づく 燃 焼 後 CO 2 回 収 プロセスの 主 な 特 徴 は、 高 いエネルギー 消 費 と 結 果 としておこる発 電 サイクルの 効 率 ペナルティーである。これは 主 に 溶 媒 の 再 生 に 必 要 な 熱 、ストリッピングに使 用 する 蒸 気 、 量 は 少 ないが 液 体 ポンプ、 排 煙 ガス・ファン 及 び CO 2 製 品 ガスの 最 終 圧 縮 に 必 要な 電 力 が 原 因 である。 本 章 後 半 のセクション 3.6 及 び 3.7 で、 様 々な 発 電 システムに 対 する CO 2回 収 エネルギー 要 件 の 要 約 を 示 し、それらのエネルギー 消 費 が 環 境 及 び 経 済 に 与 える 影 響 を 論 じる。- 92 -

基 本 的 に、 既 設 設 備 に 追 加 する 場 合 、 再 生 プロセス 用 の 熱 エネルギーは 補 助 ボイラーによって提 供 できる。しかしながら、ほとんどの 研 究 は 吸 収 プロセスが 発 電 所 に 統 合 された 全 体 的 プロセスに 焦 点 をあてている。 必 要 とされる 熱 エネルギーは、 例 えば 0.3Mpa(g)に 凝 縮 された 低 圧 蒸 気 がリボイラーで 使 用 できるレベルである。そのため、 再 生 プロセスに 必 要 な 蒸 気 は 発 電 所 の 蒸 気 サイクルから 抽 出 される。 石 炭 火 力 発 電 所 では、 低 圧 蒸 気 は 蒸 気 タービンの 最 終 膨 張 段 階 の 前 に 抽出 される。 天 然 ガス 火 力 複 合 発 電 では、 低 圧 蒸 気 は 熱 回 収 蒸 気 再 生 装 置 の 最 終 段 階 で 抽 出 される。この 熱 の 一 部 はボイラー 供 給 水 の 余 熱 に 利 用 可 能 である(Hendriks, 1994)。 有 力 な 吸 収 技 術 の 熱消 費 は 溶 媒 プロセスにより 異 なるが、2.7-3.3GJ/tCO 2 である。 電 力 消 費 の 典 型 的 な 値 は、 石 炭 火 力発 電 所 では 燃 焼 後 回 収 で 0.06-0.11GJ/tCO 2 、 天 然 ガス 火 力 複 合 発 電 では 燃 焼 後 回 収 で0.21-0.33GJ/tCO 2 である。110 バールまでの CO 2 圧 縮 にはおよそ 0.4GJ/tCO 2 が 必 要 である(IEA GHG,2004)。吸 収 プロセスを 既 設 発 電 所 に 統 合 するには、 蒸 気 のかなりの 部 分 が 抽 出 されて 電 力 生 産 用 に 使用 できなくなるため、 蒸 気 サイクルの 低 圧 部 分 の 改 修 が 必 要 である(Nsakala et al., 2001, Mimura etal., 1995, Mimura et al., 1997)。 必 要 となる 改 修 を 抑 えるために、 排 煙 ガス・ファンやボイラー 供 給水 ポンプを 作 動 させるために 中 程 度 の 圧 力 蒸 気 を 使 用 する 小 規 模 背 圧 蒸 気 タービンを 使 用 することができる。 蒸 気 はその 後 リボイラーで 圧 縮 される(Mimura et al., 1999)。さらに、 蒸 気 サイクルに 基 づく 発 電 所 では、 蒸 気 サイクルの 50% 以 上 の 熱 エネルギーが 蒸 気 コンデンサで 廃 棄 される。蒸 気 サイクルシステムと CO 2 回 収 が 統 合 できれば、 蒸 気 コンデンサからの 廃 熱 の 一 部 を 化 学 溶 媒の 再 生 に 使 用 できる。いずれにせよ、エネルギー・ペナルティーの 削 減 は 選 択 した 溶 媒 システムに 密 接 に 関 連 している。IEA の 温 室 効 果 プログラム(IEA GHG)は、 技 術 ライセンサーが 特 定 した 燃 焼 後 CO 2 回 収 プロセスにおける 最 新 の 改 良 を 考 慮 に 入 れて、CO 2 の 燃 焼 後 回 収 を 行 う 発 電 所 の 性 能 調 査 を 行 った(IEAGHG, 2004)。この 研 究 において、Mitsui Babcock Energy Ltd. 及 び Alstom は 石 炭 火 力 発 電 所 での 高効 率 、 超 臨 界 蒸 気 サイクル(29MPa、600C、 再 加 熱 620C)ボイラー 及 び 蒸 気 タービンの 使 用 に関 する 情 報 を 提 供 し、 天 然 ガス 複 合 発 電 (NGCC)の 事 例 では、GE 9FA ガス・タービンを 使 用 する 複 合 発 電 を 採 用 した。Fluor は Fluor Econoamine と MEA ベースのプロセスに 関 する 情 報 を 提 供し、MHI は CO 2 回 収 用 の KS-1 溶 媒 ベースの KEPCO/MHI プロセスに 関 する 情 報 を 提 供 した。 上記 システムから 放 出 される CO 2 は 11Mpa まで 圧 縮 される。CO 2 回 収 を 行 う 場 合 と 行 わない 場 合 の全 体 的 な 送 電 端 発 電 効 率 を 図 3.6 に 示 し、 図 3.7 は CO 2 回 収 の 効 率 ペナルティーを 示 す。 全 体 として、 本 研 究 の 結 果 から 石 炭 及 びガス 火 力 発 電 所 における 燃 焼 後 回 収 の 効 率 ペナルティーは、KEPCO/MHI の CO 2 吸 収 プロセスが 他 のプロセスより 少 ないことがわかる。 比 較 のために、 同 一のプラント 設 計 基 準 設 定 に 基 づく 燃 焼 前 回 収 と 酸 素 燃 焼 回 収 を 行 う 発 電 所 の 性 能 も 図 3.6 及 び 図3.7 に 示 す。- 93 -

図 3.6 CO 2 回 収 を 行 う 発 電 所 と 行 わない 発 電 所 の 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 (%)の 熱 効 率 、( 出 展 データ:Davison 2005, IEA GHG 2004, IEA GHG 2003; IEA GHG, 2000b: Dillion et al., 2005)。a. 効 率 は 一 連 の 工 場 設 計 標 準 基 準 設 定 に 基 づく(IEA GHG, 2004)。b. 燃 焼 後 回 収 及 び 酸 素 燃 焼 発 電 所 を 含 む 石 炭 蒸 気 循 環 発 電 所 は、 超 臨 界 蒸 気 をベースとする(29Mpa、600C 過 熱 、620C再 加 熱 )。IGCC 及 び 天 然 ガス 燃 焼 前 ・ 燃 焼 後 回 収 発 電 所 は GE 9FA ガス・タービン 複 合 発 電 に 基 づく。 天 然 ガス 酸 素 燃 焼 発電 所 は、 図 3.10 に 示 すように CO2 循 環 ガス・タービンに 基 づき、 異 なる 作 動 圧 と 温 度 を 持 つが、 機 械 設 計 基 準 は 9FA と類 似 している。c. データは、MEA(Fluor 発 電 所 設 計 ) 及 び KS-1(MHI 工 場 設 計 )の 2 種 類 の 燃 焼 後 回 収 溶 媒 に 対 して 示 されている。 溶媒 脱 離 熱 消 費 量 は 石 炭 発 電 所 ではそれぞれ 3.2 及 び 2.7MJ/kgCO2( 回 収 分 )であり、 天 然 ガス 工 場 ではそれぞれ 3.7 及 び2.7MJ/kg である。d. IGCC に 対 して 示 したデータは 2 種 類 のガス 化 装 置 に 基 づく。Shell のドライ・ 供 給 / 熱 回 収 ボイラー 式 と GE( 前 Texaco)のスラリー・ 供 給 水 直 接 冷 却 式 である。e. 天 然 ガス 燃 焼 前 回 収 発 電 所 は 酸 素 を 使 用 する 部 分 酸 化 に 基 づく。f. 酸 素 燃 焼 工 場 は 圧 縮 中 に CO2 から 不 純 物 の 一 部 を 低 温 除 去 する 過 程 を 含 む。 空 気 の 低 温 分 離 によって 酸 素 を 生 成 するための 電 力 消 費 量 は、 石 炭 発 電 所 では 大 気 圧 で 200kWh/tO2 であるが、 天 然 ガス 発 電 所 では 40 バールで 320kWh/tO2 である。IGCC 及 び 天 然 ガス 燃 焼 前 回 収 発 電 所 での 酸 素 生 産 はガス・タービン 圧 縮 器 と 一 部 統 合 されているため、これらの 発 電 所 については 比 較 データは 提 供 できない。g. 全 発 電 所 での CO2 回 収 率 は 85-90%であるが、 天 然 ガス 酸 素 燃 焼 発 電 所 ではその 性 質 上 97%という 高 率 になる。図 3.7 回 収 を 行 わない 同 一 工 場 と 比 較 した、CO 2 回 収 に 必 要 な kWh 電 力 あたりの 燃 料 使 用 増 加 割 合( 出 展 データ:Davison, 2005; IEA GHG, 2004; IEA GHG 2003; IEA GHG, 2000b; Dillon et al., 2005)。a. 1kWh の 電 力 を 発 電 するために 必 要 な 燃 料 の 増 加 を、 同 種 類 の 回 収 を 行 う 発 電 所 及 び 行 わない 発 電 所 と 比 較 して 計 算 した。燃 料 消 費 量 の 増 加 は 回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 の 種 類 によって 異 なる。 例 えば、 回 収 を 行 う GE の IGCC 発 電 所 でのエネルギー 消 費 量 の 増 加 は、 回 収 を 行 わない 石 炭 蒸 気 循 環 基 準 発 電 所 と 比 較 すると 40%となり、 同 じ 種 類 の 回 収 を 行 わない 基準 発 電 所 に 対 して 計 算 した 図 中 の 低 い 値 とは 対 照 的 となる。b. CO2 は 高 濃 度 ・ 高 圧 ガスから 除 去 されるので、CO2 分 離 のための 直 接 エネルギー 消 費 量 は 燃 焼 後 回 収 よりも 燃 焼 前 回 収 の 方が 低 くなり、 従 って 化 学 溶 媒 よりも 物 理 溶 媒 の 方 が 使 用 できる。c. IGCC の「 燃 料 ガス 処 理 及 び 関 連 する 影 響 」のカテゴリーには、 燃 料 ガスの 転 換 、 燃 料 ガスから CO2 を 除 去 するガス・タービン 複 合 発 電 に 対 する 影 響 、 及 び 合 成 ガスに 変 わる 燃 料 としての H2 の 使 用 を 含 む。 天 然 ガスの 燃 焼 前 回 収 では、 本 カテゴリーは 天 然 ガスの 部 分 酸 化 / 蒸 気 改 質 も 含 む。d. 高 圧 力 下 では CO2 の 一 部 が 分 離 ユニットから 放 出 されるため、CO2 圧 縮 のためのエネルギー 消 費 量 は、 燃 焼 後 回 収 よりも燃 焼 前 回 収 の 方 が 低 い。e. 酸 素 燃 焼 プロセスでの CO2 圧 縮 のためのエネルギー 消 費 量 は、 抽 出 される 物 質 の 組 成 によって 異 なり、 例 えば 石 炭 火 力 発電 所 では 75vol%であり、ガス 火 力 発 電 所 では 93vol%である。 不 純 物 は 圧 縮 過 程 で CO2 から 低 温 除 去 され、 最 終 的 な CO2純 度 は 96vol%になる。 低 温 CO2 分 離 ユニットのエネルギー 消 費 量 は CO2 圧 縮 電 力 消 費 量 に 含 まれる。f. 酸 素 燃 焼 プロセスに 関 する「 酸 素 製 造 及 び 発 電 所 の 影 響 」のカテゴリーには、 酸 素 を 製 造 する 電 力 消 費 量 と 発 電 所 の 他 部分 、つまり CO2 圧 縮 と 精 製 以 外 の 過 程 に 対 する CO2 回 収 の 影 響 を 含 む。 石 炭 火 力 酸 素 燃 焼 発 電 所 では、 例 えば、 排 煙 ガス脱 硫 装 置 (FGD)ユニットがないため、 回 収 以 外 の 発 電 所 の 効 率 がわずかに 増 加 する。ガス 火 力 酸 素 燃 焼 発 電 所 のその 他部 分 の 効 率 は、 空 気 からリサイクル 排 煙 ガスへの 発 電 サイクルにおける 作 動 流 体 の 変 化 のために 減 少 する。- 94 -

3.3.2.4 排 出 物アミン 分 解 の 結 果 として、 排 出 物 、 特 にアンモニアと 熱 安 定 性 塩 が 発 生 する。Rao and Rubin(2002)は 限 られたデータに 基 づきモノエタノールアミン(MEA)ベースのプロセスに 対 する 排出 量 を 推 定 した。 上 記 プロセスでは 熱 安 定 性 塩 ( 溶 媒 分 解 生 成 物 、 腐 食 生 成 物 等 )はリクレーマで 溶 液 から 除 去 され、 廃 棄 物 は 一 般 的 な 衛 生 ・ 安 全 ・ 環 境 (HSE) 方 策 を 用 いて 処 理 される。これらのリクレーマの 沈 殿 物 は、 有 害 廃 棄 物 と 分 類 され 特 別 な 処 理 が 必 要 となる 場 合 もある(Rao andRubin, 2002)。また、 一 般 的 にはフィルタ 及 び 炭 素 フィルタが 副 生 成 物 を 除 去 するために 溶 媒 フローに 設 置 される。 最 後 に、 蒸 発 や 吸 収 装 置 内 での 残 留 によって 周 囲 に 排 出 する 溶 媒 物 質 もあり、溶 媒 消 費 量 に 計 算 される。この 段 階 で 排 煙 ガス 中 にまだ 存 在 する CO 2 以 外 の 酸 性 ガス(SO x 及 びNO 2 )も、 溶 液 中 に 吸 収 されると 予 想 される。この 結 果 、これらの 構 成 物 質 の 濃 度 がさらに 低 下し、CO 2 回 収 に 必 要 な 追 加 エネルギー 量 によっては 純 排 出 量 さえも 低 下 する 場 合 もある( 表 3.4及 び 表 3.5 参 照 )。CO 2 回 収 前 に SO 2 を 回 収 する 可 能 性 は 石 炭 火 力 発 電 所 では 非 常 に 高 いため、 排煙 脱 硫 装 置 (FGD)ユニットからの 石 膏 と 水 を 含 む 廃 棄 物 又 は 副 生 成 物 の 生 成 につながる。表 3.4 乾 燥 CO 2 中 の 不 純 物 濃 度 、 容 量 %( 出 典 :IEA GHG, 2003; IEA GHG, 2004; IEA GHG, 2005)a. 酸 素 燃 焼 の SO2 濃 度 と 燃 焼 前 回 収 の 最 大 H2S 濃 度 はこれらの 不 純 物 が 回 収 コストを 削 減 するために 意 図 的 に CO2 中 に 残 された 場 合 の 濃 度 である(セクション 3.6.1.1 参 照 )。 表 に 示 す 濃 度 は 0.86%の 硫 黄 を 含 む 石 炭 の 使 用 に 基 づく。 濃 度 は 燃 焼 の 硫 黄 含 有 物 に 正 比 例 する。b. 酸 素 燃 焼 の 事 例 には 窒 素 (N2)、Ar(アルゴン)、 酸 素 (O2)、 及 び 窒 素 酸 化 物 (NOx)の 一 部 を除 去 する CO2 の 低 温 精 製 も 含 む。c. 全 ての 技 術 では、 表 に 示 す 不 純 物 濃 度 は 高 額 な 回 収 コストをかければ 削 減 できる。- 95 -

表 3.5 現 在 の3つの 発 電 システムにおける、 発 電 所 レベルでの 資 源 消 費 量 及 び 非 CO 2 排 出 率 に 対 するCCSのエネルギー 必 要 量 の 影 響 、。 下 記 の 値 は 回 収 発 電 所 の 質 量 流 量 (kg/MWh)と、 同 じ 種 類 の 基 準発 電 所 に 対 する 増 加 率 。さらなる 詳 細 については、 脚 注 を 参 照 のこと。( 出 典 :Rubin et al., 2005)a. 全 ての 発 電 所 からの 送 電 端 出 力 はおよそ 500MW である。 石 炭 発 電 所 は Pittsburg #8 石 炭 を 使用 し、2.1%の 硫 黄 (S)、7.2%の 灰 、5.1%の 水 分 及 び 303.2MJ kg -1 の 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準を 持 つ。 天 然 ガスの LHV 基 準 は 59.9MJ kg -1 である。 全 ての 発 電 所 の 潜 在 的 CO2 排 出 量 の 90%を 回 収 し 13.7MPa に 圧 縮 する。b. PC は 微 粉 炭 火 力 発 電 所 を 意 味 する。 選 択 的 触 媒 還 元 法 (SCR)、 静 電 気 集 じん 装 置 (ESP) 及 び排 煙 脱 硫 装 置 (FGD)システムを 用 いた 超 臨 界 ユニットに 基 づき、CO2 回 収 のアミン・システムが 続 く。 選 択 的 触 媒 還 元 法 (SCR)システムは 2ppmv のアンモニア・スリップを 予 測 する。SO2の 除 去 効 率 は 基 準 発 電 所 で 98%であり、CO2 回 収 発 電 所 では 99%である。 送 電 端 発 電 所 効 率(LHV 基 準 )は CCS を 行 わないと 40.9%であり、CCS を 行 うと 31.2%である。c. IGCC はガス 化 複 合 発 電 システムであり、Texaco の 水 直 接 冷 却 発 生 器 (2 台 + 予 備 1 台 )、2 台 のGE 7FA ガス・タービン、3 圧 力 レベル 蒸 気 排 熱 回 収 ボイラ(HRSG)に 基 づく。 硫 黄 除 去 効 率 は加 水 分 解 器 と Selexol システムを 使 用 して 98%である。 硫 黄 回 収 効 率 はクラウスプラント 及 びBeabon-Stretford 排 ガス・ユニットを 使 用 している。 送 電 端 発 電 所 効 率 (LHV 基 準 )は CCS を行 わない 場 合 は 39.1%、CCS を 行 う 場 合 は 33.8%である。d. NGCC は 天 然 ガス 複 合 発 電 発 電 所 であり、2 台 の GE 7FA ガス・タービン、3 圧 力 レベル 蒸 気 再 生廃 熱 回 収 ボイラ(HRSG)と CO2 回 収 のためのアミン・システムを 利 用 する。 送 電 端 発 電 所 効 率(LHV 基 準 )は CCS を 行 わないと 55.8%、CCS を 行 うと 47.6%である。3.3.3 新 規 技 術3.3.3.1 その 他 の 吸 収 プロセス溶 媒 再 生 に 必 要 なエネルギー 消 費 を 削 減 する 目 的 で、 様 々な 新 溶 媒 が 調 査 されている(Chakma,1995; Chakma and Tontiwachwuthikul, 1999; Mimura et al., 1999; Zheng et al., 2003; Cullinance andRochelle, 2003; Leites, 1998; Erga et al., 1995; Aresta and Dibenedetto, 2003; Bai and Yeh, 1997)。新 溶 媒 以 外 にも、 新 プロセス 設 計 も 現 在 導 入 可 能 になりつつある(Leites et al., 2003)。 既 存 のプロセスや 充 填 剤 の 種 類 の 改 善 に 対 する 研 究 も 行 われている(Aroonwilas et al., 2003)。 他 分 野 の研 究 としては、 吸 収 システムで 使 用 される 水 性 モノエタノールアミン(MEA) 溶 液 の 濃 度 を 増 加することがあげられる。それが 結 果 として 回 収 プラントで 使 用 される 装 置 の 大 きさを 削 減 する 傾向 にあるからである(Aboudheir et al., 2003)。 溶 媒 溶 液 の 脱 酸 化 によりモノエタノールアミン(MEA)の 酸 化 分 解 を 防 ぐ 方 法 も 調 査 されている(Chakravarti et al., 2001)。さらに、 石 炭 を 燃 焼した 排 煙 ガス 中 の 酸 素 を 触 媒 除 去 する 方 法 (Nsakala et al., 2001)も、 酸 素 に 反 応 しやすい 有 望 な溶 媒 を 使 用 を 可 能 にするために 提 案 されている。- 96 -

3.3.3.2 吸 着 プロセス排 煙 ガス CO 2 回 収 の 吸 着 プロセスにおいて、モレキュラー・シーブまた 活 性 炭 が CO 2 の 吸 着 に使 用 される。 次 に 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA) 又 は 温 度 スウィング 吸 着 法 (TSA)によって CO 2の 脱 着 が 行 われる。ほとんどの 適 用 例 は 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA)に 関 連 する(Ishibashi et al.,1999; Yokoyama, 2003)。 温 度 スウィング 吸 着 法 (TSA)は 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA)に 比 べて再 生 のために、 固 体 粒 子 床 の 加 熱 時 間 が 長 いため、 温 度 スウィング 吸 着 法 (TSA)による CO 2 除去 への 注 目 ははるかに 少 ないものであった。 大 規 模 な 大 量 分 離 に 関 しては、 未 使 用 床 を 少 なくすることが 重 要 であり、 従 って 早 い 循 環 時 間 を 選 択 する。吸 着 プロセスは、H 2 生 産 用 の 合 成 ガスから CO 2 を 除 去 するために 使 用 されてきた(セクション3.5.2.9 参 照 )。 排 煙 ガスからの CO 2 回 収 はまだ 商 業 化 段 階 まで 達 していない。 以 下 のように 主 な調 査 研 究 (R&D) 活 動 が 行 われてきた。 火 力 発 電 所 の 排 煙 ガスから 物 理 吸 着 法 によって CO 2 を 除 去 する 研 究 (Ishibashi et al., 1999) 火 力 発 電 所 の 排 煙 ガスから 圧 力 スウィング 吸 着 法 と 超 低 温 分 離 器 の 複 合 システムによってCO 2 を 除 去 する 研 究 (Takamura et al., 1999) 石 炭 及 び 石 油 火 力 発 電 所 から 圧 力 温 度 スウィング 吸 着 法 (PTSA) 及 び X 型 ゼオライトを 吸着 剤 として 使 用 して CO 2 を 回 収 するパイロット 試 験 (Yokoyama, 2003)吸 着 プロセスにより 石 炭 火 力 排 煙 ガスから CO 2 を 回 収 するパイロット 試 験 の 結 果 から、 回 収 に必 要 なエネルギー 消 費 量 ( 送 風 機 及 び 真 空 ポンプ)は 当 初 の 708kWh/tCO 2 から 560kWh/tCO 2 に 改善 したことが 分 かる。560kWh/tCO 2 というエネルギー 消 費 量 は 発 電 所 のエネルギー 出 力 の 21%に相 当 する 損 失 である。 回 収 した CO 2 の 純 度 は 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA) 及 び 圧 力 温 度 スウィング 吸 着 法 (PTSA)システムの 2 段 階 を 使 用 して 約 99.0vol%である(Ishibashi et al., 1999)。パイロット 規 模 の 実 験 設 備 からの 数 学 的 モデル 及 びデータに 基 づき、フルスケールでの 工 業 吸着 プロセスの 設 計 も 可 能 でありうると 結 論 づけることができる。 全 ての 吸 着 法 の 重 大 な 欠 点 は、吸 着 装 置 内 で CO 2 を 分 離 する 前 に、 供 給 される 気 体 を 処 理 しなければならないことである。 高 温で 他 の 吸 着 剤 を 使 用 する 場 合 (セクション 3.3.3.4 参 照 )は 本 要 件 を 回 避 することができる(Sircarand Golden, 2001)。 多 くの 事 例 ではガスを 冷 却 ・ 乾 燥 しなければならず、 前 セクションで 記 載 した化 学 吸 収 法 に 対 して、PSA、TSA 又 は ESA の 優 位 性 を 制 限 する。CO 2 を 効 率 的 に 吸 着 する 次 世 代物 質 が 開 発 されれば、 間 違 いなく 排 煙 ガス 適 用 の 吸 着 分 離 の 競 争 性 が 高 まるであろう。3.3.3.3 膜膜 プロセスは、 天 然 ガスから CO 2 を 除 去 するために、 高 圧 及 び 高 CO 2 濃 度 下 で 商 業 的 に 使 用 されている(セクション 3.2.2 参 照 )。 排 煙 ガスでは、 低 い CO 2 分 圧 の 差 異 によって 低 い 推 進 力 が 働きガス 分 離 を 引 き 起 こす。 市 販 の 高 分 子 ガス 分 離 膜 を 使 用 する CO 2 除 去 は、 標 準 的 な 化 学 吸 収 プロセスと 比 較 して、 発 電 効 率 が 低 下 する(Herzog et al., 1991, Van der Sluijs et al., 1992, Feron, 1994)。また、 除 去 される CO 2 の 最 大 割 合 は 標 準 的 な 化 学 吸 収 プロセスよりも 低 くなる。 下 記 に 記 載 する促 進 膜 等 の 選 択 性 の 高 い 膜 が 使 用 可 能 になれば、 改 善 が 見 込 まれる。現 在 最 も 注 目 を 集 めている 膜 オプションはハイブリッド 膜 ‐ 吸 収 剤 ( 又 は 溶 媒 )システムである。 本 システムは 排 煙 ガス CO 2 回 収 の 目 的 で 開 発 中 である。 膜 / 溶 媒 システムは、ガス 流 と 溶 媒 間の 大 量 物 質 移 動 に、 体 積 比 に 対 し 非 常 に 広 い 表 面 積 を 持 つ 膜 を 使 用 するため 非 常 に 小 型 なシステ- 97 -

ムを 形 成 する。この 結 果 、 膜 が 液 体 と 気 体 間 のガス 浸 透 境 界 を 形 成 する 膜 コンタクターシステムとなる。 一 般 的 に、 膜 は 分 離 プロセスには 含 まれない。 多 孔 質 膜 の 場 合 には、ガス 成 分 は 孔 から拡 散 し 液 体 に 吸 収 される。 非 多 孔 質 膜 の 場 合 には、ガス 成 分 は 膜 内 で 分 解 され 膜 を 通 じて 拡 散 する。 気 体 と 液 体 相 間 の 接 触 面 は 膜 によって 維 持 され、ガスと 気 体 の 流 量 には 影 響 を 受 けない。 分離 の 選 択 性 は 第 1 に 吸 収 剤 ( 溶 媒 )によって 決 まる。 液 体 相 の 吸 収 剤 は 物 理 的 分 離 又 は 化 学 反 応のいずれかによって 決 定 される。膜 / 溶 媒 システムの 利 点 は、 気 体 と 液 体 流 が 直 接 接 触 する 従 来 の 溶 媒 吸 収 システムで 発 生 する 運転 上 の 問 題 を 避 けられることである(セクション 3.3.2.1 参 照 )。 回 避 できる 運 転 上 の 問 題 には、発 泡 、フラッディング、チャンネリングがあり、 結 果 として 膜 / 溶 媒 システムにおいて、 気 体 と 液体 の 流 量 や、 大 量 交 換 用 の 固 定 インターフェースを 自 由 に 選 択 できる。さらに、 小 型 な 膜 を 使 用することによって 小 規 模 な 装 置 となり 資 本 コストが 削 減 できる。 溶 媒 と 膜 素 材 の 最 適 な 組 み 合 わせを 選 択 することが 非 常 に 重 要 である。 素 材 の 特 性 は、 膜 を 通 過 する 溶 質 移 動 が 50-100kPa の 運転 圧 勾 配 で 回 避 できると 共 に、 気 体 の 移 動 が 妨 げられないことが 必 要 である。 単 位 操 作 における全 体 的 なプロセスの 配 置 は、 従 来 の 化 学 吸 収 / 脱 離 プロセスと 非 常 に 似 ている( 図 3.4 参 照 )。 膜 /溶 媒 システムは 吸 収 段 階 に 加 えて 脱 離 段 階 でも 使 用 可 能 である。Feron and Jansen(2002) 及 びFalk-Pedersen et al.,(1999)は 適 切 な 膜 / 溶 媒 システムの 例 を 示 している。研 究 開 発 努 力 は 物 質 移 送 促 進 膜 分 野 においても 報 告 されてきた。 物 質 移 送 促 進 膜 は 複 合 体 形 成やガス 流 中 の 成 分 と 膜 内 の 化 合 物 との 可 逆 化 学 反 応 に 基 づく。これらの 複 合 体 又 は 反 応 生 成 物 は膜 を 通 して 輸 送 される。 輸 送 メカニズムとしては 溶 解 及 び 拡 散 が 未 だ 役 割 を 果 たしているものの、最 も 重 要 な 要 素 は、ガス 成 分 と 膜 内 の 化 合 物 、いわゆるキャリアとの 特 定 の 化 学 相 互 作 用 である。他 の 圧 力 移 動 型 膜 プロセスと 同 様 に、 分 離 の 推 進 力 は 輸 送 される 成 分 の 分 圧 の 差 異 から 生 じる。促 進 移 動 膜 の 分 類 の 1 つとして、いわゆる 支 持 液 膜 と 呼 ばれるものが 重 要 であり、キャリアは 膜内 に 含 まれる 液 体 中 に 溶 解 している。CO 2 分 離 のために、 炭 酸 塩 、アミン、 融 解 塩 水 和 物 がキャリアとして 提 案 されてきた(Feron, 1992)。 多 孔 質 膜 及 びイオン 交 換 膜 が 今 日 まで 支 持 膜 として 使用 されてきた。 現 在 まで、 支 持 液 膜 のみが 研 究 室 規 模 で 研 究 されてきた。 支 持 液 膜 に 関 連 する 現実 的 な 問 題 は、 膜 の 安 定 性 と 液 の 不 安 定 さである。さらに、ガスの 選 択 性 も 供 給 側 での 分 圧 が 高まるにつれ 減 少 する。これは 液 中 のキャリア 飽 和 の 結 果 である。また、 全 体 的 な 供 給 圧 が 増 加 すると 不 要 な 成 分 の 浸 透 が 増 加 する。これにより 選 択 性 が 減 少 することになる。 最 後 に、 膜 の 厚 さが 薄 くなると 選 択 性 も 減 少 する。 最 近 の 開 発 研 究 では、CO 2 /N 2 と CO 2 /H 2 分 離 のどちらにも 適 用可 能 である 以 下 の 技 術 オプションに 焦 点 があてられている。 アミン 含 有 膜 (Teramoto et al., 1996) 炭 酸 カリウム 高 分 子 ゲルを 含 む 膜 (Okabe et al., 2003) 炭 酸 カリウム・グリセロールを 含 む 膜 (Chen et al., 1999) デンドリマー 含 有 膜 (Kovvali and Sirkar, 2001) 多 価 電 解 質 膜 (Quinn and Laciak, 1997)促 進 移 送 膜 及 び 他 の 膜 も CO 2 液 化 前 の 予 備 圧 縮 段 階 において 使 用 できる(Mano et al., 2003)。3.3.3.4 固 体 吸 着 剤比 較 的 高 温 で CO 2 を 除 去 するために 再 生 固 体 吸 着 剤 を 使 用 する 燃 焼 後 システムが 提 案 されている。CO 2 の 分 離 段 階 で 高 温 を 使 用 することは、 湿 潤 吸 収 方 法 に 対 して 効 率 ペナルティーを 削 減 す- 98 -

る 可 能 性 がある。 基 本 的 に、このシステムは 全 て 図 3.2a 記 載 の 概 略 図 に 沿 った 手 順 をとり、 排 煙ガスは 適 切 な 反 応 器 で 吸 着 剤 と 接 触 し、CO 2 と 吸 着 剤 の 気 固 反 応 を 引 き 起 こす( 一 般 的 には 金 属酸 化 物 の 炭 酸 化 作 用 )。 固 体 は 簡 単 にガスから 分 離 でき、 別 の 反 応 器 内 で 再 生 するために 移 動 される。 固 体 を 移 動 する 代 わりに、 回 分 式 で 複 数 例 用 意 し、 吸 着 ・ 再 生 操 作 モードとして 反 応 器 を 切 り替 えることもできる。 上 記 システム 開 発 の 主 要 部 分 は 明 らかに 吸 着 剤 自 身 であり、 高 い CO 2 回 収能 力 及 び 反 復 循 環 での 長 期 間 操 業 に 対 し 高 い 化 学 的 ・ 機 械 的 安 定 性 を 持 たねばならない。 一 般 的 に、吸 着 剤 の 性 能 とコストは 全 ての 燃 焼 後 システムにとって 非 常 に 重 大 な 問 題 であり、 複 雑 な 吸 着 剤素 材 ほど 一 般 的 に 高 価 になり、3.3.2 に 記 載 した 既 存 の 市 販 代 替 品 と 比 較 して 際 立 った 性 能 であることを 実 証 する 必 要 があろう。大 規 模 CO 2 回 収 用 に 調 査 されている 固 体 吸 着 剤 はナトリウム 及 びカリウム 酸 化 物 及 び 炭 酸 塩( 重 炭 酸 塩 生 産 のため)であり、 一 般 的 に 固 体 基 質 上 に 支 持 されている(Hoffman et al., 2002; Greenet al., 2002)。また、 高 温 の Li ベース 及 び CaO ベースの 吸 着 剤 も 適 切 な 候 補 である。リチウム 含有 化 合 物 (リチウム、リチウム・ジルコニア、リチウム・シリカ 酸 化 物 )を 炭 酸 化 ・ 焼 成 サイクルで 使 用 することは 日 本 で 最 初 に 調 査 された(Nakagawa and Ohashi, 1998)。この 吸 着 剤 の 性 能 報 告は 大 変 優 良 であり、700C 以 下 での 幅 広 い 温 度 で 非 常 に 高 反 応 性 を 示 し、700C 以 上 では 再 生 速度 が 速 く 反 復 回 収 - 再 生 循 環 において 耐 久 性 が 高 かった。リチウムは 本 質 的 に 高 価 な 物 質 なのでこの 結 果 は 重 要 である。CaO を 再 生 CO 2 吸 着 剤 として 使 用 する 方 法 については 19 世 紀 までさかのぼり 様 々なプロセスで 提 示 されてきた。CO 2 を(600C 以 上 の) 熱 気 体 から 分 離 する CaO の 炭 酸 化 速 度 は 非 常 に 早 く、CaCO 3 から CaO と 純 CO 2 への 焼 成 による 吸 着 剤 の 再 生 は 900C 以 上 が 好 ましい(CO 2 分 圧 が0.1MPa の 場 合 )。この 炭 酸 化 焼 成 サイクルを 使 用 した 基 本 的 な 分 離 の 原 則 は、 相 互 接 続 した 2 つの 流 動 床 を 使 用 した、アクセプタ 石 炭 ガス 化 プロセス 開 発 のためのパイロット・プラント(40t/ 日 )での 試 験 で 成 功 を 収 めている(Curran et al., 1967)。 上 記 サイクルを 燃 焼 後 システムに 使 用 することは Shimizu et al.(1999)によって 最 初 に 提 案 され、 流 動 床 で 吸 着 剤 を 再 生 し、 燃 料 の 一 部 を O 2 /CO 2混 合 体 で 燃 焼 する(セクション 3.4.2 も 参 照 )。CaO による CO 2 の 効 率 的 な 回 収 は 小 規 模 のパイロット 流 動 床 において 実 証 されてきた(Abanades et al., 2004a)。O 2 を 必 要 としないような、CaO による CO 2 回 収 を 組 み 込 んだ 他 の 燃 焼 サイクルが 開 発 中 であり、その 1 つは CO 2 と SO 2 を 高 圧 で 同時 に 回 収 する 燃 焼 サイクルである(Wang et al., 2004)。 上 記 全 てのプロセスにおける 弱 点 として、天 然 吸 着 剤 ( 石 灰 及 びドロマイト)が 急 速 に 不 活 性 化 することと、 回 収 - 再 生 ループの 活 性 を 維持 するために 大 量 の 追 加 吸 着 剤 (プラントに 投 入 する 大 量 の 燃 料 とほぼ 同 量 )が 必 要 になることが 挙 げられる(Abanades et al., 2004b)。 不 活 性 化 吸 着 剤 はセメント 産 業 に 適 用 できるかもしれないコストの 低 い 吸 着 剤 であるが、カルシウムベースの CO 2 吸 着 剤 の 活 性 を 促 進 する 様 々な 方 法 が世 界 中 で 多 くの 団 体 によって 研 究 されている。3.3.4 現 状 と 見 通 し現 在 我 々が 使 用 している、 炭 素 をベースとした 燃 料 からのエネルギーは 実 質 全 て、 燃 料 を 直 接大 気 中 で 燃 焼 することで 得 ている。これは 何 十 年 にもわたり、 燃 料 燃 焼 前 に 別 の 燃 料 処 理 を 行 うことによって、 又 は 直 接 的 な 燃 料 燃 焼 を 避 ける(セクション 3.5 燃 焼 前 回 収 参 照 )ことで、それに 代 わる 有 望 で 効 率 の 良 いエネルギー 転 換 サイクルを 模 索 してきたにもかかわらずの 事 実 である。特 に、 化 石 燃 料 からの 大 規 模 な 電 力 と 熱 を 生 産 しようとする 操 業 者 にとっては、 燃 焼 に 基 づくシステムは、 厳 しい 環 境 規 則 の 下 でさえ 未 だ 競 争 力 のある 選 択 肢 である。 本 プロセスは 信 頼 性 があ- 99 -

り、これらのサービスのベンチマークとしてしばしば 設 定 される 価 格 で 電 力 や 熱 を 提 供 できることが 証 明 されているからである。さらに、 最 新 素 材 や 構 成 要 素 の 開 発 によってこれらのシステムのエネルギー 転 換 効 率 を 改 善 するための 努 力 が 継 続 されている。その 努 力 によってより 高 温 ・ 高 効率 でシステムを 操 業 することが 可 能 になる。セクション 3.1 に 記 載 したように、 燃 焼 後 回 収 の 主 な 基 準 システムは 現 在 設 置 されている 石 炭及 び 天 然 ガス 発 電 所 の 能 力 であり、 亜 臨 界 圧 蒸 気 ベースの 微 粉 炭 火 力 発 電 所 で 合 計 970GW e 、 超臨 界 - 超 々 臨 界 蒸 気 ベースの 微 粉 炭 火 力 発 電 所 で 155GW e 、 天 然 ガス 複 合 発 電 で 339GW e 、 天 然 ガス 蒸 気 システム 発 電 所 で 333GW e 及 び 石 炭 循 環 型 流 動 床 燃 焼 (CFBC) 発 電 所 で 17GW e である。石 油 ベースの 発 電 所 の 追 加 容 量 454GW e は、 操 業 の 大 部 分 が 空 気 燃 焼 方 式 であることも 記 載 されている(IEA WEO, 2004 and IEA CCC, 2005)。 現 在 の 見 通 しによると、 商 業 的 な 超 々 臨 界 蒸 気 サイクルに 基 づく 微 粉 炭 火 力 発 電 所 の 発 電 効 率 は 次 の 10 年 で 50%LHV 基 準 を 超 えるであろう(IEA,2004)。この 値 は 現 在 の 回 収 を 行 わない 亜 臨 界 及 び 超 臨 界 蒸 気 に 基 づく 発 電 所 に 対 して 報 告 されている 36-45%の 効 率 よりも 高 くなる(セクション 3.7 参 照 )。 同 様 に、 天 然 ガス 火 力 複 合 発 電 は 2020年 までに 65%の 効 率 を 持 つと 期 待 され(IEA GHG, 2002b)、 現 在 の 55-58%の 効 率 から 上 昇 すると見 込 まれている(セクション 3.7 参 照 )。 将 来 の 炭 素 制 約 世 界 では、これらの 発 電 効 率 に 対 し 独 立して 進 行 中 の 開 発 は kWh 生 産 あたりの 低 CO 2 排 出 につながり、 故 に 燃 焼 後 回 収 が 適 用 された 場合 の 全 体 的 なサイクル 効 率 の 損 失 は 減 少 する。現 在 商 業 的 に 利 用 可 能 な 吸 収 プロセスに 基 づく 燃 焼 後 CO 2 回 収 技 術 の 実 績 はある。この 技 術 は石 炭 及 びガス 火 力 施 設 の 排 煙 ガスから 食 料 / 飲 料 生 産 及 び 化 学 薬 品 生 産 のための CO 2 を 製 造 し、その 容 量 は 600-800tCO 2 / 日 の 範 囲 内 である。500MW e の 容 量 範 囲 で 大 規 模 発 電 所 に 設 置 するには、現 在 の 単 位 容 量 の 20 倍 から 50 倍 の 規 模 拡 大 が 必 要 である(セクション 3.3.2 参 照 )。 現 在 使 用 可能 な 吸 収 技 術 を 燃 焼 後 回 収 システムに 適 用 した 場 合 に 内 在 する 制 約 は 周 知 であり、システム・コストに 対 する 影 響 は 任 意 の 適 用 に 対 し 比 較 的 正 確 に 測 定 可 能 である(セクション 3.7 参 照 )。 従 って、世 界 的 エネルギー・インフラにおいて 空 気 吹 きのエネルギー 転 換 プロセスが 大 きな 役 割 を 果 たすことを 考 えると、CO 2 回 収 ・ 貯 留 が 気 候 変 動 緩 和 戦 略 として 実 行 される 場 合 には、 燃 焼 後 回 収 システムが 利 用 可 能 であることは 重 要 である。ハイブリッド 膜 吸 収 システム、 固 体 吸 着 剤 及 び 高 温 再 生 吸 着 剤 等 の 新 接 触 装 置 を 組 み 込 んだプロセス 設 計 に 加 え、 性 能 改 善 や 再 生 エネルギー 削 減 を 目 指 した 新 溶 媒 開 発 に 大 きな 努 力 が 注 がれている。これは、エネルギー 効 率 の 高 い 燃 焼 後 回 収 システムの 使 用 につながる。しかしながら、これら 全 ての 新 概 念 は、 商 業 規 模 において 低 コストと 運 転 の 信 頼 性 を 証 明 する 必 要 がある。 本 章の 次 セクションで 検 討 する 酸 素 燃 焼 法 や 燃 焼 前 回 収 等 のその 他 の 高 度 な CO 2 回 収 概 念 にも 同 様 の考 慮 が 必 要 である。これらの 新 しい 技 術 のうちどれが、CO 2 回 収 を 統 合 したエネルギー・システムの 有 力 な 商 業 技 術 として 成 功 するかは 一 般 にまだ 明 確 ではない。3.4 酸 素 燃 焼 法 回 収 システム3.4.1 序 論酸 素 燃 焼 法 プロセスは、 炭 化 水 素 又 は 炭 素 質 燃 料 を、 純 酸 素 、 又 は 純 酸 素 と CO 2 を 多 く 含 む 再生 排 煙 ガスとの 混 合 体 で 燃 焼 することによって、 排 煙 ガスから 窒 素 を 削 除 する( 炭 素 質 燃 料 にはバイオマスを 含 む)。 純 酸 素 と 燃 料 を 燃 焼 させることによって 燃 焼 温 度 はおよそ 3,500C になり、- 100 -

一 般 的 な 発 電 所 の 材 質 に 対 して 高 温 となりすぎる。 燃 焼 温 度 は、 一 般 的 なガス・タービンサイクルではおよそ 1,300C から 1,400C に 制 限 され、 既 存 技 術 を 使 用 する 酸 素 燃 焼 石 炭 火 力 ボイラーではおよそ 1,900C に 制 限 される。 燃 焼 温 度 は 燃 焼 室 に 再 生 して 送 られる 排 煙 ガスと 燃 焼 気 体 又 は液 体 の 割 合 によって 制 御 される。燃 焼 生 成 物 ( 又 は 排 煙 ガス)は 主 に CO 2 及 び 蒸 気 と、 燃 料 が 完 全 に 燃 焼 するために 必 要 な 余 剰の 酸 素 からなる。 同 様 に 他 の 成 分 、 提 供 される 酸 素 流 中 の 希 釈 剤 、 燃 料 中 の 不 活 性 物 質 、 大 気 からシステムへの 空 気 リーケージによる 不 活 性 物 質 を 含 む。 使 用 する 燃 料 及 び 酸 素 燃 焼 プロセスによって 異 なるが、 純 排 煙 ガスは、 蒸 気 を 濃 縮 させるために 冷 却 後 80%から 98%の CO 2 を 含 む。この 濃 縮 CO 2 は 貯 留 用 のパイプラインに 配 給 される 前 に 圧 縮 ・ 乾 燥 し、さらに 精 製 できる( 第 4 章参 照 )。CO 2 回 収 効 率 は 酸 素 燃 焼 回 収 システムではほとんど 100%である。CO 2 中 の 不 純 物 は SO x 、NO x 、HCl 及 び Hg 等 の 使 用 した 燃 料 から 派 生 する 気 体 成 分 や、 酸 素 供 給 又 はシステム 内 への 空 気リーケージによって 派 生 する 窒 素 、アルゴン 及 びヘリウムの 不 活 性 ガス 成 分 である。CO 2 はパイプラインによって 高 密 度 の 超 臨 界 相 として 輸 送 される。 不 活 性 ガスはパイプライン・システムでの二 相 流 条 件 を 回 避 するために 低 濃 度 まで 除 去 されねばならない。 毒 性 ・ 有 害 廃 棄 物 の 共 同 処 理 に 関する 法 を 遵 守 するため、 又 は 深 部 塩 水 層 ・ 炭 化 水 素 地 層 ・ 海 洋 での 処 分 に 関 わる 作 業 上 の 問 題 や 環境 問 題 を 避 けるために、 酸 性 ガス 成 分 の 除 去 が 必 要 となることがある。また、パイプライン 内 での 水 分 凝 縮 や 腐 食 を 避 けるため、 及 び 従 来 の 炭 素 鋼 を 使 用 するために、CO 2 を 乾 燥 させなければならない。酸 素 燃 焼 技 術 の 要 素 はアルミニウム、 鉄 鋼 及 びガラス 溶 融 産 業 で 今 日 使 用 されているものの、CO 2 回 収 に 対 する 酸 素 燃 焼 技 術 は、これから 商 業 的 規 模 で 展 開 されねばならない。 従 って、 燃 焼後 (セクション 3.3) 及 び 燃 焼 前 (セクション 3.5)のように、 既 存 技 術 と 新 規 技 術 をまず 区 別 することは 本 セクションでは 取 り 扱 わない。しかしながら、 多 くの 酸 素 燃 焼 回 収 システムにおける主 な 分 離 方 法 ( 空 気 から O 2 を 分 離 )は「 既 存 技 術 」である(セクション 3.4.5 参 照 )。 空 気 分 離 により 酸 素 を 製 造 する 現 在 の 方 法 には、 深 冷 分 離 、 多 床 圧 力 スウィング・ユニットを 用 いる 吸 着 法 及び 重 合 体 膜 がある。200t O 2 / 日 以 下 しか 必 要 としない 酸 素 燃 焼 転 換 には、 吸 着 システムが 経 済 的 であろう。 発 電 所 ボイラーを 含 む 全 ての 大 規 模 適 用 に 対 しては、 深 冷 空 気 分 離 が 経 済 的 な 解 決 法 である(Wilkinsonet al., 2003a)。次 のセクションでは、 主 な 酸 素 燃 焼 システムを 提 示 する。これらは 燃 焼 熱 を 提 供 する 方 法 及 び排 煙 ガスが 作 動 流 体 として 使 用 されるかどうかによって 分 類 されている(セクション 3.4.2、3.4.3、3.4.4)。 上 記 システムに 関 する O 2 製 造 法 の 簡 潔 な 概 要 も 示 す(セクション 3.4.5)。セクション 3.4.6では、ケミカル・ループ 燃 焼 の 新 たな 技 術 を 提 示 するが、ケミカル・ループ 燃 焼 では 酸 素 製 造 プロセスよりも 金 属 酸 化 物 から 多 くの 酸 素 が 提 供 される。 酸 素 燃 焼 システムに 関 するセクションは 技術 の 現 状 概 要 で 締 めくくる。(セクション 3.4.7)。3.4.2 酸 素 燃 焼 間 接 加 熱 - 蒸 気 サイクルこのシステムでは、 酸 素 燃 焼 室 は 表 面 を 通 じた 熱 移 動 により、 熱 を 別 の 液 体 に 提 供 する。プロセス 加 熱 、 又 は 蒸 気 サイクルを 持 つ 発 電 所 用 ボイラーのどちらでも 使 用 可 能 である。 間 接 システムはあらゆる 炭 化 水 素 又 は 炭 素 含 有 燃 料 と 共 に 使 用 可 能 である。CO 2 回 収 のために 過 熱 プロセス 及 び 発 電 プロセスで 酸 素 燃 焼 間 接 加 熱 を 適 用 することは、 酸 素- 101 -

及 び CO 2 が 豊 富 なリサイクル 排 煙 ガス 混 合 気 体 内 での 炭 素 質 燃 料 の 燃 焼 を 評 価 するパイロット 規模 の 試 行 や、 下 記 記 載 の 発 電 所 転 換 による 技 術 評 価 の 両 方 で 検 討 されてきた。3.4.2.1 酸 素 燃 焼 試 験蒸 気 発 電 サイクルに 使 用 するための 加 熱 プロセスと 蒸 気 発 電 において、 酸 素 燃 焼 の 適 用 を 実 証する 研 究 は 主 にパイロット 規 模 の 試 験 で 行 われ、 天 然 ガス 及 び 石 炭 の 燃 焼 、 熱 転 移 及 び 汚 染 物 質の 生 成 挙 動 を 試 験 してきた。ある 研 究 では、 出 力 160kW の 微 粉 炭 発 電 において、 低 NO x バーナーを 使 用 し、 排 煙 ガスをリサイクルして 酸 素 燃 焼 試 験 を 実 施 した(Babcock Energy Ltd. Et al., 1995)。このシステムは 汚 れをシミュレートするための 伝 熱 テストセクションを 含 み、 試 験 条 件 には 様 々なリサイクル 流 量 や 過剰 な O 2 レベルが 含 まれた。ガスの 全 成 分 、5 週 間 の 試 験 実 行 後 の 灰 分 析 及 びチューブ 汚 れが 測 定された。この 研 究 には、CO 2 回 収 、 圧 縮 及 び 精 製 を 行 う 660MW 電 力 ボイラーの 酸 素 燃 焼 に 関 するケーススタディーも 含 まれていた。 主 な 試 験 結 果 から、NO x レベルはリサイクル 率 が 上 がるにつれ 減 少 するが、 灰 レベルの SO 2 及 び 炭 素 はリサイクル 率 に 無 関 係 であることがわかった。 対 流試 験 セクションでの 汚 れは 酸 素 燃 焼 の 方 が 空 気 燃 焼 よりも 大 きかった。 高 スラグの UK 石 炭 は 酸素 燃 焼 のときにスラッギングがひどくなり、 過 剰 O 2 レベルが 高 いほど 灰 及 び 一 酸 化 炭 素 濃 度 が 低くなる。Croiset and Thambimuthu(2000)の 別 のパイロット 規 模 試 験 によると、 微 粉 炭 燃 焼 では 以 下 の 結果 が 報 告 されている。 酸 素 燃 焼 で 使 用 される 供 給 ガスの 組 成 がおよそ 35vol%の O 2 と 65vol%の 乾燥 リサイクル CO 2 であるとき、ガスの 炎 の 温 度 と 熱 容 量 は 空 気 中 の 燃 料 燃 焼 に 匹 敵 する( 参 照 :空 気 は 21vol%の O 2 及 び 残 りは 窒 素 )。 実 際 、 炎 の 温 度 を 空 気 燃 焼 温 度 に 近 い 値 に 保 つこの 混 合 組成 は、 石 炭 の 灰 分 や 無 機 成 分 等 の 不 活 性 物 質 の 存 在 、 再 生 ガス 及 び 供 給 石 炭 の 特 定 の 燃 料 組 成 及び 水 分 によって 調 整 されるが、それは 軽 微 に 過 ぎない。O 2 /CO 2 リサイクル 燃 焼 が 空 気 燃 焼 と 合 致 するような 条 件 において、 石 炭 燃 焼 は 完 了 すると 報 告されている(Croiset and Thambimuthu, 2000)。つまり、 排 煙 ガス 内 の 過 剰 O 2 が 1-3vol%の 低 いレベルで 運 転 し、 非 常 に 高 純 度 の O 2 が 燃 焼 プロセスに 使 用 され、 外 気 からシステム 内 へのリーケージがゼロであるとき、 乾 燥 CO 2 を 95-98vol% 含 む 排 煙 ガス 流 を 生 じる( 残 りは 過 剰 O 2 、NO x 、SO x及 びアルゴン)。 従 来 の 空 気 燃 焼 条 件 と 比 較 して、 燃 焼 炉 におけるフライアッシュの 形 成 や SO 2排 出 における 差 異 は 検 出 されなかった。 一 方 、NO x に 関 しては、 供 給 ガス 内 に 窒 素 が 存 在 しないのでサーマル NO x 形 成 がなく、 排 出 量 がより 低 くなった。また、NO x の 部 分 リサイクルによって、燃 料 含 有 窒 素 が 原 因 となる 生 成 と 純 排 出 量 が 減 少 した。また、 他 の 研 究 により 空 気 中 の 石 炭 燃 焼と 比 較 して NO x の 減 少 レベルが 75%と 高 いことがわかった(Chatel-Pelage et al., 2003)。O 2 /CO 2リサイクル 混 合 で 天 然 ガスを 燃 焼 するデータでも 同 様 に、ボイラーへの 空 気 リーケージがないときにはサーマル NO x 排 出 量 はゼロとなり、 天 然 ガス 供 給 内 に 残 存 窒 素 が 存 在 するときには 微 量 のサーマル NO x が 生 成 することが 報 告 されている(Tan et al., 2002)。上 記 を 含 む 研 究 成 果 によって、 酸 素 燃 焼 法 を 改 造 ボイラーで 適 用 した 場 合 、 窒 素 を 含 まない 燃焼 プロセスは、 伝 熱 率 が 高 いことから 恩 恵 を 受 けうること(McDonald and Palkes, 1999)、また 高耐 熱 材 質 で 建 設 すると、さらに 高 濃 度 酸 素 及 び 低 排 煙 ガスリサイクルの 条 件 下 でも 稼 動 が 可 能 となり、どちらも 顕 著 に 全 体 の 流 量 とボイラー 規 模 を 小 さくすることが 分 かる。- 102 -

微 粉 炭 火 力 ボイラーへ 35vol%の O 2 提 供 を 維 持 するために 排 煙 ガスリサイクル 率 を 2/3 に 設 定したとしても、CO 2 精 製 ・ 圧 縮 前 の 排 煙 ガス 熱 再 生 により、ボイラーから 排 出 される 全 ての 排 煙 ガス 処 理 設 備 の 規 模 を、 従 来 の 空 気 吹 き 燃 焼 システムの 同 等 装 置 の 1/5 の 規 模 に 縮 小 できることは注 目 に 値 する(Chatel-Pelage et al., 2003)。CO 2 圧 縮 前 に 低 温 ガス 精 製 段 階 を 使 用 することで(セクション 3.4.2.2 参 照 )、ガス 精 製 のために 従 来 の 空 気 燃 焼 プロセスで 一 般 的 に 採 用 されている NO xを 除 去 する 選 択 的 触 媒 還 元 や 排 煙 ガス 脱 硫 化 の 必 要 がなくなる( 図 3.3 参 照 )。 従 って、 流 量 、 装置 規 模 の 全 体 的 な 縮 小 やガス 精 製 段 階 の 簡 略 化 は、プロセス 及 び 発 電 所 での 適 用 において 燃 焼 ・伝 熱 ・ 最 終 的 なガス 精 製 のために 設 置 される 装 置 の 資 本 コストと 操 業 コストの 両 方 を 削 減 する 利点 を 持 つ(Marin et al., 2003)。上 述 のとおり、 微 粉 炭 、 石 油 、 天 然 ガス 及 びバイオマス 燃 焼 では、 流 動 床 も 蒸 気 サイクルに 熱を 提 供 するために 空 気 ではなく O 2 と 燃 焼 しうる。 流 動 床 燃 焼 システムにおいて 強 力 な 固 体 混 合 は、高 発 熱 条 件 でさえ 非 常 に 良 好 な 温 度 制 御 を 提 供 でき、それゆえ 排 煙 ガスリサイクルの 必 要 性 を 最小 限 に 抑 える。 基 本 的 に、 流 動 床 ボイラーには 様 々な 商 業 的 設 計 が 存 在 し、 酸 素 燃 焼 用 に 改 善 することも 可 能 である。 酸 素 火 力 の 循 環 流 動 床 燃 焼 器 は Shimizu et al.(1999)によって CaCO 3 の 焼成 に 必 要 な 熱 を 生 成 するために 提 案 された(セクション 3.3.3.4 参 照 )。 最 近 では、 酸 素 燃 焼 循 環流 動 床 ボイラーのパイロット 試 験 の 計 画 が Nsakala et al.(2003)によって 公 表 されている。3.4.2.2 酸 素 燃 焼 法 に 転 換 したプラントの 評 価本 セクションでは、 超 臨 界 蒸 気 サイクルを 使 用 した 新 設 の 微 粉 炭 火 力 ボイラーに 酸 素 燃 焼 法 を適 用 する、 最 近 の 包 括 的 設 計 研 究 の 性 能 データについて 論 じる( 図 3.8 参 照 ;Dillon et al., 2005)。低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 に 基 づく 全 体 的 な 熱 効 率 は 44.2%から 35.4%に 減 少 した。 送 電 端 出 力 は677MW e から 532MW e に 減 少 した。図 3.8 酸 素 燃 焼 、 微 粉 炭 火 力 発 電 所 の 概 略 図 。システムの 重 要 な 特 徴 の 一 部 を 以 下 に 記 す。 バーナー 設 計 及 びガスリサイクル 率 は 空 気 燃 焼 の 場 合 と 同 温 度 を 達 成 するように 選 択 した- 103 -

(ボイラー 内 の 材 質 に 適 合 する 温 度 )。 ボイラーから 排 出 される CO 2 を 多 く 含 む 排 ガスは 3 つのガス 流 に 別 れる。 燃 焼 炉 に 送 り 返 されリサイクルされるガス 流 、 供 給 石 炭 の 輸 送 及 び 乾 燥 ガスとして 使 用 されるガス 流 、そして製 品 ガスとしてのガス 流 である。 最 初 のリサイクル 及 び 製 品 流 は 水 によるクエンチングによって 冷 却 され、 残 存 ダスト、 蒸 気 及 び SO 3 及 び HCl 等 の 溶 解 酸 性 ガスを 除 去 する。 酸 素 及び 同 伴 石 炭 粉 を 第 2 のリサイクル 流 と 共 にバーナーにおくる。 ボイラー 内 の 酸 化 剤 として 純 O 2 が 使 用 されたとしても、ボイラーへの 空 気 リーケージにより、 不 活 性 ガスレベルは、 低 温 不 活 性 ガス 除 去 ユニットが 必 要 となるくらい 高 くなる。 低 温酸 素 プラントは、 本 事 例 では、95% 純 度 の O 2 を 生 産 し、 電 力 消 費 と 資 本 コストを 最 小 限 に抑 える。 CO 2 圧 縮 器 を 統 合 した 低 温 (-55C)での CO 2 精 製 プラント(Wilkinson et al., 2003b)では 余剰 O 2 、N 2 、アルゴンを 除 去 するだけでなく、 高 純 度 の CO 2 が 貯 留 に 必 要 な 場 合 は、CO 2 流から 全 ての NO x 、 及 び SO 2 も 除 去 することができる。 重 要 なのは、 最 終 CO 2 圧 縮 前 に 上 記成 分 を 除 去 することによって、ボイラーから 排 出 される 純 排 ガスの 上 流 に 窒 素 化 合 物 (NO x )及 び SO x 除 去 装 置 を 設 置 する 必 要 がなくなることである。 排 煙 ガスからの N 2 除 去 によりボイラー 内 の SO x 濃 度 が 高 くなり NO x レベルが 低 くなる。 適 切 な 耐 腐 食 建 設 資 材 を 選 択 する必 要 がある。 窒 素 と 比 較 してボイラー 内 で CO 2 /H 2 O ガス 混 合 物 の 排 出 量 が 多 くなることと、 対 流 伝 熱 部分 での 伝 熱 が 改 善 されたことから、 全 体 的 な 伝 熱 は 酸 素 燃 焼 火 力 において 改 善 される。これらの 改 良 は、 排 ガスのリサイクルと 併 せてボイラー 効 率 及 び 蒸 気 生 成 を 約 5% 高 める。 全 体 的 な 熱 効 率 は、O 2 プラントの 空 気 圧 縮 器 と CO 2 圧 縮 器 の 第 1 及 び 最 終 段 階 を 冷 却 をせずに 稼 動 すること 及 び 圧 縮 熱 を 脱 気 器 前 のボイラー 給 水 加 熱 用 に 回 収 することで 改 善 される。工 学 的 研 究 も Simbeck and McDonald(2001b) 及 び MacDonald and Palkes(1999)によって 報 告されている。 本 研 究 によって、 既 存 の 石 炭 火 力 発 電 所 を CO 2 回 収 を 行 う 酸 素 燃 焼 法 のために 改 修する 概 念 には 技 術 的 に 何 も 障 壁 がなく、 既 存 の 技 術 システムを 利 用 できることが 明 らかになった。発 電 所 ボイラー 及 び 石 油 精 製 プラント(Scotland の Grangemouth 精 製 プラント)の 様 々な 石 油精 製 用 加 熱 炉 を 改 修 して 酸 素 燃 焼 技 術 を 適 用 することが、その 他 の CO 2 回 収 技 術 と 比 較 して 競 争力 のある 価 格 で 技 術 的 に 実 現 可 能 であることが 報 告 されている(Wilkinson et al., 2003b)。この 事例 では、 既 存 ボイラーにおいて 精 製 ガス 及 び 燃 料 石 油 が、 高 濃 度 酸 素 及 び 温 度 制 御 のために 部 分的 にリサイクルされる 排 ガスと 燃 焼 できるように 改 修 される。 酸 素 燃 焼 ボイラー 転 換 に 必 要 なものは、 軽 微 なバーナー 改 修 、 新 しい O 2 注 入 システム 及 び 制 御 装 置 、 及 び 別 の 送 風 機 を 持 つ 新 しい排 ガスリサイクルラインだけである。 上 記 は 低 価 格 で 比 較 的 簡 単 な 改 修 であり、 高 温 ガスをリサイクルするため 結 果 としてボイラー/ 過 熱 器 の 熱 効 率 の 増 加 につながる。 石 炭 火 力 ボイラーの 改 修はもっと 複 雑 である。 本 研 究 では、ボイラーへの 空 気 リーケージが 現 実 的 なレベルにおいて、 付随 するアルゴン 及 び 窒 素 を CO 2 不 活 性 ガス 除 去 システムで 分 離 して 地 中 貯 留 に 適 した 純 度 の CO 2を 製 造 するためには、O 2 純 度 を 99.5%ではなく 95%として 空 気 分 離 設 備 を 設 計 することがより 経済 的 であると 判 明 した。ボイラー 転 換 後 に、 排 煙 ガス 内 の CO 2 濃 度 は 17%から 60%に 増 加 し、 水含 有 量 は 10%から 30%に 増 加 した。 不 純 物 (SO x 、 及 び SO x ) 及 びガス( 過 剰 O 2 、N 2 、アルゴン)は 約 10%を 占 め、CO 2 から 低 温 で(-55C)で 分 離 する。 冷 却 後 、 分 離 排 煙 ガス 又 は 非 再 生 排 煙 ガスを 圧 縮 ・ 乾 燥 し、 貯 留 用 としては 96%の CO 2 、2%の N 2 、1%のアルゴン 及 び 1% 以 下 の O 2 と SO 2- 104 -

を 含 む。 蒸 留 段 階 を 分 離 プロセスに 追 加 すれば、 貯 留 用 に 極 めて 純 度 の 高 い CO 2 を 製 造 することも 可 能 となる。3.4.2.3 先 進 ゼロ・エミッション 発 電 所先 進 ゼロ・エミッション 発 電 所 ( 図 3.9 で 概 略 を 示 し AZEP とも 称 される; Griffin et al., 2003)は間 接 加 熱 ガス・タービンサイクルであり、 高 温 酸 素 分 離 膜 を 組 み 込 み、 約 800C から 1,000C で 稼動 する(セクション 3.4.5.2 参 照 )。 本 プロセスでは 標 準 的 な 空 気 をベースとしたガス・タービンを複 合 サイクル 系 列 で 使 用 する。 次 の 3 つのプロセスが 反 応 器 システムで 起 こり、 標 準 的 なガス・タービンの 燃 焼 室 の 代 わりとなる。1) 高 温 空 気 から 膜 を 利 用 して 酸 素 を 分 離 し 燃 焼 室 へ 送 る2) 燃 焼3) 燃 焼 生 成 物 が 圧 縮 空 気 と 熱 交 換図 3.9 先 進 ゼロ・エミッション 発 電 プラントサイクルの 基 本 フロー 概 略 図先 進 ゼロ・エミッション 発 電 サイクルの 送 電 端 効 率 は、 輸 送 用 の CO 2 圧 縮 を 含 みおよそ 49%から 50%(LHV 基 準 )であると 言 われている。 吸 入 温 度 が 1,300C から 1,400C になる 最 新 ガス・タービンの 利 点 を 十 分 活 用 するために、 空 気 中 で 天 然 ガスを 燃 焼 するアフターバーナーを 反 応 器 システムの 後 に 追 加 すると 効 率 は 52%まで 上 昇 するが、 燃 焼 により 発 生 した CO 2 の 15%が 排 気 塔 から放 出 され 回 収 されなくなる。3.4.3 酸 素 燃 焼 直 接 加 熱 -ガス・タービンサイクル酸 素 燃 焼 は 改 修 したガス・タービン 内 の CO 2 が 豊 富 な 圧 縮 再 循 環 流 で 発 生 する。 高 温 ガスはタービン 発 電 内 で 膨 張 する。タービン 排 出 ガスは 蒸 気 サイクルへ 熱 を 提 供 し、 蒸 気 はさらに 冷 却 されて 凝 縮 される。CO 2 が 多 いガスは 圧 縮 部 分 で 圧 縮 される。CO 2 に 富 む 燃 焼 生 成 物 はシステムから 除 去 される。 天 然 ガス、 軽 質 炭 化 水 素 及 び 合 成 ガス(CO+H 2 )のみが 燃 料 として 使 用 可 能 である。3.4.3.1 サイクルの 説 明 及 び 性 能図 3.10 は、 作 動 流 体 として CO 2 を 使 用 する 酸 素 燃 焼 が、どのようにガス・タービンに 適 用 されるかを 示 す。 熱 回 収 蒸 気 発 生 器 から 排 出 された 排 煙 ガスは 冷 却 され 凝 縮 水 になる。CO 2 生 成 物 は- 105 -

除 去 され 残 存 ガスは 圧 縮 器 で 再 利 用 される。 適 切 な 燃 料 は 天 然 ガス、 軽 質 炭 化 水 素 から 中 質 炭 化水 素 又 は 合 成 ガス(H 2 +CO)であり、 石 炭 から 生 成 しうる。タービンで 作 動 流 体 として CO 2 を 使用 することはガス・タービンの 完 全 な 再 設 計 を 必 要 とする(セクション 3.4.3.2 参 照 )。 最 近 の 研 究(Dillon et al., 2005)では、CO 2 圧 縮 を 含 む 全 体 的 な 効 率 は 45%となっている。図 3.10 酸 素 燃 焼 ガス・タービン 複 合 サイクルの 基 本 フロー。 排 ガスはリサイクル・ 圧 縮 されタービンに 入 る 熱 を 制 御 するために 燃 焼 室 で 使 用 される。この 設 定 には 典 型 的 な 2 つの 変 形 があり、Matiant サイクル 及 び Graz サイクル(Mathieu, 2003;Jericha et al., 2003)と 呼 ばれる。Matiant サイクルは CO 2 を 作 動 流 体 として 使 用 し、 中 間 冷 却 圧 縮器 及 びタービン 再 加 熱 等 の 特 徴 がある。 排 ガスは 熱 交 換 器 内 でリサイクル CO 2 を 予 熱 する。 燃 焼で 発 生 する CO 2 は 圧 縮 器 後 のサイクルから 抽 出 される。 送 電 端 総 LHV 効 率 は 45-47%であると 推定 され、 図 3.10 に 示 す 設 定 と 同 様 の 複 合 発 電 設 定 においては 50% 以 上 まで 増 加 可 能 である。Grazサイクルは 複 合 ガス・タービン 及 び 蒸 気 タービンサイクルからなる。このサイクルの 送 電 端 LHV効 率 は 50% 以 上 であると 計 算 されている(Jericha et al., 2003)。CO 2 回 収 を 行 うガスタービンサイクルの 最 近 の 総 合 的 なレビューでは、 共 通 の 原 理 を 用 いた 異なるサイクルの 効 率 が 報 告 されている(Kvamsdal et al., 2004)。3.4.3.2 CO 2 / 酸 素 燃 焼 ガス・タービン既 存 のガス・タービンでは、 圧 縮 器 内 及 びタービン 内 のガスの 分 子 量 は 空 気 の 分 子 量 と 近 い(28.8)。CO 2 リサイクルを 行 う 酸 素 燃 焼 の 事 例 では、 圧 縮 流 体 の 分 子 量 はタービン 内 で 約 43 と40 である。 作 動 流 体 を 空 気 から CO 2 を 多 く 含 むガスに 変 更 することによって、 圧 縮 器 、 燃 焼 器 及びタービンを 含 む 高 温 ガス 経 路 の 設 計 に 重 要 な 特 性 に 多 くの 変 化 が 起 きる。 音 速 が 空 気 の 80%となる。 ガス 密 度 は 空 気 より 50% 重 い。 比 熱 は 空 気 より 低 く、 結 果 として 断 熱 圧 縮 又 は 膨 張 による 温 度 変 化 を 低 下 させる。 複 合 発 電での 酸 素 燃 焼 ガス・タービンは 最 適 圧 力 比 が 高 くなり、 複 合 発 電 システムで 空 気 を 使 用 した- 106 -

場 合 の 15~18 と 比 べ、 一 般 的 に 30~35 となる。 素 材 の 限 界 に 応 じた 最 高 タービン 吸 入 温 度と 高 圧 縮 率 の 結 果 として、 排 煙 ガス 温 度 が 約 600C となり、 蒸 気 サイクルに 最 適 となる。作 動 流 体 の 基 本 的 特 性 における 上 記 変 更 点 は、ガス・タービンの 構 成 要 素 に 重 大 な 影 響 を 持 ち、圧 縮 器 、 燃 焼 器 ( 空 気 力 学 的 変 更 及 び 音 響 的 効 果 により)、 及 び 高 温 ガス 経 路 に 全 く 新 しい 設 計 を必 要 とする(O 2 分 圧 は 酸 素 燃 焼 システムでは 低 くなければならないが、タービン 素 材 の 還 元 条 件を 避 けることや、かなり 低 い O 2 分 圧 を 許 容 する 素 材 に 変 更 することも 重 要 である)。3.4.4 酸 素 燃 焼 直 接 加 熱 - 蒸 気 タービンサイクル酸 素 燃 焼 蒸 気 タービンサイクルでは、 水 は 液 体 として 圧 縮 され、その 後 純 酸 素 と 燃 料 の 直 接 注入 及 び 燃 焼 により 気 化 ・ 加 熱 後 にタービン 内 で 膨 張 する。ほとんどの 水 は 高 圧 に 戻 される 前 に 低 圧タービン 排 煙 ガス 内 で 冷 却 ・ 圧 縮 されるが、 燃 焼 から 発 生 する CO 2 は 除 去 されパイプライン 輸 送用 に 圧 縮 される。このサイクルの 変 形 として、 天 然 ガス 燃 料 を 貯 留 層 内 で 純 酸 素 と 燃 焼 させることによって 熱 を 提 供 する 方 法 が Yantovskii et al.(1992)によって 提 唱 された。燃 料 と 酸 素 の 直 接 燃 焼 は 炎 の 熱 が 3,500C にまで 達 する 化 学 量 論 的 条 件 下 で 冶 金 及 びガラス 産業 で 長 年 実 施 されてきた。60t/h、6MPa 超 加 熱 蒸 気 を 製 造 する 能 力 のある 水 焼 入 れ H 2 / O 2 バーナーは 1980 年 代 半 ばに 実 証 された(Ramsaier et al., 1985)。これらの 概 念 を 組 み 込 んだクリーン・エネルギー・システムによる 近 年 の 開 発 を 図 3.11 に 示 す。90vol%の 超 加 熱 蒸 気 と 10%の CO 2 の 混 合物 が 高 温 ・ 高 圧 力 で 従 来 の 又 は 高 度 蒸 気 タービンで 製 造 される。 蒸 気 は 低 圧 コンデンサで 凝 縮 ・ 再利 用 され、CO 2 はコンデンサから 抽 出 され、 精 製 ・ 圧 縮 される(Anderson et al., 2003 and Marin et al.,2003)。図 3.11 クリーン・エネルギー・システムサイクルの 基 本 フロー。 燃 料 と 酸 素 の 燃 焼 は 水 の 注 入 で 冷 却され、プロセス 内 で 再 生 される。- 107 -

この 種 のプラントはクリーンガス 又 は 液 体 燃 料 を 必 要 とし、20~50Mpa の 圧 力 で 作 動 する。 蒸気 と CO 2 発 生 器 は 非 常 に 小 型 である。 制 御 システムは 開 始 時 に 非 常 に 正 確 でなければならず、2秒 以 内 に 余 熱 プラントをフル 稼 働 にしなければならない。この 非 常 に 迅 速 な 開 始 を 正 確 に 制 御 する 実 証 が 60 t steam/h ユニットで 行 われた(Ramsaier et al., 1985)。クリーン・エネルギー・システム研 究 では CO 2 回 収 を 行 う 場 合 の 効 率 は 使 用 するプロセス 条 件 により 55%まで 高 くなるとしている。クリーン・エネルギー・システム 技 術 はまず、 現 在 の 蒸 気 タービン(565C の 吸 入 温 度 )に 適 用可 能 である。 主 な 技 術 的 問 題 は 明 らかに 蒸 気 タービンの 設 計 であり、ガス・タービンの 熱 経 路 で 使用 される 技 術 と 類 似 技 術 を 適 用 してこの 蒸 気 タービンの 吸 入 温 度 を 1,300C まで 上 げて 使 用 しうる。 燃 焼 器 自 体 (「ガス 発 生 器 」)は 既 存 のロケット・エンジン 技 術 から 適 用 できる。2000 年 に、クリーン・エネルギー・システムはカリフォルニア 大 学 Davis 校 で 110kW のパイロット・プロジェクトにて 概 念 を 実 証 した。2003 年 初 めには、20MW の 熱 ガス 発 生 器 がテスト・ランで 数 分 と 言 う単 位 での 作 動 に 成 功 した。ゼロ・エミッション 実 証 プラント(6MW 電 力 まで)が 現 在 稼 動 中 である。 米 国 エネルギー 省 国 立 エネルギー 研 究 所 (US Department of Energy’s National Energy TechnologyLaboratory)は 再 加 熱 装 置 を 設 計 し(Richards, 2003)、 米 航 空 宇 宙 局 (NASA)は 2002 年 に 再 加 熱装 置 の 試 験 を 実 施 した。この 提 案 されている 発 電 サイクルにはさらに 多 くの 技 術 開 発 と 実 証 が 必要 であるが、 低 資 本 コストと 高 効 率 に 対 し 大 きな 可 能 性 を 示 している。3.4.5 酸 素 製 造 における 技 術 と 改 良酸 素 はあらゆる 酸 素 燃 焼 システムにとって 主 要 な 要 件 である。また 燃 焼 前 CO 2 回 収 にとっても主 要 技 術 である(セクション 3.5 参 照 )。 次 項 では、 既 存 の 大 規 模 O 2 製 造 法 をまず 記 載 し、 次 にエネルギー 消 費 とコストの 削 減 を 目 的 とする 新 概 念 を 紹 介 する。3.4.5.1 低 温 酸 素 製 造酸 素 燃 焼 法 及 び 燃 焼 前 の 脱 炭 素 技 術 を 使 用 する CO 2 回 収 には 非 常 に 大 量 の 酸 素 が 必 要 となるが、現 在 では、 低 温 分 離 法 で 空 気 から 酸 素 を 分 離 する 確 立 したプロセスを 使 用 することによってのみ経 済 的 に 製 造 できる(Latimer, 1967)。この 技 術 は 100 年 以 上 にわたって 実 行 されている。一 般 的 な 低 温 空 気 分 離 プラント(Castle, 1991; 図 3.12)では、 空 気 は 0.5 から 0.6MPa の 圧 力 で圧 縮 され、リボイラー・コンデンサ 等 の、 酸 素 を 多 く 含 むプラント 設 備 において 危 険 なレベルまで蓄 積 しうる 水 、CO 2 、NO 2 、 微 量 の 炭 化 水 素 を 除 去 することで 精 製 される。2 つ 以 上 の 固 定 床 吸 着塔 が 交 互 に 使 用 され、 温 度 又 は 圧 力 スウィング 法 のいずれかでどちらの 事 例 でも 低 圧 廃 棄 窒 素 により 再 生 可 能 である。 空 気 はアルミニウムプレート-フィン 加 熱 交 換 装 置 によりバッテリー 内 で戻 ってきた 物 質 ( 酸 素 及 び 窒 素 )に 対 して 冷 却 され、アルミニウム 充 填 材 を 利 用 する 二 重 蒸 留 カラムで 純 酸 素 及 び 窒 素 分 に 分 離 される。- 108 -

図 3.12a 液 体 空 気 蒸 留 による 酸 素 製 造図 3.12b 3000t/ 日 の 酸 素 工 場 (Air Products 提 供 )。酸 素 は 液 体 としてポンプで 圧 送 され 10Mpa までの 高 圧 ガスとして 配 送 可 能 である。コンプレッサによる 酸 素 ガス 圧 縮 システムの 大 部 分 は、ポンプを 使 用 した 酸 素 プラントに 取 って 代 わられてきた。これらのシステムはほとんど 同 じ 電 力 消 費 量 を 持 つが、ポンプサイクルでは、 高 圧 空 気 ブースター 圧 縮 器 の 熱 によって 効 率 的 に 液 体 酸 素 を 気 化 し 外 気 温 まで 加 熱 する。 現 在 のプラント 規模 は 3,500 tO 2 / 日 までであるが、より 大 規 模 な 一 系 列 プラントが 設 計 されている。95%の O 2 を 低圧 (0.17Mpa、 酸 素 燃 焼 への 適 用 では 一 般 的 な 圧 力 )で 供 給 する 場 合 の 一 般 的 な 電 力 消 費 量 は 200- 109 -

~240kWh/tO 2 である。 主 に 97.5% 以 下 の 純 度 の 酸 素 製 造 のプロセスサイクルには 様 々なバリエーションがあり、 電 力 と 資 本 コストを 削 減 するために 開 発 されてきた。 吸 着 法 及 び 重 合 体 膜 法 による 空 気 分 離 が 小 規 模 酸 素 製 造 に 対 し 唯 一 の 経 済 的 な 方 法 であることは 注 意 すべきである。3.4.5.2 高 温 酸 素 イオン 透 過 膜500C 以 上 (700C 以 上 が 好 ましい)の 温 度 で 酸 素 イオン 及 び 電 子 伝 導 を 同 時 に 示 すセラミック 混 合 金 属 酸 化 物 が 開 発 された(Skinner and Kilner 2003; Bouwmeester and Van Laar, 2002; Dyer etal., 2000; Bredesen et al., 2004)。 上 記 特 徴 を 示 す 一 般 的 な 結 晶 構 造 は 灰 チタン 石 及 び 褐 色 - 針 ニッケル 鉱 である。 上 記 物 質 の 酸 素 選 択 性 は 無 限 である。 酸 素 浸 透 性 は 一 時 的 に 金 属 酸 化 物 格 子 中 の 酸素 イオン 欠 損 によって 制 御 される。 膜 両 側 の 酸 素 分 圧 の 差 圧 によって 酸 素 分 子 がセラミック 表 面でイオン 化 し、 結 晶 構 造 に 入 っていく 原 因 となり、 同 時 に 膜 の 透 過 側 では、 酸 素 イオンは 電 子 を放 棄 し 低 活 性 化 領 域 のセラミックを 離 れる。 電 子 伝 導 経 路 は 格 子 の 金 属 イオンを 通 じた 経 路 となる。 従 来 の 膜 とは 違 い、セラミックを 通 じた 流 れは 分 圧 比 の 関 数 である。 技 術 文 献 では、 上 記 セラミックを 金 属 酸 化 物 と 混 合 した 工 学 構 造 がイオン 透 過 膜 (ITM) 又 は 酸 素 過 膜 (OTM)と 呼 ばれている。酸 素 透 過 膜 は 平 坦 な 管 の 形 あるいは 中 央 集 中 型 パイプ 上 の 中 空 フィンの 形 で 形 成 可 能 である(Armstrong et al., 2002)。フィン 付 の 物 質 は 圧 力 容 器 内 のチューブ・シートに 取 り 付 けられフィン上 部 を 高 圧 空 気 が 流 れる。CO 2 回 収 を 行 う 発 電 タービンサイクルにおいて 酸 素 透 過 膜 を 用 いるいくつもの 新 概 念 が 提 案 されてきた。 酸 素 製 造 用 の 酸 素 透 過 膜 を 組 み 込 んだ 酸 素 燃 焼 ガス・タービンサイクルの 主 な 例 は、セクション 3.4.2.3 に 記 載 した 先 進 ゼロ・エミッション 発 電 所 である。もう一 つ 別 の 例 は Sundnes(1998)で 見 られる。開 発 状 況酸 素 製 造 用 の 酸 素 透 過 膜 システムは 現 在 開 発 の 初 期 段 階 であり、 少 なくとも 2 団 体 が 米 国 エネルギー 省 (US Department of Energy) 及 び 欧 州 委 員 会 (European Commission)から 研 究 資 金 の 助成 を 受 けている。 概 念 は 現 在 パイロットプラント 段 階 まで 到 達 しており、 大 規 模 のシステムに 対する 予 想 コスト、 製 造 手 順 及 び 性 能 目 標 が 査 定 されている。 大 規 模 製 造 が 可 能 なシステムは 産 業用 の 実 証 を 経 て 約 7 年 以 内 に 使 用 可 能 になると 見 込 まれている(Armstrong et al., 2002)。3.4.6 ケミカル・ループ 燃 焼最 初 に Richter and Knoche(1983)によって 提 唱 され、その 後 Ishida and Jin(1994)が 大 きく 寄与 したケミカル・ループ 燃 焼 の 主 なアイデアは、 酸 素 キャリアとして 2 台 の 反 応 器 間 で 循 環 する 適切 な 金 属 酸 化 物 を 導 入 し、 炭 化 水 素 又 は 炭 素 質 燃 料 の 燃 焼 を 別 の 酸 化 反 応 及 び 還 元 反 応 に 分 割 することである( 図 3.13)。 酸 素 を 空 気 から 分 離 することは 酸 素 を 金 属 酸 化 物 として 固 定 することによって 達 成 できる。 空 気 分 離 プラントを 必 要 とはしない。 燃 料 と 酸 素 間 の 反 応 は、 第 2 の 反 応 器内 で 炭 化 水 素 又 は 炭 素 質 燃 料 の 存 在 下 で 起 こる 還 元 環 境 において 酸 素 を 金 属 酸 化 物 から 放 出 する事 によって 達 成 される。2 反 応 器 間 の 固 体 物 質 の 再 生 率 及 び 各 反 応 器 における 平 均 的 固 体 残 存 時間 が、 各 反 応 器 の 熱 バランスと 温 度 レベルを 制 御 する。 単 一 段 階 での 従 来 の 燃 焼 と 比 較 して 2 つの 反 応 器 で 燃 焼 する 効 果 は、CO 2 は 窒 素 ガスで 希 釈 されていないが、 水 から 分 離 後 ほとんど 純 粋になり、CO 2 分 離 のための 余 計 なエネルギーや 費 用 のかかる 外 部 装 置 を 必 要 としないことである。- 110 -

図 3.13 ガス・タービンサイクルにおけるケミカル・ループ 燃 焼 の 原 理 。上 記 システムで 使 用 可 能 な 金 属 酸 化 物 は、 鉄 、ニッケル、 銅 及 びマンガン 等 の 一 般 的 な 遷 移 金属 である(Zafar et al., 2005)。 金 属 / 金 属 酸 化 物 は 様 々な 形 態 で 存 在 しうるが、 現 在 のところほとんどの 研 究 が 直 径 100 から 500μm の 粒 子 の 使 用 を 想 定 している。 粒 子 を 2 反 応 器 間 で 移 動 するために 粒 子 を 流 動 化 する。 本 方 法 はまたガスと 粒 子 間 の 効 率 的 な 熱 及 び 質 量 移 動 を 可 能 にする。 問題 は、 消 費 を 最 小 限 に 抑 えるために 酸 化 と 還 元 の 反 復 循 環 を 耐 えなければならない、 粒 子 の 長 期の 構 造 的 及 び 化 学 的 安 定 性 である。ケミカル・ループサイクルがガス・タービンサイクルで 使 用 される 場 合 は、タービンに 損 害 を 与 える 流 出 物 質 を 避 けるために、 構 造 的 強 度 のある 濾 過 システムが 重 要 となる。入 手 可 能 な 文 献 によれば、 反 応 器 内 の 温 度 は 800C から 1,200C の 範 囲 内 となる。この 一 般 的な 稼 動 温 度 では NO x 形 成 は 常 に 低 くなる。 還 元 反 応 器 における 燃 料 転 換 は 完 全 ではないかもしれないが、メタンと CO の 濃 度 は 天 然 ガスを 燃 焼 する 場 合 に 非 常 に 低 くなると 思 われる(Cho et al.,2002)。 還 元 反 応 器 内 のカーボンデポジットを 避 けるために、 燃 料 と 共 に 蒸 気 を 使 用 することが 必要 である。ケミカル・ループ 法 の 原 理 は 加 圧 酸 化 及 び 還 元 反 応 器 を 持 つガス・タービンサイクル、あるいは反 応 器 内 の 圧 力 が 大 気 圧 である 蒸 気 タービンサイクルのどちらでも 適 用 しうる。ガス・タービンサイクルの 場 合 は、 酸 化 反 応 器 が 従 来 のガス・タービンの 燃 焼 室 の 代 わりとなる。 発 熱 酸 化 反 応 は 下流 の 膨 張 タービンに 入 る 空 気 温 度 を 上 昇 させる 熱 を 提 供 する。さらに、 還 元 反 応 器 排 出 流 も 発 電用 の 蒸 気 生 成 物 と 共 にタービン 内 で 膨 張 しうる。 冷 却 された 低 圧 CO 2 はパイプライン 圧 力 まで 圧縮 される。 別 のオプションとしては 酸 化 反 応 器 内 で 伝 熱 を 利 用 して 蒸 気 を 生 成 することが 挙 げられる。 現 在 の 循 環 流 動 床 燃 焼 技 術 は 酸 化 ・ 還 元 段 階 どちらも 大 気 圧 で 作 動 しているが、 発 電 用 に 蒸気 タービンサイクルの 使 用 を 必 要 とする。 天 然 ガスを 燃 料 とするケミカル・ループ 燃 焼 サイクルはガス・タービン 複 合 発 電 所 に 相 当 し、CO 2 を 大 気 圧 で 提 供 するが、 天 然 ガス 燃 料 の 電 気 転 換 効 率 は40-50%の 範 囲 内 になると 推 定 される(Brandvoll and Bolland, 2004)。ケミカル・ループ 燃 焼 法 に 関する 研 究 は、 現 在 パイロットプラント 及 び 材 料 の 研 究 段 階 である。- 111 -

3.4.7 現 状 と 見 通 し酸 素 燃 焼 法 は 燃 焼 炉 、プロセス 加 熱 器 、ボイラー 及 び 発 電 システムに 適 用 でき、 実 行 にあたって 何 も 技 術 的 障 壁 が 特 定 されておらず 実 現 可 能 である。 本 オプションは、これまで 既 に 炭 化 水 素又 は 炭 素 質 燃 料 を 空 気 中 で 燃 焼 するために 開 発 された 技 術 と、インフラの 最 低 限 の 変 更 しか 伴 わないため、 本 回 収 技 術 の 早 期 使 用 は 発 電 の 間 接 加 熱 やプロセス 加 熱 に 関 わる 適 用 に 対 処 する 可 能性 が 高 い(セクション 3.4.2)。しかしながら、 蒸 気 タービンサイクル 又 は 発 電 用 ガス・タービンサイクルの 直 接 加 熱 に 提 案 された 複 数 の 新 規 適 用 には(セクション 3.4.3 及 び 3.4.4)はさらに 酸 素燃 焼 器 等 の 新 構 成 要 素 、ブレード 冷 却 をする CO 2 及 び H 2 O をベースとしたタービン 等 の 耐 熱 構 成要 素 、CO 2 圧 縮 器 及 び 酸 素 分 離 用 高 温 イオン 透 過 膜 等 の 開 発 が 必 要 である。ケミカル・ループ 燃 焼法 については、 現 在 未 だ 開 発 の 初 期 段 階 である。CO 2 回 収 を 行 う 酸 素 燃 焼 サイクルの 熱 効 率 の 可 能 性 を、 発 電 技 術 の 現 在 の 開 発 状 況 を 前 提 として、 図 3.6 及 び 3.7 に 表 した。 超 臨 界 蒸 気 条 件 の 微 粉 炭 火 力 システムにおける 発 電 は 現 在 約 45%の 効 率 (LHV)で 作 動 しているが、2010 年 から 2020 年 の 期 間 に 対 する 見 込 みは 超 々 臨 界 蒸 気 条件 を 利 用 するプラントで 50% 以 上 の 効 率 が 予 測 されている(IEA, 2004)。 従 って 5% 以 上 の 効 率 増加 が 石 炭 火 力 ベースの 酸 素 燃 焼 回 収 システムに 対 して 見 込 まれ、この 効 率 改 善 は 今 日 CO 2 回 収 を行 わない 微 粉 炭 火 力 発 電 所 で 実 現 可 能 な 最 善 の 効 率 に 匹 敵 する 可 能 性 を 持 つ。 同 様 に、 天 然 ガス火 力 複 合 発 電 は 2020 年 には 65%の 効 率 を 持 つようになり(IEA GHG 2000b 及 び 55%から 58%の間 という 現 在 の 効 率 より 増 加 して)、CO 2 回 収 を 行 う 天 然 ガス 火 力 酸 素 燃 焼 サイクルの 発 電 所 効 率は 50% 以 上 になるであろう。 従 来 の 発 電 所 と 比 較 して、 酸 素 生 産 のエネルギー・ペナルティーが酸 素 燃 焼 サイクルにおける 効 率 低 下 の 圧 倒 的 に 大 きな 原 因 である。現 在 の 技 術 開 発 により、CO 2 圧 縮 及 び 精 製 システムの 一 部 として、NO x 、SO x 、 及 び Hg 分 離 が非 常 に 高 効 率 になると 予 想 される。これらの 汚 染 物 質 の 分 離 効 率 の 改 善 は、 発 電 サイクル 内 においてさらにプロセス 及 び 熱 のインテグレーションを 進 めることで 可 能 となる。圧 縮 機 効 率 の 改 善 、 効 率 の 良 いプロセス 装 置 及 びプラントの 大 規 模 化 に 基 づき、 現 在 の 深 冷 酸素 技 術 のコストは 減 少 し 続 けている。 新 高 温 酸 素 膜 は 大 きく 発 電 効 率 を 改 善 し 資 本 コストを 削 減しうる。開 発 コストを 最 小 限 に 抑 え 早 期 の 市 場 参 入 を 達 成 するため、 将 来 の 酸 素 燃 焼 実 証 プラントはプロセス 加 熱 器 及 びボイラー 等 、 既 存 装 置 の 改 修 に 基 づいたものになるだろう。この 観 点 から、 酸素 燃 焼 法 回 収 の 基 準 電 力 システムは、 主 に 蒸 気 に 基 づく 微 粉 炭 及 び 天 然 ガス 火 力 プラントであり、現 在 1468GW e 、 又 は 全 世 界 の 既 存 インフラの 40%(セクション 3.1.2.3 も 参 照 )を 占 めている。複 数 の 実 証 ユニットが 数 年 以 内 に 特 に 欧 州 、 米 国 、カナダ 及 び 豪 州 で 予 定 されており、 活 動 的 な研 究 開 発 が 進 行 中 である。これらの 開 発 が 進 み 技 術 が 市 場 参 入 を 達 成 すると、 燃 焼 前 ・ 燃 焼 後 CO 2回 収 に 基 づく 代 替 オプションと 競 争 的 になりうる。 燃 焼 前 ・ 燃 焼 後 回 収 技 術 と 同 様 、 酸 素 燃 焼 法 の技 術 開 発 に 対 する 重 要 な 動 機 は、 環 境 要 件 及 び/ 又 は CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 促 進 する 経 済 的 インセンティブの 導 入 である。- 112 -

3.5 燃 焼 前 回 収 システム3.5.1 序 論燃 焼 前 回 収 プロセスは、 一 般 的 に H 2 及 び 一 酸 化 炭 素 の 混 合 物 ( 合 成 ガス)を 一 次 燃 料 から 製 造する 反 応 第 1 段 階 からなる。2 つの 主 な 経 路 は 蒸 気 を 添 加 すること( 反 応 1)と 酸 素 を 一 次 燃 料 に追 加 すること( 反 応 2)であり、 蒸 気 添 加 は「 蒸 気 改 質 」と 呼 ばれる。 酸 素 を 一 次 燃 料 に 添 加 する 事 例 では、ガス 及 び 液 体 燃 料 に 適 用 するときは、 一 般 的 に「 部 分 酸 化 」と 呼 ばれ、 固 体 燃 料 に適 用 されるときは「ガス 化 」と 呼 ばれるが、 基 本 は 同 じである。蒸 気 改 質C x H y + H 2 O ↔ xCO + (x+y/2)H 2 ΔH +ve (1)部 分 酸 化C x H y + x/2O 2 ↔ xCO + (y/2)H 2 ΔH –ve (2)この 後 に 蒸 気 の 添 加 により CO を CO 2 に 変 換 する「シフト 反 応 」が 起 こる( 反 応 3)。CO シフト 反 応CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 ΔH -41kJ/mol (3)最 後 に、CO 2 が CO 2 /H 2 混 合 物 から 除 去 される。CO 2 /H 2 分 離 プロセスに 入 る CO 2 濃 度 は 15-60%( 無 水 ベース)の 範 囲 内 であり 総 圧 力 は 一 般 的 に 2-7Mpa である。 分 離 された CO 2 は 貯 留 可 能 となる。燃 焼 前 回 収 の 適 用 例 として 2 つを 想 定 する 事 ができる。 一 つ 目 は 基 本 的 に 炭 素 フリーである 燃料 (H 2 )の 製 造 である。 製 品 H 2 は 完 全 に 純 粋 である 必 要 はなくメタンを 少 量 含 有 しうるものの、CO 又 は CO 2 等 、 炭 素 含 有 化 合 物 の 量 が 少 ないほど CO 2 排 出 量 削 減 は 大 きくなる。H 2 燃 料 はまた( 空 気 が 一 般 的 に 部 分 酸 化 として 使 用 される 場 合 は) 製 造 プロセスによって 窒 素 等 の 不 活 性 希 釈剤 を 含 有 し、 加 熱 器 、ボイラー、ガス・タービン 又 は 燃 料 電 池 内 で 燃 焼 可 能 である。二 つ 目 として、 燃 焼 前 回 収 は 燃 料 の 炭 素 量 を 削 減 するために 使 用 可 能 であり、 過 剰 炭 素 ( 一 般的 に CO 2 として 除 去 される)は 貯 留 に 使 用 可 能 である。 例 えば、 石 炭 のように 水 素 (H): 炭 素 (C)比 が 低 い 場 合 は、 石 炭 をガス 化 し 合 成 ガスを 液 体 Fischer-Tropsch 燃 料 及 び 石 炭 よりも 高 い H:C比 をもつ 化 学 物 質 に 転 換 することが 可 能 である。 本 セクションでは、 上 記 2 つの 適 用 について 考証 する。本 セクションは 既 存 及 び 新 規 の CO 2 回 収 を 行 う H 2 製 造 技 術 について 記 載 する。 同 様 に 電 力 、H 2 又 は 合 成 燃 料 、 及 び 化 学 物 質 の 製 造 、 又 はこれら 3 つの 組 み 合 わせた 燃 焼 前 回 収 システムを 推進 するために 開 発 が 必 要 な 技 s 術 についても 記 載 する。3.5.2 既 存 技 術3.5.2.1 ガス 及 び 軽 質 炭 化 水 素 の 蒸 気 改 質蒸 気 改 質 は 今 日 の H 2 製 造 にとって 主 要 な 技 術 であり、 最 大 規 模 の 1 系 列 のプラントで 480 tH 2 /日 まで 生 産 している。 一 次 エネルギー 源 は 天 然 ガスが 多 い。その 次 のプロセスは 蒸 気 メタン 改 質- 113 -

(SMR)と 称 されるが、ナフサ 等 その 他 の 軽 質 炭 化 水 素 でもありうる。 現 在 のニッケルベースの触 媒 にとって 硫 黄 化 合 物 は 有 毒 であるため、 硫 黄 化 合 物 を 原 料 から 除 去 することでプロセスがスタートし、 次 に 蒸 気 が 加 えられる。 改 質 反 応 (1)は 吸 熱 反 応 であり 高 温 (800~900C)、 触 媒 存在 下 で 行 われる。 燃 料 の 一 部 ( 二 次 燃 料 )を 燃 焼 して 反 応 器 に 熱 を 提 供 する。 改 質 ガスは 反 応 に必 要 な 蒸 気 を 発 生 する 廃 熱 ボイラー 内 で 冷 却 され、CO シフト 反 応 システムに 移 行 する 又 は 2 段階 のシフト 反 応 を 利 用 し、 合 成 ガス 内 のほとんどの CO を CO 2 に 転 換 する( 反 応 3、 吸 熱 反 応 )。従 来 の 2 段 階 からなる CO 転 換 は 合 成 ガス 中 の( 又 は H 2 中 の) 一 酸 化 炭 素 濃 度 を 0.2~0.3%まで削 減 する。400~550C で 作 用 し 鉄 クロム 触 媒 を 使 用 する 高 温 シフト 反 応 は 排 出 ガス 内 に( 無 水 ベースで)2~3%の CO を 含 む。 銅 ベースの 触 媒 は 180~350C の 温 度 で 使 用 可 能 であり 排 出 ガス 中に 0.2~1%の CO が 残 留 する。CO の 含 有 量 が 少 ないことは CO 2 の 高 回 収 に 有 利 である。 次 に、ガスは 冷 却 され H 2 が CO 2 /H 2 分 離 段 階 によって 生 産 される。 約 30 年 前 までは、CO 2 はアミン 又 は 熱カルシウム 炭 酸 塩 等 の 化 学 ( 溶 媒 ) 吸 収 プロセスを 利 用 して 除 去 され、 再 生 塔 上 部 から 純 粋 な CO 2として 大 気 に 排 出 されていた。この 種 のプラントは 今 でも 多 く 使 用 されていて、CO 2 は 容 易 に 回収 することができる。しかしながら、 近 代 的 なプラントは 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA)を 用 い、H 2 以 外 の 気 体 は、活 性 炭 素 、アルミナ 及 びゼオライト 等 の 固 体 吸 着 剤 を 含 有 する 一 連 の 切 り 替 え 床 で 吸 着 される(セクション 3.5.2.9 の PSA の 詳 細 説 明 を 参 照 )。PSA から 排 出 される( 一 般 的 に 約 2.2MPa の)H 2 は、市 場 の 必 要 性 に 応 じて 99.999%もの 純 度 にすることができる。CO 2 は 再 生 循 環 からの 流 れの 中 に含 まれ、その 流 れの 中 にはメタンや H 2 も 含 まれる。 流 れは 改 質 器 において 燃 料 として 空 気 燃 焼 され、CO 2 は 改 質 器 排 ガスとして 大 気 中 に 排 出 されることになる。 従 って、 近 代 的 な SMR プラントからの CO 2 回 収 はセクション 3.3 記 載 の 燃 焼 後 プロセスの 1 つを 必 要 とする。 代 替 的 に、PSA システムが 純 粋 な H 2 を 高 回 収 するだけではなく、 純 粋 な CO 2 も 回 収 し、 第 3 の 製 品 として 燃 料 ガス 生 産 するように 設 計 することもできる。大 規 模 な 近 代 的 プラント( 全 容 量 720t H 2 / 日 )の 設 計 研 究 では、 天 然 ガスから 6.0MPa の H 2 を製 造 する 全 体 的 能 力 は、CO 2 回 収 を 行 なわず CO 2 を 放 出 する 場 合 、LHV ベースで 76%と 推 定 され、CO 2 排 出 量 は 9.1 kgCO 2 /kgH 2 である(IEA GHG, 1996)。このプロセスは、 純 粋 に 近 い CO 2 副 生 成物 を 生 産 するために(コストをかけて) 修 正 することができる。1 つの 可 能 性 としては、「 湿 式 」CO 2 除 去 プラントで、 転 化 ・ 冷 却 した 合 成 ガスから 適 切 なアミン 溶 媒 を 用 いて CO 2 のほとんどを除 去 することである。この 事 例 では、アミン 装 置 から 排 出 された CO 2 を 含 まない 合 成 ガスが、PSAユニットに 移 行 され、そこで 比 較 的 純 粋 な H 2 が 回 収 される。PSA パージ・ガスは 追 加 天 然 ガスと共 に 燃 焼 され、 必 要 な 改 質 器 熱 を 提 供 する。CO 2 は 加 熱 によってアミン 溶 媒 から 回 収 され、 輸 送用 に 圧 縮 される。CO 2 を 圧 縮 するための 電 力 (11.2Mpa)を 考 慮 に 入 れると 効 率 は 約 73%に 落 ちるが、 排 出 率 は 1.4 kgCO 2 /kgH 2 となり、CO 2 回 収 率 は 8.0 kgCO 2 /kgH 2 である。3.5.2.2 ガス 及 び 軽 質 炭 化 水 素 の 部 分 酸 化部 分 酸 化 (POX)プロセス( 反 応 2)では、 燃 料 は 純 酸 素 と 高 圧 で 反 応 する。プロセスは 吸 熱であり 高 温 ( 一 般 的 に 1250~1400C)で 起 こる。 合 成 ガス 反 応 に 必 要 な 全 ての 熱 は 燃 料 の 部 分 燃焼 によって 供 給 され、 外 部 の 熱 は 一 切 必 要 ない。SMR と 同 様 に、 合 成 ガスは 冷 却 、 転 化 され、CO 2 は 混 合 物 から 除 去 される。 前 述 した SMR からの CO 2 分 離 に 関 しての 記 述 が、POX プロセスにも 同 様 に 適 用 される。POX は 今 日 一 般 的 に 使 用 されている 技 術 であり、 効 率 は SMR よりも 低いが 処 理 できる 燃 料 の 種 類 ははるかに 多 い。- 114 -

大 規 模 H 2 製 造 では、 酸 素 は 深 冷 式 の 空 気 分 離 装 置 (ASU)によって 提 供 される。ASU には 高額 の 投 資 が 必 要 であり 多 くのエネルギーを 消 費 するが、 高 効 率 及 び 低 コストのガス 化 プロセス 及び 合 成 ガス 内 に( 空 気 からの)N 2 がないことによって 分 離 コストを 大 幅 に 削 減 するため、 相 殺 される。しかしながら、H 2 をガス・タービン 内 で 燃 料 として 使 用 する 燃 焼 前 脱 炭 素 の 適 用 には、ガス・タービン 燃 焼 器 内 の 炎 の 温 度 を 下 げるために、またNO x 排 出 レベルを 制 限 するために N 2 又 は蒸 気 を 使 って H 2 を 希 釈 する 必 要 がある。この 事 例 ではほとんどの 効 率 の 良 いシステムは 空 気 を 酸化 剤 として 使 用 し H 2 /N 2 混 合 燃 料 を 生 産 する(Hufton et al., 2005)。3.5.2.3 ガス 及 び 軽 質 炭 化 水 素 の 自 己 熱 改 質自 己 熱 改 質 (ATR)プロセスは 前 述 の 2 プロセスの 組 み 合 わせと 考 えることができる。SMR 反応 器 内 で 必 要 な 熱 は 空 気 又 は 酸 素 を 使 用 する 部 分 酸 化 反 応 (2)によって 発 生 するが、 蒸 気 は 余 剰天 然 ガスと 一 緒 に 反 応 器 に 提 供 されるため、 吸 熱 改 質 反 応 (1)は 部 分 酸 化 (POX) 燃 焼 器 下 流 の反 応 器 の 触 媒 セクションで 起 こる。 蒸 気 を 追 加 すると 低 温 での 燃 料 から H 2 への 転 換 率 を 高 めることができる。 自 己 熱 プロセスの 作 動 温 度 は 一 般 的 に 950~1050C であるが、プロセスの 設 計 によって 異 なる。SMR と 比 較 したときの 本 プロセスの 利 点 は、 反 応 器 への 設 備 投 資 額 が 低 いことと、全 ての 発 生 熱 が 内 部 で 利 用 されるため CO 2 の 排 出 がないことである。しかしながら 上 記 利 点 は 酸素 プラントへの 資 本 コスト 及 び 操 業 コストによって 大 きく 相 殺 される。 処 理 可 能 な 燃 料 の 種 類 はSMR と 同 様 であるが、 硫 黄 を 含 まない 供 給 ガスが 必 要 である。CO 2 回 収 は 蒸 気 メタン 改 質 に 対 して 記 載 したものと 同 様 に 達 成 される。3.5.2.4 ガス 加 熱 改 質 器3 つの 合 成 ガス 生 成 技 術 、つまり SMR、ATR 及 び POX それぞれが 生 成 する 高 温 ガスは 冷 却 する 必 要 があるため、 各 事 例 において、 改 質 及 びシフト 反 応 で 必 要 とされる 以 上 の 蒸 気 が 発 生 する。この 過 剰 生 成 を、 例 えば SMR プラント 内 で 空 気 予 熱 及 び 予 改 質 器 を 使 用 する 事 によって 削 減 することは 可 能 である。 別 の 技 術 としては、 一 次 反 応 器 が 排 出 する 高 熱 合 成 ガスを、 一 次 反 応 器 と直 列 又 は 並 列 で 作 動 するチューブ 状 の 蒸 気 / H 2 改 質 反 応 器 内 のシェル・サイド 加 熱 流 体 として 使用 する 事 があげられる(Abbott et al., 2002)。2 次 ガス 加 熱 改 質 器 を 追 加 することで H 2 製 造 率 を 33%増 加 し、 過 剰 蒸 気 製 造 を 抑 えることができる。 全 体 的 な 効 率 が 改 善 され、 資 本 コストは 一 般 的 に15% 削 減 される。さらに、CO 2 回 収 は 蒸 気 メタン 改 質 について 前 に 記 載 したように 達 成 される。3.5.2.5 石 炭 、 石 油 残 渣 油 、 又 はバイオマスのガス 化ガス 化 ( 図 3.14 参 照 )は 高 価 値 製 品 ( 化 学 物 質 、 電 力 、クリーン 合 成 燃 料 )を 石 炭 、 石 油 精 製残 渣 油 、 又 はバイオマス 等 の 低 価 値 原 料 から 製 造 する 事 を 目 的 とする 化 学 的 プロセスである。ほとんどのプロセスで 蒸 気 が 反 応 器 に 供 給 されるものの、ガス 化 は 基 本 的 に 部 分 酸 化 ( 反 応 2)である。 固 定 床 、 流 動 床 又 は 噴 流 床 ガス 化 が 使 用 可 能 である。これらは 酸 化 剤 ( 空 気 又 は O 2 )、 操作 温 度 (1350C まで)、 操 作 圧 力 (0.1 から 0.7MPa)、 供 給 システム(ドライ 又 は 水 スラリー)、合 成 ガス 冷 却 法 ( 焼 入 れ 法 又 は 放 射 及 び 対 流 熱 交 換 器 使 用 法 )、 及 び 使 用 するガス 清 浄 システムに関 し 非 常 に 異 なる 特 徴 を 持 つ。これらの 代 替 設 計 オプションは 合 成 ガスに 転 換 される 原 料 の 割 合 、合 成 ガス 成 分 及 びコストによって 決 定 される。 経 済 性 は 規 模 に 大 きく 左 右 されるので、ガス 化 は一 般 的 に 大 規 模 プラントにのみ 適 していると 考 えられている。ガス 化 装 置 からの 生 産 物 は CO、H 2 、CO 2 、H 2 O 及 び 適 切 に 管 理 されねばならない 不 純 物 ( 例 えば N 2 、COS、H 2 S、HCN、NH 3 、揮 発 性 微 量 鉱 物 及 び Hg)を 含 む。- 115 -

図 3.14 CO 2 回 収 及 び 電 力 、H 2 又 は 化 学 物 質 製 造 を 伴 うガス 化 プロセスの 概 略 図商 業 的 ガス 化 プロジェクトに 関 する 世 界 的 な 調 査 により、128 の 稼 働 中 のガス 化 プラントが 存在 し、366 のガス 化 装 置 が 42,700MW t の 合 成 ガスを 製 造 していることが 明 らかになった(NETL-DOE, 2002 and Simbeck, 2001a)。 現 在 開 発 中 又 は 建 設 中 の 24,500MW t の 合 成 ガスプロジェクトもあり、 毎 年 4,000~5,000MW t の 合 成 ガスが 追 加 される。 原 料 は 主 に 高 品 位 炭 等 の 石 炭 及び 石 油 残 渣 油 である。 過 去 20 年 間 の 商 業 ガス 化 の 成 長 の 多 くが 噴 流 床 ガス 化 装 置 に 関 わり、 市 場には 3 つの 競 合 するシステムがある。 最 近 の 商 業 的 ガス 化 開 発 は 主 に 工 業 アンモニア 製 造 、 工 業ポリジェネレーション( 最 高 級 の 合 成 ガス 化 学 物 質 と 共 にクリーン 合 成 ガスを 電 力 と 蒸 気 製 造 に使 用 する) 及 び IGCC 発 電 所 に 関 わる。バイオマス・ガス 化 及 び 噴 流 床 ガス 化 の 商 業 的 経 験 は 限 られている。CO 2 回 収 技 術 は 化 学 物 質 及 び 合 成 燃 料 を 製 造 するガス 化 システムに 対 して 確 立 されている(NETL-DOE, 2002)。ガス 化 ベースの NH 3 プラント( 多 くが 中 国 にある)は 純 粋 な H 2 を 製 造 し、プラントあたり 3,500 tCO 2 / 日 の CO 2 分 離 を 行 う。Fischer-Tropsch 燃 料 及 び 化 学 物 質 を 製 造 している 南 アフリカのプラントや、 石 炭 から 合 成 天 然 ガス(SNG)を 製 造 するノース・ダコタのプラントも 純 粋 な 大 量 の CO 2 を 製 造 する。 図 3.15 はノース・ダコタのガス 化 プラントの 図 を 現 す。このプラントでは 冷 却 メタノールベースの 物 理 溶 媒 洗 浄 プロセス(Rectisol プロセス、セクション 3.5.2.11及 び 表 3.2 参 照 )を 使 用 して 3.3 MtCO 2 / 年 を 回 収 している。 回 収 された CO 2 のほとんどが 排 気 されるが、そのうち 約 1.5 Mt/ 年 は 現 在 カナダ Weyburn での 石 油 増 産 回 収 及 び CO 2 貯 留 プロジェクトのためにパイプラインで 輸 送 されている( 第 5 章 参 照 )。- 116 -

図 3.15 低 温 メタノール、 物 理 溶 媒 プロセスを 使 用 して 3.3 MtCO 2 / 年 を 回 収 するノース・ダコタ 石 炭 ガス 化 プラント( 図 中 央 の 4 つの 高 カラムの 集 合 は H 2 S 及 び CO 2 回 収 プロセスを 表 す。 回 収 した 蒸 気 の一 部 はカナダ Saskatchewan 州 Weyburn での CO 2 貯 留 を 伴 う EOR に 使 用 される。)CO 2 回 収 が 目 的 の 場 合 、 高 い CO 2 分 圧 が 得 られる 酸 素 吹 き 及 び 高 圧 システムが 好 ましい。ガス化 による 脱 炭 素 化 は、CO 2 回 収 に 対 し 分 離 段 階 のみを 考 慮 した 場 合 、 燃 焼 後 回 収 よりも 低 いエネルギー・ペナルティーとなる。その 理 由 は、CO 2 が 3 桁 高 い 規 模 の 分 圧 で 回 収 されるからである。このため CO 2 吸 収 の 規 模 、 溶 媒 循 環 率 及 び CO 2 ストリッピングのエネルギーは 大 幅 に 削 減 される。しかしながら、 合 成 ガス 内 の CO を CO 2 に 転 化 するため、システムのその 他 部 分 で 追 加 のエネルギー・ペナルティーが 発 生 する( 図 3.6 及 び 3.7 記 載 の CO 2 回 収 を 行 う IGCC 発 電 所 の 例 を 参 照 )。瀝 青 炭 に 関 する 最 近 の 分 析 では( 例 えば IEA GHG, 2003 参 照 )、 単 一 高 圧 噴 流 床 ガス 化 装 置 を 水 スラリー・ 供 給 及 び 直 接 水 冷 却 と 共 に 使 用 し、その 後 「 酸 性 」( 耐 硫 黄 )シフト 反 応 器 を 使 用 し、 最終 的 に CO 2 と H 2 S を 物 理 吸 収 により 同 時 に 除 去 することを 提 唱 している。 酸 性 シフト 反 応 により、ガス 化 装 置 から 出 る 高 温 の 合 成 生 ガスが 必 要 とするのは 冷 却 サイクル 一 回 のみでよく、プロセスも 少 なくて 済 む。スラリー 供 給 ガス 化 装 置 に 対 して 酸 素 必 要 量 は 増 加 し、 転 換 効 率 は 直 接 水 冷 却による 大 幅 な 循 環 効 率 の 損 失 により 減 少 する。 同 様 の 傾 向 が 瀝 青 炭 から 低 品 位 亜 瀝 青 炭 及 び 褐 炭へ 変 更 する 場 合 にも 認 められる(Breton and Amick, 2002)。 噴 流 床 ガス 化 装 置 で 転 換 される 低 品 位石 炭 の 場 合 、 燃 焼 前 脱 炭 素 化 の 燃 焼 後 脱 炭 素 化 に 対 する 優 位 性 が 減 少 する、 又 は 無 くなるとする分 析 もある( 例 えば、Stobbs and Clark, 2005)。 高 圧 の 流 動 床 ガス 化 設 備 は 低 品 位 石 炭 、バイオマス 及 び 様 々な 炭 素 廃 棄 物 と 混 合 使 用 する 方 が 適 しているかもしれない。 上 記 ガス 化 設 備 の 実 証 に成 功 例 があるものの( 例 、 高 温 Winkler, Renzenbrink et al., 1998)、 商 業 規 模 の 運 用 例 はほとんどない。- 117 -

合 成 ガス 内 の H 2 S は SO 2 排 出 規 制 を 遵 守 するため IGCC 発 電 所 で 10ppm 台 まで 除 去 され、 化 学物 質 又 は 合 成 燃 料 を 製 造 するプラントでは 合 成 触 媒 を 保 護 するため 1ppm 以 下 のレベルまで 除 去される。もし CO 2 が 比 較 的 純 粋 な 形 で 貯 留 用 に 提 供 されるなら、 一 般 的 な 方 策 としては、 最 初 に合 成 ガスから H 2 S(CO 2 より 簡 単 に 吸 収 される)を( 少 量 の CO 2 と 共 に) 一 つの 回 収 ユニットで回 収 し、 次 にクラウス 法 及 び 排 ガス 浄 化 で H 2 S を 硫 黄 元 素 に 還 元 し、 続 いて 残 存 する CO 2 のほとんどを 下 流 の 独 立 ユニットで 回 収 する。 代 替 オプションとしては 硫 黄 を 硫 酸 の 形 で 回 収 することがあげられる(McDaniel and Hormick, 2002)。しかしながら、H 2 S と CO 2 を 一 緒 に 貯 留 できるのであれば、H 2 S と CO 2 を 同 じ 物 理 吸 収 ユニット 内 で 回 収 することが 望 ましいことが 多 く、 特 に 副 生成 物 である 硫 黄 又 は 硫 酸 の 販 売 見 通 しが 一 般 的 に 厳 しいことを 考 えると 適 度 なシステム・コスト削 減 につながりうる(IEA GHG, 2003; Larson and Ren, 2003; Kreutz et al., 2005)。H 2 S と CO 2 の 共 同貯 留 が 酸 性 天 然 ガスプロジェクトの 酸 性 ガス 管 理 戦 略 としてごく 普 通 にカナダ 西 部 で 行 われているものの(Bachu and Gunter, 2005)、 大 規 模 な 共 同 貯 留 を 日 常 的 に 実 行 できるかは 未 だ 明 らかではない。 一 般 的 なガス 化 ベースのエネルギー・プロジェクトは 年 間 1~4Mt/ 年 の CO 2 貯 留 率 となるだろうが、カナダの 48 ある 全 プロジェクトの 合 計 CO 2 貯 留 率 は 現 在 0.48Mt/ 年 に 過 ぎない(Bachu andGunter, 2005)。3.5.2.6 発 電 用 ガス 化 複 合 発 電 (IGCC)IGCC においては、ガス 化 装 置 から 排 出 される 合 成 ガスから 粒 子 、H 2 S 及 びその 他 の 汚 染 物 質 が除 去 され、その 後 タービン/ 蒸 気 タービン 複 合 発 電 で 発 電 のために 燃 焼 される。 合 成 ガスは 同 一 の場 所 で 生 産 されて 電 力 に 転 換 されるので、( 発 熱 量 が 天 然 ガスの 約 1/3 しかない) 合 成 ガスのパイプライン 輸 送 に 高 コストを 支 出 しなくてすむ。また 同 時 に、 複 合 発 電 の 蒸 気 タービン 内 で 余 剰 電力 を 製 造 するために、 合 成 ガス 冷 却 から 出 る 蒸 気 を 低 コストで 活 用 できる。 本 来 、IGCC の 開 発は 主 に、ガス・タービン 技 術 の 継 続 した 発 展 の 開 発 可 能 性 、 汚 染 物 質 が 合 成 ガスから 除 去 される 際に 空 気 汚 染 排 出 物 を 容 易 に 低 レベルで 抑 えること、 及 び( 低 圧 及 び 空 気 からの 窒 素 で 希 釈 された)燃 焼 排 ガスと 比 較 してプロセス 容 量 を 大 幅 に 削 減 すること、を 求 めて 推 進 されてきた。IGCC の 最 初 の 実 証 として、1980 年 に 石 炭 又 はペットコークを 原 料 とする 約 4GW e の IGCC 発電 所 が 建 設 された。 総 量 のうち 1GW e 以 下 が 石 炭 用 に 設 計 され(IEA CCC, 2005)、4 プラントのうち 3 プラントは 現 在 石 炭 及 び/ 又 はペットコークを 燃 料 として 稼 動 している。IGCC はおそらく、主 にベース 負 荷 適 用 例 でのみ 使 用 されるが、この 試 験 により IGCC の 負 荷 追 随 性 能 が 実 証 された。全 ての 石 炭 ベースの IGCC プロジェクトは 助 成 金 を 受 けてきた。 一 方 で、 石 油 ベースの IGCC はイタリアのみで 助 成 を 受 けてきた。その 他 、カナダ、オランダ 及 び 米 国 でのポリジェネレーション・プロジェクトは、 日 本 での 石 油 ベースの IGCC と 同 様 に、 支 援 を 受 けていない(Simbeck, 2001a)。天 然 ガスが 低 価 格 で 容 易 に 入 手 できる 場 所 では、NGCC との 激 しい 競 争 のため、IGCC は 広 く設 置 されてこなかった。それは、 石 炭 ベースの IGCC プラントは 微 粉 炭 ベースの 蒸 気 発 電 所 よりもコストがかかり、かつ 利 用 可 能 性 ( 信 頼 性 )に 懸 念 があったためである。IGCC の 利 用 可 能 性は 最 近 の 商 業 規 模 の 実 証 ユニットにより 改 善 がみられている(Wabash River Energy, 2000;McDaniel and Hornick, 2002)。 同 様 に、 関 係 する 化 学 プロセスを 従 業 員 が 熟 知 しているような、 石油 精 製 プラント 及 び 化 学 プラントにおける 商 業 的 規 模 のポリジェネレーション 及 び IGCC プロジェクトについてその 可 能 性 が 改 善 されてきた。 天 然 ガス 価 格 が 米 国 で 高 騰 するに 伴 い IGCC への興 味 も 増 加 してきた。- 118 -

上 記 で 論 じた、 高 分 圧 で CO 2 を 回 収 するという IGCC の 利 点 により、IGCC は 炭 素 抑 制 社 会 における 石 炭 火 力 発 電 所 にとって 魅 力 的 であろう(Karg and Hannemann, 2004)。 燃 焼 前 システムでの CO 2 回 収 は 商 業 的 に 準 備 ができているが、CO 2 回 収 を 組 みこんだ IGCC 発 電 所 は 未 だ 建 設 されていない。 図 3.6 及 び 3.7 において、 現 在 の 技 術 に 基 づいたエネルギー・ペナルティーの 平 均 的 推定 及 び CO 2 除 去 に 必 要 な 燃 料 増 加 の 影 響 を 他 の 回 収 システムと 比 較 し、IGCC オプションの 可 能性 を 示 した。 図 3.6 及 び 3.7 ではまた、IGCC オプションが 異 なるデータもあり( 例 えば、スラリー 供 給 ・ 直 接 水 冷 却 法 対 ドライ 供 給 ・ 合 成 ガス 冷 却 法 )、それらのプラントの 資 本 コストと 電 力 配達 コストに 関 する 相 対 的 利 点 についてはセクション 3.7 で 論 じる。3.5.2.7 CO 2 回 収 を 用 いた 石 炭 からの H 2 製 造CO 2 回 収 を 行 う IGCC 技 術 が 重 点 的 に 研 究 されているのに 対 し、CO 2 回 収 を 行 うガス 化 によって 石 炭 から H 2 を 製 造 する 技 術 は 上 記 のとおり 商 業 的 に 確 立 されているにもかかわらず、 公 開 されている 研 究 はほとんどない(NRC, 2004; Parsons 2002a,b; Gray and Tomlinson, 2003; Chiesa et al.,2005; Kreutz et al., 2005)。 商 業 用 技 術 によって、CO 2 回 収 を 行 う IGCC 発 電 所 に 類 似 したシステムを 用 いて、 石 炭 ガス 化 による CO 2 回 収 を 行 いながら H 2 を 製 造 することは 可 能 である。 上 記 記 載の IGCC 発 電 所 の 設 計 推 奨 (IEA GHG, 2003)に 従 うと、 次 に 続 くのは、 利 用 可 能 な 最 善 の 技 術 を利 用 し、 高 硫 黄 (3.4%) 瀝 青 炭 から 1,070MW t の H 2 を 製 造 する 石 炭 H 2 システムの 設 計 研 究 である(Chiesa et al., 2005; Kreutz et al., 2005)。 基 準 事 例 設 計 では、 合 成 ガスは 7MPa で 操 業 する 噴 流床 直 接 水 冷 却 ガス 化 装 置 で 生 成 される。 合 成 ガスは 冷 却 され、 粒 子 物 質 を 除 去 され 酸 性 の 水 性 ガスシフト 反 応 器 で( 主 に H 2 及 び CO 2 に) 転 化 する。さらに 冷 却 後 、H 2 S が 物 理 溶 媒 (Selexol)を用 いて 合 成 ガスから 除 去 される。 次 に、 再 び Selexol を 用 いて CO 2 が 合 成 ガスから 除 去 される。溶 媒 からストリッピング 後 、H 2 S はクラウスユニット 内 で 硫 黄 に 転 換 し、プラントは 排 ガス 浄 化を 用 い 残 存 している 硫 黄 排 出 物 を 除 去 する。CO 2 は 排 気 されるか、 乾 燥 後 パイプライン 輸 送 及 び地 中 貯 留 用 に 150atm まで 圧 縮 される。 高 純 度 の H 2 は 6MPa で 高 濃 度 H 2 合 成 ガスから 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA)ユニットによって 抽 出 される。PSA パージ・ガスは 圧 縮 され、 従 来 のガス・タービン 複 合 発 電 で 燃 焼 され CO 2 の 回 収 を 行 わない 場 合 は 78MW e の 電 力 、 行 なう 場 合 は 39MW eの 電 力 をそれぞれ、 必 要 な 現 場 電 力 に 加 えて 発 電 する。この 基 準 事 例 分 析 では、 効 果 的 な H 2 製 造効 率 は 排 出 される CO 2 の 64%、 回 収 される CO 2 の 61%であり、 対 応 する 排 出 率 はそれぞれ 16.9kgCO 2 /kgH 2 及 び 1.4 kgCO 2 /kgH 2 であると 推 定 される。 回 収 事 例 については、CO 2 除 去 率 は 14.8kgCO 2 /kgH 2 である。 様 々な 代 替 システム 設 計 を 検 討 した 結 果 、 電 力 /H 2 の 出 力 率 を 増 加 しても 熱力 学 的 又 はコスト 的 な 利 点 がないことが 分 かったので、 上 記 出 力 率 は 電 力 と H 2 の 相 対 的 な 市 場 需要 によって 決 定 される 傾 向 がある。CO 2 回 収 を 行 う H 2 のコストを、CO 2 を 排 出 する H 2 のコスト・レベルまで 削 減 できるかもしれない 重 要 なオプションの 1 つとして、 前 述 のとおり、H 2 S/CO 2 の共 同 回 収 を 単 一 の Selexol プロセスで 行 うものがある。3.5.2.8 炭 素 ベースの 液 体 燃 料 及 び 多 種 生 成 物第 2 章 で 論 じたとおり、クリーン 合 成 高 H/C 比 燃 料 は、 石 炭 又 はその 他 の 低 H/C 比 の 原 料 油 のガス 化 によって 合 成 ガスから 製 造 可 能 である。 可 能 性 のある 製 品 としては 合 成 天 然 ガス、Fischer-Tropsch ディーゼル/ガソリン、ジメチルエーテル、メタノール 及 び Mobil プロセスによるメタノールからのガソリンである。 副 生 成 物 は 一 般 的 には 回 収 ・ 貯 留 が 可 能 な 比 較 的 純 粋 な CO 2である。石 炭 由 来 の Fisher-Tropsh 合 成 燃 料 及 び 化 学 物 質 は、 南 アフリカにおいて 商 業 的 規 模 で 製 造 され- 119 -

てきた。 石 炭 からのメタノールは 中 国 及 び 米 国 において、それぞれ 1 つのプラントで 製 造 されている。 石 炭 SNG は North Dakota( 米 国 )のプラントで 製 造 されている(NETL-DOE, 2002)。2000年 以 来 、North Dakota の 合 成 天 然 ガスプラントから 1.5 MtCO 2 / 年 ( 図 3.15 参 照 )がパイプラインによって、300 キロ 離 れたカナダの Saskatchewan の CO 2 貯 留 を 行 う 原 油 増 産 回 収 油 田 まで 輸 送 されている。合 成 燃 料 製 造 は 合 成 ガスを 製 造 する 酸 素 吹 きガス 化 、ガス 冷 却 、ガス 洗 浄 、 水 性 ガス 転 化 及 び酸 性 ガス( 硫 化 水 素 (H 2 S/CO 2 ) 除 去 を 含 む。 結 果 的 に、 浄 化 された 合 成 ガスは 合 成 反 応 器 内 で触 媒 反 応 によって 燃 料 に 転 換 し、 未 転 換 の 合 成 ガスは 液 体 燃 料 製 品 から 分 離 される。この 段 階 で、ほとんどの 未 転 換 ガスは 合 成 反 応 器 にリサイクルされ、 予 備 の 液 体 燃 料 を 生 成 し、 残 りの 未 転 換ガスは 設 備 が 必 要 とする 発 電 に 使 用 されるか、 又 は 合 成 ガスは 合 成 反 応 器 を 一 度 だけ 通 過 し(ワンス・スルー)、 全 ての 未 転 換 合 成 ガスはその 他 の 目 的 のため、 例 えば 現 場 での 使 用 だけでなく 配電 網 用 に 販 売 用 の 発 電 をするかいずれかである。 後 者 のワンス・スルー・オプションは 技 術 的 オプションとしてはより 競 争 力 があることが 多 い(Williams, 2000; Gray and Tomlinson, 2001; Larson andRen, 2003; Celik et al., 2005)。CO を 豊 富 に 含 む( 例 えば 石 炭 由 来 の) 合 成 ガスに 対 しては、 新 しいスラリー 相 合 成 反 応 器 によって 高 ワンス・スルー 転 換 が 可 能 になるため、ワンス・スルー 構 成 が 特 に 魅 力 的 となる。ワンス・スルー・システムでは、 水 性 ガスシフト 反 応 器 は 合 成 反 応 器 の 上 流 に 置 かれることが 多 く、 合 成 反応 器 内 の 合 成 燃 料 転 換 を 最 大 限 にする H 2 /CO 比 を 生 成 する。 合 成 燃 料 転 換 を 最 大 限 にするためには、 転 化 合 成 ガスからほとんどの CO 2 を 除 去 することが 望 ましい。さらに、 合 成 触 媒 は H 2 S 及 び様 々な 微 量 汚 染 物 質 に 極 めて 敏 感 なため、これらの 物 質 は 合 成 反 応 器 前 に 非 常 に 低 レベルまで 除去 されねばならない。ほとんどの 微 量 金 属 は、 活 性 炭 素 フィルタを 用 いて 低 コストで 除 去 できる。合 成 反 応 器 上 流 で 合 成 ガスから CO 2 を 除 去 することは、 特 に H 2 S 及 び CO 2 が 酸 性 ガス 管 理 戦 略 として 共 同 回 収 及 び 共 同 貯 留 される 場 合 には、 低 コストで 部 分 的 な 脱 炭 素 化 オプションとなる(Larson and Ren, 2003)。コスト 増 分 が 大 きくなるが、さらなる 脱 炭 素 化 がワンス・スルー・システムで 実 現 可 能 である。それは、 追 加 のシフト 反 応 器 を 合 成 反 応 器 の 下 流 に 追 加 し、CO 2 を 回 収 し、CO 2 が 無 く H 2 を 多 く 含 む 合 成 ガスを 使 用 して「ポリジェネレーション」 構 成 で 電 力 又 は 電 力 とH 2 の 混 合 物 を 製 造 することによる( 図 3.16 参 照 )。H 2 及 び 発 電 の 相 対 量 は、 特 定 の H 2 / 発 電 率 に対 し 熱 力 学 的 又 はコスト 的 に 利 点 がないように 思 われるため、 主 に 相 対 的 需 要 に 左 右 される(Chiesa et al., 2005; Kreutz et al., 2005)。 合 成 ガスが 合 成 反 応 器 の 上 流 及 び 下 流 両 方 で 脱 炭 素 化 されるとき( 図 3.16 参 照 )、 製 造 された 合 成 燃 料 内 に 含 有 される 炭 素 以 外 の、もともとの 原 料 油 内の 炭 素 の 90%までを CO 2 として 回 収 ・ 貯 留 が 実 現 可 能 である。図 3.16 CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 伴 う、 石 炭 ガス 化 による 液 体 燃 料 、 電 力 及 び H 2 の 製 造- 120 -

上 記 システムの 一 例 (Celik et al., 2005)は、600MW のジメチルエーテル( 石 炭 投 入 エネルギーの 27% 及 び 石 炭 投 入 炭 素 の 20%を 含 む)と 石 炭 から 365MW の 電 力 (H 2 なし)を 製 造 するものである。このシステムでは CO 2 貯 留 率 ( 石 炭 内 の 炭 素 の 74% 量 に 等 しい)は 3.8 Mt/ 年 ( 合 成 反 応 器上 流 から 39%)である。 燃 料 サイクル 全 体 の GHG 排 出 量 はジメチルエーテルでは 原 油 由 来 のディーゼルの 0.9 倍 であり、 電 力 では 43% 効 率 の CO 2 を 排 出 する 石 炭 火 力 発 電 所 の 0.09 倍 である。3.5.2.9 圧 力 スウィング 吸 着 法 (PSA)PSA は、 高 純 度 な H 2 を 必 要 とする 合 成 ガス 精 製 方 法 のシステムである。しかしながら、PSAは 選 択 的 に CO 2 を 他 の 排 気 ガスから 分 離 するわけではなく、SMR への 適 用 に 対 しては 排 気 ガス 中の CO 2 濃 度 は 40~50%であり、 貯 留 用 の 純 粋 な CO 2 を 製 造 するためにはさらなる 改 質 を 必 要 とする。H 2 と CO 2 を 同 時 に 分 離 することは、Air Product Gemini プロセス 等 、PSA セクションを 追 加して、H 2 分 離 段 階 前 に CO 2 を 除 去 することによって 可 能 である(Sircar, 1979)。PSA プロセスは 周 期 的 な 吸 着 分 離 サイクルの 周 辺 に 設 置 される。サイクルは 2 つの 基 本 的 段 階からなる。 一 つは 吸 着 であり、 吸 着 率 の 高 い 物 質 が 選 択 的 に 供 給 ガスから 除 去 される。もう 一 つは 再 生 ( 脱 着 )であり、これらの 物 質 が 吸 着 剤 から 除 去 され、 吸 着 剤 は 次 のサイクルに 使 用 可 能となる。 吸 着 と 再 生 間 で 有 用 な 製 品 を 得 ることも 可 能 である。PSA プロセスの 主 な 特 徴 は、 減 圧及 び/ 又 は 吸 着 率 の 低 いガスでパージして 吸 着 床 を 浄 化 することである。 吸 着 と 再 生 以 外 では、 単一 の 商 業 的 PSA サイクルは、 並 流 ・ 逆 流 加 圧 、 圧 力 平 衡 及 び 並 流 ・ 逆 流 減 圧 等 、 多 くの 追 加 的 なステップから 構 成 される。PSA 技 術 の 詳 細 な 記 載 とその 現 実 的 な 適 用 法 は 別 の 文 献 で 参 照 できる(Ruthven et al., 1994)。3.5.2.10 化 学 溶 媒 プロセス化 学 溶 媒 プロセスは、 合 成 ガスから 約 1.5MPa 以 下 の 分 圧 で CO 2 を 除 去 するために 使 用 され(Astarita et al., 1983)、 燃 焼 後 回 収 で 使 用 される 方 法 と 類 似 している(セクション 3.3.2.1 参 照 )。溶 媒 は、 転 化 合 成 ガスから 減 圧 及 び 加 熱 による 可 逆 的 な 化 学 反 応 によって CO 2 を 除 去 する。 第 3アミン・メチルジエタノールアミン(MDEA、 表 3.2 参 照 )は、 他 の 溶 媒 と 比 較 して CO 2 高 負 荷 が可 能 であり、 再 生 加 熱 負 荷 が 低 いため、 近 代 的 工 業 プロセスで 広 範 に 使 用 されている。 熱 炭 酸 カルシウム(Benfield として 知 られるプロセスの 最 も 一 般 的 な 商 業 形 態 )が 15 年 ほど 前 までほとんどの H 2 プラントで CO 2 除 去 のために 使 用 されていた。表 3.2 燃 焼 前 回 収 プロセスにおいて 天 然 ガス 又 は 転 化 合 成 ガスから CO 2 を 除 去 するために 使 用 される 一 般 的 な 溶 媒- 121 -

3.5.2.11 物 理 溶 媒 プロセス物 理 溶 媒 ( 吸 収 )プロセスは、CO 2 高 分 圧 及 び/ 又 は 全 体 的 に 高 圧 である 多 くのガス 流 に 適 用 可能 である。 物 理 溶 媒 は 燃 焼 前 CO 2 回 収 プロセスにおいて、 石 炭 及 び 重 質 炭 化 水 素 の 部 分 酸 化 の 結果 等 、シフト 反 応 から 発 生 する CO 2 及 び H 2 の 混 合 流 から CO 2 を 除 去 するためにしばしば 用 いられる。有 力 な 物 理 溶 媒 プロセスを 表 3.2 に 示 す。 溶 媒 の 再 生 は、CO 2 が 溶 媒 から 放 出 する 圧 力 開 放 によって 1~2 段 階 で 行 われる。 更 に 再 生 が 必 要 な 場 合 は、 溶 媒 は 加 熱 によりストリッピングされる。プロセスには 溶 媒 を 加 圧 する( 液 体 ポンプ)エネルギーだけが 必 要 なため 低 エネルギー 消 費 である。高 硫 黄 化 石 燃 料 を 使 用 した 場 合 、 燃 焼 前 回 収 プロセスでは H 2 S を 含 む 合 成 ガスが 発 生 する。その 際 に 発 生 する 酸 性 ガス 成 分 は 除 去 されねばならない。CO 2 と H 2 S の 混 合 物 を 輸 送 し 貯 留 することが 可 能 であれば、 両 方 の 構 成 成 分 を 同 時 に 除 去 することができる。アミン 溶 媒 よりもはるかに高 い 酸 性 構 成 成 分 の 溶 解 性 を 出 すために、スルフィノルが 開 発 された。スルフィノルによって 過剰 な 腐 食 、フォーミング 又 は 溶 液 劣 化 という 問 題 を 避 けられる。スルフィノルは、スルフォレン(テトラヒドロチオフェン-1,1-ジオキシド)、アルカノールアミン 及 び 水 を、 目 的 によって 様 々な割 合 で 混 合 したものからなる。もし 純 粋 な CO 2 が 必 要 な 場 合 は、 物 理 溶 媒 を 使 用 した 選 択 的 なプロセスが 必 要 となり、Rectisol 又 は Selexol が 使 用 されることが 多 い。H 2 S は 硫 黄 回 収 プラントで処 理 できるように 十 分 に 高 濃 度 で( 一 般 的 に 50% 以 上 ) 分 離 されねばならない。3.5.2.12 その 他 の 汚 染 物 質 への 影 響燃 焼 前 回 収 には 改 質 、 部 分 酸 化 又 はガス 化 が 含 まれる。 改 質 触 媒 の 性 能 を 維 持 するために、 硫黄 (H 2 S)は 改 質 の 前 に 除 去 されねばならない。ガス 化 過 程 において、 硫 黄 は 合 成 ガスから 回 収でき、 液 体 又 は 固 体 燃 料 がガス 化 される 場 合 には、システム 内 に 存 在 する NH 3 、COS 及 び HCNも 同 様 に 除 去 する 必 要 がある。 一 般 的 にこれら 全 ての 汚 染 物 質 は 高 圧 燃 料 ガスから 燃 焼 前 に 除 去可 能 であり、 燃 焼 生 成 物 は 窒 素 及 び 余 剰 酸 素 で 希 釈 される。H 2 又 は H 2 含 有 燃 料 ガスの 燃 焼 においては、NO x が 形 成 されうる。 燃 焼 技 術 及 び H 2 の 比 率 によって、NO x の 形 成 率 は 異 なりうる。H 2 の 比 率 がおよそ 50~60%の 場 合 、NO x 形 成 は 天 然 ガスを 燃 料 とした 乾 燥 低 NO x システムと 同 レベルになる(Todd and Battisata, 2001)。CO 2 と 同 時 除 去 可 能 な H 2 S を 除 いて、 一 般 的 に 上 記 で 特 定 したその 他 の 汚 染 物 質 は、 特 に 液 体 ・固 体 燃 料 をガス 化 するシステムにおいては、 追 加 の 前 処 理 作 業 で 分 離 される。これらの 複 合 汚 染物 質 に 対 する 高 温 前 処 理 作 業 は 合 成 ガスの 冷 却 を 省 き、 全 体 的 なガス 化 プロセスの 循 環 効 率 を 改善 する 利 点 を 持 つが、この 分 離 プロセスは 商 業 的 に 実 証 されていない。「 汚 染 物 質 の 基 準 」として 規 定 されてはいないものの、 水 銀 (Hg)は 現 在 石 炭 発 電 システムから 排 出 される 汚 染 物 質 として 大 きな 関 心 を 集 めている。 排 煙 ガスからの Hg 回 収 と 比 較 して、ガス 化 システムでは、Hg は 合 成 ガスから 外 気 温 で 非 常 に 低 コストで 除 去 可 能 である(Klett et al.,2002)。3.5.3 新 既 技 術天 然 ガス 改 質 及 び 石 炭 ガス 化 の 両 方 とも、 収 着 増 進 (sorption-enhanced) 改 質 / 水 性 ガス 転 化 、- 122 -

膜 改 質 / 水 性 ガス 転 化 等 の 革 新 的 な 複 合 反 応 / 分 離 システムを 取 り 入 れている。 最 終 的 に、CO 2 回 収のために 酸 化 カルシウムによる 反 応 吸 着 を 利 用 する 技 術 がある。3.5.3.1 収 着 増 進 反 応収 着 増 進 反 応 (Sorption enhanced Reaction, SER)と 呼 ばれる 概 念 は 触 媒 と 選 択 的 吸 着 剤 の 混 合物 を 含 有 する 充 てん 層 を 使 用 し、 高 温 反 応 ゾーンから CO 2 を 除 去 し、 反 応 の 終 了 まで 導 く(Huftonet al., 1999)。 吸 着 剤 は 圧 力 スウィング 吸 着 法 、 又 は 温 度 スウィング 吸 着 システムと 蒸 気 再 生 を 用いて 定 期 的 に 再 生 される(Hufton et al., 2005)。ヒドロタルサイト(Hufton et al., 1999)やケイ 酸 (Nakagawa and Ohashi, 1998) 等 の 高 温 CO 2 吸着 剤 を 触 媒 と 混 合 して 蒸 気 メタン 改 質 反 応 ( 反 応 1) 又 は 水 性 ガスシフト 反 応 ( 反 応 3)のいずれかを 促 進 することができ、 純 粋 H 2 及 び 純 粋 CO 2 を 単 一 のプロセス・ユニット 内 で 生 成 する。 反 応生 成 物 から 継 続 的 に CO 2 を 吸 着 除 去 することによって 各 反 応 を 完 全 に 行 う 事 が 出 来 る。SER は 400~600C で H 2 を 製 造 でき、ガス・タービン 複 合 サイクル 発 電 システムに 燃 料 を 提 供する。 収 着 増 進 水 性 ガスシフト 反 応 器 を 使 った 空 気 吹 き ATR から 製 造 される 高 温 H 2 を 使 うGeneral Electric の 9FA ガス・タービンに 基 づく 設 計 研 究 によると、150 バールの 圧 力 下 で 99% 純 粋な CO 2 を 90% 回 収 する 理 論 的 送 電 端 効 率 は 48.3%であった(Hufton et al., 2005)。プロセスは 現 在パイロットプラント 段 階 である。3.5.3.2 CO 2 回 収 を 行 う H 2 製 造 膜 反 応 器1,000C までの 運 転 温 度 を 持 つ 無 機 膜 を 用 いれば、 高 温 及 び 高 圧 において H 2 反 応 と 分 離 を 単 一段 階 で 同 時 に 実 現 する 可 能 性 があり、それにより 従 来 の H 2 製 造 用 の 反 応 器 構 成 において 経 験 されてきた 平 衡 限 度 を 克 服 することができる。 膜 蒸 気 改 質 及 び/ 又 は 膜 水 性 ガス 転 化 で 分 離 と 反 応 を 組み 合 わせることによって、 反 応 (1) 及 び(3)でそれぞれ 起 こる 平 衡 反 応 から H 2 を 除 去 するので、改 質 及 び/ 又 はシフト 反 応 の 高 転 換 が 実 現 する。 改 質 反 応 は 吸 熱 反 応 であり、 本 技 術 によって、 一般 的 な 温 度 より 低 温 で( 一 般 的 に 500~600C) 完 了 させることができる。シフト 反 応 は 発 熱 反 応であり 高 温 (500~600C)で 完 了 できる。H 2 分 離 膜 を H 2 製 造 システムに 取 り 入 れる 別 の 理 由 は、CO 2 も 追 加 の 分 離 装 置 を 必 要 とせずに製 造 できることである。 膜 反 応 器 は H 2 分 離 ( 浸 透 )を 行 う 1 段 階 の 改 質 、 又 は1 段 の 中 間 水 性 ガスシフト 反 応 を 可 能 にし、 残 る 未 透 過 ガスは 大 部 分 が CO 2 でありその 他 少 量 の 未 回 収 H 2 及 び 蒸気 からなる。この CO 2 は 反 応 システムにおいて 比 較 的 高 圧 を 維 持 する( 図 3.17 参 照 )。 蒸 気 の 圧縮 により 濃 縮 CO 2 流 は 高 圧 で 維 持 され、 輸 送 及 び 貯 留 用 の 圧 縮 エネルギーを 削 減 する。 膜 改 質 は増 加 した H 2 分 圧 の 膜 両 側 の 差 異 が 増 加 するため、 高 圧 操 作 の 利 点 を 利 用 し H 2 浸 透 の 駆 動 力 となる。 従 って、 燃 料 ガスに 対 して 低 圧 H 2 が、 又 輸 送 と 貯 留 に 関 して 高 圧 CO 2 が 必 要 となる 燃 焼 前脱 炭 素 化 において、 膜 反 応 も 優 良 なオプションとして 考 えることができる。ガス・タービン 複 合 発電 における 膜 改 質 反 応 器 では、 高 圧 で H 2 を 製 造 し、H 2 圧 縮 のための 多 大 な 電 力 を 回 避 しなければならない。これは 膜 反 応 器 の 操 作 圧 を 増 加 すること、 又 は 蒸 気 等 のスイープ・ガスを 膜 の 浸 透 側で 使 用 することによって 成 し 遂 げうる(Jordal et al., 2003)。- 123 -

図 3.17 膜 反 応 器 の 作 動 原 理これらの 膜 反 応 器 概 念 には、 高 温 、 高 圧 環 境 で 稼 動 できる H 2 選 択 膜 が 必 要 となる。 文 献 では、このような 能 力 を 持 つ 多 くの 膜 タイプが 報 告 されている( 表 3.3)。 表 面 拡 散 分 離 に 基 づく 微 多 孔無 機 膜 はかなり 低 い 分 離 係 数 を 示 す( 例 えば、H 2 /CO 2 分 離 係 数 15)。しかしながら、 現 在 商 業 的に 利 用 可 能 なガンマ・アルミナ 及 びシリカ 微 多 孔 膜 の 分 離 能 力 (40 までの 高 い 分 離 係 数 を 持 つ)は 膜 孔 の 大 きさの 安 定 性 に 依 存 し、 膜 孔 の 大 きさは 供 給 流 内 の 蒸 気 の 存 在 から 悪 影 響 を 受 ける。無 機 灰 チタン 石 酸 化 物 ベースの 緻 密 セラミック 膜 (プロトン 伝 導 とも 呼 ばれる)は、 実 用 的 な H 2流 量 を 達 成 するために 800C 以 上 の 高 温 を 必 要 とする。パラジウムベースの 緻 密 膜 も 後 述 の 2 反応 の 適 温 である 300~600C という 範 囲 内 で、 他 のガスに 較 べて H 2 の 選 択 性 と 浸 透 性 が 高 いことで 知 られている。パラジウム 合 金 チューブは 数 十 年 にわたって 利 用 可 能 であったが、 構 造 的 安 定性 のために 必 要 な 膜 厚 とそれに 伴 う 低 H 2 流 量 により、CCS に 適 用 するにはパラジウム 合 金 は 高額 すぎる。 目 標 とするアプリケーションに 適 切 とするには、H 2 分 離 膜 は 適 切 な 選 択 性 と 流 量 を 保つ 必 要 があり、 蒸 気 及 び 硫 化 水 素 を 含 む、 還 元 性 の 石 炭 ガス 又 は 燃 料 改 質 雰 囲 気 に 対 して 安 定 でなければならない。表 3.3H 2 分 離 のための 膜 材 料 、 作 動 条 件 及 び 特 性多 くの 膜 反 応 器 の 開 発 が、CO 2 回 収 を 行 う H 2 製 造 用 に 報 告 されている。パラジウム 合 金 膜 に 基づくメタン 蒸 気 改 質 膜 反 応 器 を 評 価 した 団 体 も 複 数 ある(Middleton et al., 2002, Damle and Dorchak,- 124 -

2001)。これらの 評 価 は、 膜 反 応 器 は 90%の CO 2 回 収 を 実 現 し、 現 段 階 では 予 想 コストは 従 来 のシステムとほとんど 変 わらないことを 示 した。しかし、コスト 削 減 は 膜 の 材 料 費 を 削 減 すること、又 は 浸 透 性 を 増 加 することのいずれかで 達 成 可 能 である。シフト 転 換 用 の 膜 反 応 器 に 対 する 同 様の 評 価 、 及 びガス 化 による 大 量 供 給 から 製 造 される 合 成 ガスから CO 2 を 分 離 する 膜 反 応 器 に 対 する 同 様 の 評 価 も 報 告 されている(Bracht et al., 1997; Middleton 2002; Lowe et al., 2003)。 上 記 のガス化 システムでは、 膜 反 応 器 は CO 2 回 収 コストを 削 減 し、 膜 反 応 器 が 耐 硫 黄 であるならコスト 削 減はさらに 大 きくなりうる。3.5.3.3 マイクロチャネル 改 質 器微 小 反 応 器 技 術 を 用 いて、マルチチャネル・プレートフィン 熱 交 換 器 (ステンレス 鋼 又 は 高 ニッケル 合 金 で 真 空 ろう 付 け、 又 は 拡 散 接 合 によって 製 造 されている)を 利 用 した SMR、 又 は 低 温 空気 に 基 づく POX システムを 作 ることができる。SMR 反 応 器 はフィンを 持 つ 交 互 式 の 流 路 からなり、フィンは 触 媒 又 は 多 孔 質 触 媒 はめこみで 覆われている。 熱 は、 前 もって 空 気 を 混 合 した 燃 料 ガスの 触 媒 燃 焼 によって 発 生 し、 伝 導 によって蒸 気 / H 2 混 合 物 が 存 在 する 隣 接 した 流 路 へ 伝 わり 改 質 反 応 が 起 こる(Babovic et al., 2001)。 非 常 に小 型 な 高 効 率 システムが 作 られる。これらのユニットは 現 在 多 くの 団 体 によって 燃 料 電 池 用 の 小規 模 H 2 製 造 用 に 開 発 中 であるものの、 大 規 模 H 2 プラントにおいても 有 望 視 されている。3.5.3.4 H 2 及 び 炭 素 への 転 換メタンのサーマル・クラッキング( 熱 分 解 )では、メタンが 炭 素 及 び H 2 に 分 解 する。メタン 熱 分 解CH 4 → C+2H 2 (4)本 プロセスの 主 な 利 点 は 直 接 発 電 に 使 用 しうる( 炭 素 酸 化 物 を 含 まない)クリーン・ガスを 生 成する 可 能 性 が 高 いということであるが、 欠 点 は 炭 素 の 酸 化 による 化 学 的 エネルギーが 得 られないことである。 分 解 反 応 は、 吸 熱 反 応 であるので 熱 を 反 応 に 提 供 しなければならない。 天 然 ガスが完 全 に 転 換 されると、 理 論 的 な H 2 生 成 量 は 天 然 ガスの 発 熱 量 の 60%に 相 当 する。 回 収 可 能 な 炭素 量 は 発 熱 量 の 49%に 相 当 し、9%の 追 加 エネルギーがこの 計 算 では 上 記 (4)の 反 応 で 示 す 吸 熱に 提 供 される。 従 って 完 全 な 転 換 は 熱 が 外 部 資 源 から 供 給 されるときにのみ 達 成 されることになる。メタンの 完 全 転 換 が 行 われないと、 残 存 メタンは 燃 焼 し 発 熱 する。この 原 理 に 基 づく 反 応 器に 対 し、 熱 触 媒 、 非 熱 触 媒 及 びプラズマ 分 解 等 の 様 々な 方 法 が 現 在 開 発 中 である。プラズマ 分 解 プロセスでは、 天 然 ガス 又 はその 他 炭 化 水 素 をプラズマ 反 応 器 に 投 入 し、 炭 化 水素 を 熱 分 解 条 件 下 (つまり、 蒸 気 等 の 酸 化 物 が 存 在 せず、CO 又 は CO 2 を 形 成 するための 酸 素 が供 給 できない 条 件 )で 分 解 する。プラズマ・アークには 電 力 が 使 用 され、 分 解 反 応 に 熱 を 提 供 する。本 プロセスの 利 点 は 燃 料 に 関 し 柔 軟 であるということと、 高 品 質 のカーボン・ブラックが 製 造 できることである。2 つの H 2 / 合 成 ガス 製 造 用 の 小 規 模 プラズマ 分 解 プロセスが 開 発 されてきた。GlidArc プロセスが、Canadian Synergy Technologies Corporation によって 開 発 された。もう 1 つのプロセスは Kvaerner CB&H プロセスである。Kvaerner はパイロットプラントの 結 果 として 1 時 間 あたり 1000Nm 3 の H 2 を 製 造 し、 天 然 ガス 及 び 芳 香 油 を 利 用 してそれぞれ 270kg 又 は 500kg のカーボン・ブラックを 製 造 したと 報 告 している(IEA GHG, 2001)。- 125 -

3.5.3.5 酸 化 カルシウムに 基 づく 技 術高 温 ・ 高 圧 において、CaO の 炭 酸 化 作 用 を 利 用 した 様 々な 燃 焼 前 システムが 存 在 する( 燃 料 ( 固体 の 場 合 )のガス 化 、シフト 反 応 、 原 位 置 での CaO を 用 いた CO 2 除 去 )。これらは 全 て 下 記 の 反応 を 目 的 としている。酸 化 カルシウムの 炭 酸 化 作 用CaO + C + 2H 2 O → CaCO 3 + 2H 2 (5)別 の 反 応 器 で 吸 着 剤 の 再 生 を 行 うと、CaCO 3 の 焼 成 により 純 粋 な CO 2 が 生 成 される。この 一 般的 な 反 応 スキームの 下 、ガス 化 、 炭 酸 化 - 焼 成 、H 2 利 用 経 路 及 び CO 2 の 貯 留 オプションに 採 用 される 技 術 によって、 様 々なシステムが 開 発 可 能 である。 上 記 コンセプトは 最 初 に 米 国 の Los AlamosNational Laboratory で 提 唱 され、 現 在 Zero Emission Coal Alliance(ZECA)プロセスで 開 発 されている。 全 体 のシステムには 水 素 ガス 化 反 応 器 、 固 体 酸 化 物 燃 料 電 池 及 び 炭 酸 塩 鉱 物 化 技 術 が 含 まれている(Lackner et al., 2001)。しかしながら、 燃 料 電 池 はさらなる 開 発 が 必 要 であり、 炭 酸 塩 鉱物 化 は 研 究 室 での 調 査 段 階 である( 炭 酸 塩 鉱 物 化 に 関 する 議 論 はセクション 7.2 を 参 照 )。HyPrRing プロセス(Lin et al., 2002)は 日 本 の 石 炭 総 合 利 用 センター(Center for Coal Utilizationof Japan)で 開 発 中 である。HyPrRing プロセスはガス 化 、 改 質 及 び 原 位 置 での CO 2 回 収 を 単 一 の反 応 器 で 12MPa 以 上 の 圧 力 及 び 650C 以 上 の 温 度 下 で 統 合 したものである。 天 然 ガスを 利 用 するノルウェーのプロジェクト 及 び 褐 炭 を 利 用 するドイツのプロジェクト(Bandi et al., 2002)でもCaO を 用 いて CO 2 を 回 収 するシステムを 開 発 中 である。 最 後 に、General Electric(Rizeq et al., 2002)は、 高 温 吸 着 剤 によりガス 化 反 応 器 内 で CO 2 を 回 収 し、 別 の 反 応 器 内 で 酸 素 キャリアとともに 燃料 の 一 部 を 燃 焼 することにより 焼 成 する、 革 新 的 なシステムを 開 発 中 である。上 記 全 てのシステムは 開 発 の 初 期 段 階 である。 詳 細 なプロセスのシミュレーションによって、吸 着 剤 再 生 に 使 用 されるほとんどのエネルギーが 効 率 的 に 反 応 (5)で 生 成 する H 2 に 移 動 するため、 潜 在 的 に 効 率 が 高 いことが 示 される。 上 記 システムは、 非 常 に 大 規 模 な 発 電 及 び/ 又 は H 2 の製 造 、 及 び( 能 力 を 失 った 吸 着 剤 の CaO からの)セメント 製 造 を 目 的 としている。しかしながら、個 々のユニットや 現 実 的 な 全 体 的 性 能 に 関 し 多 くの 不 確 実 性 が 残 る。 主 な 問 題 は、 純 粋 な CO 2 流を 生 成 するための 高 温 (900C 以 上 )での 吸 着 剤 の 再 生 であろう。 別 の 問 題 としては、シフト 反応 用 の 触 媒 を 使 用 せずに、 十 分 に H 2 へ 転 換 するための 作 動 条 件 である。3.5.4 実 現 可 能 技 術燃 焼 前 回 収 システムの 性 能 とコストは、システムを 完 成 させるための 技 術 の 利 用 可 能 性 と 関 連する。 本 セクションでは、 脱 炭 素 燃 料 及 びガス・タービンから 熱 を 製 造 するため、 及 び 発 電 用 燃 料電 池 を 製 造 するための 工 業 システムの 利 用 可 能 性 を 検 討 する。3.5.4.1 工 業 システム 内 での 脱 炭 素 化 燃 料 の 使 用H 2 を 従 来 の 加 熱 炉 及 びボイラーで 燃 料 として 使 用 することは 実 績 があると 考 えられ、 実 際 にいくつかの 工 業 用 地 で 実 践 されている。このタイプでは 資 本 設 備 が 非 常 に 多 く 存 在 するため、H 2 を燃 料 として 使 用 することは 炭 素 抑 制 社 会 において 価 値 のある 技 術 的 オプションとして 考 慮 しうる。既 存 の 製 油 所 を H 2 燃 料 を 使 用 するように 転 換 する 費 用 に 着 目 した 研 究 も 存 在 する(IEA GHG,- 126 -

2000c)。3.5.4.2 ガス・タービン・システムにおける 脱 炭 素 化 燃 料 の 使 用H 2 を 多 く 含 む 燃 料 ガスをガス・タービンで 燃 焼 させる 商 業 的 事 例 は 広 範 囲 にわたる。 例 えば、General Electric は 高 H 2 (52-95 vol%) 含 有 燃 料 ガスをガス・タービンで 450,000 時 間 以 上 操 業 した経 験 を 報 告 している(Shilling and Jones, 2003)。 残 念 ながら、この 経 験 ほとんどはメタンが 燃 料 ガスの 残 りの 主 成 分 である「 精 製 ガス」を 用 いたものであり、 旧 式 の 低 燃 焼 温 度 ガス・タービンで 使用 されたており、 一 般 的 に 大 規 模 脱 炭 素 化 発 電 所 として 考 えられる 最 先 端 の 1,300C 以 上 のガス・タービンでの 稼 動 ではない。Norsk Hydro 及 び General Electric は 共 同 で H 2 を 豊 富 に 含 むガスを 燃 焼 し、 燃 焼 出 口 温 度 が1,400C 以 上 となる 近 代 的 ガス・タービン 大 規 模 燃 焼 システムの 試 験 を 行 った(Todd and Battista,2001)。その 結 果 、 低 NO x 排 出 量 を 持 つ 良 好 な 燃 焼 条 件 、 及 び 54-77vol%の H 2 とほとんどが 窒 素である 追 加 のガスの 混 合 で、 許 容 できる 高 温 金 属 温 度 を 示 した。H 2 を 窒 素 又 は 蒸 気 で 希 釈 することによって NO x の 排 出 量 が 減 少 する。天 然 ガスからの CO 2 の 燃 焼 前 回 収 では、 空 気 吹 きガス 化 又 は 自 己 熱 改 質 が 一 般 的 に 好 まれる(IEA GHG, 2000b; Wilkinson and Clarke, 2002)。 近 代 的 なガス・タービンの 火 力 に 必 要 な H 2 の 窒 素による 希 釈 は、ガス 化 空 気 から 得 られる。 高 圧 空 気 は 一 般 的 にガス・タービンから 抽 出 され、 空 気吹 きガス 化 装 置 に 供 給 されるか、 又 はコスト 削 減 及 び 別 の 空 気 圧 縮 器 を 不 要 とするために 自 己 熱改 質 器 へ 供 給 される。ガス・タービンから 持 ち 込 まれた 空 気 量 と 別 の 空 気 圧 縮 器 から 供 給 された 量のバランスは、 使 用 されるガス・タービン 特 性 によって 決 まる。 圧 縮 器 流 への 膨 張 率 が 高 いガス・タービンもあり、 大 量 の 希 釈 ガス 又 は 少 量 の 空 気 側 引 き 込 み 流 をもたらし、 高 発 電 出 力 を 実 現 する。石 炭 からの 燃 焼 前 CO 2 回 収 は、 酸 素 吹 きガス 化 が 一 般 的 に 好 ましい(IEA GHG, 2003)。 近 代 的なガス・タービンにおける 火 力 に 必 要 な 酸 素 の 窒 素 による 希 釈 は、 低 温 空 気 分 離 ユニット( 酸 素 生産 に 使 用 される。セクション 3.4.5.1 参 照 )から 得 られる。 装 置 規 模 とコストを 削 減 するため、 窒素 はガス 化 、CO 転 化 及 び CO 2 回 収 後 H 2 に 追 加 される。 高 圧 空 気 はガス・タービンから 抽 出 され、通 常 より 高 圧 の 低 温 空 気 分 離 ユニットへ 提 供 されて、コストと 空 気 ・ 酸 素 ・ 窒 素 圧 縮 電 力 を 削 減 する。 酸 素 製 造 のため 新 しいイオン 輸 送 膜 を 組 み 込 んだ 別 の IGCC スキームについては、 下 記 セクション 3.5.4.3 でも 記 載 する。3.5.4.3 酸 素 膜 を 使 用 した 合 成 ガス 製 造石 炭 火 力 IGCC プロセスに 必 要 な 酸 素 (セクション 3.5.2.6)は、 酸 素 輸 送 膜 システムにおいて加 熱 ・ 高 圧 空 気 を 使 って 製 造 可 能 である。この 加 熱 ・ 高 圧 蒸 気 は、ガス・タービンの 圧 縮 セクションからの 排 気 ( 一 般 的 に 1.6MPa 又 は 420C である)を 加 熱 し(Allam et al., 2002)、 酸 素 輸 送 膜 モジュールの 正 確 な 吸 入 温 度 である 700C 以 上 まで 加 熱 することによって 生 成 される。 酸 素 は 低 圧 側に 浸 透 後 、 熱 回 収 セクションを 通 過 し、 最 終 使 用 圧 力 まで 圧 縮 される。 酸 素 輸 送 膜 モジュールから 放 出 される O 2 欠 乏 空 気 は 次 にガス・タービン 燃 焼 室 に 入 り、そこで 必 要 な 温 度 でガス・タービン拡 張 器 に 入 る 前 に 燃 料 燃 焼 に 使 用 される。ガス・タービン 内 でタービン 吸 入 温 度 を 制 限 するために余 剰 空 気 が 必 要 なため、 酸 素 1 モルの 除 去 は 同 等 の 熱 容 量 の 蒸 気 の 注 入 してガス・タービンの 電 力出 力 を 維 持 することによって 相 殺 可 能 である。 石 炭 を 燃 料 とする IGCC において、 酸 素 輸 送 膜 と- 127 -

低 温 酸 素 製 造 法 を 比 較 した 研 究 がある(Armstrong et al., 2002)。 酸 素 プラントの 予 想 コストは 35%減 少 し、 電 力 消 費 は 37% 減 少 した。このサイクルに 対 し CO 2 回 収 と 圧 縮 を 行 わない 場 合 の LHV効 率 は 41.8%であると 報 告 されているが、 従 来 の 低 温 酸 素 プラントを 使 用 した 場 合 は 40.9%のLHV 効 率 である。天 然 ガスの 自 己 熱 改 質 又 は 部 分 酸 化 の 場 合 は、 酸 素 透 過 膜 の 浸 透 側 が 改 質 触 媒 の 存 在 下 で 天 然ガスと 蒸 気 にさらされると、 酸 素 は 膜 を 出 るときに 発 熱 反 応 を 起 こし(Dyer et al., 2001; Carolan etal., 2001)、 吸 熱 反 応 である 蒸 気 / 天 然 ガス 改 質 反 応 に 熱 を 提 供 する。これらの 高 還 元 、 高 温 条 件 下での 酸 素 分 圧 は 極 端 に 低 いため、 膜 の 供 給 側 においては 大 気 圧 力 下 に 近 い 環 境 で 加 熱 された 空 気を 使 用 できる 一 方 で、 浸 透 側 では 高 圧 の H 2 ・CO 混 合 物 を 製 造 する。 本 システムは CO シフト 反応 及 び CO 2 除 去 に 続 いて H 2 を 製 造 するために 使 用 できる。3.5.4.4 ケミカル・ループ・ガス 化 / 改 質3.4.6 で 記 載 したケミカル・ループ 概 念 は、 燃 料 を 改 質 して H 2 及 び CO を 製 造 するために 考 慮 されている(Zafar et al., 2005)。 金 属 酸 化 物 の 還 元 反 応 によって 発 生 する 酸 素 の 量 が 化 学 量 論 以 下 の場 合 は、 燃 料 との 化 学 反 応 によって H 2 及 び CO が 発 生 する。 本 反 応 生 成 物 は 結 果 的 に 蒸 気 とシフト 反 応 し、CO 2 、さらに H 2 を 生 じる。3.5.4.5 燃 料 電 池 における 脱 炭 素 化 燃 料 の 使 用燃 料 電 池 は、 転 換 プロセスが 熱 によって 制 御 されず、カルノーサイクルの 制 限 を 受 けないため、高 効 率 発 電 を 可 能 とする(Blomen and Mugerwa, 1993)。 一 般 的 に 燃 料 電 池 は、 気 体 燃 料 を 直 接 電力 にする 電 気 化 学 的 酸 化 を 特 徴 とし、 空 気 と 燃 料 の 混 合 を 回 避 し、 従 って 酸 化 生 成 物 が 窒 素 及 び余 剰 酸 素 で 希 釈 されることもない(Campanari, 2002)。 結 果 として、 燃 料 電 池 の 陽 極 出 力 はすでに非 常 に 高 い CO 2 含 有 量 であり、CO 2 回 収 サブシステムを 簡 略 化 する。 一 般 的 に 燃 料 は 天 然 ガスであるが、 石 炭 ガス 化 システムを 統 合 できる 概 念 もある。システムの 概 念 は 主 に 2 グループに 分 類できる(Goettlicher, 1999)。 燃 料 電 池 前 CO 2 回 収 燃 料 電 池 後 CO 2 回 収燃 料 電 池 前 CO 2 回 収 システム( 図 3.18a 参 照 )では、 燃 料 は 蒸 気 改 質 又 は 石 炭 ガス 化 を 用 いてまず H 2 に 転 換 され、 次 に 水 性 ガスシフト( 転 化 )が 起 こる。 本 システム 手 法 は 当 初 低 温 、 高 温 両方 の 燃 料 電 池 に 提 唱 された。- 128 -

図 3.18a 燃 料 電 池 前 CO 2 回 収 を 行 う 燃 料 電 池 システム。 炭 素 含 有 燃 料 はまず 完 全 に H 2 と CO 2 の 混 合物 に 転 換 される。 次 に H 2 と CO 2 は 分 離 され H 2 を 豊 富 に 含 む 燃 料 が 燃 料 電 池 内 で 発 電 のために 酸 化 される。CO 2 流 は 乾 燥 され 輸 送 及 び 貯 留 用 に 圧 縮 される。図 3.18b 燃 料 電 池 後 CO 2 回 収 を 行 う 燃 料 電 池 システム。 炭 素 含 有 燃 料 はまず 合 成 ガスに 転 換 される。合 成 ガスは 発 電 のため 燃 料 電 池 内 で 酸 化 される。 燃 料 電 池 の 出 口 で CO 2 は 排 煙 ガスから 分 離 され、 輸送 ・ 貯 留 のために 乾 燥 ・ 圧 縮 される。燃 料 電 池 後 回 収 システム( 図 3.18b 参 照 )は、 高 温 燃 料 システムに 対 して 提 唱 される(Dijkstra andJansen, 2003)。 本 システムは、 高 温 燃 料 電 池 の 内 部 改 質 能 力 を 利 用 し、 陽 極 側 に 高 く CO 2 含 有 ガスが 発 生 するが、H 2 O 及 び 未 転 換 CO 及 び H 2 を 含 む。 水 は 容 易 に 従 来 技 術 ( 冷 却 、ノックアウト、追 加 乾 燥 )によって 除 去 できる。SOFC 陽 極 からの H 2 と CO を、 空 気 で 酸 化 すると、 陽 極 の 排 気流 は 窒 素 で 非 常 に 希 釈 されることになる。Haines(1999)は SOFC の 後 に 酸 素 輸 送 膜 反 応 器 を 配 置 した。 陽 極 排 気 流 は 膜 の 片 側 に 供 給 され、 陰 極 の 排 気 ガスは 膜 の 反 対 側 に 供 給 される。 膜 は 酸 素 に 選 択 的 であり、 酸 素 は 陽 極 排 気 流 から 陰 極 排 気 に 浸 透 する。 膜 ユニット 内 では、H 2 及 び CO が 酸 化 される。 膜 ユニット 未 透 過 物 はCO 2 及 び 水 の 混 合 物 となる。 最 近 では、 水 性 ガスシフト 膜 反 応 器 を 使 用 する 概 念 が 提 唱 されている(Jansen and Dijkstra, 2003)。3.5.5 現 状 と 見 通 し本 セクションでは、 共 通 の 目 的 を 持 つ 広 範 なプロセスと 燃 料 転 換 経 路 を 検 証 する。 共 通 の 目 的とは、 炭 素 質 燃 料 を、 元 から 含 有 していた 炭 素 をほとんど、あるいは 全 く 含 まない 燃 料 に 転 換 す- 129 -

ることによってよりクリーンな 燃 料 を 生 成 することである。 本 手 法 は 必 然 的 に 転 換 プロセスのいずれかの 時 点 で CO 2 の 分 離 に 関 わる。 結 果 として、H 2 を 多 く 含 む 燃 料 は、H 2 消 費 プロセスに 供給 され、 燃 料 電 池 で 酸 化 、 又 は 発 電 のためにガス・タービンの 燃 焼 室 で 燃 焼 される。 高 圧 で 稼 動 するシステムでは、 燃 料 経 路 後 に 低 圧 で 稼 動 する 同 様 のシステムと 比 較 してエネルギー 転 換 効 率 は高 くなる 傾 向 があるが、この 効 率 改 善 にはプロセスプラントにおける 高 度 な 複 雑 性 と 設 備 投 資 という 代 償 が 必 要 なことも 多 い(セクション 3.7 参 照 )。原 則 として、 全 ての 燃 焼 前 システムは 転 換 経 路 がかなり 類 似 しており、 気 体 ・ 液 体 ・ 固 体 燃 料 から 最 初 に 合 成 ガスを 製 造 するために 用 いた 方 法 や、その 結 果 起 きるプラントへの 供 給 燃 料 から 発生 する 不 純 物 を 除 去 する 必 要 性 から 差 異 が 生 じる。 一 度 生 産 されると、 合 成 ガスはまず 浄 化 され次 に 蒸 気 と 反 応 してさらに H 2 及 び CO 2 を 生 じる。この 2 つの 気 体 は 既 知 の 商 業 的 吸 収 ‐ 吸 着 方法 を 用 いて 分 離 でき、 貯 留 に 適 した CO 2 を 生 成 する。また、CO 2 分 離 と 反 応 段 階 のいくつか、 例えば 天 然 ガスの 蒸 気 改 質 や 水 性 ガスシフト 反 応 段 階 とを 結 びつける 新 システムの 開 発 に 向 けて、集 中 した 研 究 開 発 (R&D)の 取 組 が 世 界 的 に 行 われているが、これらの 新 たな 概 念 (セクション3.5.3 参 照 )が 低 CO 2 回 収 コストを 実 現 するかについては 未 だ 明 らかではない。発 電 システムにおいて、 天 然 ガス 複 合 発 電 における 燃 焼 前 CO 2 回 収 はまだ 実 証 されていない。しかしながら、 研 究 によれば、 現 在 の 最 先 端 ガス・タービン 複 合 発 電 に 基 づいた 場 合 、 燃 焼 前 回 収は LHV 効 率 が 56%から 48%に 減 少 する(IEA, 2000b)。 天 然 ガス 複 合 発 電 において、 効 率 改 善 のために 最 も 重 要 な 分 野 はガス・タービンであり、2020 年 までには 天 然 ガス 複 合 発 電 の 効 率 は65%LHV まで 高 くなると 期 待 されている(IEA GHG, 2000d)。 上 記 システムにとって、CO 2 回 収 を行 う 場 合 の 効 率 は 56%LHV であり、 現 在 の CO 2 回 収 を 行 わないプラントに 対 する 最 先 端 の 効 率と 等 しい。ガス 化 複 合 発 電 (IGCC)は 大 規 模 であり、 重 油 残 さ 及 び 石 炭 や 石 油 コークス 等 の 固 体 燃 料 を 使用 して 実 行 可 能 な 発 電 システムとして 商 用 化 に 近 い。 初 期 の 石 炭 火 力 IGCC 技 術 は 最 大 ユニットが 331MW e であるが、 将 来 的 に 改 善 が 期 待 される。 最 近 の 研 究 では 2020 年 までに 瀝 青 炭 に 対 する 改 良 が 実 現 し、CO 2 回 収 のためのエネルギー 及 び 電 力 ペナルティー・コストの 両 方 を、 回 収 を 行わない 同 一 の 基 準 発 電 所 に 較 べて 13% 削 減 できると 述 べている。そのようなシステムでは、 回 収を 行 う 発 電 効 率 は CO 2 回 収 を 行 わない 今 日 の 実 現 可 能 な 最 善 効 率 と 等 しくなりうる(つまり、43%LHV; IEA GHG, 2003)。 注 目 すべきは、(IGCC での 必 要 性 以 外 の 多 くの 市 場 要 因 により 開 発 が進 められている) 空 気 分 離 目 的 のイオン 輸 送 膜 技 術 を 除 けば、 現 在 考 慮 されている 全 ての 改 良 技術 は、 飛 躍 的 な 発 明 ではないことだ。つまり、すでに 商 業 的 に 確 立 した 構 成 要 素 の 適 度 な 継 続 改良 や、IGCC 技 術 の 商 業 的 実 例 が 増 加 する 当 然 の 結 果 として 起 こる 改 良 等 である。燃 料 電 池 は 全 てのタイプが 現 在 開 発 段 階 にある。 最 初 の 実 証 システムは 現 在 試 験 中 であり、 最大 ユニットは 1MW 規 模 である。しかしながら、これらのユニットの 商 業 化 が 可 能 になるまで、少 なくともあと 5 年 から 10 年 はかかる。 長 期 的 に 見 ると、これらの 高 効 率 燃 料 電 池 システムは 発電 の 競 争 力 を 持 つと 見 込 まれる。CO 2 回 収 をこれらのシステムに 組 み 込 むことは 比 較 的 簡 単 であり、 従 って 燃 料 電 池 発 電 システムは 効 率 と 回 収 コストという 点 で CO 2 回 収 ペナルティーを 削 減 する 見 通 しを 持 つ。 例 えば、CO 2 回 収 を 行 わない 高 温 燃 料 電 池 システムの 効 率 は 67%を 越 えると 計算 され、CO 2 回 収 がシステムに 組 み 込 まれる 場 合 には 7%の 効 率 低 下 が 予 想 されている(Jansen andDijkstra, 2003)。しかしながら、 燃 料 電 池 システムはかなり 小 規 模 なため CO 2 輸 送 コストが 妥 当 な- 130 -

水 準 に 達 しない(IEA GHG, 2002a)。 一 方 、 全 体 の 容 量 が 100MW e に 達 するまで 集 まれば、CO 2輸 送 コストは 許 容 レベルまで 下 がっている。多 くの 研 究 において、CO 2 回 収 を 行 わない 同 種 の 基 本 技 術 と 比 較 した CO 2 回 収 のための 費 用 増分 を 一 番 低 く 抑 えられるのは 燃 焼 前 回 収 システムであることが 確 認 されている(セクション 3.7)が、 実 際 には、 炭 素 排 出 ゼロの 製 品 又 はサービスの 絶 対 的 なコストがその 実 現 の 鍵 となる。 燃 焼前 システムはまた、ますます 炭 素 が 制 約 される 社 会 において、 電 力 、H 2 及 び 低 炭 素 含 有 燃 料 又 は化 学 的 原 料 油 の 適 切 な 混 合 物 を 大 規 模 に 高 熱 効 率 で 作 り 出 す 能 力 があるため、その 戦 略 的 重 要 性は 高 い。3.6 回 収 システムの 環 境 ・モニタリング・リスク・ 法 的 側 面本 章 の 前 のセクションでは CO 2 回 収 の 各 主 要 技 術 及 びシステムについて 注 目 した。ここでは 上記 システムすべてに 共 通 する CO 2 回 収 技 術 の 使 用 と CO 2 の 処 理 に 関 連 する 主 要 な 環 境 、 規 制 及 びリスク 問 題 について 要 約 する。その 後 の CO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 に 関 連 する 問 題 については 第 4 章 から 第 7 章 にかけて 論 じる。3.6.1 CO 2 回 収 システムの 排 出 量 及 び 資 源 利 用 の 影 響3.6.1.1 回 収 システムからの 排 出 に 関 する 概 要CO 2 回 収 を 行 うプラントは 高 濃 度 の CO 2 を 貯 留 用 に 生 成 し、ほとんどの 事 例 では 大 気 中 に 排 出される 排 煙 ガスや 排 気 ガス、 液 体 の 廃 棄 物 も 生 成 しうる。 固 体 廃 棄 物 が 生 成 される 事 例 もある。回 収 された CO 2 は 不 純 物 を 含 有 し、その 不 純 物 が CO 2 輸 送 及 び 貯 留 システムに 現 実 的 な 影 響 を与 える 可 能 性 があり、 同 様 に 衛 生 、 安 全 及 び 環 境 に 影 響 を 与 える 可 能 性 もある。 不 純 物 の 種 類 と濃 度 は 表 3.4 に 示 すように、 回 収 プロセスの 種 類 や 詳 細 なプラント 設 計 によって 異 なる。CO 2 内の 主 な 不 純 物 は 既 知 であるが、 重 金 属 等 の 供 給 ガス 内 の 微 量 不 純 物 の 行 方 に 関 しては 公 開 情 報 はほとんどない。 物 質 が CO 2 と 共 に 回 収 されると、その 物 質 の 大 気 への 純 排 出 量 は 減 少 するが、CO 2内 の 不 純 物 は 貯 留 場 所 での 環 境 影 響 となりうる。表 3.4 乾 燥 CO 2 中 の 不 純 物 濃 度 、 容 量 %( 出 典 :IEA GHG, 2003; IEA GHG, 2004; IEA GHG, 2005)d. 酸 素 燃 焼 の SO 2 濃 度 と 燃 焼 前 回 収 の 最 大 H 2 S 濃 度 はこれらの 不 純 物 が 回 収 コストを 削 減 するために 意 図 的 に CO 2 中 に 残 された 場 合 の 濃 度 である(セクション 3.6.1.1 参 照 )。 表 に 示 す 濃 度 は 0.86%の 硫 黄 を 含 む 石 炭 の 使 用 に 基 づく。 濃 度 は 燃 焼 の 硫 黄 含 有 物 に 正 比 例 する。e. 酸 素 燃 焼 の 事 例 には 窒 素 (N 2 )、Ar(アルゴン)、 酸 素 (O 2 )、 及 び 窒 素 酸 化 物 (NO x )の 一 部 を 除去 する CO 2 の 低 温 精 製 も 含 む。f. 全 ての 技 術 では、 高 額 な 回 収 コストをかければ 表 に 示 す 不 純 物 濃 度 を 低 くすることができる。- 131 -

ほとんどの 回 収 プロセスから 発 生 する CO 2 は 水 分 を 含 むが、 輸 送 中 に 腐 食 や 水 和 物 形 成 を 防 ぐために 除 去 されねばならない。これは 従 来 のプロセスを 用 いて 可 能 であり、そのコストは CO 2 回収 プラントの 公 表 コストに 含 まれる。燃 焼 後 溶 媒 洗 浄 プロセスからの CO 2 は、 一 般 的 に 低 濃 度 の 不 純 物 を 含 む。 多 くの 既 存 燃 焼 後 回収 プラントは、 高 純 度 の CO 2 を 生 成 しその CO 2 は 食 品 業 界 で 使 用 される(IEA GHG, 2004)。燃 焼 前 物 理 溶 媒 洗 浄 プロセスからの CO 2 は、 一 般 的 に 1~2%の H 2 、CO 及 び 微 量 の H 2 S やその他 の 硫 黄 化 合 物 を 含 む(IEA GHG, 2003)。 燃 焼 前 回 収 を 行 う IGCC 発 電 所 は、コストを 削 減 し 固体 硫 黄 の 生 成 を 避 けるために、CO 2 と 硫 黄 化 合 物 の 混 合 流 を 取 り 出 すように 設 計 することができる(IEA GHG, 2003)。CO 2 と 硫 黄 化 合 物 ( 主 に 硫 化 水 素 )との 混 合 流 は、 例 えば 第 5 章 で 述 べるカナダの 事 例 等 で 既 に 貯 留 されている。しかしこのオプションは、 混 合 流 が 安 全 及 び 環 境 的 に 許容 可 能 な 方 法 で 輸 送 され 保 留 されうる 環 境 でのみ 考 慮 されうる。酸 素 燃 焼 プロセスから 発 生 した CO 2 を 多 く 含 むガスは、 酸 素 、 窒 素 、アルゴン、 硫 黄 及 び 窒 素酸 化 物 やその 他 様 々な 微 量 不 純 物 を 含 有 する。このガスは 一 般 的 に 圧 縮 され、 低 温 浄 化 プロセスに 提 供 され、 輸 送 パイプライン 内 で 2 相 流 条 件 を 避 けるために 必 要 なレベルまで 不 純 物 濃 度 を 下げて 供 給 される。99.99%の 純 度 が 低 温 分 離 ユニット 内 での 希 釈 等 の 方 法 で 達 成 しうる。あるいは、上 記 燃 焼 前 回 収 で 記 述 したように 環 境 的 に 許 容 でき、かつ CO 2 内 の 全 不 純 物 の 総 量 が 輸 送 パイプラインで 2 相 流 条 件 を 避 けるために 十 分 低 い 場 合 、CO 2 内 に 硫 黄 と 窒 素 酸 化 物 を 残 して 貯 留 用 に供 給 することもできる。CO 2 回 収 を 行 う 発 電 所 は、CO 2 がない 排 煙 ガスを 大 気 に 排 出 する。CO 2 回 収 プロセスは 本 質 的に 一 部 の 不 純 物 を 除 去 し、その 他 の 不 純 物 は CO 2 回 収 プロセスが 効 率 的 に 作 動 するために 上 流 で除 去 されねばならないため、 排 煙 ガス 中 のほとんどの 有 害 物 質 の 濃 度 は、CO 2 回 収 を 行 わない 発電 所 からの 排 煙 ガス 中 の 濃 度 と 同 じか 低 くなる。 例 えば、 燃 焼 後 溶 媒 吸 収 プロセスでは、 過 度 の溶 媒 損 失 を 防 ぐために 提 供 ガス 内 の 硫 黄 化 合 物 濃 度 が 低 いことが 必 要 であるが、いずれかの 不 純物 の 濃 度 を 下 げても、 上 流 で 除 去 された 純 量 及 び 回 収 システムのエネルギー 必 要 量 によっては 製品 kWh あたりの 排 出 率 がさらに 高 まる 結 果 を 生 じうる。 下 記 (セクション 3.6.1.2)に 述 べるように、 後 者 の 方 法 の 方 が 環 境 評 価 に 関 連 する。 燃 焼 後 溶 媒 回 収 の 事 例 では、 排 煙 ガスが 微 量 の 溶 媒及 び 溶 媒 の 分 解 から 生 じるアンモニアも 含 有 することがある。固 体 及 び 液 体 廃 棄 物 を 生 成 する CO 2 回 収 システムもある。 溶 媒 吸 収 プロセスは 分 解 溶 媒 廃 棄 物を 生 成 し、 焼 却 処 分 あるいはその 他 の 方 法 で 処 理 される。 燃 焼 後 回 収 プロセスは 燃 焼 前 回 収 プロセスよりもかなり 多 くの 分 解 溶 媒 を 生 成 する。しかしながら、 新 たな 燃 焼 後 回 収 用 溶 媒 を 使 用 すると、セクション 3.3.2.1 で 述 べたように MEA 溶 媒 と 比 較 して 顕 著 に 廃 棄 物 の 量 を 削 減 できる。MEA 吸 収 からの 廃 棄 物 は 一 般 的 に 金 属 除 去 の 処 理 を 受 け、その 後 焼 却 処 理 される。 廃 棄 物 は、セメントプラント 内 で 処 理 されることもある。 廃 棄 金 属 はクリンカ 内 で 凝 縮 する(IEA GHG, 2004)。燃 焼 前 回 収 システムは 定 期 的 にシフト 及 び 改 質 触 媒 を 消 費 し、その 廃 棄 物 は 専 門 再 処 理 及 び 処 分施 設 に 送 られる。- 132 -

3.6.1.2 回 収 システムの 影 響 を 評 価 する 枠 組 み第 1 章 で 論 じたとおり、 本 報 告 書 全 体 を 通 じて CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 影 響 を 評 価 するために 使 用 される 枠 組 みは、 特 定 のプロセスから 製 品 1 単 位 を 製 造 する 際 に 必 要 な 物 質 とエネルギーに 基 づく。本 章 ですでに 述 べたように、CO 2 回 収 システムはその 運 用 のためにエネルギーの 増 加 が 必 要 となる(セクション 1.5 及 び 図 1.5 参 照 )。CO 2 回 収 と 関 連 するエネルギー 必 要 量 は、 有 益 な 製 品 、 例えば 電 力 のキロワット 時 間 ( 発 電 所 の 場 合 )を 生 み 出 すために 必 要 な 追 加 エネルギーとして 表 現される。CO 2 回 収 のエネルギー 及 び 資 源 必 要 量 (その 次 の 輸 送 及 び 貯 留 のために CO 2 を 圧 縮 するために 必 要 なエネルギーも 含 む)が、 一 般 的 にその 他 の 排 出 抑 制 システムよりもはるかに 高 いため、 図 1.5 の「システム」の 観 点 から 眺 めると 発 電 所 の 資 源 必 要 量 及 び 環 境 排 出 に 対 し 重 大 な 影響 を 持 つ。一 般 的 に、 単 位 製 品 あたりの CCS エネルギー 必 要 量 は、 回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 が CCS を装 備 する 場 合 に、 送 電 端 発 電 所 効 率 (η)の 変 化 という 観 点 で 表 現 できる 1 。ΔE = (η ref /η ccs ) – 1 (6)ここでの ΔE は 発 電 所 の 単 位 製 品 あたりのエネルギー 入 力 における 分 数 増 加 であり、η ccs 及 び η refは、それぞれ 回 収 発 電 所 と 基 準 発 電 所 の 送 電 端 効 率 である。CCS エネルギー 要 件 は CO 2 回 収 中 に有 益 製 品 ( 電 力 等 )の 単 位 生 産 に 関 するプラントレベルの 資 源 消 費 と 環 境 負 荷 の 増 加 を 直 接 決 定する。 発 電 所 の 場 合 は、CCS のエネルギー 必 要 量 が 大 きくなるほど、キロワット 時 あたりのプラント 内 の 燃 料 消 費 及 びの 他 の 資 源 必 要 量 ( 水 、 化 学 物 質 及 び 試 薬 等 )も 増 加 し、また、 固 形 廃 棄物 、 液 体 廃 棄 物 及 び CCS で 回 収 しなかった 空 気 汚 染 物 質 という 形 での 環 境 への 放 出 も 増 加 する。ΔE の 規 模 は、プラントで 消 費 される 追 加 燃 料 やその 他 の 資 源 の 採 取 、 保 管 及 び 輸 送 に 関 わる 上 流の 環 境 影 響 の 規 模 も 決 定 する。しかしながら、これらの 上 流 活 動 への 追 加 エネルギーは、 一 般 的に CO 2 回 収 システムのエネルギー 必 要 量 の 報 告 には 含 まれない 2 。発 電 所 に 適 用 された CO 2 回 収 システムに 関 する 最 近 の 研 究 では、CO 2 回 収 を 行 う 発 電 所 設 計 と回 収 を 行 わない 発 電 所 設 計 の 様 々な 新 規 提 案 に 関 し CCS のエネルギー 必 要 量 を 定 量 化 している。後 でセクション 3.7 に 述 べるように( 表 3.7~ 表 3.15)、これらのデータは ΔE の 値 が 広 範 であることを 明 らかにしている。 既 存 の 技 術 を 使 用 する 新 しい 臨 界 微 粉 炭 (PC) 発 電 所 では、これらの Δ値 は 24%から 40%の 間 であるが、 天 然 ガス 複 合 発 電 (NGCC)システムでは 11%から 22%であり、ガス 化 複 合 発 電 (IGCC)システムでは 14%から 25%である。これらの 範 囲 は、 基 本 発 電 所 の 効率 と、 回 収 を 行 う 及 び 行 わない 同 種 の 発 電 所 の 回 収 システムのエネルギー 要 求 量 の 複 合 的 な 効 果を 反 映 している。1文 献 にしばしば 報 告 される「エネルギー・ペナルティー」の 別 の 測 定 法 は 固 定 エネルギー 入 力 に 対 し 発 電 所 出 力の 減 少 率 ( 発 電 所 の 出 力 を 下 げる)である。この 値 は 次 のように 表 示 できる。ΔE* = 1 - (η ccs /η ref ) 数 学 的 には、ΔE*は 方 程 式 (6)の ΔE の 値 よりも 小 さくなる。 例 えば、ΔE* = 25%の 発 電 所 出 力 低 下 が ΔE = 33%のキロワット 時 間あたりのエネルギー 入 力 の 増 加 に 相 当 する。2 この 追 加 エネルギー 必 要 量 は、 定 量 化 すると、 方 程 式 (6)のシステム 境 界 とシステム 効 率 用 語 を 再 定 義 して、発 電 所 だけではなく、 完 全 なライフサイクルに 適 用 することによって 含 有 されうる。このような 分 析 には 燃 料 採取 、 発 電 所 への 輸 送 方 法 、およびこれらの 活 動 に 関 連 するエネルギー 必 要 量 、 保 管 中 に 発 生 する CO 2 の 損 失 も 含め、 新 たな 推 定 が 必 要 となるだろう。- 133 -

3.6.1.3 現 在 のシステムへの 資 源 影 響 及 び 排 出 影 響最 近 になって 初 めて CCS エネルギー 必 要 量 の 環 境 及 び 資 源 の 影 響 が 討 論 され、 現 在 の 様 々なCCS システムについて 数 値 化 された。 表 3.5 は、 生 成 される CO 2 の 90%を 回 収 する、 現 在 の 技 術を 用 いた 一 般 的 な 化 石 燃 料 発 電 所 3 種 類 について、 最 近 行 われた 比 較 からの 推 定 と 結 果 を 示 している(Rubin et al., 2005)。CO 2 回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 と 比 較 した 特 定 の 燃 料 消 費 の 増 加 は、上 記 で 定 義 した ΔE 値 に 直 接 対 応 する。 上 記 の 3 事 例 では、 発 電 所 の kWh あたりのエネルギー 要件 は PC 発 電 所 では 31% 増 加 し、IGCC 発 電 所 では 16%、 及 び NGCC 発 電 所 では 17% 増 加 する。表 3.5 で 使 用 した 例 では、PC 発 電 所 及 び NGCC 発 電 所 でのエネルギー 消 費 量 の 増 加 は 後 ほど 表3.7 から 表 3.15 で 報 告 するように 上 記 システムの 値 の 中 間 範 囲 となる(セクション 3.6.1.2 参 照 )が、IGCC 事 例 では 上 記 システムの 報 告 範 囲 の 低 端 に 近 い。 出 力 の kWh あたりのエネルギー 入 力の 増 加 の 結 果 として、PC 発 電 所 における 追 加 の 資 源 必 要 量 は 比 較 的 大 量 の 石 炭 を 含 み、さらに 石灰 岩 (SO 2 を 抑 制 する FGD システムが 消 費 する) 及 びアンモニア(NO x を 抑 制 する SCR システムが 消 費 する)も 含 む。3 発 電 所 の 全 てが、CO 2 回 収 ユニットにさらに 溶 媒 補 充 を 必 要 とする。表 3.5 では、これら 3 事 例 について 固 体 残 留 物 の 結 果 的 な 増 加 も 示 している。 対 照 的 に、 外 気 への CO 2 排 出 量 は CCS システムの 結 果 として 大 幅 に 減 少 するが、CCS システムはまた 他 の 酸 性 ガス、 特 には 排 煙 ガス 内 の SO 2 の 残 渣 量 も 除 去 する。 従 って 石 炭 燃 焼 システムは、CO 2 回 収 の 結 果として SO 2 の 排 出 率 の 純 減 少 を 示 すことになる。しかしながら、 発 電 所 効 率 の 低 下 のため、kWhあたりの 他 の 空 気 排 出 率 は 回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 と 比 べて 増 加 する。PC 及 び NGCC システムでは、アンモニア 排 出 量 の 増 加 はアミンベースの 回 収 プロセスにおける 化 学 反 応 の 結 果 である。この 分 析 に 含 まれないのは、 燃 料 及 びその 他 資 源 の 採 掘 、 処 理 及 び 輸 送 等 の 上 流 作 業 の 追 加 影 響である。しかしながら、その 他 の 研 究 により、これらの 影 響 は、 重 大 ではないということではないが、 発 電 所 規 模 の 影 響 に 較 べれば 小 規 模 になりがちであることを 示 している(Bock et al., 2003)。- 134 -

表 3.5 現 在 の3つの 発 電 システムにおける、 発 電 所 レベルでの 資 源 消 費 量 及 び 非 CO 2 排 出 率 に 対 するCCSのエネルギー 必 要 量 の 影 響 。 下 記 の 値 は 回 収 発 電 所 の 質 量 流 量 (kg/MWh)と、 同 じ 種 類 の 基 準 発電 所 に 対 する 増 加 率 。さらなる 詳 細 については、 脚 注 を 参 照 のこと。( 出 典 :Rubin et al., 2005)a. 全 ての 発 電 所 からの 送 電 端 出 力 はおよそ 500MW である。 石 炭 発 電 所 は Pittsburg #8 石 炭 を 使 用 し、2.1%の硫 黄 (S)、7.2%の 灰 、5.1%の 水 分 及 び 303.2MJ kg -1 の 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 を 持 つ。 天 然 ガスの LHV 基準 は 59.9MJ kg -1 である。 全 ての 発 電 所 の 潜 在 的 CO 2 排 出 量 の 90%を 回 収 し 13.7MPa に 圧 縮 する。b. PC は 微 粉 炭 火 力 発 電 所 を 意 味 する。 選 択 的 触 媒 還 元 法 (SCR)、 静 電 気 集 じん 装 置 (ESP) 及 び 排 煙 脱 硫 装置 (FGD)システムを 用 いた 超 臨 界 ユニットに 基 づき、CO 2 回 収 のアミン・システムが 続 く。 選 択 的 触 媒 還元 法 (SCR)システムは 2ppmv のアンモニア・スリップを 予 測 する。SO 2 の 除 去 効 率 は 基 準 発 電 所 で 98%であり、CO2 回 収 発 電 所 では 99%である。 送 電 端 発 電 所 効 率 (LHV 基 準 )は CCS を 行 わないと 40.9%であり、CCS を 行 うと 31.2%である。c. IGCC はガス 化 複 合 発 電 システムであり、Texaco の 水 直 接 冷 却 発 生 器 (2 台 + 予 備 1 台 )、2 台 の GE 7FA ガス・タービン、3 圧 力 レベル 蒸 気 排 熱 回 収 ボイラ(HRSG)に 基 づく。 硫 黄 除 去 効 率 は 加 水 分 解 器 と Selexolシステムを 使 用 して 98%である。 硫 黄 回 収 効 率 はクラウスプラント 及 び Beabon-Stretford 排 ガス・ユニットを使 用 している。 送 電 端 発 電 所 効 率 (LHV 基 準 )は CCS を 行 わない 場 合 は 39.1%、CCS を 行 う 場 合 は 33.8%である。d. NGCC は 天 然 ガス 複 合 発 電 発 電 所 であり、2 台 の GE 7FA ガス・タービン、3 圧 力 レベル 蒸 気 再 生 廃 熱 回 収 ボイラ(HRSG)と CO 2 回 収 のためのアミン・システムを 利 用 する。 送 電 端 発 電 所 効 率 (LHV 基 準 )は CCS を行 わないと 55.8%、CCS を 行 うと 47.6%である。ほとんどの 部 分 で、 上 記 に 述 べた 影 響 の 規 模 、 特 に 燃 料 使 用 及 び 固 体 廃 棄 物 製 造 の 影 響 の 規 模は、 方 程 式 (6)が 示 すとおり、 発 電 所 効 率 の 低 下 の 結 果 として 起 こる kWh あたりの 増 加 エネルギーと 正 比 例 する。CCS エネルギー 必 要 量 はその 他 の 電 力 発 電 排 出 量 抑 制 技 術 ( 除 じん 器 及 び 排煙 ガス 脱 硫 システム 等 )よりも 一 桁 から 二 桁 大 きい 規 模 であるため、 上 記 の 例 示 的 結 果 は 環 境 への 排 出 量 を 抑 制 しながら 全 体 的 な 発 電 所 効 率 を 最 大 限 にすることの 重 要 性 を 強 調 している。3.6.1.4 将 来 のシステムに 対 する 資 源 及 び 排 出 量 の 影 響上 記 の 分 析 では、 現 在 の 技 術 に 基 づく 任 意 のプラントタイプの CO 2 回 収 の 影 響 を 比 較 した。しかしながら、 現 実 の 将 来 の 影 響 の 規 模 は、4 つの 主 要 要 因 に 左 右 される。(1) 回 収 システムが 設置 されたときに 利 用 可 能 な 技 術 の 性 能 、(2) 実 際 に 稼 働 中 の 発 電 所 と 回 収 システムの 種 類 、(3)配 置 された 各 プラントの 総 能 力 、 及 び(4) 代 替 する 可 能 性 のあるプラントの 特 徴 と 能 力 である。現 在 及 び 近 い 将 来 両 方 について 燃 焼 後 、 燃 焼 前 及 び 酸 素 燃 焼 回 収 技 術 オプションを 分 析 することによって、 現 在 開 発 中 の 高 度 システムのいくつかが、 図 3.19 で 示 すように CO 2 排 出 量 を 90%以 上 削 減 すると 共 に、 大 幅 に 回 収 エネルギー 必 要 量 、 及 び 関 連 する 影 響 を 削 減 できることは 明 らかである。 図 中 のデータは 図 3.6 及 び 図 3.7 で 報 告 されている 研 究 からのものである。- 135 -

図 3.19 回 収 工 場 からの CO 2 排 出 量 削 減 に 使 用 する 燃 料 ( 図 3.6 及 び 3.7 に 示 した 回 収 を 行 う 発 電 所 及び 行 わない 発 電 所 の 設 計 研 究 から 提 示 されたデータ)。CO 2 回 収 を 行 う、より 効 率 の 高 いプラントが 配 置 される 見 通 しは、 実 際 の 環 境 面 の 変 化 を 決 定する 主 要 な 要 因 となる。もし 回 収 を 行 う 新 プラントが、 現 在 操 業 中 の 旧 式 の 低 効 率 及 び 高 排 出 プラントに 代 替 すれば、プラントレベルでの 排 出 影 響 及 び 資 源 要 件 の 実 質 的 な 変 化 は、( 同 一 の 新 プラントを 改 修 の 有 無 で 比 較 して) 以 前 に 述 べた 値 よりもはるかに 小 さくなりうる。 例 えば、 回 収を 行 う 近 代 的 な 石 炭 ベースのプラントの 効 率 は、 現 在 稼 働 中 のより 古 い 多 くの 石 炭 火 力 発 電 所 と非 常 に 近 い。 後 者 を 前 者 と 代 替 させることによって CO 2 排 出 量 は 大 幅 に 削 減 されるが、プラントの 石 炭 消 費 量 や 関 連 する 固 形 廃 棄 物 影 響 に 対 する 実 質 的 な 変 化 はほとんどない。 実 際 にその 他 のプラント 排 出 物 に 実 質 的 な 削 減 が 起 こり、 大 気 浄 化 の 目 標 を 後 押 しする 事 例 もありうる。しかしながら、 新 CCS プラントの 設 置 が 大 幅 に 遅 れると、 既 存 の 古 いプラントが 回 収 を 行 わない 近 代 的な 高 効 率 プラントに 代 替 されうる。このようなプラントは 高 電 力 成 長 率 を 持 つ 地 域 、 例 えば 今 日の 中 国 やアジアのその 他 地 域 等 において 追 加 能 力 を 提 供 するためにも 建 設 されうる。10 年 から 20年 後 には、 上 記 地 域 の「 既 存 」のプラント 群 は 現 在 とは 非 常 に 異 なるであろう。 従 って、CO 2 回収 を 行 う 追 加 新 プラントの 環 境 及 び 資 源 影 響 は、 将 来 のシミュレーションの 観 点 から 評 価 されねばならない。異 なる 種 類 のプラントの 比 較 を 有 意 義 にするためには 具 体 的 な 内 容 ( 又 はシナリオ)が 必 要 である。 本 章 では 同 種 類 の 発 電 所 と 比 較 した CO 2 回 収 システムの 効 果 の 特 性 化 にのみ 注 目 し、( 現在 、 又 は 将 来 の 炭 素 制 約 社 会 のいずれかにおいて) 代 替 しうる 種 類 のインフラとは 比 較 していない。もし 再 生 エネルギーの 使 用 、 又 は 石 炭 からの 電 力 及 び 合 成 ガスのコージェネレーション 等 の- 136 -

他 のシステムの 適 用 が 重 要 となる 場 合 には、 上 記 システムもまた 現 在 利 用 できない 資 源 の 使 用 及び 影 響 に 対 する 包 括 的 な 比 較 ライフサイクル 調 査 がさらに 必 要 となりうる。 一 方 、 第 8 章 では、その 他 の 炭 素 緩 和 オプションと 競 合 する CCS 配 置 の 例 示 的 シナリオに 対 し、 全 体 的 なエネルギー使 用 影 響 を 評 価 している。3.6.2 製 品 としての CO 2 の 分 類 に 関 する 問 題CO 2 は 既 存 の 市 販 製 品 として 分 類 され 規 制 を 受 けている。CO 2 の 分 類 は、その 物 理 的 状 態 ( 気体 、 液 体 、 固 体 )、 濃 度 、 含 有 する 不 純 物 及 び 世 界 の 様 々な 地 域 の 国 内 法 分 類 が 規 定 するその 他 基準 によって 決 まる。 回 収 及 び 濃 縮 プロセス 中 に、 品 質 の 特 性 は 物 質 の 分 類 を 変 えうる。CO 2 の 物理 的 ・ 化 学 的 特 性 の 詳 細 な 評 価 を 付 属 書 類 I に 示 す。CCS に 関 連 する 環 境 、モニタリング、リスク、 及 び 法 的 側 面 はプロセス 産 業 では 確 立 している。しかしながら、CCS を 目 的 とする CO 2 処 理 量 は 現 在 取 り 扱 われている 量 よりもはるかに 大 きい。地 域 や 地 方 レベルでは、CCS の 開 発 速 度 によっては、さらに 緊 急 対 応 やその 他 の 規 制 措 置 が 将 来予 測 されうる。モニタリング、リスク、 及 び 法 的 側 面 を 評 価 するために、 市 場 の 要 求 に 従 い 人 的能 力 が 開 発 されると 予 想 されている。現 在 では、CO 2 は 一 般 的 に、 主 に 非 引 火 性 ガスとして 発 生 、 取 引 されている( 米 国 運 輸 省 分 類クラス 2.2(US Department of Transportation Classification class 2.2))。 危 険 物 輸 送 (TransportDangerous Goods)、 国 際 海 事 機 関 (International Maritime Organization)/ 国 際 海 事 危 険 物 (InternationalMaritime Dangerous Goods) 及 び 国 際 民 間 航 空 機 関 (International Civil Aviation Organization)/ 国 際航 空 運 送 協 会 (International Air Transport Association)の 分 類 システムでは、 全 て CO 2 をクラス 2.2、非 引 火 性 、 非 腐 食 性 、 非 毒 性 ガスに 分 類 している。 米 国 連 邦 法 では、 水 質 浄 化 法 (Clean Water Act)(CWA307 and 311)、 大 気 浄 化 法 (Clean Air Act)(CAA 112) 又 は 毒 物 排 出 目 録 (Toxics ReleaseInventory)において CO 2 は 製 品 として 記 載 されていない。その 他 の 国 際 規 制 では、 欧 州 既 存 商 業化 学 物 質 目 録 (European Inventory of Existing Commercial Chemical Substance)や 他 の 国 際 リストには CO 2 は 分 類 されていないが、カナダでは 圧 縮 ガス(クラス A)としてカナダ・エネルギー・パイプライン 協 会 危 険 物 質 リストに 分 類 されている(Hazardous Substances Data Bank, 2002)。3.6.3 CO 2 プロセスに 関 連 する 安 全 衛 生 リスクCO 2 曝 露 の 影 響 を 付 属 書 類 I に 記 載 する。しかしながら、 曝 露 と 影 響 両 方 の 理 解 を 含 むリスク評 価 が、CO 2 処 理 に 関 連 する 様 々な 状 況 のリスクの 特 性 を 把 握 するために 必 要 となる(EuropeanChemicals Bureau, 2003)。 確 立 したリスク 管 理 方 策 については、 次 の 2 セクションに 記 載 する。 最も 起 こりうる CO 2 の 人 間 への 曝 露 経 路 は、 吸 入 又 は 皮 膚 との 接 触 である。リスクに 基 づくアプローチの 必 要 性 は、 以 下 の 2 つの 説 明 から 明 らかである。CO 2 及 びその 分 解 製 品 は、 法 的 には 有 害物 質 とは 分 類 されない。 吸 入 しても 無 害 であり、 非 刺 激 性 であり 皮 膚 を 刺 激 せず 透 過 もしない。しかしながら、 空 気 中 0.5%から 1% 濃 度 の CO 2 に 長 期 間 さらされると 人 体 に 慢 性 効 果 が 発 生 し、代 謝 性 アシドーシスや 軟 組 織 内 のカルシウム 沈 着 増 加 が 起 こる。CO 2 が 3% 以 上 の 濃 度 の 場 合 、 循環 系 及 び 気 道 に 対 して 毒 性 がある。 増 加 する CO 2 レベルに 敏 感 な 母 集 団 を 付 属 書 類 I に 記 載 する。リスクを 決 定 するため、 及 び 必 要 なリスク 管 理 プロセスを 確 立 するためには、その 他 使 用 する 化学 物 質 とあわせ 製 品 リスク 評 価 プロセスが 必 要 となる。CO 2 の 最 大 の 危 険 性 は、 窒 息 ガスとなりうることである。 大 気 中 の 酸 素 濃 度 が 15%から 16%に- 137 -

なるように 置 換 されると、 窒 息 の 兆 候 が 観 察 できる。またドライアイスと 皮 膚 の 接 触 は、 深 刻 な凍 傷 や 水 泡 の 原 因 となる(Hazardous Substances Data Bank, 2002)。プロセス 産 業 で 必 要 な 保 護 装 置及 び 保 護 服 には、 目 との 接 触 を 回 避 するための 顔 をすっぽり 覆 う 呼 吸 装 置 や、 液 体 で 皮 膚 が 凍 傷を 起 こさないような 適 切 な 個 人 防 護 服 が 必 要 となる。3.6.4 政 府 、 産 業 、 投 資 家 が 使 用 するプラント 設 計 の 原 則 と 指 針CO 2 のために 設 計 される 新 しいプラント 施 設 は、 関 連 官 庁 が 決 定 した 石 油 産 業 の 設 計 指 針 に 従わねばならない。1 例 として、 欧 州 連 合 (European Union)の「 総 合 的 汚 染 防 止 管 理 (IntegratedPollution Prevention and Control, IPCC)」 指 令 が 挙 げられ、そこではさらなる 費 用 を 必 要 としない 入手 可 能 な 最 善 の 技 術 (Best Available Technology Not Entailing Excessive Cost, BATNEEC) 原 則 の 適用 を 求 めている。CO 2 回 収 及 び 圧 縮 プロセスは、ガス 処 理 施 設 として 複 数 の 指 針 に 記 載 されている。 典 型 的 なものは 世 界 銀 行 (World Bank) 指 針 であり、その 他 金 融 機 関 は、リスク 削 減 のための 具 体 的 要 件 を 示 し、 定 期 的 なプラントモニタリングの 一 部 として 偶 発 的 な 放 出 を 察 知 するためのモニタリングを 要 求 している(World Bank, 1999)。 世 界 銀 行 指 針 等 の 投 資 指 針 は、モニタリングや 規 制 があまり 重 視 されていない 途 上 国 にとって 特 に 重 要 である。プラント 設 計 に 関 する 国 内及 び 地 域 法 や 米 国 環 境 保 護 庁 (US Environmental Protection Agency) 等 の 組 織 の 規 格 は 技 術 開 発 を進 める 上 で 利 用 可 能 である。3.6.5 試 運 転 、 操 作 中 のベストプラクティス、 及 び 化 学 薬 品 の 健 全 な 管 理石 油 化 学 施 設 に 関 連 する 日 常 的 な 技 術 設 計 、 試 運 転 及 び 操 業 開 始 活 動 は、CO 2 回 収 と 圧 縮 に 適用 できる。 例 えば、 新 施 設 の 操 作 危 険 性 の 研 究 が 定 期 的 に 行 われる。(Sikdar and Diwekar, 1999)。プラント 敷 地 の 境 界 内 での CO 2 及 び 薬 品 の 管 理 は、CO 2 に 関 連 する 現 行 の 手 法 に 従 うことになる。CO 2 に 対 し、 米 国 職 業 安 全 衛 生 法 (US Occupational Health and Safety Act)の 基 準 と 職 業 安 全衛 生 国 立 研 究 所 (National Institute for Occupational Safety and Health)の 勧 告 があり、CO 2 を 安 全 に取 り 扱 う 指 針 として 広 く 業 界 で 適 用 され、また 使 用 する 薬 品 や 触 媒 にも 同 様 に 適 用 されている。国 際 標 準 化 機 構 の ISO 14001( 環 境 )や ISO 9001( 品 質 ) 及 び 労 働 安 全 衛 生 (OHSAS 18000) 等 、確 立 した 外 部 機 関 に 監 査 された 管 理 システムが 存 在 し、 環 境 、 安 全 、 衛 生 及 び 品 質 管 理 システムが 整 っていることを 保 証 する(American Institute of Chemical Engineers, 1995)。ライフサイクル 評価 (ISO 14040 シリーズ) 等 のツールは、 境 界 を 広 げるための 必 要 な 方 法 論 によって、 施 設 に 関連 する 全 体 的 な 問 題 を 決 定 するのに 役 立 ち、エネルギーキャリア、 運 用 条 件 及 びプロセスで 使 用する 物 質 等 のパラメータの 選 択 を 補 助 する。トラブルのない 回 収 システムが、 製 品 のライフサイクルにおける 別 の 場 所 で 環 境 的 懸 案 を 生 み 出 せば、ライフサイクル 評 価 で 指 摘 されるだろう。3.6.6 現 場 閉 鎖 及 び 改 善CO 2 回 収 が 前 セクションで 述 べた 標 準 的 な 運 用 手 順 と 管 理 手 法 に 従 うとすれば、プラント 閉 鎖後 に 修 復 を 必 要 とする 汚 染 遺 物 になることは 予 測 されない。 一 方 で、 使 用 する 技 術 と 運 用 のために 調 達 された 物 質 によって 異 なるが、 設 計 、 運 用 からプラント 閉 鎖 計 画 の 開 発 にいたる 正 式 な 管理 システムに 従 った 施 設 での 廃 棄 物 処 理 と 運 用 は、 運 用 閉 鎖 後 の 汚 染 リスクを 大 幅 に 減 少 させるであろう。- 138 -

3.7 CO 2 回 収 コスト報 告 書 の 本 セクションでは CO 2 回 収 コストという 重 要 な 問 題 を 取 り 扱 う。まず、コストに 影 響する 多 くの 要 因 と、 公 表 された 推 定 を 一 貫 した 基 準 で 比 較 する 能 力 について 概 観 する。CO 2 回 収コストの 様 々な 方 法 も 提 示 し 論 ずる。 次 に、 現 在 利 用 可 能 な 技 術 の CO 2 回 収 コストに 関 する 文 献を 取 り 上 げ、 今 後 数 十 年 間 にわたる 将 来 のコストの 見 通 しとあわせて 検 討 する。3.7.1 CO 2 回 収 コストに 影 響 する 要 因公 表 された CO 2 回 収 コストは、 主 にプラントの 設 計 と 運 用 に 関 する 技 術 的 要 因 に 加 え、 燃 料 コスト、 利 率 及 びプラントの 寿 命 等 の 主 要 な 経 済 的 ・ 財 政 的 要 因 に 関 する 様 々な 想 定 の 結 果 、かなりの 幅 がある。 数 多 くの 近 年 の 報 告 書 は 本 問 題 に 取 り 組 み、コストの 差 異 と 分 布 の 基 本 的 要 因 を 特定 した(Herzog, 1999; Simbeck, 1999; Rubin and Rao, 2003)。 本 セクションでは Rubin and Rao(2003)の 研 究 を 何 度 も 引 用 し、 特 に CO 2 回 収 コストに 影 響 する 主 要 要 因 について 述 べる。3.7.1.1 対 象 技 術 の 定 義コストは CO 2 回 収 技 術 の 選 択 、 及 び CO 2 を 排 出 する 発 電 システム 又 は 産 業 プロセスの 選 択 によって 変 わる。 単 一 のプラント 又 は CO 2 回 収 技 術 のエンジニアリング 及 び 経 済 的 研 究 にあたり、 上記 の 定 義 は 一 般 的 に 明 白 である。しかしながら、 地 域 、 国 内 又 は 地 球 規 模 の CO 2 削 減 オプション等 の 大 規 模 なシステムを 分 析 する 場 合 には、CO 2 製 造 及 び 回 収 に 使 用 される 具 体 的 な 技 術 は 不 明であり 特 定 されていない。このような 事 例 では、 公 表 コストの 内 容 もまた 不 明 確 でありうる。3.7.1.2 システム 境 界 の 定 義いかなる 経 済 評 価 も、CO 2 排 出 量 とコストを 特 徴 付 ける「システム」を 明 確 に 定 義 すべきである。CO 2 回 収 研 究 で 最 も 一 般 的 な 想 定 は CO 2 を 回 収 し、CO 2 を 地 層 等 の 離 れた 貯 留 地 域 まで 輸 送する 単 一 の 施 設 ( 発 電 所 が 最 も 多 い)である。 考 慮 すべき CO 2 排 出 量 は、 回 収 前 後 の 施 設 で 放 出されるものである。 報 告 されたコストは、CO 2 輸 送 及 び 貯 留 コストを 含 むものも 含 まないものもありうる。 本 報 告 書 の 本 セクションで 対 象 とするシステム 境 界 は、 発 電 所 又 はその 他 関 連 するプロセスのみを 含 み、CO 2 輸 送 と 貯 留 システムを 含 まない。CO 2 輸 送 と 貯 留 システムのコストは 後の 章 で 提 示 する。しかしながら、CO 2 圧 縮 は 施 設 境 界 内 で 起 こると 想 定 し、 圧 縮 コストは 回 収 コストに 含 む 3 。発 電 所 や 問 題 となる 施 設 だけでなく、 施 設 で 使 用 する 燃 料 の 抽 出 、 精 製 、 輸 送 という「 上 流 」プロセスに 加 え 回 収 した CO 2 の 使 用 や 貯 留 からの「 下 流 」 排 出 も 含 む 完 全 な 燃 料 サイクルからのCO 2 及 びメタン 等 のその 他 温 室 効 果 ガス( 等 価 CO 2 で 表 される)の 排 出 を 含 む 研 究 もある。さらに 広 範 なシステム 境 界 では、 公 益 事 業 会 社 のシステム 内 の 全 発 電 所 、 地 域 又 は 国 内 網 の 全 発 電 所 、又 は 発 電 所 及 び 産 業 排 出 が、モデルとなるエネルギー・システム 全 体 の 一 要 素 にすぎない 国 内 経 済を 含 みうる。 上 記 の 各 事 例 において、CO 2 削 減 コストを 導 き 出 すのは 可 能 であるが、 異 なるシステム 境 界 と 検 討 事 項 を 反 映 しているため 結 果 は 直 接 比 較 することができない。 第 8 章 では、 上 記の 差 異 をより 詳 しく 議 論 し、 対 象 システムの 代 替 の 結 果 を 提 示 する。3 または、 圧 縮 コストは 全 てまたは 部 分 的 に CO 2 輸 送 および 貯 留 に 帰 属 させることもできる。しかしながら、ほとんどの 研 究 では、 圧 縮 コストを 回 収 コストに 含 める。これにより、 異 なる 圧 力 で 操 業 し、 従 って 特 定 の 最 終 圧力 を 達 成 するために 異 なるコストが 発 生 する 回 収 技 術 の 比 較 が 容 易 になる。- 139 -

3.7.1.3 技 術 の 時 間 枠 と 成 熟 度 の 定 義CO 2 回 収 の 経 済 的 評 価 において 不 明 確 なことが 多 い 要 因 として 他 に、 想 定 される 期 限 及 び/ 又 は研 究 中 の 技 術 の 成 熟 度 のレベルがある。 費 用 の 推 定 は 今 日 建 設 される 施 設 に 適 用 するのか、それとも 将 来 なのか、これは 特 に 未 だ 開 発 中 であり 現 在 商 用 化 されていない「 高 度 」 技 術 の 研 究 において 問 題 となる。ほとんどの 事 例 では 高 度 技 術 の 研 究 は、 技 術 が 成 熟 した 将 来 のいずれかの 時 点で 建 設 される「n 番 目 のプラント」に 適 用 する 費 用 であると 推 定 している。 技 術 の 学 習 から 期 待される 利 益 を 反 映 する 推 定 もあるが、 商 業 化 の 初 期 段 階 でよく 起 こるコスト 増 加 を 適 切 に 考 慮 しているものもあり、 考 慮 していないものもありうる。 従 って、 技 術 の 時 間 枠 とコスト 改 良 の 推 定率 の 選 択 は CO 2 回 収 コスト 推 定 に 大 きな 差 異 をもたらす。3.7.1.4 様 々なコスト 測 定 と 想 定文 献 によると、 資 本 コスト、 電 力 コスト、 削 減 した CO 2 のコスト 等 を 含 む、CO 2 回 収 及 び 貯 留コストを 特 徴 付 けるために 多 くの 異 なる 方 法 が 使 用 されている。それらの 方 法 のいくつかは 同 じ単 位 で 報 告 されているため( 例 えば、CO 2 トンあたりの US$)、 誤 解 を 招 く 恐 れが 大 きい。さらに、任 意 のコスト 測 定 では、 技 術 的 ・ 経 済 的 ・ 財 政 的 パラメータに 関 する 様 々な 推 定 が 費 用 計 算 に 使 用され、 報 告 された 回 収 コストに 大 きな 差 異 を 生 じる 原 因 となりうる。セクション 3.7.2 ではコストの 共 通 数 的 指 標 と 使 用 するパラメータのいくつかを 詳 しく 述 べる。3.7.2 CO 2 回 収 コストの 測 定本 セクションでは CO 2 回 収 コストの 4 つの 共 通 指 標 を 規 定 する。 資 本 コスト、 増 分 製 品 コスト( 電 力 コスト 等 )、 削 減 した CO 2 コスト 及 び 回 収 又 は 除 去 された CO 2 コストである。 上 記 の 各 指標 は、 特 定 の 技 術 又 は 対 象 システムの CO 2 回 収 コストに 対 し 異 なる 観 点 を 提 供 する。しかしながら、 上 記 指 標 全 ては、 特 定 の 適 用 例 における CO 2 回 収 を 行 うための 追 加 コストを 示 す「 工 学 経 済的 」 観 点 による。 上 記 指 標 では、どのオプション 又 は 戦 略 を 遂 行 すべきかという、より 大 きな 問題 に 対 処 することが 必 要 である(この 内 容 は 8 章 の 後 半 に 取 り 上 げられている)。3.7.2.1 資 本 コスト資 本 コスト( 投 資 コスト 又 は 初 期 コストとしても 知 られている)は 不 完 全 であるにも 関 わらず、広 く 使 用 されている 技 術 コストの 測 定 基 準 である。 資 本 コストは、 標 準 化 基 準 で 報 告 されることが 多 い( 例 、kW あたりのコスト)。CO 2 回 収 システムでは、 資 本 コストは 一 般 的 に 関 連 するシステムの 設 計 、 購 入 及 び 設 置 に 必 要 な 総 支 出 であると 想 定 されている。CO 2 回 収 を 行 わなければ 必要 ではないその 他 プラントの 構 成 要 素 、 例 えば 回 収 装 置 を 保 護 する 上 流 のガス 浄 化 システムのコスト 等 の 追 加 コストを 含 むこともある。 上 記 コストは、 発 電 所 等 の 複 雑 な 施 設 でしばしば 発 生 する。 従 って、 任 意 のプラント 設 計 の CO 2 回 収 の 総 増 分 コストは、 同 量 の 有 益 な( 第 1 次 ) 製 品 、例 えば 電 力 等 を 生 産 している CO 2 回 収 を 行 うプラントと 行 わないプラント 間 の 差 異 として 決 定 されると 良 い。様 々な 組 織 が 様 々な 会 計 システムを 使 用 し、 資 本 コスト 推 定 の 要 素 を 特 定 している。 発 電 所 で広 く 使 われている 手 法 は、 電 力 研 究 所 (Electric Power Research Institute)が 定 めたものである(EPRI,1993)。しかしながら、 普 遍 的 に 使 用 される 会 計 の 用 語 やシステムがないため、 異 なる 機 関 又 は 著者 が 報 告 する 資 本 コストは 必 ずしも 同 じ 項 目 を 含 むとは 限 らない。 資 本 コストを 報 告 するために使 われる 項 目 はさらに 上 記 差 異 を 覆 い 隠 し、 何 が 含 まれ 何 が 含 まれないかについて 誤 解 を 招 きうる。 例 えば、 発 電 所 コスト 研 究 には、 建 設 中 の 関 連 するコスト、いわゆる「 所 有 者 のコスト」を 含- 140 -

まない 資 本 コスト 値 が 報 告 されていることが 多 いが、「 所 有 者 のコスト」の 少 なくとも 10%から20%( 時 には 大 幅 に 多 く)が 一 般 的 にシステムの「 総 資 本 要 件 」に 追 加 される。 資 本 コストの 内訳 が 報 告 されている 場 合 にのみ、 上 記 の 削 除 が 発 見 できる。コスト 推 定 の 年 度 を 報 告 していない研 究 はコスト 比 較 に 影 響 しうるさらなる 不 確 実 性 を 招 く。3.7.2.2 増 分 製 品 コストCO 2 回 収 の 電 力 ( 又 は 他 の 製 品 )コストに 対 する 影 響 は、 経 済 的 影 響 の 測 定 として 最 も 重 要 なものの 1 つである。CO 2 の 主 要 な 排 出 源 である 発 電 所 はこの 観 点 から 特 に 意 味 を 持 つ。 発 電 所 の発 電 コスト(COE)は 下 記 のように 計 算 できる。 4COE = [(TCR)(FCF)+(FOM)]/[(CF)(8760)(kW)] + VOM +(HR)(FC) (7)ここでの COE は 平 均 発 電 コスト(US$/kWh)を 表 し、TCR は 総 資 本 必 要 量 (US$)を、FCFは 固 定 費 率 を(/ 年 )、FOM は 固 定 操 業 コストを(US$/ 年 )を、VOM は 可 変 操 業 コストを(US$/kWh)、HR は 送 電 端 プラント 熱 消 費 率 を(kJ/kWh)、FC は 単 位 燃 料 コストを(US$/kJ)、CF は 稼 働 率 を、8,760 は 典 型 的 な 1 年 の 総 稼 動 時 間 を、kW は 送 電 端 発 電 所 電 力 (kW)を 表 す。 本 章 では、 方 程式 (7)のコストは 発 電 所 と 回 収 技 術 のみを 含 み、CCS を 行 う 完 全 なシステムに 必 要 な CO 2 輸 送と 貯 留 の 追 加 コストは 含 まない。 増 分 COE は CO 2 回 収 を 行 う 場 合 と 行 わない 場 合 の 電 力 コストの 差 異 である 5 。もう 一 度 述 べるが、ここで 報 告 する 値 は 輸 送 及 び 貯 留 コストを 含 まない。 完 全 なCCS コストは 第 8 章 で 報 告 する。方 程 式 (7)は 多 くの 要 因 がこの 増 分 コストに 影 響 を 与 えることを 示 している。 例 えば、 総 資 本コストだけが 多 くの 異 なる 項 目 を 含 んでいるというだけではなく、プラント 操 業 及 び 維 持 (O&M)に 関 わる 固 定 及 び 変 動 コストも 同 様 である。 同 様 に、 固 定 費 率 (FCF、 資 本 回 収 率 としても 知 られている)は、プラントの 寿 命 及 び 資 本 コストを 償 却 するために 使 用 する 効 果 的 な 利 率 ( 又 は 割引 率 )に 関 する 仮 定 を 反 映 する 6 。 方 程 式 (7)のいずれの 要 因 に 関 する 仮 定 も、 総 コストの 結 果に 明 白 な 効 果 を 持 つ。これら 全 ての 要 因 がお 互 い 独 立 しているわけではない。 例 えば、 高 効 率 プラントは 低 効 率 設 計 よりも 高 コストになるので、 新 規 発 電 所 の 設 計 熱 消 費 率 は 総 資 本 必 要 量 に 影響 を 与 えうる。最 後 に、 方 程 式 (7)のいくつかのパラメータ 値 が 施 設 の 操 業 寿 命 を 変 更 する 可 能 性 があり( 稼働 率 、 単 位 燃 料 コスト、 又 は 変 動 操 業 コスト 等 )、COE 値 も 毎 年 変 わりうる。このような 効 果 を含 むために、 経 済 評 価 は 単 純 な 方 程 式 である(7)の 代 わりに 毎 年 のコスト 変 動 の 予 定 に 基 づく 割引 コストの 正 味 現 在 価 値 (NPV)で 行 うことができる。しかし、ほとんどの 工 学 的 ・ 経 済 研 究 は方 程 式 (7)を 用 いてプラントの 推 定 寿 命 にわたる 単 一 の「 平 均 」COE を 計 算 している。 平 均 COE4簡 単 にするために、 方 程 式 (7)の 固 定 費 率 (FCF)は 総 資 本 必 要 量 にのみ 適 用 される。より 詳 細 な 発 電 コスト(COE)の 年 ごとの 分 析 に 基 づく 計 算 では 固 定 費 率 (FCF)を 総 資 本 コストに 適 用 するが、 所 有 者 のコスト( 建設 中 の 利 子 等 )は 除 外 し、 別 にプラント 開 設 前 の 年 に 計 上 される。5大 規 模 補 助 エネルギーを 必 要 とする CO 2 回 収 システムでは、 増 分 コストの 規 模 は、 回 収 を 行 う 工 場 が 回 収 を 行 わない 基 準 プラントの 純 出 力 と 同 じ 出 力 を 製 造 する 巨 大 施 設 に 想 定 されているか、それとも 基 準 工 場 が 単 に 予 備 エネルギーを 提 供 するように 出 力 をさげているかにも 左 右 される。 後 者 の 推 定 が 最 も 一 般 的 であるが、 最 初 の 方 法では 経 済 的 規 模 効 果 により、より 少 ない 増 分 コストを 生 み 出 す。6 もっとも 簡 単 な 形 式 では、 固 定 費 率 (FCF)は 予 想 寿 命 から 計 算 できる。n( 年 )および 年 率 i とすると、 方 程式 によると:FCF = i / [1-(1+i) -n ]。- 141 -

は 電 力 のコストであり、もしプラントの 操 業 寿 命 にわたって 維 持 されれば、 毎 年 の 変 動 コストの推 定 と 同 じ NPV となる。しかし、CO 2 回 収 に 関 するほとんどの 経 済 研 究 では、 方 程 式 (7)の 全てのパラメータ 値 は 一 定 であり、プラントの 寿 命 にわたる 平 均 COE( 暗 に、または 明 らかに)を反 映 する 7 。3.7.2.3 CO 2 のアボイデッドコストCO 2 回 収 ・ 貯 留 のコストの 測 定 法 として 最 も 多 く 使 われるものは、「 削 減 した CO 2 のコスト(アボイデッドコスト)」である。この 値 はあるユニットが、CCS を 行 わない「 基 準 プラント」と 同量 の 有 益 な 製 品 を 提 供 しつつ、 大 気 への CO 2 大 量 排 出 量 を 削 減 する 平 均 コストを 反 映 する。 発 電所 では、 削 減 コストは 下 記 のように 定 義 される。CO 2 のアボイデッドコスト(US$/tCO 2 )[(COE) capture – (COE) ref ] / [(CO 2 /kWh) ref – (CO 2 /kWh) capture ] (8)ここでは、COE は 方 程 式 (7)の 平 均 電 力 コスト(US$/kWh)であり、CO 2 /kWh は 各 事 例 の 送電 端 プラント 能 力 に 基 づく 発 電 kWh あたりの CO 2 排 出 率 (トン)である。 下 付 きの「 回 収 (capture)」及 び「 基 準 (ref)」は、それぞれ CO 2 回 収 を 行 うプラントと 行 わないプラントを 示 す。 本 方 程 式が 全 体 の CCS システムの 回 収 部 分 に 対 する 削 減 CO 2 コストを 示 すために 広 く 使 用 されているが、厳 密 に 言 うと、( 全 要 素 が 大 気 への 排 出 量 を 削 減 するために 必 要 なため) 輸 送 及 び 貯 留 コストを 含む 完 全 な CCS システムにのみ 適 用 すべきであることを 注 意 しなければならない。CO 2 回 収 を 行 わない 基 準 プラントの 選 択 が、CO 2 削 減 コストを 決 定 する 重 要 な 役 目 をはたす。ここでは、 基 準 プラントは CO 2 回 収 を 行 うプラントと 同 じ 種 類 及 び 設 計 であると 想 定 している。これにより 特 定 の 施 設 種 類 の CO 2 回 収 増 分 コストを 報 告 する 基 本 的 基 準 を 提 供 する。方 程 式 (8)を 使 用 して、 削 減 した CO 2 コストは 任 意 の 2 種 類 のプラント、 又 は 2 つのプラントの 集 合 体 に 対 し 計 算 できる。 従 って、 報 告 された CO 2 回 収 コストの 基 準 が 明 確 に 理 解 され 伝 達されることを 確 実 にするために 特 別 な 注 意 が 払 われるべきである。 例 えば、 削 減 コストは 時 には温 室 効 果 ガス(GHG) 排 出 量 を 削 減 する 社 会 的 コストの 測 定 ととられることもある 8 。この 事 例 では、トン 当 たりの 削 減 された CO 2 はある 状 況 ( 例 えば、 現 在 の 発 電 燃 料 及 び 技 術 の 構 成 )からより 低 い 全 体 排 出 量 をもつ 別 の 技 術 の 構 成 へ 移 動 する 平 均 コストを 反 映 する。 又 は、( 本 報 告 書 と 同じように) 回 収 を 行 う 個 々のプラント 又 は 回 収 を 行 わない 個 々のプラントを 比 較 するが、2 つの事 例 に 異 なる 種 類 のプラントを 想 定 する 研 究 もある。 上 記 のような 研 究 は、 例 えば、 回 収 を 行 う石 炭 火 力 プラントと 回 収 を 行 わない NGCC 基 準 プラントを 比 較 しうる。このような 事 例 はシステム 境 界 の 異 なるケースを 選 択 し、ここで 対 処 した 問 題 より 非 常 に 様 々な 問 題 に 対 処 する。しかし、( 同 種 の 回 収 を 行 うプラント 及 び 回 収 を 行 わないプラントを 比 較 する) 本 セクションで 提 示 したデータは、 特 定 の 状 況 でいずれかの 関 心 のある 2 システムに 対 し 回 収 した CO 2 コストの 推 定 をするために 使 用 できる( 第 8 章 参 照 )。7経 済 的 概 念 と 計 算 に 精 通 していない 読 者 は、 詳 細 に 関 して(EPRI, 1993)または(Rubin, 2001) 等 の 基 本 的 経 済テキストまたは 文 献 への 参 照 を 希 望 するかもしれない。8 ここで 使 用 したように、「コスト」は 技 術 、 燃 料 および 関 連 物 質 に 費 やした 金 額 のみを 示 し、 大 気 への 排 出 CO 2に 関 連 したマクロ 経 済 的 コストまたは 社 会 的 損 害 コスト 等 の 広 範 な 社 会 的 測 定 は 含 まない。さらなる 議 論 および「 削 減 した CO 2 コスト」という 用 語 の 使 用 については 第 8 章 およびすでに 引 用 した 参 考 文 献 に 記 載 されている。- 142 -

3.7.2.4 回 収 又 は 除 去 した CO 2 のコスト文 献 に 報 告 されたその 他 のコスト 測 定 法 は、 削 減 した 排 出 量 よりも 回 収 した( 又 は 除 去 した)大 量 の CO 2 に 基 づく。 発 電 所 では 下 記 のように 定 義 できる。回 収 した CO 2 コスト(US$/tCO 2 )[(COE) capture – (COE) ref ] / (CO 2 captured /kWh) (9)ここで、CO 2 captured /kWh は 回 収 を 行 うプラントの 送 電 端 kWh あたりの 回 収 した CO 2 の 総 量 (トン)を 表 す。 本 測 定 は( 産 業 用 原 材 料 としての)CO 2 の 市 場 価 格 を 考 えた 場 合 、CO 2 回 収 システムの 経 済 的 実 行 可 能 性 を 反 映 する。 仮 に 発 電 所 で 回 収 した CO 2 をこの 価 格 で( 例 えば 食 品 産 業 又は 原 油 増 産 回 収 に) 販 売 可 能 とすれば、 回 収 を 行 う 発 電 所 の 発 電 コスト(COE)は CO 2 を 多 く 排出 する 基 準 プラントと 同 じになるであろう。 数 字 的 には、CO 2 回 収 システムを 操 業 するためのエネルギーが 製 品 あたりの CO 2 排 出 用 を 増 加 するため、CO 2 回 収 コストは CO 2 削 減 コストよりも 低くなる。3.7.2.5 CCS のエネルギー 必 要 量 の 重 要 性CCS のエネルギー 必 要 量 は、その 他 の 排 出 制 御 システムよりもかなり 大 きいため、プラントの経 済 性 に 重 要 な 影 響 を 及 ぼす。エネルギー「ペナルティー」(とよく 呼 ばれる)は 2 つの 方 法 のうち 1 つのコスト 計 算 に 入 る。もっとも 一 般 的 には、CCS 吸 収 装 置 、 圧 縮 器 、ポンプ 及 びその 他 装置 を 操 業 するために 必 要 な 全 エネルギーは、プラント 境 界 内 で 提 供 されると 推 算 されるため、 送電 端 プラント 容 量 (kW) 及 び 出 力 ( 発 電 所 の 場 合 は kWh)を 低 減 する。 結 果 として、 方 程 式 (7)で 示 すように、 高 い 単 位 投 資 コスト(US$/kW)と 高 い 電 力 生 産 コストとなる(US$/kWh)。 実 際 、この 高 ユニットコストは CCS システム 操 業 に 必 要 な 増 分 能 力 の 構 築 及 び 操 業 の 経 費 を 反 映 する。代 替 的 に、 特 に H 2 製 造 等 の 産 業 プロセスでは、CCS システム 操 業 に 必 要 なエネルギーのいくらかあるいは 全 てをプラント 境 界 以 外 からある 価 格 で 購 入 すると 想 定 する 研 究 もある。さらに 別の 研 究 では 補 助 エネルギー 発 電 のために 施 設 内 に 新 設 備 を 設 置 することを 想 定 している。 上 記 事例 では、 送 電 端 プラント 設 備 能 力 及 び 出 力 は 変 化 するかもしれないし、 変 化 しないかもしれない。また 増 加 することもありうる。しかし、 方 程 式 (7)の COE はまた VOM コスト(エネルギー 購入 用 ) 及 び( 適 用 される 場 合 は) 追 加 設 備 の 資 本 コストにおける 増 加 のため 上 昇 する。しかし 電力 購 入 の 想 定 は、 代 替 コスト 又 は CCS に 関 連 する CO 2 排 出 を 全 て 考 慮 しているとは 保 証 できない。しかし 全 ての 事 例 では、CCS エネルギー 必 要 量 が 大 きいほど、CO 2 回 収 コストと 削 減 コスト間 の 差 異 が 大 きくなる。3.7.2.6 その 他 のコスト 測 定上 記 のコスト 測 定 により、 任 意 の 種 類 及 び 操 業 特 徴 の 単 一 のプラントに CO 2 回 収 を 追 加 する 費用 の 特 性 を 把 握 できる。 複 数 のプラント( 例 えば、 公 益 システム、 地 域 網 又 は 国 内 ネットワーク)を 含 む 問 題 に 対 処 するため、 又 はどの 種 類 のプラントを(いつ) 建 設 すべきかについての 決 定 に対 処 するために、 広 範 なモデル 枠 組 みが 必 要 である。マクロ 経 済 モデルは、 排 出 制 御 コストをより 複 雑 なフレームワーク 要 素 として 含 み、 一 般 的 に 炭 素 制 約 負 荷 による 国 内 総 生 産 (GDP)の 変動 等 のコスト 測 定 、 及 び 平 均 電 力 コストの 変 化 及 び 減 少 した CO 2 のトン 当 たりのコストの 変 化 を測 定 する。このような 測 定 は 政 策 分 析 家 にとって 有 益 なことが 多 いが、 技 術 コストだけでなく 経- 143 -

済 の 構 造 に 関 する 多 くの 追 加 的 な 想 定 を 反 映 する。 第 8 章 で CO 2 回 収 コストに 関 連 するマクロ 経済 モデル 作 成 についての 議 論 を 提 供 する。3.7.3 現 在 のコスト 推 算 の 内 容CO 2 回 収 は 今 日 、 数 箇 所 での 産 業 適 用 例 があるものの、ほとんどの CCS 研 究 が 目 的 としているような、 大 規 模 発 電 所 で 使 用 できる 商 業 的 技 術 ではないことを 認 識 する 必 要 がある。 従 って、CO 2回 収 システムのコスト 推 算 は、 主 に 仮 説 プラントでの 研 究 に 基 づく。 公 開 されている 研 究 はコスト 推 算 に 使 用 された 推 算 によって 顕 著 に 異 なる。 例 えば 方 程 式 (7)はプラント 稼 働 率 が 発 電 コストに 大 きな 影 響 を 与 えることを 示 しているが、プラント 寿 命 及 び 固 定 費 率 を 計 算 するために 使 用される 割 引 率 も 発 電 コストに 影 響 を 与 える。 方 程 式 (8)では 今 度 は、COE は CO 2 削 減 コストの主 要 要 素 である。 従 って、プラントの 高 稼 働 率 又 は 低 固 定 費 率 は kWh あたりの CO 2 回 収 コストを 低 減 することになる。その 他 の 重 要 なパラメータ、 例 えばプラント 規 模 、 効 率 、 燃 料 の 種 類 及び CO 2 除 去 率 の 選 択 は 同 様 に、CO 2 回 収 コストに 影 響 する。あまり 目 立 たないにもかかわらず 同様 に 重 要 であることが 多 いのが、 資 本 コスト 推 算 に 含 まれる「 偶 発 的 コスト 要 因 」であり、 開 発の 初 期 段 階 での 技 術 に 想 定 される 明 白 でないコスト、 又 は 研 究 中 の 技 術 の 適 用 、 場 所 又 はプラントの 規 模 を 未 だに 実 証 されていない 商 業 システムに 計 上 される。様 々な CO 2 回 収 の 研 究 で 使 用 される 想 定 にはばらつきが 多 いことから、コスト 結 果 の 体 系 立 った 比 較 は 簡 単 ではない( 又 はほとんどの 事 例 では 可 能 でない)。さらに、CO 2 回 収 コストに 影 響 を与 える 全 パラメータに 適 用 できる 普 遍 的 に「 正 しい」 一 連 の 想 定 もない。 例 えば、 欧 州 と 米 国 の発 電 所 が 使 用 する 天 然 ガス 又 は 石 炭 の 品 質 及 びコストは 際 立 って 異 なる 可 能 性 がある。 同 様 に、地 方 自 治 体 又 は 政 府 所 有 施 設 の 公 共 設 備 への 資 本 コストは、 競 争 市 場 で 操 業 する 私 有 の 施 設 よりもはるかに 低 くなりうる。 上 記 及 びその 他 の 要 因 により、 任 意 の 技 術 又 は 発 電 システムに 対 するCO 2 回 収 コストに 本 当 の 差 異 を 生 む。 従 って、 本 報 告 書 では、 類 似 のシステム 及 び 技 術 を 対 象 とした 異 なる 研 究 で 用 いられた 主 な 仮 定 と、その 結 果 として CO 2 回 収 コストに 及 ぼす 影 響 を 解 明 しようと 試 みる。( 特 定 の 研 究 について)その 研 究 内 において 統 一 された 基 準 で 代 替 システムのコストの 比 較 分 析 している 場 合 も 強 調 される。 研 究 の 古 さ、データ 源 、 詳 細 なレベル 及 び 同 分 野 の 研究 者 からの 査 読 を 受 けた 範 囲 のレベルを 考 慮 すると、 全 ての 研 究 が 等 しく 信 用 できるとは 限 らない。 従 って、ここで 用 いる 手 法 は 最 近 の 同 分 野 の 研 究 者 からの 査 読 を 受 けた 文 献 に 加 え、 政 府 及び CO 2 回 収 分 野 に 深 く 関 与 する 民 間 機 関 の 入 手 可 能 な 研 究 にできるだけ 基 づくものとする。 第 8章 では、ここで 報 告 する 回 収 コストの 範 囲 を CO 2 輸 送 及 び 貯 留 推 定 コストと 組 み 合 わせ、 選 択 した 発 電 システム 及 び 工 業 プロセスの CCS 全 体 のコストを 推 算 する。3.7.4 評 価 した 技 術 とシステムの 概 要CO 2 回 収 の 経 済 的 研 究 は、 主 な CO 2 排 出 源 である 発 電 所 に 焦 点 をあててきた。 発 電 所 ほどではないにせよ、 産 業 プロセス、 特 にその 他 製 品 と 組 み 合 わせられることが 多 い H 2 製 造 プロセスからの CO 2 回 収 も 経 済 評 価 の 対 象 となってきた。以 下 のセクションでは、 近 年 の 重 要 な CO 2 回 収 コストの 推 定 を 検 討 し 要 約 する。セクション3.7.5 から 3.7.8 では、まず 現 在 の CO 2 回 収 技 術 コストに 注 目 し、セクション 3.7.10 から 3.7.12 では 将 来 的 な 低 コストを 約 束 する 改 良 、 又 は「 高 度 な」 技 術 について 論 じる。 全 事 例 において、システム 境 界 は CO 2 を 回 収 し 輸 送 及 び 貯 留 システムへの 移 送 のために 圧 縮 する 単 一 施 設 として 定 義される。 開 発 段 階 の 様 々な 技 術 のコスト 推 定 における 異 なるレベルの 信 頼 性 ( 又 は 不 確 実 性 )を- 144 -

反 映 するため、 公 表 されたコスト 推 算 を 要 約 する 際 、 表 3.6 に 示 した 定 性 的 記 述 を 使 用 した 9 。 査読 した 研 究 は 一 般 的 に 2000 年 から 2004 年 初 頭 にかけた 基 準 年 で、US$でコストを 報 告 している。この 期 間 のインフレの 影 響 は 一 般 的 に 小 さかったので、 報 告 されたコストの 範 囲 を 要 約 する 際 に調 整 は 行 わなかった。表 3.6 技 術 及 びシステム・コスト 推 定 の 信 頼 性 レベル3.7.5 発 電 所 の 燃 焼 後 CO 2 回 収 コスト( 既 存 技 術 )現 在 、 世 界 の 大 半 の 電 力 が、 化 石 燃 料 、 特 に 石 炭 及 び 天 然 ガス(の 割 合 が 増 えている)の 燃 焼によって 発 電 されている。 従 って、 上 記 発 電 所 から 排 出 された CO 2 の 回 収 及 び 貯 留 を 行 うことが調 査 の 主 な 焦 点 であった。 本 報 告 書 の 本 セクションでは、 現 在 利 用 可 能 な CO 2 回 収 技 術 のコストに 焦 点 をあてる。 発 電 所 からの 排 煙 ガスの CO 2 濃 度 は 比 較 的 低 いため、 化 学 吸 収 システムが 燃 焼後 回 収 の 主 な 技 術 であった(セクション 3.3.2 参 照 )。しかしながら、CO 2 回 収 コストは 回 収 技 術の 選 択 にのみ 依 存 するだけではなく、 発 電 所 全 体 の 特 性 と 設 計 にも 依 存 し、 後 者 の 方 が 重 要 なことも 多 い。コスト 報 告 の 目 的 で、 石 炭 火 力 及 びガス 火 力 発 電 所 設 計 を 区 別 し、 新 設 及 び 既 設 も 区別 する。3.7.5.1 新 規 石 炭 火 力 発 電 所表 3.7 は、 新 規 石 炭 火 力 発 電 所 における 燃 焼 後 CO 2 回 収 に 関 する 最 近 の 研 究 の 重 要 な 想 定 と 結果 を 要 約 している。CO 2 回 収 に 想 定 される 発 電 所 の 規 模 は、およそ 300~700MW 送 電 端 電 力 出 力である。 全 ての 事 例 で、CO 2 回 収 はアミンに 基 づく 吸 収 システム、 典 型 的 には MEA を 使 用 して行 っている。 回 収 効 率 は 85%から 95%であるが、 最 も 一 般 的 な 値 は 90%である。 基 準 発 電 所 効 率 、石 炭 の 特 性 、 石 炭 コスト、プラント 稼 働 率 、 生 成 される CO 2 の 圧 力 及 び 固 定 費 率 等 の 財 政 的 要 因など、その 他 の 主 要 パラメータに 関 しては、 様 々な 想 定 を 用 いる。 上 記 全 ての 要 因 は、 総 発 電 所コスト 及 び CO 2 回 収 コストに 直 接 的 な 影 響 を 与 える。9 これらの 記 述 はこれ 以 降 の 表 に CO 2 回 収 を 行 うシステムを 特 徴 付 けるために 使 用 される。ほとんどの 事 例 では基 準 発 電 所 ( 回 収 なし)のコスト 推 算 について「 高 い」( 例 :IGCC 発 電 所 )または「 非 常 に 高 い」( 例 :PC および NGCC 発 電 所 )と 位 置 づけられる。- 145 -

表 3.7 CO 2 回 収 コスト: 既 存 技 術 を 使 用 する 新 規 微 粉 炭 発 電 所プラント 稼 働 率 (%)- 146 -固 定 費 率 (%)注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり、CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 基 準 (HHV) 値 は 石 炭 では LHV/HHV=0.96 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** 建 設 中 の 利 子 を 含 めるため、 報 告 された 資 本 コストを 8% 増 加 した。*** 報 告 された 資 本 コストは 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストを 推 測 して 15% 増 加 した。

表 3.7 において 複 数 の CO 2 回 収 コスト 測 定 について 絶 対 的 及 び 相 対 的 両 方 で 要 約 する。 全 研 究を 通 じて、CO 2 回 収 によって 基 準 発 電 所 の 資 本 コスト(US$/kW)は 44~87% 増 加 し、 電 力 コスト(US$/MWh)は 42~81% 増 加 し、 生 産 する 送 電 端 kWh あたりおよそ 80~90%の CO 2 削 減 が 達 成される。 上 記 事 例 の 削 減 した CO 2 のコストは 29~51US$/tCO 2 の 範 囲 となる。 表 3.7 の 資 本 コストの 絶 対 値 、COE 及 び 電 力 の 増 分 コストは 各 研 究 で 使 用 される 様 々な 想 定 を 反 映 している。 結 果 はCO 2 回 収 に 18~38US$/MWh( 又 は 0.018~0.038US$/kWh) 増 分 COE となる。 回 収 を 行 う 発 電 所の 総 COE は、62~87US$/MWh となる。 全 ての 事 例 で、 総 CO 2 回 収 コストの 大 部 分 が CO 2 回 収 と圧 縮 のエネルギー 必 要 量 である。 表 3.7 の 研 究 は、CO 2 回 収 を 行 う 発 電 所 が CO 2 回 収 を 行 わない類 似 の 基 準 発 電 所 と 比 較 して 発 電 所 出 力 の MWh あたりの 燃 料 所 要 が、24~42% 増 加 することを示 している。 大 まかに 言 って、エネルギーの 半 分 が 溶 媒 再 生 に 必 要 であり、1/3 が CO 2 圧 縮 に 使われる。多 くの 要 因 が 表 3.7 に 示 すコストの 差 異 に 寄 与 するが、 様 々な 要 因 の 影 響 を 系 統 的 に 研 究 すると、 報 告 されたコスト 結 果 の 最 も 重 要 な 変 動 の 原 因 は、CO 2 回 収 システムのエネルギー 必 要 量 、発 電 所 効 率 、 燃 料 の 種 類 、プラント 稼 働 率 及 び 固 定 費 率 に 関 する 仮 定 であることが 分 かる(Rao andRubin, 2002)。この 観 点 から、 表 3.7 で 最 もコストが 低 い 回 収 システム(COE 及 び CO 2 アボイデッドコストの 観 点 において)は、 最 近 の 研 究 (IEA GHG, 2004)で 示 された 瀝 青 炭 を 使 用 する 効 率的 な 超 臨 界 発 電 設 計 を 高 い 発 電 所 利 用 率 、 最 低 限 の 固 定 費 率 及 びエネルギー 効 率 の 高 いアミン・システム 設 計 を 組 み 合 わせたものであることが 分 かる。これは( 石 炭 火 力 発 電 所 では 未 だ 実 証 されていないが) 最 近 2 つの 主 要 ベンダーが 発 表 したシステムである。 対 照 的 に、 報 告 された 中 でCOE が 最 も 高 いものは、 低 品 位 石 炭 を 使 用 する 効 率 の 悪 い 未 臨 界 発 電 所 設 計 を 低 稼 働 率 、 高 い 固定 費 率 と 組 み 合 わせたものであり、 現 在 小 規 模 プラントで 操 業 中 のユニットに 典 型 的 に 使 用 されているアミンシステム 設 計 を 採 用 している。最 近 は 世 界 的 に 石 炭 価 格 が 上 昇 しており、この 傾 向 が 続 けば、ここで 報 告 されている 平 均 COEにも 影 響 しうる。 最 近 の 研 究 (IEA GHG, 2004)に 基 づけば、 石 炭 価 格 が 1.00US$/GJ 増 加 すると、回 収 を 行 わない 新 規 PC 発 電 所 の COE は 8.2US$/MWh 増 加 し、 回 収 を 行 う 発 電 所 の COE は10.1US$/MWh 増 加 する。これらの 結 果 から、CO 2 回 収 を 備 える 新 規 発 電 所 は、 全 体 コストが 最 も 低 くなる 高 効 率 の 超 臨界 ユニットとなる 可 能 性 が 高 いことが 分 かる。( 回 収 を 行 わない) 超 臨 界 ユニットを 現 在 の 使 用 率である 155GW e (セクション 3.1.2.2)で 世 界 規 模 で 使 用 することは、 世 界 の 数 地 域 で 急 速 に 拡 大しており、 表 3.7 が 示 すように、 近 年 の CO 2 回 収 の 圧 倒 的 多 数 の 研 究 は 瀝 青 炭 を 使 用 する 超 臨 界ユニットに 基 づいている。 上 記 の 発 電 所 では、 表 3.7 により、 回 収 システムの 資 本 コストは 44~74% 増 加 し、COE は 42~66%(18~34US$/MWh) 増 加 することが 分 かる。 上 記 範 囲 に 寄 与 する主 な 要 因 は、プラント 規 模 、 稼 働 率 及 び 固 定 費 率 であった。さらに CO 2 回 収 コストを 削 減 するであろう 新 しい 又 は 改 良 された 回 収 システム 及 び 発 電 所 設 計 については、 後 ほどセクション 3.7.7で 論 じる。ここでは、まず 既 設 発 電 所 での CO 2 回 収 コストを 検 証 する。3.7.5.2 既 存 の 石 炭 火 力 発 電 所新 規 発 電 所 の 研 究 と 比 較 して、 既 存 の 発 電 所 に 対 する CO 2 回 収 オプションは 今 日 までほとんど研 究 の 対 象 となっていなかった。 表 3.8 は、アミンベースの CO 2 回 収 システムを 既 存 の 石 炭 火 力発 電 所 に 設 置 するコストを 推 算 するいくつかの 研 究 の 想 定 と 結 果 を 要 約 している。いくつかの 要- 147 -

因 が、 改 修 の 経 済 性 に 大 きな 影 響 を 与 える。 特 に、 新 設 発 電 所 と 比 較 して、 古 く、 小 規 模 で 低 効率 である 既 設 発 電 所 に 大 きな 影 響 を 与 える。 溶 媒 再 生 の 熱 インテグレーションの 効 率 が 低 くなるため、CO 2 回 収 のエネルギー 必 要 量 も 一 般 的 に 高 くなる。 上 記 要 因 の 全 てが 全 体 的 な 高 コストにつながる。SO 2 制 御 用 の 排 煙 脱 硫 装 置 (FGD)システムをまだ 備 えていない 既 設 発 電 所 も、CO 2回 収 装 置 に 加 えて 高 効 率 の 脱 硫 のために 改 修 又 は 改 良 されねばならない。 高 NO x を 排 出 する 発 電所 は、 酸 性 ガスとの 反 応 による 溶 媒 損 失 を 最 小 限 にするため、NO 2 除 去 システムが 必 要 となる。最 後 に、 場 所 特 有 の 問 題 、 例 えば 土 地 の 利 用 可 能 性 、 発 電 所 地 域 へのアクセス、 及 び 特 別 な 配 管等 が、 同 等 の 新 規 発 電 所 導 入 と 比 較 して、 改 修 プロジェクトの 資 本 コストをさらに 増 加 させる 傾向 にある。それにもかかわらず 既 設 発 電 所 の 資 本 コストが 完 全 に、 又 は 大 部 分 が 償 却 されている場 合 には、 回 収 を 行 う 改 修 発 電 所 の COE は 新 規 発 電 所 の COE と 同 等 あるいは 少 なくなることを表 3.8 は 示 しているが( 全 ての 新 投 資 要 件 を 含 む)、 増 分 COE は 上 記 の 要 因 のために 一 般 的 に 高くなる。表 3.8 はさらに、kWh あたり 約 85%の CO 2 削 減 量 に 相 当 するレベルにおいて、 改 修 による CO 2アボイデッドコストの 平 均 が 表 3.7 で 分 析 された 新 規 発 電 所 のコストより 約 35% 高 くなることを示 している。 増 分 資 本 コスト 及 び COE は、 償 却 の 度 合 い 及 びプロセスに 必 要 なエネルギーを 提 供するオプション 等 、 場 所 特 有 の 想 定 に 大 きく 依 存 する。 新 規 発 電 所 と 同 様 に、CO 2 回 収 用 の 熱 及び 電 力 は 一 般 的 に 基 本 ( 基 準 ) 発 電 所 によって 提 供 されると 想 定 されており、 大 きな(30~40%の) 発 電 所 出 力 低 下 につながる。その 他 の 研 究 では、 補 助 設 備 としてガス 火 力 ボイラーが CO 2 回収 蒸 気 必 要 量 及 び(ある 事 例 では) 追 加 電 力 を 提 供 するために 建 設 されている。 天 然 ガスの 価 格が 低 いため、このオプションは(COE に 基 づく) 発 電 所 出 力 低 下 よりも 魅 力 的 になるが、 上 記 システムでは 天 然 ガス 燃 焼 からの 排 出 は 一 般 的 に 回 収 されないため、CO 2 削 減 量 は 低 い(60% 程 度 )。このため、 本 オプションが 削 減 したコスト 値 は 高 CO 2 削 減 のコスト 値 とは 直 接 比 較 できない。表 3.8 ではまた、 既 存 ボイラー 及 び 蒸 気 タービンを 超 臨 界 ユニットとして 改 造 し、CO 2 回 収 とあわせて 効 率 改 良 を 図 るオプションが 記 載 されている。 最 近 の 研 究 (Gibbins et al., 2005)により本 オプションは、より 効 率 的 なユニットでは CO 2 回 収 コストを 最 低 限 にし、 単 純 な 改 修 よりも 高い 送 電 端 電 力 出 力 と 低 い COE を 生 み 出 すために、CO 2 回 収 と 組 み 合 わせて 経 済 的 に 魅 力 的 となりうることを 示 している。 同 研 究 では、 新 しい 低 エネルギー 集 約 型 回 収 ユニットの 使 用 により、さらなるコスト 削 減 を 生 み 出 す。 最 近 行 われた 別 の 研 究 でも 同 様 に、 最 も 経 済 的 な 既 存 の 石 炭 火 力発 電 所 の CO 2 回 収 への 取 り 組 みとして、CO 2 回 収 と 超 臨 界 蒸 気 システムを 利 用 したユニットへの動 力 の 再 供 給 との 組 み 合 わせが 示 された(Simbeck, 2004)。 既 存 ユニットに 石 炭 ガス 化 で 動 力 を 再供 給 する、 別 の 追 加 オプションは 後 ほどセクション 3.7.6.2 で 検 討 する。- 148 -

表 3.8 CO 2 回 収 コスト: 既 存 の 技 術 を 使 用 する 既 存 微 粉 炭 発 電 所プラント 稼 働 率 (%)- 149 -注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は 石 炭 では LHV/HHV=0.96、 天 然 ガスでは 0.90 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** 報 告 された 資 本 コストは 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストを 推 測 して 15% 増 加 した。

3.7.5.3 天 然 ガス 火 力 発 電 所天 然 ガスを 燃 料 とする 発 電 所 は、ガス 焚 きボイラー、 単 一 サイクルガス・タービン、 又 は 天 然 ガス 複 合 発 電 (NGCC)ユニットを 含 む。 現 在 地 球 規 模 で 使 用 されている 操 業 能 力 は、ガス 焚 きボイラーが 333GW e であり、 単 一 サイクルガス・タービンが 214GW e であり、NGCC が 339GW e である(IEA WEO, 2004)。 硫 黄 及 びその 他 不 純 物 が 天 然 ガスには 存 在 しないため、アミンベースのCO 2 回 収 技 術 に 必 要 な 補 助 排 煙 ガス 浄 化 システムに 関 連 する 資 本 コストは 削 減 される。 一 方 、ガス 火 力 ユニットの CO 2 濃 度 が 低 いため、 石 炭 火 力 ユニットと 比 較 して 回 収 ・ 削 減 される CO 2 トンあたりのコストが 増 加 する 傾 向 にある。表 3.9 には、およそ 300~700MW の 規 模 を 持 つガス 火 力 複 合 発 電 所 での CO 2 回 収 に 関 する 最 近の 複 数 の 研 究 の 想 定 条 件 と、コストの 結 果 を 要 約 している。 回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 と 比 較 して、 純 CO 2 削 減 量 (kWh あたり)を 83~88% 台 まで 達 成 するためには、kW あたりの 資 本 コストは 64~100% 増 加 し、COE は 37~69% 又 は 絶 対 基 準 で 12-24US$/MWh 増 加 する。 削 減 された CO 2の 当 該 コストは 37~74US$/tCO 2 であり、CCS 実 施 に 必 要 なエネルギーは、kWh あたり 発 電 所 燃料 消 費 を 11~22% 増 加 する。方 程 式 (7)~(9)が 示 すように、ガス 火 力 発 電 所 の 燃 料 コストに 関 する 想 定 は、 資 本 コストの 寄 与 が 石 炭 発 電 所 に 比 較 して 低 いため、COE に 特 に 重 要 な 影 響 を 持 つ。 表 3.9 の 研 究 はガス 価格 が 2.82~4.44US$/GJ(LHV)で 発 電 所 の 寿 命 を 通 じて 安 定 していると 想 定 し、ベースロード 操業 を 表 す 稼 働 率 (65~95%)で 操 業 すると 想 定 する。 上 記 想 定 は 基 準 発 電 所 及 び 回 収 発 電 所 両 方に 対 し 比 較 的 低 い COE 値 を 導 く。しかし、2002 年 頃 から、 天 然 ガスの 価 格 が 世 界 の 多 くの 地 域で 大 きく 上 昇 し、 将 来 の 価 格 の 見 通 しにも 大 きな 影 響 を 与 えた。 最 近 のある 研 究 (IEA GHG, 2004)の 想 定 によると、 回 収 を 行 わない NGCC 発 電 所 の COE は、 天 然 ガスの 価 格 が 1.00US$/GJ 増 加 するごとに 6.8US$/MWh 増 える 可 能 性 がある( 発 電 所 の 利 用 又 はその 他 の 製 造 要 因 に 変 更 がないと想 定 )。 回 収 を 行 う NGCC では、7.3US$/MWh のわずかに 高 い 増 加 が 見 込 まれる。 天 然 ガスの 価格 は、 石 炭 等 の 競 合 燃 料 の 価 格 に 関 連 して、 特 定 の 状 況 下 で 最 低 コストの 電 力 を 供 給 するために、どの 種 類 の 発 電 所 を 選 択 するかに 際 し 重 要 な 決 定 要 因 となる。しかしながら、ガスの 価 格 が 2 倍に 上 昇 しても(3~6US$/GJ)、CO 2 回 収 の 増 分 コストはその 他 全 要 因 が 不 変 の 場 合 、2US$/MWh(US$0.002/kWh)のみの 変 化 となる。米 国 等 では、 高 いガス 価 格 が、 本 来 ベースロードとしての 操 業 を 設 計 されていたプラントの 低利 用 率 ( 平 均 30~50%)という 結 果 ももたらす。しかしここでは、 低 価 格 の 石 炭 発 電 所 が 利 用 可能 である。このため、 上 記 NGCC 発 電 所 の 平 均 電 力 コストと 平 均 CO 2 回 収 コストが 上 昇 し、 表3.9 で 稼 働 率 が 50%である 事 例 にも 反 映 されている。 世 界 のその 他 地 域 では、しかしながら、 低価 格 石 炭 発 電 所 は 使 用 可 能 ではなく、 又 はガス 供 給 の 契 約 がガス 利 用 の 削 減 を 制 限 しうる。このような 状 況 は、CO 2 回 収 を 行 う 発 電 又 は 行 わない 発 電 のオプションは、 特 定 の 状 況 又 はシナリオに 沿 って 評 価 されるべきであるということを 改 めて 示 す 良 い 例 である。単 一 サイクルガス・タービンに 商 業 的 な 燃 焼 後 CO 2 回 収 を 適 用 する 研 究 が、 遠 隔 地 の 補 助 発 電機 の 改 修 という 特 別 な 事 例 のため 実 施 されてきた(CCP, 2005)。この 研 究 では 88US$/tCO 2 ( 削 減分 )という 比 較 的 高 コストが 報 告 された。ガス 火 力 ボイラーの 燃 焼 後 回 収 の 研 究 は、 後 ほどセクション 3.7.8 で 述 べるように 工 業 的 適 用 に 限 られてきた。- 150 -

表 3.9 CO 2 回 収 コスト: 既 存 の 技 術 を 使 用 する 天 然 ガス 火 力 発 電 所プラント 稼 働 率 (%)- 151 -注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみでありCO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。 CCSの 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 値 は 天 然 ガスでは LHV/HHV=0.9 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 値 に 変 換 した。

3.7.5.4 バイオマス 燃 焼 及 び 複 合 燃 焼 システムバイオマスのみを 燃 料 とする 発 電 所 を 設 計 することは 可 能 であり、またバイオマスを 従 来 の 石炭 燃 焼 発 電 所 で 混 合 燃 焼 することも 可 能 である。バイオマスを 主 燃 料 又 は 補 助 燃 料 として 使 用 する 発 電 所 は、バイオマス 成 長 サイクル 中 に 大 気 から 炭 素 を 除 去 するという 効 果 が 認 められるため、純 CO 2 排 出 量 を 削 減 するという 要 求 がバイオマス 燃 料 の 使 用 増 加 につながる。 燃 焼 中 に(CO 2 として) 放 出 されたバイオマス 炭 素 が 次 に 回 収 ・ 貯 留 されると、 大 気 に 排 出 された CO 2 の 純 量 は 原理 上 はマイナスになりうる。バイオマス 使 用 の 経 済 性 に 最 も 影 響 を 与 える 重 要 な 要 因 は、バイオマスのコストである。バイオマスのコストは、バイオマス 廃 棄 物 の 事 例 等 のマイナスの 値 から、 燃 料 として 育 てたバイオマス 燃 料 や 分 散 排 出 源 から 収 集 せねばならない 廃 棄 物 等 の 事 例 のように、 石 炭 よりかなり 高 額 となるものもある。バイオマスが 入 手 できる 地 域 が 制 限 されることが 多 く、またバイオマスは 石 炭 よりもかさばり 輸 送 費 が 多 くかかるため、バイオマスのみを 利 用 する 発 電 所 は、 一 般 的 に 石 炭 火 力発 電 所 よりも 小 規 模 である。バイオマス 火 力 発 電 所 が 小 規 模 であることから、 一 般 的 に 低 エネルギー 効 率 及 び 高 CO 2 回 収 コストにつながる。バイオマスは 大 規 模 発 電 所 で 石 炭 と 混 合 燃 焼 できる(Robinson et al., 2003)。このような 状 況 下 では、バイオマス 由 来 の CO 2 を 回 収 する 増 分 コストは、石 炭 から 由 来 する CO 2 回 収 コストと 同 等 である。もう 1 つのオプションは、バイオマスをペレット 又 は 液 体 燃 料 に 転 換 し、 長 距 離 輸 送 のコストを 削 減 することである。しかしながら、 上 記 の 燃料 製 造 に 関 わるコストと CO 2 排 出 が 発 生 する。バイオマス 火 力 発 電 所 の CO 2 回 収 コストに 関 する情 報 はわずかであるが、セクション 3.7.8.4 でいくらかの 情 報 を 提 示 している。バイオマス 燃 焼 を行 う CCS の 全 体 的 経 済 性 は 地 域 の 状 況 、 特 にバイオマスの 入 手 可 能 性 及 びコスト、さらには( 化石 燃 料 と 同 様 に) 可 能 性 のある CO 2 貯 留 場 所 との 距 離 に 大 きく 依 存 する。3.7.6 発 電 所 の 燃 焼 前 CO 2 回 収 コスト( 既 存 の 技 術 )発 電 所 での 燃 焼 前 回 収 の 研 究 は、 主 に 石 炭 又 は 石 油 コークス 等 のその 他 固 形 燃 料 をガス 化 して使 用 する IGCC システムに 焦 点 をあててきた。 本 報 告 書 の 本 セクションでは、IGCC 発 電 所 に 対して、 現 在 利 用 可 能 な CO 2 回 収 技 術 をとりあげる。 前 述 したように、CO 2 回 収 コストは 回 収 技 術の 選 択 のみに 依 存 するわけではなく、さらに 重 要 なことには、 燃 料 の 種 類 やガス 化 装 置 を 含 む 全体 的 な 発 電 所 の 特 徴 及 び 設 計 に 依 存 する。 現 在 IGCC は、 発 電 に 広 く 使 用 されていないため、IGCC発 電 所 の 経 済 的 研 究 は 限 られた IGCC システムの 施 設 の 経 験 、 及 び 石 油 精 製 及 び 石 油 化 学 等 の 産業 部 門 におけるガス 化 の 広 範 な 経 験 に 基 づく 設 計 想 定 を 一 般 的 に 使 用 する。IGCC システムの 酸素 吹 きガス 化 炉 は、 高 操 業 圧 力 及 び 比 較 的 高 い CO 2 濃 度 を 達 成 可 能 なことから、 物 理 溶 媒 吸 収 システムが 燃 焼 前 CO 2 回 収 の 主 流 技 術 となっている(セクション 3.5.2.11)。コスト 報 告 を 目 的 として、ここでも 新 規 発 電 所 設 計 と 既 設 施 設 への 設 置 を 区 別 する。3.7.6.1 新 規 石 炭 ガス 化 複 合 発 電 所表 3.10 は、およそ 400~800MW の 送 電 端 出 力 の 規 模 を 持 つ 新 規 IGCC 発 電 所 における CO 2 回収 コストの 最 近 の 複 数 の 研 究 の 主 要 な 想 定 条 件 と 結 果 を 要 約 している。ほとんどの 研 究 が 酸 素 吹き Texaco 冷 却 システム 10 に 注 目 しているが、ガス 化 炉 を 想 定 している 例 もある。また 燃 料 については 大 部 分 が 石 炭 の 種 類 を 示 しており、 瀝 青 炭 を 想 定 している。これらの 研 究 の CO 2 回 収 効 率 は、10 2004 年 に Texaco ガス 化 炉 は GE Energy(General Electric)の 買 収 に 伴 い GE ガス 化 炉 と 名 称 を 変 更 した。しかしながら、 本 報 告 書 は 引 用 元 の 参 照 文 献 で 称 されている Texaco という 名 称 を 使 用 する。- 152 -

商 業 的 に 利 用 可 能 な 物 理 吸 収 システムを 使 用 して 85~92%である。 回 収 のエネルギー 要 件 は 全 体の 発 電 所 熱 消 費 率 (kWh あたりのエネルギー 入 力 )を 16~25% 増 加 し、kWh あたり 81~88%の純 CO 2 を 削 減 する。 総 発 電 所 コスト 及 び CO 2 回 収 コストに 影 響 するその 他 の 研 究 上 想 定 された 因子 は、 燃 料 コスト、CO 2 製 品 圧 力 、プラント 稼 働 率 及 び 固 定 費 率 がある。 最 近 の 研 究 の 多 くは 高システム 信 頼 性 を 確 保 するために 予 備 のガス 化 炉 のコストも 含 んでいる。表 3.10 は Texaco 又 は E-Gas ガス 化 炉 に 対 し、CO 2 回 収 を 行 った 場 合 、 基 準 IGCC 発 電 所 の 資 本コスト(US$/kW) 及 び 電 力 コスト(US$/MWh)の 両 方 がおよそ 20~40% 増 加 することを 示 しているが、Shell ガス 化 炉 を 使 用 する 場 合 は、おおよそ 30~65%の 増 加 となると 示 している。IGCCシステムに 関 する 報 告 によれば、 総 COE は 回 収 を 行 わない 場 合 、41~61US$/MWh であるが、 回収 を 行 う 場 合 は 54~79US$/MWh である。 回 収 を 行 う 場 合 、COE が 最 低 となるのは 直 接 水 冷 却 ガス 化 炉 システムであるが、 初 期 投 資 が 必 要 な 熱 回 収 システムを 持 つ 場 合 より 低 い 熱 効 率 となる。しかしながら、 回 収 を 行 わない 場 合 、 後 者 のシステムは 表 3.10 で 最 も 低 い COE をとなる。 全 ての 研 究 にわたって、CO 2 アボイデッドコストは、 回 収 を 行 わない IGCC に 対 して、13~37US$/tCO 2の 範 囲 となる( 輸 送 及 び 貯 留 コストを 除 く)。 石 炭 燃 焼 発 電 所 と 較 べて CO 2 回 収 増 分 コストが 上記 のように 低 くなる 理 由 の 1 つとして、IGCC システムの 平 均 エネルギー 必 要 量 が 低 いことがあげられる。 酸 素 吹 きガス 化 炉 のガス 容 量 が 少 なく 済 むため、 結 果 として 装 置 の 規 模 とコストを 削減 できることが、その 他 の 主 要 要 因 として 考 えられている。PC 発 電 所 と 同 様 に、 表 3.10 においても、 電 力 コストの 計 算 そして CO 2 回 収 コストに 影 響 を 与えるものとして、 発 電 所 に 対 する 融 資 及 び 稼 働 の 想 定 条 件 が 重 要 と 考 えられる。 表 3.10 で 最 も 低い COE 値 を 示 すケースは、 低 固 定 費 率 及 び 高 稼 働 率 の 発 電 所 であり、かなり 高 い COE 値 を 示 すケースは、 高 金 利 及 び 低 利 用 率 が 原 因 となっている。 同 様 に、 想 定 する 石 炭 の 種 類 と 特 性 が COEに 重 要 な 影 響 を 与 え、 最 近 のカナダのクリーンパワー 連 合 (Canadian Clean Power Coalition) 研 究からわかるように、Texaco ベースの IGCC システムで 低 品 位 石 炭 を 使 用 する 場 合 、かなり 高 コストとなる(Stobbs and Clark, 2005, 表 3.10)。 電 力 研 究 所 (IPRI)もまた 低 品 位 石 炭 を 使 用 した 場 合 、IGCC のコストが 高 くなると 報 告 している(Holt et al., 2003)。 一 方 、 発 電 所 レベルでの 条 件 及 び設 計 が 研 究 間 で 似 通 っている 場 合 には、 既 存 技 術 に 基 づく CO 2 回 収 の 推 定 コストはほとんど 差 がなかった。 同 様 に、IGCC 及 び PC 発 電 所 両 方 のコストをその 研 究 内 で 一 貫 した 基 準 により 推 定 した 表 3.7 及 び 3.10 の 複 数 の 研 究 においては、その 全 てが、 回 収 を 行 う IGCC 発 電 所 は 回 収 を 行 うPC 発 電 所 よりも 低 い COE 値 を 持 つことを 示 した。しかしながら、これらのコスト 推 定 にはまだ高 度 な 信 頼 性 がない( 表 3.6 参 照 )。表 3.10 のコストは、 最 も 低 価 格 の CO 2 回 収 コストを 特 定 するためのいくつかの 研 究 も 反 映 している。 例 えば、H 2 S を CO 2 と 一 緒 に 回 収 ・ 処 理 することにより、( 第 4 章 及 び 5 章 で 論 じるように輸 送 ・ 貯 留 コストを 増 加 しうるものの) 全 体 の 回 収 コストを 約 20% 削 減 できることを 発 見 した 最近 の 研 究 もある(IEA GHG, 2003)。この 同 時 回 収 の 実 現 可 能 性 は、 適 用 可 能 な 規 制 及 び 許 可 要 件に 大 きく 依 存 する。IGCC の 高 度 化 は、さらに CO 2 回 収 コストを 削 減 する 可 能 性 があり、セクション 3.7.7 で 論 じる。- 153 -

表 3.10: CO 2 回 収 コスト: 既 存 技 術 を 使 用 する 新 規 ガス 化 複 合 発 電 (IGCC) 発 電 所プラント 稼 働 率 (%)- 154 -注 : 本 表 の 全 てのコストは CO 2 回 収 用 のみであり 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は 石 炭 では LHV/HHV=0.96 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** 建 設 中 の 利 子 を 含 み、 資 本 コストを 8% 増 加 した。*** 報 告 された 資 本 コストは 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストを 推 測 して 15% 増 加 した。-

表 3.10 続 きプラント 稼 働 率 (%)- 155 -注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は 石 炭 では LHV/HHV=0.96 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** 建 設 中 の 利 子 を 含 み、 資 本 コストを 8% 増 加 した。*** 報 告 された 資 本 コストは 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストを 推 測 して 15% 増 加 した。-

3.7.6.2 既 存 の 石 炭 火 力 発 電 所 の IGCC によるリパワリング既 存 の 石 炭 発 電 所 の 一 部 に 対 し、 前 述 の 燃 焼 後 回 収 システムの 代 わりとなるのが IGCC システムによるリパワリングである。 本 事 例 では、サイト 固 有 の 環 境 にもよるが、 既 設 発 電 所 構 成 要 素である 蒸 気 タービン 等 を 改 造 し IGCC 発 電 所 の 一 部 として 使 用 しうる。 又 は、 燃 焼 プラント 全 体を 新 IGCC システムと 置 き 換 え、その 他 の 施 設 設 備 やインフラを 保 存 することもできる。リパワリングは 発 電 所 効 率 を 改 善 し、 発 電 所 出 力 を 増 加 するためのオプションとして 広 く 研 究されているが、CO 2 回 収 のためのリパワリングを 研 究 したものは 比 較 的 少 ない。 表 3.8 に、 最 近の 研 究 (Chen et al., 2003)の 結 果 として、 償 却 が 終 了 したと 想 定 した 250MW の 石 炭 火 力 ユニットを IGCC へリパワリングした 場 合 の CO 2 回 収 コストを 示 す( 従 って、21US$/MWh と 低 COE になる)。IGCC リパワリングでは、 回 収 を 行 う 場 合 の 送 電 端 発 電 能 力 は 600MW となり、 既 存 の 蒸気 タービンが 再 利 用 可 能 かどうかによって、COE は 62~67US$/MWh となる。CO 2 アボイデッドコストは、46~51US$/tCO 2 である。 既 存 の PC ユニットにアミンベースの 回 収 システムを 設 置 し、既 存 ボイラーを 保 持 するオプションと 比 較 すると( 表 3.8)、IGCC リパワリングの COE は 10~30%低 くなると 推 定 された。 上 記 発 見 は Simbeck(1999)の 初 期 の 研 究 において 一 般 にも 合 意 されている。ガス・タービンを 追 加 すると 蒸 気 システム 発 電 所 の 総 発 電 所 能 力 がおよそ 3 倍 になり、IGCCリパワリングの 候 補 は 一 般 的 に 小 規 模 の 既 存 ユニット( 例 ;100-300MW)に 限 られる。 表 3.8 の燃 焼 後 回 収 既 設 設 備 研 究 と 共 に 考 慮 すると、 既 設 発 電 所 の 最 も 費 用 対 効 果 が 高 いオプションは、CO 2 回 収 と 全 体 的 な 効 率 アップ 及 び 送 電 端 出 力 を 高 める 発 電 所 改 修 との 組 み 合 わせとなる。 既 存の 石 炭 火 力 発 電 所 において IGCC リパワリングの 実 現 可 能 性 とコストを、 超 臨 界 ボイラー 改 良 と体 系 的 に 比 較 するためには 追 加 の 研 究 が 必 要 であろう。3.7.7 H 2 製 造 及 び 多 種 生 産 プラントの CO 2 回 収 コスト( 既 存 技 術 )発 電 システムが CO 2 回 収 において 傑 出 して 関 心 を 集 める 技 術 であるものの、その 他 の 工 業 プロセス、H 2 製 造 や 燃 料 混 合 体 を 生 産 する 多 種 生 産 プラント、 化 学 物 質 製 造 もまた 関 心 の 的 である。CO 2 回 収 コストは、 対 象 となる 製 造 プロセスに 大 きく 依 存 するため、 工 業 プロセスのいくつかのカテゴリーを 以 下 で 論 じる。3.7.7.1 H 2 製 造 プラントセクション 3.5 ではエネルギーキャリアとしての H 2 の 潜 在 的 役 割 と H 2 製 造 の 技 術 的 オプションを 論 じた。 本 セクションでは、 化 石 燃 料 から H 2 製 造 中 に 一 般 的 に 放 出 される CO 2 の 回 収 コストを 検 証 する。 表 3.11 は、 天 然 ガス 又 は 石 炭 のいずれかを 原 料 として 使 用 する、155,000~510,000Nm 3 /h(466~1,531MW t )の H 2 製 造 を 持 つプラントの CO 2 回 収 コストの 最 近 の 研 究 の 主 要な 想 定 と、コスト 結 果 を 示 す。H 2 プラントの CO 2 回 収 効 率 は 市 販 の 化 学 物 質 及 び 物 理 吸 収 システムを 使 用 した 場 合 、87~95%になる。しかしながらプロセス・エネルギー 要 件 及 び 上 記 研 究 の 一 部では、オフサイトの 発 電 所 からの CO 2 の 追 加 排 出 を 想 定 しているため、 製 品 単 位 あたりの CO 2削 減 率 は 低 い。H 2 製 造 は CO 2 から H 2 の 分 離 を 必 要 とするため、 回 収 の 増 分 コストは 主 に CO 2 圧縮 コストである。現 在 では、H 2 は 主 に 天 然 ガスから 製 造 される。 最 近 の 2 つの 研 究 では( 表 3.11 参 照 )、CO 2 回収 を 行 うと、H 2 の 単 位 コストはおよそ 18~33% 増 加 するが、H 2 製 品 単 位 あたりの 純 CO 2 排 出 量は( 輸 入 した 電 力 からの CO 2 排 出 量 を 考 慮 に 入 れて)72~83% 減 少 することを 示 している。H 2 製造 の 総 コストは、 燃 料 油 のコストに 影 響 を 受 けやすく、ガスの 価 格 が 変 わると CO 2 回 収 の 絶 対 的 ・- 156 -

相 対 的 コスト 両 方 が 変 わる 可 能 性 がある。石 炭 を 原 料 とする H 2 製 造 では、 最 近 の 研 究 により(NRC, 2004)、 製 品 単 位 あたりの CO 2 排 出量 を 83% 削 減 するためには H 2 の 単 位 コストは 8% 増 加 すると 予 測 している。ここでも、 上 記 数 字は 輸 入 エネルギーからの CO 2 排 出 量 も 含 む。表 3.11 CO 2 回 収 コスト: 既 存 又 は 商 業 技 術 に 近 い 技 術 を 用 いる H 2 及 び 多 品 種 製 造 プラント( 続 きは次 ページに 表 示 )プラント 稼 働 率 (%)注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は LHV/HHV が 石 炭 では 0.96、H 2 では 0.846、F-T 液 体 では 0.93 と 想 定 して 低 位 発 熱 量(LHV) 基 準 値 に 変 換 した。**CO 2 回 収 効 率 ( 回 収 した CO 2 内 の 炭 素 (C))/( 工 場 への 化 石 燃 料 入 力 内 の 炭 素 (C) - 工 場 の 炭 素 質 ガス 製 品 内 の 炭 素 (C))x100。 輸 入 電 力 に 関 連 する 炭 素 (C)は 含 まない。*** 工 場 が 輸 入 した 電 力 生 産 時 に 排 出 された CO 2 も 含 む。**** 報 告 された 総 工 場 投 資 額 は 総 資 本 要 件 を 推 定 して 3.5% 増 加 した。- 157 -

表 3.11 続 きプラント 稼 働 率 (%)注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は LHV/HHV が 石 炭 では 0.96、H 2 では 0.846、F-T 液 体 では 0.93 と 想 定 して 低 位 発 熱 量(LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** CO 2 回 収 効 率 ( 回 収 した CO 2 内 の 炭 素 (C))/( 工 場 への 化 石 燃 料 入 力 内 の 炭 素 (C) - 工 場 の 炭 素 質 ガス 製 品 内 の 炭 素 (C))x100。 輸 入 電 力 に 関 連 する 炭 素 (C)は 含 まない。***プラントが 輸 入 した 電 力 生 産 時 に 排 出 された CO 2 も 含 む。**** 報 告 された 総 プラント 投 資 額 は 総 資 本 要 件 を 推 定 して 3.5% 増 加 した。- 158 -

3.7.7.2 多 種 生 産 プラント多 種 生 産 プラント(ポリジェネレーションプラントとしても 知 られている)は、 原 油 を 原 料 として 電 気 、H 2 、 化 学 薬 品 及 び 液 体 燃 料 等 、 様 々な 製 品 を 生 産 している。( 任 意 の 収 益 率 で) 特 定の 製 品 のコストを 計 算 するために、 多 種 生 産 プラントの 経 済 的 分 析 を 行 うには、その 他 の 全 製 品の 売 価 がプラントの 操 業 寿 命 にわたって 特 定 される 必 要 がある。このような 想 定 は、すでに 論 じた 想 定 に 加 え、 当 該 プラントで 支 配 的 に 生 産 される 1 製 品 がない 場 合 にはコスト 計 算 の 結 果 に 大きく 影 響 を 与 えうる。表 3.11 の 石 炭 ベースの H 2 製 造 プラントのいくつかは、 少 量 ではあるものの 電 力 も 製 造 している( 実 際 に、 独 立 したプラントが 購 入 する 電 力 量 よりも 少 量 である)。 上 記 研 究 のほとんどにおいて、 電 気 の 値 段 は CO 2 回 収 を 行 わない 場 合 よりも 回 収 を 行 う 条 件 下 の 方 が 高 いと 想 定 している。結 果 として、 製 品 単 位 あたり 72~96%の CO 2 削 減 に 対 し、H 2 製 造 コストは 5~33% 増 加 する。 最低 増 分 製 品 コストで 最 も 高 い CO 2 削 減 量 を 示 す 事 例 では、H 2 S と CO 2 の 共 同 処 理 を 想 定 しているため、 硫 黄 回 収 及 び 再 生 コストを 除 外 している。 前 述 したように(セクション 3.7.6.1)、 本 オプションの 実 現 可 能 性 は 地 域 の 規 制 要 件 に 大 きく 左 右 される。また、この 事 例 に 関 して、より 高 額 となる 輸 送 ・ 貯 留 コストは 表 3.11 のコスト 測 定 に 反 映 されていない。表 3.11 は、 液 体 燃 料 と 電 力 を 生 産 する 多 種 生 産 プラントの 例 も 示 している。この 事 例 では、 発電 量 は 液 体 製 品 に 較 べてかなり 大 きいため、 電 力 の 推 定 売 価 は 製 品 コスト 結 果 に 大 きな 影 響 を 持つ。( 前 述 した)H 2 S と CO 2 の 共 同 処 理 の 2 事 例 にも 同 様 に、この 推 定 が 適 用 される。 上 記 の 理 由から CO 2 回 収 の 増 分 コストは、 燃 料 製 品 コストにおいて 非 回 収 事 例 と 比 較 して 13%の 減 少 から13%の 増 加 までの 範 囲 にわたる。 製 品 単 位 あたりの 全 体 的 CO 2 削 減 レベルが、27~56%にすぎないことも 注 記 する。これは 石 炭 燃 料 に 含 まれる 炭 素 の 大 部 分 が、 液 体 燃 料 と 共 に 輸 出 されているためである。それにもかかわらず、 燃 料 処 理 計 画 の 重 要 な 利 点 は 燃 料 油 に 対 して 燃 料 エネルギーの 単 位 あたりの 炭 素 含 有 量 が(30~38%) 減 少 することである。エネルギー 単 位 あたりの 炭 素 がより 高 い 燃 料 にこれらの 液 体 燃 料 を 代 替 すると、 燃 料 が 燃 焼 するときの 最 終 消 費 CO 2 排 出 量 に 実質 的 な 利 点 がある。しかしながら、 検 討 されるシステム 境 界 が 燃 料 製 造 プラントに 制 限 されているため、 表 3.11 ではこのような 削 減 は 考 慮 していない。3.7.8 その 他 の 工 業 プロセスの 回 収 コスト( 既 存 技 術 )CO 2 は 発 電 用 として 前 述 した 技 術 を 使 用 して、 他 の 工 業 プロセスでも 回 収 可 能 である。 回 収 コストは、 工 業 プロセスの 規 模 、 種 類 及 び 立 地 条 件 によって 大 きく 差 がでるが、 回 収 コストは 以 下の 条 件 を 備 えたプラントで 最 も 低 くなる。 比 較 的 高 濃 度 の CO 2 を 含 むガス、CO 2 排 出 率 が 大 きいプラント、CO 2 回 収 システムのエネルギー 必 要 量 を 満 たすために 廃 棄 熱 を 利 用 できるプロセスという 条 件 である。 上 述 の 潜 在 的 利 点 にもかかわらず、 工 業 プラントでの CO 2 回 収 コストを 推 定 する 詳 細 な 研 究 はほとんど 行 われておらず、またその 研 究 のほとんどが 石 油 精 製 所 や 石 油 化 学 プラントに 焦 点 をあてている。 現 在 入 手 可 能 なコスト 研 究 を 表 3.12 に 示 す。- 159 -

表 3.12 回 収 コスト: 既 存 又 は 高 度 技 術 を 使 用 するその 他 工 業 プロセスプラント 稼 働 率 (%)- 160 -注 : 本 表 の 全 てのコストは CO 2 回 収 用 のみであり 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。** 資 本 コストは 回 収 の 増 分 コストであり、 追 加 蒸 気 コスト 及 び 発 電 コストを 含 まず、 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストも 含 まない。

3.7.8.1 石 油 精 製 及 び 石 油 化 学 プラント典 型 的 な 石 油 精 製 所 及 び 石 油 化 学 プラントから 排 出 される 大 量 の CO 2 は、ガス 焚 プロセス 加 熱炉 及 び 蒸 気 ボイラーはから 排 出 される。 精 製 所 及 び 石 油 化 学 プラントは、 大 量 の CO 2 を 排 出 するが、しばしば 広 範 囲 に 分 散 する 複 数 の 排 出 源 を 含 む。 集 中 CO 2 吸 収 装 置 又 はアミン 再 生 器 を 使 用してスケールメリットを 得 ることが 可 能 であるが、その 利 点 の 一 部 はパイプ 及 び 配 管 のコストによって 相 殺 される。 表 3.14 から、 既 存 の 技 術 を 使 用 する 精 製 所 及 び 石 油 化 学 プラント 加 熱 炉 からの CO 2 回 収 及 び 圧 縮 コストは 50~60US$/tCO 2 ( 回 収 分 )と 推 定 される。これらの 工 業 施 設 は、 関係 する 特 許 とあわせ 複 雑 であるため、プラント 製 品 の 増 分 コストは 一 般 的 に 報 告 されない。第 2 章 で 述 べたように、 高 純 度 の CO 2 は 現 在 ガス 処 理 及 び 石 油 化 学 産 業 の 一 部 から 大 気 に 排 出されている。これらの 事 例 では、CO 2 回 収 コストは 単 に CO 2 を 乾 燥 し 輸 送 に 必 要 な 圧 力 まで 圧 縮するだけである。コストは 様 々な 要 因 、 特 に 操 業 規 模 及 び 電 力 価 格 に 左 右 される。2MtCO 2 / 年 及び 電 力 価 格 が US$0.05/kWh とすると、 削 減 コストは CO 2 排 出 量 あたりおよそ 10US$/tCO 2 であると 推 定 される。 電 力 が 総 コストの 半 分 以 上 を 占 める。- 161 -

表 3.14 CO 2 回 収 コスト: 高 度 技 術 を 使 用 する 多 品 種 生 産 プラントプラント 稼 働 率 (%)- 162 -注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は LHV/HHV が 石 炭 では 0.96、H 2 では 0.846 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** CO 2 回 収 効 率 ( 回 収 した CO 2 内 の 炭 素 (C))/( 工 場 への 化 石 燃 料 入 力 内 の 炭 素 (C)- 工 場 の 炭 素 質 ガス 製 品 内 の 炭 素 (C))x100。 輸 入 電 力 に 関 連 する 炭 素 (C)は 含 まない。*** 工 場 が 輸 入 した 電 力 生 産 時 に 排 出 された CO 2 も 含 む。**** 報 告 された 総 工 場 投 資 額 は 総 資 本 要 件 を 推 定 して 3.5% 増 加 した。

3.7.8.2 セメントプラント第 2 章 で 記 したように、セメントプラントは 発 電 所 を 除 けば 最 大 の 工 業 的 CO 2 排 出 源 である。セメントプラントは 一 般 的 に、 石 炭 、 石 油 コークス 及 び 様 々な 廃 棄 物 等 の 低 価 格 の 炭 素 燃 料 を 燃焼 する。 排 煙 ガスは 一 般 的 に 14~33vol%の CO 2 濃 度 となり、CO 2 は 燃 料 燃 焼 だけでなく、セメントプラントにおいて 炭 酸 塩 鉱 物 の 分 解 反 応 からも 発 生 するため、 発 電 所 よりもはるかに 高 濃 度 となる。 高 CO 2 濃 度 は 排 煙 ガスから CO 2 を 回 収 するコストを 削 減 できる 可 能 性 がある。 燃 焼 前 回 収を 使 用 すると、 燃 料 関 連 の CO 2 のみを 回 収 し、CO 2 排 出 量 の 部 分 的 解 決 にしかならない。 酸 素 燃焼 及 びカルシウム 溶 媒 を 使 用 する 別 オプションもあり、セクション 3.2.4 及 び 3.7.11 に 記 載 している。3.7.8.3 一 貫 製 鉄 プラント一 貫 製 鉄 プラントは 第 2 章 で 記 載 したように、 世 界 最 大 の CO 2 排 出 源 の 1 つである。 一 貫 製 鉄プラントに 持 ち 込 まれる 炭 素 の 約 70%が、 溶 鉱 炉 ガス 内 に CO 2 及 び CO の 形 で 含 有 され、どちらもガスの 20vol%を 占 める。 溶 鉱 炉 ガスから CO 2 を 回 収 するコストは 35US$/tCO 2 ( 削 減 分 )(Ferlaet al., 1995)、 又 は 18US$/tCO 2 ( 回 収 分 )(Gielen, 2003)であると 推 定 された。鉄 鉱 石 は 合 成 ガス 又 は H 2 と 反 応 し、 直 接 還 元 によって 鉄 となる(Cheeley, 2000)。 直 接 還 元 プロセスはすでに 商 業 的 に 使 用 されているが、 従 来 の 鉄 製 プロセスと 広 く 競 争 できるようにさらなる 開 発 研 究 がコスト 削 減 のために 必 要 となる。 直 接 還 元 製 鉄 プロセスから CO 2 を 回 収 するコストは、10US$/tCO 2 と 推 定 された(Gielen, 2003)。CO 2 は 製 鉄 プラントのその 他 のガスからも 回 収 できるが、CO 2 濃 度 が 薄 いか 規 模 が 小 さいためコストはおそらくもっと 高 くなるであろう。3.7.8.4 バイオマスプラントバイオマスから 派 生 する CO 2 の 主 要 な 大 規 模 排 出 源 は 現 在 、 黒 液 回 収 ボイラー 及 び 樹 皮 燃 焼 ボイラーから CO 2 を 排 出 する 木 材 パルププラントや、さとうきび 搾 りかす 燃 焼 ボイラーから CO 2を 排 出 する 砂 糖 /エタノールプラントである。 黒 液 はパルプ 製 造 の 副 生 成 物 であり、パルプ・プロセスで 使 用 するリグニン 及 び 化 学 物 質 を 含 む。 燃 焼 後 回 収 コストは 約 1MtCO 2 / 年 を 回 収 するプラントで 34US$/tCO 2 ( 削 減 分 )と 推 定 された(Mollenstern et al., 2003)。バイオマスのガス 化 はボイラーの 代 替 として 開 発 中 である。CO 2 はスクロース 発 酵 及 びさとうきびの 搾 りかすの 燃 焼 からも 回 収 されるが、0.6MtCO 2 / 年 規 模のプラントで 約 53US$/tCO 2 ( 削 減 分 )のコストで 回 収 できる(Mollersten et al., 2003)。さとうきび 搾 りかすから 発 生 する CO 2 は 高 純 度 であり、 乾 燥 と 圧 縮 のみが 必 要 となる。ただし、ほとんどの 発 電 所 及 び 大 規 模 産 業 プラントよりも 低 い 年 間 利 用 率 のため、 全 体 のコストは 比 較 的 高 くなる。CO 2 はその 他 のバイオマス 副 生 成 物 及 び/ 又 は(その 目 的 で 育 成 された)バイオマスを 使 用 する蒸 気 発 生 プラント 又 は 発 電 所 でも 回 収 できる。 現 在 のほとんどのバイオマスプラントは 比 較 的 小規 模 である。バイオマスを 動 力 源 とする 24MW の IGCC 発 電 所 で 0.19MtCO 2 / 年 を 回 収 するコストは、 回 収 を 行 わないバイオマス・IGCC 発 電 所 と 比 較 して、 約 70US$/tCO 2 増 分 になると 推 定 される(Audus and Freund, 2005)。 将 来 的 に、(その 目 的 で 育 成 された)バイオマスを 使 用 する 大 規 模プラントが 建 設 され、バイオマスを 化 石 燃 料 と 混 合 燃 焼 し、 第 2 章 で 述 べたようにスケールメリットを 得 られる 可 能 性 がある。バイオマス 燃 料 は、 瀝 青 炭 の 燃 料 エネルギー 単 位 と 同 量 かわずかに 多 い CO 2 を 生 じる。 従 って、これら 燃 料 からの 排 煙 ガスの CO 2 濃 度 はほとんど 同 じとなる。つ- 163-

まり、プラントの 規 模 、 効 率 、 負 荷 要 因 及 びその 他 主 要 パラメータが 類 似 の 場 合 には、バイオマスを 使 用 する 大 規 模 発 電 所 で CO 2 を 回 収 するコストは、 大 規 模 化 石 燃 料 発 電 所 で CO 2 を 回 収 するコストとほとんど 同 じとなりうる。バイオマスを 使 用 する 発 電 所 における CO 2 排 出 を 削 減 するコストについては、 詳 細 を 第 8 章 で 検 討 する。3.7.9 将 来 の CO 2 回 収 コストの 見 通 し以 下 のセクションでは 未 だに 商 業 的 に 利 用 可 能 ではないが、 予 備 データ 及 び 設 計 研 究 に 基 づき低 コストで CO 2 を 回 収 できる 見 込 みがある「 高 度 」 技 術 に 焦 点 をあてる。 第 3 章 のこれまでのセクションにおいて、 低 コストの CO 2 回 収 オプションを 開 発 する 世 界 中 で 進 行 中 の 研 究 について 検討 した。 上 記 開 発 の 中 には 新 プロセス 概 念 に 基 づくが、 既 存 の 商 業 プロセスへの 改 良 を 示 す 開 発もある。 実 際 、 技 術 革 命 の 歴 史 は 斬 新 的 な 技 術 の 変 化 を 長 年 ( 何 十 年 にわたることも 多 い) 維 持することが、 長 期 間 維 持 される 性 能 改 善 や 技 術 コストの 削 減 への 最 も 近 道 であることを 示 している(Alic et al., 2003)。このような 傾 向 は 一 般 的 に「 学 習 曲 線 」 又 は「 経 験 曲 線 」の 形 で 表 示 ・ 定量 化 され、 特 定 の 技 術 を 採 用 する 実 績 の 累 積 に 応 じてコスト 削 減 を 示 す(McDonald andSchrattenholzer, 2001)。CO 2 回 収 システムに 関 連 する 最 近 の 研 究 で、 過 去 25 年 間 にわたって、 米国 の 石 炭 火 力 発 電 所 における SO 2 及 び NO x 回 収 システムの 資 本 コストが、 世 界 的 に 設 置 された 容量 が 2 倍 になる 毎 に( 累 積 経 験 の 代 わりとして。 調 査 及 び 研 究 研 究 (R&D)を 含 む)、 平 均 12%減 少 してきたことを 示 した 研 究 がある(Rubin et al., 2004a)。これらの 回 収 技 術 は、CO 2 回 収 の 現在 のシステムに 多 くの 類 似 点 を 持 つ。 技 術 的 学 習 により 工 学 的 プロセスの 単 位 容 量 を 2 倍 にすることで、20%のコスト 削 減 ができると 提 唱 する 別 の 最 近 の 研 究 もある(IEA, 2004)。CCS システムでは、エネルギー 必 要 量 に 関 するコストの 削 減 が CO 2 回 収 コストを 大 幅 に 削 減 するために 必 要となるので、エネルギー 必 要 量 に 関 するコスト 削 減 の 重 要 性 が 強 調 されている。同 時 に、 技 術 革 新 に 関 する 大 量 の 文 献 から、 学 習 率 の 不 確 実 性 が 高 く 11 、 開 発 初 期 段 階 の 技 術に 対 するコスト 推 定 は 信 頼 性 にかけ 過 度 に 楽 観 的 であることが 多 いことがわかる(Merrow et al.,1981)。 高 度 な 技 術 及 びエネルギー・システムのコスト 傾 向 の 定 性 的 な 記 述 は、 一 般 的 にコストが研 究 段 階 から 完 全 規 模 の 実 証 まで 増 加 することを 示 している。 一 基 又 はそれ 以 上 の 本 格 的 規 模 の商 業 プラントが 設 置 された 後 に、 初 めてコストは 次 のユニットに 対 して 減 少 を 始 める(EPRI, 1993;NRC, 2003)。 上 で 述 べた SO 2 及 び NO x 回 収 システムの 事 例 研 究 も 類 似 の 様 式 を 示 している。 初 期の 本 格 的 FGD 及 び SCR 設 置 のコストが(2 倍 又 はそれ 以 上 に) 大 きく 増 加 した 後 に、コストは大 きく 減 少 した(Rubin et al., 2004b)。 従 って CO 2 回 収 システムのコスト 推 定 も、 現 在 の 開 発 段 階の 内 容 で 検 討 されるべきである。ここでは 技 術 開 発 者 及 び 分 析 者 が 提 供 する 定 性 的 判 断 と、 定 量的 コスト 推 定 を 組 み 合 わせた 潜 在 的 な 将 来 のコストの 見 通 しを 提 供 できるように 努 力 する。 以 下のセクションでは 発 電 分 野 及 びその 他 の 工 業 プロセス 分 野 を 再 び 取 り 上 げ、CO 2 回 収 コスト 削 減の 主 な 見 通 しのいくつかを 取 り 上 げる。3.7.10 発 電 所 での CO 2 回 収 コスト( 高 度 技 術 )本 セクションではまず 酸 素 燃 焼 法 を 検 証 する。 酸 素 燃 焼 法 は 輸 送 及 び 貯 留 システムに 提 供 する濃 縮 CO 2 を 製 造 することによって、CO 2 回 収 の 必 要 性 を 回 避 できる。 次 に 燃 焼 後 回 収 及 び 燃 焼 前回 収 における 開 発 の 可 能 性 を 検 証 する。11 McDonarld and Schrattenholzer(2001)は 42 のエネルギー 関 連 技 術 の 研 究 において、 学 習 率 が-14%から 34%の範 囲 であり、 中 値 が 16%であることを 発 見 した。 上 記 の 率 は 設 置 された 容 量 がそれぞれ 2 倍 になった 場 合 のコストの 平 均 削 減 値 を 表 す。 負 の 学 習 率 は 研 究 期 間 中 、コストが 減 少 せずに 増 加 したことを 示 す。- 164-

3.7.10.1 酸 素 燃 焼 システムまず 2 種 類 の 酸 素 燃 焼 システムを 分 類 することが 重 要 である。 酸 素 燃 焼 ボイラー( 改 良 又 は 新設 計 のいずれか) 及 び 酸 素 燃 焼 に 基 づくガス・タービンサイクルである。 前 者 は 商 業 規 模 での 実 証段 階 に 近 いが、 後 者 は(ケミカル・ループ 燃 焼 システム 及 び CO 2 / 水 を 作 動 流 体 として 利 用 する 新型 動 力 サイクル)いまだに 設 計 段 階 である。 表 3.13 は 新 規 又 は 既 設 の 石 炭 火 力 ユニットに 適 用 した 酸 素 燃 焼 システムの CO 2 回 収 コストの 最 近 の 研 究 の 主 要 想 定 と、コストの 結 果 を 要 約 している。セクション 3.4 で 述 べたように、 酸 素 燃 焼 は 主 に CO 2 及 び 蒸 気 と、 少 量 の SO 2 、 窒 素 及 びその 他微 量 不 純 物 を 含 む 排 煙 ガスを 生 成 する。これらの 設 計 は 燃 焼 後 CO 2 回 収 システムの 資 本 及 び 運 用コストを 排 除 するが、 酸 素 プラント 及 びその 他 システム 設 計 修 正 には 新 たなコストが 発 生 する。酸 素 燃 焼 法 は 未 だ 開 発 中 であり、 大 規 模 発 電 には 使 用 も 実 証 もされてもいないため、 酸 素 燃 焼 システムの 設 計 基 準 及 びコスト 推 定 は 非 常 に 幅 が 広 く 不 確 実 なままである。このため 表 3.13 では 酸素 燃 焼 コスト 推 定 の 幅 が 広 くなっている。しかしながら、 現 時 点 では 酸 素 燃 焼 ガス・タービンサイクルの 高 度 設 計 概 念 のコスト 推 定 の 方 が、 酸 素 燃 焼 法 を 採 用 する 新 規 又 は 既 設 ボイラーの 設 置 に対 するコスト 推 定 よりも 不 確 実 性 が 高 いことに 注 意 が 必 要 である。新 規 プラントへの 適 用 に 関 し、 表 3.13 のデータは 酸 素 燃 焼 法 によって 従 来 プラントの 資 本 コストが 30~90% 増 加 し、COE が 30~150% 増 加 するが、kWh あたりの CO 2 排 出 量 を 75~100% 削 減することを 示 している。 既 設 プラントの 改 修 により 適 用 することは、 既 設 プラントが 完 全 に 又 は部 分 的 に 償 却 されている 事 例 では 比 較 的 高 額 なコストを 示 す。 表 3.13 でコストが 最 も 低 い 酸 素 燃焼 システムは、ケミカル・ループを 使 用 し CO 2 排 出 量 をほとんど 100% 削 減 するものである。したがってこの 概 念 が 有 望 と 思 えるものの(セクション 3.4.6)、 試 験 により 有 意 義 な 規 模 で 実 証 されねばならない。したがって 概 念 設 計 に 基 づくコスト 推 定 は、 現 時 点 では 非 常 に 不 確 実 性 が 高 いままである。現 在 の CO 2 回 収 システムに 関 し 酸 素 燃 焼 法 のコスト 節 約 の 可 能 性 を 判 断 するためには、 特 定 のサイトに 基 づく、 特 定 の 研 究 内 で 評 価 された 代 替 技 術 のコストを 比 較 することが 有 益 である。この 観 点 から、 表 3.1 の Alstom et al.(2001)は、 酸 素 燃 焼 回 収 システムの COE は、 同 じ 255MW 発電 所 でのアミン・システム 改 良 のコストより 20% 低 く( 表 3.13)、CO 2 アボイデッドコストは 26%低 いという 報 告 をしている。 対 照 的 にカナダのクリーン・パワー 同 盟 (CCPC: Canadian Clean PowerCoalition)による 研 究 (Stobbs and Clark, 2005)は、 大 規 模 褐 炭 火 力 発 電 所 における 酸 素 燃 焼 システムの COE( 表 3.13)はアミン CO 2 回 収 システムよりも 36% 高 く、 削 減 する CO 2 コストは 2 倍以 上 大 きいと 報 告 している。このコスト 差 異 の 主 な 原 因 は、CCPC の 研 究 における 酸 素 燃 焼 ユニットが 完 全 な 空 気 燃 焼 も 行 える 特 性 を 持 つためであった。CCPC のユニットの 資 本 コストは、 酸素 燃 焼 法 運 用 のためだけに 設 計 された 新 ユニットの 資 本 コストよりもはるかに 高 く、 全 体 の 資 本コスト 増 加 の 原 因 となる。IEA GHG が 資 金 提 供 したさらに 最 近 の 研 究 (Dillon et al., 2005)では、酸 素 燃 焼 法 を 行 う 大 規 模 で 新 しい 超 臨 界 石 炭 火 力 ボイラーの COE は、 類 似 の 想 定 を 使 用 する 別 の研 究 (IEA GHG, 2004)で 分 析 された 燃 焼 後 回 収 を 行 う 最 先 端 の 石 炭 発 電 所 よりもわずかに(2%から 3%) 低 くなることが 分 かった。さらなるコスト 削 減 は、 新 しい 低 価 格 の 酸 素 製 造 技 術 の 開発 が 成 功 すれば 達 成 可 能 であろう(セクション 3.4.5 参 照 )。 現 時 点 では、 酸 素 燃 焼 システムの 最適 な 設 計 は 明 確 に 確 立 されておらず、 商 業 設 計 に 提 示 されるコストは 不 明 確 なままである。まだ利 用 できない、 又 は 開 発 段 階 にある 構 成 要 素 を 使 用 する 高 度 概 念 設 計 の 場 合 はなおのことである。これは 例 えば、CO 2 ガス・タービン 又 は 酸 素 製 造 のための 高 温 セラミック 膜 等 があげられる。- 165-

表 3.13 回 収 コスト: 発 電 所 に 対 する 先 進 技 術 ( 次 ページに 続 く)プラント 稼 働 率 (%)- 166 -注 : 本 表 の 全 てのコストは CO 2 回 収 用 のみであり 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は LHV/HHV が 石 炭 では 0.96 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** 値 は 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストを 推 定 して 15% 増 加 した。

表 3.13 続 きプラント 稼 働 率 (%)- 167 -注 : 本 表 の 全 てのコストは CO 2 回 収 用 のみであり 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は LHV/HHV が 石 炭 では 0.96 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** 値 は 建 設 中 の 利 子 及 びその 他 所 有 者 のコストを 推 定 して 15% 増 加 した。

3.7.10.2 燃 焼 後 回 収 を 行 う 高 度 システム燃 焼 後 CO 2 回 収 のため、 既 存 のアミンベースのシステムを 改 良 することは、 多 くのプロセス 開発 者 が 研 究 しており(Mimura et al., 2004; Muramatsu and Iijima, 2003; Reddy et al., 2003)、 現 在 使 用中 のシステムに 対 するコスト 削 減 に 最 適 の 可 能 性 を 提 案 しうる。 表 3.7 ですでに 要 約 した 最 新 のシステムは、CO 2 アボイデッドコストをおよそ 20~30% 削 減 するといわれている(IEA GHG, 2004)。表 3.13 は、プラントの 熱 インテグレーションの 更 なる 進 歩 が、 回 収 プラントの COE を 約 5% 削 減する 事 を 示 す。この 結 果 は 最 近 の Rao et al.(2003)の 研 究 と 一 致 している。Rao et al.は 専 門 的 誘出 法 とプラントシミュレーション・モデルを 使 用 し、2015 年 までに 4 つの 主 要 プロセス・パラメータ、つまり 溶 媒 濃 度 、 再 生 エネルギー 必 要 量 、 溶 媒 損 失 及 び 溶 媒 コストに 対 し 改 良 達 成 の 可 能 性が 高 いことを 示 した。「 最 も 可 能 性 が 高 い」 改 良 は、 削 減 率 が 18%であり、「 望 ましい」 推 定 は 上記 4 パラメータのみの 改 良 によって 36%のコスト 削 減 をもたらす。CO 2 回 収 コストは 同 程 度 の 額を 削 減 できる。 高 効 率 の 熱 インテグレーション( 溶 媒 再 生 用 ) 及 び 高 い 発 電 所 効 率 が 進 められれば、CO 2 回 収 コストをさらに 大 きく 削 減 できるかもしれない。NGCC も、ガス・タービン 技 術 の 進 歩 から 同 じような 便 益 を 得 る。 表 3.13 は H タービン 設 計 に基 づくいくつかの 例 を 示 す。 表 3.9 の 事 例 と 比 較 して、これらのシステムは 高 効 率 であり、kWhあたりの CO 2 削 減 率 が 大 きくなる。 高 度 NGCC システムの COE が 高 いのは、 最 近 の 研 究 では 天然 ガス 価 格 が 高 く 想 定 されていることを 反 映 している。表 3.13 は、 膜 分 離 システム 等 の 燃 焼 後 に 適 用 されるその 他 の 高 度 技 術 も、 将 来 の CO 2 回 収 コストを 削 減 しうることを 示 す(セクション 3.3.3 参 照 )。そのような 技 術 についての 信 頼 できるコスト 推 定 には、さらに 開 発 と 実 証 を 待 たねばならない。3.7.10.3 燃 焼 前 回 収 を 備 えた 高 度 システムCO 2 回 収 を 行 うガス 化 に 基 づくシステムのコストも、ガス・タービン 技 術 、ガス 化 装 置 設 計 、 酸素 製 造 システム、CO 2 回 収 技 術 、エネルギー 管 理 及 び 施 設 全 体 の 最 適 化 の 改 良 を 継 続 することで削 減 することが 期 待 できる。 最 近 の 研 究 (IEA GHG, 2003)では、CO 2 回 収 を 行 う 石 炭 ベースの IGCCの 発 電 コストは、2020 年 までに 20% 削 減 すると 予 測 しているものもある。この 研 究 はガス 化 、 酸素 製 造 、 物 理 溶 媒 洗 浄 、 及 び 複 合 発 電 プロセスの 改 良 を 考 慮 に 入 れているが、CO 2 分 離 技 術 に 革新 的 な 発 明 がおこりうることは 考 慮 していない。 最 近 の CO 2 回 収 プロジェクト(CCP, 2005)の 結果 を 含 め、 表 3.13 の 追 加 的 な IGCC 事 例 は、 高 度 IGCC システムの COE が 表 3.10 のシステムと比 較 して 同 様 に 削 減 されることを 予 測 する。3.7.11 H 2 製 造 及 び 多 種 生 産 プラントの CO 2 回 収 コスト( 高 度 技 術 )表 3.14 は 化 石 燃 料 から 酸 素 及 び 電 力 を 製 造 する 新 方 法 、 又 は 改 良 方 法 の 性 能 とコストを 推 定 した 最 近 の 研 究 の 結 果 を 示 す。- 168 -

表 3.14 CO 2 回 収 コスト: 高 度 技 術 を 使 用 する 多 品 種 生 産 プラントプラント 稼 働 率 (%)- 169 -注 : 本 表 の 全 てのコストは 回 収 用 のみであり CO 2 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。* 報 告 された 高 位 発 熱 量 (HHV) 基 準 値 は LHV/HHV が 石 炭 では 0.96、H 2 では 0.846 と 想 定 して 低 位 発 熱 量 (LHV) 基 準 値 に 変 換 した。** CO 2 回 収 効 率 ( 回 収 した CO 2 内 の 炭 素 (C))/( 工 場 への 化 石 燃 料 入 力 内 の 炭 素 (C)- 工 場 の 炭 素 質 ガス 製 品 内 の 炭 素 (C))x100。 輸 入 電 力 に 関 連 する 炭 素 (C)は 含 まない。*** 工 場 が 輸 入 した 電 力 生 産 時 に 排 出 された CO 2 も 含 む。**** 報 告 された 総 工 場 投 資 額 は 総 資 本 要 件 を 推 定 して 3.5% 増 加 した。

表 3.11 の 既 存 の 商 業 施 設 と 比 較 すると、CO 2 を 回 収 する 先 進 の 単 一 製 品 システムは 16%( 天 然ガス 原 料 )から 26%( 石 炭 原 料 )の H 2 コスト 削 減 を 実 現 する。 表 3.14 の 追 加 事 例 では、 多 種 生産 システムが H 2 及 び 電 力 を 生 産 していることがわかる。これらの 事 例 は、CO 2 回 収 を 備 えた H 2製 造 コストを 将 来 的 に 大 きく 削 減 する 可 能 性 を 指 摘 している。 前 述 したように、 副 生 成 物 である電 力 の 仮 定 売 価 に 影 響 を 受 ける。さらに 重 要 なことは、これらの 事 例 は、 固 体 酸 素 燃 料 電 池 (SOFC)等 、まだ 実 証 されていないが、 比 較 的 小 規 模 で 開 発 中 の 技 術 の 規 模 拡 大 及 び 商 業 化 が 成 功 することを 仮 定 している。 従 ってこれらシステムの 公 表 コスト 推 定 は、 非 常 に 高 い 不 確 実 性 をはらんでいる。3.7.12 その 他 工 業 プロセスの CO 2 回 収 コスト( 高 度 技 術 )前 述 したように、 工 業 プロセスからの CO 2 回 収 については 広 く 研 究 されていない。 最 も 広 範 な分 析 では、 石 油 精 製 、 特 に 加 熱 炉 及 びその 他 燃 料 ベースプロセスの CO 2 回 収 オプションに 注 目 してきた( 表 3.12 参 照 )。 酸 素 燃 焼 法 の 使 用 によって、 複 数 の 工 業 的 適 用 でコスト 節 約 の 可 能 性 が生 まれる。CO 2 回 収 プロジェクトでは、 精 製 所 加 熱 炉 及 びボイラーでの CO 2 回 収 コストは、イオン 輸 送 膜 酸 素 プラントでは、31US$/tCO 2 ( 削 減 分 )であると 報 告 している。シフト 反 応 及 び 膜 ガス 分 離 に 基 づく 燃 焼 前 回 収 コストは、41US$/tCO 2 ( 削 減 分 )であると 推 定 された(CCP, 2005)。酸 素 燃 焼 法 をセメントプラントに 適 用 することも 可 能 であるが、セメントプラント 内 の CO 2 圧が 通 常 より 高 くなり、この 結 果 起 こる 焼 成 反 応 及 びセメント 製 品 の 品 質 について 調 査 する 必 要 がある。セメントプラントで 1tの CO 2 回 収 に 必 要 な 酸 素 量 は 発 電 所 で 必 要 とする 量 の 約 半 分 にすぎない。これは、 発 生 する CO 2 の 約 半 分 しか 燃 料 燃 焼 に 起 因 しないためである。このため、 酸 素燃 焼 法 を 大 規 模 セメントプラントで 行 った 場 合 の CO 2 回 収 コストは、 発 電 所 よりも 低 くなることが 漠 然 と 予 想 されるが、 詳 細 な 工 学 コスト 研 究 が 欠 けている。セクション 3.3.3.4 においてカルシウムベースの 吸 着 剤 を 使 用 する 新 たな 技 術 を 記 載 したが、これが 将 来 セメントプラントで 最 もコスト 的 に 競 争 力 を 持 つかもしれない。3.7.13 CO 2 回 収 コスト 推 算 の 要 約表 3.15 は、 本 報 告 書 で 分 析 した 主 要 発 電 システムに 対 する 現 在 の CO 2 回 収 コストの 範 囲 を 要 約している。これらのコストは、 既 存 の 商 業 的 技 術 を 使 用 する 大 規 模 な 新 規 発 電 所 の 事 例 研 究 に 適用 できる。PC 及 び IGCC システムでは、 表 3.15 のデータは 既 設 の 瀝 青 炭 を 使 用 する 発 電 にのみ適 用 され、PC 発 電 所 に 関 しては 超 臨 界 ユニットのみである。3 システムそれぞれのコストは、 様 々な 研 究 で 用 いた 技 術 、 経 済 性 及 び 運 用 条 件 における 差 異 を 反 映 する。 報 告 されたコストの 差 異 のうち CO 2 回 収 システム 設 計 の 違 いに 帰 するものもあるが、 変 化 の 主 な 原 因 は、 回 収 技 術 が 適 用 される 基 準 発 電 所 の 設 計 仮 定 、 運 用 及 び 財 政 状 況 における 違 いである(つまり、 発 電 所 規 模 、 場 所 、効 率 、 燃 料 の 種 類 、 燃 料 コスト、 稼 働 率 及 び 資 本 コスト 等 である)。どの 仮 定 も 全 ての 状 況 又 は 世界 の 全 地 域 に 適 用 できないため、 表 3.8、3.10、3.11 及 び 3.12 の 研 究 により 示 されたコスト 範 囲 を記 載 した。- 170 -

表 3.15 既 存 技 術 に 基 づく 新 規 発 電 所 性 能 及 び CO 2 回 収 コストの 要 約- 171 -注 : 回 収 発 電 所 のエネルギー 必 要 量 の 計 算 に 関 しては 表 3.6.1 参 照 。イタリック 体 の 値 は 元 々 報 告 された 値 から 下 記 のように 調 整 した。(a) 範 囲 及 び 代 表 値 は 表 3.8、3.11、3.12 のデータに 基 づく。 本 表 の 全 てのコストは CO 2 回 収 用 のみであり 輸 送 及 び 貯 留 のコストを 含 まない。CCS の 総 コストに 関 しては 第 8 章 参 照 。(b) 全 ての PC 及 び IGCC データは US$1.0~1.5 GJ -1 (LHV)のコストで 瀝 青 炭 のみのものである。 全 ての PC 発 電 所 は 超 臨 界 ユニットである。(c)NGCC データは US$2.8~4.4 GJ -1 (LHV 基 準 )の 天 然 ガスの 値 段 に 基 づく。(d)コストは 普 遍 US ドル(2002 年 前 後 が 基 準 )である。(e) 発 電 所 の 規 模 は 回 収 なしでおよそ 400~800MW、 回 収 ありで 400~700MW の 範 囲 である。(f) 稼 働 率 は 石 炭 発 電 所 では 65~85%の 範 囲 であり、ガス 発 電 所 では 50~95%である(どちらも 平 均 は 80%)。(g)H 2 プラントの 原 料 は 天 然 ガス(US$4.7~5.3 GJ -1 ) 又 は 石 炭 (US$0.9~1.3 GJ -1 )である。データ 内 のいくつかの 発 電 所 は H 2 に 加 え 電 力 も 産 出 する。(h) 固 定 費 率 は 発 電 所 で 11~16%であり、H 2 プラントでは 13~20%である。(i) 全 てのコストは CO 2 圧 縮 を 含 むが 追 加 の CO 2 輸 送 及 び 貯 留 コストは 含 まない( 完 全 な CCS コストに 関 しては 第 8 章 参 照 )。

表 3.15 の 発 電 所 の 研 究 では、 既 存 の CO 2 回 収 システムが 回 収 を 行 わない 類 似 発 電 所 と 比 較 して、kWh あたりおよそ 85~90%の CO 2 排 出 量 を 削 減 すると 報 告 している。CO 2 回 収 により 発 電 コストは、 天 然 ガス 複 合 発 電 所 で 35~70%、 新 微 粉 炭 発 電 所 では 40~85%、ガス 化 複 合 発 電 所 では 20~55% 増 加 する。 全 体 的 に、 回 収 を 行 う 化 石 燃 料 発 電 所 の COE は 43~86US$/MWh であり、 回収 を 行 わない 類 似 発 電 所 では 31~61US$/Wh である。これらのコストには CO 2 圧 縮 コストを 含 むが、 輸 送 ・ 貯 留 コストは 含 まない。 現 在 までのほとんどの 研 究 では、NGCC システムが、 大 規 模ベースロード 発 電 所 として 高 稼 働 率 (75% 以 上 )を 維 持 し、ガス 価 格 が 発 電 所 の 操 業 期 間 中 約4US$/GJ 以 下 である 場 合 には、 一 般 的 に( 回 収 のあるなしを 問 わず)PC 及 び IGCC 発 電 所 よりも低 い COE となる。しかしながら、ガス 価 格 が 高 くなり、 低 稼 働 率 となる 場 合 は、NGCC 発 電 所は 一 般 的 に 回 収 のあるなしを 問 わず 石 炭 ベースの 発 電 所 よりも COE が 高 くなる。 最 近 の 研 究 では、IGCC 発 電 所 は 回 収 を 行 わないと 同 規 模 の PC 発 電 所 よりもわずかにコストが 高 くなり、 回 収 を 行うとわずかにコストが 低 くなることがわかった。しかしながら、 回 収 のあるなしに 関 わらず、PC発 電 所 と IGCC 発 電 所 のコストの 差 異 は 石 炭 の 種 類 やその 他 の 局 地 的 要 因 、 資 本 コスト 等 によって 大 きく 異 なる。PC も IGCC システムもどちらも 回 収 及 び 貯 留 について 大 規 模 な 近 代 的 発 電 所 ( 例えば、500MW)で 実 証 されていないので、 表 3.6 の 基 準 に 基 づくと、これらのシステム( 及 び 同規 模 の 回 収 ・ 貯 留 を 行 う NGCC システム)の 絶 対 又 は 相 対 コストのどちらも 現 時 点 では 高 い 確 信を 持 って 述 べることはできない。表 3.15 は 既 存 の 技 術 を 使 用 する CO 2 回 収 の 最 低 コスト(~2US$/tCO 2 ( 回 収 又 は 削 減 分 ))は、製 造 プロセスの 一 部 として 高 純 度 の CO 2 を 生 成 する、 石 炭 を 原 料 とする H 2 プラント 等 の 工 業 プロセスにあると 示 している。このような 工 業 プロセスは CCS の 初 期 可 能 性 の 一 部 となりうる。図 3.20 は 表 3.15 の 標 準 化 された 発 電 所 コスト 及 び 排 出 データをグラフで 表 している。 本 グラフでは、CO 2 アボイデッドコストは、 任 意 の 2 発 電 所 ( 又 は 2 点 )を 結 ぶ 線 の 傾 斜 に 対 応 する。 表3.15 では 任 意 の 回 収 施 設 を、 回 収 を 行 わない 類 似 施 設 と 比 較 しているが、 任 意 の 回 収 施 設 と 別 の種 類 の 基 準 施 設 とを 比 較 が 求 められる 場 合 もある。PC 又 は NGCC の 基 準 発 電 所 に 基 づいたいくつかの 事 例 が 図 3.20 に 例 示 されている。 各 事 例 では、COE 及 び CO 2 排 出 率 は 特 定 の 場 所 における 対 象 発 電 システムの 設 計 、 運 用 に 関 する 技 術 的 ・ 経 済 的 ・ 財 務 的 要 素 に 大 きく 左 右 される。CO 2アボイデッドコストは 特 に 上 記 のサイト 特 有 の 要 因 に 影 響 を 受 けやすく、 異 なる 種 類 の 発 電 所 を比 較 する 場 合 には、 特 に 規 模 の 桁 が 異 なる 場 合 もある。 従 って 様 々な 種 類 の 発 電 所 を 比 較 することは、 比 較 を 有 意 義 にするために 具 体 的 な 内 容 と 地 理 的 配 置 を 必 要 とし、CO 2 輸 送 及 び 貯 留 コストも 含 めた 完 全 な COE に 基 づくべきである。 後 ほど、 第 8 章 では 様 々な 発 電 所 の 種 類 と 貯 留 オプションに 対 し 完 全 な CCS コストを 提 示 する。- 172 -

図 3.20 既 存 技 術 に 基 づく、 異 なる 基 準 プラント 及 び CO2 回 収 プラントにおける 電 力 コスト( 輸 送 及び 貯 留 コストを 除 く)と CO 2 排 出 率 の 比 較 。 着 色 した 部 分 は CO 2 回 収 を 行 う 場 合 と 行 わない 場 合 について 新 規 の PC、IGCC 及 び NGCC 発 電 所 の CO 2 排 出 率 と 平 均 発 電 コスト(COE)の 範 囲 ( 表 3.15)を示 す。 全 ての 石 炭 発 電 所 データは 瀝 青 炭 に 対 してのみである。PC 発 電 所 は 超 臨 界 ユニットのみである( 追 加 の 想 定 については 表 3.7、3.9、3.10 及 び 3.15 参 照 )。CO 2 のアボイデッドコストは 回 収 発 電 所 と回 収 を 行 わない 基 準 発 電 所 とを 結 ぶ 線 の 傾 斜 に 相 当 する(つまり 電 力 コストの 変 化 を 排 出 率 の 変 化 で割 る)。 回 収 を 行 う 又 は 行 わない 同 種 類 の 発 電 所 のアボイデッドコストは 表 3.15 に 示 されている。 異なる 種 類 の 発 電 所 を 比 較 する 場 合 には、 基 準 発 電 所 は 最 も 低 価 格 の 発 電 所 を 表 し、「 通 常 は」 炭 素 制 約のない 特 定 の 所 在 地 に 建 設 されうる。 今 日 では 多 くの 地 域 でこの 基 準 発 電 所 は PC 発 電 所 か NGCC 発電 所 である。1t あたりの CO 2 アボイデッドコストは 変 化 が 大 きく、 特 定 の 条 件 で 考 慮 されている 新 規発 電 所 のコスト 及 び 排 出 量 に 強 く 左 右 される。 様 々な 種 類 の 発 電 所 に 対 する 完 全 な 発 電 コスト(COE)及 び 完 全 な CO 2 アボイデッドコストについては 第 8 章 を 参 照 のこと。新 規 発 電 所 とは 対 照 的 に、 既 設 発 電 所 の CO 2 回 収 オプションとコストは 広 範 に 研 究 されていない。 現 在 の 研 究 では、これらのコストは 非 常 に 地 域 特 性 が 高 く 2 つのカテゴリーに 分 けられる( 表3.8 参 照 )。1 つは 既 存 ユニットに 燃 焼 後 回 収 システムを 備 え 付 けることである。もう 1 つのカテゴリーは CO 2 回 収 と 既 設 発 電 所 の 改 修 又 はリパワリングとを 組 み 合 わせ、 大 幅 に 効 率 と 送 電 端 出力 を 改 善 することである(セクション 3.7.4.2 及 び 3.7.5.2 参 照 )。 一 般 的 に 後 者 のオプションの 方が、 費 用 対 効 果 は 高 いと 思 われている。しかしながら、 既 設 発 電 所 に CO 2 回 収 と 組 み 合 わせて 代替 リパワリングオプションを 導 入 する 実 現 可 能 性 とコストを 系 統 的 に 評 価 するには、さらにサイト 特 有 の 研 究 が 必 要 となる。高 度 発 電 システム 及 び 工 業 プロセス 設 計 と 組 み 合 わせた CO 2 回 収 の 新 方 法 又 は 改 良 方 法 は、 大幅 に CO 2 回 収 コスト 及 び 関 連 するエネルギー 必 要 量 を 削 減 する 見 込 みがある。 表 3.12 から 3.14までは、 将 来 のオプションを 検 証 している 最 近 の 研 究 結 果 を 要 約 している。 前 述 のとおり、 将 来のコスト 削 減 には 規 模 とタイミングに 関 し 不 確 実 性 が 高 く、 特 に 技 術 が 未 だに 研 究 開 発 の 初 期 段階 である 場 合 には、 現 在 の 推 定 よりもコストを 上 昇 させる 可 能 性 も 高 い。 現 在 の 評 価 は 表 3.12 から 3.14 までに 記 載 している( 及 びセクション 3.7.9 から 3.7.12 で 引 用 した 支 持 討 論 や 参 考 文 献 の)特 定 の 技 術 の 研 究 に 加 え、 関 連 するエネルギー 及 び 環 境 技 術 に 対 する 歴 史 的 なコスト 傾 向 の 分 析- 173 -

に 基 づく。 本 評 価 は 既 存 の 商 業 技 術 の 改 良 によって、 技 術 が 未 だに 研 究 開 発 の 初 期 段 階 である 場合 には 特 に、 回 収 コストが 次 の 10 年 間 で 少 なくとも 約 20%から 30% 削 減 可 能 であり、 開 発 中 の新 技 術 によってさらに 大 幅 なコスト 削 減 が 見 込 まれると 提 示 している。しかしながら、 将 来 のコスト 削 減 を 達 成 するには 研 究 開 発 (R&D)を 持 続 するだけでなく、 市 場 での 商 業 技 術 の 展 開 及 び適 用 を 必 要 とするであろう。3.8 知 識 のギャップ知 識 のギャップは、セクション 3.2 から 3.5 で 検 討 した 回 収 システムに 対 する 構 成 技 術 の 開 発 段階 に 関 係 する。 工 業 プロセスからの CO 2 回 収 には、 一 般 的 に 天 然 ガス 処 理 やアンモニア 製 造 で 使用 される 多 くの 技 術 がすでに 商 業 規 模 で 使 用 されている。その 他 の CO 2 を 鉄 やセメント 製 造 から回 収 する 工 業 システムでは、さらなる 研 究 が 必 要 である。 燃 焼 後 回 収 又 は 酸 素 燃 焼 法 に 頼 る CO 2回 収 では、 限 られたオプションしか 開 発 されていないか、 又 は、(はるかに 大 量 のガスを 処 理 する)発 電 所 等 で 必 要 とされる 規 模 より 小 規 模 でのみ 適 用 可 能 である。 燃 焼 前 回 収 については、 必 要 なシステムの 多 くが 開 発 されており、すでに 工 業 分 野 で 適 用 されている。燃 焼 後 、 燃 焼 前 、 及 び 酸 素 燃 焼 法 で CO 2 を 回 収 するための 構 成 要 素 及 び 技 術 の 多 くはすでに 広く 知 られているものの、 統 合 システムの 実 践 的 又 は 商 業 的 実 証 段 階 において 知 識 のギャップが 存在 する。 本 実 証 は、CO 2 回 収 コスト 及 び 大 規 模 での 使 用 を 証 明 するために、 特 に 発 電 所 での 適 用の 場 合 に 必 要 であるが、セメント、 鉄 鋼 及 びその 他 大 規 模 プラントに 対 しても 必 要 となる。 高 度 ・高 効 率 発 電 サイクルを 持 つ 回 収 プロセスを 実 装 するためには、システムの 信 頼 性 、システムインテグレーションの 改 良 法 、CO 2 回 収 方 法 のエネルギー 要 件 を 削 減 する 方 法 、プロセス 制 御 戦 略 の改 良 及 び 最 適 な 機 能 の 資 材 の 使 用 を 試 験 するための 運 用 実 績 も 必 要 である。このような 開 発 が 実現 した 際 には、CO 2 回 収 に 関 連 する 環 境 問 題 及 びその 他 システム 内 の 有 害 汚 染 物 質 についても、全 体 的 な 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 運 用 に 関 わる 見 地 から 再 評 価 を 行 うべきである。既 存 、 新 規 又 は 改 良 された CO 2 回 収 方 法 を 実 現 するために 研 究 が 進 められている 中 で、 回 収 システムのほとんどは、そのシステムの 価 値 を 形 成 する 一 連 の 技 術 の 適 用 に 依 存 している。これら技 術 は、 独 自 の 重 大 な 知 識 のギャップを 持 つ。 例 えば、 燃 焼 後 及 び 燃 焼 前 回 収 システムにおいて、特 に 石 炭 が 一 次 燃 料 として 使 われる 場 合 には、CO 2 分 離 ユニットを 効 率 的 に 運 転 するために 硫 黄 、窒 素 、 塩 素 、 水 銀 及 びその 他 汚 染 物 質 を 効 果 的 に 除 去 する 改 良 プロセスが 必 要 となる。 燃 焼 前 処理 については、 石 炭 又 はバイオマス 用 のガス 化 炉 改 良 、 燃 焼 ガス・タービン 及 び 固 定 発 電 用 の 燃 料電 池 の 利 用 可 能 性 についてさらなる 開 発 が 必 要 となる。 酸 素 燃 焼 システムにおいては、 高 熱 で 稼動 できる 燃 焼 器 及 びボイラー、 又 は 新 しいクラスの CO 2 タービン 及 び 圧 縮 機 が 重 要 な 要 件 となる。革 新 的 な CO 2 回 収 及 び/ 又 はその 他 技 術 の 開 発 に 関 連 して、 広 範 なオプションが 現 在 世 界 中 で 調査 されている。しかしながら、これらの 新 技 術 について 提 案 された、 又 は 開 発 中 の 特 定 プロセスの 技 術 的 詳 細 の 多 くはいまだによく 理 解 されていない。このためその 技 術 の 性 能 とコストの 評 価については 不 確 実 性 が 高 い。 商 業 適 用 が 最 も 期 待 されている 概 念 を 開 発 しパイロット 規 模 まで 持って 行 くためには、この 分 野 こそが 重 点 的 な 調 査 研 究 が 必 要 な 分 野 である。H 2 、CO 2 、O 2 分 離 膜 、新 吸 着 剤 、O 2 又 は CO 2 固 体 キャリア 及 び 高 度 燃 焼 器 、ボイラー 及 びタービン 用 の 高 機 能 資 材 、といった 全 てが 重 点 的 な 性 能 試 験 を 必 要 とする。これらの 革 新 的 システムにおける 複 合 汚 染 排 出 制御 及 び 機 能 性 資 材 に 対 する 燃 料 不 純 物 及 び 温 度 の 影 響 もまた 将 来 の 研 究 分 野 となる。- 174 -

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第 4 章 CO 2 の 輸 送統 括 執 筆 者Richard Doctor (United States), Andrew Palmer (United Kingdom)代 表 執 筆 者David Coleman (United States), John Davison (United Kingdom), Chris Hendriks (The Netherlands), OlavKaarstad (Norway), Masahiko Ozaki (Japan)執 筆 協 力 者Michael Austell (United Kingdom)査 読 編 集 者Ramon Pichs-Madruga (Cuba), Svyatoslav Timashev (Russian Federation)- 187 -

目 次要 旨 ................................................................................................................................... 1894.1 序 論 .......................................................................................................................... 1894.2 パイプライン・システム ............................................................................................ 1904.2.1 パイプライン 輸 送 システム .................................................................................... 1904.2.2 既 存 の 経 験 ・ 知 識 .................................................................................................. 1914.2.3 設 計 ........................................................................................................................ 1944.2.4 地 上 パイプラインの 建 設 ....................................................................................... 1954.2.5 海 底 パイプライン .................................................................................................. 1964.2.6 操 業 ........................................................................................................................ 1974.3 CO 2 輸 送 船 ................................................................................................................ 1984.3.1 海 上 輸 送 システム .................................................................................................. 1984.3.2 既 存 の 経 験 ・ 知 識 .................................................................................................. 1984.3.3 設 計 ........................................................................................................................ 1984.3.4 建 設 ........................................................................................................................ 1994.3.5 操 業 ........................................................................................................................ 1994.4 リスク、 安 全 性 および 監 視 ...................................................................................... 2004.4.1 序 論 ........................................................................................................................ 2004.4.2 陸 上 パイプライン .................................................................................................. 2004.4.3 海 洋 パイプライン .................................................................................................. 2024.4.4 船 舶 ........................................................................................................................ 2024.5 法 的 問 題 、 規 則 ........................................................................................................ 2034.5.1 国 際 条 約 ................................................................................................................. 2034.5.2 国 内 規 則 ................................................................................................................. 2044.6 コスト ....................................................................................................................... 2054.6.1 パイプライン 輸 送 のコスト .................................................................................... 2054.6.2 海 上 輸 送 システムのコスト .................................................................................... 207参 考 文 献 ........................................................................................................................... 210- 188 -

要 旨輸 送 とは、 炭 素 回 収 および 貯 留 システムの 中 で、 排 出 源 と 貯 留 地 とを 結 ぶ 段 階 である。「 輸 送 」の 起 点 と 終 点 は 行 政 的 に 区 分 することができる。「 輸 送 」は、パイプラインおよび 運 搬 を 管 理 する公 衆 安 全 のための 規 制 枠 組 みの 対 象 である。 大 量 の 二 酸 化 炭 素 を 長 距 離 輸 送 するという 観 点 から、パイプライン 輸 送 は 現 在 実 施 されている 方 法 の 1 つである。パイプラインは 日 常 的 に 大 量 の 天 然ガス、 石 油 、 凝 縮 物 および 水 を 数 千 キロも 離 れた 場 所 まで、 陸 上 と 海 域 両 方 を 通 って 運 んでいる。パイプラインは 砂 漠 、 山 岳 地 帯 、 人 口 密 集 地 帯 、 農 地 、 平 野 、 北 極 および 亜 寒 帯 、および 水 深 2,200mまでの 海 中 に 敷 設 されている。二 酸 化 炭 素 パイプラインは 新 しいものではない。すでに 米 国 西 部 では 2,500km 以 上 にわたって敷 設 され、 自 然 排 出 源 から Texas 西 部 やその 他 地 域 の 石 油 増 進 回 収 プロジェクトに 50Mt / 年 の CO 2を 運 んでいる。 腐 食 を 最 小 限 に 抑 えるために、 二 酸 化 炭 素 流 は 乾 燥 し 硫 化 水 素 を 含 まないことが望 ましく、「パイプライン 品 質 」の 二 酸 化 炭 素 に 対 し 最 低 限 の 規 格 を 確 立 することが 望 ましい。しかし、 水 、 硫 化 水 素 およびその 他 汚 染 物 質 を 含 むガスでも 安 全 に 操 業 できる 耐 食 パイプラインを設 計 することは 可 能 である。 二 酸 化 炭 素 を 人 口 集 中 地 域 内 でパイプライン 輸 送 するには、 設 計 要素 、 過 圧 予 防 策 、 漏 洩 探 知 に 注 意 を 払 うことが 必 要 である。 二 酸 化 炭 素 パイプラインの 問 題 は、類 似 地 域 の 炭 化 水 素 パイプラインの 問 題 よりも 困 難 ではなく、 解 決 できない 問 題 でもない。液 化 天 然 ガスおよびプロパンやブタン 等 の 液 化 石 油 ガスは、 日 常 的 に 海 上 タンカーで 輸 送 されている。すでにこの 取 引 は 非 常 に 大 規 模 に 行 われている。 二 酸 化 炭 素 は 同 じ 方 法 で 輸 送 されるが、需 要 が 限 られていることから 小 規 模 でしか 行 われていない。 液 化 二 酸 化 炭 素 の 特 性 は 液 化 石 油 ガスの 特 性 とさほど 変 わらず、 大 規 模 二 酸 化 炭 素 輸 送 船 にも 技 術 を 拡 大 適 用 できる。 後 述 の 設 計 に関 する 研 究 では、22,000m 3 の 積 載 容 量 を 持 つ 海 上 タンカーで、1MtCO 2 / 年 を 1,100 キロ 離 れた 地点 まで 海 上 輸 送 するコストを、 関 連 する 液 化 ・ 荷 役 コストとあわせて 推 定 した。液 化 ガスは 鉄 道 やタンクローリーでも 輸 送 できるが、 大 規 模 な 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 プロジェクトにとっては 魅 力 的 なオプションにならないと 考 えられる。4.1 序 論二 酸 化 炭 素 (CO 2 )は 気 体 、 液 体 、 固 体 の3つ 状 態 で 輸 送 される。 気 体 および 液 体 の 二 酸 化 炭 素の 商 業 規 模 の 輸 送 には、タンクローリー、パイプラインおよび 船 舶 を 使 用 する。大 気 圧 に 近 い 圧 力 で 輸 送 されるガスは 体 積 が 大 きくなるため、 非 常 に 大 規 模 な 施 設 が 必 要 となる。ガスを 圧 縮 すると 容 積 は 小 さくなり、 圧 縮 ガスはパイプラインで 輸 送 される。 液 化 、 固 化 、または 水 和 によってさらに 体 積 を 縮 小 できる。 液 化 は、LPG( 液 化 石 油 ガス)またはLNG( 液 化天 然 ガス)として 船 舶 でガスを 輸 送 するための 確 立 した 技 術 である。この 既 存 技 術 と 経 験 は、 液体 の 状 態 のCO 2 輸 送 においても 活 用 できる。 固 化 は 他 のオプションと 較 べてはるかに 多 くのエネルギーを 必 要 とし、コスト 面 およびエネルギー 面 で 他 のオプションより 劣 る。 現 在 は、 商 業 的 に利 用 可 能 な 技 術 が 二 酸 化 炭 素 を 輸 送 するために 使 用 されている。LNGシステムに 代 替 するものとして、 天 然 ガスハイドレート 輸 送 システムに 関 する 研 究 と 開 発- 189 -

が 進 行 中 であり、その 成 果 は 将 来 のCO 2 輸 送 に 適 用 されることとなるであろう。パイプライン 輸送 においては、 高 圧 で 輸 送 すると 体 積 を 削 減 することができる。ガス・パイプラインでは 日 常 的 に行 われており、 使 用 圧 は10-80MPaの 間 である。気 候 変 動 緩 和 に 大 きく 寄 与 するほど 大 量 の 二 酸 化 炭 素 を 運 ぶ 輸 送 インフラとしては、パイプラインの 広 大 なネットワークが 必 要 となる。 成 長 が 続 くにつれ、 特 に 大 量 の 二 酸 化 炭 素 を 排 出 する人 口 密 集 地 域 において、パイプライン 用 の 敷 設 権 を 確 保 することがますます 難 しくなるであろう。既 存 の 実 績 は 低 人 口 密 度 地 域 のものであり、 安 全 問 題 は 人 口 集 中 地 域 ではもっと 複 雑 になるであろう。もっとも 経 済 的 な 二 酸 化 炭 素 回 収 システムは、 第 1に 水 素 改 質 器 および 化 学 工 場 等 の 純 粋 な 流 源からCO 2 を 回 収 することであり、 次 に 集 中 型 発 電 所 および 合 成 燃 料 工 場 から 回 収 することであると 思 われる。 第 2 章 では、この 問 題 を 詳 細 に 論 じている。 天 然 ガスの 生 産 者 は 市 場 への 輸 送 が 経 済的 ではない「 取 り 残 された」 埋 蔵 量 について 言 及 する。 分 散 型 給 電 網 への 動 きによって、CO 2 回収 と 輸 送 にさらに 多 くのコストがかかるかもしれず、 回 収 が 不 経 済 な 地 域 で「 取 り 残 されたCO 2 」が 出 現 することが 予 想 される。投 資 決 定 を 導 くために、 温 室 効 果 ガスが 低 排 出 量 である 将 来 の 発 電 産 業 を 促 進 させるような 規制 枠 組 みが 必 要 である。 将 来 の 発 電 所 所 有 者 は、 二 酸 化 炭 素 輸 送 という 構 成 要 素 が 意 思 決 定 において 重 要 な 問 題 の1つであることを 知 ることとなるだろう。4.2 パイプライン・システム4.2.1 パイプライン 輸 送 システムCO 2 のパイプライン・オペレーターは、 組 成 に 対 し 最 低 限 の 規 格 を 定 めてきた。ボックス4.1は、Canyon Reefプロジェクト(セクション4.2.2.1)の 例 を 示 す。この 仕 様 は 原 油 増 産 回 収 (EOR)プロジェクトに 使 用 するガスのものであり、 仕 様 の 一 部 はCO 2 貯 留 プロジェクトに 必 ずしも 適 用 されるものではない。 低 窒 素 含 有 量 はEORには 重 要 であるが、CCSにはそれほど 重 要 ではない。 人口 密 集 地 帯 のCO 2 パイプラインでは、H 2 Sの 最 大 含 有 量 をより 低 く 設 定 しなければならない。相 対 湿 度 が 60% 以 下 であれば、 乾 燥 した 二 酸 化 炭 素 はパイプラインに 一 般 的 に 使 用 される 炭 素マンガン 鋼 を 腐 食 しない( 例 えば、Rogers and Mayhew, 1980 を 参 照 )。N 2 、NO x および SO x 等 汚 染物 質 があってもこの 結 論 は 変 わらない。Seiersten(2001)は 下 記 のように 述 べている。「 乾 燥 した 超 臨 界 CO 2 における 炭 素 鋼 の 腐 食 率 は 低 い。 米 国 鋼 鉄 研 究 所 (AISI)1080 のおよそ0.01mm/ 年 という 値 は、90-120bar、160C-180C で 200 日 間 かけて 測 定 された。 短 期 間 のテストもこの 結 果 を 裏 付 ける。3C および 22C で 140bar の CO 2 、および 800 から 1,000ppm の H 2 S で 行 ったテストでは、X-60 炭 素 鋼 の 腐 食 率 は 0.5μm / 年 (0.0005mm/ 年 ) 以 下 と 測 定 された。 実 証 試 験 でも 高 圧 乾 燥 CO 2 を 炭 素 鋼 パイプライン 内 で 輸 送 することにほとんど 問 題 は 起 きていない。12 年 間操 業 中 のパイプラインの 腐 食 率 は、0.25~2.5μm/ 年 (0.00025~0.0025mm/ 年 )である。」高 圧 CO 2 (500bar)の 水 溶 性 限 界 は、75C で 5,000ppm、30C で 2,000ppm である。メタンが 存在 すると 溶 解 限 度 は 低 くなり、H 2 S、O 2 および N 2 でも 同 じ 効 果 がある。- 190 -

自 由 水 が 存 在 すると 腐 食 率 ははるかに 高 くなり、 水 和 物 も 形 成 されうる。Seiersten(2001)は95bar で CO 2 を 平 衡 化 した 水 中 において 40C で 150 から 300 時 間 の 暴 露 後 0.7mm/ 年 の 腐 食 率 を測 定 し、 低 圧 ではさらに 高 腐 食 率 となるとの 結 果 を 得 た。 炭 素 マンガン 鋼 ( 米 国 鋼 鉄 研 究 所 X65)と 0.5 クロム 耐 食 合 金 にほとんど 違 いがみられなかった。この 高 腐 食 率 のため、 湿 潤 CO 2 を 低 合金 炭 素 鋼 パイプラインで 輸 送 することは 現 実 的 ではない。CO 2 を 乾 燥 できない 場 合 、 耐 食 性 の 合金 (ステンレス 鋼 ) 素 材 のパイプラインを 建 設 することが 必 要 となる。これはすでに 確 立 した 技術 であるが、 最 近 は 鉄 鋼 コストが 大 きく 上 昇 しているため、 経 済 的 ではない 可 能 性 もある。CO 2 を 乾 燥 し 輸 送 基 準 に 合 致 させた 後 で、CO 2 を 測 定 し 最 終 使 用 地 まで 輸 送 する。 全 てのパイプラインは、 各 ラインの 出 入 口 において 正 確 に 販 売 量 および 配 送 量 を 測 定 する 最 先 端 の 測 定 システム 及 び 圧 力 低 下 を 測 定 する 監 視 制 御 ・データ 収 集 (SCADA)(Supervisory Control and DataAcquisition)システムが 整 備 されており、また、 緊 急 事 態 用 の 冗 長 化 が 図 られている。 米 国 では、パイプラインは 運 輸 省 (Department of Transportation)の 規 則 によって 管 理 される。CO 2 の 移 動 は高 圧 下 で 行 うのが 最 も 適 している。 輸 送 圧 の 選 択 は 下 記 の 例 で 論 じているが、CO 2 の 物 理 的 特 性の 議 論 については 付 属 文 書 I を 参 照 されたい。4.2.2 既 存 の 経 験 ・ 知 識表 4.1 に 既 存 の 長 距 離 CO 2 パイプラインの 一 覧 を 示 す。 表 中 のプロジェクトのほとんどは、 英国 通 産 省 (Department of Trade and Industry)の 報 告 書 (2002)に 詳 細 が 記 載 されている。 米 国 以外 にも CO 2 パイプラインがあるものの、パーミアン 盆 地 (Permian Basin)が 世 界 中 の 活 動 的 CO 2量 の 90% 以 上 を 含 有 している(O&GJ, April 15, 2002, EOR Survey)。それ 以 来 、1,600km 以 上 もの新 CO 2 パイプラインが Texas 州 西 部 および 近 隣 州 の 原 油 増 産 回 収 (EOR)に CO 2 を 供 給 するために 建 設 されている。- 191 -

表 4.1 既 存 の 長 距 離 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )パイプライン(Gale and Davidson, 2002)および 北 米 (NorthAmerica)の 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )パイプライン(Oil and Gas Journal 提 供 )パイプライン 場 所 オペレーター 容 量 全 長 完 成 年 CO2 発 生 源(MtCO2yr- 1 )(km)Cortez USA Kinder Morgan 19.3 808 1984 McElmoDomeSheepMountainUSA BP Amoco 9.5 660 - SheepMountainBravo USA BP Amoco 7.3 350 1984 Bravo DomeCanyonCarriersReefUSA Kinder Morgan 5.2 225 1972 ガス 化 工 場Val Verde USA Petrosource 2.5 130 1998 Val Verde ガス 工 場Bati Raman Turkey TurkishPetroleum1.1 90 1983 Dodan ガス 田WeyburnUSA&NorthDakota5 328 2000 ガス 化 工 場CanadaGasificationCo.合 計 49.9 2591図 4.1 北 米 (North America)の CO 2 パイプライン(Oil and Gas Journal 提 供 )- 192 -

ボックス 4.1 CO 2 品 質 規 格 の 実 例Canyon Reef Carriers Delivery Meter において、 売 主 または 売 主 代 理 人 が 買 主 に 納 入 する 製 品 は 下記 の 規 格 に 合 致 するものとし、 以 下 「 品 質 規 格 」と 総 括 的 に 称 する。(a) 二 酸 化 炭 素 。 製 品 は 少 なくとも SACROC 計 測 装 置 で 計 測 した 95mol%の CO 2 を 含 有 するものとする。(b) 水 。 製 品 は 自 由 水 を 全 く 含 有 しないものとし、 気 相 内 に 0.489m -3 以 上 を 含 有 しないものとする。(c) 硫 化 水 素 。 製 品 は 1,500wtppm 以 上 の 硫 化 水 素 を 含 有 しないものとする。(d) 全 硫 黄 。 製 品 は 1,450wtppm 以 上 の 全 硫 黄 を 含 有 しないものとする。(e) 温 度 。 製 品 は 48.9C を 越 えないものとする。(f) 窒 素 。 製 品 は 4mol% 以 上 の 窒 素 を 含 有 しないものとする。(g) 炭 化 水 素 。 製 品 は 5mol% 以 上 の 炭 化 水 素 を 含 有 しないものとし、 製 品 の 露 点 は( 前 記 炭 化 水素 に 関 し)‐28.9C を 越 えないものとする。(h) 酸 素 。 製 品 は 10wtppm 以 上 の 酸 素 を 含 有 しないものとする。(i) グリコール。 製 品 は 4x10 -5 L/m 3 以 上 のグリコールを 含 有 しないものとし、いかなる 場 合 にも 前記 グリコールがパイプラインの 圧 力 条 件 および 温 度 条 件 化 で 液 相 内 に 存 在 しないものとする。4.2.2.1 Canyon Reef米 国 の 最 初 の 大 規 模 な CO 2 パイプラインは Canyon Reef Carriers であり、1970 年 に SACROC Unitによって Texas 州 の Scurry County に 建 設 された。352km のパイプラインは Texas 州 の Val Verde盆 地 にある Shell Oil Company のガス 処 理 工 場 が 排 出 する 人 為 起 源 の CO 2 を 12,000 トン/ 日(4.4MtCO 2 / 年 ) 輸 送 した。4.2.2.2 Bravo Dome パイプラインOxy Permian は、Bravo Dome の CO 2 発 生 地 とその 他 の 主 要 パイプラインを 結 ぶ 管 径 508mm(20インチ)のラインを 建 設 した。7.3MtCO 2 / 年 を 輸 送 する 能 力 を 持 ち、Kinder Morgan が 操 業 している。4.2.2.3 Cortez パイプラインCortez パイプラインは、Colorado 州 南 東 部 の McElmo Dome から CO 2 を 供 給 するために 1982 年に 建 設 された。 管 径 762mm(30 インチ)、 全 長 803km のパイプラインは、およそ 20MtCO 2 / 年 をTexas 州 の Denver City にある CO 2 拠 点 まで 輸 送 する。ラインは Colorado 州 Cortez 付 近 を 起 点 とし、ロッキー 山 脈 (Rocky Mountains)を 越 え、 他 の CO 2 ラインと 相 互 接 続 する。 現 状 では、1 台の 1000MW 容 量 の 石 炭 火 力 発 電 所 は 約 7MtCO 2 / 年 を 排 出 するので、Cortez のパイプラインは 3 発電 所 分 の 排 出 量 を 処 理 することができる。Cortez パイプラインは、New Mexico 州 Placitas(New Mexico 州 、Albuquerque の 30km 北 )、とNew Mexico 州 Edgewood/Moriarty(Albuquerque の 40km 東 )の 2 つの 市 街 地 を 通 過 する。ラインは 少 なくとも 地 中 1mに 埋 設 し 敷 設 用 地 内 に 標 示 する。 住 宅 の 近 くや 市 街 地 では、 住 民 がパイプラインの 位 置 を 認 識 できるように 標 示 の 頻 度 が 多 くなる。パイプライン 全 体 は 2 週 間 ごとに 空 から 巡 視 し、 市 街 地 では 従 業 員 が 社 用 車 で 頻 繁 に 巡 視 する。 公 共 教 育 プログラムでは、 冊 子 を 郵 送して CO 2 漏 洩 時 の 兆 候 や 漏 洩 の 疑 いがある 場 合 の 連 絡 先 を 説 明 し、オペレーターや「ワンコール」- 193 -

センターに 関 する 情 報 も 記 載 している。4.2.2.4 Sheep Mountain パイプラインBP Oil は、Colorado 州 南 西 の 別 の 自 然 発 生 源 から 9.2 Mt CO 2 / 年 を 運 ぶ 能 力 を 持 つ、 管 径 610mm(24 インチ)、772km の Sheep Mountain パイプラインを 建 設 した。Bravo Dome ラインと 接 続 し、Denver City のその 他 主 要 ラインにも 接 続 し、 現 在 Kinder Morgan が 操 業 している。4.2.2.5 Weyburn パイプラインWeyburn パイプラインは 全 長 330km( 管 径 305-356mm)のシステムであり 5,000 t/ 日 (1.8 Mt /年 ) 以 上 の CO 2 を North Dakota 州 Beulah 近 辺 の Great Plains 合 成 ガス 工 場 から Saskatchewan 州 のWeyburn EOR プロジェクトまで 輸 送 している。パイプラインが 運 ぶ 典 型 的 なガスの 組 成 は CO 296%、H 2 S 0.9%、メタン(CH 4 )0.7%、C2+ 炭 化 水 素 2.3%、CO 0.1%、N 2 300ppm 以 下 、O 2 50ppm以 下 、そして H 2 O が 20ppm 以 下 である(UK Department of Trade and Industry, 2002)。Weyburn での 出 口 圧 力 は 15.2MPa で、 中 間 地 点 に 圧 縮 器 はない。パイプライン 建 設 に 割 り 当 てられた 予 算 は、1997 年 に 110MUS$(0.33x10 6 US$/km)であった。4.2.3 設 計パイプラインの 設 計 を 決 定 する 物 理 的 、 環 境 的 及 び 社 会 的 要 因 を 設 計 ごとに 要 約 しており、それらは 概 念 設 計 へのインプットとなる。これには 初 期 経 路 のシステム 定 義 、コスト 測 定 および 概念 定 義 を 目 的 とした 設 計 側 面 が 含 まれる。さらに、 輸 送 する 製 品 混 合 物 の 物 理 的 特 性 を 規 定 するプロセス・データ、パイプラインの 最 適 な 規 模 と 圧 力 、および 操 業 、バルブ、ポンプ、 圧 縮 器 、 封印 器 等 の 機 械 設 計 の 考 慮 も 必 要 である。パイプライン 用 地 の 地 勢 図 を 調 査 する 必 要 がある。 地 勢図 には 山 脈 、 砂 漠 、 河 川 が 含 まれ、また 海 底 パイプラインでは、 深 海 、 浅 水 域 、 海 底 の 起 伏 が 含まれる。 例 えば、パイプラインは 花 崗 岩 上 の 薄 い 土 壌 上 に 建 設 されるのかといった 地 質 的 考 慮 も忘 れてはならない。 局 地 的 な 環 境 データも 含 まれる 必 要 があり、 操 業 中 および 建 設 中 の 年 間 温 度変 化 、 潜 在 的 に 不 安 定 な 斜 面 、 凍 上 および 地 震 活 動 等 の 情 報 も 含 まれるべきである。さらに 水 深 、海 流 、 永 久 凍 土 層 、 北 極 海 での 氷 塊 、 生 物 の 生 長 、 帯 水 層 、その 他 保 護 生 息 環 境 等 の 環 境 考 慮 も含 まれる。 次 の 問 題 はパイプラインをどのように 既 存 および 将 来 のインフラと 適 合 させるかである。 道 路 、 鉄 道 、パイプライン 横 断 、 軍 隊 / 政 府 の 規 制 およびその 他 活 動 が 及 ぼす 可 能 性 のある 影響 に 加 え、 航 路 、 地 方 ・ 都 会 環 境 、 漁 業 制 限 、および 浚 渫 等 による 対 立 にも 適 合 しなくてはならない。 最 後 に、この 総 合 研 究 は 安 全 検 討 の 基 準 としても 役 立 つであろう。概 念 設 計概 念 設 計 は、 下 記 の 要 素 を 含 む。 機 械 設 計 :(Palmer et al., 2004)に 詳 細 が 記 載 されている 標 準 手 順 に 従 う。 安 定 性 設 計 : 標 準 的 な 方 法 とソフトウェアが、 海 底 (Veritec, 1988)、 陸 上 を 問 わず 安 定 性計 算 を 遂 行 するために 使 用 されているが、 海 底 に 関 する 方 法 には 疑 問 が 投 げかけられている。安 定 性 の 新 しいガイドラインは2005 年 にDet Norske Veritasによって 公 開 され、DNV-RP-F-109海 底 安 定 性 (On-Bottom Stability)に 指 定 される 予 定 である。 腐 食 防 止 : 汎 用 的 なCO 2 パイプラインへの 適 用 項 目 については 後 述 する。 溝 堀 と 埋 め 戻 し: 陸 上 ラインは 通 常 1mの 深 さに 埋 設 する。 海 底 ラインはほとんど 常 に 浅 水域 に 埋 設 する。 深 海 では、400mm 以 下 のパイプラインを 溝 掘 して 設 置 し、 漁 具 による 損 傷 を避 けるために 海 底 に 埋 設 することもある。- 194 -

CO 2 パイプラインは、 炭 化 水 素 ガス・パイプラインよりも 縦 方 向 の 急 速 な 破 断 が 生 じやすい。破 断 抑 止 装 置 を 約 500mの 間 隔 で 設 置 する。West(1974)は SACROC CO 2 パイプラインの 設 計 について 記 述 している( 前 述 のセクション4.2.2.1)。 検 証 した 輸 送 オプションは 下 記 の 通 りである。(i) 最 大 圧 力 が 4.8 MPa である 低 圧 CO 2 ガス・パイプライン(ii) ガスがあらゆる 温 度 において 濃 密 相 であるように、 最 低 圧 力 が 9.6MPa である 高 圧 CO 2 ガス・パイプライン(iii) 冷 蔵 液 体 CO 2 パイプライン(iv) 陸 上 タンクローリー(v) 鉄 道 タンク 車 、 陸 上 タンクローリーと 組 み 合 わせて 使 用 されると 想 定 される。タンクローリーと 鉄 道 のオプションは、パイプラインの 2 倍 以 上 の 費 用 がかかる。 冷 蔵 パイプラインは、コストと 液 化 に 伴 う 技 術 的 困 難 さから 却 下 された。 濃 密 相 (オプション ii)は 低 圧 CO 2ガス・パイプライン(オプション i)より 20% 安 い。4.8-9.6MPa の 中 間 圧 範 囲 は、 二 相 流 が 発 生 しないように 回 避 される。 濃 密 相 輸 送 の 別 の 利 点 は、CO 2 注 入 に 高 出 口 圧 力 が 必 要 なことである。最 終 設 計 はガス・パイプラインに 対 する 米 国 規 格 協 会 (ANSI) B31.8 規 格 およびその 時 点 で 適用 される 運 輸 省 (DOT) 規 則 に 準 拠 する。 中 心 となる 290km 区 間 は 外 径 が 406.4mm(16 インチ)、管 厚 が 9.53mm であり X65 グレードのパイプを 使 用 する( 規 定 最 低 降 伏 応 力 は 448MPa)。 短 距 離の 60km 区 間 は 外 径 が 323.85mm(12.75 インチ)、 管 厚 が 8.74mm、X65 グレードを 使 用 する。 試験 の 結 果 、 乾 燥 CO 2 がパイプライン 鋼 を 腐 食 しないことが 判 明 した。304L 耐 食 合 金 をグリコール乾 燥 器 の 短 区 間 上 流 に 使 用 した。パイプラインを 最 低 でも 地 下 0.9mに 埋 設 し、しゃ 断 弁 をパイプライン 上 どの 地 点 からも 16 キロ 以 内 になるように 設 置 した。合 計 で 60MW の 出 力 を 持 つ 6 つの 圧 縮 器 があり、そのうち 1 器 は SACROC 配 送 ポイントにある。 圧 縮 器 は 等 距 離 で 設 置 されているのではなく、2 つの 圧 縮 器 間 の 最 長 距 離 は 約 160km である。これは 一 般 的 な 事 例 と 一 致 するが、 長 距 離 パイプラインの 中 には 圧 縮 器 間 の 距 離 が 400km 以 上 あるものもある。CO 2 内 の 窒 素 および 酸 素 成 分 が 多 いと 二 相 域 の 境 界 が 高 くなり、 二 相 流 を 避 けるために 高 圧 の使 用 圧 が 必 要 となる。4.2.4 地 上 パイプラインの 建 設建 設 計 画 は、 敷 設 権 取 得 前 にも 取 得 後 にも 立 てられるが、 建 設 の 決 定 はパイプライン 建 設 のための 法 的 権 利 を 確 保 し、 全 ての 政 府 規 制 に 合 致 するまでは 行 われない。 陸 上 および 海 中 の CO 2 パイプラインは 炭 化 水 素 パイプラインと 同 じ 方 法 で 敷 設 され、どちらのパイプラインに 対 しても 実証 された 既 知 の 工 学 的 実 例 の 基 盤 がある。4.2.5 では 海 底 敷 設 について 記 載 する。陸 上 パイプラインの 建 設 段 階 の 概 要 を 下 記 に 示 す。 作 業 のいくつかは 同 時 に 行 うこともできる。環 境 要 因 および 社 会 的 要 因 は、 建 設 を 行 うべき 時 期 に 影 響 を 与 える。 土 地 を 開 墾 し、 溝 を 掘 り起 こす。まずは、 最 も 時 間 を 要 する 主 要 項 目 である 市 街 地 、 河 川 及 び 道 路 の 横 断 からとりかかる。- 195 -

パイプをパイプ 置 き 場 に 設 置 し、2 重 ジョイントに 溶 接 する(24m 長 )。パイプ 経 路 に 沿 った 配 置用 中 間 準 備 地 域 にパイプを 輸 送 し、 溶 接 し、 試 験 を 受 けてから 塗 装 ・ 被 服 し、 溝 に 埋 設 する。 水 圧試 験 を 行 い、ラインを 乾 燥 する。 次 に 溝 を 埋 め 戻 し、 土 地 や 植 物 を 回 復 する。4.2.5 海 底 パイプラインほとんどの 海 底 パイプラインはレイ・バージ 法 により 建 設 される。レイ・バージ 法 とは、12m または 24m の 長 さのパイプラインを 移 動 中 または 係 留 したバージに 設 置 し、 一 端 ずつパイプラインの 端 を 溶 接 する 方 法 である。バージはゆっくりと 前 進 し、パイプラインをバージ 船 尾 から 海 中 に投 入 し、まず 支 持 構 造 物 (「スティンガー」) 上 を 通 過 し、 次 にゆっくりと 海 底 に 到 着 するまで 沈める。 管 径 450mm までのパイプラインを 陸 上 で 溶 接 し、リールに 巻 いて 船 上 に 乗 せ、 最 終 位 置でリールから 引 き 出 して 設 置 するというリール 法 で 建 設 したパイプラインもある。 短 距 離 のパイプラインや 浅 水 域 を 横 切 る 海 底 パイプラインでは、 陸 上 でパイプラインを 溶 接 し 最 終 位 置 まで 曳航 して 敷 設 するなどの 曳 航 方 式 を 使 って 建 設 するパイプラインもある。設 計 上 パイプラインを 埋 設 することが 必 要 な 場 合 は、 通 常 海 底 に 敷 設 した 後 に 行 われるが、パイプラインに 沿 って 掘 削 するプラフと 呼 ばれる 溝 堀 機 を 使 用 する。 一 方 、 沿 岸 横 断 または 非 常 に浅 水 域 では、パイプライン 設 置 前 に 掘 削 することが 多 く、 重 堆 積 物 中 では 浚 渫 船 、 切 削 機 、 引 き綱 で、 岩 盤 地 帯 では 爆 破 後 クラムシェル 掘 削 機 で 掘 削 する。 多 くの 沿 岸 横 断 は 海 岸 から 水 平 に 掘削 される。この 手 順 によって 砕 波 帯 に 関 連 する 不 確 実 性 の 多 くを 排 除 し、 建 設 による 環 境 への 影響 を 軽 減 する。海 中 での 接 続 には 様 々な 種 類 の 機 械 接 続 システムを 用 いるか、 高 圧 溶 接 ( 局 部 的 な 高 圧 空 気 中で)を 行 うか、またはパイプの 端 を 水 上 に 持 ち 上 げて 両 端 を 溶 接 し、 接 続 したラインを 海 底 に 下ろして 行 われる。上 記 技 術 は 既 知 であり 確 立 したものである(Palmer and King, 2004)。 管 径 1,422mm までの 海 中パイプラインは 様 々な 環 境 下 で 建 設 されており、パイプラインは 2,200mの 深 海 でも 敷 設 されてきた。 図 4.2 は 2004 年 までに 建 設 された 主 な 深 海 パイプラインの 管 径 と 最 大 深 を 表 す。 建 設 の 難 易度 はおおまかに 水 深 に 管 径 を 乗 じた 数 に 比 例 し、その 積 の 最 大 値 は 1980 年 以 来 4 倍 になっている。さらに 大 規 模 ・ 大 深 度 のパイプラインも、 今 日 の 技 術 で 技 術 的 に 実 現 可 能 である。- 196 -

図 4.2 大 水 深 パイプライン4.2.6 操 業パイプラインの 操 業 は、 次 の 3 つの 側 面 に 分 けられる。 日 常 操 業 、 維 持 管 理 および 衛 生 ・ 安 全 ・環 境 面 の 管 理 である。 例 えば、 米 国 での CO 2 パイプラインの 操 業 は、 連 邦 操 業 ガイドライン(49連 邦 規 則 集 (CFR)195)に 従 わねばならない。 全 体 的 な 操 業 的 検 討 事 項 には、 訓 練 、 検 査 、 安 全統 一 、 表 示 およびパイプライン 標 識 、 公 共 教 育 、 損 害 予 防 プログラム、 通 信 、 施 設 保 障 および 漏洩 検 知 が 含 まれる。 米 国 以 外 のパイプラインには、 一 般 的 に 類 似 の 操 業 規 制 要 件 がある。操 業 の 中 心 的 役 割 を 果 たす 従 業 員 は、 適 切 な 資 格 を 持 っていなければならない。 従 業 員 は 継 続的 に 訓 練 を 受 け、 一 般 人 に 対 してだけではなくパイプライン 上 または 近 辺 で 働 く 契 約 者 にも 適 用される 最 新 の 安 全 手 順 を 遵 守 しなければならない。操 業 にはパイプラインのサポートだけでなく、 日 常 の 維 持 管 理 、 検 査 の 定 期 的 計 画 および 方 針 、パイプライン 上 の 全 装 置 およびパイプライン 自 体 の 維 持 管 理 と 修 理 を 含 む。 設 備 にはバルブ、 圧縮 器 、ポンプ、タンク、 敷 設 権 、 公 共 標 示 およびライン 標 識 、サポートには 定 期 的 なパイプライン 上 の 低 空 飛 行 による 監 視 を 含 む。長 距 離 のパイプラインは 流 れを 監 視 できるような 間 隔 で 機 器 が 設 置 されている。 監 視 地 点 、 圧縮 器 および 締 め 切 り 弁 は 中 央 操 業 センターに 接 続 している。 操 業 の 多 くがコンピュータ 制 御 で、手 動 での 介 入 は 異 常 時 または 非 常 時 のみ 必 要 となる。システムは 冗 長 化 した 設 計 とされており、構 成 部 分 が 故 障 した 場 合 の 操 業 能 力 の 損 失 を 防 ぐものとなっている。- 197 -

パイプラインは「ピグ」を 用 いて 清 掃 ・ 検 査 される。ピグとはパイプライン 内 をガス 圧 で 移 動 するピストンの 様 な 装 置 である。ピグは 非 常 に 精 巧 であり、 内 部 の 腐 食 、 機 械 的 変 形 、 外 部 腐 食 、パイプラインの 正 確 な 位 置 、および 海 中 パイプラインのスパンの 展 開 を 測 定 できる。ピグの 技 術が 発 展 するにつれ、さらに 機 能 が 増 えると 予 想 され、 炭 化 水 素 パイプラインに 使 用 しているピグは 二 酸 化 炭 素 パイプラインでも 使 用 が 可 能 である。パイプラインは 外 部 からも 監 視 されている。 陸 上 パイプラインは、オペレーターと 規 制 官 庁 間で 同 意 した 頻 度 で 空 中 から 検 査 される。 空 中 からの 検 査 により、 許 可 されていない 掘 削 や 建 設 を未 然 に 検 出 することができる。 現 在 は、 海 中 のパイプラインはラインにそって 動 きビデオ 録 画 を行 う 有 索 式 小 型 無 人 潜 水 機 によって 監 視 し、 将 来 的 には、 母 船 とケーブルで 接 続 する 必 要 のない自 律 型 無 人 潜 水 艇 によって 監 視 することになるであろう。パイプラインの 中 には、 独 立 した 検 知システムを 持 ち、 音 響 または 化 学 物 質 の 排 出 量 の 測 定 、または 圧 力 変 化 や 質 量 バランスの 小 変 化により、 漏 洩 を 検 知 するものもある。この 技 術 は 利 用 可 能 であり、 日 常 的 に 行 われている。4.3 CO 2 輸 送 船4.3.1 海 上 輸 送 システム二 酸 化 炭 素 は 継 続 的 に 陸 上 の 工 場 で 回 収 されるが、 船 舶 の 輸 送 サイクルは 不 連 続 であるため、海 上 輸 送 システムでは、 陸 上 に 一 時 的 な 貯 蔵 設 備 と 荷 役 施 設 を 持 つ。CO 2 回 収 率 、 輸 送 距 離 および 社 会 的 ・ 技 術 的 制 限 を 考 慮 に 入 れ、 積 載 容 量 、 航 海 速 力 、 船 舶 の 数 、 航 行 スケジュールを 計 画 する。もちろんこの 問 題 は、CO 2 輸 送 に 特 定 のものではない。 船 舶 による CO 2 輸 送 は、 船 舶 による液 化 石 油 ガス(LPG) 輸 送 と 類 似 点 が 多 い。引 渡 地 で 起 こる 事 象 は、CO 2 貯 留 システムによって 異 なる。 引 渡 地 が 陸 上 の 場 合 、CO 2 は 船 舶から 一 時 貯 蔵 タンクに 荷 卸 される。 海 洋 貯 留 オプションのように、 引 渡 地 が 海 上 の 場 合 、 船 は 着底 式 プラットフォームや 浮 遊 式 貯 留 施 設 ( 海 洋 石 油 生 産 に 適 用 される 浮 遊 式 生 産 および 貯 蔵 施 設に 類 似 )に、 一 点 係 留 を 通 してまたは 貯 留 システムに 直 接 荷 卸 する。4.3.2 既 存 の 経 験 ・ 知 識CO 2 輸 送 に 船 舶 を 使 用 することは、 今 日 ではまだ 初 期 の 段 階 である。 本 目 的 で 使 用 されている船 舶 は、 世 界 でも 4 艘 の 小 型 船 のみである。これらの 船 は 北 欧 のアンモニア 工 場 等 の 濃 縮 二 酸 化炭 素 の 大 規 模 排 出 源 から 食 品 品 質 の 液 化 CO 2 を 消 費 地 域 の 沿 岸 物 流 ターミナルまで 輸 送 する。この 物 流 ターミナルからタンクローリーまたは 加 圧 ボンベで 顧 客 まで CO 2 を 輸 送 する。ノルウェイおよび 日 本 において、 大 型 CO 2 輸 送 船 および 液 化 や 中 間 貯 蔵 施 設 についての 設 計 研 究 が 進 行 中 である。4.3.3 設 計LPG および LNG 輸 送 船 等 、 液 体 ガス 輸 送 船 の 船 体 およびタンク 構 造 の 設 計 に 対 し、 国 際 海 事機 関 (International Maritime Organization)は 国 際 ガス・キャリアー 規 則 (International Gas Carriercode)を 適 用 し、 船 に 偶 発 的 損 害 が 起 きたときに 重 大 な 二 次 被 害 が 起 きるのを 防 ぐ。 大 型 CO 2 輸送 船 はその 規 則 に 従 い 設 計 ・ 建 造 される。液 体 ガス 輸 送 船 には 3 種 類 のタンク 構 造 がある。 圧 力 式 、 低 温 式 、 半 冷 凍 式 の 3 種 類 である。- 198 -

圧 力 式 は 外 気 温 下 で 積 荷 のガスが 沸 騰 しないよう 設 計 されている。 一 方 、 低 温 式 は 積 荷 のガスを外 気 圧 下 で 液 体 に 保 つために 必 要 な 低 温 度 で 操 業 するよう 設 計 されている。ほとんどの 小 型 ガス輸 送 船 は 圧 力 式 であり、 大 型 の LPG や LNG 輸 送 船 は 低 温 式 が 多 い。タンク 規 模 の 制 約 が 少 ないため、 低 温 式 は 大 量 輸 送 に 適 している。 既 存 の CO 2 輸 送 船 も 半 冷 凍 式 であるが、 半 冷 凍 式 は 積 荷のガスを 液 体 二 酸 化 炭 素 に 保 つために 必 要 な 温 度 と 圧 力 の 組 み 合 せ 条 件 を 考 慮 して 設 計 されている。 半 冷 凍 式 LPG 輸 送 船 等 において、 常 温 / 高 圧 から 低 温 / 大 気 圧 までの 様 々な 積 荷 条 件 で 適 用 できるように 設 計 されているタンカーもある。本 報 告 書 付 属 文 書 I に CO 2 の 状 態 図 を 示 す。 大 気 圧 では、 温 度 によって CO 2 は 気 体 または 固 体相 となる。 大 気 圧 で 温 度 を 下 げること 自 体 は CO 2 を 液 化 する 原 因 にはならず、いわゆる「ドライアイス」つまり 固 体 CO 2 を 作 るだけである。 液 体 CO 2 は 低 温 と 大 気 圧 よりかなり 高 い 圧 力 の 組 み合 わせ 下 でのみ 存 在 する。 従 って、CO 2 積 荷 タンクは 圧 力 式 または 半 冷 凍 式 であるべきである。船 舶 設 計 者 は 半 冷 凍 式 を 推 奨 し、 積 荷 タンクの 設 計 点 はおよそ 6bar・-54C から、7bar・-50C であり、CO 2 の 三 重 点 に 近 い。 標 準 設 計 では、22,000m 3 を 輸 送 する 際 、-50C および 7bar の 設 計 点で 操 業 する。二 酸 化 炭 素 は 輸 送 中 に 一 部 が 大 気 へ 放 出 される。 船 舶 から 大 気 への 総 損 失 は、 蒸 発 損 と 船 舶 エンジンからの 排 気 を 含 め、1,000km あたり 3%~4%の 間 である。どちらの 要 素 も 船 上 での 回 収 と液 化 により 削 減 可 能 であり、さらに 陸 上 の 貯 蔵 設 備 での 再 回 収 により 損 失 は 1,000km あたり 1%~2%まで 抑 えることができる。4.3.4 建 設CO 2 輸 送 船 は 既 存 の 液 化 ガス 輸 送 船 と 同 じ 技 術 を 利 用 して 建 造 される。 最 新 の LNG 輸 送 船 は200,000m 3 以 上 の 積 荷 容 量 に 到 達 している。(このような 船 舶 は 液 体 CO 2 を 23 万 トン 運 送 可 能 である)。 現 在 LPG および LNG 船 舶 を 建 造 する 造 船 所 は、CO 2 輸 送 船 を 建 造 することができる。 実際 の 建 造 期 間 は 1~2 年 であり、 船 舶 の 大 きさ 等 の 条 件 により 異 なる。4.3.5 操 業4.3.5.1 荷 積 み液 体 CO 2 は 一 時 貯 蔵 タンクから、 高 圧 ・ 低 温 の CO 2 条 件 に 適 応 するポンプによって 船 の 積 荷 タンクに 積 み 込 まれる。 積 荷 タンクはまず 気 体 の CO 2 で 充 てんされ 圧 縮 されることにより、 湿 潤 空気 との 混 合 やドライアイスの 形 成 を 防 ぐ。4.3.5.2 目 的 地 への 輸 送積 荷 タンク 壁 を 通 じて 伝 わった 外 気 からの 熱 は、CO 2 を 沸 騰 させタンク 内 の 圧 力 を 上 昇 させる。CO 2 の 蒸 発 損 ガスを 船 舶 エンジンの 排 気 ガスとともに 排 出 することは 危 険 ではないが、その 行 為により CO 2 を 大 気 中 へ 放 出 することとなる。 回 収 貯 蔵 プロセス 中 における CO 2 ゼロ 排 出 という 目標 は、 蒸 発 損 と 排 気 CO 2 を 回 収 ・ 液 化 するための 装 置 を 利 用 して 達 成 可 能 である。4.3.5.3 荷 揚 げ液 体 CO 2 は 目 的 地 で 荷 揚 げされる。 積 荷 タンク 内 の 液 体 CO 2 が 占 めていた 体 積 は 乾 燥 気 体 CO 2に 置 き 換 えられ、 湿 潤 空 気 がタンクに 侵 入 しないようにする。この CO 2 はタンクが 再 充 てんされるときには、 再 生 ・ 液 化 が 可 能 である。- 199 -

4.3.5.4 空 荷 で 帰 港 、および 定 期 点 検CO 2 輸 送 船 は 次 の 航 海 に 備 えて 帰 港 する。CO 2 輸 送 船 が 修 理 または 定 期 検 査 のためにドック 入りする 際 は、 安 全 に 作 業 するため 積 荷 タンク 内 の 気 体 CO 2 を 空 気 で 清 浄 する。ドック 入 り 後 初 めての 荷 積 み 時 には、 積 荷 タンクを 完 全 に 乾 燥 、 清 浄 し、CO 2 ガスで 充 てんする。冷 却 機 能 と 圧 力 機 能 を 併 せ 持 つ 類 似 の 船 舶 は、 現 在 その 他 工 業 ガスを 輸 送 するために 操 業 中 である。4.4 リスク、 安 全 性 および 監 視4.4.1 序 論いずれの 輸 送 オプションにも、 計 算 可 能 なリスクおよび 予 測 可 能 なリスクが 存 在 する。 予 測 可能 なリスクは 本 書 の 範 囲 外 であるため、ここでは 検 討 しない。 軍 事 的 紛 争 やテロリスト 活 動 等 の特 別 な 事 例 のリスクは 今 まで 調 査 されてきた。 少 なくとも 2 つのパイプライン 安 全 保 障 会 議 が 開催 され、さらに 会 議 とワークショップが 予 定 されている。しかしこれらの 問 題 は 細 心 の 注 意 を 払う 必 要 があるため、 論 文 審 査 のある 学 術 論 文 になる 可 能 性 は 低 い。パイプラインおよび 海 上 輸 送 システムは 認 められた 優 れた 安 全 記 録 を 持 つ。CO 2 システムと、ガスと 石 油 の 長 距 離 パイプライン 輸 送 用 のこれらの 既 存 システムまたは 石 油 の 海 上 輸 送 とを 比 較すると、リスクは 故 障 率 および 事 故 率 という 観 点 で 比 較 すべきだとわかる。 既 存 輸 送 システムでは、これらの 事 故 は、Exxon Valdes および Torrey Canyon での 大 災 害 等 の 偶 発 的 な 重 大 汚 染 事 故 にもかかわらず、 広 範 な 地 域 社 会 から 許 容 範 囲 と 認 識 されているように 見 受 けられる(van Bernemand Lubbe, 1997)。CO 2 パイプラインの 事 故 は 結 果 が 重 大 なものとなることが 懸 念 されるため、 現在 米 国 では 天 然 ガスパイプラインに 対 する 規 則 よりも 厳 しい 規 則 が CO 2 パイプラインに 適 用 されている。4.4.2 陸 上 パイプライン陸 上 パイプラインは 基 準 に 従 って 建 設 され、 規 制 認 可 を 受 けねばならない。 独 立 した 設 計 監 査が 必 要 なこともある。 経 路 は 公 開 審 査 の 対 象 となることが 多 い。 規 制 当 局 の 認 可 を 得 るプロセスには、 一 般 に 安 全 計 画 、 詳 細 監 視 および 検 査 手 順 および 緊 急 対 応 計 画 の 認 可 を 含 む。 人 口 密 集 地域 では、 新 パイプラインの 計 画 、 許 可 および 建 設 は 困 難 であり 時 間 の 無 駄 となる 公 算 が 大 きい。既 存 の 炭 化 水 素 パイプラインを CO 2 パイプラインに 転 換 する 可 能 性 がある 場 所 も 考 えられる。操 業 中 のパイプラインはピグ(パイプライン 内 部 監 視 装 置 )によって 内 部 から 監 視 を 受 け、 外部 は 腐 食 監 視 および 漏 洩 探 知 システムによって 監 視 される。 監 視 は 徒 歩 のパトロールや 航 空 機 でも 行 われる。故 障 発 生 率 は 比 較 的 少 ない。Guijt(2004)および 欧 州 ガス・パイプライン 事 故 データ・グループ(European Gas Pipeline Incident Data Group)(2002)は、 故 障 発 生 率 が 大 きく 減 少 してきたことを示 している。Guijt は、1972 年 におよそ 0.0010/km 年 であった 事 故 率 が 2002 年 には 0.0002/km 年まで 減 少 したと 示 している。 事 故 のほとんどは 管 径 が 100mm 以 下 で、 主 にガス 分 配 システムに使 用 される 非 常 に 小 さいパイプラインに 関 連 したものである。 管 径 が 500mm 以 上 のパイプライ- 200 -

ンの 故 障 事 故 ははるかに 低 く、0.00005/km 年 以 下 である。 上 記 の 数 値 は 設 計 圧 力 が 1.5MPa 以 上のパイプラインから 発 生 する 施 設 境 界 ( 圧 縮 器 等 ) 外 の 意 図 しない 放 出 を 含 む。 多 様 な 事 故 が 含まれているが、 全 てが 重 大 なものではなく、システムの 古 さや 検 査 の 頻 度 等 の 要 因 を 反 映 しパイプラインごとにかなりの 差 がある。欧 州 西 部 の 石 油 パイプラインに 相 当 する 事 故 値 は、CONCAWE(2002)に 公 開 されている。1997年 から 2001 年 までの 事 故 頻 度 は 0.0003/km 年 であった。 米 国 の 陸 上 ガス・パイプラインの 事 故 頻度 は 1986 年 から 2002 年 の 期 間 で 0.00011/km 年 であった。 事 故 とはガスを 放 出 し、 死 者 ・ 入 院 患者 、または 50,000US$ 以 上 の 財 産 の 損 失 の 原 因 となる 事 象 であると 定 義 している。この 報 告 基 準の 違 いが 欧 州 と 米 国 統 計 差 異 の 原 因 であると 考 えられている(Guijut, 2004)。Lelieveld et al.(2005)は、2,400km にわたるロシアの 天 然 ガス・パイプライン・システムの 漏 洩について、 圧 縮 器 、バルブ、 機 械 室 等 を 調 査 し、「 全 体 的 に、ロシアの 天 然 ガス 輸 送 システムからの 漏 洩 は 約 1.4%(1.0-2.5%の 範 囲 内 で)であり、 米 国 のパイプラインからの 消 失 量 (1.5±0.5%)と 同 量 である」と 結 論 づけた。 上 記 の 値 は 全 漏 洩 量 に 関 連 し、キロメートルあたりの 漏 洩 量 ではない。Gale and Davison(2002)は 米 国 の CO 2 パイプラインの 事 故 統 計 を 示 している。1990 年 から 2002年 の 間 に 10 件 の 事 故 があり、 損 失 額 は 469,000US$に 上 ったが、 負 傷 者 や 死 者 は 出 ていない。 事故 率 は 0.00032/km 年 であった。しかし 石 油 やガスと 違 い、CO 2 は 空 気 と 混 合 して 可 燃 性 および 爆発 性 混 合 物 を 形 成 しない。 既 存 の CO 2 パイプラインは 主 に 低 人 口 密 度 地 域 にあり、そのため 平 均的 影 響 が 低 くなる 傾 向 がある。CO 2 パイプラインの 事 故 原 因 は 安 全 弁 の 故 障 (4)、 溶 接 /パッキング/バルブ・パッキング 故 障 (3)、 腐 食 (2)、および 外 的 要 因 (1)である。 反 対 に、 天 然 ガス・パイプラインの 主 な 故 障 原 因 は 掘 削 機 等 の 外 的 要 因 である。 掘 削 機 でパイプラインに 穴 が 開 くとパイプラインの 液 体 損 失 につながり、 長 距 離 に 広 がる 亀 裂 のもととなることもある。 深 く 埋 設 したり、コンクリートでパイプラインを 覆 ったり、 警 告 テープを 使 用 する 等 の 予 防 策 によって 大 きくリスクを 減 少 できる。 例 えば、 盛 り 土 を 1m から 2m に 増 やすことで、 損 害 頻 度 を 郊 外 では 10 のうち 1 つの 要 因 が、 都 会 では 3.5 の 要 因 が 削 減 される(Guijt, 2004)。パイプラインからの 二 酸 化 炭 素 漏 洩 は、 人 間 と 動 物 に 生 理 学 的 危 険 をもたらす 可 能 性 がある。CO 2 事 故 の 結 果 は、 地 域 の 地 理 学 、 地 層 条 件 、 人 口 密 度 およびその 他 地 域 的 条 件 を 考 慮 に 入 れて、標 準 的 な 工 業 手 法 を 用 いたサイトごとのモデル 化 及 び 評 価 が 可 能 である。Vendrig et al.(2003)の研 究 は CO 2 パイプラインおよび 昇 圧 所 のリスクをモデル 化 した。パイプライン 経 路 を 選 択 する 際に 考 慮 すべき CO 2 の 特 性 は、CO 2 は 空 気 よりも 重 く、 従 って 下 部 に 危 険 となる 濃 度 で 蓄 積 しかねないということである。どのような 漏 洩 であっても、CO 2 は 大 気 に 移 動 する。かなりの 量 の 不 純 物 、 特 に H 2 S が CO 2 に 含 まれていると、パイプラインの 漏 洩 または 破 裂 の 潜在 的 影 響 に 対 し、 悪 い 方 向 に 作 用 する。 直 接 生 命 や 健 康 に 危 険 となる 暴 露 閾 値 は、 国 立 労 働 安 全衛 生 研 究 所 (National Institute for Occupational Safety and Health)によると、CO 2 の 40,000ppm に 対し H 2 S では 100ppm である。CO 2 を 人 口 密 集 地 域 で 長 距 離 輸 送 する 場 合 には、CO 2 輸 送 施 設 から 起 こるリスクにさらされる危 険 性 を 持 つ 人 の 方 が、CO 2 回 収 ・ 貯 留 施 設 から 起 こる 潜 在 的 リスクにさらされる 人 よりも 多 くな- 201 -

りうる。CO 2 輸 送 に 関 する 一 般 的 な 懸 案 は、CCS の 大 規 模 な 使 用 に 対 し 大 きな 心 理 的 抵 抗 を 形 成しうることである。 現 在 では、ほとんどの 発 電 所 または 他 の 燃 料 転 換 工 場 は、エネルギー 消 費 者や 燃 料 提 供 源 に 近 接 して 建 設 されている。CO 2 回 収 を 行 う 新 しい 工 場 は、CO 2 輸 送 を 最 小 限 に 抑えるため CO 2 貯 留 地 に 近 接 して 建 設 されるであろう。しかし、これには 燃 料 または 電 力 の 長 距 離輸 送 が 必 要 となり、それ 自 体 が 環 境 への 影 響 、 潜 在 的 リスクと 一 般 の 懸 案 を 持 つことになる。もし CO 2 が 分 散 排 出 源 から 根 幹 パイプラインに 集 約 される 場 合 は 収 集 システムが 必 要 となり、 一 部の 貯 留 オプションには 分 散 システムも 必 要 となる 場 合 がある。これらのシステムは 本 セクションで 概 略 を 示 したようなリスクを 考 慮 して 計 画 、 実 行 しなければならない。4.4.3 海 洋 パイプライン海 洋 パイプラインは 同 様 の 規 制 体 制 に 従 う。 操 業 中 の 故 障 事 故 も 同 様 に 低 い。 船 舶 の 錨 を 引 きずることが 故 障 の 原 因 となることもあるが、 浅 水 域 でのみ 発 生 する(50m 以 下 )。 船 舶 がパイプラインの 上 に 沈 没 することはまず 考 えられず、 同 様 に 物 体 がパイプラインの 上 に 落 下 することもまず 起 こらない。 管 径 400mm 以 上 のパイプラインは 漁 獲 装 置 による 損 害 を 受 けないことがわかっているが、 管 径 400mm 以 下 のパイプラインは 保 護 のため 埋 設 される。 海 中 パイプラインに 対する 損 傷 は Morris and Breaux(1995)の 研 究 で 報 告 された 会 議 で 詳 細 に 検 証 された。Palmer and King(2004)は 海 洋 パイプライン 故 障 、 掘 削 技 術 および 監 視 技 術 を 検 証 した。ほとんどの 故 障 は 人 為的 なミスが 原 因 である。CO 2 パイプライン 事 故 による 生 態 的 な 影 響 は、いまだに 評 価 されていない。海 洋 パイプラインは「ピグ」(4.2.5 で 記 載 した)と 呼 ばれる 検 査 装 置 によって 内 部 を 監 視 され、遠 隔 操 作 船 から 定 期 的 視 察 によって 外 部 を 監 視 される。 独 立 した 漏 洩 探 知 システムを 持 つ 海 洋 パイプラインもある。4.4.4 船 舶船 舶 システムは 衝 突 、 沈 没 、 漂 流 および 火 災 等 の 様 々な 原 因 で 故 障 することがある。 事 故 に 関する Perrow の 著 作 (1984)には 多 くの 刺 激 的 な 事 例 研 究 が 含 まれる。Perrow が 言 及 した 多 くの船 舶 は 古 くて 維 持 管 理 が 悪 く、 乗 組 員 は 適 切 な 訓 練 を 受 けていなかった。しかし、 海 上 事 故 が 規制 が 不 十 分 な「 便 宜 船 籍 漁 船 」のみに 起 こると 考 えることは 間 違 いである。Gottschalch and Stadler(1990)は Perrow の 説 に 賛 同 し、 多 くの 海 洋 事 故 はシステムの 故 障 や 人 為 的 要 因 に 起 因 し、 技 術的 要 因 のみの 結 果 として 起 こる 事 故 は 比 較 的 稀 であるとしている。船 舶 事 故 は、Lloyds Maritine Infomration Service により 正 確 に 整 理 されている。1978 年 から 2000年 までの 22 年 半 以 上 の 間 に、 重 大 と 思 われる 様 々な 事 故 が 41,086 件 起 きており、2,129 件 が「 深刻 」と 分 類 された( 表 4.2 参 照 )。表 4.2 船 種 別 、 深 刻 な 事 故 の 統 計船 種 2000 年 時 点 の 1978-2000 の 間 の 頻 度船 舶 数 深 刻 な 事 故 件 数 ( 件 数 / 隻 ・ 年 )LPG タンカー 982 20 0.00091LNG タンカー 121 1 0.00037石 油 タンカー 9678 314 0.00144貨 物 船 /ばら 積 み 貨 物 船 21407 1203 0.00250- 202 -

タンカーは 一 般 的 に 船 舶 よりも 高 い 基 準 を 持 つと 考 えることができる。 漂 流 はタンカー 事 故 の最 大 の 原 因 であり 一 般 的 な 懸 案 事 項 となりうる。 規 定 の 航 路 に 沿 って 慎 重 に 航 海 することや、 厳しい 運 行 基 準 により 漂 流 は 制 御 できる。LNG タンカーは 潜 在 的 に 危 険 ではあるが、 注 意 深 く 設 計され 非 常 に 高 い 基 準 で 運 行 されていると 思 われる。LNG 船 から 不 測 の 積 荷 損 失 は 起 きたことがない。LNG タンカーの El Paso Paul Kaiser は 1979 年 に 17 ノットで 座 礁 し 船 体 に 大 きな 損 傷 を 負 ったが、LNG タンクは 貫 通 せず 積 荷 は 損 失 しなかった。 液 化 ガスの 海 上 輸 送 には 多 くの 文 献 があり、Ffooks(1993)のように 安 全 性 を 強 く 強 調 しているものもある。CO 2 輸 送 船 とターミナルは 火 災 の 危 険 は 明 らかに 低 いが、 衝 突 でタンクが 亀 裂 した 場 合 は 窒 息のリスクがある。このリスクは、 現 在 LPG に 適 用 されている 建 造 と 運 行 に 対 する 高 い 基 準 を 二 酸化 炭 素 にも 確 実 に 適 用 することで、 最 低 限 に 抑 えることができる。液 体 CO 2 輸 送 船 の 事 故 は 液 化 ガスを 海 面 に 放 出 する。しかし、このような 事 故 についての 検 討は、 知 見 が 欠 如 しており、さらなる 研 究 を 必 要 とする。CO 2 放 出 は、 原 油 流 出 のように 長 期 的 な環 境 への 影 響 を 持 たないと 予 測 されている。タンカー 内 の 液 体 CO 2 は LNG ほど 冷 たくはないが、はるかに 密 度 が 高 いため、CO 2 は LNG と 異 なる 反 応 を 示 す。CO 2 と 海 洋 との 相 互 作 用 は 複 雑 である。 水 和 物 と 氷 が 生 成 し、 温 度 差 により 強 い 流 れが 発 生 する。ガスの 一 部 は 海 中 に 溶 解 するが、一 部 は 大 気 に 放 出 されるだろう。 風 が 弱 く 温 度 の 逆 転 がある 場 合 、 立 ちこめる CO 2 ガスは 窒 息 感を 引 き 起 こし、 船 舶 のエンジンを 止 めることが 考 えられる。航 路 を 慎 重 に 計 画 すること、 訓 練 と 管 理 の 基 準 を 高 くすることで、リスクは 最 低 限 に 抑 えることができる。4.5 法 的 問 題 、 規 則船 舶 および 海 底 パイプラインにより 国 境 を 越 えて CO 2 を 輸 送 することは、 様 々な 国 際 条 約 によって 規 制 されている。 多 くの 地 域 や 国 家 は 環 境 影 響 評 価 と 戦 略 的 環 境 評 価 について 立 法 化 し、パイプライン 建 設 の 際 に 考 慮 されることになるであろう。パイプラインが 他 国 の 領 土 を 越 えて 建 設されるか(たとえば 内 陸 国 )、 海 上 の 特 定 区 域 に 設 置 される 場 合 は、 他 国 は 環 境 評 価 の 意 思 決 定 プロセスに 参 加 し、 当 事 国 のプロジェクトに 異 議 を 申 し 立 てる 権 利 を 有 するであろう。4.5.1 国 際 条 約様 々な 国 際 条 約 が CO 2 貯 留 に 関 係 するが、 最 も 重 要 な 条 約 は 海 洋 法 に 関 する 国 際 連 合 条 約 (UNConvention on the Law of the Sea)、ロンドン 条 約 (London Convention)、 越 境 環 境 影 響 評 価 に 関 する 条 約 (Convention on Environmental Impact Assessment in a Transboundary Context)(エスポー 条 約 :Espoo Convention)および 北 東 大 西 洋 の 海 洋 環 境 保 護 のための 条 約 (OSPAR)( 第 5 章 参 照 )である。エスポー 条 約 は 環 境 評 価 を 対 象 とする。 環 境 評 価 とはつまり、 開 発 プロジェクトまたは 開 発活 動 の 結 果 として 起 こりうる 環 境 への 影 響 に 関 する 適 切 な 情 報 、および 損 害 を 緩 和 する 方 法 に 関する 適 切 な 情 報 を 早 期 に、そして 確 実 に 収 集 するための 手 順 である。パイプラインは 環 境 評 価 の対 象 である。 条 約 の 最 も 重 要 な 側 面 は、 計 画 プロジェクトが 国 境 を 越 えて 重 大 な 環 境 影 響 をもたらす 可 能 性 があると 考 えられるならば、お 互 いに 通 報 し、 協 議 するように 国 家 の 一 般 的 義 務 を 規定 していることである。 上 記 条 約 の 下 では、 貯 留 が 認 められるかどうかは、 貯 留 地 までの 輸 送 方- 203 -

法 により 異 なる 場 合 もありうる。 輸 送 より 主 に 排 出 と 配 置 に 関 わる 条 約 については、 海 洋 および地 中 貯 留 に 関 する 章 で 詳 細 に 検 討 する。有 害 廃 棄 物 の 越 境 移 動 及 びその 処 分 の 規 制 に 関 するバーゼル 条 約 (Basel Convention on theControl of Transboundary Movement of Hazardous Wastes and their Disposal)は 1992 年 に 発 効 した(UNEP, 2000)。バーゼル 条 約 は、 廃 棄 物 の 越 境 移 動 の 規 制 強 化 は 環 境 上 健 全 な 管 理 と 移 動 量 の 削減 のインセンティブになるという 観 点 に 部 分 的 に 基 づき 考 えられた。しかしながら、 本 条 約 は CO 2が 有 害 廃 棄 物 として 定 義 されることについては 明 らかにせず、 単 に CO 2 回 収 中 に 取 り 込 まれうる重 金 属 や 有 機 化 合 物 等 の 不 純 物 の 存 在 に 関 して 記 載 があるだけである。CO 2 に 含 めて SO 2 およびNO x を 排 出 するスキームの 採 用 にはこのような 見 直 しを 必 要 とするだろう。 従 って、バーゼル 条約 は 直 接 的 に CO 2 の 輸 送 に 制 限 を 課 すとは 見 られていない(IEA GHG, 2003a)。CO 2 輸 送 は、バーゼル 条 約 (Basel Convention)の 規 定 のほか、 国 際 輸 送 規 則 にも 従 わねばならないだろう。 多 数 の 具 体 的 な 協 定 があり、それらは 条 約 であるものもあれば、 輸 送 形 態 によって適 用 される 他 の 条 約 の 議 定 書 の 場 合 もある。 物 品 の 輸 送 を 扱 う 地 域 的 協 定 も 数 多 くある。 国 際 輸送 規 則 と 協 定 は、 国 連 が 発 表 した「 国 連 危 険 物 輸 送 に 関 する 勧 告 :モデル 規 則 」( UNRecommendations on the Transport of Dangerous Goods: Model Regulations)(2001)に 準 拠 する。 気 体および 冷 蔵 液 体 の CO 2 は 不 燃 性 、 非 毒 性 ガスに 分 類 されるが、 固 体 CO 2 (ドライアイス)はその他 の 危 険 物 に 分 類 される。「 国 連 危 険 物 輸 送 に 関 する 勧 告 :モデル 規 則 」に 準 拠 する CO 2 輸 送 は、どのような 方 法 による 輸 送 であっても 関 連 する 全 ての 協 定 および 条 約 に 合 致 するものと 考 えられる。 上 記 勧 告 からは、CO 2 輸 送 が 国 際 輸 送 協 定 および 条 約 によって 妨 げられるとは 言 えないであろう(IEA GHG, 2003a)。4.5.2 国 内 規 則パイプラインによる CO 2 輸 送 は、25 年 以 上 も 行 われてきた。ASME B31.4 のような 国 際 基 準 、炭 化 水 素 、 液 体 石 油 ガス、 無 水 アンモニアおよびアルコールの 液 体 輸 送 システム、および 広 く 適用 されているノルウェー 基 準 (DNV, 2000)は、 特 に CO 2 に 言 及 している。 上 記 基 準 の 適 用 と 使用 には 多 くの 経 験 がある。 既 存 の 基 準 と 規 則 は 国 によって 異 なるが、 上 記 文 書 の 段 階 的 な 統 一 が国 際 標 準 化 機 関 (ISO)や 欧 州 標 準 化 委 員 会 (CEN) 等 の 国 際 機 関 によって、それらの 機 関 の 機能 の 一 部 として 進 められつつある。 問 題 ごとに 分 類 した 関 連 基 準 の 全 体 的 検 討 は、IEA GHG, 2003bに 示 されている。一 般 の 関 心 は、セクション 4.4 で 論 じたように 亀 裂 または 微 小 な 漏 洩 によって 輸 送 システムから CO 2 が 漏 洩 する 問 題 に 集 中 するだろう。 個 別 の 社 会 的 関 心 に 対 処 するために 基 準 が 将 来 変 更 することもありうる。 家 庭 用 低 圧 ガス 配 給 システムには 着 臭 剤 が 加 えられることが 多 いが、 長 距 離パイプラインには 着 臭 剤 を 添 加 しない。 原 理 的 には、 着 臭 剤 をパイプライン 中 の CO 2 に 添 加 できる。メルカプタンは Weyburn パイプライン・システムに 自 然 に 存 在 する 最 も 有 効 な 着 臭 剤 であるが、 非 常 に 低 濃 度 であっても O 2 によって 分 解 されるため、 一 般 的 に 本 適 用 には 適 切 でない(Katz,1959)。 硫 黄 を 含 むジスルフィド、チオエーテルおよび 環 状 化 合 物 は 代 替 物 である。 着 臭 の 値 と 影響 は 定 量 リスク 評 価 によって 確 立 されるだろう。- 204 -

4.6 コスト4.6.1 パイプライン 輸 送 のコストパイプラインのコストは、 次 の 3 項 目 に 分 類 できる。 建 設 コスト- 材 料 / 装 置 コスト(パイプ、パイプ 塗 装 、 陰 極 保 護 、 通 信 装 置 、 昇 圧 基 地 の 可 能 性 )- 設 置 コスト( 労 働 力 ) 操 業 および 維 持 管 理 コスト- 監 視 コスト- 維 持 管 理 コスト- エネルギー・コスト( 必 要 ならば) その 他 コスト( 設 計 、プロジェクト 管 理 、 規 則 出 願 料 、 保 険 料 、 敷 設 権 コスト、 偶 発 予 算 )パイプライン 材 料 コストは、パイプラインの 距 離 、 管 径 および 輸 送 する CO 2 量 および 質 により決 定 する。 腐 食 問 題 は 4.2.2 で 検 証 した。コストに 関 しては CO 2 は 回 収 システムから 10MPa で 放出 されると 想 定 している。図 4.3 はパイプラインの 資 本 投 資 コストを 示 す。 投 資 はパイプラインの 圧 力 損 失 を 補 うために圧 縮 器 が 必 要 な 場 合 には 高 くなり、パイプラインが 長 距 離 であるときまたは 丘 陵 地 帯 のパイプラインでも 高 くなる。パイプラインの 管 径 を 大 きくし 流 量 密 度 を 小 さくすることで、 圧 縮 器 を 削 減することができる。 報 告 された 輸 送 速 度 は 1-5m/s と 幅 がある。 実 際 の 設 計 はパイプラインの 管 径 、圧 力 損 失 ( 圧 縮 器 と 電 力 を 必 要 とする)およびパイプラインの 管 厚 により 最 適 化 される。図 4.3 陸 上 および 海 底 パイプラインの 様 々な 情 報 源 からのパイプライン 総 投 資 コスト。コストは 設 置可 能 性 のある 昇 圧 基 地 を 含 まない(IEA GHG, 2002; Hendriks et al., 2005; Bock, 2003; Sarv, 2000; 2001a;2001b; Ormerod, 1994; Chandler, 2000; O&GJ, 2000)。- 205 -

コストは 地 域 によっても 異 なる。 陸 上 パイプラン・コストはパイプライン 経 路 が 市 街 地 や 人 口 密度 が 高 い 地 域 を 通 る 場 合 、50%~100% 以 上 増 加 する。 山 脈 、 天 然 貯 留 地 域 、 川 や 高 速 道 路 等 の 障害 物 がある 地 域 、 過 密 都 市 地 域 でも、 建 設 現 場 へのアクセスと 安 全 策 がさらに 必 要 となるため、コストが 増 加 する。 海 底 パイプラインは 一 般 的 に 陸 上 パイプラインよりも 高 圧 ・ 低 温 で 操 業 され、40%~70%コスト 高 になることが 多 いが、 必 ず 高 くなるわけではない。少 量 の CO 2 を 別 々に 輸 送 するよりも、 複 数 の 排 出 源 から CO 2 を 収 集 し、 単 一 のパイプラインに集 めたほうがコストは 安 い。 初 期 の 小 規 模 プロジェクトは 比 較 的 高 い 輸 送 コストを 抱 え、 従 って輸 送 距 離 に 影 響 されるであろうが、 高 容 量 ( 大 規 模 および 広 範 囲 な 適 用 )に 進 化 するにつれて 輸送 コストが 減 少 する。「 基 幹 」 輸 送 構 造 の 実 装 によって 大 規 模 遠 隔 貯 留 地 へのアクセスが 促 進 されるが、この 種 のインフラには 巨 大 な 初 期 先 行 投 資 決 定 が 必 要 となるだろう。このようなパイプライン・システムにおいて 考 えられる 利 点 を 明 らかにするためにさらなる 研 究 が 必 要 である。図 4.4 は 陸 上 および 海 底 輸 送 コスト 対 パイプライン 管 径 を 示 す。コストは 様 々な 出 典 からの 情報 に 基 づく。 図 4.5 は 流 量 機 能 として 具 体 的 な 輸 送 に 対 するコスト 表 示 を 示 す。 鉄 鋼 はパイプラインおよび 船 舶 どちらにもコスト 構 成 要 素 であり、 鉄 鋼 価 格 は 2005 年 までの 2 年 間 で 2 倍 になったが、この 現 象 は 一 時 的 なものであると 思 われる。図 4.4 様 々な 情 報 源 からの 海 底 および 陸 上 パイプラインの 輸 送 コスト。コストは 設 置 可 能 性 のある 昇圧 基 地 は 含 まず、15%の 資 本 費 率 および 100%の 負 荷 率 を 適 用 する(IEA GHG, 2002; Hendriks et al., 2005;Bock, 2003; Sarv, 2000; 2001a; 2001b; Ormerod, 1994; Chandler, 2000; O&GJ, 2000)。- 206 -

図 4.5 250km あたりの 陸 上 および 海 底 パイプラインの 輸 送 コスト。 高 範 囲 ( 破 線 )および 低 範 囲 ( 実線 )を 示 す。4.6.2 海 上 輸 送 システムのコスト海 上 輸 送 システムのコストは、 多 くの 要 素 から 構 成 される。 船 舶 への 投 資 以 外 に、 荷 役 施 設 、中 間 貯 蔵 施 設 および 液 化 ユニットへの 投 資 が 必 要 である。さらなるコストが 操 業 ( 労 働 、 船 舶 燃料 コスト、 電 力 コスト、 港 湾 費 用 等 )および 維 持 管 理 において 必 要 となる。 輸 送 サイクルにおいて 設 備 および 船 舶 の 最 適 な 使 用 が 重 要 となる。 輸 送 システムの 途 絶 可 能 性 を 予 期 して 余 分 な 施 設( 予 備 の 貯 蔵 要 件 等 )を 創 出 しなければならない。海 上 輸 送 システムのコストは、CCS プロジェクトに 必 要 な 規 模 ( 即 ち 年 間 二 酸 化 炭 素 処 理 量 が数 百 万 トンという 規 模 )で 実 施 されたシステムがないために、 現 在 のところ 詳 細 は 未 知 である。設 計 は 入 札 にかけられ、かなりの 量 の 情 報 が 入 手 可 能 である。にもかかわらずこの 規 模 の CO 2 輸送 船 舶 はいまだに 建 造 されたことがない。スケールメリットはコストに 重 要 な 影 響 を 与 えると 想像 できることから、 推 定 コストは 非 常 に 幅 広 いものとなる。港 湾 間 での CO 2 輸 送 用 に 設 計 される 船 舶 は、 類 似 規 模 の 半 冷 凍 LPG 船 よりも 約 30~50%コストが 高 くなりうる(Statoil, 2004)。しかし 液 体 CO 2 濃 度 は 約 1,100kg/m 3 であるため、CO 2 船 は、積 荷 濃 度 が 約 500kg/m 3 である 類 似 規 模 の LNG および LPG 船 よりも 多 くの 質 量 を 輸 送 できる。2万 ~3 万 トン 積 載 容 量 の 船 舶 の 推 定 コストは、50~70MUS$の 間 である(Statoil, 2004)。 他 の 参 考文 献 でも(IEA GHG, 2004)、 建 造 コストは 1 万 トン 規 模 の 船 舶 で 34MUS$、3 万 トン 規 模 の 船 舶では 60MUS$、5 万 トン 積 載 容 量 の 船 舶 では 85MUS$である。 初 期 投 資 回 収 、 人 件 費 および 維 持費 用 を 対 象 とすると、2 万 トン 積 載 容 量 の 船 舶 のチャーター 料 として1 日 あたり 250M$US がおお- 207 -

むね 妥 当 である。Statoil(2004)によれば、 液 化 施 設 のコストは 年 間 100 万 トンの 設 備 容 量 で 35~50MUS$であると 推 定 されている。なお 現 在 の 最 大 液 化 ユニットは、35 万 トン/ 年 である。IEA GHG(2004)は 液 化 施 設 に 対 し 620 万 トン/ 年 に 対 し 80MUS$という、かなり 低 い 投 資 を 推定 している。 二 酸 化 炭 素 が 100bar で 工 場 に 配 送 されると 投 資 コストは 30MUS$に 減 少 する。この圧 力 レベルは 回 収 ユニットからパイプ 輸 送 される 場 合 と 推 定 される。 費 用 推 定 は 局 地 的 条 件 に 影響 を 受 ける。 例 えば、 十 分 な 冷 却 水 がないとさらに 高 額 なアンモニア 駆 動 の 冷 却 サイクルが 必 要となる。 数 量 の 違 いも 上 記 施 設 の 拡 大 に 伴 う 不 確 実 性 を 反 映 する。詳 細 な 研 究 (Statoil, 2004)では、550 万 トン/ 年 の 海 上 輸 送 システムを 考 慮 した。 基 準 事 例 は 2万 トンタンカーであり、スピードは 35km/h、 各 航 海 で 7,600km を 航 行 し、17 艘 のタンカーを 必要 とした。 年 間 コストは 液 化 を 含 まないと 1 億 8800 万 US$、 液 化 を 含 むと 3 億 US$、 圧 縮 できれば(ダブルカウントを 避 けるために) 費 用 は 2 億 3200 万 US$まで 減 少 すると 推 定 される。 対応 する 特 殊 輸 送 コストは 34、55、および 42US$/t である。 研 究 は 距 離 についても 考 慮 した。 液 化を 除 外 する 事 例 では、 特 殊 コストは 500km で 20US$/t、1,500km で 22US$/t、4,500kmで 28US$/tであった。IEA が 行 った 船 舶 輸 送 システムの 比 較 では、さらに 低 コストを 示 した。3 万 トン 船 で 7,600kmの 距 離 では、コストは 35US$/t と 推 定 される。 前 記 コストは 5 万 トン 船 で 30US$/t まで 削 減 できる。IEA の 研 究 は Statoil(2004)よりもコストは 距 離 に 依 存 することも 示 した。海 上 輸 送 は、 液 化 のために 追 加 エネルギーが 必 要 となり、 船 舶 でも 燃 料 を 使 用 するためパイプラインよりも 関 連 する CO 2 輸 送 排 出 量 が 増 加 することに 注 意 すべきである。IEA GHG(2004)は輸 送 距 離 200 kmごとに 2.5%、12,000km では 18% 余 分 の CO 2 が 排 出 されると 推 定 した。なおパイプライン 輸 送 では 1,000km ごとの 余 分 な CO 2 排 出 量 は 約 1-2%である。船 舶 輸 送 は、パイプライン 輸 送 に 対 して 長 距 離 ではコスト 的 に 競 争 力 を 持 ちつつある。 図 4.6は 陸 上 パイプラインおよび 船 舶 による 600 万 t/ 年 を 輸 送 する 場 合 の 推 定 コストを 示 す。 損 益 分 岐距 離 、つまり 輸 送 形 態 によるコストが 同 じになる 距 離 は、この 例 では 約 1,000km である。 大 量 の輸 送 では、 損 益 分 離 距 離 はさらに 長 距 離 になる。しかし、 船 舶 輸 送 の 方 がパイプライン 輸 送 よりも 安 くなるのは、 単 純 に 距 離 のみの 問 題 ではない。 荷 役 ターミナル、パイプライン 沿 岸 横 断 、 水深 、 海 底 安 定 性 、 燃 料 コスト、 建 設 コスト、 様 々な 場 所 での 様 々な 操 業 コスト、および 陸 上 ・ 海 上輸 送 経 路 の 相 互 作 用 等 、 他 の 多 くの 要 因 が 関 連 する。- 208 -

図 4.6 陸 上 および 海 底 パイプラインおよび 船 舶 輸 送 の 距 離 に 対 する 輸 送 コスト( 単 位 は US$/tCO 2 )。コストには 中 間 貯 留 施 設 、 港 湾 費 、 燃 料 コストおよび 荷 役 活 動 を 含 む。コストには、 圧 縮 と 比 較 した液 化 追 加 コストも 含 む。 全 ての 輸 送 オプションに 11%の 資 本 費 率 がかかる。- 209 -

参 考 文 献Bock, B.R., R. Rhudy, H. Herzog, M. Klett, J. Davison, D.G. de la Torre Ugarte, and D. Simbeck, 2003:Economic Evaluation of CO2 Storage and Sink Enhancement Options. TVA Public Power Institute,February 2003.Chandler, H.M. 2000: Heavy Construction Cost Data - 14th Annual Editions. R.S. Means Company, Inc.Kingston, MA, USA.Concawe, 2002: Western European cross-country oil pipelines 30- year performance statistics,CONCAWE report.European Gas Pipeline Incident Data Group, 2002: 5th EGIG report 1970-2001 Gas Pipeline Incidents,document EGIG 02.R.0058.Ffooks, R., 1993: Natural gas by sea, the development of a new technology. Royal Institution of NavalArchitects, London.Gale, J. and J. Davison, 2002: Transmission of CO2 - safety and economic considerations. GHGT-6.Gottschalch, H. and M. Stadler, 1990: Seefahrtspsychologie (Psychology of navigation). Kasing,Bielefeld.Guijt, W., 2004: Analyses of incident data show US, European pipelines becoming safer. Oil and GasJournal, January 26, pp.68-73.Hendriks, C.A., T. Wildenborg, P. Feron, and W. Graus, 2005: Capture and Storage, prepared for EC,DG-ENV, Ecofys Energy and Environment, report nr. M70066.IEA GHG, 2002: Transmission of CO2 and Energy, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, ReportPH4/6, IEA GHG, Cheltenham, UK (March).IEA GHG, 2003a: Review of International Conventions having Implications for the Storage of CarbonDioxide in the Ocean and Beneath the Seabed, Report PH4/16, IEA GHG, Cheltenham, UK, 1641 pp.IEA GHG, 2003b: Barriers to Overcome in Implementation of CO2 Capture and Storage (2): Rules andStandards for Transmission and Storage of CO2, Report PH4/23, IEA GHG, Cheltenham, UK, 165 pp.IEA GHG, 2004: Ship Transport of CO2, Report PH4/30, IEA GHG, Cheltenham, UK, July 2004-11-16.Katz, D.L., 1959: Handbook of natural gas engineering. McGraw- Hill, New York, 802 pp.Lelieveld, J., S. Lechtenböhmer, S.S. Assonov, C.A.M. Brenninkmeijer, C. Dienst, M. Fischedick, and T.Hanke, 2005: Low methane leakage from gas pipelines. Nature, 434, 841-842.Morris, D. and K. Breaux, 1995: Proceedings of the International Workshop on Damage to UnderwaterPipelines, New Orleans, LA, Minerals Management Service.O&GJ, 2000: Pipeline Economics. Oil and Gas Journal, 98(36), 68-86.Ormerod, B., 1994: The disposal of carbon dioxide from fossil fuel fired power stations. IEA GreenhouseGas R&D Programme, Cheltenham, Technical Rep. IEAGHG/SR3, June 1994.Palmer, A.C. and R.A. King, 2004: Subsea pipeline engineering. Pennwell, Tulsa, OK.Perrow, C., 1984: Normal accidents. Basic Books, 386 pp.Rogers, G.F.C. and Y.R. Mayhew, 1980: Engineering thermodynamics and heat transfer. Longman, NewYork.Sarv, H. and J. John, 2000: Deep ocean sequestration of captured CO2. Technology, 7S, 125-135.Sarv, H., 2001a: Further Technological Evaluation of CO2 Storage in Deep Oceans. Presented at the 26thInternational Technical Conference on Coal Utilisation & Fuel Systems, March 5-8, 2001, Clearwater,Florida.Sarv, H., 2001b: Large-scale CO2 transportation and deep ocean sequestration - Phase II final report.- 210 -

McDermott Technology Inc., Ohio. Technology Report DE-AC26-98FT40412, 2001.Seiersten, M., 2001: Material selection for separation, transportation and disposal of CO2. ProceedingsCorrosion 2001, National Association of Corrosion Engineers, paper 01042.Statoil, 2004: Written communication – O. Kaarstad, Trondheim, Norway, January.UK Department of Trade and Industry, 2002: Carbon Capture and Storage, report of DTI InternationalTechnology Service Mission to the USA and Canada, Advanced Power Generation Technology Forum.United Nations Environment Programme (UNEP), 2000: Text of the Basel Convention and Decisionsof the Conference of the Parties (COP 1 to 5), United Nations Publications, Switzerland.United Nations, 2001: Recommendations on the Transport of Dangerous Goods: Model Regulations,Twelfth Edition, United Nations Publications ST/SG/AC.10/Rev12, United Nations, New York andGeneva, 732 pp.Van Bernem, C. and T. Lubbe, 1997: Ől im Meer (Oil in the sea) Wissenschaftliche Buchgesellschaft,Darmstadt.Vendrig, M., J. Spouge, A. Bird, J. Daycock, and O. Johnsen, 2003: Risk analysis of the geologicalsequestration of carbon dioxide, Report no. R, Department of Trade and Industry, London, UK.Veritec, 1988: On-bottom stability design of submarine pipelines. Recommended Practice E305.West, J.M., 1974: Design and operation of a supercritical CO2 pipeline-compression system, SACROCunit, Scurry County, Texas. Society of Petroleum Engineers Permian Basin Oil and Gas RecoveryConference, paper SPE 4804.- 211 -

第 5 章 地 中 貯 留統 括 執 筆 者Sally Benson (United States), Peter Cook (Australia)代 表 執 筆 者Jason Anderson (United States), Stefan Bachu (Canada), Hassan Bashir Nimir (Sudan), Biswajit Basu(India),John Bradshaw (Australia), Gota Deguchi (Japan), John Gale (United Kingdom), Gabriela von Goerne(Germany), Wolfgang Heidug (Germany), Sam Holloway (United Kingdom), Rami Kamal (Saudi Arabia),David Keith (Canada), Philip Lloyd (South Africa), Paulo Rocha (Brazil), Bill Senior (United Kingdom),Jolyon Thomson (United Kingdom), Tore Torp (Norway), Ton Wildenborg (Netherlands), MalcolmWilson(Canada), Francesco Zarlenga (Italy), Di Zhou (China)執 筆 協 力 者Michael Celia (United States), Bill Gunter (Canada), Jonathan Ennis King (Australia), Erik Lindeberg(Norway), Salvatore Lombardi (Italy), Curt Oldenburg (United States), Karsten Pruess (United States) andyRigg (Australia), Scott Stevens (United States), Elizabeth Wilson (United States), Steve Whittaker(Canada)査 読 編 集 者Günther Borm (Germany), David Hawkins (United States), Arthur Lee (United States)- 212 -

目 次要 旨 ........................................................................................................................................ 2155.1 序 論 ................................................................................................................................. 2165.1.1 地 中 貯 留 とは 何 か? ..................................................................................................... 2165.1.2 既 存 及 び 計 画 中 の CO 2 プロジェクト ........................................................................... 2205.1.3 主 要 な 問 題 ................................................................................................................... 2255.2 貯 留 メカニズム 及 び 貯 留 の 安 全 性 .................................................................................. 2275.2.1 CO 2 フロー 及 び 移 動 プロセス....................................................................................... 2275.2.2 地 層 中 の CO 2 貯 留 メカニズム ...................................................................................... 2305.2.3 自 然 界 の 地 層 中 の CO 2 蓄 積 ......................................................................................... 2355.2.4 CO 2 貯 留 のための 工 業 的 類 似 例 ................................................................................... 2365.2.5 CO 2 地 中 貯 留 のセキュリティと 期 間 ............................................................................ 2395.3 貯 留 サイト、 容 量 及 び 地 理 的 分 布 .................................................................................. 2395.3.1 一 般 的 サイト 選 択 基 準 ................................................................................................. 2405.3.2 油 田 ・ガス 田 ................................................................................................................ 2425.3.3 地 下 塩 水 層 ................................................................................................................... 2455.3.4 炭 層 .............................................................................................................................. 2465.3.5 その 他 の 地 層 媒 体 ........................................................................................................ 2495.3.6 貯 留 容 量 に 対 する 不 純 物 の 影 響 ................................................................................... 2505.3.7 地 理 的 分 布 と 貯 留 容 量 推 定 .......................................................................................... 2515.3.8 CO 2 排 出 源 と 地 中 貯 留 サイトの 合 致 ............................................................................ 2575.4 貯 留 候 補 地 点 の 分 析 調 査 と 性 能 予 測 .............................................................................. 2585.4.1 貯 留 候 補 地 点 の 分 析 調 査 .............................................................................................. 2595.4.2 性 能 予 測 及 びモデリングの 最 適 化 ............................................................................... 2635.4.3 貯 留 サイトの 分 析 調 査 及 び 貯 留 性 能 予 測 の 事 例 .......................................................... 2655.5 注 入 井 技 術 及 びサイト 操 業 ............................................................................................. 2665.5.1 注 入 井 技 術 ................................................................................................................... 2665.5.2 廃 坑 手 順 ....................................................................................................................... 2685.5.3 坑 井 注 入 圧 力 及 び 貯 留 層 自 体 の 制 約 事 項 ..................................................................... 2705.5.4 操 業 及 び 地 表 施 設 ........................................................................................................ 2705.6 モニタリング 及 び 検 証 技 術 ............................................................................................. 2725.6.1 モニタリングの 目 的 ..................................................................................................... 2735.6.2 注 入 速 度 と 圧 力 のモニタリング 技 術 ............................................................................ 2735.6.3 CO 2 の 地 中 分 布 モニタリング 技 術 ............................................................................... 2745.6.4 注 入 井 健 全 性 のモニタリング 技 術 ............................................................................... 2795.6.5 局 地 的 な 環 境 影 響 のモニタリング ............................................................................... 280- 213 -

5.6.6 モニタリングネットワークの 設 計 ............................................................................... 2825.6.7 長 期 管 理 モニタリング ................................................................................................. 2835.6.8 CO 2 注 入 及 び 貯 留 インベントリの 検 証 ........................................................................ 2845.7 リスク 管 理 、リスク 評 価 及 び 修 復 .................................................................................. 2845.7.1 環 境 リスク 評 価 の 枠 組 み .............................................................................................. 2845.7.2 地 中 貯 留 サイトからの CO 2 排 出 に 関 するプロセスと 経 路 ........................................... 2855.7.3 地 中 貯 留 サイトからの 放 出 確 率 ................................................................................... 2895.7.4 周 辺 及 び 地 域 環 境 被 害 ................................................................................................. 2925.7.5 リスク 評 価 手 法 ............................................................................................................ 2975.7.6 リスク 管 理 ................................................................................................................... 3005.7.7 漏 洩 している 貯 留 プロジェクトの 修 復 ........................................................................ 3005.8 法 的 問 題 及 び 社 会 の 受 容 性 ............................................................................................. 3025.8.1 国 際 法 .......................................................................................................................... 3035.8.2 国 内 規 則 及 び 基 準 ........................................................................................................ 3055.8.3 地 下 の 所 有 権 ................................................................................................................ 3075.8.4 長 期 的 責 任 ................................................................................................................... 3085.8.5 社 会 の 認 知 と 受 容 ........................................................................................................ 3085.9 地 中 貯 留 のコスト ........................................................................................................... 3115.9.1 地 中 貯 留 のコスト 要 素 ................................................................................................. 3115.9.2 コスト 推 定 ................................................................................................................... 3125.9.3 CO 2 地 中 貯 留 のコスト 推 定 .......................................................................................... 3145.9.4 原 油 ・ガス 増 産 回 収 がある 貯 留 についてのコスト 推 定 ............................................... 3165.9.5 モニタリングコスト ..................................................................................................... 3185.9.6 漏 洩 貯 留 プロジェクトでの 修 繕 にかかわるコスト ...................................................... 3195.9.7 コスト 削 減 ................................................................................................................... 3195.10 知 識 のギャップ ............................................................................................................ 319参 考 文 献 ................................................................................................................................. 322- 214 -

要 旨二 酸 化 炭 素 (CO 2 )の 地 下 蓄 積 は、 地 下 にCO 2 が 自 然 に 貯 まるという、よく 見 られる 地 質 学 的 現象 である。Sleipner、Weyburn 及 びIn Salahプロジェクトと 同 様 、 数 多 くの 既 存 の 原 油 増 進 回 収 法(EOR)、 酸 性 ガスプロジェクトによるCO 2 の 注 入 / 貯 留 から 得 られる 情 報 と 経 験 は、CO 2 緩 和 オプションとしてCO 2 を 地 中 に 貯 留 することが、 実 現 可 能 であることを 示 している。さらに、 世 界における 天 然 ガス 地 下 貯 留 や 酸 性 ガス 注 入 プロジェクトなどの 類 似 例 は、 十 分 に 特 徴 が 把 握 され、適 切 に 管 理 されたサイトであれば、CO 2 の 安 全 な 注 入 、 貯 留 が 可 能 であることを 示 している。 天然 の 蓄 積 と 人 工 貯 留 で 違 いはあるものの、 慎 重 に 選 んだサイトにおいて 地 層 深 くへCO 2 を 注 入 することにより、 長 期 間 の 地 下 貯 留 ができ、 注 入 したCO 2 の99% 以 上 が1000 年 保 持 されると 考 えられている。 枯 渇 した 原 油 及 びガスの 貯 留 層 に 加 え、おそらくは 炭 層 及 び 特 に 地 下 塩 水 層 ( 半 塩 水 又は 塩 水 で 飽 和 した 地 下 深 部 の 多 孔 性 貯 留 岩 )がCO 2 の 貯 留 に 使 用 できる。800-1,000mの 地 下 では、超 臨 界 のCO 2 は 液 体 と 同 じような 密 度 であり、 堆 積 岩 孔 の 地 下 貯 留 スペースを 効 率 的 に 利 用 することができる。CO 2 は、 多 くのメカニズムにより 地 下 に 閉 じ 込 めておくことができる。そのメカニズムとは、 非 浸 透 性 の 封 じ 込 め 層 ( 帽 岩 )の 下 に 捕 捉 する、 貯 留 層 の 間 隙 スペースに 移 動 できない 相 として 閉 じ 込 めて 保 持 する、 地 層 中 の 液 体 に 溶 解 させる、 石 炭 と 泥 板 岩 の 有 機 物 に 吸 着 させる、 貯 留 層 と 帽 岩 の 鉱 物 に 反 応 させて 炭 酸 塩 鉱 物 を 生 成 することにより 閉 じ 込 める、といったものである。CO 2 が 地 下 に 注 入 された 場 合 、 何 が 起 きるかを 予 測 するモデルは 存 在 する。また、劣 化 した 坑 井 や、 開 いた 割 れ 目 、 断 層 を 避 けることで、 注 入 したCO 2 は 非 常 に 長 期 間 保 持 される。さらにCO 2 は、 複 数 の 捕 捉 (トラッピング)メカニズムの 結 果 、 時 間 が 経 つにつれあまり 動 かなくなり、 漏 洩 の 見 込 みがさらに 低 くなる。深 部 地 層 へのCO 2 注 入 は、 石 油 ・ガス 産 業 により 開 発 、 応 用 されてきた 技 術 を 使 用 する。 坑 井掘 削 技 術 、 注 入 技 術 、 貯 留 層 ダイナミクスのコンピュータシミュレーション 及 びモニタリング 方法 は、 潜 在 的 に、 既 存 のアプリケーションを 必 要 に 応 じて 適 合 させることができる。 従 来 の 石 油 ・ガス 技 術 の 他 、 地 下 注 入 の 成 功 例 としては、 天 然 ガス 貯 留 、 酸 性 ガス 処 分 、 廃 液 の 深 部 注 入 などがある。これらは、 油 田 塩 水 の 地 下 処 分 に 関 する 広 範 な 経 験 と 同 様 、CO 2 の 長 期 貯 留 プログラム設 計 について、 有 用 な 情 報 源 となる。 現 在 実 施 されているCO 2 の 地 中 貯 留 としては、1996 年 以 来 、北 海 の 下 で 年 間 ほぼ1MtのCO 2 を 注 入 しているSleipnerと、AlgeriaのIn-Salahガス 田 がある。また、CO 2 は 原 油 回 収 の 目 的 でも 地 下 に 注 入 されている。50 以 上 のプロジェクトにまたがり、 石 油 を 回収 するために 年 間 約 30Mtの 非 人 為 起 源 のCO 2 が 注 入 されている。そのほとんどが 西 テキサスで 実施 されており、その 一 部 は1970 年 代 初 頭 に 始 まった。CanadaのWeyburnプロジェクトは 現 在 年 間1-2MtCO 2 を 注 入 しており、EORとあわせてCO 2 貯 留 を 評 価 するための 包 括 的 なモニタリングとモデル 化 のプログラムを 実 施 している。さらに、いくつかの 貯 留 プロジェクトが 現 時 点 で 開 発 中 である。適 切 な 炭 化 水 素 資 源 がある 地 域 では、CO 2 の 回 収 、 輸 送 及 び 注 入 のコストの 一 部 を 相 殺 するために、CO 2 -EORを 実 施 し 石 油 増 産 の 経 済 的 利 益 を 付 加 することがある。 炭 層 メタン 増 進 回 収 法(ECBM)を 狙 った 石 炭 層 へのCO 2 貯 留 は、 最 もクリーンな 化 石 燃 料 であるメタンの 増 産 が 見 込 めるため 潜 在 的 に 魅 力 的 である。しかし、この 技 術 は 十 分 開 発 されておらず、 炭 層 への 注 入 と 貯 留プロセスに 関 してより 理 解 する 必 要 がある。 枯 渇 した 油 田 及 びガス 田 にCO 2 を 貯 留 することは、一 部 の 地 域 においては 非 常 に 有 望 である。なぜなら 地 下 構 造 が 良 く 知 られており、 重 要 なインフラが 既 に 配 置 されているからである。そうは 言 うものの、 現 在 枯 渇 している、 又 はほとんど 枯 渇-215-

している 炭 化 水 素 層 は 比 較 的 少 なく、CO 2 貯 留 はその 層 が 利 用 できる 時 期 に 合 わせて 計 画 する 必要 がある。 地 下 深 部 塩 水 層 は、これまでのところCO 2 貯 留 に 最 大 の 容 量 を 持 っていると 考 えられており、 他 のオプションに 比 べ 非 常 に 広 範 囲 に 存 在 する。不 確 実 性 を 伴 うものの、CO 2 を 地 下 深 部 に 貯 留 するための 世 界 的 容 量 は 大 きい。 枯 渇 した 油 田及 びガス 田 は675-900GtのCO 2 を 貯 留 する 容 量 があると 見 積 もられている。 地 下 深 部 塩 水 層 は 少 なくとも1,000GtCO 2 の 貯 留 容 量 を 持 つ 可 能 性 があり、 一 部 の 研 究 ではこれよりも 大 きい 規 模 を 示 唆している。しかしより 高 度 な 定 量 化 には、さらなる 研 究 を 実 施 しなければならない。 非 採 掘 炭 層の 容 量 は 不 確 実 であり、 推 定 範 囲 は 少 なくとも3GtCO 2 から200GtCO 2 までの 範 囲 である。 潜 在 的 な貯 留 サイトは 世 界 の 堆 積 盆 に 広 く 分 布 する。その 多 くは 世 界 の 排 出 源 と 同 じ 地 域 に 位 置 し、 将 来これらの 排 出 のかなりの 割 合 を 貯 留 するのに 十 分 と 考 えられる。CO 2 の 地 中 貯 留 コストは、 非 常 にサイト 固 有 なものであり、 貯 留 層 の 深 さ、 注 入 に 必 要 な 坑 井の 数 、プロジェクトが 陸 地 か 洋 上 かなどの 要 因 に 依 存 する。しかし、モニタリングなどの 貯 留 コストは、0.6-8.3US$/tCO 2 の 範 囲 にあると 考 えられている。このコストは、 第 3 章 に 示 したように、燃 焼 排 ガスからCO 2 を 回 収 する 現 在 のコストと 比 較 すると 小 さい。EORは、1バレル15-20US$ 及 びそれ 以 上 の 原 油 価 格 では、10-16US$/tCO 2 かそれ 以 上 のマイナスの 貯 留 コストとなりうる。 地 中 貯留 による 人 類 や 生 態 系 に 対 する 潜 在 的 リスクは、 注 入 井 からの 漏 洩 、 廃 坑 井 、 断 層 や 封 じ 込 め 層の 欠 陥 による 漏 洩 から 生 じる 可 能 性 がある。CO 2 の 漏 洩 は、 地 下 水 の 質 を 劣 化 させ、 炭 化 水 素 資源 又 は 鉱 物 資 源 を 損 ない、 植 物 や 土 壌 に 生 息 する 動 物 に 致 命 的 な 影 響 を 与 える 可 能 性 がある。 大気 中 へのCO 2 の 逆 流 出 も、 地 域 の 健 康 と 安 全 に 対 する 懸 念 を 生 み 出 す。このような 影 響 を 予 防 又は 緩 和 するには、サイトを 慎 重 に 選 択 し、 効 果 的 な 規 制 により 取 り 締 まる 必 要 がある。また、 貯留 サイトが 予 想 どおりに 機 能 していない 場 合 は 初 期 警 告 を 出 し、CO 2 流 出 を 停 止 又 は 制 御 するための 適 切 なモニタリングプログラムが 必 要 である。そのための 方 法 が 現 在 開 発 、 試 験 中 である。明 確 にCO 2 貯 留 を 扱 う 国 内 規 制 はほとんど 存 在 せず、あるとしても 極 わずかである。しかし、原 油 、ガス、 地 下 水 及 び 液 体 の 地 下 注 入 を 扱 う 規 制 は、 多 くの 場 合 既 に 適 用 されているか 採 用 されている。しかし、 長 期 貯 留 の 責 任 を 明 確 に 示 す 規 制 は 一 切 ない。CO 2 貯 留 の 概 念 が 現 れる 以 前からあるいくつかの 国 際 法 は、 洋 上 における 地 下 貯 留 に 関 連 している。これらの 国 際 法 が 洋 上 地下 貯 留 を 許 可 するかどうかついては、 現 在 検 討 中 である。貯 留 容 量 の 推 定 について、 世 界 の 多 くの 地 域 に 関 して 我 々の 知 識 にはギャップがある。 同 様 に、熟 慮 を 要 するものとして、 漏 洩 速 度 の 推 定 の 改 善 、コストデータの 改 善 、より 適 した 介 入 と 賠 償オプション、より 多 くのパイロットプロジェクトと 実 証 プロジェクトの 実 施 、また、 長 期 管 理 問題 の 明 瞭 性 の 問 題 がある。 技 術 を 向 上 させて 不 確 実 性 を 減 らすには、さらなる 多 くの 作 業 が 必 要ではあるものの、 効 果 的 な 温 暖 化 緩 和 オプションとして 地 中 貯 留 に 取 り 組 むにあたって、 克 服 できないような 技 術 バリアは 存 在 しないだろう。5.1 序 論5.1.1 地 中 貯 留 とは 何 か?CO 2 の 回 収 と 地 中 貯 留 は、 主 要 な 固 定 排 出 源 からCO 2 を 回 収 し( 第 3 章 )、それを 通 常 パイプラインで 輸 送 ( 第 4 章 )、 適 切 な 深 部 岩 盤 層 に 注 入 することで、CO 2 の 大 気 中 への 排 出 を 防 ぐ 方 法 で-216-

ある。本 章 は、 地 中 貯 留 の 性 質 を 調 査 し、 緩 和 オプションとしてそのポテンシャルを 検 討 する。地 下 は 地 球 最 大 の 炭 素 貯 留 層 で、 世 界 の 炭 素 の 大 部 分 が 石 炭 、 原 油 、ガス、 有 機 物 が 多 い 頁 岩及 び、 炭 酸 塩 岩 に 含 まれている。CO 2 の 地 中 貯 留 は、 何 十 億 年 もの 間 、 地 球 の 地 殻 における 自 然なプロセスであった。CO 2 は、 生 物 学 的 活 動 、 火 成 活 動 、 地 下 の 岩 石 と 蓄 積 された 液 体 間 の 化 学反 応 によってもたらされ、それは 炭 酸 塩 鉱 物 として、 溶 液 、ガス 又 は 超 臨 界 の 形 で、ガス 混 合 物あるいは 純 粋 なCO 2 の 形 で 発 生 する。CO 2 を 地 下 の 地 層 に 人 工 的 に 注 入 することは、1970 年 代 初 め、原 油 増 産 回 収 (EOR)プロジェクトの 一 環 として 米 国 のテキサスで 初 めて 行 われ、 以 来 その 他 多くのサイトでも 実 施 されてきた。温 室 効 果 ガス 緩 和 オプションとして、 人 為 起 源 CO 2 を 地 中 に 貯 留 することは、1970 年 代 に 初 めて 提 案 されたが、 個 人 及 び 研 究 グループ(Marchetti, 1977; Baes et al., 1980; Kaarstad, 1992; Koide etal.,1992; van der Meer, 1992; Gunter et al., 1993; Holloway and Savage, 1993; Bachu et al., 1994; Korboland Kaddour, 1994)の 研 究 を 通 じてその 考 えに 信 憑 性 が 得 られた1990 年 代 初 期 までは、ほとんど 調査 は 行 われなかった。カナダのAlberta Basin 及 び 米 国 における 酸 性 ガス(98%までCO 2 を 含 有 する原 油 の 生 産 副 産 物 )の 地 下 処 分 は、CO 2 地 中 貯 留 にとって 有 用 な 経 験 になった。1996 年 、 世 界 初の 大 規 模 貯 留 プロジェクトが、Statoilとそのパートナーにより 北 海 のSleipnerガス 田 で 着 手 された。1990 後 半 まで、 官 民 による 多 くの 研 究 プログラムが、 米 国 、カナダ、 日 本 、ヨーロッパ 及 び 豪州 で 進 行 した。この 間 、あまり 公 にされていないが、 多 くの 石 油 会 社 が、 特 に 天 然 のCO 2 含 有 量が 高 いインドネシアのNatuna、アルジェリアのIn Salah 及 び 豪 州 のGorgonなどのガス 田 について、緩 和 オプションとしての 地 中 貯 留 に 益 々 興 味 を 持 つようになった。 最 近 では、 石 炭 採 掘 企 業 や 電力 会 社 が、 自 らの 産 業 に 関 連 する 緩 和 オプションとして、 地 中 貯 留 の 調 査 を 開 始 した。その 後 10 年 経 過 したころ、CO 2 の 地 中 貯 留 は、 限 られた 関 心 の 対 象 から、 潜 在 的 に 重 要 な 緩 和オプションとして 広 く 認 められる 概 念 に 成 長 した( 図 5.1)。これについてはいくつかの 理 由 がある。まず、 研 究 が 進 み、 実 証 と 商 業 プロジェクトが 成 功 したため、 技 術 に 対 する 信 頼 性 が 増 したこと。 第 二 に、 緩 和 オプションには 幅 広 いポートフォリオが 必 要 だというコンセンサスがあること。 第 三 に、(CO 2 回 収 と 関 連 した) 地 中 貯 留 が、 大 気 中 のCO 2 排 出 の 大 幅 な 削 減 に 役 立 つことである。しかし、 実 現 に 際 しては、 技 術 が 安 全 で、 環 境 的 に 持 続 可 能 であり、 対 費 用 効 果 があり、広 く 応 用 できなければならない。 本 章 では、これらの 問 題 を 検 討 する。CO 2 を 地 中 貯 留 するには、 通 常 まず「 超 臨 界 」として 知 られる 高 密 度 な 液 状 状 態 までCO 2 を 圧 縮しなければならない( 用 語 集 参 照 )。 地 下 の 温 度 が 深 度 に 応 じて 上 昇 する 割 合 ( 地 熱 勾 配 )にもよるが、 地 下 約 800m 又 はそれ 以 深 までCO 2 密 度 は 深 度 に 比 例 して 増 加 し、それ 以 降 注 入 したCO 2は 密 度 の 高 い 超 臨 界 状 態 になる( 図 5.2)。-217-

図 5.1 CO2 貯 留 に 関 する 活 動 が 計 画 されている、 又 は 進 行 中 であるサイトの 位 置図 5.2 静 水 圧 及 び 地 表 面 15°C、 地 温 勾 配 25°C/km-1を 仮 定 した 深 度 によるCO 2 密 度 の 変 化 (Angus et al.,1973の 密 度 データに 基 づく)。CO 2 が 超 臨 界 に 達 し、CO 2 密 度 は 約 800mの 深 度 で 急 激 に 増 加 する。 立 方体 は、CO 2 が 占 める 相 対 容 積 を 表 し、800mまではこの 容 積 は 深 さに 対 し 劇 的 に 減 少 する。1.5km 以 深 では、 密 度 と 比 容 積 はほぼ 一 定 になる。-218-

CO 2 の 地 中 貯 留 は、 堆 積 盆 の 様 々な 地 層 環 境 で 可 能 である。 堆 積 盆 内 の 油 田 、 枯 渇 したガス 田 、深 部 炭 層 及 び 塩 水 層 は 全 て 貯 留 層 としての 可 能 性 がある( 図 5.3)。図 5.3 CO 2 を 大 深 度 地 層 に 貯 留 するオプション(after Cook, 1999)。地 下 貯 留 は、 陸 上 及 び 洋 上 の 両 方 で 可 能 であり、 洋 上 サイトの 場 合 、 陸 上 から 又 は 洋 上 のプラットフォームからパイプラインでアクセスする。 大 陸 棚 と、それに 隣 接 する 一 部 の 深 海 堆 積 盆 は、潜 在 的 な 洋 上 貯 留 サイトであるが、そのほとんどは 地 中 貯 留 を 実 施 するには、 薄 く、 浸 透 性 が 悪すぎる(Cook and Carleton, 2000)。 堆 積 層 への 貯 留 に 加 え、 玄 武 岩 及 び 有 機 物 の 豊 かな 頁 岩 に 貯 留することも 検 討 されている(セクション5.3.5)。廃 薬 品 や、 汚 染 物 質 又 は 石 油 生 産 の 副 産 物 を 処 分 するため、 石 油 及 びガスを 増 産 するため、 又は 枯 渇 した 地 層 を 再 充 填 するために、 何 年 もの 間 、 液 体 が 深 部 地 下 に 大 規 模 に 注 入 されてきた(Wilson et al., 2003)。このような 活 動 に 関 係 する 原 理 は 十 分 確 立 されており、ほとんどの 国 でこうした 活 動 を 管 理 する 規 則 がある。 何 年 にもわたり 世 界 の 多 くのサイトで 天 然 ガスが 地 下 に 大 規模 に 注 入 ・ 貯 留 されてきた。 現 在 までCO 2 の 注 入 は 比 較 的 小 規 模 で 行 われてきたが、 既 存 の 固 定排 出 源 からの 排 出 を 実 質 的 に 減 らすためには、その 注 入 速 度 は 現 在 行 われている 他 の 注 入 作 業 に類 似 する 規 模 にならなければならないであろう。しかし、 世 界 の 地 中 貯 留 容 量 はどれほどあり、そしてそれは 必 要 な 場 所 に 存 在 するのか?これらの 疑 問 は、まず 第 2 章 で 挙 げられているが、 本 章 セクション5.3.8で、 地 中 貯 留 サイトに 対 するCO 2源 の 地 理 的 合 致 を 詳 細 に 検 討 する。 堆 積 盆 の 全 てがCO 2 貯 留 に 適 しているわけではない。あるも-219-

のは 浅 く、あるものは 浸 透 性 が 低 い 又 は 十 分 な 封 じ 込 め 能 力 のない 岩 石 からなる。CO 2 貯 留 に 適した 堆 積 盆 は、 堆 積 物 の 蓄 積 が 厚 い、 塩 水 で 飽 和 した 浸 透 性 のある 岩 石 層 ( 地 下 塩 水 層 )、 孔 隙率 の 低 い 岩 石 による 広 範 なカバー(シールとして 機 能 )、 単 純 な 構 造 などの 特 徴 がある。多 くの 堆 積 盆 がこのような 特 徴 を 示 す 一 方 で、そうでないものも 多 くある。この 先 、 世 界 のニーズに 合 致 する 十 分 な 貯 留 容 量 はあるのだろうか?この 問 題 を 考 えるには、 鉱 床 について 使 われる「 資 源 量 」 及 び「 埋 蔵 量 」という 用 語 と 平 行 して 記 述 することが 有 用 である(McKelvey, 1972)。鉱 床 又 は 油 ガス 田 は、しばしば 大 きな 資 源 量 で 引 用 されるが、「 確 認 された」 埋 蔵 量 は、 資 源 量の 断 片 にすぎない。 資 源 量 は、 商 品 の 販 売 価 格 、 商 品 の 開 発 費 用 、 適 切 な 技 術 の 利 用 可 能 性 、 商品 が 存 在 するという 証 拠 及 び 商 品 の 開 発 に 関 する 環 境 的 、 社 会 的 影 響 が 地 域 社 会 に 受 容 されるかどうかに 基 づいている。 同 様 に、 技 術 的 な 地 中 貯 留 容 量 を 経 済 的 貯 留 容 量 に 変 えるには、 貯 留 プロジェクトが 経 済 的 に 実 行 可 能 、 技 術 的 に 実 行 可 能 、 安 全 、 環 境 的 ・ 社 会 的 に 持 続 可 能 で 地 域 社会 に 受 容 されなければならない。これらの 制 約 を 与 えられた 場 合 、 実 際 に 使 用 される 貯 留 容 量 は、技 術 的 なポテンシャルより 実 質 的 に 低 くなることは 避 けがたい。セクション5.3は、この 問 題 を 検討 する。 利 用 可 能 貯 留 容 量 は、 人 々が 暮 らし、 大 規 模 な 固 定 排 出 源 からCO 2 が 排 出 される 地 域 の多 くに 存 在 している 可 能 性 がある。この 貯 留 とニーズ、 及 び 貯 留 と 容 量 の 地 理 的 調 和 は、 意 外 ではない。なぜなら、 世 界 の 人 口 のほとんどは、 下 に 堆 積 盆 が 存 在 する 地 域 に 集 中 しているからである(Gunter et al., 2004)。CO 2 をどのくらい 確 実 に、どのくらいの 期 間 ( 数 十 年 、 数 世 紀 、 数 千 年 又 は 地 質 学 的 時 間 ) 貯留 するのかを 知 ることも 重 要 である。 社 会 の 安 全 を 保 証 するため、 貯 留 サイトは 漏 洩 の 可 能 性 を最 低 限 に 抑 えるよう 設 計 、 操 業 しなければならない。 結 果 的 に、 潜 在 的 な 漏 洩 経 路 を 識 別 し、 適切 な 設 計 と 操 業 基 準 、 並 びにモニタリング、 測 定 及 び 検 証 の 要 件 を 設 定 するための 手 順 を 確 立 しなければならない。セクション5.4、5.6 及 び5.7でこれらの 問 題 を 考 える。本 章 では 主 として、 純 粋 、 又 はほぼ 純 粋 なCO 2 の 貯 留 を 考 える。CO 2 をH 2 S、SO 2 又 はNO 2 と 一 緒 に貯 留 することが 経 済 的 に 好 ましいことは 示 唆 されていた。しかし、 貯 留 能 力 又 はリスクについてこれら 付 加 構 成 要 素 が 与 える 影 響 については、わずかな 科 学 的 研 究 しか 評 価 していないので、ここでは 包 括 的 に 述 べることはしていない。 加 えて、カナダの 酸 性 ガス 注 入 の 実 用 的 経 験 から 得 られた 限 定 的 な 情 報 では、 貯 留 の 安 全 性 に 関 する 追 加 コンポーネントの 影 響 を 評 価 するには 不 十 分である。5.1.2 既 存 及 び 計 画 中 の CO 2 プロジェクトたくさんのパイロット 及 び 商 業 CO 2 貯 留 プロジェクトが 進 行 中 、 又 は 提 案 されている( 図 5.1)。今 日 において、 既 存 又 は 計 画 中 の 商 業 プロジェクトのほとんどは、カナダ 及 び 米 国 の 酸 性 ガス 注入 プロジェクトの 他 、 北 海 のSleipner、バレント 海 のSnohvit、アルジェリアのIn Salah 及 び 豪 州 のGorgon( 図 5.1)など、 体 積 の10-15%の 範 囲 でCO 2 を 含 むガスストリームがある 大 規 模 ガス 生 産 施設 に 関 連 している。Statoilが 操 業 するSleipnerプロジェクトでは、1996 年 以 来 7MtCO 2 以 上 が 深 部 海底 下 の 塩 水 層 に 注 入 されている(ボックス5.1)。 既 存 及 び 計 画 中 の 貯 留 プロジェクトは 表 5.1にも示 されている。-220-

表 5.1 既 存 及 び 計 画 中 の 地 中 貯 留 プロジェクトの 選 択アルジェリアのIn Salahガス 田 では、Sonatrack、BP 及 びStatoilが 天 然 ガスから 分 離 したCO 2 を、ガス 田 の 境 界 外 のガス 貯 留 層 に 注 入 している(ボックス5.2)。Statoilは、バレント 海 でSnohvitガス 田 のガスからCO 2 を 分 離 し、ガス 田 下 の 地 層 に 注 入 するもう 一 つのプロジェクトを 計 画 中 である。Chevronは、 西 豪 州 洋 上 で、 約 14%のCO 2 を 含 むGorgonガス 田 からガスを 生 産 することを 提 案している。CO 2 はBarrow IslandのDupuy 層 へ 注 入 する(Oen, 2003)。オランダでは、ほぼ 枯 渇 したK12-Bの 洋 上 ガス 田 にCO 2 をパイロット 規 模 で 注 入 している(van der Meer et al., 2005)。CO 2 が 豊富 な 酸 性 ガスの 注 入 プロジェクトに 関 しては、 西 カナダで44 件 が1990 年 代 初 期 から 操 業 を 続 けている(Bachu and Haug, 2005)。それらはほとんどが 小 規 模 であるが、CO 2 及 びH 2 Sなどの 有 害 なガスの 注 入 を 効 果 的 に 管 理 する 重 要 な 例 となる(セクション5.2.4.2)。-221-

ボックス5.1 Sleipnerプロジェクト、 北 海ノルウェー 沿 岸 から250km 離 れた 北 海 でStatoilが 操 業 しているSleipnerプロジェクトは、 塩 水 層へのCO 2 地 中 貯 留 に 専 念 する 初 めての 商 業 規 模 プロジェクトである。Sleipner Westガス 田 からのCO 2 ( 約 9%)は 分 離 され、 北 海 の 海 底 下 800mの 深 部 塩 水 層 に 注 入 される。 塩 水 帯 水 層 CO 2 貯 留(SACS)プロジェクトは、CO 2 の 貯 留 をモニタリング・ 調 査 するため 立 ち 上 げられた。1995 年 以来 、IEA 温 室 効 果 ガスR&Dプログラム(IEA GHG)が、Statoilと 共 同 でモニタリングと 調 査 活 動 を調 整 している。およそ1MtのCO 2 が 生 産 ガスから 取 り 除 かれ、ガス 田 で 一 年 を 通 して 地 下 に 注 入 される。CO 2 注 入 作 業 は1996 年 10 月 に 開 始 、2005 年 初 めまでに7Mt 以 上 のCO 2 が 約 2,700t/ 日 の 速 度 で注 入 された。プロジェクトの 存 続 期 間 中 、 合 計 20MtのCO 2 の 貯 留 が 予 定 されている。Sleipnerスキームの 概 念 図 は 図 5.4に 示 す。図 5.4 Sleipner CO 2 貯 留 プロジェクトの 概 念 図 。 挿 入 図 :Utsira 層 の 位 置 と 範 囲 。CO 2 を 注 入 する 塩 水 層 は、 海 底 下 約 800-1,000mの 塩 水 飽 和 非 結 合 砂 岩 である。 地 層 は 第 二 の 薄 い頁 岩 層 も 含 み、この 層 は 注 入 されたCO 2 内 部 の 動 きを 制 約 する。 塩 水 層 は、 約 1-10GtCO 2 の 非 常 に大 きな 貯 留 容 量 がある。 地 層 の 上 部 は、 地 域 的 規 模 でかなり 平 坦 であるが、たくさんの、 振 幅 の小 さな 小 規 模 のクロージャを 含 む。 上 に 横 たわる 一 次 シールは、 広 範 で 厚 い 頁 岩 層 である。このプロジェクトは、 三 つの 段 階 で 実 行 されている。ベースラインデータの 収 集 と 評 価 に 関 する 段 階 0は1998 年 11 月 に 終 了 した。 段 階 1は、CO 2 注 入 3 年 後 のプロジェクト 地 位 の 確 立 に 関 係 した。5つの 主 要 なプロジェクト 領 域 は、 貯 留 層 の 地 質 、 貯 留 層 シミュレーション、 地 球 化 学 の 説 明 、 坑井 のモニタリング、 地 球 物 理 学 的 モデリングのニーズとコストの 評 価 である。 段 階 2は、データ 解釈 とモデルの 検 証 であり、2000 年 4 月 に 始 まった。貯 留 層 のCO 2 プルームの 行 く 先 及 び 移 動 は、 経 時 的 な 地 震 探 査 により 観 測 が 成 功 した( 図 5.16)。探 査 はまた、 帽 岩 が 貯 留 層 からのCO 2 移 動 を 防 ぐ 効 果 的 なシールであることを 示 している。 今 日 、-222-

Sleipnerのプルームの 足 跡 は 約 5km 2 の 領 域 に 広 がっている。 数 百 年 から 数 千 年 にわたる 貯 留 層 の 研究 とシミュレーションは、CO 2 が 結 果 的 に 間 隙 水 に 溶 解 して 重 くなって 沈 むので、 長 期 漏 洩 の 可能 性 が 最 小 になることを 示 した(Lindeberg and Bergmo, 2003)。図 5.16 (a) 北 海 のSleipnerガスフィールドUtsira 砂 岩 層 におけるCO 2 プルームの 地 震 探 査 の 垂 直 断 面 図であり、 時 間 経 過 に 伴 い 発 達 する 様 子 を 示 している。 注 入 ポイント( 黒 い 点 ) 上 部 のCO 2 飽 和 度 が 高 いチムニー(c)と、 貯 留 層 内 の 薄 い 低 浸 透 率 の 層 の 下 にある 砂 岩 にガス 状 で 存 在 するCO 2 による 高 い 音響 反 応 に 相 当 する 明 るい 層 に 注 目 。(b)Sleipnerにおいて 拡 大 するCO 2 プルームの 地 震 探 査 の 水 平 断 面図 であり、 時 間 経 過 に 伴 い 発 達 する 様 子 を 示 している。CO 2 プルームに 特 定 したモニタリングは、2001年 に 完 了 した。そのため、2002 年 のデータは 利 用 できない(courtesy of Andy Chadwick and the CO 2 STOREProject)。ボックス5.2 In Salah、Algeria、CO 2 貯 留 プロジェクトIn Salahガスプロジェクトは、アルジェリアの 中 央 サハラに 位 置 するSonatrach、BP 及 びStatoilの合 弁 事 業 で、ガス 貯 留 層 における 世 界 初 の 大 規 模 CO 2 貯 留 プロジェクトである(Riddiford et al.,2003)。In SalahのKrechba Fieldは、 複 数 の 地 中 貯 留 層 から 最 大 10%のCO 2 を 含 む 天 然 ガスを 生 産 し、業 務 仕 様 に 合 致 するようにCO 2 を 加 工 、 除 去 した 後 、ヨーロッパ 市 場 に 輸 送 する。プロジェクトでは、 深 さ1800mの 砂 岩 貯 留 層 にCO 2 を 再 注 入 し、 年 間 最 大 1.2MtCO 2 を 貯 留 する。CO 2 注 入 は、2004年 4 月 に 開 始 し、プロジェクトの 継 続 期 間 を 通 じ、17MtCO 2 が 地 中 に 貯 留 されると 推 定 されている。プロジェクトは、 四 本 の 生 産 井 及 び 三 本 の 注 入 井 から 成 る( 図 5.5)。CO 2 を 浸 透 率 5-mDの 貯 留 層に 注 入 するため、 到 達 距 離 の 長 い(1.5kmまで) 水 平 坑 井 が 使 われる。Krechba Fieldは、 比 較 的 単 純 な 背 斜 層 である。CO 2 の 注 入 は、ガスを 含 んだ 貯 留 層 内 のガスと 水の 接 触 面 から 下 向 き 傾 斜 で 行 われる。 注 入 したCO 2 は、ガスゾーンの 枯 渇 後 、 結 果 的 に 現 在 のガス 田 の 領 域 に 移 動 すると 予 想 される。フィールドは、3D 地 震 探 査 とフィールドの 坑 井 のデータにより 地 図 化 されている。 深 部 の 断 層 が 地 図 に 示 されているが、より 浅 いレベルでは、 断 層 がない構 造 である。したがって、 貯 留 層 内 にある 貯 留 対 象 箇 所 は、 構 造 的 不 確 実 性 又 はリスクが 最 小 である。トップシールは、 厚 さ 最 大 950mの 厚 い 泥 岩 の 連 続 である。-223-

図 5.5 AlgeriaのIn Salahガスプロジェクトの 概 略 。 年 間 1MtCO 2 がガス 貯 留 層 に 貯 留 される。 最 高 1.5kmのスリット 区 間 のある 到 達 距 離 の 長 い 水 平 坑 井 が、CO 2 をガス 貯 留 層 の 水 で 満 たされた 部 分 に 注 入 するために 使 われる。CO 2 貯 留 の 完 全 性 に 関 する 予 備 リスク 評 価 が 実 施 され、ベースラインデータが 取 得 された。 注入 のインターバルがCO 2 の 移 動 に 影 響 を 与 えるプロセスは 定 量 化 されており、 優 れたガストレーサー、 圧 力 調 査 、トモグラフィー、 重 力 ベースライン 調 査 研 究 、 微 生 物 調 査 、4D 地 震 探 査 及 び 地盤 工 学 的 モニタリングなどの 技 術 範 囲 から 成 るモニタリングプログラムが 計 画 されている。原 油 増 産 回 収 (EOR)の 機 会 はCO 2 貯 留 に 利 益 をもたらした(Stevens et al., 2001b; Moberg et al.,2003; Moritis, 2003; Riddiford et al., 2003;Torp and Gale, 2003)。CO 2 貯 留 用 に 設 計 されてはいないものの、CO 2 -EORプロジェクトはそれに 付 随 するCO 2 貯 留 を 実 証 することができる。しかしながら、(CanadaのIEA GHG Weyburn プロジェクトを 除 いて)EORプロジェクトは 包 括 的 モニタリングが欠 如 しているので、 貯 留 を 定 量 化 することは 難 しい。 米 国 では、 約 73 件 のCO 2 -EOR 操 業 で、 最 高年 間 30MtCO 2 を 注 入 しているが、そのほとんどは 天 然 のCO 2 蓄 積 からのCO 2 である。しかし 約3MtCO 2 は、ガス 処 理 や 肥 料 プラントなどの 人 為 起 源 である(Stevens et al., 2001b)。テキサスのSACROCプロジェクトは 世 界 初 の 大 規 模 商 業 CO 2 -EORプロジェクトであるが、1972 年 から1995 年の 間 は 人 為 起 源 CO 2 を 使 用 した。Rangely Weberプロジェクト(ボックス5.6)は、ワイオミングのガス 処 理 プラントからの 人 為 起 源 のCO 2 を 注 入 する。カナダでは、CO 2 -EORプロジェクトが 南 SaskatchewanのWeyburn 油 田 でEnCanaによって 開 始 された(ボックス5.3)。プロジェクトは23MtのCO 2 を 注 入 し、 油 田 の 寿 命 を25 年 延 長 することが 期 待されている(Moberg et al.2003; Law, 2005)。 注 入 したCO 2 の 挙 動 は、IEA GHG Weyburnプロジェクトを 通 じて 綿 密 にモニタリングされている(Wilson and Monea, 2005)。 洋 上 CO 2 -EORの 操 業 経験 は、あるとしてもまだわずかであるものの、 北 海 においてCO 2 -EORが 検 討 されている。CO 2 -EORプロジェクトはまた、トリニダード、トルコ 及 びブラジルなど 多 くの 国 でも 現 在 進 行 中 である(Moritis, 2002)。 世 界 最 大 の 原 油 生 産 者 であり 輸 出 業 者 であるSaudiAramcoは、サウジアラビアの 貯 留 層 の 一 部 でCO 2 -EORの 技 術 的 実 行 可 能 性 を 評 価 している。-224-

これらの 商 業 規 模 貯 留 又 はEORプロジェクトに 加 え、 多 くのパイロット 貯 留 プロジェクトが 進行 中 又 は 計 画 中 である。 米 国 のテキサスのFrioブラインプロジェクトでは、 地 域 的 に 広 がる 頁 岩 によってシールされた 浸 透 性 の 高 い 地 層 に1900tCO 2 を 注 入 ・ 貯 留 した(Hovorka et al., 2005)。ドイツの 西 ベルリンにあるKetzin、 東 南 豪 州 のOtway 堆 積 盆 及 び 米 国 のワイオミングTeapot Domeでパイロットプロジェクトが 提 案 されている( 図 5.1)。 米 国 の FutureGen プロジェクトは、この10年 間 の 後 半 に 提 案 されており、 石 炭 焚 き 火 力 発 電 における 地 中 貯 留 プロジェクトである。 日 本 の本 州 北 西 にある 長 岡 では、 小 規 模 CO 2 注 入 及 びモニタリングプロジェクトがRITEにより 実 行 中 である。 炭 層 へのCO 2 貯 留 を 試 験 するための 小 規 模 注 入 プロジェクトは、ヨーロッパ(RECOPOL)と 日 本 で 実 施 されてきた(Yamaguchi et al.,2005)。CO 2 - 炭 層 メタン 増 進 回 収 法 (ECBM) 実 証 プロジェクトは、 米 国 のニューメキシコ 北 部 San Juan 堆 積 盆 で 行 われてきた(Reeves, 2003a)(ボックス5.7)。さらなるCO 2 -ECBMプロジェクトが、 中 国 、カナダ、イタリア 及 びポーランドで 検 討中 である(Gale, 2003)。 全 部 で59 件 強 のCO 2 -ECBMに 関 する 機 会 が 世 界 中 で 特 定 されており、その 大 半 が 中 国 である(van Bergen et al., 2003a)。これらのプロジェクト( 図 5.1、 表 5.1)は、CO 2 の 地 下 注 入 が 遠 い 将 来 のことではなく、 環 境 及び/ 又 は 商 業 上 の 理 由 から 現 在 実 施 中 であることを 実 証 している。5.1.3 主 要 な 問 題前 のセクションのポイントは、CO 2 の 深 部 注 入 が 多 くのサイトで 実 行 中 であることである( 図5.1)。しかし、 大 気 中 へのCO 2 排 出 を 大 幅 削 減 するために 必 要 な 規 模 でCO 2 貯 留 が 行 われる 場 合 、世 界 で 進 行 中 の 大 規 模 な 地 中 貯 留 プロジェクトが 数 百 、おそらく 数 千 にもなるに 違 いない。それがどの 程 度 実 行 可 能 であるかは、 以 下 の 重 要 な 質 問 への 答 えに 依 存 する。それについて 本 章 で 順次 説 明 する。 CO 2 はどのように 地 下 に 貯 留 されるのか? 注 入 するとCO 2 に 何 が 生 じるのか? 関 係 する 物 理化 学 及 び 化 学 的 プロセスは 何 か? 地 質 学 的 制 御 とは 何 か?(セクション5.2 及 び5.3) CO 2 はどのくらい 地 下 に 保 持 しておけるのか?(セクション5.2) CO 2 は、 地 方 、 地 域 、 国 際 的 に 地 下 のどこに、どのくらい 貯 留 できるのか?それはわずかにすぎないか、 現 在 大 気 中 に 排 出 されているCO 2 のかなりの 割 合 を 占 めるに 十 分 な 合 計 貯 留 容量 なのか?(セクション5.3) CO 2 - 石 油 及 びガス 増 産 回 収 に 関 する 実 質 的 な 機 会 はあるか?(セクション5.3) 適 切 な 貯 留 サイトをどのように 特 定 するのか、その 地 質 的 特 徴 は 何 か?(セクション5.4 参 照 ) CO 2 の 地 中 貯 留 について 現 在 利 用 できる 技 術 は 何 か?(セクション5.5) 一 旦 地 中 に 貯 留 すると、CO 2 をモニタリングできるのか?(セクション5.6) 貯 留 サイトは 漏 洩 するか、またその 際 どのような 結 果 が 起 こり 得 るか?(セクション5.6 及 び5.7) 何 か 問 題 が 発 生 した 場 合 、CO 2 貯 留 サイトはそれを 修 繕 できるか(セクション5.6 及 び5.7) 地 中 貯 留 サイトは 安 全 に 操 業 できるのか、もしそうならどのようにするのか?(セクション5.7) 地 中 貯 留 に 関 する 法 的 ・ 規 制 的 問 題 はあるか、 実 行 できる 法 的 / 規 制 的 枠 組 みはあるか?(セクション5.8) CO 2 の 地 中 貯 留 のコストはいくらになるか(セクション5.9) 我 々の 現 在 の 知 識 を 検 討 した 結 果 、まだ 知 る 必 要 のあるものがあるか? 知 識 におけるこれら-225-

のギャップは 何 か?(セクション5.10)。本 章 の 残 りの 部 分 では、これらの 問 題 への 取 り 組 みを 追 求 する。ボックス5.3 Weyburn CO 2 -EOR プロジェクト.Weyburn CO 2 石 油 増 産 回 収 (CO 2 -EOR)プロジェクトは、Williston 堆 積 盆 に 位 置 し、 地 質 構 造 はカナダ 南 中 央 から 米 国 北 中 央 へ 伸 びている。プロジェクトは、フィールドの 寿 命 の 最 後 で 通 常 大気 放 出 されるCO 2 を 排 除 することで、 注 入 したCO 2 のほとんど 全 てを 永 久 に 貯 留 することが 目 的 である。Weyburn CO 2 -EORプロジェクトのCO 2 源 はDakota Gasification Companyの 施 設 であり、Weyburnから 約 325km 南 の 米 国 北 ダコタに 位 置 している。このプラントでは、 合 成 ガス(メタン)を 作 るために 石 炭 がガス 化 されているが、その 副 産 物 として 比 較 的 純 粋 なCO 2 が 生 成 される。このCO 2流 は 脱 水 、 圧 縮 され、フィールドで 使 用 するためにカナダの 南 東 SaskatchewanのWeyburnにパイプで 送 られる。Weyburn CO 2 -EORプロジェクトは、 約 15 年 間 パイプラインからCO 2 を 受 け 取 るように 設 計 されているが、プロジェクト 存 続 期 間 中 、5000 t/ 日 から 約 3000t/ 日 まで 輸 送 体 積 が 低 下 する。Weyburnフィールドは、180km 2 の 範 囲 におよそ2.22 億 m 3 (13.96 億 バレル)の 原 油 がある。CO 2 -EORプロジェクトの 継 続 期 間 中 (20-25 年 )、 現 在 の 経 済 状 態 と 石 油 増 産 回 収 技 術 に 基 づき、 約 20MtCO 2がフィールドに 貯 留 されると 予 定 されている。 油 田 のレイアウトと 作 業 は、 比 較 的 従 来 の 油 田 操業 そのものである。フィールドは、CO 2 の 掃 攻 率 を 最 適 化 する 垂 直 と 水 平 坑 井 の 組 み 合 わせで 設計 されてきた。 全 てのケースで、 坑 井 ケーシングの 健 全 性 を 保 つため、 生 産 ・ 注 入 用 のストリングスが 使 用 されている。石 油 貯 留 層 は、 厚 さ20-27mの 破 砕 した 炭 酸 塩 からなる。 貯 留 層 の 上 部 一 次 シールは、 無 水 石 膏ゾーンである。 貯 留 層 の 北 限 では、 炭 酸 塩 は 地 域 的 不 整 合 に 対 して 薄 くなる。 基 盤 シールも 無 水石 膏 だが、 貯 留 層 領 域 全 体 であまり 一 定 していない。 厚 く、 不 整 合 の 上 に 平 たく 横 たわる 頁 岩 は、貯 留 層 からの 漏 洩 に 対 する 良 好 な 地 域 的 バリアを 形 成 している。さらに、これらのゾーンに 到 達するかもしれないCO 2 に 対 して、 地 下 塩 水 を 含 む 浸 透 性 の 高 い 複 数 の 地 層 が、 地 層 流 体 中 にCO 2を 迅 速 に 溶 解 させることで、その 水 平 移 動 を 促 す。CO 2 注 入 が2000 年 後 半 に 始 まって 以 来 、EORプロジェクトは 予 想 どおりの 規 模 で 実 施 されてきた。 現 在 、 油 田 から 約 1,600m 3 (10,063バレル)/ 日 の 石 油 増 分 が 産 出 されている。 石 油 と 一 緒 に 生産 されたCO 2 は 全 て 回 収 され、 生 産 ゾーンに 再 注 入 するために 再 圧 縮 される。 現 在 1 日 約 1,000tのCO 2 が 再 注 入 されている。この 量 はプロジェクトが 成 熟 するにつれて 増 える。モニタリングは、潜 在 的 な 漏 洩 を 決 定 するために、 高 分 解 能 地 震 探 査 と 地 表 モニタリングを 使 って 広 範 囲 に 行 われている。 地 表 モニタリングは、 石 油 ガスのサンプリングと 分 析 の 他 、 飲 料 地 下 水 のサンプリングと 分 析 を 含 む(Moberg et al., 2003)。 今 日 まで、CO 2 漏 洩 の 兆 候 は 地 表 及 び 地 表 近 くの 環 境 には 現れていない(White, 2005;Strutt et al., 2003)。-226-

5.2 貯 留 メカニズム 及 び 貯 留 の 安 全 性地 下 の 地 層 は、 運 ばれて 堆 積 した 岩 石 の 粒 子 、 有 機 物 及 び 岩 石 が 堆 積 した 後 形 成 する 鉱 物 から成 る。 粒 子 又 は 鉱 物 の 間 の 間 隙 スペースは 液 体 (ほとんど 水 、 比 率 的 に 微 量 の 石 油 及 びガスが 存在 )が 占 めている。 開 口 している 割 れ 目 及 び 空 洞 も、 液 体 で 充 填 されている。CO 2 を 浸 透 性 のある 地 層 の 間 隙 スペースと 亀 裂 に 注 入 することにより、 現 位 置 の 液 体 に 取 って 代 わるか、CO 2 が 液体 に 溶 解 又 は 混 合 、あるいは 鉱 物 の 粒 子 に 反 応 、 又 はこれらのプロセスのいくつかの 組 み 合 わせが 生 じる。 本 セクションは、これらのプロセスとCO 2 の 地 中 貯 留 への 影 響 を 検 討 する。5.2.1 CO 2 フロー 及 び 移 動 プロセス深 部 地 層 への 液 体 の 注 入 は、 液 体 を 坑 井 に 圧 送 することで 達 成 できる(セクション5.5 参 照 )。坑 井 は、CO 2 を 地 層 に 入 れることができるように、 貯 留 ゾーンに 接 する 部 分 に 穴 が 開 いているか、浸 透 性 のスクリーンで 覆 われている。 穴 又 はスクリーンのある 区 間 は、 通 常 幅 約 10-100mで、 地 層の 浸 透 性 及 び 厚 さに 依 存 する。 注 入 により 坑 井 付 近 の 圧 力 が 上 昇 し、 始 めは 元 の 地 層 流 体 が 占 有している 間 隙 スペースにCO 2 が 入 って 行 くことができる。 地 層 に 形 成 される 圧 力 上 昇 の 量 と 空 間分 布 は、 注 入 速 度 、 注 入 地 層 の 浸 透 性 及 び 厚 さ、その 中 にある 浸 透 性 バリアの 有 無 、 地 域 の 地 下水 系 ( 水 文 地 質 学 的 )の 構 造 に 依 存 する。一 旦 地 層 に 注 入 されると、CO 2 の 広 がりを 制 御 する 一 次 フロー 及 び 移 動 メカニズムは 以 下 を 含む: 注 入 プロセスで 形 成 される 圧 力 勾 配 に 対 応 する 液 体 流 動 ( 移 動 ) 自 然 の 水 圧 勾 配 に 対 応 する 液 体 流 動 CO 2 及 び 地 層 流 体 の 間 の 濃 度 差 で 生 じる 浮 力 拡 散 地 層 の 不 均 質 性 及 びCO 2 と 地 層 流 体 の 間 の 移 動 性 の 違 いにより 生 じる 拡 散 と 粘 性 突 起 地 層 流 体 への 溶 解 鉱 物 化 間 隙 ( 相 対 浸 透 率 )トラップ 有 機 物 へのCO 2 の 吸 着液 体 流 動 速 度 は、 地 層 に 存 在 する 液 体 相 の 数 と 特 徴 に 依 存 する。どのような 割 合 であっても 複数 の 液 体 が 混 合 している 場 合 、 混 和 性 液 体 として 扱 われる。 混 合 していない 場 合 、 非 混 和 性 として 扱 われる。 複 数 の 異 なる 相 の 存 在 は、 浸 透 率 を 減 少 させ、 移 動 速 度 を 緩 める。CO 2 がガス 貯 留層 に 注 入 される 場 合 、 天 然 ガスとCO 2 から 成 る 単 独 の 混 和 性 流 体 相 が 局 所 的 に 形 成 される。CO 2が 液 体 又 は 液 状 超 臨 界 密 度 相 で 深 部 塩 水 層 に 注 入 された 場 合 、 水 の 中 では 非 混 和 性 である。 石 油貯 留 層 に 注 入 されたCO 2 は、 石 油 組 成 とシステムの 圧 力 と 温 度 に 依 存 して 混 和 性 又 は 非 混 和 性 となる(セクション5.3.2)。CO 2 が 石 炭 層 に 注 入 される 場 合 は、 上 に 挙 げたプロセスの 一 部 に 加 え、吸 着 と 既 に 石 炭 上 に 吸 着 しているガス( 特 にメタン)の 脱 着 が、 石 炭 の 膨 張 と 収 縮 と 同 様 に 生 じる(セクション5.3.4)。超 臨 界 CO 2 は、 水 や 石 油 より 粘 度 がかなり( 単 位 が 一 桁 又 はそれ 以 上 ) 低 いので、 移 動 はCO 2と 元 の 地 層 流 体 の 移 動 性 の 違 いによって 制 御 される(Celia et al., 2005; Nordbotten et al., 2005a)。CO 2 の 移 動 性 が 比 較 的 高 いので、 石 油 又 は 水 の 一 部 だけが 置 き 換 えられ、30-60%の 範 囲 でCO 2-227-

の 平 均 飽 和 状 態 となる。 粘 性 突 起 によりCO 2 は 間 隙 スペースの 多 くを 迂 回 するが、これは 岩 石 の浸 透 率 の 不 均 質 性 と 異 方 性 に 依 存 している(van der Meer, 1995; Ennis-King and Paterson, 2001; Flettet al., 2005)。 天 然 ガス 貯 留 層 では、CO 2 は 天 然 ガスよりも 粘 性 があり、そのため 置 換 の「フロント」は 安 定 して 粘 性 突 起 は 制 限 される。垂 直 流 動 をもたらす 浮 力 の 大 きさは、 地 層 流 体 のタイプに 依 存 する。 塩 水 地 層 では、CO 2 と 地層 水 の 間 の 密 度 差 が 比 較 的 大 きく(30-50%)、CO 2 を 上 に 流 す 強 力 な 浮 力 を 作 り 出 す。 石 油 貯 留層 では、 特 に 石 油 とCO 2 が 混 和 性 である 場 合 、 密 度 差 及 び 浮 力 はこれほどには 大 きくない(Kovscek,2002)。ガス 貯 留 層 では、CO 2 が 浮 力 に 基 づいて 下 方 移 動 するため 逆 効 果 が 生 じる。なぜならCO 2は 天 然 ガスよりも 密 度 が 大 きいからである(Oldenburg et al., 2001)。地 下 塩 水 層 及 び 石 油 貯 留 層 では、 注 入 した 浮 揚 性 のあるCO 2 のプルームが 上 方 移 動 するが、 均等 ではない。これは、より 低 い 浸 透 率 の 層 がバリアとして 振 る 舞 い、CO 2 の 側 方 移 動 が 生 じ、それが 遭 遇 する 層 序 的 又 は 構 造 的 トラップを 補 完 するからである。 岩 石 のマトリックスを 通 過 するCO 2 プルームの 形 ( 図 5.6)は、 低 浸 透 率 頁 岩 レンズなど 地 層 不 均 質 性 に 強 く 影 響 される(Flett etal.,2005)。そのため 貯 留 層 内 の 低 浸 透 率 層 はCO 2 の 上 方 移 動 を 緩 める 効 果 があり、 代 りにCO 2 を 貯留 層 のより 深 い 部 分 へバイパスさせうる(Doughty et al., 2001)。図 5.6 CO 2 の 上 方 移 動 をブロックする 低 浸 透 率 の 不 均 質 地 層 に 注 入 されたCO 2 のシミュレーション 分布(a) 不 均 質 地 層 グリッドモデルの 説 明 。 注 入 井 の 位 置 はグリッドの 下 方 部 分 の 垂 直 線 で 示 される。(b)注 入 2 年 後 のCO 2 分 布 。CO 2 の 上 方 移 動 をブロックし、 遅 延 させる 低 浸 透 率 層 により、CO 2 のシミュレーション 分 布 が 強 く 影 響 を 受 けていることに 注 目 (after Doughty and Pruess, 2004)。CO 2 は 地 層 を 通 じて 移 動 するので、その 一 部 は 地 層 水 に 溶 解 する。 流 速 の 小 さいシステムでは、貯 留 層 規 模 の 数 値 シミュレーションは、10 年 にわたり 注 入 されたCO 2 の 最 高 30%というかなりの 量が 地 層 水 に 溶 解 することを 示 している(Doughty et al., 2001)。 堆 積 盆 規 模 のシミュレーションは、何 世 紀 にもわたってCO 2 プルーム 全 体 が 地 層 水 に 溶 解 することを 示 唆 している(McPherson andCole, 2000; Ennis-King et al., 2003)。CO 2 が 地 層 の 閉 じた 構 造 に 注 入 された 場 合 ( 地 層 水 の 流 れは無 し)、 不 飽 和 地 層 水 との 接 触 が 減 るため、CO 2 が 完 全 に 溶 解 するまでかなり 長 い 時 間 がかかる。-228-

一 旦 CO 2 が 地 層 流 体 に 溶 解 すると、 局 所 的 地 下 水 の 流 れに 沿 って 移 動 する。 低 浸 透 率 と 高 い 塩 度が 特 徴 である 深 部 堆 積 盆 については、 地 下 水 流 動 速 度 は 大 変 低 く、 通 常 1 年 あたりおおよそmmからcmのオーダーである(Bachu et al., 1994)。このように、 溶 解 したCO 2 の 移 動 速 度 は、 独 立 した相 のCO 2 よりかなり 低 い。CO 2 で 飽 和 した 水 は、 塩 度 によっては 元 の 地 層 水 より 若 干 重 くなる( 約 1%)(Enick and Klara,1990; Bachu and Adams, 2003)。 高 い 垂 直 浸 透 率 により 自 由 な 対 流 がもたらされ、プルーム 付 近 のCO 2 飽 和 水 と 不 飽 和 水 が 交 換 され、CO 2 溶 解 の 速 度 がより 速 くなる(Lindeberg and Wessel-Berg,1997; Ennis-King and Paterson,2003)。 図 5.7は、 数 千 年 の 対 流 セルの 形 成 及 びCO 2 の 溶 解 を 説 明 している。CO 2 の 塩 水 への 溶 解 性 は、 圧 力 の 増 加 、 温 度 の 低 下 、 塩 度 の 増 加 に 伴 い 減 少 する( 付 属書 類 I)。 計 算 では、 塩 度 と 深 さにより、20-60kgのCO 2 が 地 層 流 体 1m 3 に 溶 ける(Holt et al., 1995; Koideet al., 1995)。 不 均 質 モデルよりも 均 質 モデルを 使 用 することで、 完 全 なCO 2 溶 解 に 必 要 な 時 間 が過 小 評 価 されることがある。図 5.7 圧 力 10Mpa、 温 度 40C、 深 さ1km、 厚 さ100mの 均 質 な 地 層 へのCO 2 注 入 に 関 する 半 径 方 向 シミュレーション。 注 入 速 度 は20 年 間 にわたり1MtCO 2 / 年 、 水 平 浸 透 率 10 -13 m 2 ( 約 100mD)、 垂 直 浸 透 率 はその1/10である。 残 留 CO 2 の 飽 和 率 は20%である。 上 段 の2 年 、20 年 、 及 び200 年 を 表 す 三 つの 図 は 多 孔性 媒 体 中 のガス 飽 和 を 示 し、200 年 、2000 年 、 及 び4000 年 を 表 す 下 段 の 三 つの 図 は、 水 相 に 溶 解 したCO 2の 質 量 分 率 を 示 す(after Ennis-King and Paterson, 2003)。CO 2 が 地 層 を 移 動 する 際 、その 一 部 が 毛 細 管 力 で 間 隙 スペースに 保 持 され( 図 5.6)、それは 一般 に「 残 留 CO 2 トラッピング」と 呼 ばれるが、CO 2 のかなりの 量 を 非 移 動 性 にする(Obdam et al.,2003; Kumar et al., 2005)。 図 5.8は、トラップの 力 が 強 く、CO 2 が 厚 い 地 層 の 底 に 注 入 された 場 合 、地 層 の 上 部 にある 帽 岩 に 到 達 する 前 であっても、 全 てのCO 2 がこのメカニズムで 捕 捉 される 可 能性 があることを 説 明 している。この 影 響 は 地 層 によって 異 なるが、Holtz(2002)は 残 留 CO 2 トラッピングが 通 常 の 貯 留 層 の 多 くにおいて15-25%であることを 実 証 した。 捕 捉 されたCO 2 の 多 くは-229-

長 時 間 かけて 地 層 水 に 溶 解 する(Ennis-King and Paterson, 2003)。しかし、 適 切 な 貯 留 層 工 学 により、 溶 解 トラッピングを 加 速 したり 修 正 したりすることができる(Keith et al., 2005)。図 5.8 CO 2 を 塩 水 地 層 の 底 部 に50 年 注 入 するシミュレーション。 毛 細 管 力 が 堆 積 岩 の 間 隙 スペースにCO 2 を 捕 捉 する。(a)50 年 の 注 入 期 間 後 、ほとんどのCO 2 はまだ 移 動 可 能 で、 浮 力 によって 上 方 に 動 かされている。(b)1000 年 後 、 浮 力 が 動 かす 流 れがCO 2 が 影 響 を 及 ぼす 体 積 を 拡 大 し、 多 くは 残 留 飽 和CO 2 として 捕 捉 されるか、 又 は 塩 水 に 溶 解 ( 表 示 されていない)する。 移 動 するCO 2 はほとんどなく、全 てのCO 2 は 帯 水 層 の 中 に 封 じ 込 められている(after Kumar et al., 2005)。5.2.2 地 層 中 の CO 2 貯 留 メカニズム地 中 貯 留 の 効 果 は、 物 理 及 び 地 球 化 学 的 捕 捉 メカニズムの 組 み 合 わせに 依 存 する( 図 5.9)。 最も 効 果 的 な 貯 留 サイトは、 厚 く、 浸 透 率 の 低 いシールの 下 に 永 久 に 捕 捉 されているか、 固 体 鉱 物に 変 換 されている 又 は 石 炭 の 微 細 な 間 隙 の 表 面 に 吸 着 されている、あるいは 物 理 ・ 化 学 的 捕 捉 メカニズムの 組 み 合 わせによってCO 2 が 動 かなくなっているサイトである。-230-

図 5.9 貯 留 の 安 全 性 は 物 理 及 び 地 球 化 学 的 な 捕 捉 の 組 み 合 わせに 依 存 する。 時 間 の 経 過 につれて、 残留 CO 2 トラッピングの 物 理 プロセスと、 溶 解 トラッピングと 鉱 物 トラッピングの 地 球 化 学 プロセスが 増える。5.2.2.1 物 理 的 捕 捉 : 層 序 的 及 び 構 造 的第 一 に、 非 常 に 低 浸 透 率 の 頁 岩 又 は 岩 塩 層 などの 低 浸 透 率 シール( 帽 岩 )の 下 では、CO 2 の 物理 的 捕 捉 がCO 2 を 地 層 に 貯 留 することになる( 図 5.3)。 一 部 の 緯 度 の 高 い 地 域 では、おそらく 浅いガスハイドレートがシールとして 作 用 する。このように 堆 積 盆 は、 閉 鎖 系 の、 物 理 的 に 拘 束 するトラップ 又 は 構 造 を 持 ち、 主 に 塩 水 、 原 油 及 びガスに 占 められている。 構 造 的 トラップは、 褶曲 又 は 断 裂 した 岩 石 によって 形 成 されたものを 含 む。 断 層 は、あるときは 不 浸 透 バリアとして 作用 し、またあるときは 液 体 の 流 れの 経 路 として 作 用 する(Salvi et al., 2000)。 層 序 的 トラップは、岩 石 が 堆 積 したサイトの 環 境 変 動 による 岩 石 の 種 類 の 変 化 で 形 成 される。これらトラップはどちらもCO 2 貯 留 に 適 しているが、セクション5.5で 述 べたとおり、 帽 岩 の 断 裂 又 は 断 層 の 再 活 性 化 を防 ぐため、 許 容 できる 過 剰 圧 力 を 超 えないように 注 意 を 払 わなければならない(Streit et al., 2005)。-231-

5.2.2.2 物 理 的 な 捕 捉 : 流 体 力 学流 体 力 学 的 捕 捉 は、 閉 じたトラップを 持 たない 地 下 塩 水 層 に 生 じるが、そこでは 液 体 は 長 い 距離 を 非 常 にゆっくりと 移 動 する。CO 2 が 地 層 に 注 入 された 場 合 、それは 塩 水 地 層 水 に 取 って 代 わり、その 後 上 方 に 浮 揚 して 移 動 する。これは 塩 水 よりも 密 度 が 小 さいためである。 一 番 上 の 地 層に 到 達 すると、CO 2 は 異 なる 相 として 移 動 を 続 け、 最 終 的 には 残 留 飽 和 CO 2 としてトラップされるか、シール 構 造 を 持 つ 局 所 的 な 構 造 又 は 層 序 トラップに 捕 捉 される。 長 期 的 には、かなりのCO 2が 地 層 水 に 溶 け、 地 下 水 とともに 移 動 する。 深 部 注 入 サイトから 上 に 横 たわる 不 浸 透 性 の 地 層 までの 距 離 が 数 百 メートルから 数 キロメートルのサイトでは、 深 い 堆 積 盆 から 地 表 まで 液 体 が 達 する 時 間 尺 度 は 数 100 万 年 になる(Bachu et al., 1994)。5.2.2.3 地 球 化 学 的 な 捕 捉地 下 のCO 2 は、 貯 留 容 量 と 効 果 をさらに 増 す 岩 石 と 地 層 水 との 一 連 の 地 球 化 学 的 相 互 作 用 を 受ける。 第 一 に、CO 2 が 地 層 水 に 溶 解 する 場 合 、 一 般 に 溶 解 トラッピングと 呼 ばれるプロセスが 生じる。 溶 解 トラッピングの 主 な 利 点 は、 一 旦 CO 2 が 溶 解 すると、 別 の 相 としてもはや 存 在 することはなく、それにより、 上 方 に 動 かしている 浮 力 がなくなる。 次 に、pHの 上 昇 に 伴 い、 岩 石 が 溶解 する 際 にイオン 化 物 質 を 形 成 する。 最 後 に、その 一 部 がほぼ 永 久 的 な 地 中 貯 留 の 形 である 安 定した 炭 酸 塩 鉱 物 (mineral trapping)に 変 換 される(Gunter et al., 1993)。 溶 解 トラッピングは 比 較的 ゆっくりであり、おそらく1 千 年 又 はそれ 以 上 かかる。それでも、いくつかの 地 質 環 境 における潜 在 的 に 大 きな 貯 留 容 量 と 組 み 合 わせれば、 永 久 鉱 物 貯 留 は、 長 期 貯 留 にとって 望 ましい 特 徴 となる。地 層 水 へのCO 2 の 溶 解 は、 次 の 化 学 反 応 で 表 される。CO 2 (g)+ H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ HCO 3 - + H+ ↔ CO 3 2- + 2H +地 層 水 へのCO 2 溶 解 は、 温 度 と 塩 度 が 増 えるにつれて 減 少 する。 地 層 水 とCO 2 が 同 じ 間 隙 スペースを 共 有 する 場 合 には 溶 解 は 速 いが、 一 旦 地 層 流 体 がCO 2 で 飽 和 されると 速 度 は 遅 くなり、 拡 散と 対 流 速 度 によって 制 御 される。水 に 溶 解 したCO 2 は 弱 い 酸 を 生 成 し、それはナトリウムやカリウムベースの 珪 酸 塩 や、 貯 留 層又 は 地 層 のカルシウム、マグネシウム、 鉄 炭 酸 塩 又 は 珪 酸 塩 鉱 物 と 反 応 し、 以 下 に 近 い 化 学 反 応で 重 炭 酸 塩 イオンを 形 成 する。3 K- 長 石 + 2H 2 O + 2 CO 2 ↔ 白 雲 母 + 6 水 晶 + 2K + + 2HCO 3-鉱 物 と 溶 解 したCO 2 の 反 応 は、 一 部 の 炭 酸 塩 鉱 物 の 場 合 は 迅 速 ( 数 日 )であるが、 珪 酸 塩 鉱 物の 場 合 は 遅 い( 数 100 年 から 数 1000 年 )。 炭 酸 塩 鉱 物 の 形 成 は、 岩 石 のマトリックスに 存 在 する 粘土 、 雲 母 、 緑 泥 岩 及 び 長 石 など、 珪 酸 塩 鉱 物 からのカルシウム、マグネシウム 及 び 鉄 と 重 炭 酸 塩イオンの 継 続 反 応 から 生 じる(Gunter et al., 1993,1997)。Perkins et al.(2005)は、Weyburn 油 田 に 注 入 されたCO 2 が5000 年 で 全 て 溶 解 する、 又 は 貯 留 層 内の 炭 酸 塩 鉱 物 に 変 換 すると 推 定 している。さらに 彼 らは、 帽 岩 とその 上 に 横 たわる 岩 石 の 地 層 が鉱 物 化 作 用 のため、さらに 大 きな 容 量 を 持 つことを 示 した。これは 漏 洩 リスク 評 価 には 重 要 であ-232-

る(セクション5.7)。なぜなら、 一 旦 CO 2 が 溶 解 すると、 分 離 相 として 漏 洩 することはできないからである。Holtzによるモデリング(2002)は、 実 験 室 の 実 験 では(セクション5.2.1) 多 少 割 合は 低 くなるが、CO 2 の60% 以 上 が 注 入 段 階 の 終 わりまでに 残 留 CO 2 トラップとして 捕 捉 される(1000 年 後 100%)ことを 示 唆 している。CO 2 が 残 留 飽 和 でトラップされると、 事 実 上 動 かない。万 が 一 、 帽 岩 を 通 じた 漏 洩 があった 場 合 、 飽 和 塩 水 が 減 圧 されるにつれガスが 抜 ける。しかし、図 5.7で 説 明 されたとおり、 飽 和 した 塩 水 は 上 昇 よりもむしろ 下 降 する 傾 向 にある。 地 層 水 及 び 岩石 とCO 2 の 反 応 は、 岩 石 の 多 孔 性 と 間 隙 を 通 る 溶 液 の 流 れに 影 響 するような 反 応 生 成 物 を 生 じさせる。しかし、この 可 能 性 は 実 験 的 には 観 察 されておらず、その 効 果 は 定 量 化 できていない。さらに、CO 2 が 石 炭 又 は 有 機 物 の 豊 かな 頁 岩 に 選 択 的 に 吸 着 された 場 合 、 異 なるタイプの 固 定が 生 じる(セクション5.3.4)。これは 実 験 室 のバッチやカラム 実 験 の 他 、カナダのFenn Big Valley及 び 米 国 のSan Juan 堆 積 盆 でのフィールド 実 験 でも 同 様 に 確 認 されている(ボックス5.7)。CO 2水 和 物 が 深 海 の 海 底 や 永 久 凍 土 地 域 の 陸 地 に 形 成 される 場 合 にも 異 なる 固 定 形 式 が 生 じる(Koideet al., 1997)。ボックス5.4 貯 留 安 全 性 メカニズム 及 び 時 間 による 変 化CO 2 が 注 入 された 場 合 、 注 入 井 周 囲 に 気 泡 が 生 じ、 注 入 範 囲 内 で 移 動 水 と 石 油 の 両 方 を 水 平 ・垂 直 方 向 に 置 換 する。 水 とCO 2 相 の 間 の 相 互 作 用 により、 地 球 化 学 的 なトラップメカニズムが 効力 を 発 揮 する。 時 間 が 経 つと、 残 留 CO 2 トラップにより 移 動 性 を 失 ったCO 2 は、 地 層 流 体 と 反 応 して 炭 酸 を 形 成 する(すなわち、 溶 解 トラッピングと 呼 ばれるH 2 CO 3 で、 数 十 年 から 数 百 年 支 配 する)。 適 切 な 鉱 物 が 炭 素 含 有 イオン 化 物 質 と 接 する 場 合 、 溶 解 したCO 2 は 結 果 的 に 貯 留 層 鉱 物 と-2-反 応 する(すなわち、イオントラップと 呼 ばれるHCO 3 及 びCO 3 で、 数 百 年 から 数 千 年 支 配 する)。さらに、これらの 鉱 物 の 崩 壊 により 新 しい 炭 酸 塩 鉱 物 が 沈 殿 し、 注 入 されたCO 2 は 最 も 安全 な 状 態 で 固 定 される(すなわち、 鉱 物 トラップで 数 千 年 から 数 百 万 年 支 配 する)。4つの 注 入 シナリオが 図 5.10に 示 されている。シナリオA、B 及 びCは、 流 体 力 学 的 なトラップへの 注 入 で、 基 本 的 に 注 入 水 準 の 液 体 及 びガスの 流 れが 横 方 向 に 開 いているシステムを 示 す。シナリオDは、 生 産 中 及 び 枯 渇 した 多 くの 石 油 やガス 層 に 見 られるような、 物 理 的 に 制 限 された 流 れの 体 系 への 注 入 を 表 す。-233-

図 5.10 物 理 的 及 び 地 球 化 学 的 捕 捉 の 組 み 合 わせとして 表 される 貯 留 。セキュリティのレベルは、 起 点からの 距 離 に 比 例 する。 破 線 は、ボックス5.4で 述 べられている 百 万 年 経 路 の 例 である。シナリオAでは、 注 入 されたCO 2 は 決 して 物 理 的 に 側 方 には 移 動 していない。CO 2 のプルームは注 入 水 準 内 で 移 動 し、 最 終 的 には 炭 酸 塩 鉱 物 化 などあらゆるタイプの 地 球 化 学 トラップメカニズムを 通 じて 消 費 される。 鉱 物 及 びイオントラップが 支 配 的 である。 各 地 球 化 学 的 なトラップに 貯留 されるCO 2 の 割 合 は、その 場 所 の 鉱 物 特 性 、 間 隙 スペース 構 造 及 び 水 組 成 に 強 く 依 存 する。シナリオBでは、CO 2 プルームの 移 動 はシナリオAのものと 似 ているが、 鉱 物 特 性 及 び 水 化 学 についてはCO 2 と 鉱 物 の 反 応 はわずかで、 溶 解 トラップと 流 体 力 学 的 なトラップが 支 配 的 である。シナリオCでは、 最 初 CO 2 はシナリオBと 類 似 したゾーンに 注 入 される。しかし 側 方 移 動 の 間 、CO 2 のプルームは 注 入 範 囲 内 の 物 理 的 に 不 均 質 なゾーンに 移 動 する。このゾーンは、 地 相 の 変 化によって 様 々な 多 孔 性 及 び 浸 透 率 を 持 つ。この 地 相 の 変 化 は 経 路 を 急 激 に 変 化 させ、より 反 応 しやすい 鉱 物 特 性 を 生 みだす。 最 終 状 態 では、イオン 及 び 鉱 物 トラップが 優 勢 である。シナリオDは、 十 分 に 制 限 された 流 動 領 域 へのCO 2 の 注 入 を 説 明 しているが、シナリオBと 同 じく、イオン 又 は 鉱 物 トラップに 適 した 現 位 置 流 体 化 学 及 び 鉱 物 化 学 的 な 作 用 はない。 注 入 されたCO 2 の 大 部 分 は 溶 解 トラップにより 地 球 化 学 的 に、また 層 序 的 構 造 トラップにより 物 理 的 に 捕 捉される。-234-

5.2.3 自 然 界 の 地 層 中 の CO 2 蓄 積CO 2 の 自 然 起 源 としては、CO 2 のガス 蓄 積 、 天 然 ガスと 混 合 したCO 2 、 及 び 地 層 水 に 溶 解 したCO 2がある( 図 5.11)。これらの 自 然 起 源 は、 米 国 、 豪 州 及 びヨーロッパで、 工 学 的 な 貯 留 サイトからの 漏 洩 と 同 様 、CO 2 の 貯 留 に 関 する 類 似 例 として 研 究 されている(Pearce etal., 1996; Allis et al.,2001; Stevens et al., 2003; Watson et al., 2004)。EOR 及 びその 他 の 用 途 のためにCO 2 を 生 産 することは、CO 2 回 収 と 貯 留 に 関 する 操 業 の 経 験 となる。もちろん、CO 2 の 自 然 蓄 積 と 工 学 的 なCO 2 貯 留 サイトの 間 に 違 いはある。CO 2 の 自 然 蓄 積 の 場 合 、CO2は 長 期 間 かけて 任 意 の 場 所 に 集 まり、その 一部 は 自 然 に「 漏 洩 しやすい」。 工 学 的 サイトでは、CO 2 注 入 速 度 が 迅 速 で、 注 入 井 がサイトを 必然 的 に 貫 通 している(Celia and Bachu, 2003; Johnson et al., 2005)。そのため 帽 岩 を 損 なうことを 予防 するため、 十 分 に 低 い 注 入 圧 力 を 維 持 し(セクション5.5)、 坑 井 を 確 実 に、 適 切 にシールする(セクション5.5)よう 注 意 しなければならない。図 5.11 世 界 のCO 2 の 自 然 蓄 積 例 。 多 くの 事 例 がある 地 域 は 破 線 で 囲 まれている。 自 然 蓄 積 は、 確 実 な貯 留 の 様 相 や、 漏 洩 が 環 境 に 及 ぼす 影 響 を 評 価 するための 類 似 例 として 使 用 できる。データの 質 は 様 々であり、 南 アメリカ、 南 アフリカ 及 び 中 央 ・ 北 アジアでは 明 らかに 蓄 積 が 空 白 になっているが、おそらくCO 2 蓄 積 の 欠 如 ではなくデータの 欠 如 を 反 映 している。比 較 的 純 粋 なCO 2 の 自 然 蓄 積 は、 地 層 環 境 範 囲 では 世 界 中 どこでも 見 られる。 特 に 堆 積 盆 では、プレート 内 火 山 性 地 域 ( 図 5.11)や 断 層 領 域 、 又 は 休 火 山 構 造 で 見 られる。 自 然 蓄 積 は、 多 くのタイプの 堆 積 岩 、 主 に 石 灰 石 、ドロマイト、 及 び 砂 岩 に 生 じ、 様 々なシール( 泥 岩 、 頁 岩 、 岩 塩及 び 無 水 石 膏 )、 多 様 なトラップタイプ、 貯 留 層 の 深 さ 及 びCO 2 含 有 相 がある。米 国 のColorado Plateau 及 びRocky MountainsのCO 2 フィールドは、 従 来 の 天 然 ガス 貯 留 層 に 匹 敵する(Allis et al., 2001)。これらのフィールドに 関 する 三 つの 研 究 は(McElmo Dome, St. Johns Fieldand Jackson Dome)、それぞれ1,600MtCO 2 の 蓄 積 があり、 測 定 可 能 な 漏 洩 があったことを 示 している(Stevens et al., 2001a)。Jackson Domeの 北 東 、Pisgah 背 斜 にトラップされている200MtのCO 2 は-235-

6500 万 年 以 上 前 に 生 成 されたと 考 えられているが、 漏 洩 の 証 拠 はなく、CO 2 の 長 期 トラップに 関する 追 加 的 な 根 拠 となっている(Studlick et al., 1990)。 豪 州 のOtway 堆 積 盆 における 小 規 模 CO 2蓄 積 (Watson et al., 2004)、 及 びフランス、ドイツ、ハンガリー、ギリシャでさらなる 研 究 が 進められている(Pearce et al., 2003)。逆 に、 温 泉 地 や 火 山 システムのような 一 部 のシステムは 通 常 漏 洩 しやすく、 地 中 貯 蓄 に 有 用 な類 似 例 とはならない。Kileaua Volcanoは 平 均 4MtCO 2 / 年 を 排 出 する。1990 年 から1995 年 の 間 、CaliforniaのMammoth Mountain 領 域 の 地 震 に 連 動 した 流 動 的 な 変 化 で、1,200tCO 2 / 日 (438,000tCO 2 /年 ) 以 上 が 漏 洩 した(USGS, 2001b)。 平 均 80-160tCO 2 /m 2 年 の 流 速 密 度 がHungaryのMatraderecske付 近 で 観 察 されるが、 断 層 に 沿 った 流 速 密 度 は 約 6600t/m 2 年 に 達 する(Pearce et al., 2003)。これら 高 い 浸 出 速 度 は 火 山 系 断 層 からのCO 2 放 出 によるが、 一 方 、 温 暖 な 気 候 条 件 下 での 通 常 ベースラインのCO 2 の 流 動 性 は 約 10-100gのCO 2 /m 2 日 である(Pizzino et al., 2002)。CO 2 のLake Nyos(Cameroon)への 浸 出 は 湖 の 底 にCO 2 飽 和 水 を 生 じ、1987 年 に 湖 が 爆 発 した 際 に、 大 規 模 で 重 大な 死 亡 災 害 ( 死 者 1,700 人 以 上 )をもたらすCO 2 の 噴 出 を 生 じた(Kling et al., 1987)。Lake Nyos( 深い、 層 状 の 熱 帯 湖 )の 湖 水 爆 発 とCO 2 の 噴 出 は、 地 中 貯 留 サイトから 坑 井 又 は 断 裂 を 通 じた 浸 出の 代 表 するものではない。 人 工 のCO 2 貯 留 サイトは、 漏 洩 の 可 能 性 を 最 小 にするように 選 ばれる。自 然 貯 留 及 びLake Nyosのような 出 来 事 は、 人 工 サイトからの 浸 出 を 予 測 するための 地 中 貯 留 の 例ではないが、CO 2 漏 洩 が 及 ぼす、 健 康 、 安 全 、 環 境 に 対 する 影 響 の 研 究 に 役 立 つ(セクション5.7.4)。CO 2 は、 分 離 したガス 相 として、 又 は 石 油 に 溶 解 した 状 態 で 油 田 やガス 田 で 見 つかることがある。このタイプの 貯 留 は、 東 南 アジア、 中 国 及 び 豪 州 で 比 較 的 共 通 しており、アルジェリア、ロシア、Paradox 堆 積 盆 ( 米 国 ) 及 びAlberta 堆 積 盆 ( 西 カナダ)などの 他 の 原 油 ・ガス 地 域 にはあまり 見 られない。 北 海 及 びバレント 海 では、SleipnerやSnohvitなどのわずかなフィールドに10% 以 下のCO 2 を 含 む( 図 5.11)。 米 国 のワイオミングのLa Barge 天 然 ガス 田 は、3300Mtのガス 埋 蔵 量 があり、CO 2 の 平 均 体 積 は65%である。イタリアのAppennine 地 方 では、 多 くの 深 部 坑 井 ( 深 さ1-3km)でCO 2 を 体 積 で90% 以 上 の 含 むガスを 捕 捉 していた。 南 シナ 海 周 辺 の 主 要 なCO 2 蓄 積 は、 有 名 な 世界 最 大 のCO 2 蓄 積 を 含 み、インドネシアのNatuna D Alphaフィールドには9100Mt 以 上 のCO 2 (720Mtの 天 然 ガス)がある。CO 2 の 集 中 は、 複 雑 な 生 成 、 移 動 、 混 合 プロセスを 反 映 しており、 堆 積 盆の 様 々なフィールド 間 、 同 じフィールド 内 での 異 なる 貯 留 層 ゾーン 間 でかなり 変 化 しやすい。 豪州 のOtway 堆 積 盆 では、CO 2 の 流 入 とトラップのタイミングは5000 年 から100 万 年 の 範 囲 である(Watson et al., 2004)。5.2.4 CO 2 貯 留 のための 工 業 的 類 似 例5.2.4.1 天 然 ガス 貯 留CO 2 貯 留 に 関 係 する 経 験 として、 地 下 天 然 ガス 貯 留 プロジェクトがある(Lippmann and Benson,2003; Perry, 2005)が、これは 世 界 各 地 でほぼ100 年 に 亘 り 問 題 なく 実 施 されてきた( 図 5.12)。これらのプロジェクトはピーク 負 荷 に 備 えるもので、ガスの 需 要 と 供 給 の 季 節 変 動 のバランスを 取っている。Berlin 天 然 ガス 貯 留 プロジェクトもこの 例 である(ボックス5.5)。ガス 貯 留 プロジェクトの 大 半 は、 枯 渇 した 石 油 、ガス 層 及 び 地 下 塩 水 層 で 行 われるが、 岩 塩 の 空 洞 も 広 範 に 使 用 されてきた。これらのプロジェクトの 成 功 には 多 くの 要 因 が 欠 かせないが、その 中 には 適 切 かつ 十分 に 特 徴 ( 浸 透 率 、 厚 さと 貯 留 層 の 範 囲 、 帽 岩 の 強 度 、 地 層 構 造 、 岩 石 学 など)が 把 握 されたサイトも 含 まれる。 注 入 井 は、 適 切 に 設 計 、 設 置 、 観 測 、 維 持 されなければならないし、プロジェクト 内 及 び 付 近 の 廃 井 の 位 置 を 把 握 して、 密 閉 しなければならない。 最 後 に、 溶 解 度 、 密 度 及 び-236-

トラップ 条 件 の 範 囲 を 考 慮 し、 貯 留 層 の 過 剰 圧 力 ( 現 位 置 地 層 の 圧 力 をはるかに 超 えた 圧 力 でのガスの 注 入 )は 避 けなければならない。図 5.12 一 部 の 天 然 ガス 貯 留 プロジェクトの 位 置地 下 天 然 ガス 貯 留 は 安 全 で 効 果 的 である 一 方 で、 一 部 のプロジェクトでは 漏 洩 があったが、そのほとんどが 仕 上 げ 不 良 、 不 適 切 な 密 閉 と 廃 井 、 及 び 漏 洩 しやすい 断 層 が 原 因 であった(Gurevichet al., 1993; Lippmann and Benson, 2003; Perry,2005)。 地 下 塩 水 層 よりも、 廃 棄 された 油 田 ・ガス 田を 天 然 ガス 貯 留 サイトとして 評 価 することの 方 が 簡 単 である。なぜなら、 地 層 構 造 及 び 帽 岩 が、既 存 の 坑 井 から 通 常 十 分 理 解 されているからである。ほとんどの 天 然 ガス 貯 留 サイトでは、モニタリング 要 件 は 注 入 井 が 漏 洩 していないことの 確 認 に 焦 点 をあてている( 圧 力 計 測 の 使 用 及 び、温 度 、 圧 力 、 音 響 / 音 波 、ケーシング 状 況 などの 現 位 置 ダウンホール 測 定 による)。 坑 井 観 察 は、ガスが 浅 い 層 へ 漏 洩 していないことを 検 証 するために 時 々 採 用 される。5.2.4.2 酸 性 ガス 注 入酸 性 ガス 注 入 操 業 は、 地 中 CO 2 貯 留 のある 局 面 に 関 して 商 業 的 な 類 似 例 となる。 酸 性 ガスはH 2 SとCO 2 の 混 合 で、 石 油 生 産 又 は 精 製 から 生 じるわずかな 量 の 炭 化 水 素 ガスを 含 んでいる。 西 カナダでは、 操 業 者 は 酸 性 ガスを 深 部 地 層 へ 注 入 処 分 する 傾 向 にある。 酸 性 ガス 注 入 操 業 の 目 的 はH 2 Sを 処 分 することであるが、かなりの 量 のCO 2 が 同 時 に 注 入 されている。これは 二 種 類 のガスを 分離 することが 不 経 済 だからである。現 在 、 西 カナダの 規 制 機 関 において、H 2 Sの 最 大 割 合 、 最 大 ウェルヘッド 注 入 圧 力 、 注 入 速 度 と-237-

最 大 注 入 体 積 が 認 可 されている。 酸 性 ガスは、Alberta 地 方 及 びBritish ColumbiaのAlberta 堆 積 盆 全体 で44 箇 所 の 異 なるサイトの51の 様 々な 地 層 に 注 入 されている( 図 5.13)。CO 2 は、しばしば 注 入された 酸 性 ガスストリームの 最 大 成 分 であり、 多 くの 場 合 、 総 体 積 の14-98%である。 西 カナダでは 2003 年 末 までに 合 計 2.5MtCO 2 と 2MtH 2 S が 注 入 され、その 速 度 はサイト 毎 に 異 なり840-500,720m 3 / 日 で、2003 年 の 合 計 注 入 割 合 は0.45MtCO 2 / 年 及 び0.55MtH 2 S/ 年 であった。 漏 洩 は 検出 されていない。図 5.13 カナダのAlberta 堆 積 盆 の 酸 性 ガス 注 入 サイトの 位 置 :(a) 注 入 ユニットによる 分 類 ;(b) 岩 石タイプで 分 類 した 同 じ 位 置 (from Bachu and Haug, 2005)。西 カナダの 酸 性 ガス 注 入 は、 様 々な 範 囲 の 地 層 及 び 貯 留 層 タイプ、 酸 性 ガス 組 成 、 操 業 条 件 で実 施 されている。 注 入 は、27 箇 所 の 深 部 塩 水 地 層 、19 箇 所 の 枯 渇 した 石 油 及 び/ 又 はガス 貯 留 層 、また4 箇 所 の 枯 渇 した 石 油 とガス 貯 留 層 の 下 に 横 たわる 帯 水 層 地 層 に 行 われている。29 箇 所 で 炭 酸塩 が 貯 留 層 を 形 成 し、 残 り21 箇 所 では 石 英 の 豊 かな 砂 岩 が 支 配 的 である( 図 5.13)。ほとんどの場 合 、 頁 岩 が 上 部 の 拘 束 層 ( 帽 岩 )を 形 成 し、 注 入 領 域 の 残 りの 部 分 は、 隙 間 のない 石 灰 石 、 蒸発 残 留 岩 及 び 無 水 石 膏 で 封 じ 込 められている。1990 年 の 最 初 の 酸 性 ガス 注 入 操 業 以 来 、51ヵ 所 の 異 なる 注 入 サイトが 認 可 され、そのうち44 箇所 が 現 在 も 稼 動 している。 一 件 は 実 施 されず、 三 件 は 操 業 期 間 後 廃 止 になり( 注 入 体 積 が 認 可 制限 に 達 したため、あるいは 酸 性 ガスを 生 成 するガスプラントが 解 体 されたため)、さらに 三 件 のサイトは 貯 留 層 の 過 圧 のために 規 制 機 関 によって 一 時 停 止 させられた。5.2.4.3 廃 液 注 入世 界 の 多 くのサイトで、 大 量 の 廃 液 が 毎 日 深 い 地 面 の 下 に 注 入 されている。 例 えば、 過 去 60 年-238-

間 、 毎 年 約 90 億 ガロンの 危 険 廃 棄 物 (3,410 万 m 3 )が 米 国 の 約 500 箇 所 の 坑 井 から 地 下 塩 水 層 に 注入 されている。さらに7,500 億 ガロン 以 上 (28.43 億 m 3 )の 油 田 塩 水 が 毎 年 150,000 本 の 坑 井 から 注入 されている。これを 総 合 すると、 米 国 の 年 間 注 入 可 能 体 積 は 約 30 億 m 3 である。CO 2 に 換 算 すると、 深 さ1kmで 約 2GtCO 2 の 体 積 に 相 当 する。そのため、 既 存 の 深 部 液 体 注 入 プロジェクトから 得られる 経 験 は、CO 2 地 中 貯 留 にとって 操 業 形 態 と 言 う 点 で 関 連 するものであり、かつCO 2 地 中 貯 留に 必 要 とされる 同 規 模 のものとなる。5.2.5 CO 2 地 中 貯 留 のセキュリティと 期 間炭 化 水 素 とその 他 のガス 及 びCO 2 を 含 む 液 体 が、 何 百 万 年 も 捕 捉 されたままであることは 油田 ・ガス 田 によって 証 明 されている(Magoon and Dow, 1994; Bradshaw et al., 2005)。CO 2 は、その多 くの 物 理 化 学 的 な 固 定 メカニズムを 通 じ、( 炭 化 水 素 と 比 較 して) 地 下 に 留 まる 傾 向 がある。世 界 クラスの 石 油 地 域 では、 石 油 やガスの 貯 留 時 間 は500 万 年 から1 億 年 である。その 他 の 地 域 では、3.5 億 年 である。 一 方 で 小 規 模 な 石 油 蓄 積 のいくつかは、 石 油 を 最 大 14 億 年 も 貯 留 してきた。しかし、 自 然 のトラップで 漏 洩 するものもあり、 慎 重 なサイトの 選 択 (セクション5.3)、 特 徴 把握 (セクション5.4) 及 び 注 入 実 践 (セクション5.5)のニーズが 強 まっている。ボックス5.5 Berlin 天 然 ガス 貯 留 施 設Berlin 天 然 ガス 貯 留 施 設 は、ドイツの 中 央 Berlinに 位 置 し、 高 い 人 口 密 度 と 自 然 と 水 の 保 護 区 が共 存 する 地 域 にある。この 施 設 の 容 量 は10.85 億 m³で、 元 々、 限 られた 季 節 の 量 を 均 衡 化 するための 天 然 ガス 貯 留 ユニットとして 設 計 された。 貯 留 生 産 速 度 450,000m³/hは、 既 存 の 貯 留 坑 井 と 地 表施 設 で 達 成 できる。 施 設 の 地 質 的 、 設 計 的 な 特 徴 や 規 模 は、 小 規 模 なCO 2 貯 留 プロジェクトの 類似 例 として 利 用 可 能 であるが、 消 費 需 要 に 依 存 して 天 然 ガスの 入 出 力 がかなり 変 動 するので、このプロジェクトはより 複 雑 である。 天 然 ガスの 高 い 可 燃 性 と 爆 発 性 、また 逆 にCO 2 の 反 応 性 質 を考 慮 すると、リスクプロファイルも 異 なる。施 設 は 北 German 堆 積 盆 の 東 にあり、オランダからポーランドへ 伸 びる 堆 積 盆 構 造 の 複 合 体 の 一部 である。 砂 岩 貯 留 水 準 は、 海 面 下 約 800mにある。ガス 貯 留 層 は 粘 土 岩 、 無 水 石 膏 及 び 岩 塩 層 で覆 われており、 厚 さは 約 200mである。このサイトには、 複 雑 な 構 造 地 質 と 異 なる 種 類 の 貯 留 層 岩石 がある。3ヵ 所 に 掘 削 した12 本 の 坑 井 が 天 然 ガス 貯 留 作 業 に 利 用 される。 貯 留 砂 岩 タイプが 異 なることは坑 井 仕 上 げについても 異 なる 方 法 を 必 要 とする。 坑 井 もその 生 産 挙 動 には 大 きな 違 いがある。 貯留 坑 井 のウェルヘッド 及 び 水 処 分 坑 井 のウェルヘッドは、 深 さ5mの 地 下 室 にあり、コンクリート盤 で 覆 われ、ワイヤライン 検 層 ができるようにウェルヘッドの 上 に 特 殊 スチールカバーがついている。サイトが 都 市 部 にあるために、 合 計 16 本 の 偏 向 した 貯 留 坑 井 と 水 処 分 坑 井 が4 箇 所 に 集 中 して 設 けられていた。 水 を 悪 影 響 を 及 ぼす 物 質 を 扱 う 施 設 は、 液 体 が 漏 れないコンクリートの 囲 い内 に 設 置 されており、さらに/あるいは 独 自 の 防 水 コンクリートで 囲 われている。5.3 貯 留 サイト、 容 量 及 び 地 理 的 分 布このセクションでは、 次 の 問 題 について 述 べられている:どのタイプの 地 層 にCO 2 を 貯 留 できるか?そのような 地 層 は 広 範 囲 にあるか?どの 程 度 のCO 2 が 地 層 的 に 貯 留 できるのか?-239-

5.3.1 一 般 的 サイト 選 択 基 準様 々な 形 でCO 2 貯 留 に 適 した 堆 積 地 域 は 世 界 中 にたくさんある( 図 2.4-2.6 及 び 図 5.14)。 一 般 に、地 中 貯 留 サイトは(1) 十 分 な 容 量 と 圧 入 性 、(2) 十 分 なシール 帽 岩 又 は 貯 留 ユニット、 及 び(3)貯 留 サイトの 健 全 性 を 損 なわないような 十 分 に 適 した 地 層 環 境 、を 有 していなければならない。堆 積 盆 の 適 合 性 を 評 価 する 基 準 (Bachu, 2000, 2003; Bradshaw et al., 2002)は 次 のとおりである:すなわち、 堆 積 盆 の 特 徴 把 握 ( 地 殻 構 造 活 動 、 堆 積 物 タイプ、 地 熱 及 び 流 体 力 学 領 域 )、 堆 積 盆資 源 ( 炭 化 水 素 、 石 炭 、 岩 塩 )、 産 業 の 成 熟 とインフラ、 及 び 開 発 レベル、 経 済 、 環 境 問 題 、 公衆 教 育 や 考 え 方 などの 社 会 的 課 題 である。図 5.14 世 界 の 堆 積 盆 分 布 (after Bradshaw and Dance, 2005; and USGS, 2001a)。 一 般 に、 堆 積 盆 は 貯 留サイトとして 最 も 見 込 みのある 地 域 である。しかし、 貯 留 サイトは 褶 曲 ベルトの 一 部 の 地 域 また 高 地の 一 部 にも 見 られる。 楯 状 地 は 貯 留 の 見 込 みが 低 い 地 域 を 構 成 する。 図 5.1, 5.11 及 び5.27との 比 較 をするために、ここではメルカトル 図 法 を 使 用 している。 堆 積 盆 の 見 かけの 面 積 を、 特 に 北 半 球 では、 可能 性 のある 貯 留 容 量 の 表 示 としてとらえてはならない。CO 2 貯 留 に 関 する 堆 積 盆 の 適 合 性 は、 大 陸 プレート 上 に 占 める 位 置 に 依 存 している 部 分 がある。大 陸 中 央 部 、あるいは 安 定 した 大 陸 プレートの 端 付 近 に 形 成 された 堆 積 盆 は、その 安 定 性 と 構 造により、 長 期 CO 2 貯 留 に 適 した 優 れた 対 象 である。そのような 堆 積 盆 は、ほとんどの 大 陸 内 部 、大 西 洋 、 北 極 海 、インド 洋 周 辺 に 見 られる。プレート 衝 突 により 形 成 された 山 の 背 後 にある 堆 積盆 の 貯 留 可 能 性 は 大 きいように 思 われ、これらは 南 北 米 国 のRocky Mountain、Appalachian 及 びAndean 堆 積 盆 、Alpsの 真 北 にあるヨーロッパ 堆 積 盆 、CarpathiansやUral 山 脈 の 西 、アジアのZagrosやHimalaya 山 脈 の 南 にある 堆 積 盆 などである。 太 平 洋 周 辺 又 は 地 中 海 北 方 など、 地 殻 構 造 上 活 発-240-

な 地 域 にある 堆 積 盆 は、CO 2 貯 留 にあまり 適 していない。これらの 地 域 のサイトは、CO 2 漏 洩 の 可能 性 があるため 慎 重 に 選 択 しなければならない(Chiodini et al., 2001;Granieri et al., 2003)。 沈 み 込みが 発 生 している、あるいは 活 動 期 の 山 脈 に 挟 まれているようなプレートの 端 に 位 置 した 堆 積 盆は、 強 い 褶 曲 や 断 層 の 影 響 を 受 ける 可 能 性 があり、 貯 留 の 確 実 性 が 少 ない。しかし、 堆 積 盆 は 個 々の 基 礎 に 基 づいて 評 価 しなければならない。 例 えば、Los Angeles 堆 積 盆 及 びCaliforniaのSacramentoValleyは、 相 当 な 炭 化 水 素 蓄 積 が 見 られ、 局 所 的 に 貯 留 容 量 が 高 いことを 実 証 した。CO 2 貯 留 の 可能 性 が 低 いところは、(1) 薄 い(≤1000m)、(2) 貯 留 層 とシールの 関 係 が 不 良 、(3) 多 数 の断 層 や 破 砕 帯 の 存 在 、(4) 褶 曲 帯 の 内 部 、(5) 不 整 合 層 序 が 強 い、(6) 強 い 続 成 作 用 を 受 けている、(7) 過 圧 貯 留 層 が 存 在 する、といった 堆 積 盆 によって 示 されるだろう。単 位 体 積 当 たりの 貯 留 CO 2 量 として 定 義 される 地 層 媒 体 のCO 2 貯 留 効 率 (Brennan and Burruss,2003)は、CO 2 密 度 の 増 加 に 伴 って 増 える。 上 方 移 動 させる 浮 力 は 軽 い 流 体 に 対 して 強 く 作 用 するので、 貯 留 の 安 全 性 も 密 度 の 増 加 に 伴 って 増 える。CO 2 がガス 相 にある 間 、 密 度 は 深 度 の 増 加とともに 大 きく 増 加 するが、ガス 相 から 濃 厚 相 に 移 行 後 は、 若 干 増 加 あるいは 横 ばい 化 し、 温 度勾 配 によってはさらに 深 さが 増 えても 減 少 することさえある(Ennis-King and Paterson, 2001; Bachu,2003)。「 冷 たい」 堆 積 盆 は 低 い 温 度 勾 配 が 特 徴 で、CO 2 貯 留 にはより 好 ましい(Bachu, 2003)。なぜなら、より 深 い 深 度 (1000-1500m)で 液 体 濃 厚 条 件 に 達 する 高 い 温 度 勾 配 が 特 徴 の「 暖 かい」堆 積 盆 より、 浅 い(700-1000m) 深 さでCO 2 がより 高 い 濃 度 になるからである。 貯 留 層 の 深 さ( 地層 が 深 くなると 掘 削 及 び 圧 縮 コスト 増 加 につながる)は、 貯 留 サイトの 選 択 にも 影 響 することがある。十 分 な 多 孔 性 と 厚 さ( 貯 留 容 量 として) 及 び 浸 透 率 ( 注 入 性 )が 決 定 的 要 因 である。 通 常 、 圧密 及 びセメント 接 合 により 深 さとともに 多 孔 性 が 減 少 し、 貯 留 容 量 と 効 率 が 低 下 する。 貯 留 層 は広 範 な 拘 束 層 ( 頁 岩 、 岩 塩 又 は 無 水 石 膏 層 など)でシールされていなくてはならない。それによりCO 2 が 上 部 の 浅 い 岩 石 層 、さらに 最 終 的 には 地 表 へ 逃 げ 出 さないことを 保 証 する。 広 範 に 断 層及 び 破 砕 帯 がある 堆 積 盆 又 はその 一 部 、 特 に 地 震 が 活 発 な 地 域 においては、 断 層 や 破 砕 帯 がシールされていてCO 2 注 入 によりそれらが 開 かない 場 合 は 別 として、CO 2 貯 留 の 良 い 候 補 とするには 注意 深 く 特 徴 を 把 握 する 必 要 がある(Holloway, 1997; Zarlenga et al., 2004)。堆 積 盆 の 地 層 水 の 圧 力 と 流 動 範 囲 は、CO 2 貯 留 サイト 選 択 の 重 要 な 要 素 である(Bachu et al.,1994)。 圧 密 及 び/ 又 は 炭 化 水 素 生 成 により 過 圧 状 態 となった 地 層 にCO 2 を 注 入 することは、 技 術面 と 安 全 面 で 問 題 を 起 こしうるので、そのサイトがCO 2 貯 留 サイトにふさわしくない 可 能 性 がある。 安 定 した 大 陸 プレートの 端 付 近 又 はプレートの 衝 突 で 形 成 された 山 の 背 後 などの、 大 陸 の 内側 に 位 置 する 堆 積 盆 の 低 圧 地 層 は、CO 2 貯 留 に 十 分 適 しているであろう。 滞 留 時 間 の 長 い( 数 百万 年 ) 液 体 が 存 在 する 地 下 深 部 塩 水 層 へのCO 2 貯 留 では、 流 体 力 学 トラップや 鉱 物 トラップがより 考 えられるだろう(セクション5.2)。貯 留 サイトの 選 択 に 際 し、 化 石 燃 料 が 存 在 する 可 能 性 や、その 堆 積 盆 の 探 査 と 開 発 に 対 する 成熟 度 を、 追 加 で 考 慮 する(Bachu, 2000)。 炭 化 水 素 の 探 査 がほとんど 実 施 されていない 堆 積 盆 は、利 用 できる 地 層 情 報 が 限 定 的 、あるいはまだ 発 見 されていない 炭 化 水 素 資 源 を 汚 染 する 可 能 性 があるため、CO 2 貯 留 には 不 確 実 な 対 象 であろう。 対 して、 開 発 が 進 んだ 堆 積 盆 はCO 2 貯 留 の 主 要 な対 象 である。なぜなら(1) 特 徴 がよく 把 握 されている、(2) 炭 化 水 素 貯 留 層 及 び/ 又 は 石 炭 層 が発 見 され 生 産 されている、(3) 一 部 の 石 油 貯 留 層 が 既 に 枯 渇 しているか、ほぼ 枯 渇 している、 又-241-

は 不 経 済 であるとして 廃 棄 されている、(4)CO 2 輸 送 及 び 注 入 に 必 要 なインフラが 既 に 設 置 されている、からである。 開 発 が 進 んだ 堆 積 盆 の 地 下 を 貫 通 する 坑 井 の 存 在 は、 貯 留 サイトの 安 全 性を 損 なう 潜 在 的 なCO 2 漏 洩 経 路 となる 可 能 性 がある(Celia and Bachu, 2003)。しかしWeyburnでは、数 百 の 既 存 坑 井 が 存 在 するにもかかわらず、CO 2 注 入 から4 年 経 過 後 も、 測 定 可 能 な 漏 洩 は 一 切 ない(Strutt et al., 2003)。5.3.2 油 田 ・ガス 田5.3.2.1 廃 棄 した 油 田 ・ガス 田枯 渇 した 石 油 とガス 貯 留 層 がCO 2 貯 留 の 主 要 な 候 補 となるのはいくつか 理 由 がある。 第 一 に、元 々トラップ( 構 造 及 び 層 序 )に 蓄 積 された 石 油 やガスが 逃 げなかったこと(ある 場 合 には 数 百万 年 )で、その 完 全 性 と 安 全 性 を 実 証 している。 第 二 に、ほとんどの 油 田 ・ガス 田 で 地 層 構 造 と物 理 的 特 性 が 広 範 に 研 究 、 評 価 されている。 第 三 に、 炭 化 水 素 の 挙 動 とトラップの 動 き、 位 置 変化 を 予 測 するコンピュータモデルが 石 油 ・ガス 産 業 で 開 発 されている。 最 後 に、 既 に 設 置 されているインフラや 坑 井 の 一 部 がCO 2 貯 留 操 業 に 使 える 可 能 性 がある。 枯 渇 フィールドは、( 炭 化 水素 を 既 に 含 んでいるので)CO 2 による 悪 影 響 を 受 けないだろう。 加 えて、 炭 化 水 素 フィールドがまだ 生 産 中 である 場 合 、CO 2 貯 留 スキームを 石 油 ( 又 はガス) 生 産 を 拡 大 するためように 最 適 化することができる。しかし、 多 くの 開 発 が 進 んだフィールドでは、 廃 棄 坑 井 の 密 封 処 理 が 何 十 年も 前 に 始 まっており、その 方 法 は 単 に 坑 井 を 泥 水 で 満 たすというものであった。 後 に 坑 井 孔 内 にセメントプラグを 戦 略 的 に 配 置 することが 要 求 されるようになったが、それは 将 来 CO 2 のように反 応 性 があり 潜 在 的 に 浮 揚 する 液 体 を 貯 留 する 可 能 性 は 考 慮 していない。そのため、 帽 岩 を 貫 通する 坑 井 の 状 況 は、 評 価 する 必 要 がある(Winter and Bergman, 1993)。 多 くの 場 合 、 坑 井 の 場 所を 確 認 することさえ 難 しいが、 圧 力 及 びトレーサーのモニタリングにより 帽 岩 の 完 全 性 を 確 認 する 必 要 がある。帽 岩 を 損 傷 する 過 剰 圧 力 は 避 ける 必 要 があり、それにより 貯 留 層 の 容 量 が 制 限 される(セクション5.5.3)。 注 入 坑 井 付 近 でのプラギングや 貯 留 層 の 応 力 変 動 によって 生 じる 浸 透 率 の 減 少 に 対し、 貯 留 層 が 敏 感 であってはならない(Kovscek, 2002; Bossie-Codreanu et al., 2003)。 深 さ 約 800m以 下 の 貯 留 層 における 貯 留 は、 技 術 的 、 経 済 的 に 可 能 であるが、CO 2 がガス 相 で 存 在 する 可 能 性がある 浅 い 貯 留 層 の 低 い 貯 留 容 量 が 問 題 となる 可 能 性 がある。5.3.2.2 原 油 増 産 回 収( 注 入 による)CO 2 攻 法 による 石 油 増 産 回 収 (EOR)は、 石 油 生 産 の 増 分 から 経 済 的 利 益 を 得られる 可 能 性 がある。 元 の 石 油 埋 蔵 量 のうち、 通 常 5-40%は 従 来 の 一 次 生 産 で 回 収 される(Holt etal.,1995)。さらに 埋 蔵 量 の10-20%の 石 油 は、 水 攻 法 を 使 用 する 二 次 増 産 回 収 で 生 産 される(Bondor,1992)。CO 2 を 含 む 様 々な 混 合 溶 剤 が 石 油 増 産 ( 三 次 ) 回 収 又 はEORに 使 われるが、 石 油 増 産 回収 増 分 は、そのサイトにある 元 の 石 油 埋 蔵 量 の7-23%( 平 均 13.2%)である(Martin and Taber, 1992;Moritis, 2003)。CO 2 -EORプロジェクトについては、ボックス5.3、ボックス5.6、 図 5.15で 説 明 されている。-242-

図 5.15 地 層 内 に 留 まったCO 2 の 貯 留 を 伴 う 石 油 増 進 回 収 (EOR) 目 的 のCO 2 注 入 (IEA 温 室 ガスR&Dプログラムより)。 油 と 共 に 生 産 されたCO 2 は、 分 離 され、 地 層 に 再 注 入 される。 生 産 CO 2 のリサイクルは、 購 入 しなければならないCO 2 の 量 を 減 らし、 大 気 中 への 排 出 を 防 ぐ。継 続 的 CO 2 注 入 又 は 水 とCO 2 ガスの 交 互 の 注 入 など、 多 くのCO 2 注 入 スキームが 提 案 されてきた(Klins and Farouq Ali, 1982; Klins, 1984)。CO 2 注 入 による 石 油 の 移 動 はCO 2 と 石 油 混 合 相 の 挙 動 に左 右 され、それは 貯 留 層 の 温 度 、 圧 力 、 石 油 組 成 に 強 く 依 存 する。これらのメカニズムは、 非 混和 流 体 の 注 入 ( 低 圧 で)による 石 油 の 膨 張 と 粘 性 の 減 少 から、 高 圧 での 場 合 の 完 全 混 和 移 動 までに 及 ぶ。これらのアプリケーションでは、 注 入 されたCO 2 の50% 以 上 67%までが 生 産 石 油 とともに戻 り(Bondor, 1992)、 通 常 、 操 業 コストを 最 小 にするため、 分 離 されて 貯 留 層 に 再 注 入 される。残 りは、 生 産 されない 層 内 の 石 油 や、 生 産 井 への 流 動 経 路 に 接 続 していない 間 隙 スペースへの 戻すことのできない 飽 和 や 溶 解 などの 様 々な 方 法 により 石 油 貯 留 層 に 捕 捉 される。EOR 操 業 における 増 産 CO 2 貯 留 において、 石 油 貯 留 層 は 追 加 基 準 に 合 致 する 必 要 がある(Klins,1984; Taber et al., 1997; Kovscek, 2002; Shaw and Bachu, 2002)。 一 般 に、 貯 留 層 の 深 さは600m 以 上でなければならない。 重 質 油 から 中 質 油 ( 石 油 比 重 12-25API)については、 非 混 和 流 体 の 注 入 で十 分 であることが 多 い。より 望 ましい 混 和 性 攻 法 は、 粘 性 の 低 い 軽 質 油 ( 石 油 比 重 25-48API)に適 用 できる。 混 和 性 攻 法 については、 石 油 組 成 と 比 重 、 貯 留 層 温 度 、CO 2 純 度 に 依 存 するが、 貯留 層 圧 力 は 貯 留 層 石 油 とCO 2 間 の 混 和 性 を 達 成 するために 必 要 な 最 低 混 和 圧 力 (10-15MPa)より-243-

高 くなければならない(Metcalfe, 1982)。 石 油 を 効 果 的 に 取 り 出 すために 望 まれる 他 の 基 準 は、両 方 のタイプの 攻 法 に 関 して、 比 較 的 薄 い 貯 留 層 (20m 以 下 )、 高 い 貯 留 層 角 度 、 均 質 な 地 層 及び 低 い 垂 直 方 向 浸 透 率 などである。 水 平 貯 留 層 については、 自 然 の 水 流 、 主 要 なガスキャップ、及 び 主 要 な 自 然 亀 裂 が 無 いことが 好 ましい。 貯 留 層 の 厚 さと 浸 透 率 は、 重 要 な 要 因 ではない。貯 留 層 の 不 均 質 性 もCO 2 貯 留 の 効 率 に 影 響 する。 軽 いCO 2 と、 貯 留 層 石 油 や 水 との 密 度 差 はCO 2を 貯 留 層 の 上 部 に 沿 って 移 動 させ、 特 に 貯 留 層 が 比 較 的 均 質 で 浸 透 率 が 高 い 場 合 、CO 2 貯 留 と 石油 増 産 回 収 に 悪 影 響 を 及 ぼす。この 理 由 により、 貯 留 層 の 不 均 質 さが 良 好 な 影 響 を 及 ぼす、すなわちCO 2 の 貯 留 層 上 部 への 上 昇 を 緩 やかにして 側 方 に 広 がるよう 促 すことで 地 層 へのより 完 全 な侵 入 とより 大 きな 貯 留 のポテンシャルを 与 えることがある。(Bondor, 1992; Kovscek, 2002; Flett etal., 2005)。5.3.2.3 ガス 増 産 回 収ガスは 元 の 埋 蔵 量 の95%まで 生 産 することができるが、CO 2 を 枯 渇 ガス 貯 留 層 に 注 入 して 貯 留 層を 再 加 圧 することでガスを 増 産 回 収 できる 可 能 性 がある(van der Burgt et al., 1992; Koide andYamazaki, 2001; Oldenburg etal., 2001)。ガス 増 産 回 収 は、いまのところパイロット 規 模 でのみ 実施 され(Gaz de France K12B Project, Netherlands, 表 5.1)、 一 部 の 著 者 は、 特 に 非 常 に 不 均 質 なフィールドについては、CO 2 注 入 がより 低 いガス 増 産 回 収 係 数 をもたらすことを 示 している(Clemens and Wit, 2002)。ボックス5.6 ColoradoのRangely CO 2 -EORプロジェクト。Rangely CO 2 -EORプロジェクトは、 米 国 のコロラドにあり、Chevronが 運 営 している。CO 2 は、ワイオミングのExxon-Mobil LaBarge 天 然 ガス 処 理 施 設 から 買 い、パイプライン 経 由 で283kmをRangelyフィールドまで 輸 送 している。パイプラインはさらに 分 岐 し、LaBargeから 中 央 ワイオミングのLost Soldier 及 びWertzフィールドまで400km 以 上 CO 2 を 運 び、 現 在 東 ワイオミングのSaltGreekフィールドまで 延 びている。Rangelyフィールドの 砂 岩 貯 留 層 は、1986 年 以 来 、 水 とガスを 交 互 に 注 入 する 方 法 (WAG)によりCO 2 攻 法 が 実 施 されている。1944 年 から1986 年 の 間 に 実 施 された 一 次 及 び 二 次 回 収 により、19 億 USバレル(3.02 億 m 3 )( 元 の 石 油 埋 蔵 量 の21%)の 石 油 を 回 収 した。CO 2 攻 法 の 使 用 により、最 終 的 にはさらに1.29 億 バレル(2,100 万 m 3 )の 石 油 ( 元 の 石 油 埋 蔵 量 の6.8%)の 三 次 回 収 が 予 定されている。2003 年 の 一 日 当 たり 平 均 CO 2 注 入 量 は2.97MtCO 2 / 年 に 相 当 し、 一 日 あたりの 石 油 生 産13,913バレルを 伴 った。 合 計 2.97Mt 注 入 されたうち、リサイクルガスは 約 2.29Mtで、 購 入 ガスは 約0.74Mtである。 現 在 貯 留 された 累 積 CO 2 は22.2Mtと 見 積 もられている。Rangelyフィールドの 簡 単なフローダイヤグラムを 図 5.15に 示 す。Rangelyフィールドは、 範 囲 が78km 2 で、 非 対 称 背 斜 層 である。フィールドの 東 半 分 にある 北 東から 南 西 の 大 きな 断 層 、 及 びその 他 の 断 層 と 破 砕 帯 は、 貯 留 層 内 の 液 体 移 動 に 実 質 的 な 影 響 がある。 砂 岩 貯 留 層 は、 平 均 合 計 厚 さ 及 び 有 効 厚 さがそれぞれ160m 及 び40mで、 平 均 孔 隙 率 12%の、継 続 的 に 形 成 された6 箇 所 の 砂 岩 水 準 ( 深 さ1,675-1,980m)から 成 る。 平 均 浸 透 率 は10mD(Hefnerand Barrow, 1992)である。-244-

2003 年 の 終 わりまでに、248の 稼 動 注 入 坑 井 (うち160がCO 2 注 入 として 使 用 されている)と、348の 稼 動 生 産 坑 井 が 存 在 した。 生 産 されたガスは、 二 つの 平 行 な 単 独 カラム 天 然 ガス 液 体 回 収 施設 により 処 理 され、 続 いて 約 14.5MPaに 圧 縮 される。 圧 縮 生 成 ガス(リサイクルガス)は、ほとんどがWAGプロセスで 再 注 入 するために、 購 入 したCO 2 と 混 合 される。フィールドのCO 2 -EOR 操 業 は、 生 産 、 注 入 、 飲 料 水 地 層 の 保 護 、 地 表 の 使 用 、フレアリング 及び 排 気 に 関 する 政 府 規 制 に 準 拠 する。 多 くのプロトコルがCO 2 の 封 じ 込 めを 保 証 するために 開 始された。 例 えば、 注 入 井 の 事 前 完 全 性 検 証 、 最 初 の 注 入 への 放 射 能 トレース 調 査 の 実 施 、 注 入 輪郭 トレース 調 査 、 力 学 的 完 全 性 テスト、 土 壌 ガス 調 査 及 び24 時 間 フィールドモニタリングなどである。 貯 留 層 からの 地 表 への 放 出 は、170t/ 年 又 は 合 計 貯 留 CO 2 の0.00076% 以 下 という 年 間 漏 洩 率の 検 知 制 限 を 下 回 る(Klusman, 2003)。メタン 漏 洩 は 推 定 400t/ 年 で、これはおそらくCO 2 注 入 圧力 を 増 加 したことにより 元 の 貯 留 層 圧 力 を 超 えたためである。 水 化 学 に 関 する 研 究 により、 注 入されたCO 2 が 水 に 溶 解 し、 第 一 鉄 方 解 石 及 びドロマイトの 溶 解 に 関 与 していることが 分 かっている。 現 在 、CO 2 の 鉱 物 貯 留 につながるような 鉱 物 の 沈 殿 については 何 も 証 拠 はない。5.3.3 地 下 塩 水 層地 下 塩 水 層 は、 高 濃 度 の 溶 解 した 塩 分 を 含 む 地 下 水 又 は 塩 水 で 飽 和 した 深 部 堆 積 岩 である。これらの 地 層 は 広 範 囲 に 広 がっており、 膨 大 な 量 の 水 を 含 むが、 農 業 又 は 人 間 による 消 費 には 不 適切 である。 塩 水 地 下 水 は 地 域 的 に 化 学 産 業 に 使 われ、また 様 々な 塩 度 の 地 層 水 は、 健 康 のための温 泉 や、エンタルピーの 低 い 地 熱 エネルギー 生 成 用 に 利 用 される。 地 熱 利 用 が 見 込 まれるため、潜 在 的 な 地 熱 地 域 はCO 2 貯 留 には 不 適 切 である。 地 中 貯 留 と 地 熱 エネルギーの 組 み 合 わせは 実 行可 能 であるが、 地 熱 エネルギーのポテンシャルが 高 い 地 域 は、 断 層 や 破 砕 の 程 度 が 多 いことや、深 さに 伴 い 温 度 が 急 激 に 上 昇 するため、 一 般 にCO 2 地 中 貯 留 にはあまり 好 ましくない。 非 常 に 乾いた 地 域 では、 地 下 深 部 塩 水 層 は 将 来 水 の 脱 塩 について 検 討 される 可 能 性 がある。北 海 のSleipnerプロジェクトは、 塩 水 地 層 でCO 2 貯 留 プロジェクトとして 最 良 の 実 例 である(ボックス5.1)。それは、 地 中 CO 2 貯 留 のみを 目 的 とする 最 初 の 商 業 規 模 プロジェクトであった。 産出 した 天 然 ガスから 毎 年 約 1MtのCO 2 が 除 去 され、Sleipnerの 地 下 に 注 入 されている。 操 業 は1996年 10 月 に 開 始 し、プロジェクト 期 間 中 、 合 計 20MtCO 2 の 貯 留 が 予 定 されている。Sleipnerスキームの 概 念 図 を 図 5.4に 示 した。CO 2 は 海 底 から 約 800-1,000m 下 の 弱 く 接 合 した 砂 に 注 入 する。 砂 岩 は 二 次 シールの 薄 い 頁 岩 又 は粘 土 層 を 含 み、 注 入 されたCO 2 が 内 部 で 動 く 際 に 影 響 を 与 える。 上 に 横 たわる 一 次 シールは、 広範 な 厚 い 頁 岩 又 は 粘 土 層 である。CO 2 を 注 入 したこの 塩 水 層 は、 非 常 に 大 きな 貯 留 容 量 がある。SleipnerのCO 2 プルームの 行 く 先 と 移 動 は、 経 時 的 な 地 震 探 査 (セクション5.6)により、よく 観測 されている( 図 5.16)。これらの 調 査 は、 貯 留 CO 2 の 行 く 先 と 移 動 に 関 する 概 念 モデルの 向 上 に役 立 っている。 図 5.16に 示 したプルームの 垂 直 断 面 図 は、CO 2 の( 浮 力 による) 上 方 移 動 と、 地 層内 の 低 い 浸 透 層 によりCO 2 の 一 部 が 側 方 に 移 動 し、そのため 広 い 領 域 へのプルームが 広 がるという 現 象 を 示 している。 調 査 はまた、 帽 岩 が 貯 留 層 から 外 への 移 動 を 妨 げていることも 示 している。図 5.16の 地 震 探 査 データは、プルームの 段 階 的 成 長 を 示 す。 今 日 、Sleipnerのプルームの 足 跡 は 約5km 2 に 広 がっている。 貯 留 層 研 究 とシミュレーション(セクション5.4.2)では、 最 終 的 にはCO 2-245-

で 飽 和 した 塩 水 がより 重 くなって 沈 み、 長 期 漏 洩 の 可 能 性 がなくなることが 示 された(Lindebergand Bergmo, 2003)。図 5.16 (a) 北 海 のSleipnerガスフィールドUtsira 砂 岩 層 におけるCO 2 プルームの 地 震 探 査 の 垂 直 断 面 図であり、 時 間 経 過 に 伴 い 発 達 する 様 子 を 示 している。 注 入 ポイント( 黒 い 点 ) 上 部 のCO 2 飽 和 度 が 高 いチムニー(c)と、 貯 留 層 内 の 薄 い 低 浸 透 率 の 層 の 下 にある 砂 岩 にガス 状 で 存 在 するCO 2 による 高 い 音響 反 応 に 相 当 する 明 るい 層 に 注 目 。(b)Sleipnerにおいて 拡 大 するCO 2 プルームの 地 震 探 査 の 水 平 断 面図 であり、 時 間 経 過 に 伴 い 発 達 する 様 子 を 示 している。CO 2 プルームに 特 定 したモニタリングは、2001年 に 完 了 した。そのため、2002 年 のデータは 利 用 できない(courtesy of Andy Chadwick and the CO 2 STOREProject)5.3.4 炭 層石 炭 には 系 の 浸 透 率 に 影 響 を 与 える 亀 裂 (クリート)が 存 在 する。クリートの 間 の 固 形 石 炭 には 非 常 に 多 くの 微 細 孔 隙 があり、クリートからのガス 分 子 が 拡 散 し、しっかりと 吸 着 される。 石炭 は、 物 理 的 に 多 くのガスを 吸 着 することができ、 炭 層 圧 力 で 石 炭 1トンあたり 最 高 25Nm 3 ( 標 準 状態 :1atm 及 び0Cでの 体 積 )のメタンを 含 む。CO 2 ガスに 対 してより 高 い 親 和 性 があり、メタンより 吸 着 しやすい( 図 5.17)。 吸 着 可 能 な 容 積 比 率 は、 無 煙 炭 など 成 熟 した 石 炭 におけるCO 2 :CH 4 =1という 低 い 値 から、 若 い 未 成 熟 の 亜 炭 の10 以 上 という 範 囲 にある。 坑 井 を 通 じて 注 入 したCO 2 ガスは、 石 炭 のクリート 系 を 通 って 流 れ、 石 炭 マトリックスに 拡 散 し、 石 炭 表 面 の 微 細 孔 隙 に 吸 着され、 石 炭 に 対 する 親 和 性 が 低 いガス(すなわちメタン)を 放 出 する。-246-

図 5.17 55C でのTiffany 石 炭 のトン 当 たり 標 準 立 法 フィートで 表 した 純 粋 ガス 絶 対 吸 着 量 (トンあたりSCF)(after Gassem et al., 2002)臨 界 を 越 えた 圧 力 での 石 炭 のCO 2 トラップのプロセスは 良 く 理 解 されていない(Larsen, 2003)。吸 着 が 次 第 に 吸 収 に 取 って 代 わられ、CO 2 が 拡 散 あるいは 石 炭 に「 溶 解 」すると 考 えられる。CO 2は 石 炭 にとって、ガラス 質 の 脆 性 構 造 からゴムのような 塑 性 構 造 へ 遷 移 を 起 こすために 必 要 な 温度 を 下 げる、 一 種 の「 可 塑 剤 」である。ある 事 例 では、3MPaでの 約 400Cから、5.5MPaCO 2 では30ºC 以 下 まで 遷 移 温 度 が 低 下 するとされた(Larsen, 2003)。 遷 移 温 度 は、 石 炭 の 成 熟 度 、マセラル 含 有 量 、 灰 含 有 量 及 び 封 圧 に 依 存 し、 簡 単 にフィールドに 適 用 することはできない。 石 炭 の 塑性 又 は 軟 化 は、CO 2 注 入 を 可 能 にする 浸 透 率 を 低 下 させる。さらに、 石 炭 はCO 2 を 吸 着 及 び/ 又 は吸 収 する 際 に 膨 張 し、 浸 透 率 と 圧 入 性 を 一 桁 あるいはそれ 以 上 減 少 させ(Shi and Durucan, 2005)たり、 注 入 圧 力 を 増 やすことで 対 処 するような 結 果 をもたらしたりする(Clarkson and Bustin, 1997;Palmer and Mansoori,1998; Krooss et al., 2002; Larsen, 2003)。ある 研 究 は、 注 入 されたCO 2 が 石 炭 と反 応 することを 示 唆 し(Zhang et al., 1993)、さらにCO 2 を 低 浸 透 率 の 石 炭 に 注 入 することの 難 しさを 強 調 している。CO 2 を 炭 層 に 注 入 するとメタンを 置 換 することができるので、それによりCBM 増 産 回 収 になる。Allisonプロジェクト(ボックス5.7)やカナダのAlberta 堆 積 盆 (Gunter et al., 2005)では、CO 2 の 臨界 点 に 相 当 するよりもさらに 深 いところでCO 2 の 注 入 が 成 功 している。CO 2 -ECBMは、 従 来 の 貯 留層 圧 力 だけでは50%にすぎなかった 回 収 と 比 較 して、ガスのほぼ90%まで 産 出 メタン 量 を 増 やす 可能 性 を 持 つ(Stevens et al., 1996)。石 炭 の 浸 透 率 は、 貯 留 サイトの 選 択 における 決 定 要 因 の 一 つである。 石 炭 の 浸 透 率 は 様 々だが、-247-

有 効 応 力 の 増 加 によるクリート 閉 鎖 の 結 果 として、 深 さが 増 すにつれ 一 般 に 減 少 する。 世 界 のCBM- 生 産 坑 井 のほとんどは 深 さ1000m 以 内 である。CO 2 -ECBMに 適 した 地 域 を 選 択 する 際 に 提 案 された 最 初 のスクリーニング 基 準 (IEA-GHG,1998)は 以 下 の 通 りである。 十 分 な 浸 透 率 ( 最 低 値 はまだ 決 定 されていない) 適 した 石 炭 の 幾 何 形 状 ( 複 数 の 薄 い 層 よりも 少 数 で 厚 い 層 ) 単 純 な 構 造 ( 最 低 限 の 断 層 と 褶 曲 ) 横 方 向 には 連 続 し、 垂 直 方 向 では 隔 離 されている、 均 質 で 拘 束 された 炭 層 十 分 な 深 さ(1500mまで-それ 以 上 の 深 さはまだ 研 究 されていない) 適 切 なガス 飽 和 条 件 (ECBM 用 の 高 ガス 飽 和 ) 地 層 排 水 能 力しかしながら、より 最 近 の 研 究 では、 相 対 的 なメタンやCO 2 の 吸 着 容 量 が 石 炭 ランクに 依 存 するために、 以 前 に 考 えられていたよりも、 石 炭 のランクが 重 要 な 役 割 を 果 たすことが 示 されている(Reeves et al., 2004)。石 炭 が 採 掘 されたり 減 圧 されたりすることがなければ、CO 2 は 地 質 年 代 にわたり 貯 留 されるが、どのような 地 中 貯 留 オプションであっても 地 層 の 撹 乱 が 貯 留 を 無 効 にする 可 能 性 がある。そのため 将 来 炭 層 に 起 こりうることは、 貯 留 の 適 合 性 と 貯 留 サイト 選 択 の 主 要 な 決 定 要 素 であり、 特 に浅 い 石 炭 層 については、 採 掘 とCO 2 貯 留 が 対 立 する 可 能 性 がある。ボックス5.7 Allison Unit CO 2 -EBMパイロットAllison Unit CO 2 -ECBM 増 産 回 収 パイロットプロジェクトは、 米 国 のSan Juan 堆 積 盆 の 北 NewMexico 部 分 に 位 置 しており、Burlington Resourceが 所 有 、 運 営 している。Allison fieldからの 生 産 は、1989 年 7 月 に 始 まり、ECBM 増 産 回 収 のためのCO 2 注 入 操 業 は1995 年 に 開 始 した。CO 2 注 入 は、パイロット 結 果 を 評 価 するため、2001 年 8 月 に 中 断 された。このパイロットは、 純 粋 にECBM 生 産 目的 のために 行 われたもので、CO 2 モニタリングプログラムは 一 切 実 施 されていない。CO 2 は、ColoradoのMcElmo Domeを 源 としており、( 当 時 は)Shell( 現 在 はKinder-Morgan)CO 2パイプラインを 通 じてサイトに 運 ばれた。Allison Unitは、2.42 億 m 3 /km 2 のCBM 資 源 を 有 している。合 計 1.81 億 m 3 (6.4Bcf)の 天 然 CO 2 が6 年 かけて 貯 留 層 に 注 入 され、その4,500 万 m 3 (1.6Bcf)は 最終 的 には 生 産 により 回 収 され、 純 貯 留 容 積 は277,000tCO 2 となると 予 測 されていた。パイロットは、16のメタン 生 産 坑 井 で 構 成 され、4 本 はCO 2 注 入 井 、1 本 は 圧 力 観 察 坑 井 である。 注 入 操 業 は 約10.4Mpaの 一 定 地 表 注 入 圧 力 で 実 施 された。坑 井 はFruitland 炭 層 Coalで 仕 上 げされ、 頁 岩 でシールされていた。 貯 留 層 は13mの 厚 さがあり、深 さ950mに 位 置 し、 元 々の 貯 留 層 圧 力 は11.5MPaであった。 米 国 エネルギー 省 が 行 った 石 炭 固 定プロジェクトに 基 づいて 実 施 された 研 究 では(www.coal-seq.com)、 詳 細 な 貯 留 層 の 特 徴 付 けとパイロットのモデリングがCOMET2 貯 留 層 シミュレータで 構 築 され、 将 来 のフィールドの 能 力 が様 々な 操 業 条 件 に 基 づいて 予 測 された。本 研 究 は、CO 2 注 入 に 伴 う 顕 著 な 石 炭 浸 透 率 低 下 の 証 拠 を 提 供 している。この 浸 透 率 低 下 は、-248-

圧 入 性 の 二 倍 の 減 少 をもたらした。この 影 響 はメタン 増 産 回 収 の 増 分 と 経 済 性 を 損 なうものである。そのため、この 影 響 を 克 服 及 び/ 又 は 防 ぐ 方 法 を 見 つけることは 将 来 の 調 査 にとって 重 要 な 課題 である。Allison UnitのCO 2 注 入 は、プロジェクト 地 域 内 にある 元 のガス 埋 蔵 量 の 推 定 77%から95%へとメタン 回 収 量 を 増 大 させた。メタン 増 産 回 収 量 は、 注 入 されたCO 2 の 容 積 3に 対 しメタンの 容 積 およそ1の 割 合 である(Reeves et al., 2004)。パイロットの 経 済 的 分 析 は、12%の 割 引 率 と260 万 US$の 初 期 設 備 投 資 を 仮 定 した 場 合 、マイナス627,000US$の 純 現 在 価 値 を 示 しているが、これには 非 在 来 型 の 貯 留 層 からの 生 産 に 対 する 税 額控 除 の 恩 恵 的 影 響 は 含 まれていない。この 分 析 は、ガス 価 格 2.09US$/GJ(2.20US$/MMbtu)( 当時 ) 及 びCO 2 価 格 5.19US$/t(0.30US$/Mcf)に 基 づいている。 財 務 分 析 の 結 果 は、 石 油 とガスのコストに 依 存 して 変 化 し、もし 現 在 のガス 価 格 とCO 2 コストで 分 析 するならば、パイロットは260 万US$の 正 味 現 在 価 値 を 生 み 出 す 結 果 となるであろう。 圧 入 性 が4 倍 向 上 した 場 合 を 推 定 すると(しかし、 依 然 として2.09US$/GJ(2.20US$/MMbtu)を 使 用 )、 現 在 正 味 価 格 は360 万 US$まで 増 加 する。 圧 入 性 ならびに 今 日 のガス 価 格 増 加 を 組 み 合 わせると、パイロットの 現 在 正 味 価 値 は1,500 万US$ 又 は 貯 留 層 に 保 持 されたCO 2 1トンあたり34US$となる(Reeves et al., 2003)。5.3.5 その 他 の 地 層 媒 体その 他 の 地 層 媒 体 及 び/ 又 は 構 造 ( 玄 武 岩 、 石 油 又 はガス 頁 岩 、 岩 塩 の 空 洞 及 び 廃 鉱 など)は、局 所 的 にはCO 2 地 中 貯 留 のニッチなオプションとなりうる。5.3.5.1 玄 武 岩玄 武 岩 のフロー 及 び 層 状 の 貫 入 は 世 界 中 にあり、 大 量 に 存 在 する(McGrail et al., 2003)。 玄 武岩 は、 一 般 に 低 孔 隙 率 、 低 浸 透 率 で、 間 隙 スペースの 連 続 性 は 低 く、 一 般 的 にその 浸 透 性 は、 適切 な 帽 岩 がなければCO 2 を 漏 洩 させるであろう 亀 裂 によるものである。しかしながら、 玄 武 岩 にはCO 2 の 鉱 物 トラップの 可 能 性 がある。それは、 注 入 されたCO 2 は 玄 武 岩 の 珪 酸 塩 と 反 応 して、 炭酸 塩 鉱 物 を 形 成 するからである(McGrailet al., 2003)。さらなる 調 査 が 必 要 ではあるが、 一 般 に玄 武 岩 はCO 2 貯 留 に 適 してはいないと 考 えられている。5.3.5.2 石 油 又 はガスが 豊 富 な 頁 岩石 油 又 はガス 頁 岩 、あるいは 有 機 物 が 豊 富 な 頁 岩 の 堆 積 は、 世 界 中 の 多 く 存 在 している。 石 油頁 岩 のトラップメカニズムは、 有 機 物 にCO 2 が 吸 着 する 石 炭 層 の 場 合 と 似 ている。CO 2 - 頁 岩 -ガス増 産 (ECBMのようなもの)により、 貯 留 コストを 減 らせる 可 能 性 がある。 石 油 又 はガス 頁 岩 におけるCO 2 貯 留 の 可 能 性 は 現 在 判 明 していないが、 大 量 の 頁 岩 は 貯 留 容 量 が 相 当 あることを 示 唆している。 最 低 の 深 さなどサイトの 選 択 基 準 が 開 発 、 適 用 されればその 容 積 は 制 限 されるが、これらの 頁 岩 の 浸 透 率 は 極 めて 低 いので、 大 量 のCO 2 注 入 は 不 可 能 だろう。5.3.5.3 岩 塩 空 洞溶 解 採 掘 により 生 成 された 岩 塩 空 洞 へのCO 2 貯 留 は、 西 カナダやメキシコ 湾 の 岩 塩 や 岩 塩 ドームに 液 化 天 然 ガスや 石 油 製 品 を 貯 留 するため 開 発 された 技 術 を 使 用 する(Dusseault et al., 2004)。単 独 の 岩 塩 空 洞 は500,000m 3 以 上 に 達 する。 岩 塩 空 洞 へのCO 2 貯 留 は、 天 然 ガスや 圧 縮 空 気 貯 留 とは 異 なる。なぜなら 後 者 の 場 合 、 空 洞 は 一 日 から 一 年 の 時 間 スケールで 繰 り 返 し 加 圧 ・ 減 圧 されるが、CO 2 貯 留 は 数 世 紀 から 数 千 年 の 時 間 スケールで 効 果 的 でなければならないからである。 岩-249-

塩 のクリープ 特 性 により、 超 臨 界 のCO 2 で 満 たされた 空 洞 の 内 圧 が 層 の 外 部 応 力 と 均 等 になるまで、 空 洞 容 積 が 減 少 する(Bachu and Dusseault, 2005)。 空 洞 直 径 100mの 単 独 の 空 洞 は 約 0.5Mtの 高濃 度 CO 2 を 保 持 し、 空 洞 を 配 列 することで 大 規 模 貯 留 を 構 築 できる。 空 洞 のシールは、 大 量 のガス 放 出 につながる 漏 洩 や 空 洞 天 井 部 の 崩 壊 を 防 ぐために 重 要 である(Katzung et al.,1996)。 岩 塩空 洞 におけるCO 2 貯 留 の 利 点 は、 単 位 容 積 当 たりの 高 い 貯 留 容 量 (kgCO 2 /m 3 )、 高 効 率 及 び 高 注入 流 量 などである。 欠 点 は、システム 故 障 時 のCO 2 放 出 の 可 能 性 、 各 空 洞 のほとんどが 比 較 的 少容 量 であること、ならびに 溶 解 空 洞 から 排 水 した 塩 水 処 分 の 環 境 問 題 などである。 岩 塩 空 洞 は、CO 2 の 発 生 源 と 貯 留 場 所 の 間 のCO 2 回 収 や 流 通 システムにおける 一 時 貯 留 場 として 使 うこともできる。5.3.5.4 廃 棄 鉱 山CO 2 貯 留 に 関 する 鉱 山 の 適 合 性 は、 採 掘 が 行 われている 岩 石 の 性 質 と 封 入 容 量 に 依 存 する。 火成 及 び 変 成 地 形 に 典 型 的 な、 激 しく 破 砕 された 岩 石 はシールすることが 難 しい。 堆 積 岩 の 鉱 山 は、CO 2 貯 留 の 機 会 がいくらかある( 例 、カリ 鉱 床 や 岩 塩 鉱 山 、 又 は 層 準 規 則 型 鉛 や 亜 鉛 鉱 床 )。 廃棄 炭 鉱 は、 採 掘 後 に 残 った 石 炭 にCO 2 を 吸 着 させるという 点 で、CO 2 を 貯 留 できる 可 能 性 がある(Piessens and Dusar, 2004)。しかし、 炭 鉱 上 部 の 岩 石 は 激 しく 破 砕 されており、ガス 漏 洩 のリスクが 増 す。さらに、 長 期 的 に 安 全 で、 高 圧 、 耐 CO 2 の 立 坑 シールが 開 発 されておらず、シャフトが 破 損 するとCO 2 が 大 量 に 放 出 されることになる。そうは 言 うものの、 米 国 のコロラドでは 廃 棄炭 鉱 に 天 然 ガス 貯 留 施 設 がある。5.3.6 貯 留 容 量 に 対 する 不 純 物 の 影 響CO 2 ガス 流 中 にある 不 純 物 の 存 在 は、トラップメカニズムや 地 層 媒 体 でのCO 2 貯 留 容 量 に 影 響 を与 えるのと 同 様 に、 回 収 、 輸 送 及 び 注 入 の 設 計 プロセスにも 影 響 する(3 及 び4 章 )。 例 えばSO x 、NO x 、H 2 Sなど、CO 2 流 中 の 不 純 物 の 中 には、 危 険 物 としての 分 類 され、 純 粋 なCO 2 に 比 べて 注 入と 処 分 に 対 して 異 なる 要 求 を 課 される 場 合 がある(Bergman et al., 1997)。CO 2 流 のガス 不 純 物 は、注 入 されたCO 2 の 圧 縮 性 に 影 響 し(そのため、その 貯 留 に 必 要 な 容 積 に 影 響 し)、これらのガスが 貯 留 スペースを 占 めるため、 自 由 相 の 貯 留 容 量 を 減 らす。さらに 地 中 貯 留 のタイプによっては、不 純 物 の 存 在 が 別 の 特 別 な 影 響 を 与 えることがある。EOR 操 業 において、 不 純 物 はCO 2 の 石 油 への 溶 解 度 とCO 2 が 石 油 成 分 を 蒸 発 させる 能 力 を 変 えるため、 石 油 の 生 産 に 影 響 する(Metcalfe, 1982)。メタンや 窒 素 は 石 油 の 生 産 を 減 らし、 一 方 硫 化水 素 、プロパン 及 び 重 い 炭 化 水 素 は 逆 の 効 果 をもたらす(Alston et al., 1985; Sebastian et al., 1985)。SO x の 存 在 は 石 油 生 産 を 改 善 するが、 一 方 NO x の 存 在 は 混 和 性 を 遅 らせるので 石 油 生 産 が 減 少 する(Bryantand Lake, 2005)。またO 2 は、 貯 留 層 の 石 油 と 発 熱 反 応 を 起 こす 可 能 性 がある。地 下 深 部 塩 水 層 におけるCO 2 貯 留 の 場 合 、ガス 不 純 物 の 存 在 は 溶 解 と 沈 殿 のプロセスを 通 じてCO 2 貯 留 速 度 と 量 に 影 響 する。さらに、SO 2 又 はO 2 によって 岩 石 マトリックスの 鉱 物 から 重 金 属 の浸 出 が 発 生 する 可 能 性 がある。これまでの 酸 性 ガス 注 入 に 関 する 経 験 (セクション5.2.4.2)は、不 純 物 の 影 響 は 重 要 ではないことを 示 唆 している。しかしKnauss et al.(2005)は、CO 2 と 一 緒 にSO x を 注 入 することが、 非 常 に 異 なる 化 学 、 移 動 及 び 鉱 物 反 応 を 起 こすことを 示 唆 している。 産 業界 として、 純 粋 なCO 2 以 外 に 貯 留 したいガス 組 成 の 範 囲 を 明 確 にする 必 要 がある(Anheden etal.,2005)。それは、CO 2 と 不 純 物 を 同 時 に 貯 留 することで、 環 境 問 題 が 発 生 するかもしれないが、同 時 にコスト 節 約 になる 可 能 性 があるからである。-250-

炭 層 のCO 2 貯 留 の 場 合 、EOR 操 業 と 同 じように、 不 純 物 には 良 い 影 響 あるいは 悪 い 影 響 がある。H 2 S 又 はSO 2 を 含 むガスの 流 れが 石 炭 層 に 注 入 された 場 合 、それらがCO 2 より 石 炭 に 対 して 高 い 親和 性 があるため 優 先 的 に 吸 着 される 可 能 性 があり、 結 果 的 にCO 2 の 貯 留 容 量 を 減 らすことになる(Chikatamarla and Bustin, 2003)。 酸 素 が 存 在 する 場 合 、 石 炭 と 不 可 逆 的 に 反 応 して 吸 着 面 を 減 らし、その 結 果 吸 着 容 量 を 減 らす。 一 方 、 石 炭 を 燃 やした 燃 焼 排 ガスなど、 一 部 の 不 純 なCO 2 廃 棄物 の 流 れ( 一 次 的 にはN 2 + CO 2 )がECBMに 使 われる。なぜならCO 2 はN 2 やCH 4 より 高 い 吸 着 選 択性 を 持 っているために、 石 炭 貯 留 層 によってCO 2 が 取 り 除 かれる( 保 持 される)からである。5.3.7 地 理 的 分 布 と 貯 留 容 量 推 定CO 2 地 中 貯 留 の 可 能 性 があるサイトを 識 別 し、 地 域 的 又 は 局 所 規 模 で 容 量 を 推 定 することは、概 念 的 には 単 純 な 作 業 である。 様 々なトラップメカニズム(セクション5.2.2)による 違 いは、 原則 的 に 以 下 のようになる。 容 積 トラップによる 容 量 は、 利 用 できる 体 積 ( 間 隙 スペース 又 は 孔 )と 現 位 置 圧 力 、 及 びその 温 度 におけるCO 2 濃 度 の 積 である。 溶 解 トラップによる 容 量 は、 地 層 流 体 ( 石 油 貯 留 層 では 石 油 、 地 下 塩 水 層 では、 塩 気 のある水 又 は 塩 水 )で 溶 解 できるCO 2 量 である。 吸 着 トラップによる 容 量 は、 石 炭 の 体 積 とCO 2 を 吸 着 する 能 力 の 積 である。 鉱 物 トラップによる 容 量 は、 炭 酸 塩 沈 殿 に 利 用 できる 鉱 物 と、これらの 反 応 に 使 用 されるCO 2の 量 を 基 本 に 計 算 される。地 層 媒 体 のCO 2 貯 留 容 量 を 見 積 もるために、これらの 単 純 な 方 法 を 適 用 する 際 に 問 題 となるのは、データの 欠 如 、その 不 確 実 性 、データが 利 用 できる 場 合 、その 処 理 に 必 要 なリソース、しばしば 複 数 のトラップメカニズムが 作 用 しているという 事 実 である。これにより、 以 下 の 二 つの 状況 が 作 り 出 された。 世 界 の 容 量 推 定 は、 単 純 化 された 仮 定 により、 非 常 に 単 純 な 方 法 を 使 って 計 算 されているため、信 頼 できない。 特 定 の 国 や 地 域 、あるいは 堆 積 盆 の 推 定 は、より 詳 細 で 正 確 であるが、 依 然 としてデータの 利用 可 能 性 や 使 用 方 法 による 制 限 に 影 響 される。 国 又 は 堆 積 盆 の 容 量 推 定 は、 北 米 、 西 ヨーロッパ、 豪 州 及 び 日 本 についてのみ 利 用 可 能 である。地 理 的 分 布 と 容 量 推 定 に 関 しては 以 下 に 述 べられており、また 表 5.2にまとめられている。表 5.2 複 数 の 地 中 貯 留 オプションに 関 する 貯 留 容 量 ( 貯 留 容 量 は、 非 経 済 的 貯 留 オプションは 含 まない)a これらの 数 字 は、 未 発 見 の 油 田 ・ガス 田 が 本 評 価 に 含 まれる 場 合 、25%まで 上 昇 する。-251-

5.3.7.1 石 油 及 びガス 貯 留 層 での 貯 留このCO 2 貯 留 オプションは、 炭 化 水 素 生 成 堆 積 盆 に 制 限 されており、 数 値 的 には 世 界 の 堆 積 地域 の 半 分 以 下 である。 石 油 又 はガス 埋 蔵 量 が 枯 渇 した 後 、その 貯 留 層 がCO 2 貯 留 に 使 用 できるということは 一 般 的 に 仮 定 されているが、 石 油 又 はガスの 増 産 と 結 びついた 貯 留 がより 早 期 に 実 施される 可 能 性 はある。 詳 細 な 貯 留 層 ごとの 分 析 は 不 足 しているが、CO 2 貯 留 容 量 は 埋 蔵 量 と 生 産のデータベースから 計 算 でき、またそうするべきである( 例 、Winter and Bergman, 1993; Stevens etal., 2001b; Bachu and Shaw, 2003, 2005; Beecy and Kuuskra, 2005)。水 の 侵 食 がほとんどない 炭 化 水 素 貯 留 層 では、 注 入 されたCO 2 は 一 般 に 石 油 及 び/ 又 は 天 然 ガスが 以 前 占 めていた 孔 隙 容 積 を 占 める。しかし、 以 前 の( 炭 化 水 素 飽 和 ) 孔 隙 スペースが 全 てCO 2に 利 用 できるわけではない。なぜなら、 毛 管 現 象 、 粘 性 突 起 及 び 重 力 効 果 により、 一 部 の 残 留 水が 孔 隙 スペースに 捕 捉 されるからである(Stevens et al., 2001c)。( 水 の 流 入 によって 圧 力 が 維 持される) 開 放 系 の 炭 化 水 素 貯 留 層 においては、 毛 管 現 象 やその 他 の 局 所 的 効 果 で 生 じる 容 量 減 少に 加 え、 孔 隙 スペースのかなりの 部 分 に 水 が 浸 入 するので、 貯 留 層 の 完 全 性 を 維 持 するために 再加 圧 が 制 限 される 場 合 、CO 2 貯 留 に 利 用 できる 孔 隙 スペースが 減 少 する。CO 2 による 再 加 圧 が 貯 留層 の 初 期 貯 留 層 圧 力 までに 制 約 されている 場 合 、 西 カナダではこの 損 失 がガス 貯 留 層 で 約 30%、石 油 貯 留 層 で50%と 推 定 されている(Bachu et al., 2004)。 石 油 及 びガス 貯 留 層 についてのここでの 容 量 推 定 は、 水 が 移 動 する 貯 留 層 に 適 しているであろう「 割 引 分 」を 含 んではいない。なぜなら、 水 が 移 動 することの 容 量 への 影 響 を 評 価 するには 個 々のケースについて 詳 細 なサイト 特 有 の貯 留 層 分 析 が 必 要 だからである。油 田 ・ガス 田 に 関 する 多 くの 貯 留 容 量 の 推 定 は、 既 に 生 産 された 石 油 及 びガス 容 量 と、まだ 生産 されずに 残 っており 将 来 利 用 される 埋 蔵 量 の 容 量 と 区 別 していない。 一 部 の 世 界 の 評 価 では、将 来 見 つかるかもしれない 未 発 見 の 油 田 ・ガス 田 の 容 量 をも 推 定 に 加 えている。いつ 油 田 ・ガス田 が 枯 渇 し、CO 2 貯 留 に 利 用 できるようになるかは 不 確 実 である。 油 田 ・ガス 田 の 枯 渇 は、 技 術的 考 慮 というよりは、むしろほとんどが 経 済 に、すなわち 特 に 石 油 やガスの 価 格 に 影 響 される。将 来 経 済 的 考 慮 により、 炭 化 水 素 がもっと 回 収 できるようになった 場 合 には、 枯 渇 しかけているフィールドからの 生 産 を 延 長 することが 可 能 となるが、その 場 合 にはこのようなフィールドへのCO 2 貯 留 の 適 用 が 遅 れることとなる。 現 在 、 世 界 の 大 規 模 な 石 油 ・ガス 田 で 枯 渇 しているものはほとんどない。油 田 ・ガス 田 の 貯 蓄 容 量 について、 様 々な 地 域 的 及 び 世 界 的 推 定 が 行 われている。 地 域 及 び 国単 位 の 評 価 は、 各 地 域 の 既 存 の 及 び 発 見 された 石 油 やガス 田 からのフィールド 埋 蔵 量 に 基 づく「ボトムアップ」 法 を 使 用 している。 使 用 されている 方 法 論 は 異 なるが、 前 に 概 要 を 述 べた 理 由 により、 世 界 的 推 定 よりもこれらの 信 頼 性 の 方 が 高 い。 現 在 のこの 種 の 評 価 は、 北 西 ヨーロッパ、 米国 、カナダ 及 び 豪 州 についてのみ 行 われている。ヨーロッパでは、 一 部 の 油 田 ・ガス 田 のCO 2 貯留 容 量 を 推 定 する 三 回 のボトムアップが 試 みられたが、 北 海 を 含 めるようになって 以 来 、ヨーロッパの 貯 留 容 量 のほとんどを 包 含 している(Holloway, 1996; Wildenborg et al., 2005b)。この 三 回の 研 究 全 てにおいて 使 用 された 方 法 論 は、 炭 化 水 素 の 合 計 貯 留 容 積 がCO 2 に 置 き 換 えられるという 仮 定 に 基 づいている。オペレータによる「 究 極 回 収 可 能 埋 蔵 量 」(URR)の「 推 定 」が、 利 用可 能 であるフィールドについては 使 用 され、そうでない 場 所 については 推 定 された。 続 いて、URRで 占 められる 地 下 容 積 と、 貯 留 層 条 件 に 基 づいてそのスペースに 貯 留 されるCO 2 量 が 計 算 された。未 発 見 の 埋 蔵 量 は 除 外 された。カナダでは、 西 カナダの 全 ての 貯 留 層 について、 現 位 置 圧 力 、 温-252-

度 及 び 孔 隙 容 積 に 基 づき、 産 出 した 埋 蔵 量 ( 元 のサイトにある 石 油 又 はガス 埋 蔵 量 ではない)をCO 2 ( 理 論 的 容 量 )に 置 き 換 えるという 仮 定 がなされた。その 後 、 帯 水 層 浸 入 や 他 の 全 ての 効 果を 計 上 するために 減 少 係 数 が 適 用 された( 効 果 的 容 量 )。 次 に、 深 さ(900-3500m)とサイズ( 実用 的 容 量 )に 関 してこの 値 を 減 少 させた(Bachu and Shaw, 2005)。北 西 ヨーロッパの 貯 留 可 能 性 は、ガス 貯 留 層 については40GtCO 2 以 上 、 油 田 については7GtCO 2と 推 定 されている(Wildenborg et al., 2005b)。ヨーロッパの 推 定 は、 全 ての 埋 蔵 量 に 基 づいている(800m 以 上 に 存 在 する 大 規 模 なフィールドはない)。CO 2 の 密 度 は、ほとんどの 場 合 、フィールドの 深 さ、 圧 力 及 び 温 度 から 計 算 されるが、これらが 利 用 できない 場 合 、 濃 度 700kg/m 3 が 用 いられた。CO 2 貯 留 が 開 始 される 前 のフィールドから 回 収 された 石 油 量 についての 仮 定 は 一 切 ない。またEORによる 三 次 増 産 回 収 は 含 まれていない。 西 カナダでは、AlbertaとWilliston 堆 積 盆 にある各 々1MtCO 2 以 上 の 容 量 がある 貯 留 層 の 実 用 的 CO 2 貯 留 容 量 について、 石 油 貯 留 層 で 約 1GtCO 2 、ガス 貯 留 層 で 約 4GtCO 2 と 推 定 された。 発 見 されている 石 油 とガス 貯 留 層 全 ての 容 量 は、 約 10GtCO 2である(Bachu et al., 2004; Bachu and Shaw, 2005)。カナダについては、 各 貯 留 層 についてCO 2 密度 が 圧 力 と 温 度 から 計 算 された。 石 油 とガス 回 収 量 は、 埋 蔵 量 データベースによるか、 又 は 実 際の 生 産 に 基 づいている。EORに 適 した 貯 留 層 については、どのくらい 生 産 されるのか、どのくらいのCO 2 が 貯 留 されるのかを 推 定 するための 解 析 方 法 が 開 発 されている(Shaw and Bachu, 2002)。 米 国 では、 発 見 されている 油 田 ・ガス 田 への 合 計 貯 留 容 量 は 約 98GtCO 2 と 推 定 されている(Winterand Bergman, 1993;Bergman et al., 1997)。 今 日 までの 生 産 、 及 び 判 明 している 埋 蔵 量 と 資 源 量 に 基 づくデータから、豪 州 がガス 貯 留 層 に 最 大 15GtCO 2 、 石 油 貯 留 層 に 最 大 0.7GtCO 2 の 貯 留 容 量 を 有 していることが 明 らかになった。 豪 州 は、 生 産 可 能 な 容 積 に 注 入 されるCO 2 をフィールド 条 件 によって 再 計 算 するため、フィールドデータを 使 用 した。これらの 地 域 で 発 見 されたフィールドのボトムアップ 評 価 による 合 計 貯 留 容 量 は、170GtCO 2 である。まだ 評 価 されていないが、かなりの 貯 留 可 能 性 が、 中 東 、ロシア、アジア、アフリカ 及 び 中 南米 など、 世 界 中 の 他 の 全 ての 石 油 ・ガス 地 域 に 存 在 することはほぼ 確 実 である。CO 2 -EORに 関 しては、 世 界 的 に61-123GtCO 2 の 地 中 貯 留 容 量 があると 推 定 されているが、 現 在 実施 されているとおり、CO 2 -EORはCO 2 貯 留 を 最 大 化 するようには 設 計 されていない。 実 際 は、 石油 生 産 からの 収 入 を 最 大 にするよう 最 適 化 されており、 多 くの 場 合 貯 留 層 に 保 持 されるCO 2 の 量を 最 小 にすることを 追 求 している。 将 来 、 貯 留 しているCO 2 が 経 済 価 値 を 持 てば、CO 2 貯 留 とEORの 両 方 を 最 適 化 することで、 容 量 推 定 が 増 加 するであろう。ヨーロッパの 研 究 では、EORは 追 加の 収 入 を 生 み 出 すので、CO 2 貯 留 を 行 う 全 ての 石 油 フィールドでEORが 試 みられる 可 能 性 があると 考 えられた。Widenborg et al.(2005b)の 計 算 では、 石 油 のAPI( 米 国 石 油 学 会 (American PetroleumInstitute)) 比 重 に 基 づいて 異 なる 回 収 係 数 を 用 いている。カナダについては、EORの 調 査 報 告 書から 作 成 された 基 準 に 基 づき、 西 カナダの10,000の 全 石 油 貯 留 層 についてEORに 関 する 適 性 が 審査 された。その 審 査 に 合 格 した 石 油 貯 留 層 は、 貯 留 計 算 においてさらに 検 討 される。(Shaw andBachu,2002)。石 油 貯 留 層 の 世 界 的 な 貯 留 容 量 に 関 する 推 定 は、126 GtCO 2 から400GtCO 2 まで 変 化 する(Freund,2001)。これらの 評 価 は、トップダウンで 行 われ、 未 発 見 の 貯 留 層 のポテンシャルも 含 む。これ-253-

に 対 してガス 貯 留 層 におけるCO 2 の 世 界 的 容 量 は800GtCO 2 と 推 定 される(Freund, 2001)。そのため、 発 見 されている 油 田 ・ガス 田 の 最 終 合 計 貯 留 容 量 の 合 計 推 定 値 は、675-900GtCO 2 である 可 能性 が 高 い。 未 発 見 の 油 田 ・ガス 田 を 含 めると、この 数 字 は900-1,200GtCO 2 まで 増 加 するが、 信 頼性 は 低 下 する。 1上 記 と 比 較 して、 北 西 ヨーロッパ、 米 国 、 豪 州 及 びカナダについて、より 詳 細 な 地 域 的 推 定 により、 既 存 の 油 田 ・ガス 田 で 合 計 約 170GtCO 2 の 貯 留 容 量 が 示 された(USGS, 2001a)。これらの国 々で 発 見 された 石 油 とガスの 埋 蔵 量 は 世 界 合 計 の18.9%に 相 当 する。 比 例 関 係 に 基 づいた 世 界 の貯 留 推 定 値 は、 発 見 されている 世 界 の 石 油 とガス 貯 留 層 の 容 量 が900GtCO 2 であり、これはFreud(2001)によるガス 貯 留 層 の 世 界 的 推 定 量 800GtCO 2 (Stevens et al., 2000) 及 び 石 油 貯 留 層 の123GtCO 2 と 同 等 であることから、 水 の 浸 入 は 必 ずしも 考 慮 されていないが 信 頼 できる 値 として 評価 されている。5.3.7.2 地 下 深 部 塩 水 層 の 貯 留世 界 中 の 堆 積 盆 に 存 在 する 地 下 塩 水 層 は、 内 陸 及 び 大 陸 棚 の 両 方 にあり(2 章 及 びセクション5.3.3)、また 炭 化 水 素 地 域 あるいは 石 炭 堆 積 盆 に 限 らない。しかし、 地 下 深 部 塩 水 層 のCO 2 貯 留容 量 の 推 定 は、 現 在 以 下 の 理 由 により 困 難 である。 貯 留 には、 低 浸 透 率 帽 岩 の 下 の 物 理 的 トラップ、 溶 解 及 び 鉱 物 化 など 複 数 のメカニズムがある。 これらのメカニズムは、 同 時 に、あるいは 異 なる 時 間 スケールの 両 方 で 起 こる。 例 えば、CO 2貯 留 の 時 間 枠 は 容 量 推 定 に 影 響 するが、 初 期 は 容 積 貯 留 が 重 要 であり、 後 にはCO 2 の 溶 解 や鉱 物 反 応 などが 重 要 となる。 これらの 様 々なメカニズム 間 の 反 応 と 相 互 作 用 は 非 常 に 複 雑 で、 時 間 とともに 発 展 進 化 し、また 局 所 的 な 条 件 にかなり 依 存 する。 単 独 で、 一 貫 性 を 持 って 広 く 利 用 できるCO 2 貯 留 容 量 推 定 方 法 は 存 在 しない( 様 々な 研 究 は、異 なる 方 法 を 使 用 していて 比 較 ができない)。 通 常 、 限 られた 数 の 地 震 探 査 と 坑 井 データのみが 利 用 できる( 石 油 とガス 貯 留 層 のデータとは 異 なる)。地 下 深 部 塩 水 層 のCO 2 貯 留 容 量 を 評 価 する 難 しさを 理 解 するためには、CO 2 プルームで 展 開 される 様 々なトラップメカニズムの 相 互 作 用 を 理 解 する 必 要 がある(セクション5.2 及 び 図 5.18)。さらに、 地 下 深 部 塩 水 層 の 貯 留 容 量 は、 個 別 のケースに 対 してしか 決 定 できない。1未 発 見 の 石 油 及 びガスの 推 定 は、 現 在 判 明 している 資 源 量 と 比 較 して、 石 油 及 びガスの30% 以 上 が 発 見 されているとするUSGS 評 価 に 基 づく。-254-

図 5.18 注 入 中 及 び 注 入 後 の 大 深 度 地 下 塩 水 層 で 起 こる、 様 々なCO 2 貯 留 メカニズムに 関 する 時 間 的 進展 を 示 す 概 略 図 。これらのプロセスが 生 じる 時 間 や 空 間 的 規 模 が 異 なることで、 貯 留 容 量 を 評 価 することが 複 雑 になる。現 在 、 地 下 深 部 塩 水 層 のCO 2 貯 留 容 量 推 定 のほとんどは、 物 理 トラップ 及 び/ 又 は 溶 解 に 焦 点 をあてている。これらの 推 定 は、CO 2 注 入 、 流 動 及 び 溶 解 と 同 時 には 地 球 化 学 的 反 応 が 一 切 生 じないという 単 純 化 した 仮 定 をしている。 最 近 の 研 究 では、 地 球 化 学 的 反 応 が 重 要 な 影 響 を 持 つには数 千 年 かかることが 示 唆 された(Xu et al., 2003)。 鉱 物 トラップによるCO 2 貯 留 容 量 は、 地 質 の 多孔 性 を 考 慮 する 場 合 、 堆 積 岩 の 単 位 容 積 あたりの 溶 解 容 量 と 同 等 である。ただし、これら 二 つのプロセスの 速 度 と 時 間 枠 は 異 なる(Bachu and Adams,2003; Perkins et al., 2005)。容 量 に 関 する 世 界 的 評 価 が、この 種 のアプローチを 使 って14 回 以 上 の 実 施 された(IEA-GHG,2004)。これらの 研 究 の 推 定 範 囲 は 大 きく(200-56,000GtCO 2 )、これらの 推 定 に 使 用 した 仮 定 が異 なることと、パラメータの 不 確 実 性 の 両 方 を 反 映 している。 推 定 のほとんどは、CO 2 で 数 百 Gtの 範 囲 である。 局 所 的 な 貯 留 層 規 模 におけるCO 2 注 入 の 数 値 シミュレーションにより、 重 力 による 分 離 と 粘 性 突 起 の 結 果 として、CO 2 の 間 隙 スペース 占 有 率 が 約 数 パーセントであることが 示 されている(van der Meer, 1992, 1995; Krom et al., 1993; Ispen and Jacobsen,1996)。Koide et al.(1992)は、 天 然 資 源 埋 蔵 量 を 予 測 する 面 積 法 を 使 用 し、 世 界 の 堆 積 盆 の 合 計 面 積 の1%がCO 2 貯 留 に 使 用できると 仮 定 した。 他 の 研 究 では、 地 層 面 積 の2-6%がCO 2 貯 留 に 使 用 できると 考 えた。しかし、Bradshaw and Dance(2005)は、 堆 積 盆 の 地 理 的 面 積 と 炭 化 水 素 ( 石 油 やガス 埋 蔵 量 )、あるいはCO 2 貯 留 の 間 には、どちらも 相 関 関 係 がないことを 示 した。ヨーロッパの 貯 留 容 量 は、30-577GtCO 2 と 推 定 されている(Holloway, 1996; Bøe et al., 2002;Wildenborg et al., 2005b)。ヨーロッパの 推 定 における 主 な 不 確 実 性 は、 捕 捉 量 (3%と 推 定 )と、2-6%と 推 定 される 貯 留 効 率 である。 貯 留 効 率 は、 浸 透 率 バリアを 有 する 閉 じた 帯 水 層 では2%、ほとんど 無 限 の 広 がりを 持 つ 開 いた 帯 水 層 は6%、ならびに 開 / 閉 状 態 が 分 からない 場 合 は4%と 推 定されている。トラップ 内 の 容 積 は 孔 隙 容 積 の 合 計 に 比 例 すると 仮 定 しているが、それは 必 ずしも-255-

正 しいわけではない。 米 国 の 地 下 深 部 塩 水 層 の 貯 留 容 量 合 計 の 初 期 推 定 は、 最 大 500GtCO 2 であった(Bergman and Winter, 1995)。 米 国 にある 単 独 の 深 部 地 層 、Mound Simon 砂 岩 の 容 量 に 関 する 最近 の 推 定 は160-800GtCO 2 (Guptaet al., 1999)であり、 米 国 の 合 計 貯 留 容 量 の 初 期 推 定 がより 大 きくなる 可 能 性 を 示 している。Bachu and Adams(2003)は、CO 2 が 全 ての 深 部 地 層 で 飽 和 にまで 溶解 すると 仮 定 して、 西 カナダのAlberta 堆 積 盆 の 貯 留 容 量 を 約 4,000GtCO 2 と 推 定 した。あり 得 ないことではあるが、Alberta 堆 積 盆 の 間 隙 水 全 てがCO 2 で 飽 和 されるという 仮 定 の 論 理 的 な 最 大 値 である。 豪 州 の 貯 留 容 量 推 定 740GtCO 2 は、48の 堆 積 盆 における65 箇 所 の 潜 在 的 に 貯 留 可 能 なサイトについて、リスクのある 累 積 容 量 法 で 決 定 された(Bradshaw et al.,2003)。 日 本 の 合 計 容 量 は、1.5-80GtCO 2 と 推 定 されているが、ほとんどが 海 洋 地 層 にある(Tanaka et al., 1995)。これら 推 定 範 囲 の 広 がりのうち、 小 さい 数 字 は 一 般 的 に 自 由 相 のCO 2 が 蓄 積 する 深 部 地 下 塩 水層 の 容 積 トラップの 推 定 貯 留 容 量 である。 大 きい 数 字 は、 主 に 溶 解 、 又 は 鉱 物 トラップというような 付 加 的 な 貯 留 メカニズムに 基 づく。これらの 容 量 推 定 に 使 用 した 様 々な 方 法 とデータから 分か 地 下 深 部 塩 水 層 の 局 所 的 又 は 世 界 的 な 貯 留 容 量 を 推 定 するには 不 確 実 性 が 大 きすぎることが 分かった。ヨーロッパ 及 び 日 本 の 例 では、 最 大 推 定 値 は 低 い 推 定 値 の15から50 倍 大 きい。 同 様 に、貯 留 容 量 の 世 界 的 な 推 定 は、 推 定 方 法 、 不 確 実 性 の 程 度 、 及 び 効 果 的 トラップメカニズムの 考 慮についての 違 いを 反 映 し、100-200,000GtCO 2 という 幅 広 い 範 囲 を 示 す。本 レポートの 評 価 は、 地 下 深 部 塩 水 層 の 世 界 的 貯 留 容 量 は 最 低 でも1000GtCO 2 ある 可 能 性 が 非常 に 高 いというものである。この 評 価 の 根 拠 は、「 未 発 見 の」 油 田 ・ガス 田 の 世 界 的 貯 留 容 量 は約 675-900GtCO 2 であるが、それは 堆 積 盆 の 孔 隙 容 量 のわずかな 部 分 のみ 占 めているだけで、 残 りは 塩 気 のある 水 や 塩 水 で 占 められているという 事 実 である。さらに 石 油 やガス 貯 留 層 は、 世 界 の堆 積 盆 の 約 半 分 にしか 存 在 していない。 加 えて、 地 域 的 な 推 定 から、かなりの 貯 留 容 量 が 利 用 できることが 分 かっている。より 大 量 の 貯 留 容 量 が 大 深 度 塩 水 地 層 で 見 込 める 可 能 性 がある。 文 献では、 最 大 地 中 貯 留 容 量 のしっかりした 推 定 をするには 十 分 ではない。ある 研 究 では、その 値 は1000GtCO 2 より 少 し 多 いにすぎないが、 別 の 研 究 では 上 限 値 が 一 桁 高 い 値 になる 可 能 性 があることを 示 している。この 問 題 を 解 決 するためには、より 多 くの 詳 細 な 地 域 的 、 局 所 的 容 量 の 評 価 が必 要 である。5.3.7.3 炭 層 への 貯 留商 業 的 なCO 2 -ECBM 操 業 は 存 在 しない。また、 炭 層 へのCO 2 貯 留 ポテンシャルについての 包 括 的で 現 実 的 な 評 価 はまだ 実 施 されていない。 通 常 、 商 業 用 CBM 貯 留 層 は1500mより 浅 く、 一 方 でヨーロッパやその 他 の 地 域 での 石 炭 採 掘 は 深 さ1000mに 達 する。CO 2 は、 採 掘 される 可 能 性 がある 炭層 には 貯 留 できないので、CO 2 貯 留 については 比 較 的 狭 い 範 囲 の 深 度 しかない。ECBM 回 収 プロジェクトに 関 する 論 理 的 なCO 2 貯 留 可 能 性 の 予 備 分 析 では、 瀝 青 炭 はメタンの2倍 のCO 2 を 吸 着 すると 仮 定 することで、 世 界 中 の 瀝 青 炭 層 中 に 約 60-200GtCO 2 が 貯 留 できることが示 された(IEA-GHG, 1998)。 最 近 の 北 米 に 関 する 推 定 は、 亜 瀝 青 炭 及 び 亜 炭 を 含 めて、60から90GtCO 2 である(Reeves,2003b; Dooley et al., 2005)。 技 術 的 及 び 経 済 的 考 察 によって、 瀝 青 炭 について 約 7GtCO 2 の 実 際 的 な 貯 留 可 能 性 があることが 示 された(Gale and Freund, 2001; Gale, 2004)。CO 2 は、CBMを 回 収 することなしでは 炭 層 に 貯 留 できないと 仮 定 すると、2003 年 の 米 国 のCBM 年間 生 産 約 0.04 兆 m 3 と 将 来 予 測 される0.20 兆 m 3 の 世 界 的 産 出 レベルを 元 に、3-15GtCO 2 の 貯 留 容 量 が計 算 される。この 計 算 は、 産 出 したCBMのTcfごとに0.1GtCO 2 が 貯 留 (1 兆 m 3 毎 に3.53GtCO 2 )でき-256-

ると 仮 定 しており、Gale(2004)の 結 果 と 十 分 合 致 する。5.3.8 CO 2 排 出 源 と 地 中 貯 留 サイトの 合 致地 中 貯 留 サイトとCO 2 源 を 一 致 させるには、 発 生 源 の 品 質 、 量 、 輸 送 及 び 経 済 的 、 環 境 的 要 因について 詳 細 な 評 価 が 必 要 である。 貯 留 サイトがCO 2 源 からかなり 離 れている 場 合 、 又 は 技 術 的不 確 実 性 が 高 い 場 合 、その 貯 留 は 決 して 実 現 しない。5.3.8.1 局 所 的 研 究CO 2 源 と 潜 在 的 な 貯 留 サイトを 一 致 させることは、 将 来 の 社 会 経 済 的 発 展 の 予 測 を 考 慮 すると、急 速 に 発 展 する 経 済 国 の 一 部 にとっては 特 に 重 要 である。 発 生 源 と 貯 留 サイトの 評 価 は、 数 値 シミュレーション、 排 出 マッピング 及 び 輸 送 ルートの 識 別 とともに、ヨーロッパの 多 数 の 地 域 において 実 施 されている(Holloway, 1996; Larsen et al., 2005)。 日 本 の 研 究 は、 洋 上 貯 留 と 地 中 貯 留 の両 方 を 含 む、20 箇 所 の 内 陸 排 出 地 域 と20 箇 所 の 洋 上 貯 留 層 域 の 間 のつながりをモデル 化 し 最 適 化している(Akimoto et al., 2003)。 予 備 的 研 究 がインド(Garg et al., 2005)やアルゼンチンでも 始まった(Amadeo et al., 2005)。 米 国 については、 地 理 情 報 システム(GIS)と 広 範 な 経 済 分 析 を 利用 した 研 究 (Dooley et al., 2005)が、 発 電 所 の 約 3 分 の2が 潜 在 的 地 中 貯 留 サイトに 近 いが、 数 百 キロメートルの 輸 送 を 必 要 とすることを 示 している。カナダの 堆 積 盆 に 関 する 研 究 がBachu(2003)によって 実 施 された。これにはデータの 種 類 の 説明 と 評 価 プロセスのフローダイヤグラムが 含 まれる。 西 カナダの 堆 積 盆 に 関 する 結 果 は、 堆 積 盆の 石 油 とガス 貯 留 層 の 合 計 容 量 はCO 2 数 Gtである 一 方 、 下 に 横 たわる 地 下 深 部 塩 水 層 の 容 量 は、2から3 桁 高 くなることを 示 している。ほとんどの 主 要 なCO 2 排 出 源 は 潜 在 的 な 貯 留 サイトに 比 較 的近 いが、 北 東 Albertのオイルサンドプラントのような 大 きな 例 外 ( 現 在 、 約 20MtCO 2 / 年 のCO 2 排 出 )もある。豪 州 では、 大 陸 における 地 中 貯 留 サイトの 範 囲 を 識 別 するためにポートフォリオアプローチが実 施 された(Rigget al., 2001; Bradshaw et al., 2002)。 初 期 評 価 は、300の 堆 積 盆 を48の 堆 積 盆 と65の 領 域 に 絞 った。 貯 留 サイトのランク 付 け( 技 術 的 及 び 経 済 的 リスク)と 大 量 のCO 2 排 出 サイトの 近 接 性 をランク 付 けするための 手 法 が 開 発 された。 輸 送 、 貯 留 、モニタリングコスト 及 びモンテカルロ 分 析 を 含 む20-30 年 の 経 済 の 完 全 予 測 を 評 価 する 経 済 モデルを 組 み 込 んで、 地 域 全 体 の 解が 求 められた。この 研 究 は 以 下 の 三 つの 貯 留 推 定 をもたらした。 経 済 的 障 害 は 考 慮 していないが、 現 在 の 排 出 の1600 年 分 に 相 当 する740GtCO 2 の 合 計 容 量 最 寄 の 実 用 可 能 貯 留 サイトと 排 出 源 を 一 致 させることと、 貯 留 についての 経 済 的 インセンティブにより、100-115MtCO 2 / 年 又 は 年 間 定 常 排 出 量 の50%という「 現 実 的 」 容 量 を 決 定 将 来 のCO 2 の 価 値 に 依 存 して 貯 留 容 量 が 増 加 する 可 能 性 のある、20-180MtCO 2 / 年 の「コストカーブ」 容 量5.3.8.2 方 法 及 び 評 価 基 準容 量 評 価 の 様 々なアプローチには 一 部 共 通 性 があるものの、 各 研 究 は、 利 用 できるデータと 資源 、それぞれの 研 究 の 狙 い、 及 び 局 所 的 又 は 地 域 全 体 における 解 決 策 が 考 慮 されているかどうかによって 影 響 を 受 ける。 分 析 の 次 のレベルには、 計 画 あるいはプロジェクトレベルでの 局 所 的 様相 と 詳 細 を 網 羅 することで、 技 術 的 、 環 境 的 、 安 全 性 及 び 経 済 的 基 準 に 基 づき、CO 2 貯 留 サイトのポテンシャルを 篩 い 分 け、 選 択 することが 含 まれる。 最 後 に、 様 々なシナリオを 統 合 し 分 析 す-257-

ることは、 詳 細 な 設 計 及 び 経 済 研 究 の 対 象 となるであろう 潜 在 的 貯 留 サイトの 特 定 につながる。CO 2 貯 留 サイトを 選 択 し、CO 2 源 とそれらを 合 致 させる 際 には、 以 下 の 要 因 が 考 慮 されるべきである(Winter and Bergman, 1993; Bergman et al., 1997; Kovscek, 2002):すなわち、CO 2 ストリームの 容 積 、 純 度 及 び 流 量 ;シールを 含 む 貯 留 サイトの 適 合 性 ; 排 出 源 と 貯 留 サイトの 近 接 ;CO 2 の 回収 と 輸 送 のインフラ; 多 数 の 貯 留 サイトの 存 在 による 多 様 な 可 能 性 ; 損 なわれる 可 能 性 がある 既知 又 は 未 知 のエネルギー、 鉱 物 あるいは 地 下 水 資 源 ; 既 存 の 坑 井 とインフラ; 貯 留 サイトの 実 行可 能 性 と 安 全 性 ; 注 入 戦 略 と、EORとECBMの 場 合 は 坑 井 の 数 とその 間 隔 に 影 響 する 生 産 戦 略 ;地 域 と 敷 設 権 ; 人 口 密 集 域 の 位 置 ; 地 域 における 技 術 成 熟 度 ; 全 体 コストと 経 済 などである。まず 技 術 的 な 基 準 によって、 潜 在 的 なCO 2 貯 留 サイトが 特 定 されるが、 一 旦 最 善 の 候 補 が 選 択されれば、さらなる 検 討 は 経 済 、 安 全 及 び 環 境 的 側 面 について 行 われる。これらの 基 準 は、 貯 留容 量 が 供 給 量 に 適 合 するかどうか、 注 入 速 度 が 供 給 速 度 に 合 致 するかどうかを 確 認 するために、予 想 される 操 業 期 間 について 評 価 されなければならない。その 他 の 問 題 は、 統 合 された 産 業 システムを 形 成 するために、CO 2 源 と 貯 留 サイトが 一 対 一 ベースで 合 致 するかどうか、 又 は 収 集 ・ 回収 と 配 送 ・ 配 布 システムが 実 装 されているかどうかなどである。このようなことを 熟 慮 することは、 供 給 速 度 と 同 様 、スケールメリットによってコストにも 影 響 する。 排 出 源 と 貯 留 が 合 致 する機 会 は、 石 油 又 はガスの 増 産 により 経 済 利 益 が 発 生 するサイトでより 早 くもたらされるだろう(Holtz et al., 2001; van Bergen et al., 2003b)。CO 2 排 出 源 と 貯 留 サイトを 合 致 させるには、 貯 留 容 量 、 圧 入 性 、 封 じ 込 め、サイト 及 び 天 然 資源 という5つのリスク 要 因 について、 技 術 的 リスクを 考 えることが 重 要 である(Bradshaw et al., 2002,2003)。これらの 篩 い 分 け 基 準 により、 大 規 模 な 貯 留 容 量 推 定 に 対 し 現 実 的 なチェックがなされ、さらに 詳 細 な 研 究 を 進 める 地 域 が 決 まる。「コストカーブ」 容 量 を 用 いることは、 貯 留 容 量 推 定がCO 2 のコストに 対 しどのくらい 敏 感 であるかを 識 別 するのに 役 立 ち、その 推 定 をもう 一 段 高 度なものにする。 技 術 的 基 準 を 経 済 評 価 に 組 み 込 むことで、コストがそのプロジェクト 固 有 のものであることが 明 らかになる。5.4 貯 留 候 補 地 点 の 分 析 調 査 と 性 能 予 測CO 2 地 中 貯 留 サイトを 分 析 調 査 する 主 な 目 標 は、 潜 在 的 なCO 2 貯 留 サイトに 貯 留 できる 量 を 査 定し、サイトが 必 要 とされる 貯 留 能 力 の 基 準 に 合 致 すると 示 すことである( 図 5.19)。サイトの 特徴 付 けの 際 には、この 目 標 を 達 成 するために 幅 広 い 種 類 の 地 層 データの 収 集 が 必 要 である。データの 多 くは、 必 然 的 にサイト 固 有 である。ほとんどのデータは 地 層 モデルに 統 合 され、サイトの能 力 をシミュレーションし、 予 測 するために 使 われる。これら、 及 び 関 連 する 問 題 について 以 下で 検 討 する。-258-

図 5.19 CO 2 貯 留 プロジェクトのライフサイクル( 規 制 、モニタリング、 経 済 性 、リスク、 工 学 設 計 などの 課 題 につきサイト 総 合 調 査 が 重 要 である)5.4.1 貯 留 候 補 地 点 の 分 析 調 査貯 留 サイトの 要 件 は、トラップメカニズム 及 び 貯 留 が 予 定 される 地 層 媒 体 に 大 きく 依 存 する-259-

( 例 : 大 深 度 塩 水 地 層 、 枯 渇 した 油 田 ・ガス 田 、 炭 層 )。これらのうちどのオプションかによって、データの 入 手 可 能 性 と 品 質 はかなり 違 ってくる( 表 5.3)。 多 くの 場 合 、 油 田 ・ガス 田 では、関 連 データが 炭 化 水 素 の 探 索 と 生 産 中 に 収 集 されるため、 大 深 度 地 下 塩 水 層 よりも 調 査 分 析 の 精度 が 高 い。しかし、これは 常 に 該 当 するわけではない。 大 深 度 地 下 塩 水 層 において、CO 2 貯 留 に関 係 する 性 質 及 び 能 力 が、 広 い 領 域 にわたって 信 頼 できるレベルで 予 測 できる 例 も 多 い(Chadwicket al., 2003;Bradshaw et al., 2003)。表 5.3CO 2 貯 留 サイトの 特 徴 づけと 選 択 に 使 われるデータタイプ5.4.1.1 データの 種 類貯 留 サイト 及 びその 周 囲 は、 地 質 学 、 水 文 地 質 学 、 地 球 化 学 及 び 地 盤 力 学 についての 調 査 分 析が 必 要 である( 応 力 の 変 化 に 対 応 する 構 造 地 質 学 、 及 び 変 形 )。 貯 留 層 とそのシール 層 とに 調 査分 析 の 最 大 の 重 点 が 置 かれる。しかし、CO 2 が 漏 洩 した 場 合 、 貯 留 層 及 び 帽 岩 の 上 位 層 の 中 を 移動 するため、それらの 層 も 評 価 する 必 要 がある(Haidl et al., 2005)。特 定 の 貯 留 サイトの 特 徴 に 関 して、どの 程 度 取 りまとめて 文 書 化 できるかどうかは、 貯 留 サイトや 近 傍 の 坑 井 から 産 出 されるコア 試 料 及 び 流 体 試 料 など 貯 留 層 から 直 接 得 られたデータ、シールの 効 率 性 をテストするために 実 施 した 圧 力 遷 移 テスト、 反 射 法 地 震 探 査 データ 及 び 地 域 規 模 での 流 体 力 学 圧 力 勾 配 などの 間 接 的 な 遠 隔 検 知 測 定 に 依 存 する。 異 なるタイプのデータを 全 て 統 合するには、そのサイトがCO 2 貯 留 に 適 しているかどうかを 評 価 するための、 信 頼 できるモデルを開 発 する 必 要 がある。第 1 次 スクリーニングに 続 くサイトの 選 定 プロセス 期 間 中 、 詳 しい 貯 留 層 シミュレーション(5.4.2 節 )によって 評 価 し、 貯 留 サイトを 絞 り 込 む 必 要 がある。 貯 留 層 シミュレーションのモデル 作 成 には、 地 層 の 地 球 物 理 学 、 地 質 学 、 水 文 地 質 学 、 及 び 地 盤 工 学 についての 一 連 の 情 報 が 必要 とされる。この 情 報 によって、 適 切 な 規 模 で 既 知 及 び 外 挿 データを 配 置 した 三 次 元 の 地 層 モデルが 作 成 されることになる。 有 用 と 思 われる 基 本 的 なデータ 及 び 情 報 については、その 例 が 表 5.3に 示 されている。財 務 上 の 制 約 により、サイトの 分 析 調 査 及 び 選 定 プロセスの 一 環 として 収 集 できるデータの 種-260-

類 が 制 限 されることがある。 今 日 、サイト 分 析 調 査 について 標 準 的 な 方 法 は 存 在 しない。 現 状 ではっきりしているのは、サイトの 分 析 調 査 に 用 いるデータの 選 択 は、サイト 固 有 を 基 本 とし、 特定 の 地 質 環 境 で 最 も 価 値 のあるデータを 選 ぶ。もちろん、 一 部 のデータはどの 場 合 にも 選 択 されるだろう。 坑 井 及 び 露 頭 からの 地 質 的 なサイトの 説 明 が、 貯 留 層 及 びシールの 性 質 を 特 徴 付 けるために 必 要 になる。 地 震 探 査 は、 地 面 下 の 地 質 構 造 を 明 確 にし、 漏 洩 経 路 となりうる 断 層 又 は 断裂 帯 を 識 別 するために 必 要 である。 地 層 圧 測 定 は、 地 下 水 流 速 とその 方 向 の 分 布 を 明 らかにするために 必 要 である。 深 層 及 び 浅 層 の 地 下 水 がつながっていないことを 確 かめるためには 水 質 試 料が 必 要 である。5.4.1.2 サイト 健 全 性 に 影 響 する 層 序 要 因 の 評 価帽 岩 又 はシール 層 は、 難 浸 透 性 のバリアとなり、 注 入 サイトからCO 2 の 移 動 を 妨 げる(ほとんどの 場 合 は 垂 直 方 向 について、しかし 側 方 に 関 しての 場 合 もある)。シール 性 能 の 完 全 性 については、シール 層 の 空 間 的 分 布 及 び 物 理 的 性 質 に 依 存 する。 理 想 的 には、シール 岩 は、 地 域 的 な 広がりを 持 ち、 特 にその 基 底 部 で 岩 相 が 均 質 であることが 望 ましい。シール 岩 の 基 底 部 に 側 方 変 化がある 場 合 、 主 要 貯 留 層 から 抜 け 出 てより 上 位 区 間 へCO 2 が 移 行 する 可 能 性 が 増 す。しかし、シール 岩 が 均 質 で 地 域 的 な 広 がりかつ 厚 みがある 場 合 、 主 な 問 題 は、 岩 石 の 物 理 的 強 度 、 天 然 のあるいは 人 為 的 な 貫 通 構 造 ( 断 層 、フラクチャー 及 び 坑 井 )、 及 びCO 2 - 水 - 岩 の 反 応 によって、シール 岩 の 性 能 が 劣 化 したり、 孔 隙 率 や 浸 透 率 が 増 大 してしまう 可 能 性 である。天 然 ガス 地 下 貯 蔵 プロジェクトにおける 帽 岩 のフィールド 規 模 浸 透 率 測 定 については、1950 年代 及 び1960 年 代 に 開 発 された 理 論 に 基 づいて、 既 に 方 法 論 が 存 在 している(Hantush and JaCObs,1955; Hantush, 1960)。これらはポンプによる 注 水 試 験 法 であり、 帽 岩 を 横 切 る 方 向 での 漏 洩 率 を測 定 する(Witherspoon et al., 1968)。 関 連 する 試 験 法 としては 他 に 圧 力 リークオフ 試 験 があり、帽 岩 浸 透 率 及 びin-situ 応 力 を 測 定 する。 流 体 の 浸 透 に 抵 抗 するシール 岩 の 能 力 は、 石 油 及 び 天 然 ガス 業 界 で 広 く 使 われている 方 法 である 水 銀 注 入 毛 細 管 圧 力 (MICP) 分 析 法 をコア 試 料 に 適 用 することでも 推 定 できる(Vavra et al.,1992)。MICP 分 析 では、シール 岩 の 網 目 状 の 孔 隙 系 を 水 銀 が 通過 するために 必 要 な 圧 力 を 計 測 する。 分 析 の 結 果 から、シール 層 が 遮 断 可 能 なのは、 特 定 の 流 体( 例 えば、CO 2 )で 飽 和 した 貯 留 層 岩 の、どれだけの 鉛 直 高 さ 分 かという 数 値 が 導 かれる(Gibson-Pooleet al., 2002)。5.4.1.3 サイトの 健 全 性 に 影 響 する 地 盤 工 学 要 因CO 2 を 多 孔 性 で 浸 透 性 を 持 つ 貯 留 岩 に 注 入 する 場 合 、CO 2 は 周 囲 の 地 層 圧 以 上 の 圧 力 で 孔 隙 に 押し 込 まれる。この 圧 力 作 用 は、 貯 留 層 岩 又 はシール 岩 の 変 形 をもたらす 可 能 性 があり、フラクチャーの 開 口 又 は 断 層 面 に 沿 っての 破 砕 にいたることもある。 貯 留 サイトの 評 価 には、 地 下 の 地 盤工 学 モデリングが 必 要 で、 貯 留 サイトが 保 持 可 能 な 最 大 地 層 圧 力 に 焦 点 をあてた 評 価 が 必 須 である。 例 としてWeyburnでは、 初 期 貯 留 層 圧 力 が14.2MPaであったが、この 場 合 の 最 大 注 入 圧 力 ( 破砕 圧 力 の90%)は25-27MPaの 範 囲 内 で、 破 砕 圧 力 は29-31MPaの 範 囲 であった。 地 盤 工 学 - 地 球 化 学の 結 合 モデリングは、フラクチャー 又 は 孔 隙 への 炭 酸 塩 の 沈 積 によって、その 亀 裂 がシールされる 可 能 性 の 評 価 の 際 にも 必 要 となるかもしれない。これらモデリングには、 孔 隙 流 体 組 成 、 鉱 物組 成 、in-situ 応 力 、 孔 隙 流 体 圧 力 、 及 び 既 存 断 層 の 方 向 や 摩 擦 性 質 に 関 する 知 識 を 必 要 とする(Streitand Hillis, 2003; Johnson et al., 2005)。 既 往 の 坑 井 データや 地 震 探 査 データ 及 びリークオフテストからこれらの 推 定 が 可 能 となるが、さらには、 岩 の 強 度 に 関 する 物 理 的 測 定 が 可 能 となれば、 推定 の 結 論 を 強 化 することもできる。 地 域 的 な 広 がりの 規 模 でこの 方 法 を 適 用 することは、-261-

Gibson-Poole et al.(2002)で 報 告 されている。油 田 又 はガス 田 のシール 層 の 有 効 性 は、 毛 管 置 換 圧 力 を 測 定 して 地 中 に 保 持 させることができる 炭 化 水 素 の 鉛 直 高 さ( 上 記 参 照 )を 調 べることで 明 らかにできる。しかし、Jimenez 及 びChalaturnyk(2003)は、 対 象 油 ガス 田 についての 枯 渇 過 程 及 びそれに 続 くCO 2 注 入 過 程 での 地 盤 工学 的 な 変 化 プロセスが、 当 該 油 ガス 田 のシール 岩 の 健 全 性 に 影 響 する 可 能 性 を 論 じている。 生 産開 始 以 前 の 応 力 場 が 生 産 によって 変 化 してしまうことで、 油 ガス 田 においても 断 層 沿 いに 炭 化 水素 ( 石 油 ・ 天 然 ガス)が 移 動 することは 起 こり 得 る。こうした 現 象 は、 石 油 ・ 天 然 ガスの 生 産 活動 によって、 流 体 圧 が 実 質 的 に 減 退 してしまうために 起 こる(Streit and Hillis, 2003)。 誘 起 された 応 力 の 変 化 によって、 地 層 の 圧 密 あるいは、 孔 隙 の 圧 壊 を 招 くかどうか 判 断 することは、 枯 渇油 ガス 田 (のCO 2 貯 留 性 能 を)を 評 価 するにあたって 重 要 である。もし 孔 隙 の 圧 壊 が 起 こってしまえば、 地 層 の 誘 起 破 壊 を 起 させないで、 圧 力 の 減 退 した 油 ガス 田 を 初 期 孔 隙 圧 へと 圧 力 回 復 させることは 非 常 に 困 難 となる。この 場 合 、 最 大 孔 隙 圧 は 小 さい 数 値 になるため、 枯 渇 油 ガス 田 に貯 留 可 能 な 全 量 は、そのようなことが 起 こらない 場 合 での 推 定 値 よりは、かなり 減 少 する。5.4.1.4 サイトの 健 全 性 に 影 響 する 地 球 化 学 的 要 因貯 留 岩 の 孔 隙 系 内 でのCO 2 と 水 の 混 合 によって、 溶 存 形 のCO 2 、 炭 酸 、 重 炭 酸 イオンが 生 成 する。孔 隙 水 が 酸 性 化 することで、CO 2 の 溶 解 可 能 量 は 減 少 する。 結 果 として、 孔 隙 水 pHを 高 い 値 に 緩衝 する( 酸 性 を 減 らす) 岩 石 固 相 の 作 用 によって、CO 2 が 溶 存 形 として 貯 留 されやすくなるという 効 果 も 生 じる(5.2 節 )。CO 2 を 多 量 に 含 む 水 は、 貯 留 岩 又 は 帽 岩 の 基 質 を 構 成 する 鉱 物 や、 当初 からの 孔 隙 水 と 反 応 する。 重 要 なことは、ボーリング 孔 のセメント 及 び 鋼 管 とも 反 応 するということである( 以 下 の 議 論 を 参 照 )。このような 反 応 によって、 鉱 物 の 溶 解 が 起 きて 潜 在 的 には岩 石 ( 又 はセメント)の 基 質 の 崩 壊 を 招 くこともあるし、 一 方 では、これと 異 なり、 鉱 物 沈 積 作用 によって、 孔 隙 系 の 目 詰 まり( 結 果 としては、 浸 透 率 の 減 少 )が 起 こることもある。炭 酸 塩 鉱 物 が 生 成 すれば、それは 不 動 固 相 しての 貯 留 されたCO 2 とみなされ、 効 果 的 なCO 2 隔 離形 態 (5.2 節 )である。 岩 石 の 鉱 物 学 的 組 成 において 石 英 がかなり 優 勢 である 場 合 、 地 球 化 学 的 な過 程 は、 塩 水 へのCO 2 の 単 純 な 溶 解 のみであり、CO 2 - 水 - 岩 石 の 反 応 は 無 視 できる。この 場 合 、 岩 -水 相 互 作 用 の 複 雑 な 地 球 化 学 シミュレーションは 必 要 とされない。しかし、より 複 雑 な 鉱 物 組 成の 場 合 については、 貯 留 層 及 び 帽 岩 試 料 、 及 び 実 際 の 孔 隙 水 液 を 用 いた 実 験 室 の 実 験 データに 基づいて、 洗 練 されたシミュレーションを 実 施 し、より 複 雑 な 系 では 地 球 化 学 反 応 がどのような 効果 をもたらす 可 能 性 があるのかを 完 全 に 評 価 する 必 要 がある(Bachu et al.,1994;Czernichowski-Lauriol et al., 1996; Rochelle et al., 1999, 2004; Gunter et al., 2000)。CO 2 が 高 濃 度 に 存在 しているような 天 然 のシステムから 採 取 された 岩 石 試 料 を 用 いた 研 究 によって、 長 期 には、どのような 反 応 が 生 じるのかのヒントを 得 ることも 可 能 である(Pearce et al.,1996)。ボーリング 孔内 での 反 応 についても、Crolet(1983)、Rochelle et al.(2004) 及 びSchremp and Roberson(1975)によって 考 察 されている。CO 2 ガス 田 のような 天 然 のシステムでは、 固 相 ないし 液 相 のCO 2 との 反応 物 ・ 生 成 物 の 試 料 採 取 も 可 能 であり、 地 球 化 学 モデルを 作 成 し、 数 値 シミュレーションで 検 証することができ、 水 - CO 2 - 岩 の 反 応 についての 量 的 予 測 を 容 易 にすることも 期 待 される(May,1998)。5.4.1.5 貯 留 の 健 全 性 に 影 響 する 人 為 的 要 因5.7.2 節 で 詳 細 に 述 べたとおり、 使 用 中 あるいは 廃 止 してしまった 坑 井 や 立 坑 の 存 在 、また 地 中-262-

での 操 業 行 為 自 体 など、 人 為 的 な 要 因 は、 貯 留 の 安 全 性 に 影 響 する 可 能 性 を 持 つ。 貯 留 層 を 貫 入する 廃 井 は、CO 2 が 貯 留 層 から 地 表 へ 漏 洩 する 近 道 になるため、 懸 念 要 因 として 特 筆 されるものである(Celia and Bachu,2003; Gasda et al., 2004)。そのため、 使 用 中 ないし 廃 止 した 坑 井 の 位 置 情報 や、それらの 実 際 の 状 況 を 分 析 評 価 することは、 個 々の 貯 留 候 補 地 を 調 査 分 析 するときに 重 要な 項 目 となる。 空 中 磁 力 計 調 査 によって 廃 井 を 見 つけることは 可 能 である。ほとんど 廃 井 は 金 属ケーシングを 持 っているが、これは 古 い 時 期 の 掘 削 坑 井 の 場 合 、また 原 油 又 は 天 然 ガス 生 産 目 的で 坑 井 仕 上 げをしなかった 掘 削 坑 井 の 場 合 には 当 てはまらない 可 能 性 がある。 原 油 及 び 天 然 ガスを 生 産 している 国 では、 少 なくとも 近 年 に 掘 削 された 坑 井 については、 地 理 的 データベース 上 に坑 井 の 深 さなどの 情 報 が 記 録 されているだろう。 掘 削 坑 井 ( 石 油 ・ 天 然 ガス・ 鉱 物 探 査 目 的 や 地下 水 採 取 目 的 )の 記 録 について、その 一 貫 性 と 品 質 の 観 点 から 見 ると、 近 年 の 優 良 なものから、特 に 古 い 坑 井 で 記 録 が 存 在 していないものまで 様 々である(Stenhouse et al.,2004)。5.4.2 性 能 予 測 及 びモデリングの 最 適 化CO 2 の 地 下 注 入 について、コンピュータシミュレーションも、フィールドプロジェクトの 設 計及 び 運 用 において 重 要 な 役 割 を 果 たしている。サイトの 貯 留 容 量 予 測 、 又 は 増 産 回 収 プロジェクトでの 増 産 量 予 測 は、 経 済 的 実 行 可 能 性 の 初 期 評 価 に 重 要 である。 同 じように、 経 済 的 評 価 と 連携 して、 注 入 井 戸 の 場 所 、 数 、 設 計 、 深 さを 最 適 化 するためにもシミュレーションは 役 に 立 つ。増 産 回 収 プロジェクトについては、 生 産 量 に 着 目 しつつCO 2 注 入 のタイミングを 計 ることは、 操業 の 成 功 に 重 要 であり、 様 々な 戦 略 の 効 果 はシミュレーションで 評 価 できる。 地 中 でのCO 2 の 長期 分 布 シミュレーション( 例 、 移 動 速 度 及 び 方 向 、 地 層 水 の 溶 解 速 度 )は、 経 済 的 なモニタリング 計 画 の 設 計 に 重 要 である。なぜなら、 監 視 井 の 場 所 や、 地 震 探 査 、 土 壌 ガス 試 料 採 取 、 水 試 料採 取 など 反 復 測 定 の 頻 度 を、シミュレーション 結 果 によって 決 めるからである。 注 入 操 業 期 間 内及 び 監 視 期 間 内 において、シミュレーションモデルはフィールド 観 察 に 合 致 するように 改 良 修 正することが 可 能 であり、その 後 、 新 規 坑 井 掘 削 や 注 入 レート 変 更 など( 石 油 ・ 天 然 ガスの 地 下 からの 生 産 という 意 味 での) 回 収 率 の 向 上 をめざして 操 業 計 画 を 変 更 するときに 用 いられる。5.2 節 では、 貯 留 プロジェクトの 評 価 時 、 考 慮 しなければならない 重 要 な 物 理 、 化 学 及 び 地 盤 工学 プロセスを 説 明 した。 石 油 ・ 天 然 ガス 及 び 地 熱 エネルギー 産 業 で 現 在 使 用 している 数 値 シミュレータは、CO 2 地 中 貯 留 に 必 要 な 重 要 機 能 を 備 えており、CO 2 地 中 貯 留 のモデリングに 特 化 した 最近 及 び 進 行 中 の 開 発 努 力 にとって、 便 利 な 出 発 点 となった。 多 くのシミュレーションコードが、この 目 的 のために 使 用 、 改 良 されてきた(White, 1995; Nitao, 1996; White and Oostrom, 1997; Pruesset al., 1999; Lichtner, 2001; Steefel, 2001; Xu etal., 2003)。シミュレーションコードが 扱 うのは、 多 相 流 過 程 、 化 学 反 応 過 程 、 及 び 地 盤 力 学 過 程 であるが、ほとんどはこれら 諸 過 程 の 一 部 のみを 扱 うのが 普 通 である。 多 様 な 過 程 を 包 括 的 に 処 理 する 能 力は、 現 在 のところ 限 られている。これは、 特 に 多 相 流 と 地 球 化 学 反 応 、とりわけ 地 盤 力 学 とを 結合 させて 取 り 扱 う 場 合 に 当 てはまる。ところで、 地 中 貯 留 候 補 地 の 健 全 性 について 判 断 する 際 には、この 地 盤 力 学 的 な 結 合 シミュレーションが 重 要 である(Rutqvist and Tsang, 2002)。シミュレーションコードが 実 用 的 なエンジニアリングツールとして 信 頼 されるためには、 重 要 な 物 理 過程 ・ 化 学 過 程 について、 正 確 で 信 頼 できるモデル 化 が 可 能 であることを 実 証 する 必 要 がある。 最近 の 開 発 成 果 を 紹 介 すると、 深 い 塩 水 層 へ 注 入 されたCO 2 プルームの 進 化 予 測 や、 廃 井 に 沿 って発 生 するかもしれないCO 2 の 漏 洩 についての 流 量 予 測 について、 解 析 的 なモデルによる 結 果 と、実 用 されている 数 値 シミュレータECLIPSEから 得 られる 結 果 とが、 良 い 一 致 を 見 せている(Celia et-263-

al., 2005; Nordbotten et al., 2005b)。最 近 、 温 室 効 果 ガスの 地 中 貯 留 に 関 する 数 値 シミュレータの 性 能 及 び 正 確 さを 評 価 するため、6カ 国 10 研 究 グループが 参 加 してコードの 国 際 比 較 研 究 が 実 施 された(Pruess et al., 2004)。ここではテスト 問 題 として、 地 下 塩 水 層 、 油 田 及 び 天 然 ガス 田 へのCO 2 貯 留 に 取 り 組 んだ。 国 際 比 較 の結 果 は、 異 なるシミュレータで 得 られた 結 果 にかなりの 一 致 が 見 られたことで 心 強 いものであった。しかし、 一 応 の 一 致 のみしか 得 られなかった 分 野 もあり、また 同 様 にかなりの 不 一 致 が 認 められた 分 野 もあった。結 果 の 不 一 致 の 原 因 のほとんどは、 流 体 の 物 性 値 、 例 えば、 流 体 の 密 度 や 粘 性 率 、あるいはCO 2と 水 の 相 互 溶 解 度 など 違 いに 起 因 するものであった。この 国 際 研 究 では、「 引 き 続 きコード 開 発の 努 力 がなされる 必 要 があるのは 間 違 いないが、 現 在 利 用 できるコードでも、CO 2 地 中 貯 留 で 取り 扱 う 複 雑 な 現 象 を、 強 力 な 方 法 で、かつ 似 たような 数 値 結 果 を 与 えるようモデル 化 できる」と結 論 づけた(Pruess et al., 2004)。もう 一 つ、 似 たようなシミュレーション 相 互 比 較 研 究 が、 炭 層 CO 2 固 定 について、100% 組 成 のCO 2 注 入 とCO 2 を 含 む 燃 焼 排 ガス 組 成 のケースで 実 施 されている(Law etal., 2003)。ここでもまた、様 々なコードでのシミュレーション 結 果 間 に 良 い 一 致 が 観 察 された。コードの 相 互 比 較 は、 数 学的 方 法 及 び 数 値 近 似 解 法 の 適 切 性 をチェックするために 利 用 でき、コード 上 に 表 現 された 物 理 学的 (ないし 化 学 的 )な 過 程 が、 関 係 したどのような 現 象 に 対 して、より 現 実 に 即 しているのかについて 理 解 を 深 めることに 役 立 つ。しかし、 物 理 的 及 び 化 学 的 過 程 を 表 現 しているモデルが、どれだけ 現 実 に 近 いのか、また 正 確 に 現 象 をなぞっているのかについて、 基 準 を 立 てて 論 ずることは 難 しい 作 業 であり、 注 意 深 く 計 画 されデータが 収 集 されているような、 野 外 実 験 や 室 内 実 験 が必 須 である。コンピュータ 上 でシミュレーションモデルが 十 分 に 現 実 世 界 を 再 現 できることを 示した 後 にのみ、 高 い 信 頼 性 が 得 られ、エンジニアリング 設 計 及 び 分 析 に 利 用 できるであろう。 複雑 な 地 中 の 工 学 事 象 についてモデルをキャリブレーションする 方 法 があるが、それが 有 効 であることを 確 信 するには、 時 間 と 費 用 をかけてフィールドテストを 行 う 必 要 である。主 要 な 問 題 点 は、シミュレーションモデルが 依 拠 している 複 雑 な 地 層 モデルには、データの 解釈 、また、ある 場 合 にはデータ 数 の 不 足 に 起 因 するかなりの 不 確 実 性 が 含 まれるという 点 である。坑 井 を 用 いて 測 定 を 実 施 した 場 合 、 原 位 置 での 岩 石 及 び 流 体 の 性 質 に 関 する 情 報 は 提 供 するものの、 坑 井 位 置 以 外 の 場 所 での 別 の 物 性 値 については 統 計 的 方 法 によって 推 計 することが 必 要 になる。 注 入 又 は 生 産 が 既 に 行 われているフィールドにおいてシミュレーション 技 術 を 適 用 する 際 、石 油 天 然 ガス 産 業 では 通 常 、フィールド 観 察 データに 合 致 するよう 地 層 モデルの 一 部 のパラメータを 調 整 することが 行 われる。このことによって、モデルが 正 しいことが 保 証 されるわけではないが、モデルパラメータに 関 する 追 加 制 約 とはなる。 塩 水 地 中 貯 留 の 場 合 、ヒストリーマッチングによって 不 確 実 性 を 減 らそうとすることは、 一 般 的 に 比 較 のための 地 中 データの 不 足 により 可能 であるとは 言 えない。 系 統 的 にパラメータ 変 化 の 計 算 を 実 施 するルーチンや 統 計 的 な 関 数 を 組み 込 むことは、 将 来 の 結 合 型 シミュレータで、 貯 留 の 数 値 シミュレーションにおいて 出 力 結 果 に関 する 不 確 実 性 の 概 算 をするために 必 要 なことである。CO 2 注 入 のフィールドテストは、いくつかの 国 で 進 行 中 又 は 計 画 中 であり、これらのテストによりシミュレーションモデルの 妥 当 性 を 証 明 することができる。 例 えばStatoilのSleipnerプロジェ-264-

クトでは、シミュレーション 結 果 は、3D 繰 り 返 し 地 震 探 査 の 解 釈 に 基 づく 地 中 のCO 2 分 布 情 報 と、良 い 一 致 を 示 す(Lindeberg et al.,2001; van der Meer et al., 2001; 5.4.3 節 も 参 照 )。CanadaのWeyburnプロジェクトでは、 繰 り 返 し 地 震 探 査 及 び 水 化 学 試 料 採 取 結 果 から 得 られたCO 2 分 布 の 情 報 を、シミュレーションモデルを 調 整 するために 使 うことができる(Moberg et al., 2003; White et al.,2004)。地 球 化 学 反 応 の 影 響 を 考 慮 にいれて 注 入 されたCO 2 の 長 期 の 分 布 予 測 をしたところで、それはフィールド 規 模 では 直 接 確 認 できない。なぜなら、これらの 反 応 は 数 百 年 から 数 千 年 かかるからである。しかし、 溶 解 したCO 2 の 対 流 混 合 など、 長 期 予 測 に 係 わる 重 要 なメカニズムについては、そのシミュレーション 結 果 を、 実 験 室 の 類 似 例 との 比 較 してテストできる(Ennis-King and Paterson,2003)。この 問 題 に 対 しては 別 に、 地 球 化 学 反 応 による 変 化 結 果 とシミュレーション 結 果 とを 比較 する 方 法 があり、その 例 としては、 天 然 に 地 中 にCO 2が 蓄 積 しているような 場 での 炭 酸 塩 鉱 物の 沈 積 といった 変 化 である。このような 例 によって 長 期 のCO 2 分 布 に 影 響 するゆっくりした 過 程について 裏 付 けることが 可 能 となる(Johnson et al.,2005)。また、 熱 物 理 的 性 質 について、CO 2そのもの、メタン、 水 、あるいは 不 純 物 としてのH 2 SやSO 2 などとCO 2 との 混 合 系 に 対 して、 信 頼できる 正 確 なデータも 重 要 である。 同 様 に、 排 水 及 び 吸 収 の 条 件 下 での 相 対 浸 透 率 及 び 毛 細 圧 力に 関 するデータも 重 要 である。コード 比 較 研 究 によって、 様 々なシミュレータ 間 に 存 在 する 最 大の 不 一 致 は、これらのパラメータの 不 確 実 性 にまで 遡 ることが 分 かっている。(Pruess et al., 2004)。CO 2 - 水 - 岩 の 相 互 作 用 が、もしあったとしてもごくわずかにすぎないような 地 中 貯 留 サイトについては、 反 応 化 学 的 輸 送 モデリングは 必 要 ないかもしれない。CO 2 - 水 の 反 応 のみ 考 慮 する、より 単純 化 したシミュレーションで 十 分 である。5.4.3 貯 留 サイトの 分 析 調 査 及 び 貯 留 性 能 予 測 の 事 例以 下 は、 二 つのCO 2 貯 留 サイト 分 析 調 査 から 得 られた 事 例 ならびに 教 訓 である: その 二 つとは 実際 に 操 業 しているCO 2 貯 留 サイトの 一 つ( 北 海 のSleipner 天 然 ガス 田 )、 及 び 候 補 地 又 は 理 論 上 のサイト( 北 西 Australiaの 洋 上 、Petrel 亜 堆 積 盆 )である。これらの 研 究 に 共 通 したテーマは 総 合 的学 際 的 アプローチであり、それはどのような 圧 入 サイトにおいても、 十 分 な 記 録 と 監 視 をするために 必 要 とされる。これらの 研 究 からは 学 ぶべき 教 訓 がある。というのも、これら 研 究 では、 後になって 分 かったことではあるが、CO 2 注 入 前 に 検 討 すべきだった 問 題 を 特 定 しているからである。5.4.3.1 SleipnerSleipnerCO 2 注 入 プロジェクト(ボックス5.1)の 研 究 では、 貯 留 対 象 層 の 層 序 についての 詳 細 な知 識 がすでにあることの 利 点 が 強 調 されている(Chadwick et al., 2003)。CO 2 注 入 開 始 の 初 期 に、塩 水 層 内 に 介 在 している 低 浸 透 率 堆 積 物 層 のいくつかと、シール 層 基 部 近 傍 のレンズ 状 の 砂 層 とが、 貯 留 層 内 のCO 2 分 布 の 支 配 要 因 となっていることがはっきり 認 められた( 図 5.16a,b)。CO 2がプルーム 状 に 広 がって 行 くイメージが3D 繰 り 返 し 地 震 探 査 によって 得 られ、 帽 岩 区 間 の 基 部 についての 正 確 な 深 度 マッピングの 必 要 性 がはっきりとした。Sleipnerでは、 貯 留 層 の 上 部 境 界 は、地 域 的 なスケールでほとんど 平 坦 である。そのため、 予 測 深 度 が 実 際 とわずかでも 差 がある 場 合には、CO 2 プルームの 上 方 移 行 パターン 及 びその 速 度 に 大 きく 影 響 することになる。 当 初 に 貯 留層 上 部 境 界 と 解 釈 された 深 度 の、さらにその 上 部 にレンズ 状 砂 層 が 識 別 されマッピングされたことで、CO 2 移 行 の 方 向 についての 予 測 に 重 要 な 変 化 をもたらした( 図 5.16a,b)。 以 上 が 示 すのは、3D 繰 り 返 し 地 震 モニタリング、 及 びモニタリング 結 果 をプロジェクトの 注 入 段 階 でのモデリング-265-

と 統 合 することが、 有 用 ということである。 注 入 が 始 まった 後 にも、 貯 留 サイトの 調 査 分 析 は、精 緻 化 されて 進 められている。5.4.3.2 Petrel 亜 堆 積 盆Australia 北 西 の 洋 上 にあるPetrel 亜 堆 積 盆 の 理 論 的 ケーススタディは、 水 理 及 び 溶 解 の 両 トラップメカニズムを 結 合 させた 考 え 方 で 堆 積 盆 全 体 の 貯 留 ポテンシャルを 検 討 したものであり、 収 集データ 及 び 作 成 されたモデルによって、 貯 留 層 シミュレーション 結 果 がいかに 大 きく 影 響 を 受 けるかを 示 したものであった(Gibson-Poole et al., 2002; Ennis-King et al.,2003)。Petrelの 研 究 は、Sleipnerで 経 験 したのと 同 様 に、 地 質 モデルにおいて、 貯 留 層 区 間 垂 直 浸 透 率 の 値 、また 泥 岩 層 が区 間 内 に 介 在 するかどうかが、CO 2 の 垂 直 移 動 速 度 に 大 きく 影 響 することを 明 らかにした。 貯 留層 シミュレーションでは、 用 いるグリッドサイズが 大 きい 場 合 には、 注 入 期 間 内 でのCO 2 溶 解 速度 が 過 大 評 価 される 傾 向 を 示 し、その 後 の 長 期 的 な 移 行 の 期 間 では 溶 解 速 度 は 過 小 評 価 された。残 留 CO 2 飽 和 率 として 小 さい 値 を 用 いると、 長 期 的 な 移 行 の 期 間 では、 溶 解 速 度 の 増 大 が 認 められ、また 完 全 に 溶 解 する 速 度 は 垂 直 浸 透 率 に 依 存 する 結 果 が 得 られた。どこまで 移 行 してゆくかという 移 行 距 離 については、 溶 解 速 度 及 び 残 留 CO 2 トラップの 程 度 に 依 存 する。Petrel 亜 堆 積 盆 での 分 析 調 査 と 性 能 予 測 研 究 で 得 られた 結 論 は、 水 理 トラップメカニズムが 効 果 的 に 働 くような 貯留 層 とシール 層 の 対 が、この 地 域 に 広 く 分 布 しているということであった(5.2 節 )。このような分 析 調 査 は、 限 られたデータしかない 少 数 の 坑 井 の 資 料 のみを 基 にして 実 施 されるのであるが、類 似 例 の 研 究 によって、 地 層 の 性 質 を 理 解 するため 補 助 とすることもできる。 地 質 的 類 似 例 を 使う 貯 留 シミュレーションの 実 施 は、 理 想 的 な 状 況 ではないが、しばしば 唯 一 のオプションとなってしまう。しかし、シミュレーションで 最 も 感 度 の 高 い 要 素 がどれかを 理 解 すれば、 地 球 科 学 者がデータ 収 集 及 び 解 釈 において 優 先 的 に 取 り 組 む 先 が 決 まってくる。5.5 注 入 井 技 術 及 びサイト 操 業今 までのところ 本 章 では 貯 留 サイトの 性 質 のみ 考 えてきた。しかし、 一 旦 適 切 なサイトが 識 別された 後 、 大 量 のCO 2 (1-10MtCO 2 / 年 )を 地 面 下 に 注 入 し、サイトを 効 果 的 かつ 安 全 に 操 業 するために 利 用 できる 技 術 はあるのだろうか? 本 節 では、 技 術 の 適 用 性 についてのこうした 問 題 を 検討 する。5.5.1 注 入 井 技 術本 章 のはじめで 指 摘 したとおり、CO 2 の 大 規 模 地 中 貯 留 に 必 要 な 技 術 の 多 くは 既 に 存 在 する。石 油 及 び 天 然 ガス 産 業 での 注 入 用 の 坑 井 掘 削 ・ 坑 井 仕 上 げの 技 術 は、 高 度 に 洗 練 されており、 深部 地 層 への 大 深 度 大 偏 距 坑 井 ( 水 平 坑 井 を 含 む)の 掘 削 ・ 仕 上 げ、 多 重 仕 上 げの 坑 井 掘 削 、 腐 食性 流 体 を 取 り 扱 える 坑 井 の 掘 削 や 仕 上 げなどが 可 能 となっている。 石 油 産 業 の 広 範 な 経 験 に 基 づき、CO 2 注 入 井 の 掘 削 、 注 入 、シミュレーション 及 び 仕 上 げの 技 術 は 存 在 し、 現 在 実 施 されているCO 2 貯 留 プロジェクトで 実 際 の 適 用 事 例 を 生 み 出 しつつある。CO 2 注 入 井 の 坑 井 の 設 計 でまず 注意 することは、 圧 力 、 耐 腐 食 性 材 料 、 生 産 及 び 注 入 速 度 となる。CO 2 注 入 井 の 設 計 は、 油 田 での 石 油 生 産 又 は 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 プロジェクトでのガス 注 入 井 設計 に 極 めて 類 似 している。ほとんどの 坑 井 内 機 器 設 備 については、より 高 い 定 格 圧 力 及 び 耐 腐 食性 にアップグレードする 必 要 がある。CO 2 を 扱 う 技 術 は、 既 にEOR 操 業 及 び 酸 性 ガス 処 分 において 開 発 され(5.2.4 節 )、 水 平 坑 井 及 び 大 偏 距 坑 井 は 個 々の 井 戸 からのCO 2 注 入 速 度 を 向 上 させる-266-

ことができる。カナダのWeyburnフィールド(ボックス5.3)は、 水 平 注 入 井 の 使 用 が 原 油 増 産 回収 率 を 向 上 させ、CO 2 貯 留 を 増 加 させた 例 である。 水 平 注 入 井 を 用 いることは、フィールド 開 発全 体 に 必 要 な 注 入 井 の 総 数 を 減 らすことにつながる。 水 平 注 入 井 の 使 用 には、 高 浸 透 率 層 に 偏 って 気 体 が 流 れてしまうことを 抑 制 するような 注 入 形 状 を 作 り 出 すという 追 加 的 な 利 点 がある。貯 留 プロジェクトに 必 要 な 坑 井 数 は、 計 画 の 全 体 の 時 間 当 たり 注 入 量 、 地 層 の 浸 透 率 と 厚 さ、最 大 注 入 圧 力 及 び 注 入 井 掘 削 に 利 用 できる 地 表 面 の 位 置 と 広 さなどといった 数 多 くのパラメータに 依 存 する。 一 般 に、 貯 留 層 が 厚 く、 浸 透 率 が 大 きい 堆 積 物 であって、 水 平 圧 入 井 を 用 いるプロジェクトでは 坑 井 数 が 少 なくて 済 む。 例 えば、CO 2 を 浸 透 率 の 高 い 厚 さ200mの 地 層 に 注 入 しているSleipnerプロジェクトでは、1MtCO 2 / 年 を 注 入 するために 一 本 の 坑 井 のみが 使 用 されている(Korbol and Kaddour, 1994)。 対 照 的 に、アルジェリアのIn Salahプロジェクトでは、CO 2 はより低 い 浸 透 率 の 厚 さ20mの 地 層 に 注 入 されている(Riddiford et al., 2003)。ここでは1MtCO 2 / 年 を 注入 するために、それぞれ1kmを 越 える 穿 孔 仕 上 げ 区 間 をもつ 三 本 の 大 偏 距 水 平 坑 井 が 使 われている( 図 5.5)。コストは、これらの 井 戸 の 数 と 仕 上 げに 適 用 される 技 術 にある 程 度 依 存 する。そのため、 坑 井 数 と 穿 孔 仕 上 げ 区 間 についての 慎 重 な 設 計 と 最 適 化 が 経 済 的 な 貯 留 プロジェクトには重 要 である。注 入 井 及 びその 坑 口 装 置 を、 図 5.20に 図 解 する。 注 入 井 は 普 通 、 坑 井 用 の 二 個 のバルブを 備 えている。 一 個 は 通 常 使 用 、もうひとつは 安 全 確 保 のための 遮 断 用 である。 酸 性 ガスの 注 入 井 では、坑 井 内 安 全 弁 がチュービングに 組 み 込 まれており、 地 上 で 装 置 が 故 障 した 場 合 、 井 戸 は 自 動 的 に逆 流 を 防 ぐために 遮 断 される。Jarrell et al.(2002)は、 大 気 放 出 が 一 切 生 じないように、 全 てのCO 2 関 連 井 に 自 動 遮 断 バルブを 備 えることを 推 奨 している。この 場 合 、CO 2 が 不 注 意 により 注 入 システムへ 逆 流 することを 避 けることができる。 注 入 井 の 典 型 的 な 坑 内 装 置 構 成 として、ダブルグリップパッカー、オンオフツール、 坑 内 遮 断 バルブが 組 み 込 まれる。ケーシングとチュービング間 の 環 状 部 の 圧 力 モニターによって、パッカー 及 びチュービングからの 漏 洩 が 検 出 できる。これは、 迅 速 に 異 常 の 回 復 措 置 を 実 施 するために 必 要 である。 地 表 装 置 内 に 高 圧 が 蓄 積 し 危 険 な 状 態になることを 防 止 し、 大 気 中 へCO 2 を 放 出 することを 避 けるためは、 漏 洩 が 生 じたらただちにCO 2注 入 を 停 止 しなければならない。ラプチュアディスク( 破 裂 板 ) 及 び 安 全 弁 を 用 いることで、 蓄積 圧 力 を 緩 和 することができる。 注 入 井 を 閉 じる 場 合 のことを 考 えると、 余 剰 CO 2 の 取 り 扱 いについて 事 前 に 十 分 な 計 画 が 必 要 である。その 取 扱 法 として、 予 備 注 入 井 の 準 備 やCO 2 の 安 全 な 大気 放 出 ないし 換 気 の 方 策 を 講 じることがある。-267-

図 5.20 CO 2 注 入 井 の 坑 内 及 び 坑 口 設 備 例CO 2 注 入 井 の 適 切 な 保 守 管 理 は、 将 来 の 漏 洩 及 び 坑 井 事 故 を 避 けるために 必 要 である。CO 2 暴 噴( 制 御 されていない 流 出 )の 確 率 を 減 らし、 万 一 悪 影 響 が 起 こった 場 合 それを 緩 和 するための、具 体 的 な 手 順 がいくつか 確 立 されている。 例 をあげると、 掘 削 注 入 井 についての 坑 井 健 全 性 定 期検 査 、 防 爆 防 止 装 置 の 保 守 改 良 、 不 良 坑 井 への 防 爆 防 止 装 置 の 追 加 設 置 、 作 業 グループの 安 全 意識 向 上 策 、 非 常 事 態 対 応 計 画 の 策 定 、 緊 急 対 応 訓 練 などである(Skinner, 2003)。既 存 坑 井 ないし 老 朽 坑 井 からのCO 2 注 入 では、 坑 井 の 機 械 的 な 強 度 等 の 条 件 及 びセメントの 劣化 度 や 坑 井 保 守 管 理 の 状 況 などが 重 要 な 要 素 となる。 坑 井 のアニュラス 部 から 漏 洩 が、CO 2 の 移行 経 路 となりうる。 操 業 者 が 坑 井 の 健 全 性 をチェックするために 実 施 する 計 画 的 な 検 層 によって、地 層 を 保 全 し 複 数 の 貯 留 層 をまたがった 移 行 を 防 止 できる。 注 入 に 使 われる 坑 井 ( 図 5.20)では、パッカーを 用 いて、 注 入 区 間 だけが 高 圧 になるよう 隔 離 されている。 注 入 井 に 使 われる 全 ての 材料 は、 最 大 の 量 ・ 圧 力 ・ 温 度 を 想 定 して 設 計 される。ウェットガス( 遊 離 の 水 分 を 含 有 していること)の 場 合 には、 耐 腐 食 材 の 使 用 は 不 可 欠 である。5.5.2 廃 坑 手 順油 井 、ガス 井 及 び 注 入 井 の 廃 坑 手 順 は、 飲 料 水 用 帯 水 層 を 汚 染 から 保 護 するように 決 まっている。 使 用 されない 坑 井 が 開 放 されたままになっていると、 塩 水 、 炭 化 水 素 、あるいはCO 2 が、 坑井 を 上 方 に 移 行 し 浅 層 部 の 飲 料 用 地 下 水 盆 へと 混 入 する。これを 避 けるため、 多 くの 国 では 坑 井に「 廃 坑 」 又 は「 閉 坑 」の 規 則 を 制 定 してきた( 例 、United States Code of Federal Regulations 40 Part144( 米 国 連 邦 規 則 集 40パート144) 及 びAlberta Energy and Utilities Board(アルバータ 州 エネルギー 公 共 事 業 委 員 会 ), 2003)。これら 規 則 では、 通 例 、 坑 井 の 全 部 又 は 一 部 にセメントによる、あるいは 機 械 的 なプラグを 設 置 することを 要 請 している。 飲 料 水 の 帯 水 層 近 くにある 坑 井 を 封 印 するためには、 通 常 特 別 な 配 慮 をする。ケーシング 坑 井 及 びケーシング 無 しの 坑 井 について、 廃 棄手 順 例 を、 図 5.21に 示 した。プラグの 設 置 位 置 深 度 の 決 定 や、 加 圧 下 での 機 械 的 強 度 の 検 討 のために、しばしば 試 験 を 実 施 する 必 要 がある。-268-

図 5.21 ケーシング 付 きとケーシング 無 しの 場 合 の 廃 坑 技 術 の 現 状 の 例 示 。CO 2 貯 留 用 の 坑 井 の 廃 坑 措置 には 特 別 要 件 ( 耐 腐 食 性 セメントプラグの 使 用 、 注 入 区 間 ケーシング、 帽 岩 区 間 のケーシングのすべて 又 は 一 部 の 除 去 など)が 必 要 となる 可 能 性 がある。CO 2 坑 井 に 関 する 廃 棄 手 順 は、 油 井 ・ガス 井 及 び 酸 性 ガス 処 分 井 についての 廃 棄 方 法 に 多 くを準 拠 することになるであろう。それだけではなく、CO 2 による 劣 化 に 耐 性 を 持 つ 閉 鎖 プラグやセメントを 使 用 するよう、 特 別 な 配 慮 も 要 請 される。 耐 CO 2 セメントが、 油 田 開 発 及 び 地 熱 開 発 に適 用 するため 開 発 されている。 帽 岩 を 貫 入 しているケーシングとライナーを 撤 去 し、 将 来 漏 洩 の経 路 となりうる 鋼 管 の 腐 食 を 避 ける 案 も 提 案 されている。 生 産 井 のケーシングは、 引 き 抜 き 又 は切 削 作 業 により 撤 去 可 能 である。ケーシング 撤 去 後 には 図 5.21で 示 したとおり、 裸 孔 にセメントプラグを 設 置 できる。セメントプラグは、 将 来 のCO 2 移 動 に 対 する 主 要 なバリアの 役 割 を 果 たす。セメントプラグのシール 性 能 、プラグが 貫 入 している 帽 岩 との 結 合 性 能 が、ここでの 主 要 な 問 題 である。 掘 削 又 は切 削 作 業 中 に 坑 井 近 傍 に 生 成 した 微 小 フラクチャーも、セメントでシールされる。 流 体 を 貯 留 層内 に 注 入 し、CO 2 と 置 換 させ、セメントシールの 性 能 と 帽 岩 に 対 する 結 合 度 の 向 上 を 図 ることもある。ケーシング 用 保 護 材 料 、 複 合 材 などの 鋼 管 以 外 のケーシング 材 の 利 用 など、 廃 棄 手 順 の 代替 案 や 将 来 案 についても 検 討 が 必 要 である。 貯 留 工 程 の 完 了 後 、しばらくの 期 間 は、 廃 坑 のシール 性 能 についての 監 視 措 置 が 必 要 となるかもしれない。-269-

5.5.3 坑 井 注 入 圧 力 及 び 貯 留 層 自 体 の 制 約 事 項圧 入 率 (インジェクティビティ)とは、 流 体 の、ある 地 層 への 注 入 されやすさの 度 合 いのことであり、その 定 義 は、 坑 井 内 の 圧 入 点 と 地 層 内 との 圧 力 差 によって 圧 入 流 量 率 を 除 したものである。CO 2 圧 入 率 は 塩 水 の 圧 入 性 に 比 べてかなり 大 きい(なぜなら、CO 2 は 塩 水 より 粘 度 がかなり 低い)はずであるが、 必 ずしもそうではない 場 合 もある。Grigg(2005)は、 西 部 TexasでのCO 2 攻 法事 例 を 分 析 し、プロジェクトの 半 分 以 上 で、 圧 入 性 が 予 想 以 上 に 低 い、 又 は 時 間 の 経 過 とともに減 少 するという 結 論 を 出 した。Christman and Gorell(1990)は、EOR 操 業 で 予 想 外 のCO 2 圧 入 性 挙動 が 観 察 されるのは、 主 として 油 層 における 流 れの 幾 何 パターンや 流 体 物 性 が 予 想 と 相 違 していることに 起 因 していることを 示 した。 圧 入 性 の 変 化 の 原 因 がまだ 良 く 知 られていない 相 対 浸 透 率の 効 果 に 関 連 している 可 能 性 もある。CO 2 を 貯 留 対 象 層 に 入 れるには、 注 入 坑 底 圧 は 貯 留 層 内 流 体 圧 より 高 くなければならない。 一方 で、 地 層 圧 力 の 増 加 は 地 層 にフラクチャーを 生 じさせる 可 能 性 がある。 規 制 当 局 は 通 常 注 入 地層 のフラクチャー 発 生 を 避 けるため、 最 大 坑 底 圧 への 制 限 を 加 えている。 原 位 置 地 層 応 力 及 び 孔隙 流 体 圧 の 測 定 は、 安 全 な 注 入 圧 力 を 決 定 するために 必 要 である。 生 産 によって 流 体 圧 力 が 減 少することは、 貯 留 層 の 応 力 状 態 に 影 響 を 与 える 可 能 性 がある。 枯 渇 油 ガス 層 に 関 するある 調 査 分析 によると、 孔 隙 圧 力 の50-80% 減 少 により、 水 平 方 向 応 力 が 減 少 し、 貯 留 層 岩 内 でのフラクチャー 生 成 の 可 能 性 が 増 大 している 例 がある(Streit and Hillis, 2003)。安 全 な 注 入 圧 力 は、 堆 積 盆 の 応 力 状 態 と 地 殻 構 造 上 の 歴 史 により 広 範 に 変 化 する。 規 制 当 局 は、特 定 の 原 油 及 びガス 地 域 における 経 験 から 安 全 な 注 入 圧 力 を 決 定 している。Van der Meer(1996)は、 最 大 安 全 注 入 圧 力 についての 関 係 式 を 導 いている。この 関 係 式 によれば、1000m 深 までの 深度 については、 最 大 安 全 注 入 圧 力 は 静 水 圧 の1.35 倍 と 見 積 もられ、さらに 深 さ1-5kmについて、この 係 数 は2.4と 大 きい 値 を 与 えている。ドイツでの 帯 水 層 への 天 然 ガス 貯 蔵 では、 許 容 される 最 大圧 力 勾 配 は16.8kPa/mである(Sedlacek, 1999)。この 値 は、ドイツ 北 東 部 の 地 層 水 の 自 然 状 態 での圧 力 勾 配 値 ( 約 10.5-13.1kPa/m)より 大 きい。デンマーク 又 は 英 国 では、 天 然 ガス 帯 水 層 貯 留 において、 最 大 圧 力 勾 配 値 は、 静 水 圧 勾 配 を 超 えてはならないとされる。 米 国 では、 産 業 排 水 処 分 目的 の 注 入 井 については、 注 入 圧 力 は 注 入 地 層 のフラクチャー 発 生 圧 力 ないしは 進 展 圧 力 を 超 えてはならない(USEPA, 1994)。 油 田 及 びガス 田 での 注 入 井 については、 注 入 圧 力 は、 閉 じ 込 め 層 のフラクチャー 発 生 圧 力 ないしはフラクチャー 進 展 圧 力 を 超 えてはならないとされる。 米 国 では、各 州 が、 最 大 注 入 圧 力 を 決 めることができる 指 定 規 制 当 局 となっている。1990 年 代 までに、 米 国の 多 くの 州 では 各 州 内 全 体 に 適 用 される 最 大 注 入 圧 力 基 準 を 設 定 し、その 値 は13から18kPa/mの 範囲 である。 最 近 では、 最 大 注 入 圧 力 を 決 めるにはサイト 固 有 の 試 験 を 必 要 とする 方 向 に 規 制 が 変更 されつつある。 米 国 環 境 保 護 庁 (USEPA)の 地 下 注 入 制 御 基 準 (UIC プログラム)におけるこれまでの 経 験 によれば、フラクチャー 発 生 の 圧 力 範 囲 は11から21kPa/mである。5.5.4 操 業 及 び 地 表 施 設EOR 事 業 としてのCO 2 貯 留 プロジェクト 及 び 酸 性 ガス 注 入 事 業 から 進 行 中 のものをいくつか 選んで、その 注 入 率 を 図 5.22で 比 較 した。 示 されたとおり、500MW 石 炭 焚 き 火 力 発 電 所 についてのCO 2 注 入 量 は、EOR 事 業 での 注 入 作 業 によって 経 験 のある 範 囲 内 に 収 まる。これらの 事 例 から、今 後 、 地 中 貯 留 の 実 施 体 制 が 安 全 にかつ 効 果 的 に、 進 展 ・ 操 業 ・ 管 理 されるためにはどうしたらよいかが、 判 明 するであろう。-270-

図 5.22 CO 2 注 入 操 業 の 規 模 についての 比 較 (500MW 級 石 炭 火 力 発 電 所 相 当 の 貯 留 規 模 は 既 存 CO 2 注 入操 業 の 規 模 に 匹 敵 している)(after Heinrich et al., 2003)。CO 2 -EOR 操 業 における 作 業 は、 三 つのグループに 区 分 けされる(Jarrell et al., 2002)。 貯 留 層 管 理 - 何 を 注 入 するのか、 注 入 速 度 、 注 入 量 の 総 量 、 水 -ガス 交 互 圧 入 (WAG)の 管理 手 法 、 掃 攻 効 率 の 最 大 化 方 策 など。 坑 井 管 理 – 生 産 管 理 と 油 井 改 修 計 画 ( 改 修 作 業 ・ 化 学 処 理 ・ 及 びCO 2 ブレークスルーなどの計 画 を 含 む)。 施 設 管 理 - 再 注 入 プラント、 分 離 、 測 定 、 腐 食 管 理 、 施 設 単 位 の 編 成通 例 、CO 2 はその 排 出 源 からEORサイトへパイプライン 経 由 で 輸 送 され、 通 常 は 圧 縮 工 程 を 経て、 注 入 井 を 通 じて 対 象 層 に 注 入 される。コンプレッサに 入 れる 前 に、 吸 込 スクラバーによってCO 2 ストリームにある 残 留 液 体 は 除 去 される。EOR 操 業 では、 生 産 井 からの 石 油 及 び 水 と 一 緒 に回 収 されるCO 2 は、 再 度 、 注 入 井 を 通 じ 注 入 される。CO 2 -ECBM 技 術 が 実 際 に 適 用 される 場 合 でも、 大 きく 見 てEOR 操 業 に 類 似 する。CO 2 はCBMフィールドに 輸 送 され、 専 用 注 入 井 を 通 じて 石 炭 層 に 注 入 される。 生 産 井 では、 炭 層 ガス 及 び 地 層水 が 電 動 ポンプで 表 面 に 汲 み 上 げられる。Jarrell et al.(2002)によれば、CO 2 -EORプロジェクトの 地 表 施 設 には 次 のものが 含 まれる。 生 産 システム: 流 体 分 離 システム、ガス 回 収 システム、 分 岐 生 産 システム、 液 体 回 収 システム、 非 常 用 電 源 システム、 生 産 井 坑 口 圧 縮 装 置 ・ 同 緊 急 遮 断 システム 注 入 システム:ガス 再 加 圧 システム、 注 水 システム、CO 2 分 配 供 給 システム ガス 処 理 システム:ガス 処 理 プラント、H2S 除 去 システム、 硫 黄 回 収 ・ 処 分 システムJarrell et al.(2002)は、CO 2 施 設 は、 従 来 の 水 攻 法 操 業 施 設 に 類 似 の 構 成 になるだろうと 指 摘 し-271-

ている。ただ 多 相 流 を 扱 うことに 伴 う 違 いがあり、 異 なる 材 料 を 選 択 し、より 高 い 圧 力 での 操 業となる。Weyburn 油 田 地 域 でのCO 2 フィールド 操 業 の 様 子 を、 図 5.23に 示 す。CO2 注 入 井石 油 生 産 井図 5.23 CO 2 圧 入 事 業 の 操 業 例 :Weyburn の 地 表 施 設物 理 的 に 制 限 されることはもちろん、 新 規 にCO 2 プロジェクトを 開 始 するにあたっては、 費 用削 減 のために 既 存 施 設 を 使 用 することは 通 例 のことである。 年 代 の 経 った 油 田 でCO 2 攻 法 を 開 始すると、ほとんど、あらゆる 工 程 と 設 備 に 対 して 影 響 がある(Jarrell et al., 2002)。 例 えば、(1) CO 2 の 存 在 によって、 生 産 流 体 中 の 水 が 腐 食 性 となる(2) 補 水 の 起 源 が 異 なることで、 地 層 水 と 相 互 作 用 し、スケール 生 成 や 腐 食 に 関 する 新 しい 問題 を 生 み 出 す(3) CO 2 攻 法 によって、 原 油 からのパラフィンとアスファルテンの 沈 殿 を 生 じ、プラッギングやエマルジョン 生 成 の 問 題 を 起 こすまた、(4) 攻 法 適 用 で 生 じた 劇 的 な 原 油 生 産 増 加 で、より 多 くの 地 層 細 粒 を 随 伴 し、 配 管 詰 まりや 削剥 腐 食 の 問 題 、 処 理 上 の 問 題 が 起 こる 心 配 がある。5.6 モニタリング 及 び 検 証 技 術地 面 下 のCO 2 に 実 際 何 が 起 こるのか、 起 きていることをどうやって 知 るのか? 言 い 換 えれば、一 旦 注 入 されたCO 2 をモニターできるのか? 貯 留 層 から 漏 洩 しているかどうかモニタリングするために 利 用 できる 技 術 は 何 か、 感 度 はどれ 位 なのか?CO 2 が、 安 全 に、 効 果 的 に 地 下 に 貯 留 されることを 検 証 できるのか?モニタリングの 長 さはどれ 位 必 要 か? 本 節 ではこれらの 問 題 について記 述 する。-272-

5.6.1 モニタリングの 目 的モニタリングは、 幅 広 い 様 々な 目 的 に 必 要 とされる。 特 に、モニタリングによって 以 下 が 可 能となる: 効 果 的 な 注 入 井 管 理 と、その 記 録 。これは、 特 に、 注 入 井 条 件 のモニタリングと、 注 入 流 量 、坑 口 及 び 地 層 の 圧 力 を 測 定 することを 通 じて 可 能 となる。 石 油 産 業 の 経 験 から 言 えることは、ケーシング、パッカー 又 はセメントについての、 仕 上 げ 不 良 や 劣 化 からもたらされる、 注 入井 そのものからの 漏 洩 は、 注 入 プロジェクトに 関 する 最 も 重 要 で 可 能 性 のある 障 害 の 一 つであるということである(Apps, 2005; Perry, 2005)。 様 々なメカニズムによって 貯 留 された、CO 2 の 注 入 量 の 検 証 。 貯 留 プロジェクトを 効 率 的 に 進 めるための 最 適 化 。すなわち 貯 留 体 積 、 注 入 圧 力 、 及 び 新 しい 注 入 井 掘 削 の 決 定 。 適 切 な 監 視 (モニタリング) 手 法 によってCO 2 が 目 的 とする 貯 留 対 象 地 層 に 含 まれたままであることの 実 証 。モニタリングは、 現 在 のところ、CO 2 が 貯 留 された 状 態 で 保 持 されること、また 事 前 の 性 能 予 測 が 検 証 されることを 保 証 する 第 一 の 方 法 である。 漏 洩 の 検 知 、 及 び 緩 和 対 策 を 必 要 とするような 浸 出 又 は 漏 洩 の 事 象 についての 初 期 警 告 。モニタリング 戦 略 においては、 基 本 要 素 以 外 に、 貯 留 プロジェクトの 最 適 化 、 突 発 漏 洩 対 策 、規 制 対 策 、 法 的 ・ 社 会 的 取 り 組 み 対 して、その 他 の 個 別 の 要 素 が 関 連 している。モニタリングの重 要 な 目 的 としては 他 に、プラグ 設 置 をした 閉 鎖 坑 の 健 全 性 評 価 、(ヒストリーマッチング 作 業を 含 む) 性 能 評 価 モデルの 更 正 や 確 証 作 業 、CO 2 によって 引 き 起 こされた 変 化 が 検 出 可 能 であることを 保 証 するための 貯 留 サイトのベースライン・パラメータの 取 得 (Wilson and Monea, 2005)、貯 留 プロジェクトに 関 連 した 微 小 地 震 検 知 、CO 2 の 地 表 面 フラックス 測 定 、 修 復 作 業 の 立 案 と 監視 (Benson et al., 2004)などがある。地 中 貯 留 のための 監 視 (モニタリング)を 効 果 的 に 実 施 するためには、 事 前 にベースライン 調査 が 必 要 である。ベースライン 調 査 によって、 後 に 続 く 調 査 の 比 較 となるデータを 提 供 する。これは、 特 に 地 震 探 査 及 びその 他 の 遠 隔 感 知 技 術 について 該 当 する。それはCO 2 で 流 体 相 が 飽 和 しているかどうかの 識 別 が 比 較 分 析 に 基 づくからである。 地 球 化 学 的 モニタリングではベースラインモニタリングが 前 提 条 件 となっており、バックグラウンド 濃 度 との 比 較 で 異 常 との 判 断 が 下 される。さらに、CO 2 の 生 態 系 サイクルから 生 じるCO 2 フラックスのベースラインを、 日 周 及 び 年 間サイクルの 両 方 で 取 得 することは、 天 然 フラックと 貯 留 に 関 係 するかもしれない 放 出 とを 区 別 するために 有 用 である。以 下 に 説 明 するモニタリング 技 術 の 多 くは、 石 油 及 び 天 然 ガス 産 業 で 適 用 されるべく 開 発 されたものである。 炭 層 のモニタリングについて 学 ぶべきことは 多 く 残 っているが、これらの 技 術 のほとんどは、あらゆるタイプの 地 層 における 貯 留 プロジェクトのモニタリングに 適 用 できる。 塩水 帯 水 層 への 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 からのモニタリング 経 験 も、 有 用 な 工 業 的 類 似 例 となるだろう。5.6.2 注 入 速 度 と 圧 力 のモニタリング 技 術CO 2 注 入 速 度 の 測 定 は、 油 田 で 通 常 行 われる 作 業 であり、そのための 機 器 は 市 販 されている。測 定 は、 注 入 坑 口 ゲージあるいは 分 岐 マニフォールドのゲージで 行 われる。 通 常 のシステムは、測 定 素 子 を 介 した 圧 力 低 下 値 と 流 量 速 度 との 関 係 を 利 用 したオリフィスメータなどの 装 置 を 利 用-273-

している。 測 定 の 精 度 は、いくつかの 要 因 に 支 配 され、 一 般 論 としてはMorrow et al.(2003)によって、また 特 にCO 2 についてはWright and Majek(1998)によって 説 明 されている。CO 2 については、 正 確 に 密 度 を 推 算 をすることが、 測 定 値 の 精 度 向 上 に 最 も 重 要 である。 温 度 、 圧 力 及 び 組 成のわずかな 変 化 が、 密 度 値 に 大 きく 影 響 する。Wright and Majek(1998)は、 圧 力 、 温 度 、 差 圧 測定 をガスクロマトグラフ 法 とを 結 びつけた、 油 田 でのCO 2 流 速 計 測 システムを 開 発 した。 彼 らの計 測 系 の 改 善 点 は、 従 来 のシステムの 精 度 8%と 比 較 して0.6%の 精 度 を 有 する 点 である。 測 定 精 度に 対 する 基 準 は 様 々であり、 通 常 は、 政 府 又 は 協 会 などによって 規 定 されている。 例 えば、 米 国では、CO 2 -EORの 監 査 目 的 での 流 量 計 精 度 は 現 行 で±4%となっている。地 上 及 び 地 層 中 での 注 入 圧 力 測 定 も 日 常 の 業 務 となっている。 圧 力 ゲージは、ほとんどの 注 入井 に 設 置 されていて、 坑 口 近 くの 地 表 配 管 でオリフィスを 介 して 測 定 されている。 坑 井 内 圧 力 測定 は 日 常 業 務 ではあるが、 注 入 井 試 験 の 際 など、 地 表 測 定 では 坑 底 圧 について 信 頼 性 に 乏 しいといった 特 別 な 状 況 下 で 実 施 される。 坑 口 又 は 地 層 の 圧 力 モニタリングには、いろいろな 種 類 の 圧力 センサーが 利 用 できる。 連 続 データの 利 用 も 可 能 であり 通 常 中 央 制 御 室 に 伝 送 される。 地 上 の圧 力 ゲージはしばしば 遮 断 バルブに 接 続 され、 圧 力 が 事 前 に 設 定 した 安 全 閾 値 を 超 えた 場 合 、 又は 漏 洩 の 結 果 圧 力 低 下 が 生 じた 場 合 に、 注 入 停 止 又 は 低 減 の 措 置 をとる。 実 際 、 地 上 圧 力 測 定 を利 用 して、 坑 底 圧 が 貯 留 層 フラクチャー 圧 力 の 閾 値 を 超 えることのないようにする。 比 較 的 最 近の 技 術 として、 光 ファイバー 圧 力 ・ 温 度 センサーが、 商 業 的 に 利 用 されている。 光 ファイバーケーブルを 坑 井 内 部 に 降 下 させてセンサーに 接 続 することでリアルタイムの 地 層 圧 力 及 び 温 度 測 定値 を 提 供 する。これらの 新 しいシステムにより、 信 頼 性 の 高 い 測 定 値 と 坑 井 管 理 が 可 能 となる。注 入 流 量 速 度 、 坑 口 及 び 地 層 圧 力 のモニタリングについては、 現 状 技 術 によってその 要 求 を 十分 すぎるほど 満 たしている。 温 度 測 定 と 結 び 付 けることによって、 収 集 したデータから、 地 層 中のCO 2 の 状 態 ( 超 臨 界 、 液 体 又 はガス)や、 注 入 されたCO 2 の 量 の 正 確 な 測 定 が 可 能 となり、モデル 作 成 作 業 のみならず、インベントリの 作 成 、 報 告 、 検 証 に 役 立 てることができる。Weyburnプロジェクの 場 合 では、 例 えば、CO 2 流 中 の 不 純 物 の 定 量 分 析 が 実 施 され、 注 入 されたCO 2 の 体 積 計算 が 可 能 となった。5.6.3 CO 2 の 地 中 分 布 モニタリング 技 術地 中 でのCO 2 分 布 及 び 移 動 を 監 視 するために、 数 々の 技 術 が 使 用 できる。 表 5.4に、これらの 技術 及 びCO 2 貯 留 プロジェクトへのれらの 適 用 方 法 を 要 約 した。これらの 技 術 の 適 用 可 能 性 及 び 感度 は、 多 少 サイト 固 有 である。5.6.3.1 節 及 び5.6.3.2. 節 では、 問 題 点 及 び、その 解 決 策 について 詳細 に 記 述 する。-274-

表 5.4CO 2 貯 留 プロジェクトを 監 視 するために 使 用 できる 直 接 ・ 間 接 技 術 の 要 約5.6.3.1 CO 2 移 行 挙 動 モニタリングの 直 接 手 法直 接 モニタリングの 技 術 は、 現 状 では 適 用 が 限 定 されている。EORとしてCO 2 を 注 入 している間 、 貯 留 層 内 浸 透 率 のばらつきのため、 注 入 されたCO 2 は、 不 均 質 な 態 様 で 貯 留 層 内 を 広 がる(Moberg et al., 2003)。CO 2 -EORの 場 合 には、 一 旦 CO 2 が 生 産 坑 井 に 到 達 すれば、その 生 産 体 積 は即 座 に 定 量 可 能 である。Weyburnの 場 合 、 注 入 されたCO 2 の 炭 素 は、 貯 留 層 内 の 炭 素 とは 異 なる 同位 体 組 成 を 持 っている(Emberley et al., 2002)ので、 異 なる 生 産 坑 井 で 圧 入 CO 2 の 到 着 を 評 価 することで、CO 2 分 布 が 全 体 ベースで 決 定 できた。 生 産 地 域 に 複 数 の 注 入 井 がある 場 合 、CO 2 の 到 着 という 現 象 は、 貯 留 層 内 でのCO 2 分 布 について 一 般 的 に 教 えてくれるだけなのである。より 正 確 なアプローチは、 特 定 の 坑 井 に 注 入 されたトレーサー( 気 体 種 トレーサーあるいは 貯留 層 システムに 存 在 しない 同 位 体 組 成 の 気 体 種 )を 使 用 することである。 生 産 井 又 はモニタリング 井 へのトレーサー 到 着 のタイミングは、CO 2 が 貯 留 層 内 を 伝 播 するときの 経 路 についての 指 標となる。モニタリング 井 は、そこを 通 過 するCO 2 の 動 きを 受 動 的 に 記 録 するためにも 利 用 できるが、このような 非 介 入 的 な 観 測 技 術 の 使 用 でも、 潜 在 的 に 地 表 面 への 新 しい 漏 洩 経 路 を 作 り 出 すことに 注 意 しなければならない。 生 産 井 又 はモニタリング 井 へトレーサー 又 は 異 なる 同 位 体 の 炭素 (CO 2 分 子 の 炭 素 )が 移 動 してくることは、 貯 留 層 内 CO 2 の 水 平 的 な 分 布 の 指 標 となる。 厚 い 地層 では、モニタリング 井 又 は 生 産 井 で 垂 直 的 に 複 数 の 試 料 を 採 取 することによって、 層 内 でのCO 2垂 直 分 布 の 指 標 が 得 られる。 多 くの 坑 井 で、またしばしば 水 平 井 においては、ケーシングが 存 在-275-

しない( 裸 坑 仕 上 げ)ため、 坑 井 に 沿 ってどの 位 置 から 流 入 があるのかを 直 接 測 定 することはできない。しかしこの 場 合 でも、 主 な 流 入 場 所 を 見 つけるために 調 査 をすることはできる。貯 留 サイト 外 部 へのCO 2 の 移 行 を 直 接 に 測 定 することも、その 場 所 に 応 じた 様 々な 方 法 で 可 能である。ベースライン 調 査 との 比 較 で 水 質 及 び/ 又 は 同 位 体 組 成 を 調 査 すれば、ある 場 所 において、事 前 に 存 在 している 天 然 のCO 2 と、 新 しいCO 2 の 到 着 とを 識 別 できる。 地 球 化 学 的 手 法 によって、CO 2 及 びその 貯 留 層 内 の 挙 動 について 理 解 を 深 めることもできる(Czernichowski-Lauriol et al.,1996; Gunter et al., 2000; Wilson and Monea, 2005)。 貯 留 層 流 体 に 生 じる 化 学 変 化 として、 酸 性 化 及びその 結 果 生 じる 化 学 影 響 、とりわけ 流 体 中 の 重 炭 酸 イオン 濃 度 レベルの 変 化 がある。 地 表 では、土 壌 ガス 及 び 地 表 近 くの 地 下 水 を 含 む 層 ( 既 存 の 水 井 戸 又 は 新 しい 観 測 井 を 利 用 )での 試 料 採 取によってCO 2 又 はトレーサーを 直 接 測 定 できる。 地 表 面 CO 2 フラックスは、 赤 外 線 分 光 法 などの 技術 で 直 接 測 定 することができる(Miles et al., 2005; Pickles, 2005; Shuler and Tang, 2005)。5.6.3.2 CO 2 移 行 挙 動 モニタリングの 間 接 手 法地 下 のCO 2 分 布 を 測 定 する 間 接 的 技 術 には、 様 々な 物 理 探 査 手 法 ( 地 震 探 査 及 び 非 地 震 探 査 法 )及 び 地 球 化 学 的 な 手 法 がある(Benson et al., 2004; Arts and Winthaegen, 2005; Hoversten andGasperikova, 2005)。 地 震 探 査 手 法 では 基 本 的 に、 岩 石 を 介 した 振 動 波 の 速 度 及 び 人 為 的 又 は 自 然に 発 生 するエネルギー 吸 収 を 測 定 する。 振 動 波 の 伝 播 態 様 は、 岩 の 性 質 及 びその 含 有 流 体 の 性 状によって 変 化 する。 一 般 には、 発 破 又 は 地 表 面 振 動 によって 力 動 的 な 振 動 波 を 人 工 的 に 発 生 させる。 振 動 波 発 生 装 置 とセンサーは 地 表 面 に 設 置 されるが( 従 来 の 地 震 探 査 手 法 )、 地 表 面 に 振 源を 設 置 し、 地 中 に 坑 井 内 センサーを 配 置 することもある( 垂 直 地 震 探 査 プロファイリング)。 貯留 層 を 振 動 波 パルスが 水 平 に 伝 播 するよう、 地 中 に 振 源 とセンサーの 両 方 を 配 置 することも 可 能である( 坑 井 間 あるいは 坑 井 交 差 トモグラフ 法 )。サイト 内 での 遊 離 CO 2 の 体 積 が 大 きくデータ処 理 によって 識 別 可 能 な 場 合 、 時 間 間 隔 をおいて 一 連 の 調 査 を 行 うことにより、 貯 留 層 内 CO 2 分布 の 時 間 変 化 を 見 ることができる。CO 2 が 存 在 しない 時 点 でのベースライン 調 査 は、 比 較 のためのベースを 提 供 する。 遊 離 CO 2 が 比 較 的 低 い 体 積 割 合 で 存 在 する 場 合 でも( 約 5% 又 はそれ 以 上 )、これらの 地 震 探 査 手 法 によって 識 別 されると 思 われる。 現 在 では、 岩 石 孔 隙 中 のCO 2 量 ないし 貯留 層 内 での 分 布 を 定 量 化 するために 試 みが 行 われている(Hoversten et al., 2003)。Weyburnでは、地 表 からの 繰 り 返 し3D 地 震 探 査 (3- 及 び9- 成 分 )の 一 年 ごとの 実 施 (ベースライン 調 査 とその1 年後 、2 年 後 )、 一 対 の 坑 井 を 用 いての 地 震 探 査 による 垂 直 プロファイリング 及 び 坑 井 間 ( 水 平 及 び垂 直 )トモグラフなど、 数 多 くの 技 術 が 活 発 に 試 験 されている(5.6.3.3 節 )。地 下 深 部 にCO 2 が 貯 まる 場 合 、CO 2 密 度 が 貯 留 層 流 体 の 密 度 に 近 い 値 となり、 地 表 からの 地 震 探査 による 画 像 解 像 度 は、 識 別 できる 遊 離 CO 2 の 最 少 量 として 約 2500-10,000tの 分 解 能 に 相 当 することが 示 されている(Myer et al., 2003; White et al., 2004; Arts et al., 2005)。Weyburnでは、 注 入 率 が低 い( 炭 化 水 素 が 占 める 孔 隙 体 積 の2% 以 下 )である 地 域 では、 地 震 探 査 での 信 号 が 皆 無 又 は 極 めて 乏 しいことが 示 されている。 注 入 率 が 高 い( 炭 化 水 素 が 占 める 孔 隙 の3-13% 体 積 ) 地 域 では、 地震 探 査 で 有 意 の 信 号 が 認 められている。Sleipnerでの 成 果 の 一 つとして、CO 2 プルームが、 各 々 厚さ 約 10mまでの 複 数 のCO 2 層 から 構 成 されていることが 判 明 した。これらのほとんどが 地 震 探 査 手法 の 厳 密 な 下 限 分 解 能 以 下 の 大 きさであるが、 振 幅 の 研 究 では、 層 の 厚 さは1mまでマップできることも 示 されている(Arts et al., 2005; Chadwick et al., 2005)。 地 震 探 査 手 法 での 分 解 能 は、 深 度 及びその 他 の 岩 石 物 性 値 の 変 化 に 応 じて 悪 くなるため、 分 解 能 に 関 する 上 記 の 議 論 は、 全 ての 貯 留シナリオに 統 一 的 に 適 用 できるものではない。 経 時 的 な 調 査 においてその 精 度 を 高 める 方 法 とし-276-

ては、 震 源 とセンサーの 調 査 位 置 に 起 因 する 問 題 を 回 避 するために、 恒 久 的 なセンサーアレイを設 置 すること、あるいは 振 源 もセンサーも 設 置 型 とすること(US Patent 6813566)がある。地 中 でより 浅 部 に 移 行 したCO 2 については、ガス 類 似 の 性 質 を 示 すため 検 出 限 界 値 が 大 幅 に 増加 する。そのため 閾 値 レベル 分 解 能 は、より 小 さな 値 となることが 予 想 される。 現 在 まで、 検 出限 界 レベルを 精 密 に 決 めようとする 定 量 的 な 研 究 は 一 切 行 われていない。しかし、CO 2 ガスが 低密 度 であることに 加 え、 高 い 圧 縮 率 であるため、かなり 低 い 検 出 レベル 値 となることが 可 能 であろう。受 動 的 な 地 震 探 査 手 法 (マイクロサイスミック)にも、 潜 在 的 な 利 用 価 値 がある。 孔 隙 圧 力 変化 、 微 小 フラクチャーの 再 活 性 化 ないし 生 成 などに 対 する 動 的 な 応 答 である 微 小 地 震 事 象 (マイクロサイスミックイベント)を、 受 動 的 地 震 探 査 で 監 視 できる。 個 々の 単 一 の 微 小 地 震 事 象 震 は、マグニチュード 約 -4から0であり(Wilson and Monea, 2005)、しばしば 廃 井 を 利 用 しセメントで 埋設 されている 設 置 型 センサーアレイで 検 出 される。これらの 微 小 地 震 の 規 模 は 極 端 に 小 さいものであるが、これを 監 視 することで、 貯 留 層 ないし 塩 水 層 での 圧 力 変 化 、そしておそらくはガス 移動 を 追 跡 することが 可 能 となる。地 震 探 査 手 法 以 外 の 物 理 探 査 手 法 として、 電 気 探 査 及 び 電 磁 気 探 査 があり、また、 自 己 電 位 測定 による 手 法 もある(Benson et al., 2004; Hoversten and Gasperikova, 2005)。 加 えて、 地 表 あるいは 空 中 重 力 探 査 によって、 地 中 のCO 2 プルームの 移 行 挙 動 を 検 出 することも 可 能 である。さらには、 傾 斜 計 利 用 又 はリモートセンシング 手 法 ( 航 空 機 又 は 衛 星 からの 測 地 調 査 )の 活 用 で、 地 表面 変 形 を 測 定 することは、ある 一 定 の 条 件 下 では、 地 中 でのプルームの 移 行 挙 動 が 評 価 できるだろう。 傾 斜 計 及 びその 他 の 技 術 は、 凍 上 現 象 又 は 湿 潤 - 乾 燥 循 環 などの 地 表 面 自 然 変 化 によって、地 中 の 圧 力 変 化 に 起 因 する 地 表 面 の 変 動 が 見 えなくなっている 地 域 を 除 けば、ほとんどの 場 合 に適 用 可 能 である。 重 力 測 定 によって、ある 流 体 が 密 度 の 異 なる 別 の 流 体 によって 置 換 されること( 例 えは、CO 2 が 水 を 置 換 するなど)によって 生 じた 密 度 変 化 を、 検 出 することができる。 重 力探 査 は、 数 値 モデルと 共 に、 観 察 データに 最 もよく 適 合 するような 密 度 の 変 化 を 推 測 するために使 われる。Benson et al.(2004)の 概 算 によれは、 重 力 探 査 による 分 解 能 は 地 震 探 査 と 同 じレベルには 至 らず、 検 出 するためには 最 低 約 数 十 万 トン( 地 震 探 査 手 法 より 一 桁 多 いレベル)のCO 2 が必 要 であるとされる。これはプルームの 移 行 挙 動 の 検 出 には 十 分 な 感 度 であるが、 漏 洩 の 可 能 性を 早 期 に 検 出 する 目 的 には 十 分 ではない。 海 底 重 力 調 査 は2002 年 Sleipnerで 実 施 され、 繰 り 返 し 調査 が2005 年 に 計 画 されている。これらの 調 査 結 果 はまだ 発 表 されていない。電 気 ・ 電 磁 気 探 査 技 術 では、 地 下 の 電 気 伝 導 性 を 測 定 する。 電 気 伝 導 性 の 変 化 は、 流 体 の 変 化 、特 に 低 い 電 気 伝 導 性 を 示 すCO 2 が、 高 い 電 気 伝 導 性 を 示 す 塩 水 を 置 換 することでもたらされ、 電気 探 査 又 は 電 磁 気 探 査 によって 検 出 できる。 従 来 の 電 気 探 査 手 法 又 は 電 磁 気 探 査 手 法 に 加 え、プルームの 移 動 を 確 認 するために、 自 己 電 位 、 地 球 の 自 然 電 位 を 測 定 することができる。CO 2 の 注入 は、 岩 石 中 の 流 体 流 れを 増 加 させる。この 流 れは、 参 照 電 極 に 対 して 電 位 差 を 発 生 させる。この 技 術 は 低 コストであるが、 低 分 解 能 でもある。しかしそれは、CO 2 のプルーム 移 動 を 測 定 するには 有 用 な 方 法 となるだろう。Hoversten and Gasperikova(2005)によれば、この 技 術 の 分 解 能 及び 全 体 としての 有 用 性 を 明 らかにするには、まだまだ 多 くの 努 力 が 必 要 であるとされる。-277-

5.6.3.3 モニタリングケーススタディ: IEA-GHG Weyburnモニタリング 及 び 貯 留 プロジェクトWeyburn(ボックス5.3)では、 商 業 的 なEORプロジェクトに 追 加 される 形 でモニタリングプログラムが 実 施 され、CO 2 を 追 跡 する 方 法 が 開 発 、 評 価 された。ベースラインデータはCO 2 注 入 開 始(2000 年 後 半 )に 先 立 ち 収 集 された。 流 体 サンプル( 水 及 び 原 油 ) 及 び 地 震 探 査 などがベースラインデータとされた。 地 震 探 査 は 二 段 階 で 実 施 された。 一 つは、 元 々の 注 入 領 域 に 対 して 広 範 に3D 探 査 を 展 開 する3 成 分 探 査 であり、 次 いで、 注 入 領 域 の 限 定 部 分 に 対 する 詳 細 な3D、9 成 分 探 査である。これらに 加 え、 垂 直 地 震 探 査 プロファイリング 及 び 坑 井 間 弾 性 波 トモグラフィ( 二 つの垂 直 井 又 は 水 平 井 の 間 )を 行 った。 受 動 的 地 震 探 査 ( 微 小 地 震 )モニタリングは、 最 近 サイトに設 置 された。その 他 のモニタリングとして、 地 表 ガス 調 査 (Strutt et al., 2003) 及 び 飲 料 水 モニタリング(Weyburnフィールドは、 地 表 水 の 利 用 に 制 限 のある 地 域 に 存 在 し、 地 下 水 が 主 要 な 飲 料水 供 給 を 果 たしている)が 実 施 されている。 注 入 された 体 積 (CO 2 及 び 水 )もモニターされた。地 表 施 設 からの 漏 洩 がないか 慎 重 にモニターされる。さらには、いくつかの 坑 井 を 改 修 して 貯 留層 にアクセスできる 観 測 井 とした。また、ある 坑 井 は 廃 坑 され、そこに 受 動 的 地 震 探 査 手 法 のための 地 震 観 測 機 器 がセメント 埋 設 された。注 入 開 始 後 、 貯 留 層 流 体 が 定 期 的 に 収 集 、 分 析 された。 注 入 されたCO 2 が 石 油 とミッシブル 関係 にあることを 確 認 しつつ、 分 析 として、 水 のサンプルの 化 学 分 析 や 同 位 体 分 析 を 実 施 した。 数回 の 地 震 探 査 が 実 施 され(CO 2 注 入 開 始 後 1 年 及 び2 年 )、データ 処 理 の 結 果 、 貯 留 層 でのCO 2 移 動が 明 確 に 示 された。 土 壌 ガスの 地 表 分 析 や 地 表 付 近 の 水 試 料 分 析 が 毎 年 継 続 されている(Strutt etal., 2003)。これら 分 析 値 は 統 合 され、 貯 留 層 内 のCO 2 移 動 について 包 括 的 な 知 識 を 得 、 貯 留 岩 との 地 球 化 学 的 相 互 作 用 を 理 解 し、 長 期 貯 留 の 封 じ 込 め 媒 体 として 貯 留 層 が 健 全 かどうかを 判 断 するために 用 いられる。これらに 加 え、 既 存 の 稼 動 坑 井 及 び 廃 井 が 漏 洩 をもたらすことがないか 評価 する 研 究 計 画 もある。その 研 究 内 容 は、 坑 井 経 過 年 数 調 査 、 使 用 されたセメントの 種 類 と 膠 着(ボンディング) 性 能 についての 既 存 情 報 整 理 、 操 業 の 歴 史 あるいは 地 中 流 体 の 化 学 性 状 の 変 化が 坑 井 のセメントや 鋼 製 ケーシングに 及 ぼす 影 響 の 分 析 調 査 などである。Weyburnの 要 約 報 告 書 (Wilson and Monea, 2005)には 調 査 プロジェクト 全 体 の 結 果 が 記 述 されており、 特 に、CO 2 の 地 中 での 広 がりを 捉 えるには 地 震 探 査 モニタリング、CO 2 が 生 産 井 に 到 達 する 時 期 を 決 定 するには 地 球 化 学 的 分 析 が 効 果 的 であると 述 べている。 地 球 化 学 的 データが、 貯 留層 内 で 進 行 中 のプロセスと 新 しい 化 学 均 衡 状 態 となるために 必 要 な 時 間 の 解 明 にも 役 立 つことが示 されている。 図 5.24は 地 層 水 の 化 学 組 成 の 変 化 を 説 明 し、 溶 解 トラップ 及 び 鉱 物 トラップが 長期 的 な 貯 留 安 全 性 にどのくらい 貢 献 するかを 評 価 する 基 礎 を 提 供 している(Perkins et al., 2005)。 13 C HCO3 の 初 期 の 変 化 は、 超 臨 界 CO 2 が 水 に 溶 解 した 結 果 である。この 変 化 は、その 後 貯 留 層 内 の炭 酸 塩 鉱 物 が 短 期 間 で 溶 解 する 反 応 に 置 き 換 えられ、それは 図 5.24でのカルシウム 密 度 増 加 で 示されるとおりである。 特 に、 地 球 化 学 の 研 究 結 果 から、 重 炭 酸 塩 イオンの 形 での 水 相 内 CO 2 貯 留と 油 相 内 のCO 2 貯 留 が 確 認 された。-278-

図 5.24 CO 2 注 入 前 、 注 入 開 始 12ヶ 月 後 、 注 入 開 始 31ヶ 月 の 生 産 井 試 料 水 の 化 学 性 状 (Weyburnでの 分布 のコンタ 図 面 : 黒 点 は 試 料 採 取 坑 井 の 位 置 を 示 す)5.6.4 注 入 井 健 全 性 のモニタリング 技 術稼 動 中 の 注 入 井 の 健 全 性 をモニタリングするには 標 準 的 な 手 法 がいくつか 存 在 する。セメントボンディングログは、 坑 井 ケーシング 周 囲 のセメントの 結 合 と 連 続 性 を 評 価 するために 使 われる。定 期 的 にセメントボンディングログ 検 層 を 実 施 することで、 坑 井 のセメント 部 分 の 劣 化 を 検 出 し、セメントと 酸 性 化 した 地 層 流 体 の 化 学 的 相 互 作 用 についても 指 摘 する 可 能 性 がある。 坑 井 健 全 性テストの 一 環 としてまずセメントボンディングログ 検 層 を 実 施 することで、 膠 着 度 の 不 具 合 や、セメントの 欠 落 といった 問 題 を 発 見 できる。既 存 坑 井 をCO 2 注 入 など 他 の 用 途 に 転 換 する 場 合 には、 通 例 、 加 圧 下 における 健 全 性 を 保 証 するための 試 験 を 実 施 する。これらの 試 験 は、 比 較 的 単 純 であり、 坑 井 の 上 下 ( 又 は 試 験 区 間 の 上下 )を 封 印 し 圧 力 を 上 昇 させ、その 圧 力 が 維 持 されるかを 観 測 する。 一 般 的 に、 特 に 陸 上 では、試 験 に 不 合 格 であった 坑 井 は 廃 坑 され、その 不 具 合 を 修 復 するようなことをせず、 新 しい 坑 井 を掘 削 する。注 入 においては、パーフォレーション( 穿 孔 ) 部 あるいは 開 口 部 の 上 部 にパッカーを 設 置 した坑 井 内 を 降 下 させたチュービングを 介 して 実 施 され、 注 入 剤 が 適 切 な 位 置 に 到 達 するようにする。パッカー、ケーシング 及 びチュービングが 健 全 であることは、チュービングとケーシング 間 の 空間 である 環 状 部 の 圧 力 をモニターして 確 認 する。 操 業 者 にとって、 環 状 部 (アニュラス)の 圧 力-279-

変 化 あるいはガス 組 成 変 化 は、そこに 問 題 があることを 警 告 するものとなる。上 記 のとおり、 注 意 深 く 注 入 圧 力 をモニターして、 問 題 が 起 きていないことを 確 認 する。 急 激な 圧 力 増 加 は、 坑 井 に 問 題 が 生 じている 可 能 性 を 示 すものであるが、 実 際 の 操 業 上 では、 貯 留 層圧 入 性 が 変 化 したと 解 釈 されることの 方 が 普 通 である。天 然 ガス 貯 留 プロジェクトでは、 坑 井 の 障 害 を 検 出 するために 温 度 ログ 及 び「ノイズ」ログも日 常 業 務 として 実 施 される。 坑 井 に 沿 って 温 度 が 急 激 に 変 化 している 箇 所 はケーシング 漏 洩 が 疑われる。 同 様 に、 注 入 チュービングの 漏 洩 と 関 連 した「ノイズ」は、 小 さな 漏 洩 箇 所 を 探 すために 使 用 できる(Lippmann and Benson, 2003)。5.6.5 局 地 的 な 環 境 影 響 のモニタリング5.6.5.1 地 下 水CO 2 が 深 い 貯 留 層 から 漏 洩 し、 上 位 に 横 たわる 浅 い 地 下 水 帯 水 層 に 移 行 してくるような 場 合 は、地 下 水 水 質 の 変 化 を 検 出 し 評 価 するための 方 法 がある。もちろん、 漏 洩 直 後 の 時 点 、すなわちCO 2が 地 下 水 層 に 進 入 するずっと 以 前 の 時 点 でそれを 検 知 することが 望 ましく、そうすれば、 移 行 の過 程 に 介 入 し 予 防 する 措 置 が 取 れる(5.7.6 節 参 照 )。CO 2 が 地 下 水 ゾーンに 達 する 前 に 漏 洩 を 識別 するためには、 地 震 探 査 手 法 が 使 用 でき、また 可 能 性 として 他 の 方 法 もある(5.6.3.2 節 で 説 明 )。それでもなおCO 2 が 地 下 水 層 へ 移 行 してきた 場 合 、 地 下 水 試 料 を 収 集 し 分 析 することで、 潜 在-的 な 影 響 を 評 価 できる。すなわち、 主 要 イオン( 例 Na、K、Ca、Mg、Mn、Cl、Si、HCO 3 及 びSO 2- 4 ),pH、アルカリ 度 、 安 定 同 位 体 ( 例 13 C、 14 C、 18 O、 2 H) 及 び 炭 化 水 素 ガスなどの 気 体 、CO 2 及 びその 同 位 体 種 (Gunter et al., 1998)などについて 分 析 する。さらに、 浅 い 地 下 水 汚 染 が 生 じた 場 合 、試 料 水 は、 酸 性 水 によって 溶 出 する 砒 素 及 び 鉛 などの 微 量 元 素 についての 分 析 に 供 されることになる(5.5 節 )。 正 確 に 水 質 を 測 定 するために、 原 子 吸 収 法 及 び 誘 導 結 合 プラズマ 質 量 分 光 法 、 電位 法 などが 使 用 できる。 感 度 が 低 い 野 外 での 分 析 手 法 又 はその 他 の 分 析 方 法 も 利 用 できる(Clesceri et al.,1998)。 以 上 の 諸 パラメータの 分 析 を 実 施 するにあたって、 標 準 的 な 分 析 法 が 存在 し、そこには、リアルタイム 監 視 を 可 能 とする 地 球 化 学 的 パラメータも 含 まれる。天 然 トレーサー(C、O、Hの 同 位 体 及 び 注 入 されたCO 2 に 含 有 されている 希 ガス) 及 び 導 入 トレーサー( 希 ガス、SF 6 及 びペルフルオロカーボン)も、 貯 留 プロジェクトの 地 下 水 影 響 に 考 える上 での 材 料 となる(Emberley et al.,2002; Nimz and Hudson, 2005)。(SF 6 及 びペルフルオロカーボンは、 極 端 に 高 い 温 暖 化 係 数 を 持 つ 温 室 効 果 ガスであり、そのためこれらのガス 使 用 にあたり 大気 中 への 放 出 を 避 けるべく 警 告 が 出 されている。)C 及 びO 同 位 体 など 自 然 のトレーサーは、CO 2にあたかも 指 紋 をつけるように 働 くため、 地 下 水 水 質 変 化 と 貯 留 CO 2 を 関 連 付 けることが 可 能 となり、 他 の 要 因 で 生 じた 地 下 水 水 質 の 変 化 と 貯 留 によって 引 き 起 こされた 変 化 とが 区 別 できる。非 常 に 低 い 濃 度 (1 兆 分 の1の 分 率 )で 検 出 できるペルフルオロカーボンなどの 導 入 トレーサーは、CO 2 が 漏 洩 したかどうか、そのせいで 地 下 水 水 質 が 変 化 したのかを 決 定 するのに 役 に 立 つ。あらかじめ 意 図 的 に 調 整 したトレーサーについては、 貯 留 層 内 又 は 漏 洩 経 路 上 での 移 行 挙 動 を 定 期 的に 測 定 するために 添 加 するという 用 い 方 があり、 一 方 で 天 然 トレーサーは 貯 留 層 又 は 導 入 ガス 内に 元 々 存 在 しているものである。-280-

5.6.5.2 大 気 質 及 び 大 気 中 へのフラックス空 気 中 のCO 2 モニタリング 用 の 連 続 センサーとしては、HVAC( 暖 房 、 換 気 、 及 び 空 調 )システム、 温 室 管 理 、 燃 焼 排 ガス 測 定 、CO 2 が 実 質 的 に 危 険 であるところ( 醸 造 所 など)での 環 境 測 定などの 応 用 分 野 で 用 いられているものが 利 用 できる。このような 装 置 は、 赤 外 線 検 出 の 原 理 に 依拠 し、 赤 外 線 ガス 分 析 器 と 呼 ばれる。これらのガス 分 析 器 は 小 型 で 携 帯 でき、サイトの 作 業 環 境で 普 通 に 使 われる。そのほとんどが、 非 分 散 型 赤 外 線 検 出 器 、 又 はフーリエ 変 換 赤 外 線 検 出 器 を使 用 する。どちらも、 特 定 の 波 長 、 通 常 4.26ミクロンで、CO 2 によって 光 の 減 衰 が 起 こることを 利用 している。さらなる 保 証 とリアルタイム 監 視 データの 検 証 のため、NIOSH、OSHA 及 びEPAなどのUS 規 制 機 関 がガスクロマトグラフ 法 による 定 期 濃 度 測 定 を 実 施 している。 質 量 分 析 法 は、CO 2濃 度 定 量 測 定 では 最 も 正 確 な 方 法 であるが、 最 も 携 帯 性 が 低 い。 電 気 化 学 的 CO 2 検 出 素 子 は 存 在するが、 現 時 点 では 経 済 的 ではない( 例 えば、Tamura et al., 2001)。野 外 調 査 手 法 として 環 境 科 学 研 究 と 共 通 しているものとして、 土 壌 空 気 中 のCO 2 濃 度 、 土 壌 からのフラックス 測 定 、 及 び 生 態 系 規 模 の 炭 素 動 態 測 定 などがある。 土 壌 からの 拡 散 フラックス 測定 は、 単 純 な 赤 外 線 分 析 器 で 行 われる(Oskarsson et al., 1999)。 米 国 地 質 調 査 所 は、CaliforniaのMammoth MountainのCO 2 フラックスを 測 定 している(Sorey et al., 1996; USGS,2001b)。 生 態 系 規模 の 炭 素 循 環 を 研 究 する 生 物 地 球 化 学 者 は、 広 域 での 平 均 CO 2 フラックスを 再 構 築 するため、 風及 び 温 度 データとともに2-5mの 高 さのタワーにあるCO 2 検 出 器 からのデータを 使 用 する。Miles et al.(2005)は、 危 険 な 健 康 被 害 をもたらすような 漏 洩 及 び 地 中 貯 留 の 経 済 的 実 効 性 を 損なうような 漏 洩 の 両 方 に 関 し、 渦 相 関 係 数 法 が 監 視 手 法 として 有 望 であると 結 論 づけている。Miles et al.(2005)は、100Mtの 貯 留 プロジェクトにおいて 漏 洩 率 0.01%/ 年 でフラックスを 推 定 し、生 態 系 の 典 型 的 なフラックスに 比 較 して1から10 4 倍 の 規 模 (CO 2 が 漏 洩 している 領 域 の 大 きさに 依存 する)になるとしている。0.01%/ 年 の 漏 洩 率 であれば、1000 年 では90%の 保 持 率 を 意 味 することに 着 目 するべきである。バックグラウンドの 生 態 系 フラックスの 日 周 及 び 年 間 サイクルが 事 前 の測 定 で 明 らかにされていれば、この 漏 洩 フラックスは 容 易 に 検 出 できるレベルとなる。しかし 現在 我 々が 利 用 できる 技 術 では、 大 気 への 排 出 を 追 跡 する 目 的 で 漏 洩 速 度 を 定 量 測 定 することは、貯 留 層 からの 漏 洩 を 発 見 することに 比 べて、ずっと 困 難 である。衛 星 リモートセンシングでCO 2 の 大 気 への 放 出 を 遠 隔 感 知 することも 可 能 かもしれないが、この 方 法 は 大 気 中 でのCO 2 測 定 にかかる 光 路 長 が 長 いためと、 大 気 中 のCO 2 濃 度 が 元 々 変 動 しやすいために、 困 難 となっている。 赤 外 線 検 出 器 は、 与 えられた 光 路 長 にわたる 平 均 のCO 2 濃 度 を 測 定するので、 衛 星 で 大 気 中 に 見 られる 拡 散 性 かつ 低 レベルの 漏 洩 について 大 気 を 介 して 衛 星 から 検出 することはできない。 例 として、Mammoth Mountainのような 大 規 模 なCO 2 の 漏 出 でも、 現 在 は識 別 することが 難 しい(Martini and Silver, 2002; Pickles, 2005)。 同 じ 原 理 を 利 用 した 航 空 機 ベースの 測 定 は 可 能 かもしれない。 特 定 の 火 山 や 現 象 に 対 して、CO 2 は、 個 別 の 赤 外 線 検 出 器 によりプルーム 内 で 直 接 に 測 定 され、もしくはSO 2 の 測 定 値 及 び 直 接 地 上 サンプリングによるSO 2 /CO 2 比から 計 算 されてきた(Hobbs et al., 1991;USGS, 2001b)。CO 2 検 出 についての 現 在 研 究 開 発 中 の 遠隔 検 知 技 術 には、LIDAR( 光 検 出 及 び 測 距 )、 航 空 機 搭 載 型 スキャニングレーザー、 及 びDIAL( 差分 吸 収 型 LIDAR)などがあり、 様 々な 周 波 数 での 複 数 レーザーからの 反 射 を 用 いるものである(Hobbs et al., 1991; Menzies etal., 2001)。総 じて、 職 業 上 の 安 全 に 関 するCO 2 モニタリングは 十 分 確 立 されている。その 一 方 、 環 境 モニ-281-

タリング 及 び 漏 洩 検 出 に 関 しては 有 望 な 技 術 が 開 発 中 であるものの、 地 中 貯 留 における 時 間 的 、空 間 的 規 模 での 測 定 及 びモニタリングアプローチが、 真 に 効 果 的 であるためには、まだ 改 善 が 必要 である。5.6.5.3 生 態 系地 表 及 び 地 中 の 生 態 系 の 健 全 性 は、 直 接 的 には 植 物 相 及 び 動 物 相 の 生 産 性 と 生 物 多 様 性 を 測 定することで、また 場 合 によっては(CaliforniaのMammoth Mountainなど)、ハイパースペクトラルイメージングなど 遠 隔 検 知 技 術 を 使 って 間 接 的 に 判 断 できる(Martini and Silver, 2002; Onstott,2005; Pickles, 2005)。 天 然 のCO 2 漏 出 がある 多 くの 地 域 では、 非 常 に 低 いCO 2 フラックスであるものでさえ 漏 出 点 は 顕 著 な 特 徴 を 持 つ。この 特 徴 は、 居 住 地 域 においても、また 農 地 、 自 然 植 生 地の 双 方 においても、 植 物 生 育 の 減 少 及 び 酸 性 水 により 岩 から 溶 出 した 鉱 物 質 の 沈 殿 によって 簡 単に 識 別 できる。そのため、 遠 隔 感 知 による 大 規 模 な 生 態 系 の 研 究 ・ 調 査 がなくとも、 顕 著 な 特 徴を 示 すサイトは、 迅 速 かつ 簡 単 に 過 剰 なCO 2 濃 度 についてチェックできる。しかし、 植 物 がまばらな 砂 漠 環 境 では、 直 接 観 察 は 可 能 ではない。 直 接 的 な 生 態 系 観 察 に 加 え、 土 壌 ガス 及 び 土 壌 鉱物 の 分 析 が、CO 2 の 存 在 及 びその 土 壌 性 質 に 対 する 影 響 を 示 すために 使 われる。CO 2 濃 度 の 上 昇 が検 出 されたり、 過 剰 な 土 壌 風 化 作 用 の 証 拠 が 見 つかったりすれば、それは、 生 態 系 に 対 する 影 響の 可 能 性 があることを 示 している。水 生 生 態 系 については、 水 質 及 び、とりわけ 低 pHが、 影 響 の 可 能 性 についての 診 断 となる。 生態 系 の 生 産 性 及 び 生 物 多 様 性 の 直 接 測 定 は、 湖 沼 生 態 系 及 び 海 洋 生 態 系 について 開 発 された 標 準的 な 手 法 を 利 用 可 能 である。 海 洋 環 境 でCO 2 濃 度 が 上 昇 した 場 合 の 影 響 については、6 章 でさらに議 論 している。5.6.6 モニタリングネットワークの 設 計現 在 のところ、CO 2 漏 洩 のモニタリングに 関 する 標 準 プロトコル 又 は 確 立 したネットワーク 設計 は 存 在 しない。モニタリングネットワーク 設 計 は、サイトに 課 せられた 規 制 要 件 及 び 認 知 されたリスクに 基 づき 作 成 される 監 視 計 画 の 目 的 と 要 件 で 決 まってくる(Chalaturnyk and Gunter, 2005)。例 えば、EOR 用 の 現 在 の 監 視 計 画 では、 攻 法 の 溶 剤 について 掃 攻 効 率 を 評 価 し、 健 康 と 安 全 の 問題 に 取 り 組 むよう 設 計 されている。これに 関 し、Weyburnプロジェクトで 計 画 されたモニタリングでは、 地 震 探 査 を 使 用 してCO 2 の 側 方 移 動 の 経 時 変 化 を 測 定 した。 測 定 結 果 は、CO 2 攻 法 の 実 施手 順 立 案 時 に 実 施 したシミュレーション 結 果 と 比 較 される。 保 安 計 画 では、 地 下 水 汚 染 を 監 視 し、作 業 者 の 安 全 を 保 証 するために 操 業 地 域 の 作 業 区 域 内 でガス 蓄 積 をモニターするように 設 計 された。 地 表 での 操 業 においても、 地 層 のフラクチャー 圧 力 を 越 えないように 圧 力 監 視 を 実 施 している(Chalaturnyk and Gunter, 2005)。Weyburnプロジェクトは、 油 層 におけるCO 2 の 長 期 貯 留 についてその 健 全 性 を 評 価 するために 設計 された(Wilson and Monea, 2005)。この 点 で、 地 層 内 でCO 2 の 移 行 挙 動 を 測 定 するのに 地 震 探査 の 有 効 性 を 示 したことは 重 要 である。しかしより 長 期 的 に 見 ると、 貯 留 層 から 漏 洩 したCO 2 を検 出 することがより 重 要 となる。この 場 合 の 監 視 計 画 は、 貯 留 層 から 漏 洩 し、 垂 直 に 移 動 するCO 2を 検 出 するために 必 要 な 分 解 能 及 び 感 度 が 得 られるよう 設 計 されなければならない。 地 球 化 学 的モニタリング 手 法 によって、CO 2 の 流 体 への 溶 解 速 度 、 及 びCO 2 と 反 応 し 永 久 にそれを 貯 留 する 貯留 層 内 の 鉱 物 容 量 を 決 定 することができる。CO 2 漏 洩 の 監 視 としては 土 壌 ガス 及 び 地 下 水 調 査 などがある。 土 壌 ガス 調 査 では、 気 体 の 化 学 変 化 を 評 価 するためフィールドに 重 ね 合 わせたグリッ-282-

ドパターンを 使 用 する。グリッドパターンでは 狭 い 線 状 になった 異 常 帯 を 見 逃 す 可 能 性 があるので、 天 然 の 移 行 経 路 となりうる 地 中 深 部 の 断 層 や 亀 裂 帯 を 反 映 しているような 地 表 の 線 状 の 異 常帯 パターンにも 注 意 を 向 ける 必 要 がある。現 行 プロジェクト、とりわけSleipner 及 びWeyburnでは、 最 も 効 果 的 で 低 コストな 技 術 を 決 定 するため、 様 々な 試 験 をしている。 西 部 Canadaでは、 酸 性 ガス 注 入 井 での 圧 力 監 視 が 実 施 され、 最大 坑 口 注 入 圧 力 を 設 定 し、 貯 留 層 フラクチャー 圧 を 超 過 しないようにしている。 地 中 モニタリングは、 現 在 これらのプロジェクトには 一 切 必 要 とされていない。Chalaturnyk and Gunter(2005)によると、 効 果 的 に 設 計 された 監 視 計 画 というものは、 現 在 行 われているデータの 解 釈 に 基 づいて、将 来 決 定 ができるようなものでなければならない。 監 視 計 画 に 基 づいた 取 得 データは、その 情 報により、 時 間 の 経 過 とともに 不 確 実 性 を 減 少 させ、 一 方 で 思 いがけない 出 来 事 が 起 こった 場 合 には、 監 視 の 頻 度 や 密 度 などを 増 大 させることができる。 言 い 換 えると、 予 想 外 の 変 化 があった 場合 には、それによる 新 しい 不 確 実 性 が 解 消 されるまで 監 視 活 動 を 増 大 させる 必 要 があるのである。5.6.7 長 期 管 理 モニタリング長 期 モニタリングの 目 的 は、CO 2 の 動 きを 確 認 して、 修 復 作 業 の 必 要 性 について 検 討 を 開 始 すべきなのか、また 長 期 貯 留 のセキュリティ 及 び 安 全 に 影 響 を 及 ぼすような 放 出 につながるものなのかなどを 判 断 することである。 長 期 モニタリングは、 注 入 段 階 で 使 用 したのと 同 じ、 一 連 のモニタリング 技 術 で 行 うことができる。しかし 現 在 、 必 要 とされるモニタリングに 関 して、 誰 によって、どれだけの 期 間 、どのような 目 的 で、といったプロトコルは 確 立 されていない。CO 2 の 地中 貯 留 は 数 百 万 年 以 上 も 持 続 するだろう。 長 期 の 貯 留 については、 長 期 モニタリングに 関 する 問題 がいくつかある。この 問 題 は5.8 節 でも 述 べられている。上 記 の 問 題 に 取 り 組 んだ 研 究 例 がいくつか 存 在 する。Keith and Wilson(2002)は、プロジェクト 実 施 段 階 が 終 わった 後 には、 操 作 中 の 全 ての 規 制 要 件 に 合 致 する 限 り、モニタリングの 責 任 を政 府 が 負 うことを 提 案 した。しかしこの 研 究 では、モニタリングについて、その 長 期 の 要 件 を 特定 するには 至 っていない。 実 施 するには 幾 分 現 実 的 ではないだろうが、White et al.(2003)はモニタリングが 数 千 年 必 要 とされるかもしれないと 述 べている。Chow et al(2003) 及 びBenson et al.(2004)が 提 示 した 別 の 観 点 によれば、 一 旦 CO 2 プルームがそれ 以 上 動 かないことを 実 証 したらそれ 以 上 のモニタリングは 必 要 とされない。これは、プルームがこれ 以 上 移 動 しないこと、あるいは、モデリング 及 び 短 期 ・ 中 期 モニタリングの 組 み 合 わせで、 移 動 の 停 止 が 正 確 に 予 想 ・ 検 証できる 場 合 、 長 期 モニタリングの 価 値 はほとんどないという 点 で、 合 理 的 である。長 期 モニタリングが 必 要 であるなら、 費 用 対 効 果 に 優 れ、 簡 単 に 実 施 できるモニタリング 方 法が 好 まれる。プルームに 貫 入 するような 坑 井 は 必 要 としない 方 法 が 望 ましい。それは、その 坑 井自 体 を 介 した 上 位 への 漏 洩 リスクが 増 大 しないようにするためである。 今 日 、CO 2 プルームの 位置 を 十 分 に 画 像 化 できる3D 地 震 イメージングなどの 技 術 が 利 用 できる。 地 震 探 査 に 費 用 がかかることは 知 られているが、Benson et al.(2004)による 最 近 の 研 究 は、これが 誤 解 であることを 示 し、モニタリング 費 用 は 割 引 ベース(10% 割 引 )で、 貯 留 CO 2 1tあたり0.10US$より 高 くなることはないだろうとしている。ただし、 地 震 探 査 による 画 像 化 には 限 界 があり、それは 非 生 産 性 の 炭 化 水素 井 が 掘 削 し 続 けられていることでも 証 明 されている。それでも、CO 2 貯 留 プロジェクトのモニタリングニーズの 全 てではないがほとんどを 満 たす 地 震 探 査 の 能 力 について、その 信 頼 性 は 年 々増 加 している。 衛 星 システムの 利 用 など、 遠 隔 に 配 備 でき、 低 費 用 でより 受 動 的 な 代 替 案 は 魅 力-283-

的 ではあるが、 地 中 での 移 行 挙 動 を 追 跡 することは 現 在 のところ 不 可 能 である。ただし、 生 態 系の 一 部 では、CO 2 が 表 面 に 漏 出 した 場 合 、 付 随 的 にもたらされる 植 物 への 影 響 がすぐさま 検 出 できることもある(Martini and Silver, 2002)。長 期 モニタリングに 関 する 要 件 が 確 立 されるまでは(Stenhouse et al., 2005)、どの 技 術 あるいは 技 術 の 組 み 合 わせが 必 要 か、 又 は 望 ましいかを 評 価 することは 不 可 能 である。しかし、 今 日 の技 術 を 用 いて、 非 常 に 長 期 にわたりCO 2 プルームの 位 置 をモニタリングすることは 可 能 であり、それは、 貯 留 層 から 外 部 の 上 位 層 へと 繋 がる 天 然 のあるいは 人 為 的 な 潜 在 的 漏 洩 経 路 とプルームが 交 差 するリスクを 評 価 するには 十 分 な 精 度 を 持 っている。 一 次 貯 留 層 からCO 2 が 逸 出 し、 漏 洩を 防 ぐための 修 復 手 段 がない 場 合 には、 結 果 的 に 地 下 水 、 土 壌 、 生 態 系 及 び 大 気 に 及 ぼす 環 境 影響 を 監 視 する 技 術 を 適 用 できる。5.6.8 CO 2 注 入 及 び 貯 留 インベントリの 検 証検 証 というトピックは、Carbon Capture Project(CCP)における「 貯 留 ・ 監 視 ・ 検 証 」(SMV)計 画 や、DOE-NETLの 炭 素 隔 離 技 術 ロードマップ 及 びプログラム 計 画 (NETL,2004)における「 監視 ・ 緩 和 ・ 検 証 」(MMV)の 章 に 現 れ、 監 視 としばしば 結 び 付 けられる。このしばしば 使 われる用 語 の 組 み 合 わせから 見 ると、「 検 証 」と「 監 視 」という 言 葉 の 間 には、 一 部 用 法 の 重 なりがある。 本 報 告 書 の 用 法 としては、「 検 証 」とは、 地 中 に 貯 留 されるCO 2 の 量 を 評 価 するため、また、もし 漏 洩 がある 場 合 、どの 位 が 大 気 中 に 戻 るのかを 評 価 するための 諸 活 動 と 定 義 する。地 中 貯 留 の 検 証 のため 特 に 開 発 された 標 準 的 プロトコルは 存 在 しない。しかし、Weyburn 及 びSleipnerプロジェクトでの 経 験 は、 全 てではないにしても、ほとんどの 検 証 作 業 について、 様 々な技 術 の 有 用 性 を 実 証 している(Wilson and Monea, 2005; Sleipner Best Practice Manual,2004)。「 検証 」には 最 小 限 、 貯 留 CO 2 の 定 量 測 定 が 含 まれる。 側 方 及 び 垂 直 の 両 方 向 への 移 行 という 観 点 から、 貯 留 サイト 内 にCO 2 が 留 まっていると 実 証 するには、モデルとモニタリングを 組 み 合 わせて利 用 することになるだろう。その 要 件 はおそらくサイト 固 有 であり、 規 制 環 境 、 経 済 制 度 からの要 件 、 漏 洩 のリスクの 度 合 いに 依 存 するだろう。 検 証 作 業 についての 監 督 は、 直 接 規 制 当 局 によって 行 われるか、 又 は 国 内 法 に 従 って 規 制 当 局 と 契 約 した 独 立 した 第 三 者 によることになろう。5.7 リスク 管 理 、リスク 評 価 及 び 修 復深 い 地 層 にCO 2 を 貯 留 するリスクは 何 か? 地 中 貯 留 サイトは 安 全 に 操 業 できるか? 貯 留 サイトからCO 2 が 漏 洩 する 場 合 、 安 全 に 対 する 懸 念 及 び 環 境 への 影 響 は? CO 2 貯 留 サイトは、 何 か不 都 合 があった 場 合 に 修 復 可 能 か? 本 報 告 書 の 本 節 ではこれらの 質 問 に 対 応 する。5.7.1 環 境 リスク 評 価 の 枠 組 み地 中 貯 留 から 生 じる 環 境 影 響 は、 大 きく 二 つのカテゴリに 分 けられる。 局 所 的 な 環 境 への 影 響及 び 貯 留 されたCO 2 の 大 気 への 排 出 から 生 じる 全 地 球 的 影 響 である。CO 2 貯 留 の 全 地 球 的 影 響 はCO 2 貯 留 の 効 果 に 対 する 不 確 実 性 と 見 なされるかもしれない。 大 気 への 放 出 の 可 能 性 の 推 定 に 関しては、 以 下 (5.7.3 節 )に 記 述 されている。 貯 留 からの 潜 在 的 放 出 についての 政 治 的 含 意 については 他 所 で 述 べられている(1、8 及 び9 章 )。局 所 的 な 健 康 、 安 全 及 び 環 境 被 害 は、 三 つの 明 確 な 原 因 から 生 じる。-284-

浅 い 地 下 及 び 地 表 付 近 の 環 境 でガス 相 CO 2 濃 度 が 上 昇 することの 直 接 影 響 溶 解 したCO 2 の 地 下 水 化 学 性 状 への 影 響 注 入 されたCO 2 による 流 体 置 換 から 生 じる 影 響本 節 では、 局 所 的 及 び 地 域 的 な 潜 在 的 環 境 被 害 に 関 する 評 価 を、 危 険 の 種 類 ( 例 えば、 人 間 の健 康 及 び 生 態 系 の 危 険 は 別 々に 扱 われる) 及 び 基 礎 にある 物 理 的 メカニズム( 例 、 地 震 被 害 )によって 整 理 した。 例 えば、 地 下 水 水 質 に 対 する 被 害 の 論 議 には、 置 換 したブラインによる 汚 染 から 生 じる 間 接 的 影 響 もあり、また 地 下 水 に 溶 解 したCO 2 の 影 響 からの 直 接 影 響 もある。リスクは、 潜 在 的 な 被 害 の 程 度 及 び、これらの 被 害 が 生 じる 可 能 性 とに 比 例 する。 地 表 付 近 の大 気 や 土 壌 ガス 中 でのCO 2 濃 度 の 局 所 的 上 昇 、 又 は 水 へ 溶 解 しているCO 2 濃 度 の 局 所 的 上 昇 によってもたらされる 被 害 のリスクは、 地 中 深 部 の 貯 留 サイトから 地 表 への 漏 洩 確 率 に 依 存 する。このように、5.7.4 節 で 述 べる 危 険 のほとんどは、5.7.3 節 で 説 明 する 放 出 確 率 を 用 いて 計 算 されなければならない。CO 2 貯 留 における 設 備 や 坑 井 の 保 守 管 理 日 常 業 務 に 付 随 するリスクは、CO 2 -EOR 操業 のリスクと 同 等 であると 予 想 される。リスクは 放 出 確 率 に 比 例 するという 一 般 則 には、 二 つの 重 要 な 例 外 がある。まず、 局 所 的 影 響はフラックスの 空 間 的 、 時 間 的 分 布 及 び、その 結 果 生 じるCO 2 濃 度 に 大 きく 依 存 する。 突 発 的 かつ 局 所 的 な 漏 出 の 場 合 には、 連 続 的 及 び/ 又 は 空 間 的 に 拡 散 した 漏 出 の 場 合 よりも、 単 位 放 出 CO 2のあたり 影 響 が 大 きい 傾 向 がある。CO 2 の 大 気 中 への 排 出 から 生 じる 全 地 球 的 影 響 は、 数 十 年 から 数 世 紀 のタイムスケールで 排 出 される 平 均 量 のみに 依 存 する。 第 二 に、 誘 発 地 震 のリスクなど、置 換 の 過 程 に 由 来 する 被 害 は、 放 出 確 率 とはおおむね 独 立 的 である。大 気 排 出 削 減 という 明 確 な 目 的 のためにCO 2 注 入 を 実 施 した 経 験 は 限 られるものの、この 活 動と 密 接 に 関 連 した 産 業 上 の 経 験 及 び 科 学 知 見 は 豊 富 に 存 在 し、 適 切 なリスク 管 理 の 基 礎 を 提 供 できる。 本 節 の 議 論 に 加 え、 関 連 する 産 業 上 の 経 験 は5.1 節 から5.6 節 に 記 述 されている。5.7.2 地 中 貯 留 サイトからの CO 2 排 出 に 関 するプロセスと 経 路単 独 の 相 ( 超 臨 界 相 、 液 相 、あるいは 気 相 )として 存 在 するCO 2 は、 以 下 の 経 路 を 通 じて 貯 留層 から 逸 出 する 可 能 性 がある( 図 5.25)。 CO 2 が 帽 岩 に 浸 入 する 毛 細 置 換 圧 力 を 超 過 した 場 合 に、シェール( 頁 岩 )などの 低 浸 透 率 の帽 岩 の 孔 隙 系 を 通 じて 帽 岩 の 開 口 部 又 は 亀 裂 帯 及 び 断 層 を 通 じて 仕 上 げが 不 良 、 及 び/ 又 は 廃 棄 された 既 存 の 坑 井 など、 人 為 的 な 経 路 を 通 じて-285-

図 5.25 地 下 塩 水 層 に 注 入 された CO 2 の 逸 出 の 可 能 性 がある 経 路陸 上 の 貯 留 サイトでは、 漏 洩 したCO 2 は、 地 下 水 面 に 達 し、されに 上 位 層 である 不 飽 和 帯 に 移行 する。この 場 合 、 飲 料 水 の 帯 水 層 とCO 2 をが 接 触 する 可 能 性 がある。 地 下 水 帯 水 層 又 は 不 飽 和帯 となっている 岩 相 の 基 質 の 鉱 物 組 成 によっては、CO 2 は 岩 石 質 と 反 応 して、 汚 染 質 を 放 出 することになる。 現 に 米 国 環 境 保 護 庁 (USEPA)により、 地 下 水 涵 養 のための 事 業 において、 鉱 物 化した( 固 定 した) 汚 染 質 が、 望 まない 汚 染 を 引 き 起 こすのに 十 分 な 濃 度 で、 意 図 せずに 溶 出 してしまった 問 題 が 確 認 されている。不 飽 和 帯 の 間 隙 は、 水 によって 部 分 的 にしか 飽 和 されてない。 間 隙 スペースの 残 りは 土 壌 ガス( 空 気 )で 充 満 している。CO 2 は 空 気 より 重 いので、 周 囲 の 土 壌 ガスを 置 換 し、 小 さな 漏 洩 フラックスであっても、 不 飽 和 帯 が 部 分 的 に100% 濃 度 に 近 づく 可 能 性 が 存 在 する。 地 表 層 へ 向 けてCO 2が 放 散 するのは、 多 くの 場 合 、 圧 力 による 流 れと 拡 散 の 作 用 による(Oldenburg and Unger, 2003)。こうした 事 象 は 不 飽 和 帯 の 浅 い 部 分 で 広 く 認 められ、 不 飽 和 帯 の 深 部 では 漏 洩 したCO 2 が 蓄 積 を続 ける 能 性 がある。 不 飽 和 帯 でのCO 2 移 行 過 程 はモデル 化 することが 可 能 であるが、 実 際 には 不飽 和 帯 の 複 雑 な 性 質 ゆえの 限 界 に 直 面 し、またCO 2 漏 洩 シナリオにも 依 存 してしまう。沖 合 いの 貯 留 サイトについては、 漏 洩 したCO 2 が 海 底 堆 積 物 に 達 し、 続 いて、 周 囲 の 水 より 軽い 場 合 、 大 気 に 達 するまで 水 柱 の 中 を 上 へ 移 動 する。 漏 洩 速 度 によるが、 水 相 とは 別 の 相 として存 在 する 場 合 もあるし、また 完 全 に 水 柱 に 溶 解 する 場 合 もある。CO 2 が 溶 解 する 場 合 、 海 底 及 び海 洋 生 物 への 生 物 影 響 が 懸 念 される。 独 立 した 相 としてCO 2 が 海 面 に 到 達 するようなサイトにおいては、 突 然 の 大 放 出 が 沖 合 プラットフォームの 作 業 者 に 被 害 をもたらす 懸 念 がある。不 飽 和 帯 を 通 過 後 は、 逸 出 したCO 2 は 大 気 の 表 面 層 及 び 地 表 環 境 に 到 達 し、 人 間 及 びその 他 の動 物 がこれに 曝 されることになる。CO 2 が 分 散 混 合 するのは、 地 表 の 風 とそれに 伴 う 乱 流 ・ 渦 拡散 作 用 による。その 結 果 として、CO 2 濃 度 は 地 表 からの 上 方 への 距 離 に 応 じて 速 やかに 減 少 するため、 地 表 付 近 に 住 む 動 物 は、 人 間 よりも 暴 露 影 響 が 大 きいことになる(Oldenburg and Unger,-286-

2004)。こうした 混 合 作 用 は、 静 穏 な 大 気 環 境 下 で、 密 度 が 大 きい 気 体 を 地 表 に 留 め 易 いような局 所 地 形 では 働 きにくい。しかし、このような 条 件 は 例 外 であり、 一 般 的 には 大 気 の 接 地 層 は、漏 出 するCO 2 を 大 いに 希 釈 化 すると 考 えられる。それでも、CO 2 貯 留 サイトのリスク 評 価 においては、 静 穏 な 条 件 の 日 にCO 2 が 高 濃 度 に 蓄 積 されるかもしれない 懸 念 は 慎 重 に 考 慮 しなければならない。これらに 加 え、 地 下 環 境 で 高 CO 2 濃 度 は、 地 下 室 や、 地 下 壕 、その 他 の 地 中 構 造 物 へ 蓄 積する 可 能 性 があり、それは 人 間 がリスクに 曝 される 可 能 性 でもある。石 炭 層 に 注 入 されたCO 2 は、 遊 離 相 として 存 在 する 場 合 のみ 逸 出 する(すなわち、 石 炭 に 吸 着されない) 可 能 性 があり、その 経 路 には 以 下 のようなものがある(Wo and Liang 2005; Wo et al.2005)。まず、 低 浸 透 率 の 炭 層 にCO 2 を 注 入 すべく 高 圧 にしたため、 注 入 層 の 隣 接 層 へ 流 れ 込 んでしまった 場 合 で、 炭 層 の 境 界 面 にまでに 到 達 したクリート 系 か、クリート 系 とCBM 生 産 井 との間 の 導 通 改 善 のために 作 られた 水 圧 破 砕 を 介 したものである。さらには 炭 層 と 交 差 するような 断層 、その 他 の 天 然 の 導 通 経 路 もこれに 該 当 する。 廃 坑 措 置 が 不 完 全 であるような 炭 層 探 鉱 ボーリングやCBM 探 査 井 に 加 えて、 人 為 的 な 経 路 として 炭 坑 自 体 や、 採 掘 による 落 盤 の 亀 裂 などもある。しかし 一 般 には、 石 炭 に 吸 着 され 保 持 されるCO 2 は、 炭 層 の 圧 力 が( 例 えは、 採 掘 によって)減 少 しない 限 り、 帽 岩 がなくても 炭 層 に 含 有 されたままになる。 圧 力 及 び/ 又 は 温 度 の 変 化 は、 最大 ガス 含 有 量 の 変 化 につながる。 圧 力 が 著 しく 低 下 した 場 合 、 過 剰 なCO 2 は、 石 炭 から 脱 着 し、クリートを 通 じて 自 由 に 流 れる。注 入 井 及 び 廃 井 は、CO 2 貯 留 プロジェクトにとって 最 も 可 能 性 のある 漏 洩 経 路 の 一 つとして 認識 されている(Gasda et al., 2004; Benson, 2005)。 坑 井 を 掘 削 するということは、 地 表 と 深 部 地 中との 間 に 通 路 を 形 成 することである。 坑 井 掘 削 時 に 対 象 地 層 からの 生 産 が 十 分 に 期 待 できないと操 業 者 が 判 断 した 場 合 、その 坑 井 はいわゆる「 空 井 戸 」として 適 切 な 規 制 のガイドラインに 従 って 廃 棄 される。 現 在 のガイドラインは、 通 常 セメントで 空 間 部 分 を 充 填 することを 要 請 している(5.5 節 及 び 図 5.21)。井 戸 の 掘 削 及 び 仕 上 げ 作 業 とは、 地 中 に 削 孔 することだけを 意 味 せず、 坑 井 用 セメント 及 び 坑井 ケーシングなどの 工 作 物 を 地 中 に 挿 入 することを 伴 っている。 坑 井 掘 削 全 体 が 地 中 に 与 える 影響 とは、 規 模 としては 小 さいが 同 時 に 重 要 な 結 果 をもたらすかもしれない 岩 石 の 一 部 分 、すなわち 低 浸 透 率 の 帽 岩 を 含 んだ 円 柱 状 のある 部 分 を、 異 なる 性 質 を 持 つ 人 為 的 な 材 料 と 交 換 することなのである。 多 くの 潜 在 的 漏 洩 経 路 は、 図 5.26に 示 すとおり、 廃 井 に 沿 って 存 在 する(Gasda et al.,2004)。それらは、ケーシングの 外 周 とセメントとの 間 隙 ( 図 5.26a)、セメントと 金 属 ケーシングの 内 周 との 間 隙 ( 図 5.26b)、セメントプラグ 自 体 の 内 部 ( 図 5.26c)、 金 属 ケーシングの 劣 化 ( 腐食 )( 図 5.26d)、アニュラス 環 状 部 のセメントの 劣 化 ( 図 5.26e) 及 び 地 層 とセメント 間 の 環 状 部での 漏 洩 ( 図 5.26f)などである。 現 段 階 では、CO 2 が 存 在 する 環 境 下 でのセメント 及 び 金 属 ケーシングの 長 期 劣 化 については、さらに 調 査 が 必 要 な 課 題 である(Scherer et al., 2005、 他 )。-287-

図 5.26 廃 井 の 潜 在 的 漏 洩 経 路 :(a)(b)ケーシングとセメンチングあるいは 坑 井 プラグとの、それぞれの 間 隙 ;(c)セメントプラグを 通 じたもの;(d)ケーシングを 通 じたもの;(e)セメンチングを 通じたもの;(f)セメンチングと 母 岩 との 間 (after Gasda et al., 2004)。廃 井 を 通 じた 漏 洩 のリスクは、CO 2 プルームと 交 差 する 坑 井 数 、 坑 井 深 度 、 廃 坑 手 段 に 比 例 する。 油 ガス 田 開 発 が 進 んだ 堆 積 盆 においては、 注 入 井 を 掘 削 しようとする 周 辺 には 坑 井 が 何 百 というレベルで 多 数 存 在 するだろう。 例 えば、 西 部 CanadaのAlberta 堆 積 盆 では、これまで350,000 坑以 上 の 掘 削 実 績 がある。 現 在 でも 年 間 あたり 約 20,000 坑 の 掘 削 が 続 いている。 坑 井 の 分 布 はクラスター 状 であり、クラスターごとの 平 均 的 な 密 度 はkm 2 あたり 約 4 坑 である(Gasda et al., 2004)。図 5.27に 世 界 的 な 坑 井 密 度 が 示 されており、 多 くの 地 域 では、かなり 坑 井 密 度 が 低 いことが 示 されている。しかしながら、 図 5.27のデータは、5.3 節 で 指 摘 された 重 要 な 特 徴 も 示 している。すなわち、 油 ガス 田 開 発 が 進 んだ 地 域 では、 多 数 の 坑 井 が 帽 岩 を 貫 入 している 場 合 、 貯 留 セキュリティが 損 なわれることがあるという 点 である。この 潜 在 的 リスクに 対 応 する 必 要 がある。-288-

図 5.27 世 界 での 石 油 坑 井 と 天 然 ガス 坑 井 の 分 布 密 度 (IHS Energy 提 供 )。5.7.3 地 中 貯 留 サイトからの 放 出 確 率貯 留 サイトは、 注 入 されたCO 2 全 てを 地 質 タイムスケールで 封 じ 込 めることを 想 定 し 設 計 される。しかし、 人 工 的 なシステムについてのこれまでの 経 験 からすれば、 実 際 に 貯 留 を 行 うサイトのうち、ごく 一 部 は、CO 2 を 大 気 中 に 放 出 してしまうだろうと 考 えられる。これまでに、 信 頼 性のある 地 中 貯 留 システムのサンプルから、それらの 放 出 の 確 率 や 規 模 を 系 統 的 に 推 定 している 研究 事 例 は 存 在 しない。そのため、 本 節 では、 貯 留 で 達 成 できる 保 持 分 率 について 大 まかな 推 定 を可 能 にする 証 拠 を 取 り 集 める。 貯 留 効 果 の 評 価 には、 以 下 の5 種 類 の 証 拠 が 利 用 できるだろう。 天 然 のシステムからのデータ: 石 油 貯 留 系 もそうだが、とりわけ 天 然 ガス 及 びCO 2 の 地 中 集積 の 事 例 人 工 的 な 地 中 システムからのデータ: 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 、 油 ガス 田 での 貯 留 層 圧 力 維 持 のためのガス 再 注 入 、CO 2 又 は 炭 化 水 素 を 用 いたミッシブル 攻 法 (EOR)、 酸 性 ガスの 処 分 及 びその 他 の 流 体 の 処 分 など 地 下 でのCO 2 の 移 動 と 行 く 先 に 関 係 するような 基 礎 的 な 物 理 的 、 化 学 的 及 び 機 械 的 プロセス; CO 2 輸 送 の 数 値 モデルからの 結 果 現 在 の 地 中 貯 留 プロジェクトからの 結 果5.7.3.1 天 然 のシステム天 然 のシステムを 用 いて、CO 2 を 貯 留 するために 使 われる 地 層 の 質 及 び 量 について 推 論 できる。何 百 万 年 も 地 層 に 保 持 さている 石 油 、 天 然 ガス 及 びCO 2 が 広 範 に 存 在 することは、 堆 積 盆 内 には地 質 時 間 を 通 じてCO 2 を 閉 じ 込 めるに 足 る 性 質 を 有 した 不 浸 透 性 の 地 層 ( 帽 岩 )が 存 在 することを 示 す。 例 として、Jackson Dome(Mississippi)の 北 東 部 にあるPisgah 背 斜 に 保 持 されている 約 200MtのCO 2 は、6500 万 年 以 上 前 の 後 期 白 亜 紀 に 生 成 されたと 考 えられる(Studlick et al., 1990)。1000万 年 以 上 という 長 期 の 保 留 時 間 は、 世 界 の 石 油 堆 積 盆 の 多 くで 見 られる(Bradshaw et al., 2005)。このように、 天 然 のシステムからの 証 拠 は 数 百 万 年 以 上 CO 2 を 閉 じ 込 めることができるような 貯留 シールが 存 在 することを 証 明 する。-289-

5.7.3.2 人 工 システム天 然 ガス 地 下 貯 蔵 での 経 験 に 基 づく 証 拠 から、 人 工 的 なバリアについての 性 能 評 価 ( 坑 井 及 び付 随 する 保 守 管 理 や 修 復 の 技 術 )や、 人 為 的 な 圧 力 変 化 により 影 響 を 受 ける 天 然 のシステムについての 性 能 評 価 が 可 能 である(Lippmann and Benson, 2003; Perry, 2005)。 天 然 ガスの 地 下 貯 蔵 施設 は、 現 在 米 国 で470あまり 操 業 され、それらの 合 計 貯 留 容 量 は 天 然 ガスで160Mtを 超 える( 図 5.12)。報 告 された 事 故 として9 件 の 重 大 な 漏 洩 があった。うち、5 件 は 坑 井 の 健 全 性 に 関 係 し、それぞれ坑 井 の 修 繕 によって 解 決 した。また3 件 については 帽 岩 の 漏 洩 であり、2 件 は 修 復 され、1 件 はプロジェクト 廃 止 につながった。 残 りの1 件 はサイト 選 定 が 不 良 であったための 事 故 であり、 早 期 にプロジェクトは 廃 止 された(Perry, 2005)。 全 プロジェクトの 漏 洩 から 生 じる 喪 失 ガスの 合 計 は 推 定されていない。 最 近 の 深 刻 な 漏 洩 事 例 として、 米 国 カンザス 州 の 施 設 で 坑 井 障 害 によって 合 計 約3,000tが 排 出 した(Lee, 2001)が、これは 米 国 及 びカナダの 地 下 貯 蔵 ガスの 合 計 値 の0.002% 以 下 に相 当 する。 約 470 箇 所 の 施 設 について、 運 用 開 始 からの 経 過 年 数 の( 貯 留 容 量 で 重 み 付 けをした)中 央 値 は25 年 を 超 える。 米 国 カンザス 州 での 事 例 における 故 障 が 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 施 設 のこれまでの 操 業 歴 上 最 悪 のものであると 仮 定 すると、 地 下 に 貯 蔵 されたガス 量 全 体 に 占 める 平 均 年 間 放出 率 は10 -5 を 下 回 る。こうした 予 想 ( 又 は 統 計 的 平 均 ) 放 出 率 は、 貯 留 効 果 を 見 積 もる 指 標 として有 用 ではあるが、この 数 値 を 解 釈 して、 放 出 過 程 が 継 続 的 なものであると 考 えることは 妥 当 でない。天 然 ガス 地 下 貯 蔵 システムの 性 能 は、CO 2 貯 留 性 能 を 推 定 する 場 合 にこれ 以 下 ではないだろうという 値 を 与 えると 見 なされる。その 理 由 のひとつは、 天 然 ガスシステムが 帽 岩 の 漏 洩 可 能 性 を増 大 させるような 急 激 な 圧 力 変 動 サイクルにさらされるよう 設 計 されている(また 実 際 にそのように 操 業 されている) 点 である。 一 方 で、CO 2 は(もし 存 在 すれば) 孔 隙 水 に 溶 解 し、その 分 漏洩 のリスクを 減 らす。おそらく、 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 システムに 関 して、より 低 いリスクと 考 えられる 論 点 は、「CH 4 は、 坑 井 ケーシングなど 金 属 部 品 に 対 し、 腐 食 性 が 低 い」という 一 点 である。天 然 ガス 地 下 貯 蔵 サイトからの 漏 洩 が 生 じた 場 合 、ガスの 可 燃 性 のためリスクは 高 くなる。5.7.3.3 地 下 でのCO 2 の 移 動 と 行 く 先 に 関 係 する 基 礎 的 な 物 理 的 、 化 学 的 及 び 機 械 的 プロセス5.2 節 で 説 明 したとおり、CO 2 貯 留 の 科 学 的 理 解 、とりわけ 貯 留 システム 性 能 の 科 学 的 な 理 解 は、水 文 地 質 学 、 石 油 地 層 、 貯 留 層 エンジニアリング 及 び 関 連 地 球 科 学 の 知 識 体 系 に 基 づいている。現 在 までの 評 価 により、 数 多 くの 過 程 が 単 独 で 又 は 結 合 して、 非 常 に 長 期 間 の 貯 留 を 可 能 にしていることが 分 かっている。 特 に、 低 浸 透 率 の 帽 岩 下 にある 単 相 のCO 2 の 構 造 的 ・ 層 位 的 トラップメカニズムや、 残 留 CO 2 ガストラッピング、 溶 解 トラッピング 及 び 鉱 物 トラッピングによって、地 質 タイムスケールでの 貯 留 が 確 実 となる。5.7.3.4 長 期 貯 留 性 能 の 数 値 シミュレーション大 規 模 貯 留 プロジェクトにおけるCO 2 封 じ 込 めシミュレーションの 結 果 によれば、 廃 井 の 存 在を 無 視 すれば、 地 中 でのCO 2 の 移 動 速 度 はゆっくりである。 例 えば、Cawley et al.(2005)が 北 海のForties 油 田 へのCO 2 貯 留 を 検 討 した 際 、 帯 水 層 内 の 地 層 水 流 速 や 帽 岩 への 毛 細 置 換 圧 力 といった諸 パラメータの 不 確 実 性 による 影 響 を 研 究 しているが、その 研 究 では、1000 年 以 上 のタイムスケールにおいて、 上 位 層 へ 移 行 する 貯 留 CO 2 は0.2% 以 下 であり、 最 悪 ケースでもCO 2 が 移 動 する 最 大垂 直 距 離 は、 海 底 までの 距 離 の 半 分 以 下 であるとしている。 同 様 に、Lindeberg and Bergmo(2003)はSleipnerフィールドを 研 究 し、CO 2 は、100,000 年 間 は 北 海 への 移 動 を 開 始 しないこと、100 万 年-290-

後 も、 年 間 排 出 速 度 は、 年 あたり 貯 留 されたCO 2 の 約 10 -6 であることを 明 らかにしている。廃 井 や、その 他 の 不 均 質 で 擾 乱 的 な 場 など 複 数 の 経 路 により 貯 留 されたCO 2 が 生 物 圏 に 放 出 される 可 能 性 を 研 究 するためのシミュレーションが、より 一 般 的 なリスク 評 価 作 業 の 一 環 として 最近 利 用 されるようになった(5.7.5 節 )。 例 えば、Weyburnサイトでの 二 つの 研 究 事 例 があり、 生物 圏 への 排 出 の 可 能 性 を 評 価 している。Walton et al.(2005)は、CO 2 の 移 動 について 単 純 化 した完 全 な 確 率 論 的 評 価 モデルを 使 いて、 生 物 圏 に 放 出 される 累 積 量 の 確 率 分 布 を 計 算 している。Walton et al.の 結 論 は、 放 出 累 積 量 が0.1% 以 上 ないし 以 下 になる 確 率 が5,000 年 後 には 等 しくなる( 放 出 量 の 中 央 値 を 意 味 する)ということであり、また、95%の 確 率 で、 放 出 量 が 貯 留 合 計 量 の1% 未 満 になるとしている。Zhou et al.(2005)は、 地 中 でのCO 2 移 動 について 決 定 論 的 評 価 モデルを 使 い、5,000 年 間 は 生 物 圏 への 放 出 がないとした。この 研 究 では、 一 方 で 廃 井 を 通 じた 移 動 については 確 率 論 的 評 価 モデルを 使 い、 放 出 割 合 (5000 年 間 での 累 積 分 が 総 貯 留 CO 2 量 に 占 める 分率 )は 統 計 的 平 均 値 で0.001%、 最 大 で0.14%であると 算 定 している。地 下 塩 水 層 、あるいは 相 当 量 の 塩 水 を 随 伴 する 油 ガス 田 の 場 合 、CO 2 のほとんどが、 最 終 的 には 塩 水 に 溶 解 ( 図 5.7)するか、 残 留 ガスとしての 不 動 態 としてトラップされる( 図 5.8)、もしくは 地 球 化 学 的 反 応 により 固 定 される。 通 常 、 溶 解 の 時 間 スケールは、CO 2 が 他 の 過 程 で 貯 留 層 の外 部 へと 移 行 する 時 間 スケールと 比 較 すると 短 い(Ennis-King and Paterson, 2003; Lindeberg andBergmo, 2003; Walton et al., 2005)。 貯 留 プロジェクトの 多 くについて、 注 入 されたCO 2 の 大 部 分 が溶 解 するように 選 択 、 操 業 されることも 可 能 であろう。CO 2 は 一 旦 溶 解 してしまえば、 堆 積 盆 規模 の 循 環 流 あるいは 上 方 流 によってしか、 注 入 サイト 外 部 へと 移 動 しないが、このような 移 動 のタイムスケールは 通 常 は 十 分 長 いので( 数 百 万 年 )、 漏 洩 のリスク 評 価 で(おそらく) 無 視 できる。5.1 節 で 説 明 されたとおり、 複 数 のCO 2 貯 留 プロジェクトが 現 在 操 業 中 で、 注 意 深 くモニターされている。 貯 留 CO 2 の 貯 留 層 から 外 部 への 漏 洩 は、 現 在 のプロジェクトでは 一 切 観 測 されていないが、 観 測 期 間 が 非 常 に 短 く、 全 体 的 なモニタリングは 限 られているので、 地 中 貯 留 の 長 期 性 能について、 直 接 の 経 験 に 基 づいて 結 論 することは 難 しい。 現 行 の 諸 プロジェクトは、 貯 留 性 能 を直 接 に 検 証 しようとしているのではなく、むしろ、CO 2 の 移 動 及 びトラップメカニズムの 理 解 の増 進 や 検 証 を 通 じて 長 期 貯 留 予 測 の 性 能 を 向 上 させるものである。5.7.3.5 現 行 地 中 貯 留 プロジェクトによる 長 期 的 なCO 2 保 持 能 力 に 関 する 評 価地 中 貯 留 プロジェクトに 関 して、 個 々に 保 持 分 率 を 求 めようとした 場 合 、それはかなりサイト固 有 の 問 題 であり、 以 下 の(1)~(4)に 依 存 する。(1) 選 定 された 貯 留 サイトの 地 質 的 特 徴 を含 む、 貯 留 システムの 設 計 (2) 注 入 システム 及 び 関 連 した 貯 留 層 エンジニアリング(3) 坑 井 シール 技 術 の 性 能 を 含 む、 廃 坑 方 法 。これらの 情 報 が 利 用 できる 場 合 、5.4.2 節 で 説 明 したモデル 及び5.7.5 節 で 説 明 したリスク 評 価 方 法 を 用 い、 保 持 分 率 の 推 定 を 行 うことが 可 能 である。すなわち、サイト 選 定 、シール 健 全 性 、 注 入 深 度 、 坑 井 閉 鎖 技 術 などに 関 する 設 計 ガイドラインに 従 った 多くの 貯 留 プロジェクトについて、その 期 待 される 性 能 を 予 測 することは 原 理 的 には 可 能 である。表 5.5に、CO 2 貯 留 システムの 健 全 性 に 関 する 個 別 の 証 拠 事 例 をまとめた。-291-

表 5.5CO 2 保 留 及 び 排 出 速 度 の 証 拠 のまとめ大 規 模 な 操 業 スケールでのCO 2 貯 留 プロジェクトについては、サイトが 十 分 に 選 択 、 設 計 、 操業 され、 適 切 にモニターされていると 仮 定 し、 利 用 できる 証 拠 を 総 体 的 に 勘 案 すれば、 最 初 の100 年 で、 貯 留 CO 2 の99% 以 上 が 保 留 される 可 能 性 は 非 常 に 高 い。 最 初 の1000 年 で、 貯 留 CO 2 の99% 以 上 が 保 留 される 可 能 性 は 高 い。5.7.4 周 辺 及 び 地 域 環 境 被 害5.7.4.1 人 間 の 健 康 及 び 安 全 に 関 する 潜 在 的 被 害閉 鎖 的 な 屋 外 環 境 、もしくは 洞 窟 や 建 物 内 においては、とりまく 空 気 中 でのCO 2 濃 度 の 上 昇 が(ほぼ) 単 独 の 原 因 となって 人 間 の 健 康 及 び 安 全 に 対 するリスクがもたらされる。 高 濃 度 のCO 2による 生 理 学 的 反 応 及 び 毒 性 作 用 は、かなり 十 分 に 理 解 されている(AI.3.3)。 約 2%を 超 える 濃度 では、CO 2 は 呼 吸 生 理 学 上 強 い 影 響 を 及 ぼし、7-10%を 超 えると 意 識 不 明 及 び 死 の 原 因 となる。暴 露 実 験 では、1%を 下 回 る 濃 度 に 慢 性 的 に 暴 露 されても 健 康 への 悪 影 響 は、 認 められていない。貯 留 サイトから 浸 出 するCO 2 によるリスクの 推 定 においては、 地 下 浅 部 にまで 到 達 するCO 2 フラックスの 空 間 的 及 び 時 間 的 分 布 や、CO 2 フラックスが 与 えられた 場 合 の 空 中 CO 2 濃 度 を 予 測 するところに 主 な 課 題 がある。 地 表 での 空 中 濃 度 は、 地 表 面 地 形 及 び 大 気 の 条 件 によって 強 く 影 響 される。CO 2 は 空 気 より50% 高 密 度 であるので、 下 方 へと 移 動 する 傾 向 があり、 地 表 面 に 沿 って 流 下 し、浅 い 窪 みに 集 まったりして、 開 けた 地 形 よりも 閉 鎖 的 な 地 形 において 高 い 濃 度 を 示 す 可 能 性 がある。CO 2 の 漏 出 は、 火 山 活 動 の 影 響 がある 地 域 では 珍 しいことではない。 天 然 現 象 としてのCO 2 放 出は、 不 飽 和 帯 から 大 気 中 へのCO 2 移 行 についての 基 礎 的 な 理 解 の 助 けとなり、また、 空 中 でのCO 2-292-

濃 度 と 地 下 浅 部 へのCO 2 フラックスとを 関 係 付 ける 経 験 式 の 元 となるデータにもなり、それを 用いてエンドポイントとしての 健 康 ・ 安 全 リスクを 評 価 することができる。しかし、 火 山 地 域 での漏 出 事 象 は、 深 部 貯 留 サイトから 漏 洩 するCO 2 フラックスの 空 間 的 ・ 時 間 的 分 布 を 推 定 する 上 での 有 用 な 基 礎 データとはいえない。なぜなら( 一 般 に)こうした 漏 出 は、CO 2 貯 留 の 可 能 性 を 持つ 場 所 、すなわち 安 定 した 堆 積 盆 の 内 部 とは 異 なり、 高 度 に 亀 裂 を 含 んだ 火 山 地 帯 で 起 こるからである(5.3 節 )。天 然 の 浸 出 事 象 は、 活 発 なテクトニクスを 示 す 地 域 に、 世 界 中 広 く 分 布 している(Morner andEtiope, 2002)。イタリア 中 部 では、CO 2 は 例 えば、 噴 気 孔 、 地 表 面 からの 脱 ガス 現 象 、CO 2 を 高 濃度 で 含 有 する 地 下 水 からの 拡 散 放 出 などの 形 態 で 排 出 されている。 噴 気 孔 からのフラックスは、100tCO 2 / 日 以 下 から430tCO 2 / 日 以 上 までの 範 囲 にわたり、 動 植 物 に 致 命 的 影 響 があると 判 明 している。 例 えば、Poggiodell’Ulivoでは、 拡 散 性 の 土 壌 からの 脱 ガスにより200tCO 2 / 日 のフラックスが放 出 した。Lazio 地 域 では 過 去 20 年 で 少 なくとも10 人 がCO 2 放 出 により 死 亡 した。天 然 類 似 事 象 や 工 学 的 類 似 事 象 から 考 えて、CO 2 貯 留 層 からのゆっくりした 放 出 が 人 間 に 脅 威となるケースはありそうにないが、 可 能 性 としては 考 慮 すべきだろう。 自 然 に 蓄 積 したCO 2 が 突然 破 壊 的 に 放 出 するケースは、 火 山 活 動 又 は 地 下 採 掘 活 動 と 関 連 したものである。そのため、 堆積 盆 に 貯 留 されたCO 2 のリスクを 理 解 する 上 での 関 連 性 は 限 定 的 である。しかし、 採 掘 活 動 又 は掘 削 作 業 によって 偶 然 CO 2 貯 留 層 を 貫 入 することのないように、 情 報 が 制 度 的 に 保 管 され 警 告 されなければ、 採 掘 活 動 や 掘 削 作 業 はCO 2 貯 留 サイト 地 域 にとって 長 期 的 なリスク 要 因 となる。5.7.4.2 CO 2 漏 洩 及 び 塩 水 置 換 から 生 じる 地 下 水 被 害貯 留 層 から 地 表 へとCO 2 が 移 動 する 際 に 生 じる、 溶 存 CO 2 濃 度 の 上 昇 は、 地 下 水 の 化 学 性 状 を 変化 させ、 浅 層 地 下 水 の 飲 用 利 用 、 工 業 ・ 農 業 用 水 利 用 へ 影 響 する 可 能 性 がある。 溶 存 CO 2 は、 炭酸 を 形 成 し、 溶 液 のpHを 変 化 させることで 間 接 的 に 影 響 を 与 える。それは( 有 害 ) 金 属 、 硫 酸 塩や 塩 化 物 の 溶 出 などで、 水 に、 異 臭 や 色 、 味 を 与 える 可 能 性 がある。 最 悪 の 場 合 には、 汚 染 が危 険 なレベルに 達 して、 飲 料 又 は 灌 漑 用 の 地 下 水 として 利 用 できなくなってしまう 場 合 もある。Wang and Jaffé(2004)の 研 究 では、 化 学 移 動 モデルを 使 用 して、 地 中 深 度 100mからCO 2 が 放 出された 場 合 に、 鉱 物 化 した 鉛 ( 方 鉛 鉱 )を 高 濃 度 に 含 有 する 浅 い 帯 水 層 へ 与 える 影 響 を 検 討 している。この 研 究 では、 緩 衝 能 力 の 小 さい 地 層 中 では、 逸 出 したCO 2 が、 鉛 を 再 溶 化 して 溶 存 態 に変 化 させ、CO 2 源 から 半 径 数 百 メートルの 範 囲 で 健 康 に 危 険 を 及 ぼすことを 発 見 した。この 事 例は、 金 属 元 素 溶 出 によるリスクの 極 端 なケースと 考 えられる。なぜなら 天 然 の 地 層 ではCO 2 を 媒介 しての 溶 出 現 象 に 対 してこれほど 影 響 されやすい 鉱 物 組 成 を 持 つことはめったにないからであり、 貯 留 サイト 選 定 の 明 確 な 要 件 の 一 つに、 鉱 物 堆 積 物 など、 他 の 潜 在 的 資 源 を 損 なうことを 避けることが 挙 げられているからである。CO 2 又 は 他 の 流 体 を 地 中 深 部 に 注 入 すれば、 孔 隙 流 体 圧 力 に 変 化 をもたらすことは 避 けられない。 地 盤 工 学 応 力 場 に 対 しても、 注 入 された 流 体 に 占 められる 体 積 をかなり 超 えた 範 囲 に 伝 播 して 変 化 を 起 こす。 注 入 されたCO 2 によって 深 部 地 層 から 置 換 された 塩 水 は、 亀 裂 又 は 不 良 坑 井 を通 じて 浅 い 帯 水 層 へ 移 行 ないし 漏 洩 する 可 能 性 をもち、 塩 分 濃 度 の 上 昇 させることで、より 浅 層の 飲 料 水 用 の 地 下 水 帯 を 汚 染 する 可 能 性 がある。 最 悪 の 場 合 、 地 下 水 又 は 地 中 浅 部 へ 塩 水 が 浸 入し、 野 生 生 物 の 生 息 場 所 に 影 響 を 及 ぼし、 土 地 の 農 業 利 用 を 制 限 又 は 除 外 し、 地 表 水 を 汚 染 する。-293-

誘 発 地 震 の 場 合 と 同 様 に、 様 々な 流 体 を 地 中 注 入 した 経 験 は、 塩 水 が 置 換 されることで 地 下 水汚 染 が 生 じる 可 能 性 を 評 価 する 際 の 根 拠 となる。5.5 節 や 図 5.22で 示 したとおり、 現 行 の 各 サイトで 実 施 されている 流 体 の 深 部 池 中 圧 入 率 は、 大 規 模 発 電 所 においてCO 2 貯 留 が 実 施 された 場 合 のCO 2 の 注 入 率 に、ほぼ 匹 敵 する 規 模 である。 注 入 井 によって 置 換 される 塩 水 によって 引 き 起 こされる 地 下 水 汚 染 の 例 は 稀 で、そのため 大 規 模 CO 2 貯 留 活 動 から 生 じる 汚 染 も 稀 であると 予 想 される。 既 に 多 くの 圧 入 経 験 がある 流 体 とCO 2 とは 密 度 差 があるが、この 結 論 が 揺 らぐことはない。なぜなら、 塩 水 の 置 換 は、 主 として 注 入 されたCO 2 の 圧 力 との 水 頭 差 による 過 程 であり、 浮 力 によるものではないからである。5.7.4.3 地 上 及 び 海 洋 生 態 系 に 対 する 被 害貯 留 CO 2 及 びそれに 随 伴 する 物 質 は、 動 植 物 に 接 触 して 影 響 を 及 ぼすことがある。 深 部 池 中 の微 生 物 、 浅 い 土 壌 及 び 地 表 の 植 物 ・ 動 物 への 影 響 が 予 想 される。 以 下 の 記 述 では、CO 2 への 暴 露被 害 にのみ 焦 点 をあてて 議 論 を 展 開 する。5.7.3 節 で 述 べたとおり 漏 洩 の 確 率 は 低 いが、 万 が 一 の暴 露 が 生 じた 場 合 の 被 害 を 理 解 することは 重 要 である。ここ30 年 で、 以 前 は 生 命 の 存 在 は 不 可 能 と 見 なされていた 環 境 に 生 息 する「 極 限 環 境 微 生 物 」と 呼 ばれる 微 生 物 が、 地 下 生 息 場 所 で 多 く 発 見 された。これらの 微 生 物 は 栄 養 供 給 が 限 定 されているため 非 常 に 低 い 代 謝 速 度 を 示 す(D’Hondt et al., 2002)。 最 近 の 研 究 には、 大 深 度 地 下 塩 水 層(Haveman and Pedersen, 2001)、 石 油 及 び 天 然 ガス 貯 留 層 (Orphan et al., 2000) 及 び 海 底 下 850mまでの 堆 積 物 中 (Parkes et al.,2000)での 個 体 群 について 記 述 がある。 地 中 微 生 物 のバイオマス 量は、 地 球 表 面 の 生 物 相 全 体 の 質 量 をゆうに 超 える(Whitman et al., 2001)。 微 生 物 は、CO 2 貯 留 用と 見 なされる 地 中 深 度 のどこにでも、 阻 害 条 件 がない 限 り 見 つかるものであり、したがって 貯 留サイトには 一 般 に、 注 入 されたCO 2 の 影 響 を 受 ける 微 生 物 が 生 息 するとするのが、 当 面 の 仮 説 として 妥 当 だろう。地 中 微 生 物 個 体 群 に 対 してのCO 2 影 響 は、 十 分 研 究 されていない。 低 -pH、 高 -CO 2 環 境 は、ある生 物 種 については 好 条 件 であり、またその 他 生 物 種 にとっては 有 害 である。 強 い 還 元 環 境 へのCO 2注 入 は、CO 2 をCH 4 に 還 元 するような 微 生 物 群 集 への 刺 激 となる。また 一 方 、CO 2 注 入 がFe(III)還 元 群 集 への 短 期 的 な 刺 激 の 原 因 となるような 貯 留 層 もある(Onstott, 2005)。 操 業 上 の 問 題 としては、バイオフィルムの 生 成 が 地 層 の 有 効 浸 透 率 を 低 下 させる 効 果 が 指 摘 されている。万 が 一 貯 留 層 からCO 2 が 漏 洩 し 地 表 に 到 達 するような 場 合 、それは、より 生 物 学 的 に 活 発 な 領域 への 侵 入 を 意 味 する。 周 辺 の 大 気 中 でCO 2 濃 度 が 上 昇 すると 植 物 の 生 長 を 促 進 する 一 方 、このような 肥 沃 化 作 用 よりも 土 壌 中 高 濃 度 CO 2 の 有 害 影 響 の 方 が 一 般 に 圧 倒 的 な 影 響 力 を 持 つ。なぜなら、 大 気 の 自 由 空 間 部 分 での 濃 度 を 実 質 的 に 上 昇 させるほど 大 きいCO 2 フラックスが 存 在 する場 合 、 土 壌 中 のCO 2 はさらに 高 濃 度 であることが 典 型 的 であるからである。CO 2 濃 度 上 昇 の 影 響 は、植 生 の 種 類 とその 密 度 、 他 の 環 境 ストレスへの 暴 露 の 度 合 い、 風 速 及 び 降 雨 量 などの 支 配 的 な 環境 条 件 、 低 地 帯 であるかどうか、 生 息 する 動 物 群 集 密 度 など、 複 数 の 要 因 を 介 して 発 現 する。地 表 で 長 期 にわたってCO 2 濃 度 上 昇 が 起 こった 地 域 では、 植 生 の 欠 如 という 特 徴 が 見 られる。植 生 へ 新 たなCO 2 放 出 が 起 こると、 顕 著 な 枯 死 の 原 因 となる。 通 常 の 土 壌 ガスは 一 般 に 約 0.2-4%のCO 2 を 含 むのに 対 し、 植 生 へ 相 当 な 影 響 が 生 じている 地 域 での 事 例 では、 土 壌 ガス 成 分 の 約-294-

20-95%がCO 2 であった。CO 2 濃 度 約 5%で 植 生 に 対 し 危 険 なレベルとなり、CO 2 濃 度 が20%に 近 づくと、 植 物 に 致 命 的 なレベルとなる。CO 2 は、 酸 素 濃 度 の 低 下 もあいまって「 根 の 酸 素 欠 乏 症 」による 植 物 の 死 の 原 因 となる(Leone et al., 1977; Flower et al., 1981)。植 物 大 量 死 の 一 例 は、 米 国 カリフォルニア 州 Mammoth Mountainで 生 じた。そこでは 火 山 活 動 の再 発 により、 高 いCO 2 フラックスを 生 じた。1989 年 、 一 連 の 小 さい 地 震 がMammoth Mountain 近 くで 連 続 発 生 した。1 年 後 、4haの 松 の 木 が 松 葉 を 落 としていることが 分 かり、1997 年 までに 枯 死 及び 死 にかかっている 領 域 は40haに 広 がった(Farrar et al., 1999)。 土 壌 CO 2 の 濃 度 レベルは 約 10-20%で、 根 の 成 長 を 抑 制 し、 水 と 栄 養 分 の 摂 取 を 減 少 させた。1994 年 のMammoth Mountainでの 土 壌 油ガス 試 験 結 果 では、 土 壌 ガス 中 体 積 百 分 率 で95%までのCO 2 測 定 値 を 得 ている。 影 響 を 受 けた 地 域の 合 計 CO 2 フラックスは、1996 年 で 平 均 約 530t/ 日 であった。2001 年 の 測 定 値 は 土 壌 CO 2 の 濃 度 レベルで15-90%を 示 し、 最 も 広 く 影 響 を 受 けた 地 域 (Horseshoe Lake)での 最 大 フラックス 値 は 平 均90-100tCO 2 / 日 であった(Gerlach et al., 1999; Rogie et al., 2001)。ある 研 究 では、 土 壌 でのCO 2 濃 度上 昇 の 影 響 によって、 夏 季 に、pHが 低 下 し、 水 分 の 含 有 率 が 高 くなることを 示 している。 高 CO 2地 域 での 坑 井 調 査 をしたところ、 珪 素 、アルミニウム、マグネシウム 及 び 鉄 の 濃 度 レベルが 高 く、激 しい 土 壌 の 風 化 作 用 がみられることと 一 致 している。また 年 輪 データは、CO 2 放 出 が1990 年 以前 に 起 こったことを 指 し 示 している(Cook et al., 2001)。 現 在 、 航 空 機 による 遠 隔 測 定 データが、樹 木 の 健 全 性 をマッピングし、CO 2 レベルの 異 常 を 測 定 するために 使 用 されており、 森 林 生 態 系へのCO 2 の 影 響 の 理 解 を 助 ける 可 能 性 がある(Martini and Silver, 2002)。現 行 のCO 2 貯 留 プロジェクトが 地 表 に 影 響 を 及 ぼしている 形 跡 はない。 同 様 に、 上 記 のような植 生 への 影 響 は、EOR 事 業 でも 確 認 されていない。しかし、 稼 働 中 のEORプロジェクトについては 地 表 への 影 響 を 発 見 するための 系 統 的 な 研 究 自 体 が 存 在 していないことも 事 実 である。(5.2.3 節 で 述 べたとおり) 火 山 地 域 での 漏 出 は、 堆 積 盆 地 域 でのCO 2 貯 留 サイトからの 漏 出 に対 する 類 似 例 としては 貧 弱 であるものの、このような 地 域 での 天 然 のCO 2 漏 出 は、CO 2 貯 留 で 漏 洩が 生 じた 場 合 に、どのような 影 響 があるかという 参 照 事 例 となる。 上 記 のとおりCO 2 漏 出 は、 実際 の 被 害 をもたらす 可 能 性 がある。 例 えば、イタリアのRome 南 部 のAlban Hillsでは、1999 年 9 月 から2001 年 10 月 の 間 、 複 数 の 漏 出 事 故 により29 頭 の 牛 及 び8 頭 の 羊 が 窒 息 死 した(Carapezza et al.,2003)。 測 定 したCO 2 フラックスは、 濃 度 約 98%のCO 2 と2% 以 下 のH 2 Sとして60t/ 日 であり、このフラックスによって、とりわけ 風 が 弱 い 条 件 で 局 所 的 に 各 ガスに 関 する 危 険 濃 度 域 に 達 するような 状 況 になった。こうしたCO 2 及 びH 2 Sの 高 フラックスは、マグマ 活 動 及 び 断 層 の 組 み 合 わせから生 じたものである。人 間 の 活 動 によっても、 地 中 深 部 からCO 2 の 有 害 な 放 出 を 生 じたことがある。1990 年 代 後 半 には、62MW 発 電 所 用 に 開 発 された 米 国 ネバダ 州 Dixie Valleyの 深 度 約 3kmの 地 熱 地 域 で 植 生 の 枯 死が 生 じている(Bergfeld et al., 2001)。ここでは、バックグラウンドレベル7gCO 2 /m 2 日 と 比 較 し、最 大 フラックス570gCO 2 /m 2 日 が 測 定 された。 測 定 対 象 地 域 においてCO 2 放 出 は1999 年 までに 停 止し、 植 生 が 回 復 しはじめている。これら 天 然 の 類 似 事 例 とCO 2 貯 留 からの 漏 洩 の 関 連 性 はケースによって 異 なる。 例 えば、ここに 示 された 類 似 事 例 では、CO 2 貯 留 施 設 から 予 想 される 値 と 比 較 してフラックスは 大 きく、 結 果として 付 随 するリスクも 高 い。Mammoth MountainサイトのCO 2 年 間 フラックスは、100MtCO 2 を 含-295-

む 貯 留 サイトからの 流 量 フラックスに 引 き 直 せば、 約 0.2%/ 年 の 放 出 速 度 となる。1000 年 間 分 では13.5%の 保 持 率 に 相 当 することになり、そのため、 通 例 の 貯 留 サイトとの 代 表 とは 見 なせない。沖 合 いの 地 中 貯 留 サイトからの 漏 出 は、CO 2 が 深 部 の 地 質 構 造 から 底 質 堆 積 物 を 通 じて 海 洋 へと 移 動 する 途 中 で、 底 質 環 境 や 底 生 生 物 へ 被 害 を 及 ぼす 可 能 性 がある。 漏 洩 CO 2 は 海 底 環 境 に 対して 被 害 をもたらす 可 能 性 があるものの、 海 底 層 と 底 層 水 とがバリアにもなって、 大 気 へと 出 るCO 2 を 減 少 させる 役 割 も 果 たす。これら 被 害 については、 第 6 章 で 記 述 される 水 柱 水 生 生 物 に 対 する 溶 存 CO 2 の 環 境 影 響 とは、 明 確 に 異 なる。 海 底 地 層 下 の 地 中 貯 留 サイトからの 漏 出 の 環 境 影 響に 的 を 絞 った 研 究 は 存 在 しない。5.7.4.4 誘 発 地 震CO 2 又 は 他 の 流 体 を、 地 下 の 多 孔 性 岩 に 地 層 圧 力 よりかなり 高 い 圧 力 で 注 入 することで、 断 層に 沿 って 破 砕 や 活 動 を 誘 発 する 可 能 性 がある(5.5.4 節 参 照 及 びHealy et al., 1968; Gibbs et al., 1973;Raleigh et al., 1976;Sminchak et al., 2002; Streit et al., 2005; Wo et al., 2005)。 誘 発 された 破 砕 や 断 層活 動 からもたらされる 可 能 性 として、 二 種 類 のリスクがある。 一 つ 目 は、 過 剰 圧 力 によって 誘 発された 脆 性 破 壊 とそれに 付 随 する 微 小 地 震 が、 亀 裂 での 浸 透 や、 浸 透 率 の 上 昇 をもたらしたりすることで、CO 2 移 行 についての 好 ましくない 経 路 となる 可 能 性 である(Streit and Hillis, 2003)。 二つ 目 は、 断 層 活 動 の 活 性 化 であり、 原 理 的 には、 被 害 地 震 となるような 大 規 模 地 震 を 誘 発 する 可能 性 である( 例 , Healy et al., 1968)。ボーリング 孔 への 流 体 注 入 は、 微 小 地 震 を 誘 引 する 可 能 性 がある。 例 として 米 国 コロラド 州 のRangely 油 田 (Gibbs et al., 1973; Raleigh et al., 1976)の 事 例 があげられ、ドイツの 大 陸 大 深 度 掘 削プログラムの 掘 削 孔 (Shapiro et al., 1997; Zoback and Harjes, 1997)や、 又 はカナダアルバータ 州 のCold Lake 油 田 (Talebi et al., 1998)などの 試 験 サイトもそうである。 米 国 の1967 年 Denver 地 震 (M L5.3; Healy et al., 1968; Wyss and Molnar, 1972) 及 び1986-1987 年 Ohio 地 震 (M L 4.9; Ahmad and Smith,1988)で 示 されたとおり、 廃 液 を 深 部 坑 井 に 注 入 することで、リヒターマグニチュード(ML)で中 程 度 規 模 の 地 震 を 誘 発 する。 流 体 注 入 で 誘 発 された 地 震 活 動 は、 一 般 に 震 源 付 近 で 孔 隙 流 体 圧の 増 加 が 生 じるためと 考 えられている(e.g., Healy et al., 1968; Talebi et al., 1998)。破 砕 の 誘 発 や 断 層 活 動 の 活 性 化 の 評 価 ・ 制 御 については、すぐにも 適 用 できる 手 法 が 存 在 する(5.5.3 節 参 照 )。 地 盤 工 学 の 手 法 により、 断 層 の 安 定 性 を 評 価 し、CO 2 貯 留 においての 維 持 可 能な 最 大 孔 隙 流 体 圧 を 推 定 することができる(Streit and Hillis, 2003)。このような 方 法 は、 現 位 置応 力 断 層 の 幾 何 形 状 、 関 連 する 岩 石 強 度 などの 測 定 が 必 要 とされるが、 脆 性 破 壊 の 理 論 に 基 づいていて、CO 2 貯 留 を 計 画 できるような 研 究 対 象 サイトに 適 用 されている 例 もある(Rigg et al., 2001;Gibson-Poole et al.,2002)。微 小 地 震 のモニタリング 観 測 によって、 特 に 注 入 井 付 近 で、 孔 隙 流 体 圧 が 断 層 強 度 、 亀 裂 強 度 、母 岩 強 度 などを 局 所 的 に 上 回 ったかどうかを 示 すことが 可 能 である。CO 2 貯 留 サイトのモニタリング 観 測 井 には、 微 小 地 震 事 象 を 記 録 する 超 小 型 の 音 響 変 換 器 を 設 置 し、 地 震 誘 発 のレベルを 下回 るように 注 入 圧 力 を 維 持 するべくリアルタイム 制 御 を 行 うことができる。 上 で 述 べたモデリング 手 法 を 併 用 すれば、モニタリングによって、 注 入 による 孔 隙 圧 増 加 に 起 因 して(CO 2 貯 留 サイトの) 上 部 シール 性 能 や 断 層 シールの 性 能 などを 損 なう 可 能 性 を 低 減 することができる。-296-

断 層 が 活 性 化 される 作 用 は、 主 に、 孔 隙 流 体 圧 が 擾 乱 を 受 ける 程 度 とその 規 模 に 依 存 する。そのため、 注 入 された 流 体 の 種 類 よりも、 量 及 び 速 度 によるところが 大 きい。よって、 大 規 模 な 誘発 地 震 が 起 こるかどうかのリスクを 推 定 するには、 様 々な 液 体 や 気 体 を 処 分 目 的 、 貯 蔵 目 的 で 深部 坑 井 へ 注 入 した 広 範 な 経 験 が 参 考 になるだろう。おそらく、 最 も 関 連 性 のある 経 験 はEORに 伴うCO 2 注 入 であろう。 現 在 、 世 界 中 のEORにおいて 約 30MtCO 2 / 年 が 注 入 されており、 累 積 注 入 合計 は0.5GtCO 2 を 超 えるが、CO 2 -EORに 帰 する 実 質 的 な 地 震 の 影 響 はない。CO 2 以 外 に 注 入 された流 体 としては、 石 油 ・ 天 然 ガス 生 産 活 動 に 付 随 した 塩 水 注 入 (2Gt/ 年 以 上 )、Floridan 帯 水 層 廃 水(0.5Gt/ 年 以 上 )、 危 険 廃 棄 物 (30Mt/ 年 以 上 )、 及 び 天 然 ガス(100Mt/ 年 以 上 )などがある(Wilsonet al., 2003)。これらの 事 例 中 に、 地 中 貯 留 目 的 でCO 2 が 注 入 されるような 条 件 と 正 確 に 合 致 するような 例 は、ほとんど 存 在 しない( 例 えば、CO 2 -EORでのピーク 圧 力 は 地 層 への 貯 留 で 用 いられる 圧 力 よりも低 いだろう)が、それでも 上 述 の 数 値 は、 貯 留 されるCO 2 量 の、 妥 当 とされる 値 と 比 較 して 同 程度 かもしくは 上 回 っている。 米 国 Rangely 油 田 などいくつかの 場 合 では、 現 在 の 貯 留 層 圧 力 は 初 期地 層 圧 力 を 超 えることすらある(Raleigh et al., 1976)。よって、これらの 事 例 は 流 体 注 入 に 起 因した 誘 発 地 震 の 可 能 性 を 評 価 する 有 効 な 経 験 的 データとなる。 深 部 坑 井 による 注 入 に 関 して、ほんのわずかな 個 別 の 地 震 現 象 しか 記 録 されてはいないという 事 実 は、リスクが 低 いということを示 している。これらの 経 験 によって、 規 制 により 注 入 圧 力 に 課 せられた 制 限 値 が、 液 体 注 入 による 大 規 模 な 誘 発 地 震 の 防 止 に 十 分 であったことが 実 証 されたということは、おそらく、より 重 要な 意 味 を 持 つ。これらのパラメータ 内 で 操 業 するようにCO 2 貯 留 プロジェクトを 設 計 することは可 能 である。しかしながら、CO 2 貯 留 における 地 層 圧 力 は、CO 2 -EORプロジェクトに 見 られる 圧力 を 超 える 可 能 性 があるため、より 多 くの 産 業 規 模 CO 2 貯 留 プロジェクトの 経 験 を 積 むことで、微 小 地 震 のリスクを 完 全 に 評 価 する 必 要 がある。5.7.4.5 ガス 不 純 物 の 影 響ある 状 況 下 では、H 2 S、SO 2 、NO 2 及 びその 他 の 微 量 ガスは、CO 2 とともに 貯 留 され(Bryant and Lake,2005;Knauss et al., 2005)、これはリスクのレベルに 影 響 する。 例 えば、H 2 SはCO 2 より 相 当 毒 性 があり、H 2 Sを 含 む 坑 井 の 暴 噴 は、CO 2 のみを 含 む 貯 留 サイトの 坑 井 暴 噴 より 高 いリスクを 伴 う。 同様 に、 地 下 水 へのSO 2 溶 解 はCO 2 溶 解 よりもずっと 強 い 酸 性 を 作 り 出 す。したがってこの 場 合 、 地下 水 及 び 土 壌 中 での 金 属 元 素 の 再 溶 化 作 用 が 強 くなり、 有 害 レベルの 微 量 金 属 濃 度 に 曝 されるリスクが 大 きくなる。これらの 追 加 的 な 成 分 が、CO 2 貯 留 関 連 リスクにどのように 影 響 するのかを、系 統 的 、 包 括 的 に 評 価 した 研 究 は 存 在 しないが、Weyburnプロジェクト(すなわち 最 も 慎 重 にモニターされ、またリスク 評 価 にかなりの 労 力 をかけたCO 2 注 入 計 画 の 一 つ)で、 注 入 されたガスが 約 2%のH 2 Sを 含 有 していることは 注 目 に 値 する(Wilson and Monea, 2005)。 現 在 までのリスク評 価 研 究 では、そのほとんどがCO 2 のみが 貯 留 されることを 仮 定 している。そのため、 現 時 点 では、ガス 不 純 物 に 関 連 するリスク 評 価 については 不 十 分 な 情 報 しかない。5.7.5 リスク 評 価 手 法リスク 評 価 の 目 的 は、CO 2 の 地 下 注 入 によって 生 じる 潜 在 的 リスクを 識 別 、 定 量 化 することである。この 場 合 、リスクとは 事 象 の 発 生 確 率 と 事 象 の 帰 結 の 組 み 合 わせ(しばしば 掛 け 算 の 積 )である。リスク 評 価 は、 統 合 的 なリスク 管 理 活 動 の 一 要 素 を 成 すものであり、サイト 選 定 、サイトの 分 析 調 査 、 貯 留 システム 設 計 、モニタリング、さらには 必 要 に 応 じてのサイト 修 復 に 及 ぶ。-297-

CO 2 貯 留 施 設 操 業 には、 必 然 的 にパイプライン、コンプレッサ 及 び 坑 井 坑 口 装 置 などの 地 表 施設 操 業 のリスクが 伴 う。このようなリスク 評 価 は、 石 油 天 然 ガス 産 業 では 通 常 の 業 務 であり、 災害 ・ 事 故 リスク 評 価 、 業 務 運 転 リスク 評 価 、 定 量 リスク 分 析 など、 既 存 のリスク 評 価 手 法 が 直 接適 用 できる。このようなリスク 評 価 にはかなり 信 頼 性 がある。なぜなら、 事 故 確 率 の 推 定 や 事 故の 結 果 の 重 大 さについて、 実 際 の 経 験 に 基 づいて 見 積 もることができるからである。 一 般 に、 操業 リスク 評 価 に 使 う 手 法 は、 長 期 のCO 2 地 中 貯 留 のリスク 評 価 に 適 用 できるようにはなっていない。しかしそれは、 貯 留 プロジェクトの 操 業 段 階 には 適 用 可 能 である。 本 節 の 以 下 では、 長 期 リスクについて 述 べる。リスク 評 価 の 方 法 は 多 岐 にわたる。そこでは、 新 しい 種 類 の 問 題 に 応 じて 新 しい 手 法 が 生 み 出される。CO 2 の 地 中 貯 留 リスクの 分 析 は 新 しい 分 野 なので、リスク 評 価 のために 十 分 確 立 された方 法 は 存 在 しない。 地 中 での 物 質 の 移 動 現 象 に 伴 う 長 期 リスクを 取 り 扱 う 方 法 は、これまで 有 害及 び 核 廃 棄 物 管 理 の 分 野 で 開 発 されてきた(Hodgkinson and Sumerling, 1990; North, 1999)。これらの 手 法 は、CO 2 貯 留 リスク 評 価 のための 有 用 な 出 発 点 となる。しかし、 従 来 の 手 法 が 少 量 の 有害 物 質 処 分 に 重 きをおいた 評 価 であるのに 対 し、CO 2 地 中 貯 留 では 比 較 的 毒 性 が 穏 やかな 物 質 の大 量 処 分 であるため、その 適 用 には 制 限 がある。特 定 の 貯 留 サイトについてリスクを 評 価 するため、 多 大 な 努 力 がいくつか 進 行 中 である(Gale,2003)。これらのリスク 評 価 の 作 業 では、 幅 広 い 範 囲 の 対 象 貯 留 層 が 網 羅 され、 様 々な 方 法 を 使用 し、 非 常 に 広 範 な 種 類 のリスクを 考 慮 している。これらのリスク 評 価 の 試 みのうち 代 表 的 なものについて 表 5.6に 要 約 し、 説 明 を 加 えた。表 5.6 リスク 評 価 モデル 及 び 取 り 組 みの 代 表 的 な 例系 統 的 なリスク 評 価 を 行 う 上 で、リスクとリスクメカニズムについて 包 括 的 な 一 覧 を 作 成 する作 業 は 良 い 出 発 点 となる。リスク 評 価 に 対 する 進 行 中 の 取 り 組 みの 多 くでは、フィーチャー( 特性 )・イベント( 事 象 )・プロセス( 過 程 )のFEP 手 法 を 用 い、 貯 留 施 設 の 安 全 に 影 響 するあらゆる 要 因 を 識 別 、 分 類 及 び 審 査 するために 共 同 で 作 業 している。CO 2 貯 留 の 場 合 、フィーチャー-298-

( 特 性 )には、 貯 留 層 浸 透 率 、 帽 岩 の 厚 さ 及 び 注 入 井 の 数 などのパラメータのリストが 挙 げられる。イベント( 事 象 )としては、 地 震 発 生 、 坑 井 の 暴 噴 、 新 規 坑 井 掘 削 による 貯 留 サイトへの 貫入 などが 例 としてあり、プロセス( 過 程 )とは、 貯 留 容 量 及 びセキュリティに 影 響 する 過 程 としての 多 相 流 ・ 化 学 反 応 ・ 地 盤 工 学 的 な 応 力 変 化 過 程 などの 物 理 的 ・ 化 学 的 プロセスを 指 す。FEPデータベースを 作 成 すれば、 個 別 のFEP 情 報 を 関 連 する 文 献 へとリンクさせて、 生 起 確 率 や 空 間規 模 、 時 間 規 模 などでの 分 類 が 可 能 となる。しかしながら、 別 のアプローチも 存 在 する。たいていのリスク 評 価 では、CO 2 漏 洩 、あるいはその 他 のリスクを 生 じるような 将 来 の 貯 留 施設 の 状 態 や 事 象 が 記 述 されたシナリオを 使 用 する。 各 シナリオは、 選 択 したFEPの 組 み 合 わせとして 考 えることが 可 能 である。 一 部 のリスク 評 価 では 参 照 シナリオを 定 義 するが、それは、システムで 最 も 見 込 みがある 進 展 を 表 したシナリオのことである。 個 々の 検 討 シナリオは、 参 照 シナリオを 別 のFEPで 置 き 換 えて 構 築 される。 結 果 を 左 右 するような 主 観 的 判 断 の 役 割 を 減 らす 試 みとして、シナリオ 定 義 のやりかたを 構 造 化 したり 合 理 化 したりするべく、 様 々な 方 法 が 利 用 されている。数 理 モデルの 選 沢 と 開 発 はシナリオの 作 成 から 始 まる(5.4.2 節 )。 数 理 的 な 性 能 評 価 モデルには、 貯 留 CO 2 、 貯 留 層 、シール、 上 位 層 、 土 壌 及 び 大 気 など、 関 連 する 全 構 成 要 素 が 盛 り 込 まれる。リスク 評 価 に 使 われる 流 体 移 動 モデルの 多 くは、 石 油 天 然 ガス 産 業 又 は 地 下 水 管 理 に 関 わる事 業 で 用 いられる 十 分 確 立 したモデルから 派 生 的 に 作 成 されるか、 同 一 のものが 使 用 される(5.4.2節 )。 組 み 込 む 要 素 の 詳 細 設 計 や 分 解 能 は 様 々で、それぞれ 大 いに 異 なっている。 一 部 のモデルでは、 入 力 パラメータに 明 示 的 に 不 確 実 性 処 理 が 実 行 できるよう 設 計 されている(Saripalli et al.,2003; Stenhouse et al.,2005; Wildenborg et al., 2005a)。長 期 タイムスケールでの 廃 井 の 挙 動 に 関 する 我 々の 理 解 は、 現 在 比 較 的 貧 弱 である。 現 在 、いくつかのグループが、 高 CO 2 濃 度 環 境 下 の 坑 井 建 設 材 料 の 性 能 に 関 するデータを 収 集 し、 地 盤 力学 、 地 球 化 学 及 び 流 体 移 動 を 結 び 付 ける 坑 井 シミュレーションモデルを 構 築 している。(Scherer etal., 2005; Wilson and Monea,2005)。より 良 いモデルと 新 しいデータが 組 み 合 わされば、 坑 井 からの 漏 洩 に 対 するより 系 統 的 な 評 価 が 可 能 となり、 坑 井 性 能 に 関 する 物 理 ベースの 予 測 モデルを、より 大 規 模 の 性 能 評 価 モデルに 統 合 することが 可 能 になる。パラメータ 値 ( 例 、 帽 岩 の 浸 透 率 )、及 び 性 能 評 価 モデルの 構 造 ( 例 えば 諸 過 程 のうち 何 を 含 み 何 がを 除 外 するか)ともに 不 確 実 性 を有 している。リスク 分 析 ではこの 不 確 実 性 を 明 示 的 に 取 り 扱 ったり、 取 り 扱 わなかったりする。この 不 確 実 性 を 決 定 論 的 に 取 り 扱 うようなリスク 分 析 では、 確 率 的 に 分 布 する(しばしばその 分布 は 知 られていない)はずのパラメータ 値 を 固 定 パラメータ 値 で 代 表 させる。その 場 合 、しばしばパラメータ 値 は「 保 守 的 に」 選 択 される。それが 意 味 することは、リスクが 過 大 評 価 されるように 選 択 するということである。しかし 実 際 には、このような 選 択 は 問 題 である。なぜならパラメータ 間 の 関 係 値 及 びリスクは、それ 自 体 が 不 確 実 であるからである。可 能 であれば、 不 確 実 性 を 明 示 的 に 取 り 扱 うことが 望 ましい。 確 率 論 的 リスク 評 価 では、 一 部の( 又 は 全 ての)パラメータに 対 して 明 示 的 確 率 分 布 が 適 用 される。 様 々なリスクに 関 する 確 率分 布 を 作 成 するためにはMonte Carlo 分 析 のような 方 法 が 使 われる。 必 要 とされる 確 率 分 布 はデータから 直 接 に 導 かれる 場 合 もあり、 又 は 専 門 的 判 断 によって 形 式 的 に 定 量 化 されることもある(Morgan and Henrion, 1999)。 確 率 論 的 リスク 評 価 では、 利 用 できる 計 算 リソースに 関 する 制 限のため、モデルを 単 純 化 することが 要 請 されてしまう 場 合 もある。-299-

天 然 及 び 工 学 類 似 事 象 に 関 する 研 究 は、 地 中 浅 所 から 大 気 中 へと 漏 出 するCO 2 から 生 じる 健康 ・ 安 全 ・ 環 境 リスクを 理 解 し 定 量 化 する 上 で 強 力 な 基 礎 となる。 天 然 類 似 事 象 は、 貯 留 層 から地 表 近 傍 環 境 へとCO 2 を 輸 送 する 様 々な 過 程 の 確 からしさ 評 価 するにはあまり 役 立 たない。これは、このような 天 然 類 似 事 象 の 地 質 的 性 質 ( 例 えは、 火 山 活 動 で 形 成 された、かなりの 亀 裂 帯 を含 むゾーンでのCO 2 の 移 動 と 漏 出 )は、 地 中 貯 留 に 選 ばれたサイトとは 通 常 かなり 異 なるからである。 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 及 びCO 2 -EORなどの 工 学 類 似 事 例 は、 坑 井 性 能 の 定 量 的 な 確 率 論 的 モデルを 導 出 するための 基 礎 を 提 供 することができる。CO 2 貯 留 に 関 する 実 際 のリスクとその 評 価 結 果 は、5.7.3. 節 に 記 載 されている。5.7.6 リスク 管 理リスク 管 理 が 意 味 するところは、 任 意 の 過 程 について 付 随 するリスクを 識 別 し 定 量 する 構 造 化されたプロセスの 適 用 であり、それは、 利 害 関 係 者 からの 入 力 情 報 とその 背 景 とを 考 慮 に 入 れてリスク 評 価 を 行 い、 過 剰 なリスクを 除 去 するべく 評 価 過 程 に 修 正 を 施 し、 残 ったリスクを 管 理 するため、 適 切 なモニタリングと 介 入 戦 略 を 識 別 、 実 施 することである。 地 中 貯 留 については、 効果 的 なリスク 緩 和 には、 相 互 関 係 のある 以 下 の4つの 作 業 が 必 要 となる。 性 能 評 価 及 びリスク 評 価 (5.4 節 ) 及 び 社 会 経 済 的 環 境 要 因 などを 踏 まえた、 慎 重 なサイト 選定 貯 留 プロジェクトが 予 定 通 りに 機 能 しているという 保 証 を 与 え、 漏 洩 が 始 まった 場 合 には、初 期 警 告 を 出 すモニタリング(5.6 節 ) 効 果 的 な 規 制 監 督 (5.8 節 ) 漏 洩 の 原 因 及 び 影 響 を 除 去 又 は 制 限 するための、 修 復 措 置 の 実 施 (5.7.7 節 )リスク 管 理 戦 略 では、 様 々な 措 置 で 得 られるリスク 緩 和 の 度 合 いを 定 量 推 定 できるようにするため、また 必 要 があれば 可 能 な 介 入 オプションを 使 って 適 切 なレベルのモニタリングを 確 立 するために、リスク 評 価 のプロセスからの 情 報 を 利 用 しなければならない。 天 然 ガス 地 下 貯 蔵 プロジェクト 及 び 廃 液 処 分 事 業 での 経 験 によって、リスク 緩 和 に 対 してこのアプローチが 効 果 的 であることが 実 証 されている(Wilson et al., 2003; Apps, 2005; Perry, 2005)。5.7.7 漏 洩 している 貯 留 プロジェクトの 修 復地 中 貯 留 プロジェクトは、 漏 洩 を 避 けるべく 選 定 され 操 業 される。しかし 稀 ではあるが、 漏 洩が 生 じる 可 能 性 があり、 漏 洩 の 停 止 又 は 人 間 や 生 態 系 への 影 響 防 止 のため 修 復 措 置 が 必 要 となる。加 えて、 修 復 のオプションが 利 用 可 能 であることは、 公 衆 に 対 して 地 中 貯 留 が 安 全 で 効 果 的 であることをさらに 保 証 することとなる。これまでのところ、 修 復 オプションの 検 討 にはほとんど 労力 がかけられていないが、Benson and Hepple(2005)は 大 深 度 地 層 への 廃 液 処 分 事 業 、 天 然 ガス地 下 貯 蔵 事 業 、 地 下 水 及 び 土 壌 汚 染 関 連 での 修 復 実 施 内 容 について 調 査 している。これらの 調 査に 基 づくと、 以 下 に 挙 げる 識 別 された 大 抵 の 漏 洩 シナリオに 修 復 オプションが 存 在 することが 分かる。 貯 留 層 内 での 漏 洩 シナリオ 貯 留 層 から 外 部 へ 漏 洩 し 断 層 及 び 断 裂 亀 裂 に 至 るシナリオ-300-

浅 層 地 下 水 不 飽 和 帯 及 び 土 壌 地 表 フラックス 屋 内 空 気 中 、 特 に 地 下 室 でのCO 2 地 表 水稼 動 中 あるいは 廃 止 された 坑 井 からのCO 2 漏 洩 を 修 復 するためのオプションを 確 認 することは特 に 重 要 である。なぜならそれらの 坑 井 は 脆 弱 であることが 分 かっているからである(Gasda et al.,2004; Perry, 2005)。 注 入 井 又 は 廃 井 からの 暴 噴 又 は 漏 洩 を 停 止 することは、 重 泥 水 を 坑 井 のケーシングに 注 入 するなどの 標 準 的 手 法 で 達 成 できる。 坑 口 にアクセスできない 場 合 、 近 傍 に 坑 井 掘削 して 地 中 のケーシングに 交 差 接 続 、その 後 に 泥 水 をこの 交 差 井 にポンプ 圧 入 することも 可 能 である。 坑 井 の 制 御 を 再 確 立 した 後 に、 坑 井 修 復 ないし 廃 井 できる。 注 入 井 からの 漏 洩 は、 注 入 チュービング 及 びパッカーの 交 換 で 修 復 できる。ケーシングの 背 後 の 環 状 スペースが 漏 洩 している場 合 、ケーシングは 漏 洩 が 止 まるまで、その 背 後 にセメント 注 入 ( 押 し 出 し 詰 め 込 み)ができるよう 穿 孔 することも 可 能 である。 坑 井 が 修 復 できなければ、5.5.2. 節 で 概 要 を 述 べた 手 順 に 従 って廃 井 措 置 が 講 じられる。表 5.7は、 上 記 に 挙 げた 漏 洩 シナリオについて 利 用 できる 修 復 オプションの 概 要 である。 一 部 の方 法 は 十 分 確 立 されているが、 机 上 の 推 論 に 近 いものもある。これらを 地 中 貯 留 プロジェクトに適 用 する 可 能 性 をさらに 評 価 するには、 追 加 の 詳 細 な 研 究 、すなわち 現 実 的 なシナリオ、シミュレーション 及 びフィールド 研 究 に 基 づく 研 究 が 必 要 である。-301-

表 5.7 地 中 CO 2 貯 留 プロジェクトの 改 善 オプション (after Benson and Hepple, 2005)5.8 法 的 問 題 及 び 社 会 の 受 容 性CO 2 貯 留 に 関 わる 法 規 制 上 の 問 題 は 何 か? 国 によって、また 陸 上 と 海 洋 とでは、どのように 異なるか?どのような 国 際 条 約 が 地 中 貯 留 に 関 係 するか? 社 会 は 地 中 貯 留 をどのように 見 ているか、あるいは 見 るだろうか? 本 セクションではこれらの 問 題 について、 主 に 地 中 貯 留 ( 陸 上 及 び 海 洋 )に 着 目 して 検 討 する。-302-

5.8.1 国 際 法本 セクションでは、 国 際 法 に 基 づくCO 2 の 地 中 貯 留 の 法 的 位 置 づけを 検 討 する。 主 要 な 法 源 、つまり 関 連 条 約 は、 法 的 位 置 づけの 評 価 の 根 拠 となる。 国 家 は 個 別 に、 又 は 合 同 で 条 約 規 定 を 独自 に 解 釈 するが、「 正 しい」 解 釈 の 決 定 は 当 該 条 約 に 基 づく 紛 争 解 決 メカニズムに 従 い、 国 際 司法 裁 判 所 又 は 仲 裁 裁 判 所 が 行 う。5.8.1.1 国 際 義 務 の 淵 源 と 性 質慣 習 国 際 法 の 一 般 原 則 に 従 い、 国 家 は 自 国 の 領 土 において 主 権 を 行 使 でき、また 自 国 の 管 轄 の下 にある 地 域 においてCO 2 貯 留 ( 地 中 及 び 海 洋 )などの 活 動 に 従 事 することができる。しかし、このような 貯 留 が 境 界 を 越 えて 影 響 をもたらす 場 合 、 国 家 は 自 国 の 管 轄 又 は 管 理 の 下 にある 活 動が 他 国 の 環 境 又 は 自 国 の 管 轄 外 の 地 域 の 環 境 に 損 害 をもたらさないよう 確 保 する 責 任 を 負 う。さらに 特 別 なものとして、 多 くの 世 界 的 及 び 地 域 的 環 境 条 約 、 特 に 気 候 変 動 に 関 するもの、 海洋 及 び 海 洋 環 境 に 関 する 法 があり、それらは、 現 在 検 討 されているように、CO 2 貯 留 、 特 に 海 洋地 中 貯 留 に 対 する 許 容 性 に 関 連 すると 解 釈 できるだろう( 表 5.8)。表 5.8 CO 2 地 中 貯 留 に 関 連 して 考 慮 すべき 主 な 国 際 条 約 ( 全 タイトルは 用 語 集 にある)a いくつかの 他 の 国 も、 批 准 が 進 行 中 であると 発 表 しているこれらの 条 約 上 、CO 2 貯 留 が 国 際 法 上 の 義 務 と 適 合 するかどうかを 評 価 する 前 に、このような義 務 の 一 般 的 性 質 についてふれておく。 条 約 に 基 づく 義 務 は、 当 該 条 約 の 締 約 国 のみが 負 う。 国 家 はこのような 義 務 を 真 剣 に 受 け 止 め、 政 策 決 定 をする 前 にかかる 条 約 の 規 定 に 注 意 する。 ほとんどの 環 境 条 約 には、 規 定 を 適 用 する 際 考 慮 しなければならない、 持 続 可 能 な 開 発 、 予防 的 アプローチ 又 は 原 則 などの 基 本 的 概 念 が 含 まれている。 異 なる 条 約 間 の 優 位 性 については、 後 の 条 約 が 前 の 条 約 に 優 先 する。しかし、これは 特 別 法による。つまり、 特 定 の 問 題 に 関 する 規 定 は 一 般 的 な 規 定 に 優 先 する。このことは、 気 候 変動 に 関 する 国 際 連 合 枠 組 条 約 (United Nations Framework Convention on Climate Change、UNFCCC)、 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol、KP) 及 び 海 洋 条 約 との 関 係 に 関 連 している。 条 約 の 修 正 がCO 2 貯 留 許 可 のために 必 要 であれば、さらなる 交 渉 、 採 択 のための 最 小 限 の 支持 、 及 びその 後 の 発 効 が 必 要 となる。 条 約 の 修 正 は、 修 正 を 批 准 した 当 事 者 のみを 拘 束 する。5.8.1.2 海 洋 条 約 のCO 2 貯 留 への 適 用 に 関 する 主 要 論 点CO 2 貯 留 、 特 に 海 洋 地 中 貯 留 の 許 容 性 に 関 して 条 約 を 解 釈 する 場 合 、 条 約 は 地 中 貯 留 を 促 進 す-303-

るためではなく、 海 洋 投 棄 を 禁 止 するために 起 草 されたことに 留 意 することが 重 要 である。 留 意すべき 問 題 点 には 以 下 が 含 まれる。 貯 留 は「 投 棄 」にあたるかどうか。すなわち、 国 連 海 洋 法 条 約 (the United Nations Conventionon the Law of the Sea(UNCLOS))、ロンドン 条 約 (the London Convention(LC))、ロンドン 条 約 議 定 書 (the London Protocol(LP)) 及 び 北 東 大 西 洋 の 海 洋 環 境 保 護 のための 条 約( the Convention for the Protection of the Marine Environment of the North-East Atlantic(OSPAR))に 従 い、CO 2 の 配 置 が「 単 なる 処 分 目 的 以 外 」である 場 合 は、 投 棄 にあたらない。 代 替 シナリオとしては、 実 験 及 び 原 油 増 産 回 収 目 的 の 貯 留 がある。 CO 2 貯 留 は、 洋 上 構 築 物 の 通 常 操 業 から 生 じる 廃 棄 物 (LC/LP) 又 は 当 該 構 築 物 からの 排 出物 や 放 出 物 (OSPAR)として 条 約 の 例 外 規 定 にあてはまるかどうか。 海 底 貯 留 は、 明 らかに 条 約 によってカバーされているか、 又 は 水 柱 に 限 られるのか(UNCLOS,LC/LP,OSPAR)。 CO 2 ( 又 は 不 純 物 を 含 む 場 合 はその 回 収 された 物 質 )は「 産 業 廃 棄 物 」(LC)、あるいは「 有害 廃 棄 物 」(バーゼル 条 約 )なのか。CO 2 貯 留 プロセスは「 汚 染 」にあたるのか(UNCLOS)、それともそのいずれでもないのか。 処 分 サイトへのCO 2 の 輸 送 方 法 は、パイプラインか、 船 舶 又 は 洋 上 構 築 物 によるのか(LC/LP,OSPAR)。5.8.1.3 国 際 法 に 基 づく 地 中 貯 留 に 関 する 文 献CO 2 貯 留 の 許 容 性 を 決 定 するためには、 条 約 の 規 定 そのものを 検 討 し、 解 釈 することが 必 要 であるが、 二 次 的 淵 源 には 国 家 又 は 国 際 法 学 者 の 当 該 条 約 に 関 する 個 別 的 解 釈 が 含 まれる。Purdy and Macrory(2004)は、その 分 析 において、 貯 留 CO 2 は 大 気 中 に 入 らないので、UNFCCC/KPのいう「 排 出 」ではなく「 排 出 削 減 」として 分 類 されるだろうと 結 論 づけている。CO 2 貯 留 による 排 出 削 減 は、UNFCCC/KPによって 認 められている。またUNFCCC/KPは、 排 出 源 で 温 室 効 果 ガスを 減 らすプロジェクトを 可 能 にしている。しかし、 著 者 らはUNFCCC/KPには 排 出 削 減 の 明 白 な証 明 について 潜 在 的 な 問 題 があるとしており、それは 永 続 性 、 漏 洩 及 び 安 全 性 に 関 する 懸 念 となりうる。海 洋 条 約 に 関 しては、 北 東 大 西 洋 に 適 用 されるOSPARに 関 連 して、OSPARの 法 学 者 ・ 言 語 学 者グループによるレポートに、 沖 合 での 地 中 ( 及 び 海 洋 ) 貯 留 問 題 に 関 する 締 約 国 のOSPARに 対 する 解 釈 が 述 べられている(OSPAR 委 員 会 、2004)。レポートは、 汚 染 又 は 他 の 環 境 悪 影 響 の 可 能性 があるため、 予 防 原 則 を 適 用 しなければならないと 結 論 づけている。レポートでは、さらに 特定 して、OSPARは 陸 上 からのパイプラインによる 北 東 大 西 洋 ( 海 底 及 びその 下 )におけるCO 2 配置 を 可 能 にすると 解 釈 している。ただし、それは 船 舶 又 は 沖 合 施 設 ( 例 えば 石 油 やガスのプラットフォーム)によるその 後 の 活 動 を 伴 わない 場 合 に 限 られる。しかし、レポートによれば、 実 験目 的 (OSPARのその 他 の 関 連 規 定 に 従 って 実 施 されることが 求 められる) 以 外 は、 船 舶 からの 配置 は 禁 止 される。 洋 上 構 築 物 からのOSPARの 海 域 における 配 置 については、 貯 留 する CO 2 が 洋 上又 は 陸 ベースの 活 動 による 結 果 かどうかに 依 存 する。 洋 上 で 派 生 したCO 2 の 場 合 、 実 験 的 配 置 は条 約 規 定 に 従 って 行 われるが、 他 方 、EOR 配 置 、 気 候 変 動 の 緩 和 又 は 単 なる 処 分 は、 許 認 可 又 は規 則 に 厳 密 に 従 う 必 要 がある。 陸 上 派 生 CO 2 については、 実 験 的 又 はEOR 目 的 の 配 置 のみ、 洋 上派 生 CO 2 と 同 じ 条 件 に 従 って 許 可 される。 適 用 されるOSPARの 枠 組 みは、 配 置 による 海 洋 環 境 影-304-

響 ではなく、 配 置 の 方 法 と 目 的 によって 決 定 されるので、 環 境 影 響 が 異 なる 複 数 の 配 置 ( 例 えば、水 柱 への 配 置 、 地 下 層 への 配 置 )が 区 別 されない 一 方 、 異 なる 配 置 方 法 であれば 同 じ 影 響 を 及 ぼす 場 合 でも 異 なる 扱 いを 受 ける 結 果 になるとレポートは 結 論 づけている。LC/LPに 関 しても、 同様 の 分 析 の 試 みが 条 約 締 約 国 によって 着 手 されている。CO 2 貯 留 が 海 洋 条 約 上 どのような 扱 いを 受 けるかについては 定 かではない。 一 部 の 学 者 は、おそらくこのような 貯 留 は 許 されない、 又 はLC( 世 界 的 ) 及 びOSPAR( 北 東 大 西 洋 )は 沖 合 での 地中 貯 留 を 大 幅 に 制 限 できるであろう、と 論 じている(Lenstra and van Engelenburg, 2002; Bewers,2003)。 特 に、この 点 については、 以 下 のような 主 張 がなされている。 CO 2 の 長 期 貯 留 は、 条 約 の 言 う「 投 棄 」に 等 しい(Purdy and Macrory, 2004)。CO 2 が 産 業 目的 、すなわちEORで 注 入 される 場 合 、 廃 棄 物 の 投 棄 とは 見 なされず、LCの 下 では 許 可 される(Wall et al., 2005)。 原 油 又 は 天 然 ガスの 抽 出 作 業 から 回 収 され、 沖 合 で 地 中 貯 留 されるCO 2 は、LCの 下 では「 投棄 」とは 見 なされない(Wall et al., 2005)。 特 に 海 底 下 の 地 中 貯 留 のオプションについては、 条 約 によっては、 規 定 上 、 不 確 実 性 が 残 るものがある(Ducroux and Bewers, 2005)。UNCLOSは、CO 2 地 中 貯 留 を 潜 在 的 に 含 む 将 来 の海 床 利 用 の 範 囲 に 対 して 国 際 法 上 の 根 拠 を 提 供 する(Cook and Carleton, 2000)。 CO 2 は、LCの 下 では、 処 分 の 禁 止 されている 廃 棄 物 リスト 中 、「 産 業 廃 棄 物 」のカテゴリーに 入 るが、LP 及 びOSPARの 下 では、 投 棄 の 認 められるカテゴリーには 入 らず、 廃 棄 物 とみなされ 処 分 が 禁 止 される(Purdy and Macrory, 2004)。CO 2 が 船 で 輸 送 され、 船 から 直 接 又 は 洋 上 構 築 物 から 処 分 される 場 合 、これはLC/LP(Wall et al.,2005) 及 びOSPAR(Purdy and Macrory, 2004)の 下 では 禁 止 されるだろう。CO 2 がパイプラインで洋 上 構 築 物 に 輸 送 され、 処 分 される 場 合 は、LC/LPの 下 では 禁 止 されるが、 投 棄 禁 止 が 炭 化 水 素に 関 する 活 動 を 実 施 する 設 備 に 対 してのみ 適 用 するOSPARの 下 では 必 ずしもそうではない(Purdyand Macrory, 2004)。 陸 地 からパイプラインを 通 して 輸 送 するCO 2 貯 留 オプションは、ほとんどの条 約 で 未 決 のままである(Ducroux and Bewers, 2005)。LC/LPは、 船 又 はプラットフォームに 関 わる 活 動 にのみ 適 用 し、 陸 地 に 起 因 するパイプラインからの 排 出 については 規 定 していない。このような 排 出 は「 海 洋 処 分 」に 該 当 しないので、LCによる 規 制 からおそらく 除 外 されるだろう(Wallet al., 2005)。しかし、OSPARの 下 では、 陸 地 の 排 出 源 に 対 して、 一 般 的 な 環 境 に 関 する 義 務 が 国家 に 存 在 する(Purdy and Macrory, 2004)。( 陸 地 からのパイプラインによる 排 出 は 禁 止 されていないが、 規 制 されるだろう。)5.8.2 国 内 規 則 及 び 基 準国 家 は、 国 内 規 則 に 従 い、その 管 轄 下 においてCO 2 の 地 下 注 入 及 び 貯 留 を 規 制 することができる。このような 規 則 は、 採 掘 法 や 資 源 保 護 法 、 及 び 飲 料 水 、 廃 棄 物 処 分 、 原 油 及 びガス 生 産 、 高圧 ガス 処 理 に 関 する 法 その 他 によって 提 供 されるだろう。 北 米 、ヨーロッパ、 日 本 、 豪 州 の 既 存の 規 則 に 関 する 分 析 は、 特 にCO 2 貯 留 に 関 連 する 規 則 の 欠 如 及 び 注 入 後 の 責 任 に 関 連 する 透 明 性の 欠 如 に 注 目 している(IEA-GHG, 2003; IOGCC, 2005)。CO 2 は、 現 在 、EOR 及 び 酸 性 ガス 処 分 のため 地 下 に 注 入 されている(セクション5.2.4)。これら 回 収 又 は 処 分 活 動 のほとんどは、 相 対 的 に 少 量 のCO 2 を 合 理 的 に 十 分 特 性 が 把 握 された 地 層 へ注 入 する。 一 般 に、 地 下 のCO 2 貯 留 の 寿 命 及 び 注 入 された 液 体 の 長 期 モニタリングの 範 囲 は、こ-305-

れらの 活 動 に 関 する 規 則 の 中 で 特 定 されていない。これらの 活 動 は、 一 般 に 原 油 ・ガス 生 産 の 上流 部 門 という 大 きな 傘 、 及 び 貯 留 時 間 と 操 業 後 モニタリングの 必 要 性 を 特 定 しない 廃 棄 物 処 分 規則 の 下 で 規 制 される。カナダでは、 廃 液 処 分 を 含 む 液 体 の 地 下 への 深 井 戸 注 入 は 合 法 的 であり、 規 制 されている。エネルギー 及 び 鉱 物 資 源 に 対 しては 州 が 管 轄 権 を 持 つため、 液 体 の 深 井 戸 注 入 を 特 に 規 制 する 一 般的 に 適 用 可 能 な 国 内 法 はない。 陸 上 のCO 2 地 中 貯 留 は 州 の 法 と 規 制 に 基 づくが、 海 洋 及 び 連 邦 直轄 地 における 貯 留 は、 連 邦 法 規 制 に 基 づくことになる。 主 要 な 原 油 及 びガス 生 産 地 である 西 部 の州 では、 特 に 実 質 的 な 規 則 が 注 入 井 の 使 用 を 規 制 する。 例 えばアルバータ 州 では、 井 戸 の 建 設 、操 業 及 び 廃 棄 について 詳 細 な 手 続 規 則 があり、そこでは5 種 類 の 注 入 井 戸 について 具 体 的 な 基 準 が書 かれている(Alberta Energy and Utilities Board, 1994)。サスカチェワン 州 では、1985 年 原 油 及 びガス 保 護 規 則 (Oil and Gas Conservation Regulations、2000 年 まで 修 正 あり)が、 油 田 で 生 産 される塩 水 及 びその 他 の 廃 棄 物 の 処 分 基 準 を 規 定 する。さらに、 酸 性 ガス 及 びCO 2 を 含 む 液 体 の 回 収 、輸 送 及 び 操 業 注 入 は、 概 して 既 存 の 規 則 によってカバーされているが、 地 下 に 注 入 された 液 体 の行 く 末 及 び/ 又 は 注 入 操 業 の 廃 棄 後 の 段 階 をモニタリングするための 規 則 は 存 在 しない。米 国 の 飲 料 水 安 全 法 (the Safe Drinking Water Act)は、ほとんどの 地 下 注 入 活 動 を 規 制 する。 米国 環 境 保 護 庁 の 地 下 注 入 管 理 プログラム(The USEPA Underground Injection and Control(UIC)Program)は、 最 低 基 準 を 提 供 するため1980 年 に 作 成 され、 地 下 注 入 活 動 の 規 制 要 件 を 調 整 している。UICプログラムの 明 白 な 目 標 は、 現 在 及 び 潜 在 的 な 公 衆 飲 料 水 源 を 保 護 することである。 飲料 水 安 全 法 は、 飲 料 水 の 地 下 水 源 を「 危 険 にさらす」 地 下 注 入 を 明 らかに 禁 止 している。 危 険 にさらすとは、 国 内 の 主 要 な 飲 料 水 規 制 及 び 人 間 の 健 康 への 悪 影 響 に 関 連 して 定 義 される。ある 種の 坑 井 のタイプ 又 は「クラス」について、 米 国 環 境 保 護 庁 の 規 制 は、 飲 料 水 の 地 下 水 源 へ 汚 染 物の 移 動 をもたらす 注 入 を 禁 止 している。危 険 廃 棄 物 を 注 入 する 坑 井 は、 追 加 的 に 非 移 動 申 立 書 を 作 成 し 規 制 側 に 提 出 することが 求 められる。この 申 立 書 は、 注 入 された 液 体 が10,000 年 以 上 、 処 分 サイトから 移 動 しない 旨 の 立 証 責 任をプロジェクト 提 案 者 に 負 わせる。 処 分 された 液 体 は、もとから 注 入 される 地 層 に 存 在 する 液 体より 濃 度 が 小 さいことがあり、その 場 合 液 体 は 浮 力 の 影 響 を 受 ける。オペレータは、モデルを 使用 して10,000 年 を 超 える「 非 移 動 」の 要 件 を 満 たすことを 実 証 する 必 要 がある。Wilson et al.(2003)は、 液 体 の 保 持 を 証 明 するこのプロセスがCO 2 の 長 期 貯 留 に 関 するモデルを 提 供 するだろうと 言っている。 立 地 、 建 設 及 び 注 入 井 操 作 のモニタリングについては、 詳 細 な 要 件 がある 一 方 、 注 入ゾーン 内 における 液 体 の 実 際 の 動 きのモニタリング 又 は 検 証 に 関 する 連 邦 要 件 はない。また 漏 洩を 検 出 するため、 上 部 ゾーンのモニタリングに 関 する 一 般 的 要 件 もない。しかし、 有 害 産 業 廃 棄物 用 の 深 い 坑 井 における 環 境 モニタリングに 関 する 要 件 はあり、 州 によって 厳 しさが 異 なる。Vine(2004)は、カリフォルニア 州 のCO 2 地 中 貯 留 プロジェクトに 影 響 する 環 境 規 則 について 広く 概 説 している。 開 発 者 が 連 邦 、 州 、 地 方 当 局 から 最 大 15 件 に 及 ぶ 許 可 を 取 得 する 必 要 があるとして、Vineはプロジェクト 開 発 に 対 する 規 制 の 影 響 を 量 的 に 評 価 する 研 究 の 必 要 性 を 強 調 している。豪 州 では、 陸 上 の 油 ガス 活 動 に 関 する 許 可 責 任 は 州 政 府 に 属 し、 他 方 、 洋 上 活 動 は 主 として 連邦 政 府 の 管 轄 となる。 豪 州 の 規 制 制 度 の 包 括 的 評 価 は 進 行 中 であるが、これまでのところ 南 豪 州-306-

のみEOR 及 び 貯 留 用 のCO 2 などのガスの 地 下 注 入 を 規 制 する 法 律 を 採 択 している。 地 表 水 又 は 地下 水 の 質 を 損 なう 全 ての 活 動 について 厳 しい 環 境 影 響 評 価 が 要 求 される。ヨーロッパ 共 同 体 (EU)の25の 加 盟 国 は、CO 2 地 中 貯 留 が 関 連 EU 指 令 に 準 拠 していることを 確保 しなければならない。 多 くの 指 令 がEUにおけるCO 2 地 中 貯 留 に 影 響 を 及 ぼすであろう。ここでいう 指 令 は、 特 に 廃 棄 物 (75/442/EEC)、 埋 立 (1999/31/EC)、 水 (2000/60/EC)、 環 境 影 響 評 価(85/337/EEC) 及 び 戦 略 的 環 境 評 価 (2001/42/EC)に 関 するものである。これらの 指 令 は、CO 2回 収 及 び 貯 留 が 考 慮 されず、また 特 に 言 及 されていない 状 況 において 策 定 された。オランダの 研 究 で、 貯 留 CO 2 に 対 する 所 有 権 、 管 理 の 義 務 、 責 任 及 び 紛 争 解 決 を 含 む、CO 2 地 下注 入 及 び 貯 留 に 関 する 法 的 、 規 制 的 側 面 について 包 括 的 に 取 り 扱 ったものがある(CRUST LegalTask Force, 2001)。その 研 究 は2003 年 オランダ 採 掘 法 (the Dutch Mining Act of 2003)によって 確立 された 法 的 状 況 を 根 拠 としている。2003 年 オランダ 採 掘 法 は、 地 下 に 貯 留 された「 物 質 」をカバーし、 以 前 は 陸 上 活 動 と 洋 上 活 動 に 分 けられていた 規 則 をまとめている。 貯 留 は「 地 表 面 下 100m以 深 に 物 質 を 配 置 又 は 保 管 する」と 定 義 されている。 法 的 解 釈 は、 貯 留 目 的 のCO 2 は 廃 棄 物 として 扱 わなければならない。なぜなら、 明 らかに 処 分 目 的 で 回 収 されたからである。CO 2 貯 留 の 規 制 には 様 々な 課 題 がある。 活 動 規 模 、 浮 遊 液 体 の 封 じ 込 めと 漏 洩 のモニター・ 検証 の 必 要 性 、 及 び 長 期 貯 留 期 間 には、 全 て 特 定 の 規 制 的 配 慮 が 求 められる。さらに、 広 範 囲 な 特性 把 握 が 行 われていない、 又 は 人 口 が 集 中 する 地 域 に 近 い 塩 水 地 層 に 大 量 のCO 2 を 注 入 する 場 合 、潜 在 的 リスクに 配 慮 する 必 要 がある。 結 果 的 に、CO 2 貯 留 プログラムと、より 大 規 模 な 国 家 的 及び 国 際 的 なCO 2 算 定 制 度 との 信 頼 できる 連 携 を 確 立 する 必 要 がある。5.8.3 地 下 の 所 有 権地 下 のCO 2 貯 留 について、いくつかの 疑 問 点 が 生 じる。 間 隙 スペースの 権 利 を 他 者 に 移 転 できるか。 間 隙 スペースに 貯 留 されているCO 2 を 所 有 するのは 誰 か。 間 隙 スペースのCO 2 貯 留 は、 同 じスペースを 共 有 する 他 の 財 産 権 ( 例 えば、 鉱 物 資 源 、 水 の 権 利 )に 対 する 損 害 を 最 小 にするために、どのように 管 理 できるか。 地 下 間 隙 スペースを 使 用 する 権 利 は、 地 表 財 産 の 所 有 権 から 分 離して 付 与 されることがある。これは 例 えば、ほとんどのヨーロッパ 諸 国 及 びカナダで 適 用 されているようであり、 一 方 米 国 では、 今 のところ、CO 2 貯 留 を 規 律 する 特 定 の 所 有 権 問 題 はないが、地 下 の 権 利 は 陸 地 と 分 離 することができる。規 模 も 重 要 な 問 題 である。シミュレーションの 示 すところによれば、1GWの 石 炭 火 力 発 電 所 から30 年 以 上 にわたり、 厚 さ100mのゾーンに 注 入 されたCO 2 プルームの 地 域 的 範 囲 は、およそ100km 2(Rutqvist and Tsang, 2002)で、 注 入 停 止 後 広 がることもある。この 問 題 を 扱 うアプローチは 様 々あり、 地 下 間 隙 スペースの 所 有 権 に 関 する 法 的 枠 組 に 依 存 する。 例 えばヨーロッパでは、 間 隙 スペースは 国 家 が 所 有 しているため、その 利 用 はライセンスプロセスの 中 で 扱 われる。 一 方 米 国 では、 非 連 邦 の 土 地 における 地 下 所 有 権 の 決 定 は 州 の 管 轄 権 に 従 って 様 々である。ほとんどの 管 轄区 では、 地 表 の 所 有 者 は、 地 下 鉱 物 が 枯 渇 した 際 、 鉱 物 によって 以 前 占 められていたスペース(すなわち「 間 隙 スペース」)を 排 他 的 に 所 有 する 権 限 がある。しかし 他 の 管 轄 区 では、このような先 例 は 存 在 しない(Wilson, 2004)。これらの 問 題 に 答 えるガイダンスが、 天 然 ガス 貯 留 関 連 の 所有 権 取 り 決 めに 見 ることができる(McKinnon, 1998)。-307-

5.8.4 長 期 的 責 任貯 留 プロジェクトに 関 する 責 任 は、プロジェクト 完 了 後 の 責 任 も 含 めて、プロジェクト 提 案 者にとって 明 白 であることが 重 要 である。ヨーロッパ 委 員 会 白 書 は、 環 境 責 任 に 対 する 一 般 的 アプローチについて 概 略 を 述 べているが(EU, 2000)、 特 にCO 2 貯 留 に 関 する 責 任 制 度 を 扱 っている 文献 は 乏 しい。De Figueiredo et al.(2005)は、 異 なるタイプの 責 任 について、それがCO 2 地 中 貯 留 の実 行 可 能 性 に 及 ぼす 影 響 を 調 べる 枠 組 みを 提 案 し、 責 任 のあり 方 がコストとCO 2 地 中 貯 留 に 関 する 社 会 的 認 知 に 重 大 な 影 響 を 及 ぼすことを 強 調 している。CO2 地 中 貯 留 については 多 くの 新 しい 問 題 が 発 生 している。プロジェクト 廃 止 後 に 公 的 責 任 になる 長 期 的 な 区 域 内 リスク 責 任 に 加 え、CO2 の 大 気 中 への 漏 洩 に 関 する 世 界 的 リスクを 考 慮 する必 要 がある。 現 在 の 注 入 慣 行 は、 長 期 モニタリング 又 は 検 証 制 度 を 必 要 としない。モニタリングと 検 証 制 度 のコスト 及 び 漏 洩 は、 責 任 管 理 において 重 要 である。組 織 の 寿 命 及 び 組 織 の 知 識 伝 達 に 関 する 検 討 もある。CO 2 地 中 貯 留 の 長 期 的 責 任 が 公 的 責 任 に変 換 された 場 合 、 進 行 中 のモニタリングと 検 証 を 確 保 することができるのか。またこれらの 活 動に 誰 が 資 金 を 出 すのか。 貯 留 場 所 の 情 報 をどのように 追 跡 し、 地 下 利 用 に 関 心 がある 他 の 当 事 者にどのように 普 及 させるのか。 貯 留 に 関 する 時 間 枠 は 何 か。 数 百 年 モニタリング 又 は 情 報 システムを 配 置 することは 現 実 的 ( 又 は 必 要 )か。長 期 的 CO 2 地 中 貯 留 の 議 論 は 世 代 間 責 任 にも 関 わり、したがって、このような 活 動 の 正 当 性 は倫 理 的 次 元 に 関 わるのである。 貯 留 の 安 全 性 に 関 する 一 面 、 例 えば 廃 井 の 漏 洩 などは、 長 期 間 の枠 内 でのみ 実 現 化 され、 将 来 の 世 代 にリスクを 課 すことになるだろう。コスト、 割 引 率 及 び 技 術進 歩 速 度 に 関 する 仮 定 は 全 て、 責 任 の 解 釈 とその 重 要 性 を 劇 的 に 変 えるため、 詳 しく 検 討 する 必要 がある。5.8.5 社 会 の 認 知 と 受 容気 候 変 動 問 題 、 様 々な 緩 和 オプション、 及 びその 潜 在 的 影 響 と 実 用 性 に 関 する 一 般 社 会 の 知 識は 不 十 分 である。CO 2 回 収 及 び 貯 留 に 関 する 社 会 的 認 知 と 認 知 されたの 許 容 性 についての 研 究 は初 期 段 階 であり、 数 も 少 ない(Gough et al., 2002; Palmgren et al., 2004; Shackley et al., 2004; Curry etal., 2005; Itaoka et al., 2005)。CO 2 回 収 及 び 貯 留 の 認 知 に 関 する 調 査 は、 以 下 の 理 由 から 困 難 である。(1) 問 題 が 比 較 的 、 技 術 的 で、「 遠 隔 的 」 性 質 を 持 っており、 多 くの 重 要 な 概 念 に 対 する 一般 素 人 の 評 価 基 準 において 直 接 的 な 接 点 が 少 ない。(2) 技 術 が 初 期 段 階 であり、 公 的 な 説 明 として 引 き 合 いに 出 す 例 や 経 験 がほとんどない。5.8.5.1 調 査Curry et al.(2005)は、 米 国 の 標 準 的 な 人 口 サンプルとして1,200 人 以 上 を 調 査 し、 回 答 者 の4%しか「CO 2 回 収 及 び 貯 留 、 又 は 炭 素 貯 留 」という 言 葉 を 知 らないことが 判 明 した。さらに、 言 葉を 知 っている 人 々が、 取 り 組 んでいる 問 題 は 水 質 汚 染 又 は 有 害 廃 棄 物 というよりむしろ 地 球 温 暖化 であることを 正 しく 認 識 しているという 証 拠 は 何 もなかった。 著 者 は、 他 の 発 電 技 術 ( 例 えば、原 子 力 、 再 生 可 能 エネルギー)に 関 する 知 識 (その 環 境 影 響 とコストについて)が 欠 如 していることも 示 した。Eurobarometer(2003)は、EU 全 体 に 同 じような 結 果 を 見 出 した。 様 々な 地 球 温 暖化 対 策 の 手 法 の 選 択 ( 何 もしない、 原 子 力 拡 大 、CO 2 を 回 収 ・ 貯 留 しながら 継 続 して 化 石 燃 料 を使 用 する、 再 生 可 能 エネルギーの 拡 大 など)は、 提 供 される 相 対 的 コストと 環 境 特 性 に 関 する 提-308-

供 情 報 に 対 し、かなり 敏 感 であった。Itaoka et al.(2005)は、 日 本 の 約 1,000 人 を 対 象 に 調 査 を 行 った。CO 2 回 収 及 び 貯 留 に 関 する 認 識レベルはかなり 高 く(31%)、より 広 範 な 国 家 気 候 変 動 政 策 の 一 環 としてこの 緩 和 戦 略 に 一 般 的な 支 持 はあるが、CO 2 回 収 及 び 貯 留 の 具 体 的 な 実 施 については、 概 して 否 定 的 な 見 解 であることがわかった。 海 洋 隔 離 は 最 も 否 定 的 に 見 られていたが、 沖 合 での 地 中 貯 留 は 最 も 否 定 的 でなかった。 一 部 のサンプルには、CO 2 回 収 及 び 貯 留 に 関 するより 多 くの 情 報 が 提 供 されたが、 回 答 に 大きな 差 が 出 たとは 思 われなかった。 要 因 分 析 が 実 施 され、その 結 果 、 世 論 に 影 響 を 及 ぼす4つの 要因 が 重 要 であることがわかった。すなわち、 環 境 影 響 及 びリスク( 例 えば 漏 洩 )の 認 知 、CO 2 排出 削 減 の 責 任 、 緩 和 オプションとしてのCO 2 回 収 及 び 貯 留 の 効 果 、 及 び 化 石 燃 料 の 継 続 使 用 を 許可 する 範 囲 である。Shackley et al.(2004)は 沖 合 での 地 中 貯 留 について、イギリスの 空 港 で212 人 と 対 面 式 インタビューを 行 った。このサンプルは、2050 年 までにイギリスにおけるCO 2 排 出 60%を 削 減 すること( 政府 政 策 目 標 )に 貢 献 するものとして、CO 2 回 収 及 び 貯 留 の 概 念 を 概 して 適 度 に 支 持 していることが 分 かった。 技 術 に 関 する 基 本 情 報 を 提 供 することにより 支 持 が 増 えたが、サンプルのちょうど半 分 は 依 然 としてどっちつかずであったり、 否 定 的 な 見 解 を 示 したりした。 他 の 緩 和 オプションと 比 較 した 場 合 、CO 2 回 収 及 び 貯 留 に 関 する 支 持 は 若 干 上 昇 するが、 他 のオプション( 例 えば、再 生 可 能 エネルギー 及 びエネルギー 効 率 )がより 強 く 好 まれた。 一 方 、CO 2 回 収 及 び 貯 留 は、 原子 力 又 はより 高 い 電 力 料 金 に 比 べると、かなり 好 まれた( 他 のオプションの 価 格 又 は 環 境 影 響 に関 する 情 報 はなかった)。CO 2 回 収 及 び 貯 留 の 負 の 影 響 について 質 問 されると、 特 に 指 示 された訳 ではなく、 回 答 者 の 半 数 は 漏 洩 について、その 他 は 生 態 系 及 び 人 体 の 健 康 に 対 する 潜 在 的 な 関連 影 響 について 言 及 した。 他 の 者 は、CO 2 回 収 及 び 貯 留 について、それが 真 の 問 題 を 回 避 し、 短期 主 義 であることを 根 拠 に 否 定 的 な 見 解 を 示 すか、 又 は 変 化 を 好 まないとした。Huijts(2003)は、 小 さな 地 震 を2 回 (1994 年 及 び2001 年 ) 経 験 したオランダのガス 田 上 の 地 域に 住 む112 人 に 世 論 調 査 を 行 った。サンプルは、 一 般 的 な 意 味 でのCO 2 回 収 及 び 貯 留 についてはやや 肯 定 的 であり、すぐ 近 隣 での 貯 留 については 中 立 的 から 否 定 的 であることがわかった。 回 答 者は、リスクや 障 害 が 環 境 及 び 社 会 に 対 する 利 益 よりややや 大 きいとも 考 えた。また 回 答 者 は、CO 2回 収 及 び 貯 留 の 個 人 的 利 益 が、「 小 さい」か「やや 小 さい」とみなした。 調 査 結 果 に 基 づいて、Huijts(2003)は、 貯 留 場 所 によって 受 容 性 について 大 きな 差 が 出 ることを 観 察 した。 調 査 対 象 区域 が 最 近 地 震 を 経 験 したことは 留 意 しなければならないが、 住 宅 区 域 下 での 地 中 貯 留 は、おそらく 肯 定 的 にはとらえられないであろう。またHuijtsは、 多 くの 回 答 者 (25%)はCO 2 回 収 及 び 貯 留に 関 する 質 問 に 対 して 中 立 的 な 答 えを 選 ぶ 傾 向 があり、それは 彼 らが 十 分 に 形 成 された 意 見 をまだ 持 っていないことを 示 すと 記 している。Palmgren et al.(2004)は、 米 国 のペンシルバニア 州 ピッツバーグで18 人 に 対 面 式 インタビューを 行 い、 続 いて126 人 のサンプルについて 非 公 開 形 式 の 調 査 を 行 った。 調 査 は、より 多 くの 情 報 提供 の 結 果 、 調 査 回 答 者 がCO 2 回 収 及 び 貯 留 に 対 しより 否 定 的 な 見 解 をもつようになったことを 明らかにした。 調 査 はまた、 支 払 い 意 思 について 質 問 すると、 回 答 者 は 緩 和 オプションとしてのCO 2回 収 及 び 貯 留 に 対 しては、 示 された 他 の 全 てのオプションに 対 するよりも 非 好 意 的 であった( 以下 の 順 で 好 意 的 であった:ソーラー、 水 力 、 風 力 、 天 然 ガス、エネルギー 効 率 、 原 子 力 、バイオマス、 地 中 貯 留 及 び 海 洋 貯 留 )。 海 洋 隔 離 は、 特 に 情 報 が 提 供 された 後 は、 地 中 貯 留 よりも 否 定-309-

的 な 見 方 をされた。5.8.5.2 フォーカスグループ 調 査CO 2 回 収 及 び 貯 留 に 関 するフォーカスグループ 調 査 は、2001 年 及 び2003 年 にイギリスで 実 施 された(Gough et al., 2002; Shackley et al., 2004)。 初 期 の 反 応 は 懐 疑 的 になる 傾 向 があったが、 気 候変 動 及 びCO 2 排 出 の 大 幅 削 減 の 必 要 性 に 関 する 広 範 な 議 論 の 中 でのみ、 意 見 はより 柔 軟 になった。特 に、これらのグループの 参 加 者 にとって、エネルギー 効 率 、 需 要 削 減 措 置 及 び 再 生 可 能 エネルギーなどの 他 のアプローチを 優 先 的 に 検 討 すべきであり、CO 2 の 地 中 貯 留 はそれらの 直 接 の 代 替手 段 ではなく、それらのオプションとともに 開 発 すべきであるということは 明 らかであった。CO 2回 収 及 び 貯 留 を、 他 の 無 炭 素 又 は 低 炭 素 エネルギーの 技 術 開 発 と 平 行 して 行 う「ブリッジング 措置 」、 又 はこのような 技 術 開 発 が 間 に 合 わない 場 合 の 緊 急 ストップギャップオプションとして 利用 することには 一 般 的 な 支 持 があった。 参 加 者 の 中 には、 政 府 と 産 業 の 両 方 に 対 して、また 何 がそのCO 2 貯 留 促 進 の 動 機 になるのかということについて、ある 程 度 の 懐 疑 心 があったが、 環 境 グループによって 助 長 されたメッセージに 対 する 不 信 も 一 部 あった。 主 要 機 関 に 対 する 信 頼 レベル及 びメディアの 役 割 が、CO 2 回 収 及 び 貯 留 がどのように 一 般 社 会 に 受 容 されるかということに 対して、 大 きな 影 響 を 与 えると 考 えられた。この 点 はHuijts(2003)も 指 摘 している。5.8.5.3 調 査 の 結 果上 記 の 既 存 の 調 査 は、 様 々な 方 法 、 調 査 設 計 及 び 用 語 を 使 用 しているので、 直 接 比 較 することは 不 可 能 である。 回 答 者 へより 詳 細 な 情 報 を 提 供 することの 影 響 や、 一 般 的 な 意 味 でのCO 2 回 収 ・貯 留 の 評 価 、 及 び 他 の 低 炭 素 緩 和 オプションとの 比 較 におけるCO 2 回 収 ・ 貯 留 の 評 価 に 関 して 結果 の 不 一 致 が 生 じた。これらの 差 に 関 する 説 明 には、 将 来 の 気 候 変 動 に 関 して 表 明 された 懸 念 の程 度 が 含 まれる。 米 国 及 びEUの 代 表 的 サンプル(Curry et al., 2005)、 及 びそれより 小 さいサンプルのほとんど(Shackley et al., 2004; Itaoka et al., 2005)からは、 気 候 変 動 について 中 位 から 高 位 までの 懸 念 が 見 出 せる 一 方 、Palmgren et al.(2004)の 調 査 の 回 答 者 は 気 候 変 動 を 最 も 小 さな 環 境 問題 とした。 認 知 の 差 を 更 に 詳 しく 説 明 するとすれば、 陸 上 及 び 沖 合 における 地 中 貯 留 についての認 知 が 調 査 のなかでどこまで 区 別 されていたのかということがあるかもしれない。この 限 られた 調 査 から、CO 2 回 収 及 び 貯 留 が 他 のよく 知 られたオプションとともに 信 頼 できる技 術 として 社 会 に 認 知 される 前 に、 満 たさなければならない 条 件 が 少 なくとも 三 つあるように 思われる。(1) 人 為 起 源 による 地 球 気 候 変 動 は、 相 対 的 に 深 刻 な 問 題 であるとして 見 なされなければならない。(2) 地 球 気 候 変 動 の 脅 威 を 抑 えるには、CO 2 排 出 の 大 規 模 削 減 の 必 要 性 を 受 容 しなければならない。(3) 社 会 はこの 技 術 を(1) 及 び(2)の 解 決 に 貢 献 する 無 害 で 効 果 的 なオプションとして 受 容 しなければならない。 上 記 のとおり、 多 くの 既 存 調 査 により、 地 球 気 候 変 動 の 問題 に 関 する 懸 念 がかなり 広 がり、 負 の 影 響 が 正 の 効 果 を 上 回 るという 意 見 が 広 がっていることが示 されている( 例 えば、Kempton et al., 1995;Poortinga and Pidgeon, 2003)。 一 方 、 一 部 の 調 査 及 びフォーカスグループ 調 査 は、 社 会 の 中 で 上 記 要 素 ( 特 にCO 2 排 出 の 大 規 模 削 減 の 必 要 性 )が 広 く受 容 されることは、 国 民 の 内 や 国 民 間 で 散 在 し、かつ 可 変 的 であることを 示 している。 他 の 主 要な 緩 和 オプションの 経 済 的 、 環 境 的 特 徴 に 関 する 知 識 の 欠 如 と 不 確 実 性 も、CO 2 回 収 及 び 貯 留 オプションの 評 価 の 障 害 となることが 確 認 された(Curry et al., 2005)。上 記 の 三 条 件 の 受 容 は、CO 2 回 収 及 び 貯 留 に 対 する 支 持 を 意 味 するものではない。つまり、CO 2回 収 及 び 貯 留 は「パイプの 端 (end of pipe)」での 対 応 であり、 原 因 ではなく 結 果 を 処 理 し、 化 石-310-

燃 料 の 使 用 からの 離 脱 時 期 を 遅 らせ、 再 生 可 能 エネルギーオプションの 開 発 から 注 意 をそらせ、確 実 性 を 持 って 評 価 することが 難 しい 潜 在 的 長 期 リスクを 有 しているという 理 由 で 依 然 としてこの 技 術 を 拒 否 する 者 もいる。 逆 に、 再 生 可 能 エネルギーによって 既 存 及 び 将 来 のエネルギー 需 要を 満 たす 上 での 実 際 上 の 困 難 はほとんど 認 識 されていないかもしれない。CO 2 回 収 及 び 貯 留 は、(もし 受 容 されるとしたら) 多 くの 場 合 、「 熱 狂 的 」というより「しぶしぶ」 受 容 される。またCO 2 回 収 及 び 貯 留 は、 他 の 方 法 でのCO 2 排 出 削 減 が 失 敗 すれば 必 要 とされるという 認 識 を 反 映 している 場 合 もある。さらに 上 記 調 査 の 中 には、 技 術 の「 原 則 的 」 受 容 は 特 定 のサイトにおける 貯 留受 容 とは 非 常 に 異 なるということを 示 しているものもある。5.8.5.4 他 の 液 体 の 地 下 貯 留CO 2 貯 留 については 最 低 限 の 経 験 しかないので、 規 制 上 ( 及 びその 社 会 的 受 容 性 において) 同じような 特 徴 のある 類 似 例 を 見 つける 取 り 組 みが 行 われた(Reiner and Herzog, 2004)。 天 然 ガス地 下 貯 留 スキームに 関 する 提 案 は、 近 くの 類 似 操 業 施 設 には 明 らかに 懸 念 がないにもかかわらず、一 部 の 地 域 では 反 対 世 論 を 生 み 出 した(Gough et al., 2002)。ある 事 例 では、 天 然 ガス 地 下 貯 留 が当 該 地 域 の 土 地 価 格 に 与 える 影 響 及 び 評 価 の 困 難 なリスクに 関 する 懸 念 が、 地 元 メディアによって 取 り 上 げられ、おそらく 増 幅 された 可 能 性 がある。 陸 上 地 中 貯 留 に 関 する 反 対 世 論 は、 例 えば2001 年 に 米 国 のカンザス 州 ハチンソンで、 岩 塩 空 洞 を 利 用 した 貯 留 施 設 から 圧 縮 された 天 然 ガスが 放 出 した 際 の 爆 発 で 二 人 が 死 亡 した 事 故 などにより 高 まる 可 能 性 がある(Lee, 2001)。しかし今 日 、 世 界 中 で 何 百 もの 天 然 ガス 貯 留 サイトが、 地 域 社 会 に 明 らかに 受 容 されている。また、 規制 制 度 が 類 似 しているため、 米 国 の「 地 下 注 入 制 御 プログラム」に 関 する 研 究 も 実 施 されている(Wilson et al., 2003)。5.9 地 中 貯 留 のコスト地 中 貯 留 コストはどれくらいになるのか? 貯 留 コストを 左 右 する 主 な 要 因 は 何 か? 原 油 ガス 増産 でコストは 相 殺 できるか? 本 節 では、これらの 疑 問 を 扱 う。 貯 留 コストに 影 響 を 及 ぼすコスト要 素 及 び 要 因 についての 検 討 から 始 め、その 後 様 々な 貯 留 オプションについてコストを 見 積 もる。ここでの 貯 留 コストのシステム 境 界 は、 輸 送 システムと 貯 留 サイト 施 設 間 の 配 送 ポイントである。一 般 にCO 2 は、この 境 界 ポイントにおいて 高 圧 下 の 凝 縮 相 流 体 ( 流 体 又 は 超 臨 界 )として 輸 送 されるだろう。 回 収 、 圧 縮 、サイトへの 輸 送 のコストは、ここに 示 される 貯 留 コストからは 除 外 される。ここでの 数 字 は 平 準 化 したコストを 示 し、これには 経 済 的 仮 定 、 例 えばプロジェクトの 存続 期 間 、 割 引 率 及 びインフレなどが 含 まれる(3.7.2 節 参 照 )。コストには 資 本 及 び 操 業 費 が 共 に含 まれている。5.9.1 地 中 貯 留 のコスト 要 素CO 2 地 中 貯 留 について 主 要 な 設 備 投 資 費 は、 井 戸 の 掘 削 、インフラ 及 びプロジェクト 管 理 である。 貯 留 サイトによっては、 中 央 施 設 からサイト 内 の 坑 井 へCO 2 を 流 通 ・ 輸 送 するフィールド 内パイプラインがあるところもある。 必 要 に 応 じて、これらを 貯 留 コスト 推 定 値 に 加 算 する。 原 油 、ガス 及 び 炭 層 メタンの 増 産 を 行 うためには、 生 産 される 原 油 ・ガスを 扱 うための 追 加 施 設 が 必 要とされる。 一 部 のサイトでは、インフラ 及 び 坑 井 を 再 利 用 することによりコストを 減 少 させることがある。サイトによっては、 既 存 の 推 定 値 に 含 まれないような 廃 井 の 改 良 作 業 に 追 加 コストがかかる 場 合 もある。 操 業 費 用 は、 人 件 費 、 維 持 費 及 び 燃 料 費 を 含 む。 認 可 取 得 のためのコスト、貯 留 開 始 前 のサイト 選 択 、 貯 留 層 の 特 性 把 握 、 及 び 評 価 に 必 要 とされる、 地 質 、 地 球 物 理 学 及 び-311-

工 学 的 実 行 可 能 性 の 研 究 にかかるコストは、 推 算 コストに 含 まれる。Bockら(2003)の 見 積 もりによれば、 米 国 の 塩 水 地 層 及 び 枯 渇 した 油 ガス 田 への 貯 留 の 事 例 研 究 において、これらは168.5 万US$であった。 調 査 分 析 コストは、 以 前 からあるデータ、 貯 留 層 及 び 帽 岩 の 地 質 的 複 雑 性 及 び 漏洩 のリスクの 程 度 によりサイトごとにかなり 異 なる。さらには、スケール・メリットによって、大 規 模 プロジェクトではトンあたりコストがある 程 度 低 減 する。この 可 能 性 は、これら 推 算 では考 慮 されていない。さらに 貯 留 モニタリングには 追 加 コストがかかり、 通 常 、 文 献 では 貯 留 コスト 推 算 とは 別 に 報告 される。これらのコストはモニタリングの 一 定 の 要 件 及 び 期 間 に 大 きく 影 響 される。 長 期 的 には、 改 修 及 び 責 任 の 負 担 について 追 加 コストがかかる。CO 2 地 中 貯 留 コストはサイト 固 有 であり、 変 動 の 度 合 いが 高 い。コストは、 貯 留 オプション( 例えば 原 油 又 はガス 層 、 塩 水 地 層 )、 貯 留 層 の 場 所 、 深 さ 及 び 特 徴 、ならびに 販 売 できる 製 品 がある 場 合 はそれによる 利 益 及 び 価 格 に 依 存 する。 陸 での 貯 留 コストは、 場 所 、 地 形 及 びその 他 の 地理 的 要 因 に 依 存 する。 単 位 コストは 通 常 洋 上 の 方 が 高 く、ヨーロッパ(Hendriks et al., 2002) 及 び豪 州 (Allinson et al.,2003)についてのそれぞれの 研 究 で 示 されているように、プラットフォーム又 は 海 中 施 設 の 必 要 性 、 及 びより 高 い 運 転 コストを 反 映 している。 貯 留 に 必 要 とされる 装 置 及 び技 術 は 既 にエネルギー 業 界 で 広 く 使 用 されているので、そのコストは 確 信 を 持 って 見 積 もることができる。5.9.2 コスト 推 定米 国 、 豪 州 及 びヨーロッパ(Hendriks et al., 2002;Allinson et al., 2003; Bock et al., 2003)の 貯 留 コストについては 包 括 的 評 価 がある。これらは 地 域 の 典 型 的 な 地 質 特 徴 に 基 づく。コスト 推 算 に 圧縮 及 びパイプラインコストを 含 む 場 合 は、 貯 留 コストを 導 き 出 すために 補 正 を 行 った( 表 5.9)。これら 推 算 には、 設 備 、 操 業 及 びサイトの 特 性 把 握 に 関 するコストを 含 むが、モニタリングコスト、 改 修 及 び 長 期 間 の 責 任 負 担 に 必 要 とされる 追 加 コストは 除 外 される。-312-

表 5.9 様 々なオプションに 関 するCO 2 貯 留 推 定 コストの 編 集注 : 様 々な 研 究 において 報 告 される 範 囲 及 び 低 、 中 (ほぼ 可 能 性 がある)、 高 の 値 は、 様 々な 方 法 で 計算 されている。 概 算 はモニタリングコストを 除 外 する。a. Allinson et al., (2003)の 数 字 は、 豪 州 の 様 々なサイトから 複 数 の 事 例 に 関 する 統 計 である。 低 は 最 低 値で、ほぼ 可 能 性 ありは 中 間 、 高 は 全 ての 事 例 の 最 大 値 である。 貯 留 コストの 主 な 決 定 要 件 は、 注 入 速度 及 び 貯 留 層 タイプ( 塩 水 帯 水 層 、 枯 渇 フィールドなど)ではなく、 浸 透 率 、 厚 さ、 深 さなどの 貯 留層 の 特 徴 である。これらの 特 徴 により 貯 留 層 タイプは 高 又 は 低 コストとなる。 数 字 は 圧 縮 及 び 輸 送 コストを 除 外 するように 調 整 される。b. Hendriks et al., (2002)による 数 字 は、 深 さ1000-3000mの 貯 留 オプションに 関 する 値 の 代 表 的 範 囲 として 説 明 されている。コストの 全 範 囲 は 示 されているよりも 大 きいものと 認 識 されている。 数 字 はユーロからUS$に 変 換 した。c. Bock et al., (2003)は、 米 国 のサイトの 典 型 的 な 貯 留 層 の 分 析 から、 基 本 事 例 、 低 及 び 高 コスト 事 例 を定 義 している。 各 事 例 は、 深 さ、 貯 留 層 、コスト 及 び 原 油 /ガス 価 格 など 異 なるパラメータを 持 つ。 数字 は 圧 縮 及 び 輸 送 コストを 除 外 するように 調 整 されている。貯 留 オプションのタイプ、 深 さ 及 び 地 層 の 特 徴 は、 施 設 コストに 加 えて、 坑 井 の 数 、 間 隔 及 びコストに 影 響 する。 坑 井 コストと 圧 縮 コストはどちらも 深 くなるにつれて 上 昇 する。 坑 井 コストは、 特 定 の 技 術 、 場 所 、 操 業 規 模 、 地 域 の 法 規 により 変 化 する。 坑 井 コストは 主 要 な 要 素 であるが、 個 別 の 坑 井 のコストは、ある 陸 上 サイトにおける200,000US$(Bock et al., 2003)から 洋 上 の水 平 井 2,500 万 US$まで 範 囲 に 幅 がある( 表 5.10、Kaarstad, 2002)。 深 くなるにつれて 貯 留 コストが 増 加 することは 実 証 されてきた(Hendriks et al., 2002)。 注 入 地 層 の 地 質 的 特 徴 は、もう 一 つの主 要 なコスト 決 定 要 因 であり、それはすなわち、 貯 留 層 の 厚 さ、 浸 透 率 及 び 有 効 半 径 である。これらはCO 2 注 入 の 量 及 び 速 度 に 影 響 し、その 結 果 必 要 とされる 坑 井 の 数 に 影 響 を 与 える。CO 2 と 一緒 に 他 のガス(NO x 、SO x 、H 2 S)を 注 入 ・ 貯 留 することは、 回 収 コストを 減 らすことができるかもしれないが、その 腐 食 性 及 び 有 毒 性 故 に、 余 計 に 費 用 がかかる(Allinson et al., 2003)。-313-

表 5.10 産 業 CO 2 貯 留 プロジェクトに 関 する 投 資 コストa これ 以 上 の 内 訳 は 入 手 できていない。 主 に 天 然 ガス 及 びコンデンセート 処 理 などいくつかのプロセスについては、より 大 きい 設 備 ・ 操 業 費 システムのサブセットである。5.9.3 CO 2 地 中 貯 留 のコスト 推 定本 節 では、 原 油 又 はガス 増 産 から 利 益 を 得 ることがないオプションについての 貯 留 コストを 検討 する。 様 々な 貯 留 オプションについて 詳 細 なコスト 推 定 を 説 明 する。5.9.3.1 地 下 塩 水 層豪 州 周 辺 の50 以 上 のサイトについての 貯 留 コストを 扱 う、Allinson et al.,(2003)による 包 括 的検 討 は、 国 又 は 地 域 的 規 模 でサイトの 違 いによって 生 じる 変 動 性 を 示 している。20のサイトについての 陸 上 コストは、 貯 留 CO 2 1tあたり0.2-5.1US$の 範 囲 で、その 中 間 コストは0.5US$/tCO 2 ( 貯 留分 )である。37の 洋 上 サイトでは、3.4US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )の 中 間 値 及 び0.5-30.2US$/tCO 2 ( 貯 留分 )の 範 囲 を 有 する。この 研 究 は、Monte Carlo 分 析 を 使 用 した、 入 力 パラメータの 変 化 に 対 する推 定 コストの 感 度 分 析 を 含 む。 貯 留 コストを 主 に 決 定 するのは、 貯 留 オプションのタイプ( 例 えば 塩 水 地 層 又 は 枯 渇 フィールド)よりむしろ、 貯 留 層 及 び 注 入 の 特 徴 、 例 えば 注 入 速 度 及 び 坑 井コストに 影 響 する 浸 透 率 、 厚 さ、 及 び 貯 留 層 の 深 さである。Bock et al.(2003)は、 米 国 での 陸 域 地 下 塩 水 層 への 貯 留 について、 一 連 の 事 例 に 関 して 詳 細 なコスト 推 定 を 行 った。 地 質 学 的 特 徴 に 基 づく 彼 らの 仮 定 は、20 以 上 の 様 々な 地 層 に 関 する 統 計 的検 討 に 基 づいている。これらの 地 層 は、 広 範 囲 にわたる 深 さ(700-1,800m)、 厚 さ、 浸 透 率 、 注入 速 度 及 び 坑 井 数 を 示 す。 平 均 的 特 徴 を 有 する 基 本 事 例 についての 推 定 は、0.5US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )の 貯 留 コストとなる。 様 々な 地 層 及 び 入 力 パラメータを 考 えた 際 の、 高 - 及 び 低 -コストの 事 例 は、0.4-4.5US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )の 範 囲 となる。これより、 入 力 パラメータより 生 じる 変 動 性 が 見 て 取れる。-314-

ヨーロッパの 深 さ1,000-3,000mの 塩 水 層 に 関 する 陸 上 貯 留 コスト 範 囲 は、1.9-6.2US$/tCO 2 ( 貯 留分 )であり、 最 も 確 からしい 値 は2.8US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )である(Hendriks et al., 2002)。この 研 究はまた、 同 じ 深 さの 範 囲 にわたって 沖 合 地 中 貯 留 のための 推 定 コストを 示 している。これには、既 存 の 原 油 ・ガスプラットフォームの 再 利 用 を 含 む(Hendriks et al., 2002)。その 範 囲 は4.7-12.0US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )にわたり、 沖 合 コストが 陸 上 コストよりも 高 いことを 示 している。5.9.3.2 不 使 用 原 油 及 びガス 貯 留 層北 米 及 びヨーロッパの 不 使 用 の 油 ガス 田 における 貯 留 コストは、 塩 水 地 層 に 匹 敵 すると 言 われている(Hendriks et al., 2002; Bock et al., 2003)。Bock etal.(2003)は、Permian Basin( 米 国 西 テキサス)の 典 型 的 原 油 ・ガス 貯 留 層 についてのコストを 示 した。 不 使 用 のガス 田 についての 基 本 事例 推 定 では 貯 留 コストは2.4US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )であり、 低 コスト 事 例 及 び 高 コスト 事 例 の 値 は、0.5 及 び12.2US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )である。 枯 渇 した 油 田 については、 基 本 事 例 のコスト 推 定 は1.3US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )であり、 低 コスト 事 例 及 び 高 コスト 事 例 の 値 は0.5 及 び4.0US$/tCO 2 ( 貯 留分 )である。これらの 油 田 ・ガス 田 で 既 存 の 井 戸 を 再 利 用 することで、これらのコストをいくらか 削 減 することは 可 能 かもしれないが、 廃 井 の 改 善 が 必 要 な 場 合 はコストが 上 昇 する。ヨーロッパでは、 深 さ1,000-3,000mの 陸 上 の 不 使 用 油 田 ・ガス 田 についての 貯 留 コストは1.2-3.8US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )の 範 囲 にある。 最 も 確 からしい 値 は1.7US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )である。 同じ 深 さの 沖 合 油 田 ・ガス 田 について、 貯 留 コストは3.8-8.1US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )である( 最 も 確 からしい 値 は6.0US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )である)。コストの 値 は、 貯 留 層 の 深 さ 及 びプラットフォームを 再 利 用 するかどうかによって 変 化 する。 不 使 用 の 油 田 ・ガス 田 においては、 探 査 及 びモニタリングコストを 減 らすことによって 利 益 が 得 られる 場 合 がある。5.9.3.3 典 型 的 貯 留 コストコストはサイト 固 有 であるために、 地 下 塩 水 層 及 び 不 使 用 の 油 ガス 田 についての 様 々な 研 究 によるコスト 範 囲 は、0.2-30.0US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )という 非 常 に 広 範 囲 なものになっている。このことは、 地 域 又 は 国 で 生 じる 地 質 的 パラメータが 広 範 囲 にわたることを 反 映 する。 実 際 、どの 地 理的 地 域 にも、コストの 増 加 とともに 貯 留 容 量 が 増 加 するコストカーブを 有 するサイトが 複 数 ある。豪 州 の 広 範 囲 なデータから、 全 ての 陸 上 サイト 及 び 半 分 以 上 の 沖 合 サイトについて、 貯 留 コストは5.1US$/tCO 2 ( 貯 留 分 ) 未 満 であることが 示 された。 米 国 及 びヨーロッパについての 研 究 からもまた、ヨーロッパの 洋 上 サイト 及 び 米 国 の 枯 渇 ガス 田 でコストが 高 い 事 例 を 除 き、 貯 留 コストは 一 般 に8US$/tCO 2 未 満 であることが 示 されている。 最 近 の 研 究 によれば、2US$/tCO 2 未 満 のコストで、ヨーロッパの 貯 留 容 量 の90%を 使 用 できることになる(Wildenborg et al., 2005b)。これらのコスト 推 定 の 評 価 から、0.5-8US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )の 範 囲 で 貯 留 することが 有 意 に 可 能であると 示 された。この 推 定 値 は、 様 々な 研 究 について 示 された 中 間 値 、 基 本 事 例 値 又 は 最 も 確からしい 値 に 基 づいている( 表 5.9)。これらには、モニタリングコスト、 坑 井 の 改 修 コスト 及 び長 期 責 任 のコストは 含 まれない。5.9.3.4 貯 留 プロジェクトに 関 する 投 資 コスト回 収 及 び 貯 留 の 産 業 プロジェクトの 設 備 ・ 操 業 費 についていくらかの 情 報 を 入 手 することができる( 表 5.10)。Sleipnerでは、1MtCO 2 / 年 を 注 入 するための 水 平 井 を 含 む 貯 留 コンポーネントに-315-

ついての 設 備 コスト 増 分 は、1,500 万 US$であった(Torp and Brown, 2005)。 注 意 しなければならないのは、Sleipnerでは、 天 然 ガスを 市 場 で 販 売 するため、CO 2 を 除 去 しなければならなかったことである。ここで 回 収 されたCO 2 を 貯 留 するという 決 定 は、 沖 合 CO 2 排 出 に 対 する40US$/tCO 2 の 課税 により、 少 なくともある 部 分 余 儀 なくさせられたものである。エネルギーペナルティ 及 び 平 準化 したコストについては、 詳 細 には 分 かっていない。 計 画 中 のSnohvitプロジェクトでは、 貯 留 のための 推 定 設 備 コストは、0.7MtCO 2 / 年 の 注 入 において4,800 万 US$である(Kaarstad, 2002)。これらデータは 限 られたものであり、 産 業 プロジェクトの 実 際 のコストに 基 づく 追 加 データが 必 要 である。5.9.4 原 油 ・ガス 増 産 回 収 がある 貯 留 についてのコスト 推 定CO 2 地 中 貯 留 コストは、CO 2 注 入 及 び 貯 留 が 原 油 又 はガス 増 産 回 収 又 はECBMと 一 緒 に 行 われる場 合 に、 原 油 又 はガス 生 産 での 追 加 収 入 で 相 殺 されることがある。CO 2 注 入 を 使 用 する 商 業 的 EOR及 びECBMプロジェクトでは 目 下 、CO 2 はプロジェクト 用 に 購 入 され、 操 業 費 のかなりの 比 率 を 占める。 増 産 で 生 ずる 経 済 的 利 益 のために、EOR 及 びECBMは、CO 2 地 中 貯 留 のための 初 期 オプションになりうる。5.9.4.1 原 油 増 産 回 収北 米 における 陸 上 CO 2 -EORプロジェクトのコストは、よく 検 証 されている(Klins, 1984; Jarrell etal., 2002)。CO 2 -EORプロジェクトは、 原 油 回 収 を 増 やすという 投 機 的 事 業 である。CO 2 は 注 入 ・貯 留 されるが、これは 一 次 目 的 ではなく、EORプロジェクトはCO 2 貯 留 のために 最 適 化 されたものではない。従 来 のCO 2 -EOR 操 業 の 商 売 上 の 基 本 としては、 増 分 原 油 から 生 ずる 収 入 が、 発 生 した 追 加 コスト(CO 2 購 入 を 含 む)を 補 償 し、 投 資 に 対 するリターンを 提 供 するということである。コストはプロジェクトによって 異 なる。 設 備 投 資 の 要 素 としては、コンプレッサ、 分 離 機 器 、 及 びH 2 S 除 去 、坑 井 掘 削 ならびに 坑 井 の 用 途 変 更 及 び 仕 上 げである。 新 しい 坑 井 を 必 要 としないプロジェクトもある。 操 業 費 用 は、CO 2 購 入 価 格 、 燃 料 費 及 び 油 田 操 業 コストである。テキサスでは、CO 2 購 入 コストは、 多 数 のEORフィールドについての 合 計 コストの55-75%( 平均 して 合 計 コストの68%)であり、EORへの 投 資 の 不 確 実 性 の 主 な 要 因 である。 他 に 挙 げられる投 資 の 不 確 実 性 な 主 な 要 因 としては、 税 金 及 び 財 政 的 インセンティブ、 国 の 法 規 及 び 原 油 ・ガス価 格 がある( 例 、Jarrell et al.2002)。CO 2 の 価 格 は 通 常 原 油 価 格 と 連 動 し、バレルあたり18US$の 西 テキサスインターミーディエート(WTI) 原 油 価 格 では、 指 標 価 格 11.7US$/tCO 2 (0.62US$/Mscf)であり、 原 油 1バレルあたり25US$で16.3US$/tCO 2 、 原 油 1バレルあたり50US$で32.7US$/tCO 2 の 指 標 価 格 である(Jarrell et al., 2002)。CO 2 購 入 価 格 は、CO 2 貯 留 コストを 相 殺 するためのEORについての 利 益 の 尺 度 となる。5.9.4.2 原 油 増 産 回 収 があるCO 2 貯 留 のコストEORサイトにおけるCO 2 貯 留 コストが、 最 近 の 研 究 により 推 定 されている(Bock et al., 2003;Hendriks et al., 2002)。 北 米 国 での 陸 上 EORオプションについてのCO 2 貯 留 コストの 推 定 が、Bock etal.によって 行 われた(2003)。 既 存 のEOR 操 業 及 び 産 業 コストデータからの 仮 定 及 びパラメータに 基 づいて、2MtCO 2 / 年 の 貯 留 シナリオについての 推 定 が 行 われた。これらの 推 定 には、 各 追 加 バ-316-

レルの 原 油 につき 注 入 されたCO 2 に 関 してCO 2 -EORの 有 効 性 の 推 定 が 含 まれる。これらの 貯 留 コストを 推 定 する 方 法 は、 損 益 分 岐 点 のCO 2 価 格 (0.3tCO 2 )を 計 算 することを 目 的 とする。北 米 全 体 のフィールド 操 業 から 得 られた 経 験 から、 注 入 されたCO 2 がEOR 期 間 中 どれ 位 原 油 貯留 層 に 残 るかという 情 報 を 得 ることができる。 増 産 原 油 1バレルについて 平 均 して170 標 準 m 3 CO 2の 新 しいCO 2 が 必 要 とされ、その 範 囲 は85(0.15tCO 2 )から227(0.4tCO 2 ) 標 準 m 3 である(Bock etal., 2003)。 一 般 的 には 生 産 されたCO 2 は 原 油 から 分 離 され、 地 下 に 再 注 入 されて、CO 2 購 入 コストが 減 らされる。深 さ1,219mの 代 表 的 貯 留 層 についての 基 本 事 例 では、 原 油 1バレルあたり15US$の 場 合 の 米 国 のEOR 平 均 パラメータに 基 づくと、 純 貯 留 コストが-14.8US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )となる。マイナスの 値は、 特 定 の 貯 留 オプションが 回 収 ・ 貯 留 システム 全 体 に 提 供 するコスト 削 減 額 を 表 す。 様 々なCO 2有 効 性 、 深 さ、 輸 送 距 離 及 び 原 油 価 格 における 低 及 び 高 コスト 事 例 は、-92.0 及 び+66.7US$/tCO 2( 貯 留 分 )である。 低 コスト 事 例 というのは、 全 てのパラメータ( 有 効 性 、 貯 留 層 の 深 さ、 生 産性 ) 及 び 原 油 1バレルあたり20US$という 価 格 について 好 ましい 仮 定 を 想 定 したものである。1バレルあたり50US$という2005 年 の 価 格 のように 原 油 価 格 が 高 くなると、CO 2 -EORプロジェクトの経 済 性 が 著 しく 変 化 する。このように 原 油 価 格 が 高 くなる 場 合 についての 研 究 は、 公 表 されていない。陸 上 におけるEOR 貯 留 コストについての 他 の 推 定 は 全 て、 純 コストがマイナスとなる 可 能 性 を示 す。これらには、ヨーロッパのサイトについての-10.5から+10.5US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )の 範 囲 が 含まれる(Hendriks etal., 2002)。これらの 研 究 から、CO 2 貯 留 のためのCO 2 原 油 増 産 回 収 の 使 用 は、塩 水 地 層 及 び 不 使 用 の 油 田 ・ガス 田 より 低 いコストオプションになり 得 ることが 示 されている。現 在 、 沖 合 いにおける 商 業 的 なEOR 操 業 はなく、 沖 合 でのEORオプションについてのCO 2 貯 留コストに 関 しては、 限 られた 情 報 しか 手 に 入 らない。 沖 合 におけるEORについての 指 標 的 貯 留 コストの 推 定 は、Hendriks et al.(2002)が 提 供 している。その 範 囲 は-10.5から+21.0US$/tCO 2 ( 貯 留分 )である。 北 海 Fortiesフィールドについては、CO 2 -EORは 技 術 的 に 魅 力 があり、 原 油 回 収 を 増やすことができるが、 目 下 、 単 独 のEORプロジェクトとしては 経 済 的 に 魅 力 がないことが 示 されている(Espie et al., 2003)。 障 害 となるのは、 施 設 、 坑 井 及 びフローラインを 適 合 させるために大 規 模 資 本 が 必 要 なこと、ならびに 税 費 用 及 びCO 2 供 給 である。CO 2 貯 留 の 付 加 価 値 と 共 に 経 済 性が 変 化 することに 注 意 が 必 要 である。EORの 潜 在 的 な 利 益 は、CO 2 購 入 価 格 及 びCO 2 -EOR 貯 留 事 例 研 究 についての 純 貯 留 コストから推 論 できる。CO 2 貯 留 に 対 する 原 油 増 産 からの 潜 在 的 な 利 益 の 指 標 値 は、 通 常 0-16US$/tCO 2 の 範 囲にある。EORからの 利 益 がない 事 例 も 幾 らかある。 利 益 の 最 大 推 定 は、 好 ましいパラメータを 含む 単 独 の 事 例 の 研 究 においてCO 2 1トンあたり$92までの 範 囲 であった。 概 して、より 高 い 利 益 は、先 に 示 したように、かなり 好 ましいサイトについて、2003 年 以 来 発 生 したのと 同 様 の 高 原 油 価 格シナリオで 生 じる。 原 油 1バレルあたり50US$で、 範 囲 は30US$/tCO 2 まで 上 昇 し 得 る。5.9.4.3 ガス 増 産 回 収 があるCO 2 貯 留 のコストCO 2 -ガス 増 産 回 収 (EGR)はEORよりも 未 熟 な 技 術 であり、 商 業 的 に 使 用 されていない。 問 題となるのは、CO 2 及 びインフラのコスト、 過 剰 の 混 合 に 関 する 懸 念 及 び 多 くのガス 貯 留 層 の 一 次-317-

回 収 率 が 高 いことである。コスト 推 定 では、CO 2 -EGRは、ガス 価 格 及 び 回 収 の 有 効 性 によって、4-16US$/tCO 2 の 利 益 を 与 えることを 示 している(Oldenburg et al., 2002)。5.9.4.4 増 産 炭 層 メタンがあるCO 2 貯 留 のコスト増 産 炭 層 メタン(ECBM) 生 産 のためのCO 2 注 入 は、 商 業 的 用 途 ではまだ 未 熟 な 技 術 である。CO 2 -ECBMにおいては、 産 出 ガスから 生 じる 収 入 が 投 資 コストを 相 殺 し、 投 資 家 のために 収 入 源を 提 供 する。コストデータは、 使 用 されている 他 のタイプのCBM 操 業 に 基 づく。商 業 的 経 験 がないため、ECBMと 組 み 合 わせた 炭 層 中 へのCO 2 貯 留 の 有 効 性 は、かなり 不 確 実 である。CO 2 保 持 量 については、 産 出 メタン1m 3 あたり1.5-10m 3 CO 2 と 示 唆 されている。 増 産 の 収 益は、ガス 価 格 に 依 存 する。たくさんの 坑 井 が 必 要 となるので、 坑 井 コストがECBMにおける 主 要 因 である。ECBMプロジェクトについてのある 最 近 の 研 究 (Schreurs, 2002)では、 産 出 坑 井 当 たりのコストは、 坑 井 あたり約 750,000US$、プラス 層 内 掘 削 1,500US$/mとしている。 各 注 入 井 のコストは 約 430,000US$である。IEA-GHG(1998)は、CO 2 -ECBMの 世 界 的 なコストカーブを 開 発 し、 貯 留 コストは-20から+150US$/tCO 2 の 範 囲 とした。 全 世 界 的 容 量 の10% 未 満 にあたる 最 も 好 ましいサイトだけが、マイナスのコストを 有 することができるという 結 論 が 出 された。EORについて 説 明 されたアプローチを 用 いることによって、 米 国 の 陸 上 CO 2 -ECBM 貯 留 コストの 推 定 が 行 われた(Bock et al., 2003)。彼 らは、ガス 増 産 分 のために 注 入 されたCO 2 によるECBMの 有 効 性 を、 単 位 増 産 メタンあたり1.5から10 単 位 ( 基 本 事 例 値 2)のCO 2 の 範 囲 と 推 定 した。その 他 の 重 要 なデータとしては、ガス 井 の産 出 率 、 産 出 井 と 注 入 井 の 比 、 坑 井 の 深 さ 及 び 坑 井 の 数 である。 新 しく 作 られた 施 設 で、610mの深 さの 典 型 的 貯 留 層 について1 年 あたり2.1MtCO 2 を 貯 留 する 基 本 事 例 では、270の 坑 井 を 必 要 とする。 想 定 されるガス 価 格 はGJあたりUS$1.90(2.00US$/Mbtu)である。それは、-8.1US$/tCO 2 ( 貯留 分 )の 純 貯 留 コストを 有 する。 様 々なパラメータにおける 低 及 び 高 コスト 事 例 は、-26.4 及 び+11.1US$/tCO 2 ( 貯 留 分 )である。これらの 推 定 の 範 囲 は 他 の 推 定 と 同 等 であり、 例 えばカナダ(Wong et al., 2001) 及 びヨーロッパ(Hendriks et al., 2002)について、0から+31.5US$/tCO 2 という推 定 がある。 増 産 CBMは、 沖 合 については 詳 細 に 考 慮 されておらず、コストの 推 定 を 得 ることはできない。現 在 までで 唯 一 の 産 業 規 模 CO 2 -ECBM 実 証 プロジェクトとして、 米 国 のAllisonプロジェクトがあるが、 既 にCO 2 の 注 入 はしていない(ボックス5.7)。 極 端 に 好 ましい 地 質 特 徴 を 有 するAllisonプロジェクトについてのある 分 析 では、 米 国 におけるECBMの 経 済 性 は、 現 在 の 財 政 状 態 とガス価 格 下 では 疑 わしいことが 示 唆 されている(IEA-GHG, 2004)。 経 済 分 析 によると、GJあたり 約4US$の 高 いガス 価 格 及 び12-18US$/tCO 2 のクレジットがあれば、 経 済 的 に 見 合 うことを 示 した。あるいはReeves(2005)は、 詳 細 なモデリング 及 び 経 済 分 析 を 使 用 して、ガス 価 格 の 損 益 分 岐 点 として、フィールドで 購 入 するCO 2 のコスト5.19US$/tCO 2 を 含 め、GJ 当 たり2.44US$(2.57US$/Mbtu)とした。5.9.5 モニタリングコスト文 献 上 、 可 能 なモニタリング 戦 略 及 び 適 用 可 能 な 技 術 について 広 範 な 議 論 が 存 在 する 一 方 で、モニタリング 費 用 に 関 する 情 報 は 限 定 されたものである。コストは、モニタリング 戦 略 及 び 使 用-318-

する 技 術 、そしてこれらを 貯 留 プロジェクト 期 間 にどのように 適 合 させるかに 依 存 する。 使 用 可能 性 のある 技 術 の 一 部 は、 既 に 原 油 ・ガス 及 びCBM 産 業 で 広 範 に 使 用 されている。 現 在 使 用 されている 個 別 技 術 のコストは 十 分 決 められている。地 震 探 査 の 反 復 使 用 は、Sleipnerでは 効 果 的 なモニタリング 技 術 であると 見 なされた。その 適 用可 能 性 はオプション 及 びサイトにより 変 化 する。 地 震 探 査 コストは 使 用 技 術 、 場 所 、 及 び 地 形 及び 複 雑 性 によって、かなり 変 動 する。 地 震 モニタリングコストは、 寿 命 30 年 の1,000MW 発 電 所 に関 する 陸 上 貯 留 プロジェクトについて 検 討 されてきた(Myer et al., 2003)。 注 入 期 間 中 、5 年 間 隔の 繰 り 返 し 調 査 を 仮 定 すると、モニタリングコストは 推 定 0.03US$/tCO 2 、 地 震 モニタリングは 全体 的 な 貯 留 コストのわずかな 一 部 のみであることを 示 す。この 推 定 には 割 引 率 は 使 用 されていない。Benson et al.(2005)は、 二 つのシナリオについてライフサイクルモニタリングコストを 推 定 した:(1)EORによる 原 油 フィールドでの 貯 留 、(2) 塩 水 地 層 の 貯 留 。これらのシナリオについて、 明 白 な 漏 洩 は 一 切 考 慮 されなかった。 漏 洩 が 生 じた 場 合 に 行 われる「 拡 張 」モニタリングプログラムは、 漏 洩 を 検 知 し 場 所 を 突 き 止 めるために 十 分 でなければならず、また 同 様 に 漏 洩 の 速度 を 定 量 化 するために 十 分 であるかもしれない。 各 シナリオについて、 推 定 コストが「 基 本 」 及 び「 拡 張 」モニタリングパッケージについて 算 出 された。 基 本 モニタリングパッケージは、 定 期 的地 震 探 査 、 微 小 地 震 、ウェルヘッド 圧 力 及 び 注 入 速 度 モニタリングを 含 む。 拡 張 パッケージは、「 基 本 」パッケージに 加 え、 定 期 的 坑 井 検 層 、 表 面 CO 2 フラックスモニタリング 及 びその 他 の 最新 技 術 を 用 いる。 基 本 モニタリングパッケージについて、 両 方 のシナリオに 関 するコストは0.05US$/tCO 2 で、 割 引 率 10%に 基 づく( 割 引 なしの 場 合 、0.16-0.19US$/tCO 2 )。 拡 張 モニタリングパッケージに 関 するコストは、0.069-0.085US$/tCO 2 である( 割 引 なしの 場 合 、0.27-0.30US$/tCO 2 )。モニタリングの 期 間 は、 注 入 の30 年 間 に 加 え、サイト 閉 鎖 後 のモニタリング 期 間 としてEORサイトにおいて20 年 、 地 下 塩 水 層 において50 年 を 仮 定 している。モニタリング 期 間 を1,000 年 まで 増 やすと、 割 引 済 みのコストを10% 増 加 させた。これらの 計 算 は 最 初 の30 年 間 は 割 引 率 10%、その 後 1%と 仮 定 して 行 われた。5.9.6 漏 洩 貯 留 プロジェクトでの 修 繕 にかかわるコスト貯 留 プロジェクトの 漏 洩 に 関 する 修 繕 コストは 推 定 されていない。 表 5.7にリストされた 修 繕 方法 は 他 の 適 用 事 例 でのものであり、そ 貯 留 の 場 合 には 外 挿 して 適 用 が 可 能 である。しかし、 外 挿によるコスト 推 定 はまだ 行 われていない。5.9.7 コスト 削 減CO 2 地 中 貯 留 コストの 削 減 ポテンシャルに 関 する 報 告 書 はほとんどない。スケールメリットが重 要 となる 可 能 性 がある(Allinson et al., 2003)。さらなるコスト 削 減 は、 初 期 貯 留 プロジェクト、新 しいプロジェクトの 最 適 化 及 び 水 平 ・ 複 数 側 方 坑 井 など、 現 在 は 原 油 ・ガス 産 業 で 幅 広 く 使 われている 先 端 技 術 の 適 用 から 達 成 することも 予 想 される。5.10 知 識 のギャップCO 2 地 中 貯 留 に 関 する 知 識 は、 地 球 科 学 の 基 本 知 識 、 石 油 ・ 天 然 ガス 産 業 での 経 験 ( 最 近 数 百年 又 はそれ 以 上 の 範 囲 ) 及 び 過 去 10-30 年 で 実 施 されたCO 2 注 入 ・ 地 中 貯 留 に 関 わる 多 数 の 商 業 活-319-

動 から 得 られる。にもかかわらずCO 2 貯 留 は 新 しい 技 術 であり、 多 くの 疑 問 が 残 る。ここで、 我 々は 現 在 わかっていること、 残 っているギャップを 要 約 する。1. 現 在 の 貯 留 容 量 推 定 は、 不 完 全 である: 評 価 方 法 についてより 多 くの 開 発 及 び 合 意 の 必 要 性 がある。 世 界 、 地 域 及 び 地 域 的 レベルの 容 量 推 定 で 多 くのギャップがある。 地 中 貯 留 に 関 する 知 識 ベースは、ほとんどの 部 分 で、 豪 州 、 日 本 、 北 米 及 び 西 ヨーロッパのデータに 基 づいている。 他 の 地 域 、 特 に 中 国 、 東 南 アジア、インド、ロシア( 旧 ソビエト 連 邦 )、 東 ヨーロッパ、 中東 、 及 び 南 アメリカと 南 アフリカの 一 部 など、エネルギー 利 用 の 最 大 成 長 の 可 能 性 がある 地域 での 貯 留 容 量 に 関 するより 多 くの 情 報 が 必 要 である。2. 全 体 で、 貯 留 科 学 は 理 解 されているが、 以 下 を 含 む 特 定 のメカニズムに 関 するより 多 くの 知 識が 必 要 である: 地 球 化 学 トラップメカニズム 及 び 貯 留 層 流 体 や 岩 石 へのCO 2 の 長 期 影 響 貯 留 操 業 中 の、 炭 層 へのCO 2 吸 着 及 びCH 4 脱 着 の 基 礎 プロセス3. 地 中 貯 留 操 業 は、 高 品 質 で 十 分 特 性 が 把 握 されたサイトで 実 施 された 場 合 、 石 油 ・ 天 然 ガス 産業 での 類 似 の 操 業 と 比 較 して、 健 康 と 地 域 環 境 について、より 大 きなリスクを 示 すことなく、実 施 できることが、 現 在 入 手 可 能 な 情 報 より 分 かっている。しかし、 特 に 以 下 に 関 する 知 識 と評 価 能 力 の 向 上 により、 信 頼 はさらに 大 きくなる: 資 機 材 及 びセメントの 劣 化 で 生 じる 廃 井 からの 漏 洩 のリスク 不 適 当 な 貯 留 サイトから 生 じる 漏 洩 可 能 性 についての 時 間 ・ 空 間 分 布 の 不 確 実 性 深 い 地 下 の 微 生 物 への 影 響 海 底 のCO 2 に 対 する 環 境 的 影 響 人 間 の 健 康 と 地 域 環 境 に 対 するリスクの 徹 底 的 な 量 的 評 価 の 方 法4. 地 中 貯 留 サイトにおいて 長 期 にCO 2 が 貯 留 されるという 強 力 な 証 拠 がある。しかし、 以 下 があれば 有 益 である: より 多 くの 貯 留 サイトからの 潜 在 的 な 漏 洩 速 度 の 定 量 化 長 期 貯 留 性 能 を 正 確 に 予 想 する、 信 頼 できる 水 文 地 質 的 - 地 球 化 学 - 地 盤 工 学 シミュレーションモデルの 組 み 合 わせ 貯 留 サイトの 漏 洩 速 度 を 予 測 するための 信 頼 できる 確 率 論 的 方 法 CO 2 の 自 然 蓄 積 の 過 程 に 関 する 一 層 の 知 識 望 ましい 貯 留 期 間 及 び 地 域 の 安 全 を 達 成 するための 効 果 的 で 実 証 されたプロトコル5. モニタリング 技 術 は、 地 表 また 地 中 でCO 2 挙 動 を 判 断 するために 利 用 できる;しかし、 以 下 の 分 野 では 改 善 が 必 要 である: 地 球 物 理 学 的 技 術 による、 地 下 のCO 2 の 場 所 及 び 状 態 の 定 量 化 及 び 分 解 能 水 面 下 でのCO 2 浸 出 の 検 出 及 びモニタリング 特 に 散 在 性 の 漏 洩 に 関 して、 時 間 的 に 変 動 する 漏 洩 の 検 出 及 び 定 量 化 に 関 する 遠 隔 感 知 及 び費 用 対 効 果 の 高 い 地 表 でのモニタリング 手 法 フラクチャー 検 出 及 び 漏 洩 ポテンシャルの 特 性 把 握-320-

適 切 な 長 期 モニタリングアプローチ 及 び 戦 略 の 開 発6. 緩 和 ・ 修 復 オプション 及 び 技 術 は、 利 用 可 能 であるが、 漏 洩 したCO 2 に 関 する 修 復 の 追 跡 記 録はない。 記 録 がないことは、それはそれで 肯 定 的 に 見 なされる 一 方 、 一 部 のステークホルダーからは、 経 験 として 学 習 する 機 会 のために 設 計 され( 及 び 制 御 された) 漏 洩 イベントがあれば有 用 であると 提 案 されている。7. 地 中 貯 留 の 潜 在 的 コストは、 合 理 的 な 範 囲 で、 良 く 知 られているが、 EOR-CO 2 貯 留 プロジェクト 以 外 からの 経 験 ベースのコストデータは 少 ししかない。 規 制 コンプライアンスコストに 関 する 知 識 はほとんどない。 コストに 影 響 するモニタリング 戦 略 及 び 要 件 に 関 する 情 報 が 不 十 分 である。8. CO 2 貯 留 に 関 する 規 制 及 び 責 任 又 は 義 務 は、まだ 確 立 されていないか、 又 は 不 明 確 である。 以下 の 問 題 を 考 慮 する 必 要 がある: 規 制 を 策 定 するときの、パイロット 試 験 及 び 実 証 プロジェクトの 役 割 算 定 目 的 のための、CO 2 貯 留 の 検 証 に 関 するアプローチ CO 2 貯 留 サイト 選 択 、 操 業 及 びモニタリングについて、 短 期 ・ 長 期 両 方 の 規 制 的 監 督 に 対 するアプローチ 長 期 管 理 の 必 要 性 及 びアプローチについて 明 瞭 性 があること 貯 留 プロジェクト 閉 鎖 要 件これらのトピック 全 てに 関 する 追 加 情 報 は、 技 術 を 向 上 させ、 不 確 実 性 を 減 少 させるが、 緩 和オプションとして 地 中 貯 留 の 理 解 促 進 に 対 しては 克 服 できない 技 術 的 バリアはないと 思 われる。-321-

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第 6 章 海 洋 隔 離統 括 執 筆 者Ken Caldeira (United States), Makoto Akai (Japan)代 表 執 筆 者Peter Brewer (United States), Baixin Chen (China), Peter Haugan (Norway), Toru Iwama (Japan), PaulJohnston (United Kingdom), Haroon Kheshgi (United States), Qingquan Li (China), Takashi Ohsumi(Japan), Hans Pörtner (Germany), Chris Sabine (United States), Yoshihisa Shirayama (Japan), JolyonThomson (United Kingdom)執 筆 協 力 者Jim Barry (United States), Lara Hansen (United States)査 読 編 集 者Brad De Young (Canada), Fortunat Joos (Switzerland)- 343 -

目 次要 旨 ......................................................................................................................................... 3466.1 序 論 と 背 景 ...................................................................................................................... 3476.1.1 CO 2 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離 ............................................................................................. 3476.1.2 海 洋 物 理 ・ 化 学 に 関 連 する 背 景 ................................................................................... 3516.2 海 への CO 2 放 出 へのアプローチ .................................................................................... 3546.2.1 回 収 ・ 圧 縮 され、 海 に 輸 送 された CO 2 の 放 出 へのアプローチ ................................... 3546.2.2 炭 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 による CO 2 貯 留 .............................................................................. 3656.2.3 その 他 の 海 洋 隔 離 アプローチ ...................................................................................... 3676.3 能 力 と 保 持 される 割 合 .................................................................................................... 3686.3.1 能 力 .............................................................................................................................. 3686.3.2 保 持 される 割 合 の 測 定 ................................................................................................. 3686.3.3 海 洋 観 測 に 基 づく、 保 持 される 割 合 の 推 定 ................................................................. 3696.3.4 モデルの 結 果 に 基 づく、 保 持 される 割 合 の 推 定 ......................................................... 3706.4 サイト 選 択 ...................................................................................................................... 3756.4.1 背 景 .............................................................................................................................. 3756.4.2 海 水 柱 への 放 出 ............................................................................................................ 3756.4.3 海 底 の CO 2 湖 ............................................................................................................... 3766.4.4 石 灰 岩 の 中 和 ............................................................................................................... 3776.5 注 入 技 術 と 運 用 .............................................................................................................. 3786.5.1 背 景 .............................................................................................................................. 3786.5.2 水 柱 への 放 出 ............................................................................................................... 3786.5.3 CO 2 湖 の 形 成 ............................................................................................................... 3796.6 モニタリングと 検 証 ....................................................................................................... 3796.6.1 背 景 .............................................................................................................................. 3796.6.2 放 出 される 物 質 量 と 配 分 のモニタリング .................................................................... 3806.6.3 環 境 影 響 のモニタリングのための 手 法 と 技 術 ............................................................. 3836.7 環 境 への 影 響 、 危 険 、 危 機 管 理 ..................................................................................... 3836.7.1 生 物 学 的 影 響 及 び 危 険 に 関 する 概 論 ........................................................................... 3836.7.2 CO 2 の 生 理 学 的 影 響 ..................................................................................................... 3886.7.3 生 理 学 的 メカニズムから 生 態 系 へ ............................................................................... 3946.7.4 水 柱 への 放 出 シナリオの 生 物 学 的 結 果 ........................................................................ 3966.7.5 CO 2 湖 に 関 連 する 生 物 学 的 結 果 ................................................................................... 3976.7.6 CO 2 流 中 の 汚 染 物 質 ..................................................................................................... 397- 344 -

6.7.7 危 機 管 理 ....................................................................................................................... 3976.7.8 社 会 的 な 側 面 : 一 般 市 民 と 利 害 関 係 者 の 認 識 ............................................................. 3986.8 法 的 問 題 ......................................................................................................................... 3996.8.1 国 際 法 .......................................................................................................................... 3996.8.2 国 内 法 .......................................................................................................................... 4006.9. コスト ............................................................................................................................ 4016.9.1 序 論 .............................................................................................................................. 4016.9.2 海 上 プラットフォームまたは 移 動 中 の 船 からの 散 布 .................................................. 4016.9.3 岸 から 浅 瀬 、 深 海 へと 伸 びるパイプラインによる 散 布 ............................................... 4026.9.4 炭 酸 塩 中 和 アプローチのコスト ................................................................................... 4036.9.5 モニタリングと 検 証 のコスト ...................................................................................... 4036.10 知 識 のギャップ ............................................................................................................. 403参 考 文 献 ................................................................................................................................. 404- 345 -

要 旨回 収 されたCO 2 は、 意 図 的 に 深 海 に 注 入 することが 可 能 である。 深 海 であれば 注 入 したCO 2 のほとんどを 何 世 紀 にもわたって 大 気 から 隔 離 したままにできる。 海 や 海 底 に 放 出 するためには、CO 2をパイプラインか 船 で 輸 送 する。 意 図 的 なCO 2 の 海 洋 隔 離 に 関 する 小 規 模 な 野 外 実 験 や、25 年 にわたる 理 論 的 研 究 、 実 験 室 での 研 究 、モデリング 研 究 が 行 われてきたが、 海 洋 隔 離 はまだ 展 開 されておらず、 十 分 に 試 験 もされていない。大 気 中 の 人 為 起 源 CO 2 濃 度 上 昇 のため、 海 は 約 7GtCO 2 / 年 (2GtC/ 年 )の 割 合 でCO 2 を 吸 収 している。 海 は 過 去 200 年 以 上 にわたって、1,300GtCO 2 の 全 人 為 的 排 出 量 のうち500GtCO 2 を 大 気 から 吸収 してきた。 人 為 起 源 のCO 2 ははじめのうちは 海 の 浅 い 部 分 にとどまるので、 海 洋 表 面 のpHを 約0.1 低 下 させているが、 今 のところ 深 海 のpHを 全 くといっていいほど 変 化 させていない。CO 2 は 海洋 表 面 で 溶 けて 深 海 の 海 水 と 混 合 するので、 数 世 紀 のうちには 大 気 中 に 放 出 されたCO 2 のほとんどを 海 が 吸 収 してしまうと 数 値 モデルでは 予 測 されている。海 は 地 球 表 面 の70% 以 上 を 占 めており、 平 均 深 度 は 約 3,800メートルである。 従 って、 海 中 に 入れられる 人 為 起 源 CO 2 の 量 に 実 際 の 物 理 的 限 界 はない。しかし 数 千 年 規 模 で 見 た 海 洋 への 貯 留 量は、 海 洋 と 大 気 の 平 衡 によって 決 まる。 数 千 年 のうちに、 深 海 に 注 入 されたCO 2 は、CO 2 が 大 気 中に 放 出 された 場 合 とほぼ 同 様 の 平 衡 状 態 に 到 達 する。 大 気 中 のCO 2 濃 度 が350ppmvから1,000ppmvまでの 範 囲 に 保 たれるということは、 人 為 起 源 CO 2 の2,300260Gtから10,7001000Gtが 最 終 的 に 海中 に 残 ることを 意 味 する。海 洋 の 観 測 結 果 の 分 析 とモデルは、 注 入 されたCO 2 が 数 百 年 にわたって 大 気 から 隔 絶 され、 深く 注 入 するほど 保 持 される 量 が 大 きくなる 傾 向 があるということで 一 致 している。CO 2 をより 長期 間 にわたって 保 持 するための 追 加 的 な 提 案 としては、 海 底 での 固 形 CO 2 ハイドレードと 液 体 CO 2湖 の 形 成 や、 例 えば 無 機 炭 酸 塩 の 分 解 によるCO 2 溶 解 度 の 上 昇 などがある。 数 世 紀 を 経 ると、 海洋 での 混 合 の 結 果 、 注 入 されたCO 2 は 隔 離 状 態 ではなくなり、 大 気 とガス 交 換 するようになる。これは 海 の 広 い 範 囲 で 緩 やかに 起 こるだろう。 注 入 したCO 2 の 突 発 的 又 は 壊 滅 的 な 放 出 に 関 する既 知 のメカニズムは 存 在 しない。数 GtCO 2 までの 注 入 であれば、 注 入 域 の 海 洋 化 学 に 測 定 可 能 な 変 化 が 生 じるだけだろうが、 数百 GtCO 2 の 注 入 は、 最 終 的 に 海 洋 全 体 に 無 視 できないほどの 変 化 を 生 じさせる。実 験 によると、 添 加 されたCO 2 が 海 洋 生 物 に 悪 影 響 を 与 える 可 能 性 がある。CO 2 濃 度 の 上 昇 による 影 響 は、 主 に 数 ヶ 月 までの 時 間 スケールで 海 表 面 の 近 くに 住 む 個 々の 生 物 について 研 究 されてきた。 観 察 された 事 象 には、 石 灰 化 、 繁 殖 、 成 長 、 循 環 酸 素 供 給 、 移 動 速 度 の 低 下 と、 時 間 経 過に 伴 う 死 亡 率 の 増 加 などがある。 生 物 によっては、こういった 影 響 は 少 量 のCO 2 添 加 にも 反 応 して 見 られる。 注 入 ポイントやCO 2 湖 の 近 くでは、 即 死 が 予 想 される。 慢 性 影 響 は、 注 入 サイトから 遠 く 離 れた 場 所 で 生 じるような 小 規 模 の 長 期 的 なCO 2 の 蓄 積 に 伴 って 生 じると 想 定 される。ただし 深 海 生 物 に 対 する 長 期 的 な 慢 性 影 響 については、まだ 研 究 されていない。CO 2 による 海 洋 生 物 への 影 響 は、 生 態 系 に 何 らかの 結 果 をもたらすこととなるだろう。しかし、深 海 において 管 理 された 生 態 系 実 験 が 実 施 されたことはない。 従 って、 生 態 系 への 潜 在 的 な 影 響については 初 期 評 価 しか 行 うことができない。CO 2 濃 度 が 高 まるにつれて 生 態 系 への 影 響 も 大 き- 346 -

くなると 予 想 されるが、 環 境 基 準 値 は 設 定 されていない。また、 高 濃 度 が 保 持 される 場 合 、それに 生 物 種 と 生 態 系 がどのように 適 応 するかも、 現 在 のところはっきりしない。注 入 によって 生 じるCO 2 のプルームの 空 間 的 ・ 時 間 的 な 変 化 の 観 測 を 含 む、 注 入 プロジェクトの 化 学 的 ・ 生 物 学 的 なモニタリングを 行 えば、 放 出 される 物 質 量 、 保 持 されるCO 2 量 、 環 境 への潜 在 的 影 響 の 一 部 を 評 価 するのに 役 立 つであろう。水 柱 及 び 海 底 への 放 出 に 関 しては、 回 収 と 圧 縮 / 液 化 が 主 要 なコスト 要 因 と 考 えられている。 輸送 ( 例 :パイプや 船 舶 による 輸 送 )コストは 次 に 大 きなコスト 要 因 であり、 深 海 への 近 接 度 に 対応 している。モニタリングや 注 入 ノズルなどのコストは、 比 較 的 小 さいと 予 想 される。溶 解 無 機 炭 酸 塩 が 実 際 に 見 つかれば、 貯 留 した 炭 素 を1 万 年 にわたって 海 中 に 保 持 できるようになり、 海 のpHやCO 2 分 圧 の 変 化 を 最 小 限 に 留 めることができるであろう。また、CO 2 の 事 前 分 離の 必 要 性 もなくなる 可 能 性 がある。このアプローチには、 大 量 の 石 灰 岩 とそれを 取 り 扱 う 技 術 が必 要 である。海 洋 及 び 海 洋 環 境 の 法 律 に 関 する 様 々な 世 界 的 ・ 地 域 的 な 協 定 のいくつかを、CO 2 の 海 中 への意 図 的 放 出 に 適 用 することはできるであろうが、 炭 素 の 意 図 的 な 海 洋 貯 留 に 関 する 法 的 位 置 づけについてはまだ 判 断 がなされていない。世 論 がCO 2 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離 を 気 候 変 動 の 緩 和 戦 略 のひとつとして 受 け 入 れるかは 不 明 である。 深 海 への 貯 留 によって、 海 洋 表 面 におけるCO 2 排 出 の 影 響 を 減 らすことができるだろうが、そのために 深 海 生 物 への 影 響 という 犠 牲 を 払 うことになる。6.1 序 論 と 背 景6.1.1 CO 2 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離本 報 告 書 では、 産 業 規 模 で 適 用 されうる 二 酸 化 炭 素 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離 に 関 する 知 見 を 評 価 する。CO 2 の 海 洋 隔 離 を 可 能 にし、 増 加 させるため 様 々な 技 術 が 構 想 されてきた( 図 6.1)。オプションのひとつに、 回 収 ・ 圧 縮 された 比 較 的 純 粋 なCO 2 流 の 貯 留 がある。このCO 2 は 船 に 持 ち 込 み、海 洋 に 直 接 注 入 するか、 海 底 に 堆 積 させることができる。 船 に 積 載 したCO 2 は、 曳 航 しているパイプから 散 布 するか、 海 底 のCO 2 湖 に 供 給 している 固 定 プラットフォームへ 輸 送 することができる。CO 2 湖 は、CO 2 の 密 度 が 海 水 より 大 きくなるよう3km 以 深 でなければならない。これらのアプローチのいずれも、 基 本 的 に 炭 酸 塩 鉱 物 による 中 和 と 併 用 することが 可 能 であろう。- 347 -

図 6.1 本 章 で 述 べる 海 洋 隔 離 戦 略 の 一 部 を 図 示 したもの(イラスト 提 供 :エクセター 大 学 (Universityof Exeter)Sean Goddard)CO 2 の 海 洋 隔 離 構 想 の 研 究 、 開 発 、 分 析 は、 海 洋 隔 離 の 気 候 変 動 への 対 処 オプションとしての見 通 しに 影 響 を 及 ぼすような 主 要 な 問 題 ・ 論 点 を 検 討 するために 進 展 してきた(セクション6.2)。海 中 の 炭 素 循 環 に 関 する 理 解 を 積 み 重 ねることで、 海 中 に 放 出 されたCO 2 がどれだけ 長 期 間 大 気から 隔 絶 され 続 けるかを 推 測 している。その 推 測 が、 海 洋 隔 離 の 様 々な 構 想 の 有 効 性 を 評 価 するのに 使 われている(セクション6.3)。 海 洋 の 数 値 モデルは、 深 海 にCO 2 を 入 れれば 数 世 紀 にわたって 注 入 したCO 2 の 大 半 を 大 気 から 隔 絶 できるが、より 長 い 時 間 を 経 ると 海 と 大 気 は 平 衡 状 態 に達 する、ということを 示 している。 大 気 への 放 出 に 比 べて、 海 中 へのCO 2 の 直 接 注 入 により 今 後数 世 紀 の 大 気 中 のCO 2 最 大 量 と 増 加 速 度 を 減 らすことができるだろう。 海 中 へのCO 2 の 直 接 注 入 は、数 千 年 というスケールで 見 ると、 大 気 中 のCO 2 含 有 量 を 減 らすことはない( 表 6.1; 図 6.2 及 び6.3;Hoffert et al., 1979; Kheshgi et al., 1994)。- 348 -

表 6.1 様 々な 大 気 中 の 安 定 化 濃 度 における、 大 気 と 海 の 平 衡 後 に 海 中 に 残 留 する 余 分 なCO 2 の 量 。不 確 実 性 の 範 囲 は、CO 2 濃 度 倍 増 に 対 する 気 候 感 度 1.5 ºCから4.5 ºCまでの 範 囲 における 影 響 を 表 している(Kheshgi et al., 2005; Kheshgi 2004a)。この 表 では、 陸 上 生 物 圏 における 炭 素 貯 留 の 可 能 性 の 増 加 を検 討 している。そのような 増 加 は、もし 恒 久 的 なものとなれば、それに 対 応 して 累 積 合 計 排 出 量 をも増 加 させるだろう。この 表 では、 人 為 起 源 炭 素 の 海 洋 隔 離 を 増 加 させることになる、 炭 酸 塩 鉱 物 の 自然 または 人 工 の 分 解 は 検 討 していない。 海 中 の 量 はすでに500 GtCO 2 を 越 えている(= 1994 年 の440GtCO 2 (Sabine et al., 2004) プラスそれ 以 降 の CO 2 吸 収 量 )。 長 期 的 に 見 た 深 海 のCO 2 貯 留 量 は、 当初 CO 2 が 大 気 中 または 深 海 のいずれに 放 出 されたのかとは 関 係 がない。図 6.2 CO 2 を 大 気 中 に 放 出 した 場 合 と、 深 さ3000mの 海 底 に 注 入 した 場 合 の、 大 気 中 のCO 2 のシミュレーション(Kheshgi and Archer, 2004)排 出 は、 累 積 排 出 量 18,000GtCO 2 のロジスティック 軌 道 をたどる。 具 体 例 には、 濃 度 がピークに 達 するまで 排 出 量 の100%を 大 気 に 放 出 する 場 合 と、 排 出 量 の100%を 海 中 に 注 入 する 場 合 と、まったく 排 出しない(すなわち 他 の 緩 和 アプローチを 使 用 する) 場 合 とが 含 まれる。 追 加 ケースには、2050 年 まで大 気 中 に 放 出 し、その 後 50%ずつ 大 気 と 海 中 へ 放 出 する 場 合 と、2050 年 以 降 は50%を 大 気 へ 放 出 し50%を 他 の 緩 和 アプローチによる 場 合 とが 含 まれる。 海 洋 への 注 入 では、 大 気 中 への 放 出 よりピーク 濃 度が 低 くなるが、 他 の 緩 和 アプローチ( 例 : 再 生 可 能 エネルギーまたは 恒 久 的 貯 留 )を 用 いるよりピーク 濃 度 は 高 い。- 349 -

図 6.3 海 洋 - 大 気 間 のCO 2 の 平 衡 分 配千 年 単 位 でみると、 海 の 完 全 な 混 合 は、 排 出 量 の 大 半 が 最 終 的 に 溶 存 態 無 機 炭 素 として 海 に 残 る 形 で、海 洋 - 大 気 間 の 累 積 CO 2 排 出 が 分 配 される。 海 洋 分 配 は、 炭 素 塩 物 質 の 平 衡 (ボックス6.1)に 従 い、CO 2 濃 度 と 非 直 線 的 に 対 応 して 変 化 し、 水 の 表 面 温 度 の 変 化 に 対 しての 感 受 性 は 限 定 される(CO 2 が 倍加 した 場 合 の、1.5℃から4.5℃までの 気 候 感 受 性 の 範 囲 を 灰 色 の 領 域 で 示 す)( 出 典 Kheshgi et al, 2005;Kheshgi, 2004a)。ΔpHは275ppmのpCO 2 から 見 積 もる。この 計 算 は 数 世 紀 という 時 間 スケールに 関 するものであり、 数 千 年 にわたって 海 洋 へのCO 2 の 吸 収 を 増 やす 海 洋 アルカリ 度 の 変 化 を 考 慮 していない(Archer et al., 1997)。CO 2 海 洋 隔 離 技 術 の 発 展 の 基 礎 となる、 深 海 でのCO 2 の 取 扱 いはあまり 経 験 がない。そのような技 術 は、 実 施 できるようになるまでに 更 なる 開 発 と 野 外 試 験 を 要 するだろう。 開 発 レベルが 限 られていることに 関 連 して、CO 2 海 洋 隔 離 技 術 のコスト 見 積 りは 初 期 段 階 にあるが、 実 際 の 散 布 技術 のコストは、CO 2 の 回 収 及 び 深 海 への 輸 送 のコストに 比 べると 低 いと 予 測 される(しかし 依 然として 無 視 できない 額 ではある。セクション6.9)。 深 海 は 多 くのCO 2 排 出 源 から 離 れているため(セクション6.4)、 深 海 への 近 接 性 がひとつの 要 因 となる。 海 洋 隔 離 を 行 うには、 船 によるCO 2輸 送 か 深 海 用 パイプラインが 必 要 となる。 特 に 石 油 及 びガス 用 途 におけるパイプラインと 掘 削 プラットフォームはより 深 部 に 達 しているが、CO 2 の 海 洋 隔 離 で 問 題 となるような 規 模 や 深 さにはまだ 達 していない( 第 4 章 )。しかし、 海 洋 にCO 2 を 貯 留 する 上 で 克 服 困 難 な 技 術 的 障 壁 があるわけではない。CO 2 を 直 接 深 海 に 入 れることは、 深 海 の 化 学 環 境 をただちに 変 えることを 意 味 し、 放 出 が 一 点から 行 われるという 構 想 においては、 海 洋 化 学 の 変 化 は 放 出 地 点 に 近 いほど 大 きい。 深 海 生 態 系に 関 して 初 歩 的 な 理 解 しかないことを 鑑 みると、 生 態 系 への 潜 在 的 な 影 響 については、まだ 限 られた 暫 定 的 な 評 価 しかすることができない(セクション6.7)。- 350 -

深 海 での 活 動 をモニタリングするための 技 術 はある(セクション6.6)。 海 洋 隔 離 のモニタリング 及 び 検 証 手 法 は、どの 海 洋 隔 離 技 術 ( 現 時 点 ではまだ 開 発 されていないが)を 用 いる 可 能 性 があるか、どういった 環 境 への 影 響 を 避 けなければならないかにより 決 定 するであろう。炭 酸 塩 鉱 物 を 海 水 に 溶 かすなどして 海 洋 のアルカリ 度 を 高 めることができれば、 大 気 中 のCO 2に 対 する 影 響 がより 少 なく、 海 洋 環 境 への 悪 影 響 もより 少 ない 形 で、より 多 くの 二 酸 化 炭 素 を 海中 に 貯 留 できるだろう。この 構 想 に 基 づく 各 種 の 提 案 は、 主 としてセクション6.2で 論 じる。CO 2 の 海 洋 隔 離 に 関 しては、 環 境 への 影 響 、 一 般 市 民 の 受 容 、 既 存 の 法 律 の 影 響 、 策 定 すべき予 防 措 置 と 手 法 、 海 洋 CO 2 貯 留 に 関 する 我 々の 知 識 のギャップ(セクション6.7、6.8、6.10)にまつわる 問 題 が 残 る。6.1.2 海 洋 物 理 ・ 化 学 に 関 連 する 背 景海 、 大 気 、 植 物 及 び 土 壌 は、 地 球 規 模 の 炭 素 循 環 の 主 要 な 構 成 要 素 であり、 炭 素 を 活 発 に 交 換している(Prentice et al., 2001)。 海 は 平 均 深 さ3,800mで 地 球 表 面 の71%を 覆 っており、 大 気 に 含まれている 現 在 の 炭 素 の 量 のおよそ50 倍 、 植 物 と 土 に 含 まれている 現 在 の 炭 素 の 量 のおよそ20 倍を 含 む。 海 は 非 常 に 体 積 が 大 きく、またCO 2 が 海 水 に 溶 解 して 様 々なイオン 種 を 作 るため、これほど 多 くのCO 2 を 含 むのである(ボックス6.1)。過 去 数 世 紀 にわたる 大 気 中 のCO 2 の 増 加 により、CO 2 は 大 気 から 海 へ 運 ばれている。 海 は 大 気 中に 排 出 されたCO 2 の 重 要 な 除 去 先 であり、1980 年 から2000 年 までの20 年 にわたって 平 均 約 7GtCO 2 /年 (2GtC/ 年 )を 吸 収 し、 過 去 200 年 の 海 の 吸 収 量 は500GtCO 2 (135GtC)を 越 えると 推 定 される(Prentice et al., 2001; Sabine et al., 2004)。 平 均 すると 人 為 起 源 CO 2 の 信 号 シグナルは 水 深 約 1,000mまで 検 出 できる。 深 海 でそのシグナルが 皆 無 に 近 いのは、 海 洋 表 層 と 深 海 の 水 との 交 換 が 遅 いためである。人 為 起 源 のCO 2 が 海 に 取 り 込 まれたため、 主 として 海 洋 表 層 水 での 化 学 環 境 の 攪 乱 が 引 き 起 こされている。 海 のCO 2 濃 度 が 高 まると 炭 酸 イオン 濃 度 が 減 少 し、 水 素 イオンの 活 量 が 増 加 する(ボックス6.1)。 大 気 中 のCO 2 が1800 年 の 約 280ppmから2004 年 には380ppmに 増 加 したため、 海 洋 表層 全 体 で 平 均 して、 当 初 の 表 面 水 のpHの 平 均 値 である 約 8.2から 約 0.1 減 少 した(ΔpH –0.1)。 大気 中 のCO 2 がこれ 以 上 増 加 すると、 海 洋 表 層 水 の 化 学 的 性 質 がさらに 変 化 し、その 変 化 は 最 終 的に 深 海 に 到 達 するであろう( 図 6.4)。 海 洋 化 学 に 対 する 人 為 的 な 攪 乱 は、 生 物 活 動 の 高 い 海 洋 上層 部 で 最 も 大 きい。- 351 -

図 6.4 大 気 へのCO 2 放 出 による 海 のpH 変 化 のシミュレーション。CO 2 排 出 シナリオによって 決 定 される、モデル 化 された 大 気 中 のCO 2 の 変 化 と 水 平 平 均 されたΔpH:2000 年 までの 大 気 中 CO 2 の 履 歴 、2000 年 から2100まではIS92a、2000 年 以 降 の 累 積 排 出 量 は18,000GtCO 2となる(Moomaw et al., 2001)2100 年 以 降 にまで 伸 びるロジスティック 曲 線 ( 化 石 燃 料 資 源 の 推 定 に 相当 する。 大 半 は 石 炭 。Caldeira and Wickett, 2003)。1800 年 以 降 、 海 水 面 のpHが( 当 初 の 平 均 海 表 面 pHのおよそ8.2から) 約 0.1pH 小 さくなり、CO 3 2– は 約 40μmol/kg 減 少 してきた。 海 水 の 水 素 イオン 濃 度 を 特徴 づけるため 海 洋 化 学 者 や 生 物 学 者 の 用 いるpHの 尺 度 は 多 数 存 在 するが、 異 なる 尺 度 で 計 算 されたΔpHは、 尺 度 ごとにそれほど 大 きな 差 はない(Brewer et al., 1995)。海 洋 と 大 気 は 化 学 的 に 平 衡 状 態 に 達 するので、 大 気 と 海 、いずれに 放 出 された 二 酸 化 炭 素 も 大部 分 は 最 終 的 に 海 に 留 まることになる。 従 って、 自 然 濃 度 である280ppmを 越 える 濃 度 の 大 気 中 CO 2の 固 定 化 は、 長 期 的 にみて 二 酸 化 炭 素 が 海 に 付 加 されることを 意 味 する。 平 衡 状 態 では、 放 出 されてから 海 洋 に 移 行 するCO 2 の 増 分 の 割 合 は、 大 気 中 のCO 2 濃 度 によって 決 まる( 表 6.1; 図 6.3;Kheshgi et al., 2005; Kheshgi, 2004a)。大 気 との 平 衡 状 態 でCO 2 を 吸 収 する 海 の 能 力 は、 海 水 の 化 学 的 作 用 である。この 能 力 が 作 用 する 速 さは、 海 洋 混 合 の 速 さに 依 存 する。 数 十 年 から 数 百 年 の 時 間 単 位 では、 海 洋 表 層 水 と 深 海 との 溶 存 無 機 炭 素 の 交 換 は、 増 加 する 大 気 中 CO 2 の 海 による 吸 収 率 を 制 限 する 主 な 障 壁 となっている。 何 世 紀 にもわたると(Kheshgi, 2004a)、 溶 存 無 機 炭 素 の 変 化 は 海 全 体 に 行 き 渡 り、 大 気 / 海洋 系 への 累 積 CO 2 排 出 量 の 大 半 を 海 が 含 むことになる( 表 6.1; 図 6.3)。それより 長 期 間 ( 千 年 )でみると、CaCO 3 の 溶 解 によって、 放 出 されたCO 2 のうちより 多 くの 割 合 (85–92%)が 海 に 残 ることになる(Archer et al., 1997)。- 352 -

観 測 されているpHの 分 布 は 生 物 学 的 過 程 と 物 理 的 過 程 の 両 方 によってもたらされており、また世 界 の 海 洋 におけるpHの 変 動 も 同 様 に 両 過 程 によってもたらされている( 図 6.6)。 大 西 洋 海 盆 から 太 平 洋 海 盆 へ 進 むにつれて、 主 として 沈 降 してくる 有 機 物 の 酸 化 分 解 により、 深 海 水 は 約 10%多 くの 溶 存 態 無 機 二 酸 化 炭 素 を 蓄 積 している( 図 6.7)。図 6.6 1990 年 代 に 観 察 された 外 洋 のpH 変 化 ( 水 素 合 計 を 基 準 として 表 示 ; データ 出 典 Key et al., 2004)この 図 では 海 域 ごとにパネルに 分 けてある。3つのパネルは 同 一 縮 尺 で、 中 層 水 の 大 規 模 な 南 北 でのpH変 化 を 図 示 するため 緯 度 帯 によって 色 分 けしてある。 産 業 革 命 以 前 の 表 面 の 値 は、1990 年 代 よりpHが0.1 大 きかったと 推 定 される。- 353 -

図 6.7 深 さ3000mでの 溶 存 態 無 機 炭 素 の 合 計 濃 度 の 自 然 変 化 (データ 出 典 Key et al., 2004)深 海 における 有 機 炭 素 の 酸 化 のため、 深 海 水 が 北 大 西 洋 から 北 太 平 洋 へ 移 動 するにつれて 海 の 炭 素 濃度 がおよそ10% 増 加 する。6.2 海 への CO 2 放 出 へのアプローチ6.2.1 回 収 ・ 圧 縮 され、 海 に 輸 送 された CO 2 の 放 出 へのアプローチ6.2.1.1 基 本 アプローチ国 際 的 な 海 洋 CO 2 貯 留 の 基 本 構 想 は、CO 2 を 回 収 ・ 圧 縮 し( 第 3 章 )、それを 海 底 あるいは 海 底面 上 で 放 出 するため 深 海 へ 輸 送 する( 第 4 章 )ことである(その 他 の 海 洋 隔 離 アプローチについてはセクション6.2.2 及 び6.2.3で 論 じる)。CO 2 は 放 出 されると、その 周 囲 の 海 水 に 溶 け、 拡 散 し、海 洋 の 炭 素 循 環 の 一 部 となる。地 中 海 岩 床 から 中 深 度 の 北 大 西 洋 へ 流 れ 込 む 水 に 液 体 CO 2 を 注 入 すれば、そこで 数 世 紀 にわたってCO 2 は 大 気 から 隔 絶 されるだろうと 最 初 に 提 案 したのはMarchetti(1977)であった。この 構想 では、CO 2 の 大 気 からの 隔 絶 は、 深 海 水 と 海 洋 表 層 水 との 交 換 が 遅 いゆえに 成 立 する。 海 洋 隔離 の 有 効 性 は、CO 2 が 大 気 からどれだけ 長 期 間 隔 絶 されたままでいるかによって 決 まる。 深 海 に放 出 されたCO 2 は、 数 世 紀 、 数 千 年 かけて 海 全 体 と 混 合 し、 大 気 中 のCO 2 濃 度 に 影 響 を 及 ぼす。 大気 からの 隔 絶 の 程 度 は、 海 中 での 深 さにつれ 大 きくなるのが 一 般 的 であることから、CO 2 を 深 海へ 移 動 させることになる。 提 案 された 方 法 では、より 効 果 的 な 貯 留 のため、サーモクライン 1 の 下にCO 2 を 注 入 することになるだろう。ボックス6.1. CO 2 の 化 学 的 性 質主 としてCO 2 が 弱 酸 性 の 気 体 であることと 海 水 に 溶 解 している 無 機 塩 により、 海 は 弱 アルカリ性 となっていることから、 大 量 のCO 2 を 大 気 から 吸 収 する。 大 気 中 CO 2 の 海 洋 表 層 水 との 交 換 は、海 水 中 でのCO 2 と 炭 酸 (H 2 CO 3 )との 化 学 的 平 衡 と、 大 気 中 のCO 2 の 分 圧 (pCO 2 )、および 大 気 -1 サーモクラインとは、 温 度 と 密 度 の 大 きな 勾 配 によって 安 定 した 層 に 分 かれているため 垂 直 混 合 のできない、深 さ 約 100m から 1000m までの 間 の 海 の 層 のことである。サーモクラインにおける 垂 直 混 合 率 は 深 海 における 垂直 混 合 率 の 約 1000 倍 小 さいことがある。この 混 合 の 遅 い 区 域 は、 深 海 に 放 出 された CO 2 が 大 気 へ 向 かってガス放 散 されるのを 遅 らせる 障 壁 として 働 くだろう。- 354 -

海 洋 間 の 交 換 速 度 によって 決 まる。 炭 酸 は、 以 下 の 反 応 により 重 炭 酸 イオン(HCO3 – )、 炭 酸 イオン(CO 2- 3 )、ヒドロニウムイオン(H + )に 解 離 する( 付 録 AI.3を 参 照 )。CO 2 (g)+ H 2 O H 2 CO 3 (aq)↔ HCO 3 - + H + ↔ CO 3 2- + 2H + (1)全 溶 存 無 機 炭 素 (DIC)は、H 2 CO - 3 、HCO 3 、CO 2- 3 に 含 まれる 炭 素 の 合 計 である。 表 面 水 との平 衡 状 態 における 大 気 中 CO 2 濃 度 は、 海 洋 の 全 溶 存 無 機 炭 素 、アルカリ 度 、 温 度 、 塩 分 に 依 存 する 化 学 平 衡 から 計 算 できる(Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001)。 海 の 混 合 層 におけるCO 2 の 分 圧 は、約 1 年 かけて 大 気 と 釣 り 合 う。海 は 非 常 に 緩 衝 化 された 系 である。すなわち、H + やOH - の 濃 度 より 明 らかに 高 い 化 学 種 の 平 衡がpHを 支 配 している。 海 水 のpHはH + の 活 量 の 常 用 対 数 である。 全 アルカリ 度 (TAlk)は 塩 基 成分 の 過 剰 分 であり、 海 水 をHCO - 3 とH 2 CO 3 の 割 合 が 等 しい「 平 衡 点 」まで 持 っていくのに 必 要 な強 酸 の 量 と 定 義 される(Dickson, 1981)。海 水 へのCO 2 付 加 による 主 な 影 響 は、 重 炭 酸 塩 イオンを 形 成 することである。 例 えば、CO 2 + H 2 O + CO 3 2– → 2HCO 3–(2)さらに、ある 部 分 のCO 2 は 水 と 単 純 な 反 応 をする。 例 えば、CO 2 + H 2 O H + + HCO 3–(3)どちらの 場 合 も 全 アルカリ 度 に 変 化 はない。 両 方 の 反 応 を 合 わせると 海 中 のpHと 炭 酸 イオン 濃度 の 両 方 が 低 下 する。 現 在 の 海 の 成 分 構 成 では、 海 水 に 追 加 されたCO 2 はH + を 生 成 させる 反 応 により 主 にHCO − 3 に 解 離 し、それによりpHを 下 げ 海 水 をさらに 酸 性 化 する。 従 ってCO 2 を 加 えることにより、CO 2- 3 の 濃 度 が 減 少 する。例 えばCaCO 3 のような 塩 基 性 塩 が 以 下 の 反 応 で 海 水 に 溶 けた 場 合 、 全 アルカリ 度 は 増 加 する。CaCO 3 (s) Ca 2+ +CO 3 2- ( 化 学 式 ) (4)溶 解 するCaCO 3 1モルごとに、2モル 当 量 の 全 アルカリ 度 と1モルの 溶 存 無 機 炭 素 が 放 出 される。DICよりTAlkを 増 加 させると、 図 6.5のとおりCO 2 の 分 圧 が 下 がることになる。ほとんどの 溶 存無 機 炭 素 はHCO − 3 の 形 であるので、 表 層 水 にCaCO 3 を 溶 かすことによる 主 な 効 果 は(Kheshgi, 1995を 参 照 ) 次 式 で 表 される。- 355 -

図 6.5 15°Cでの 海 洋 表 層 水 の 組 成 図 ( 出 典 Baes, 1982)白 線 はpCO 2 (ppm)が 同 値 である 場 合 の 組 成 、 黒 線 は 同 じpHでの 組 成 を 表 す。 黄 褐 色 の 斜 線 部 分 は 大気 圧 で 方 解 石 について 不 飽 和 の 範 囲 、 緑 の 斜 線 部 分 は 過 飽 和 の 範 囲 である( 方 解 石 の 可 溶 性 は 深 さとともに 大 きくなる)。 表 層 水 の 組 成 と 平 均 的 な 海 洋 組 成 も 示 す。CO 2 を 増 やすと 全 アルカリ 度 を 変 化 させずに 溶 存 態 無 機 炭 素 (DIC)が 増 加 する。CaCO 3 を 溶 かすとDICもTAlkも 増 加 する(DIC1モル 増 加 ごとにTAlkは2モル)。CaCO 3 (s)+ CO 2 (g)+ H 2 O Ca 2+ + 2HCO 3-(5)結 果 として、 大 気 から 平 衡 状 態 にある 海 へとCO 2 を 移 動 させ、pHに 対 するCO 2 の 影 響 を 中 和 する。 表 層 水 はCaCO 3 について 過 飽 和 状 態 にあり、 珊 瑚 やその 他 炭 酸 塩 鉱 物 の 殻 や 骨 格 を 持 つ 生 物2-を 成 長 させている。 対 照 的 に、 最 深 海 はpHもCO 3 濃 度 も 低 く、 従 ってCaCO 3 については 未 飽 和 である。 海 洋 生 物 は 表 層 面 で 炭 酸 カルシウムの 粒 子 を 生 産 し、それが 沈 降 して 深 海 の 未 飽 和 域 で 溶解 する。放 出 の 詳 細 とその 地 域 の 海 底 地 形 に 応 じて、CO 2 流 を 海 に 溶 かす、あるいは 沈 めて 海 底 にCO 2湖 を 形 成 するように 操 作 できる。 高 濃 度 で 海 水 に 溶 解 したCO 2 は、 濃 いプルームを 生 じたり、 傾斜 した 海 底 に 沿 って 沈 降 する 流 れを 形 成 することがある。 放 出 が 十 分 深 い 場 所 で 行 われる 場 合 、液 体 のCO 2 は 沈 んで 海 底 に 蓄 積 し、 液 体 とハイドレートの 混 合 物 を 含 む 溜 まりを 形 成 する。 短 期的 には、すでに 商 業 的 に 大 規 模 に 利 用 されている 技 術 を 使 った 固 定 パイプまたは 曳 航 パイプが、CO 2 の 海 洋 放 出 にあたり 最 も 現 実 的 な 方 法 とみられる。- 356 -

6.2.1.2 開 発 の 現 状現 在 まで、 海 水 へのCO 2 の 注 入 は、 研 究 室 や 小 規 模 な 現 場 試 験 、モデルなどで 調 査 されてきただけで、 大 規 模 な 現 場 試 験 はまだ 実 施 されたことがない。米 国 、ノルウェー、 日 本 、カナダの15 施 設 に 属 するエンジニア、 海 洋 学 者 、 生 態 学 者 の 参 加 する 国 際 コンソーシアムが、 気 候 変 動 を 緩 和 する 手 段 としての 海 洋 隔 離 の 実 現 可 能 性 を 評 価 するため、 現 場 試 験 を 提 案 した。これは、 海 洋 へのCO 2 の 直 接 注 入 に 伴 う 物 理 的 ・ 化 学 的 ・ 生 物 学 的 変化 の 共 同 研 究 となるはずであった(Adams et al., 2002)。 提 案 された 海 洋 CO 2 隔 離 現 地 実 験 (CO 2Ocean Sequestration Field Experiment)は、ハワイ 島 のKona 海 岸 のKeahole Point 近 くの 深 海 に60トン足 らずの 純 粋 な 液 体 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )を 注 入 するもので、 海 水 柱 への 意 図 的 なCO 2 放 出 としては最 大 のものとなるはずであった。 試 験 は2001 年 夏 に 約 2 週 間 の 期 間 をかけて、 約 800mの 深 さの 海中 で 行 われることになっており、プロジェクトの 総 コストは 約 500 万 US$を 予 定 していた。 直 径 4cmの 小 さな 鋼 鉄 製 パイプラインを 船 から 注 入 深 度 にまで 配 し、パイプラインの 短 い 区 間 を 海 底 に 着底 してデータ 収 集 をすることになっていた。 液 体 CO 2 はノズルを 通 じて 散 布 され、CO 2 の 液 滴 が 海水 に 溶 けながら 短 時 間 だけ 注 入 点 から 浮 上 するはずだった。しかし 環 境 団 体 の 反 対 を 受 け、 定 められた 予 算 とスケジュールの 範 囲 内 ではプロジェクトの 必 要 な 許 可 をすべて 得 ることができなかった(de Figueiredo, 2002)。この 実 験 に 続 き、ノルウェー 沖 合 の 深 さ800m 地 点 で、5.4トンの 液 体 CO 2 を 放 出 し、ノルウェー海 への 分 散 をモニタリングする 計 画 を 策 定 した。ノルウェー 公 害 管 理 局 (Norwegian PollutionControl Authority)は 実 験 を 許 可 したが、ノルウェーの 連 合 政 府 の 保 守 党 (Conservative Party) 環境 大 臣 であるBørge Brendeはノルウェー 公 害 管 理 局 の 当 初 の 決 定 の 見 直 しを 決 めた。 公 聴 会 手 続きが 行 われ、その 後 当 局 が 当 初 の 許 可 を 確 認 する 決 定 を 下 してから、Brendeはこう 語 っている。「 海 を 将 来 CO 2 貯 留 のため 使 用 する 可 能 性 については 議 論 の 余 地 がある。...そのような 貯 留 場 所 は国 際 海 洋 法 に 抵 触 する 可 能 性 があるので、 内 閣 はその 適 用 を 却 下 しなければならなかった。」その 後 ノルウェー 環 境 大 臣 は、プロジェクトを 進 めることはないと 宣 言 した(Giles, 2002)。ただし、それより 小 規 模 な 実 験 (CO 2 100リットル 未 満 )はいくつか 実 施 されており(Brewer etal., 1999, Brewer et al., 2005)、 海 洋 保 護 区 内 での 実 験 のために 必 要 な 許 可 も 与 えられている。6.2.1.3 様 々な 形 で 放 出 されるCO 2 の 基 本 性 質海 に 放 出 されたCO 2 の 近 傍 での 性 質 は、CO 2 の 物 理 的 特 性 (ボックス6.2)とCO 2 放 出 の 方 法 により 決 定 する。 溶 解 したCO 2 は 海 水 の 密 度 を 増 し( 例 Bradshaw, 1973; Song, et al., 2005)、それにより 輸 送 と 混 合 に 影 響 を 及 ぼす。 近 傍 とは、CO 2 によって 誘 発 された 密 度 変 化 が、 海 洋 の 流 体 力 学に 対 する 効 果 を 考 慮 に 入 れることが 重 要 である 区 域 と 定 義 できる。この 区 域 の 大 きさは、CO 2 放出 の 規 模 と 設 計 により 決 定 する(セクション6.2.1.4)。CO 2 プルームの 挙 動 は、CO 2 が 海 水 柱 に 放 出 される 方 法 によって 決 まる。 当 初 のCO 2 は、 気 体 、液 体 、 固 体 、 固 体 ハイドレートのいずれの 形 態 もあり 得 る。どの 形 態 のCO 2 も 十 分 な 時 間 があれば 海 水 に 溶 解 する(ボックス6.1)。CO 2 の 海 水 への 溶 解 速 度 は 非 常 にばらつきがあり、 形 態 ( 気体 、 液 体 、 固 体 、ハイドレート)、 投 入 深 度 と 温 度 、 局 所 的 な 流 速 などによって 変 わる。 流 速 が大 きければ 溶 解 速 度 も 増 す。気 体 :CO 2 は 深 さ 約 500mより 浅 い 場 所 でなら 気 体 として 放 出 しうるが、それ 以 深 だと 圧 力 が 大きすぎてCO 2 は 気 体 として 存 在 できない( 図 6.8)。 気 泡 は 周 囲 の 海 水 より 密 度 が 小 さいので、 約- 357 -

0.1cm/hr(0.26から1.1μmol/cm 2 s; Teng et al., 1996)の 速 度 で 溶 けながら 海 表 面 に 向 かい 浮 き 上 がっていく。 約 9°C 以 下 の 水 中 では、CO 2 ハイドレートの 被 膜 が 気 泡 との 境 界 にできることがある。CO 2分 散 器 により、 水 面 に 到 達 する 前 に 完 全 に 溶 けきってしまうほど 小 さいCO 2 の 気 泡 を 作 ることができる。図 6.8 CO 2 - 海 水 状 態 図( 海 の 深 さとともに 増 加 する) 温 度 と 圧 力 が 青 い 点 線 の 下 の 範 囲 にあるとき、CO 2 は 液 相 で 安 定 する。青 い 点 線 より 上 の 条 件 では 気 相 で 安 定 する。 海 水 と 接 触 し、かつ 斜 線 部 で 示 す 温 度 と 圧 力 では、CO 2は 海 水 と 反 応 して 氷 に 似 た 固 体 ハイドレートCO 2·6H 2 Oを 形 成 する。CO 2 は、CO 2 で 飽 和 していない 海水 に 溶 解 する。 赤 線 は、Californiaの 沖 合 のサイトで 温 度 が 深 さにつれてどう 変 化 するかを 示 している。約 400m 以 深 では、 液 体 CO 2 とハイドレートCO 2 が 存 在 できる(Brewer et al., 2004)。液 体 : 約 500m 以 深 では、CO 2 は 液 体 として 海 中 に 存 在 しうる。 深 さ 約 2,500m 以 浅 ではCO 2 は 海水 より 密 度 が 小 さいので、2,500m 以 浅 で 液 体 CO 2 を 放 出 すると 水 面 に 向 かって 浮 き 上 がっていく。この 深 さの 範 囲 では 海 水 のほとんどは9°C 以 下 であるので、CO 2 ハイドレートが 液 滴 との 境 界 面 にできる 傾 向 がある。この 条 件 下 では、 液 滴 の 半 径 は 約 0.5cm/hr(= 3 μmol/cm 2 s; Brewer et al., 2002)の 速 さで 減 少 する。この 場 合 、 直 径 0.9cmの 液 滴 は 完 全 に 溶 け 切 るまでの1 時 間 に 約 400m 上 昇 し、その 体 積 の90%が 最 初 の200mで 失 われる(Brewer et al., 2002)。 従 って、CO 2 ノズルを、 放 出 深 度からおよそ100m 以 内 で 溶 ける 液 滴 を 作 り 出 すよう 設 計 することができるだろう。なお、 液 滴 は 深さ 約 500mに 到 達 した 時 点 で 気 泡 になる。- 358 -

ボックス6.2 CO 2 の 物 理 的 特 性海 水 中 のCO 2 の 特 性 は 深 海 環 境 へ 放 出 されると 同 時 にそのCO 2 の 挙 動 に 影 響 を 及 ぼす。CO 2 が 海水 中 で 気 体 、 液 体 、 固 体 ハイドレート、あるいは 水 相 として 存 在 し 得 る 条 件 は、 図 6.8に 示 すとおりである( 付 録 Iを 参 照 )。海 中 に 存 在 する 典 型 的 な 圧 力 と 温 度 では、 純 粋 なCO 2 は 約 500mより 浅 いところでは 気 体 であり、それより 深 いところでは 液 体 となる。 深 さ 約 500mから2,700mまでの 間 では、 液 体 CO 2 は 海 水 より軽 い。3,000m 以 深 ではCO 2 は 海 水 より 重 くなる。 海 に 放 出 されたCO 2 の 浮 力 によって、 放 出 されたCO 2 が 海 水 柱 で 浮 上 するか 沈 降 するかが 決 まる( 図 6.9)。 気 相 ではCO 2 は 海 水 より 軽 いので 浮 上する。CO 2 は 水 相 では 海 水 に 比 べると 非 常 に 圧 縮 性 の 高 い 液 体 である。 完 全 に 形 成 された 結 晶 CO 2ハイドレートは 海 水 より 重 く、 沈 殿 する 塊 を 形 成 する(Aya et al., 2003)。 従 ってハイドレートの形 成 は、 深 海 への 輸 送 を 促 進 し 溶 解 を 遅 らせることによって、CO 2 の 海 洋 隔 離 の 一 助 となる。 一方 、パイプラインや 注 入 器 を 閉 塞 して 放 出 の 妨 げとなる 可 能 性 もある。図 6.9 2500m 以 浅 では 液 体 CO 2 は 海 水 より 密 度 が 低 いので 浮 上 する 傾 向 がある。3000m 以 深 では 液 体CO 2 は 海 水 より 重 いので 沈 降 する 傾 向 がある。これらの2つの 深 度 の 間 では、CO 2 の 挙 動 は 場 所 によって 異 なり( 主 として 温 度 で 決 まる)、CO 2 は 中 立 的 に 浮 遊 する( 浮 上 も 沈 降 もしない)こともある。 条件 は 北 西 大 西 洋 のものを 示 す。固 体 ハイドレートの 形 成 は(Sloan, 1998) 動 的 なプロセスであり( 図 6.10; Brewer et al., 1998, 1999,2000)、そのようなシステムにおけるハイドレート 核 形 成 の 性 質 は 完 全 には 理 解 されていない。過 剰 な 海 水 にさらされると、CO 2 は 最 終 的 に 溶 解 し、 周 囲 の 海 水 より 密 度 の 高 い 水 相 を 形 成 する。密 度 の 高 いCO 2 または 浮 力 のあるCO 2 の 放 出 は( 気 体 、 液 体 、ハイドレート、 水 相 いずれの 形 態 であっても) 周 囲 の 海 水 を 伴 い、 拡 散 するまで 沈 む、あるいは 浮 上 するプルームを 形 成 する。- 359 -

図 6.10 小 規 模 な 深 海 実 験 では、3600mで 放 出 された 液 体 CO 2 は、 当 初 海 底 で 液 体 CO 2 湖 を 形 成 する( 左図 )。 時 間 が 経 過 すると、 放 出 された 液 体 CO 2 は、 海 水 と 反 応 して 固 体 CO 2 ハイドレートを 形 成 し、 同じような 湖 を 作 る( 右 図 )。CO 2 は 海 水 より 圧 縮 性 が 高 い。 約 3,000m 以 深 では 液 体 CO 2 は 周 囲 の 海 水 より 密 度 が 高 く、 沈 降 する。CO 2 ノズルは、 海 底 へ 沈 降 する 大 きな 液 滴 を 作 るようにも、 海 底 と 接 触 する 前 に 溶 けてしまうような 小 さな 液 滴 を 作 るようにも 加 工 することができる。 自 然 の 海 洋 混 合 と 液 滴 の 動 きによって、 溶 解 したCO 2 濃 度 が 飽 和 状 態 に 近 づくのを 抑 制 できると 期 待 される。ただし、 海 底 のくぼ 地に 意 図 的 に 配 置 された 液 体 CO 2 の 近 傍 では、その 限 りではない。固 体 : 固 体 CO 2 は 海 水 より 密 度 が 高 いことから、 沈 む 傾 向 にある。 固 体 CO 2 の 表 面 は 約 0.2cm/hr(Aya et al., 1997より 推 測 )の 速 さで 海 水 に 溶 けるので、 少 量 の 固 体 CO 2 なら 海 底 に 到 着 するまでに 完 全 に 溶 けてしまう。 大 量 であれば、 完 全 に 溶 け 切 る 前 に 海 底 に 到 達 する 可 能 性 がある。ハイドレート:CO 2 ハイドレートは、 水 分 子 のケージが 個 々のCO 2 分 子 を 取 り 囲 んでいる 形 態 のCO 2 である。 深 さが 約 400m 以 深 の 平 均 的 な 海 水 条 件 で 形 成 され 得 る。 完 全 に 形 成 された 結 晶 CO 2ハイドレートは 海 水 より 密 度 が 高 いので、 沈 降 する(Aya et al., 2003)。この 塊 の 表 面 は 固 体 CO 2と 同 様 の 速 度 、すなわち 約 0.2cm/hr(0.47-0.60μm/s; Rehder et al., 2004; Teng et al., 1999)で 溶 けるので、 海 水 に 完 全 に 溶 ける 液 滴 も 海 底 まで 沈 む 液 滴 も 作 り 出 すことができる。 純 粋 なCO 2 ハイドレートは 硬 い 結 晶 性 固 体 であり、パイプを 通 して 流 すことができない。しかしハイドレートと 海水 のペースト 状 の 混 合 物 であれば、パイプから 押 し 出 せる 可 能 性 もある(Tsouris et al., 2004)。そのような 混 合 物 は、CO 2 の 液 滴 と 純 粋 なCO 2 ハイドレートの 中 間 の 溶 解 速 度 を 持 つこととなる。6.2.1.4 注 入 されたCO 2 の 近 傍 での 性 質 :CO 2 を 豊 富 に 含 んだプルームCO 2 を 豊 富 に 溶 解 した 水 は、 放 出 点 近 傍 を 離 れると、その 密 度 により 決 定 される 深 さにとどまる。 一 般 的 に 海 は、 深 度 とともに 高 くなる 密 度 に 応 じて 安 定 的 に 層 を 成 す。 水 塊 は 同 じ 密 度 の 水に 到 達 するまで 上 下 する 傾 向 があり、いったん 到 達 するとそれ 以 上 の 運 動 を 誘 起 する 浮 力 はなくなる。CO 2 を 豊 富 に 含 んだプルームの 動 的 特 性 により、CO 2 が 放 出 点 近 傍 の 環 境 を 離 れる 深 さと、 初 期の 希 釈 量 (と、それに 続 くpHの 変 化 量 )の 両 方 が 決 定 される。CO 2 がいかなる 形 態 であっても、海 水 に 放 出 されたCO 2 は 周 囲 の 海 水 より 密 度 が 高 いか 低 いかによって 上 か 下 へ 移 動 する。 流 体 抵抗 によってCO 2 の 液 滴 から 周 囲 の 海 水 柱 へ 推 進 力 が 移 転 し、 隣 接 する 水 に 当 初 は 液 滴 の 運 動 する- 360 -

方 向 への 運 動 を 生 じさせる。 同 時 に、CO 2 が 周 囲 の 水 に 溶 けることで 周 囲 の 水 の 密 度 は 高 くなり、沈 みやすくなる。CO 2 が 豊 富 な 水 が 動 くと、それほどCO 2 を 豊 富 に 含 まない 周 囲 の 水 と 混 ざり 合 い、さらに 希 釈 を 生 じ、CO 2 を 豊 富 に 含 んだ 水 と 周 囲 の 水 との 間 の 濃 度 差 が 減 少 する。CO 2 の 放 出 は、 様 々な 特 性 を 持 つCO 2 のプルームを 生 じるよう 調 整 することができる(Chen et al.,2003; Sato and Sato, 2002; Alendal and Drange, 2001; Crounse et al., 2001; Drange et al., 2001; 図 6.11)。モデル 研 究 により、 小 さな 液 滴 を 低 速 で 放 出 した 方 が 大 きな 液 滴 を 高 速 で 放 出 するより 小 さなプルームを 生 じることがわかっている。CO 2 が 海 水 より 重 い 場 合 、 液 滴 が 大 きければCO 2 はより 深 く沈 むことができる。 中 程 度 の 深 さに 注 入 されたCO 2 は、CO 2 を 多 く 含 む 水 の 密 度 を 高 めて 沈 むプルームを 生 成 し、そのプルームがCO 2 を 深 海 へ 運 ぶことになる(Liro et al., 1992; Haugan and Drange,1992)。コリオリ 力 がそういったプルームに 働 き、 北 半 球 では 右 へ、 南 半 球 では 左 へ 回 転 させる(Alendal et al., 1994)。 海 底 峡 谷 または 他 の 地 形 的 特 徴 のチャネリング 効 果 は、 高 密 度 プルームが 最 小 限 の 希 釈 で 深 海 へ 到 達 するのに 役 立 つだろう(Adams et al., 1995)。図 6.11 固 定 したノズルから 海 中 へ1cmと12cmの 液 体 CO 2 の 液 滴 (それぞれ 上 パネルと 下 パネル)を 注入 して 作 られた、CO 2 を 多 く 含 む 海 水 のプルーム( 左 パネル、pHにて 表 示 )とCO 2 液 滴 のプルーム( 右パネル、kgCO 2 /m 3 によって 表 示 )のシミュレーション( 経 過 時 間 30 分 、 注 入 速 度 1.0kgCO 2 /s、 海 洋 の流 速 5cm/s; Alendal and Drange, 2001)。 液 滴 のサイズを 変 えることにより、プルームが 沈 降 する( 上 部パネル)ようにも 浮 上 する( 下 部 パネル)ようにもできる。- 361 -

6.2.1.5 注 入 されたCO 2 の 広 域 での 性 質広 域 とは、 注 入 されたCO 2 の 濃 度 が 十 分 に 低 いために、それによる 密 度 の 上 昇 が 輸 送 に 大 きな影 響 を 与 えず、 従 ってCO 2 が 海 洋 中 の 受 動 的 トレーサーとみなされ 得 るような 区 域 、と 定 義 される。 通 常 は 注 入 点 から2,3キロメートル 以 内 の 中 深 層 に 相 当 するが、CO 2 を 海 底 で 放 出 して 地 形に 沿 って 誘 導 すれば、 濃 度 は 高 いままとどまり、 数 十 キロメートルにわたって 輸 送 に 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 がある。CO 2 は 海 流 によって 運 ばれ、 他 の 水 塊 と 更 に 混 合 ・ 希 釈 する(Alendal and Drange,2001)。この 混 合 と 輸 送 の 大 部 分 は、 成 層 化 された 液 体 内 で 浮 力 による 垂 直 混 合 が 起 こらないため、ほぼ 一 定 の 密 度 層 の 表 面 に 沿 って 起 こる。 時 間 経 過 とともに 放 出 されたCO 2 は 薄 くなるが、大 量 の 水 に 影 響 を 及 ぼすようになる。航 走 船 舶 が 曳 航 しているパイプから 海 洋 注 入 を 行 うという 構 想 は、 注 入 された 液 体 CO 2 の 溶 解と 分 散 を 加 速 して 周 辺 環 境 への 影 響 を 最 小 限 にとどめるため 開 発 された(Ozaki, 1997; Minamiuraet al., 2004)。 航 走 船 舶 を 用 いれば、 初 期 CO 2 濃 度 の 比 較 的 薄 い 状 態 で 海 水 プルームを 生 成 することができる( 図 6.12 及 び6.13)。CO 2 の 密 度 が 海 水 より 小 さい 浅 海 では、mm 単 位 の 液 滴 を 生 成 するようにしたノズルで、100m 未 満 上 昇 するCO 2 プルームを 生 成 できる。図 6.12 固 定 したパイプ( 左 パネル)、 航 走 船 舶 ( 右 パネル)から100kg/sの 率 (500MW e の 石 炭 火 力 発電 所 から 出 るCO 2 にほぼ 匹 敵 )で 液 体 CO 2 を 海 中 に 注 入 して 作 られるプルームのシミュレーション(Chen et al., 2005)左 パネル: 海 流 速 度 2.3cm/sのとき 深 さ875mに 注 入 。 右 パネル:3m/sの 速 度 で 動 いている 船 から 深 さ1340mに 注 入 。pHのスケールが 異 なることに 注 意 。 最 大 pHの 攪 乱 は、 航 走 船 舶 のシミュレーションの 方 が 小 さい。- 362 -

図 6.13 図 6.12のシミュレーション(500MW e 発 電 所 からのCO 2 放 出 に 相 当 )で 横 軸 に 示 した 値 より 小さいΔpHでの 水 の 体 積 。 固 定 パイプのシミュレーションではΔpH < –1の 区 域 が 生 じたが、 航 走 船 舶 ではCO 2 をより 広 範 囲 に 分 散 させ、このレベルでのpHの 変 化 をおおむね 防 ぐ。海 洋 隔 離 の 仮 説 に 基 づく 例 として( 例 :Orr, 2004) 注 入 したCO 2 の 分 散 により 生 じる 海 洋 化 学の 変 化 を 予 測 するのに、 海 洋 大 循 環 モデルが 使 用 されてきた。Wickett et al.(2003)は、100 年 間0.37GtCO 2 / 年 (= 0.1GtC/ 年 )の 速 度 で 深 海 へ 注 入 を 行 うと 海 洋 体 積 合 計 の0.01% 未 満 に 相 当 する 量の 海 水 がΔpH < –0.3になると 推 定 した( 図 6.14)。この 例 では、 深 海 に1GtCO 2 放 出 するごとに、海 洋 体 積 の 約 0.0001%、0.001%、0.01% 未 満 がそれぞれ-0.3、-0.2、-0.1のpH 変 化 を 生 じている。Caldeira and Wickett(2005)は、いくつかの 大 気 放 出 と 炭 素 濃 度 安 定 化 の 経 路 ( 深 海 へのCO 2 の 直接 注 入 が、WRE550の 経 路 に 従 って 大 気 中 CO 2 濃 度 の 安 定 化 に 必 要 な、すべての 大 気 中 CO 2 緩 和 策の10%か100%に 寄 与 すると 考 えられる 経 路 を 含 む)において、 広 範 囲 のpH 変 化 の 影 響 を 受 ける 海水 の 容 量 を 予 測 した。これは、 既 知 の 化 石 燃 料 資 源 が 最 終 的 にすべて 燃 焼 し 尽 くされてしまった場 合 のCO 2 排 出 シナリオを 前 提 としていた。 海 水 中 への 注 入 が 緩 和 策 全 体 の10%に 寄 与 するとしたシミュレーションでは、2100 年 に 海 洋 体 積 のおよそ1%にわたり 海 洋 pHの 大 きな 変 化 が 生 じた( 図 6.15)。2300 年 までに 注 入 速 度 は 低 下 したが、それまでに 注 入 した 炭 素 が 海 洋 の 大 部 分 に 広がって、 海 洋 の 大 半 にわたりWRE550に 比 べると 海 洋 のpHがさらに0.1 低 下 した。- 363 -

図 6.14 海 盆 単 位 でのpH 攪 乱 の 推 定 量 (Wickett et al., 2003)4 箇 所 で(NewYork CityとSan Francisco 近 傍 の、 深 度 の 異 なる2 点 )、0.37GtCO 2 / 年 (= 0.1GtC/ 年 )の 速さで100 年 間 注 入 を 行 ったと 想 定 した 場 合 、 横 軸 に 示 した 量 より 少 ないΔpHでの、 地 球 規 模 の 海 洋 体 積の 推 定 割 合 。 典 型 的 な 結 果 によると、 例 えば、 単 一 の 場 所 においてこの 速 度 で100 年 間 注 入 すれば、 海洋 体 積 合 計 の0.01% 未 満 のΔpH < –0.3 単 位 となる 大 量 の 海 水 を 生 じると 予 想 できる( 海 の0.01%といえば、 約 10 5 km 3 である)。 海 洋 へのCO 2 直 接 注 入 を 行 う 他 のシミュレーションと 同 様 、 浅 瀬 ( 例 :800m)についての 結 果 は 深 海 ( 例 :3000m)についての 結 果 より、それぞれの 場 所 に 固 有 なものとなりやすい。図 6.15 海 洋 へのCO 2 注 入 が、 累 積 的 に18,000GtCO 2 (=5000GtC)を 放 出 する 論 理 的 な 排 出 曲 線 から、WRE550の 経 路 に 従 って 大 気 CO 2 濃 度 が550ppmで 安 定 化 する 排 出 量 へと 移 行 するのに 必 要 な 緩 和 策 の100%または10%に 寄 与 するような 仮 説 例 における、 世 界 規 模 で 見 たpH 攪 乱 を 受 けるの 海 水 の 推 定 量(Wigley et al., 1996)。 曲 線 は、 海 洋 体 積 のうち、 横 軸 に 示 す 量 より 大 きくpHの 減 少 した 部 分 のシミュレーションを 示 している。10%の 事 例 では、2100 年 の 注 入 速 度 は 高 く、 海 洋 体 積 の 約 1%で 大 きくpHが減 少 している。2300 年 の 注 入 速 度 は 低 いが、それまでに 注 入 したCO 2 が、CO 2 の 海 洋 への 直 接 注 入 が 行われない 状 態 でWRE550 大 気 経 路 の 生 成 する 値 より、 海 洋 のpHを 約 0.l 下 げている(Caldeira and Wickett,2005)。- 364 -

6.2.1.6 海 底 のCO 2 湖 の 性 質CO 2 を 液 体 またはハイドレートの 形 態 で、CO 2 が 海 底 より 密 度 の 高 くなる3,000メートル 以 下 で貯 留 した 場 合 、 二 酸 化 炭 素 の 長 期 保 持 はより 効 果 的 になるであろう(ボックス6.2; Ohsumi, 1995;Shindo et al., 1995)。 液 体 の 二 酸 化 炭 素 を 深 海 に 持 ち 込 むことにより、 海 底 でCO 2 湖 を 形 成 することもできる(Ohsumi, 1993)。あるいは、 海 底 にハイドレートを 堆 積 させるか 溜 まりを 形 成 するよう 設 計 された 装 置 により、CO 2 ハイドレートを 作 り 出 すこともできる(Saji et al., 1992)。 現 在まで、 海 底 におけるCO 2 湖 の 構 想 は 実 験 室 、 小 規 模 な( 数 十 リットル 単 位 の) 現 場 試 験 、 数 値 モデルでしか 調 査 されてこなかった。 大 規 模 な 現 場 試 験 はまだ 実 施 されたことがない。海 底 への 液 体 CO 2 またはハイドレートCO 2 の 堆 積 によって、 大 気 との 隔 絶 の 度 合 いを 増 すことができるが、 物 理 的 な 障 壁 がなければCO 2 は 上 部 水 に 溶 けてしまうだろう(Mori and Mochizuki, 1998;Haugan and Alendal, 2005)。この 点 でほとんどの 海 底 に 堆 積 させる 案 は、CO 2 の 海 洋 への「 時 間 差放 出 」の 方 法 とみなすことができる。 従 って、 海 底 利 用 オプションに 関 する 多 くの 問 題 、 特 に 広域 への 性 質 に 関 する 問 題 は、 海 水 柱 へのCO 2 放 出 に 関 連 するセクションで 論 じる( 例 :セクション6.2.1.5)。3kmより 深 い 海 底 に 放 出 されたCO 2 は 周 囲 の 海 水 より 密 度 が 高 いので、 窪 みを 埋 めてCO 2 湖 として 累 積 し、その 上 に 薄 いハイドレート 層 を 形 成 すると 予 想 されている。このハイドレート 層 ができれば 溶 解 を 遅 らせるが、CO 2 湖 をその 上 部 の 海 水 から 隔 絶 するわけではない。ハイドレートはその 上 部 の 海 水 に 溶 ける(またはCO 2 湖 の 底 に 沈 殿 する)が、 新 しい 結 晶 の 形 成 によってハイドレート 層 は 絶 えず 再 生 する(Mori, 1998)。 実 験 室 での 実 験 (Aya et al., 1995)と 小 規 模 な 深 海 実験 (Brewer et al., 1999)によれば、 深 海 でのCO 2 貯 留 はCO 2 ハイドレートの 形 成 (とそれに 続 く 溶解 )をもたらすことが 示 されている。大 規 模 なCO 2 湖 の 結 末 に 関 する 予 測 は、 大 規 模 な 現 地 実 験 が 実 施 されていないことから、 数 値シミュレーションに 頼 っている。 当 初 厚 さ50mのCO 2 湖 では、 完 全 な 溶 解 までの 時 間 は、 現 場 の 海と 海 底 環 境 によって30 年 から400 年 までの 幅 がある。CO 2 湖 が 溶 解 するまでの 時 間 は、その 深 さ、海 底 の 境 界 層 の 複 雑 な 力 学 と 乱 流 の 特 性 、CO 2 ハイドレートの 溶 解 メカニズム、 溶 液 中 のCO 2 の 特性 によって 決 まる(Haugan and Alendal, 2005)。CO 2 湖 の 寿 命 は、 例 えば 限 られた 流 れしかない 海溝 や 窪 みで 見 られるような 比 較 的 密 閉 された 環 境 で、 最 も 長 くなるであろう(Ohgaki and Akano,1992)。 海 溝 でも 強 い 流 れが 観 察 されることがある(Nakashiki, 1997)。それでも、 深 い 海 溝 でのCO 2 貯 留 のシミュレーション(Kobayashi, 2003)によれれば、 海 底 地 形 によって 垂 直 運 動 と 物質 移 動 が 弱 められ、CO 2 の 溶 解 速 度 を 遅 くできることが 示 されている。 静 止 した 環 境 では、 輸 送は 拡 散 の 律 速 になる。 強 い 成 層 が 存 在 する 場 合 の 二 重 拡 散 は、CO 2 湖 の 寿 命 をさらに 延 ばす 可 能性 がある。 対 照 的 に、CO 2 湖 の 表 面 を 海 水 が 流 れていると、 物 質 移 動 と 溶 解 が 促 進 される。 例 えば、 静 止 した 純 粋 に 拡 散 だけの 系 においては、 厚 さ50mのCO 2 湖 の 寿 命 は0.44cm/ 年 の 溶 解 速 度 であり、10000 年 以 上 と 推 定 できる(Ohsumi, 1997)。Fer and Haugan(2003)は、 平 均 垂 直 速 度 0.05m/sだとCO 2 湖 はそれより25 倍 早 く 溶 けることを 発 見 した(12cm/ 年 )。さらに 彼 らは、 垂 直 速 度 0.20m/sの 海 底 嵐 は 溶 解 速 度 を170cm/ 年 にまで 高 める 可 能 性 があることを 示 した。6.2.2 炭 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 による CO 2 貯 留CO 2 の 追 加 から 生 じる 海 水 の 酸 性 度 の 上 昇 は、 海 底 堆 積 物 や 地 上 の 炭 酸 塩 鉱 物 の 何 千 年 にもわたるゆっくりとした 自 然 の 溶 解 によりおおむね 中 和 される。この 中 和 作 用 によって、 海 はpHや 炭酸 塩 イオンやpCO 2 をほとんど 変 化 させることなく、 大 気 からCO 2 を 吸 収 することができる(Archer- 365 -

et al., 1997,1998)。 炭 酸 塩 の 中 和 を 加 速 し、それによって 炭 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 を 促 進 して 海 中 にCO 2を 貯 留 するため 様 々なアプローチが 提 案 されてきた 2 。これらのアプローチ( 例 : Kheshgi, 1995;Rau and Caldeira, 1999)はCO 2 の 回 収 と 輸 送 の 段 階 を 別 々にする 必 要 がない。ただしこれらのアプローチについて 海 で 試 験 が 行 われたことはないため、CO 2 の 海 洋 隔 離 の 増 強 や 海 中 pHに 対 する 影響 についての 推 測 は、 実 験 室 での 実 験 (Morse and Mackenzie, 1990; Morse and Arvidson, 2002)や計 算 (Kheshgi, 1995)、モデル(Caldeira and Rau, 2000)に 基 づいたものとなっている。炭 酸 塩 中 和 のアプローチは、 石 灰 岩 が 二 酸 化 炭 素 及 び 水 と 反 応 して 溶 液 中 にカルシウムと 重 炭酸 塩 イオンを 生 成 する 反 応 (5)(ボックス6.1)を 促 進 しようと 試 みるものである。 海 水 中 の 溶存 態 無 機 炭 素 の 種 形 成 を 説 明 するには(Kheshgi, 1995)、CO 2 固 定 分 圧 と 平 衡 状 態 で、CaCO 3 が1モル 溶 けるごとに0.8モルのCO 2 が 海 水 中 に 貯 留 されることになる(すなわちCO 2 1トンごとに 約 2.8トンの 石 灰 岩 )。 海 にアルカリを 加 えることは、 短 期 的 に 見 ても 千 年 単 位 で 見 ても、 海 洋 への 炭素 貯 留 量 を 増 加 させる(Kheshgi, 1995)。 海 洋 の 炭 素 貯 留 が 増 加 する 期 間 は、 最 終 的 なCaCO 3 の沈 殿 により 制 限 される、あるいは 約 6000 年 単 位 で 自 然 作 用 により 生 じると 想 定 されているCaCO 3堆 積 物 の 溶 解 が 減 少 する(Archer et al., 1997, 1998)。炭 酸 塩 鉱 物 は、CO 2 による 酸 性 化 を 中 和 するための 主 要 なアルカリ 源 として 提 案 されている(Kheshgi 1995; Rau and Caldeira, 1999)。 淡 水 と 海 水 の 両 方 において、 炭 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 と 沈 殿の 反 応 速 度 に 関 する 多 くの 実 験 と 観 察 が 行 われてきた(Morse and Mackenzie, 1990; Morse andArvidson, 2002)。ただし、 海 洋 表 層 水 に 容 易 に 溶 解 する 炭 酸 塩 鉱 物 やその 他 アルカリ 性 化 合 物(Na 2 CO 3 など)は、 化 石 資 源 から 発 生 するCO 2 排 出 量 に 相 当 する 規 模 で 海 洋 隔 離 するのに 十 分 な量 では 今 のところ 発 見 されていない(Kheshgi, 1995)。 豊 富 に 存 在 している 炭 酸 塩 鉱 物 は、 海 洋表 層 水 には 溶 けない。 海 洋 表 層 水 は 通 常 、 炭 酸 塩 鉱 物 で 過 飽 和 状 態 になっているが(Broecker andPeng, 1982; Emerson and Archer, 1990; Archer, 1996)、 運 動 が 抑 止 されているため 炭 酸 塩 鉱 物 は 通常 海 水 中 で 沈 殿 しない(Morse and Mackenzie, 1990)。表 層 水 の 過 飽 和 という 問 題 を 回 避 するため、Kheshgi(1995)は 石 灰 岩 を 焼 成 して 反 応 (5)を促 進 し、 溶 けやすいCaOを 生 成 することを 検 討 した。 焼 成 段 階 のためのエネルギーがCO 2 排 出 のないエネルギー 源 から 得 られ、CaCO 3 から 放 出 されたCO 2 が 例 えば 地 層 に 回 収 ・ 貯 留 されるとすれば、このプロセスにより、 海 中 に 持 ち 込 まれたCaO1モルあたり1.8モルのCO 2 が 貯 留 されることになる。 焼 成 段 階 から 生 じるCO 2 が 貯 留 されなければ、CaO1モルにつき 正 味 0.8モルのCO 2 が 貯 留される。ただし、 既 存 の 高 効 率 キルンを 用 いたと 仮 定 し、 焼 成 のためのエネルギーを 提 供 するのにCO 2 回 収 を 行 わない 石 炭 が 用 いられ、 焼 成 により 生 成 したCO 2 を 回 収 しない 場 合 、 海 中 に 持 ち 込まれた 石 灰 (CaO)1モルあたり 正 味 わずか0.4モルのCO 2 しか 貯 留 されない(Kheshgi, 1995)。このアプローチであればCO 2 の 海 中 の 投 入 場 所 が 増 えるため、 高 濃 度 CO 2 排 出 源 と 接 続 する 必 要 もなく 深 海 への 輸 送 も 不 要 である。ただしこういったプロセスは 急 速 なCaCO 3 の 再 沈 殿 を 避 けなければならず、それは 未 だ 対 処 されていない 重 要 な 問 題 となっている。Rau and Caldeira(1999)は、 砕 いた 石 灰 岩 と 海 水 を 反 応 させることによる 燃 焼 排 ガスからのCO 22 このアプローチは、 第 7 章 で 評 価 する 炭 酸 塩 鉱 物 化 アプローチとは 基 本 的 に 異 なる。 第 7 章 のアプローチでは、CO 2 はそれを 非 炭 酸 塩 鉱 物 と 反 応 させ 炭 酸 塩 鉱 物 を 形 成 することによって 貯 留 される。このアプローチでは 炭 酸塩 鉱 物 は 海 に 溶 けており、それによって 海 のアルカリ 度 を 増 やし CO 2 の 海 洋 貯 留 を 増 加 させている。このアプローチなら、 溶 解 して 海 のアルカリ 度 を 増 すものであれば、 非 炭 酸 塩 鉱 物 を 利 用 することもできる。- 366 -

の 抽 出 を 提 案 した。 石 炭 を 燃 料 とする 発 電 所 からの 排 ガスは、 通 常 、 外 気 の400 倍 を 越 える15000ppmvのCO 2 を 含 んでいる。 海 水 と 燃 焼 排 ガスを 接 触 させることにより 生 成 する 炭 酸 溶 液 は、方 解 石 、 霰 石 、ドロマイト、 石 灰 岩 、その 他 炭 酸 塩 を 含 有 する 鉱 物 の 溶 解 を 早 める。 特 に 鉱 物 が反 応 表 面 積 を 大 きくするため 砕 かれている 場 合 は 尚 更 である。 例 えば 海 中 におけるCa 2+ と 溶 存 態無 機 炭 素 ( 主 としてHCO - 3 の 形 態 )の 溶 液 は 海 へ 再 放 出 され、そこで 周 囲 の 海 水 によって 希 釈 される。Caldeira and Rau(2000)は、 炭 酸 塩 中 和 反 応 炉 の 廃 液 1を100の 周 辺 海 水 で 希 釈 すると、 大気 との 平 衡 後 、 方 解 石 の 飽 和 状 態 が10% 増 大 し、 沈 殿 を 引 き 起 こさないと 主 張 している。このアプローチは 深 海 での 放 出 に 依 存 しておらず、CO 2 を 分 離 ・ 輸 送 し 深 海 に 注 入 するためのエネルギーの 必 要 性 がない。この 炭 酸 塩 中 和 アプローチにより 生 成 する 排 水 は、 比 較 的 無 害 であると 推 測されている(Rau and Caldeira, 1999)。 例 えば、 排 水 の 主 成 分 である 重 炭 酸 カルシウムの 追 加 により、 珊 瑚 の 成 長 を 促 進 することが 観 察 されている(Marubini and Thake, 1999)。このアプローチは、 炭 酸 塩 鉱 物 に 対 する 腐 食 性 を 持 つ 溶 液 を 作 り 出 すのに 過 剰 なCO 2 が 必 要 であることから、 排ガスからすべてのCO 2 を 除 去 するわけではない。より 多 くのCO 2 除 去 が 要 求 される 場 合 は、このアプローチを 別 のCO 2 回 収 ・ 貯 留 技 術 と 組 み 合 わせることができる。プロセス 排 水 は、 様 々な 割 合 の 添 加 炭 素 とカルシウム、 溶 存 石 灰 岩 に 対 して 様 々な 割 合 の 燃 焼排 ガスCO 2 を 含 むよう 処 理 できる(Caldeira and Wickett, 2005)。 追 加 したCO 2 1モルに 対 し、より多 くの 石 灰 岩 溶 解 を 伴 うプロセスでは、より 多 量 のCO 2 が 保 持 される。 炭 酸 塩 溶 解 反 応 炉 から 出る 廃 液 が、 周 辺 海 水 と 同 じpH、pCO 2 、または[CO3 2- ]を 含 むようにできる。 廃 液 の 成 分 がこれらの 値 と 異 なっていてもよいとすると、 処 理 コストを 削 減 できるかもしれない(Caldeira and Rau,2000)。このアプローチによるCa 2+ と 重 炭 酸 塩 の 含 有 量 の 増 加 は、 海 水 中 にすでに 存 在 する 濃 度と 比 較 すると 小 さいと 予 想 されるが(Caldeira and Rau, 2000)、 生 理 学 的 能 力 に 対 する 新 たな 物 理化 学 平 衡 の 影 響 は 解 明 されていない。 炭 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 による 酸 性 の 中 和 は、pHとCO3 2- の 低 下に 伴 う 海 洋 生 態 系 への 影 響 を 減 らすことができるだろう(セクション6.7)。炭 酸 塩 中 和 アプローチは、 大 量 の 炭 酸 塩 鉱 物 を 必 要 とする。 炭 酸 塩 堆 積 物 は510 17 トンと 豊 富に 存 在 していると 推 定 され(Berner et al., 1983)、 化 石 燃 料 の 炭 素 の 質 量 の10000 倍 である。それでも、 人 為 起 源 CO 2 1モルを 恒 久 的 に 海 洋 隔 離 するためには、 最 大 約 1.5モルの 炭 酸 塩 鉱 物 を 溶 かさなければならない(Caldeira and Rau, 2000)。 従 って、 使 用 されるCaCO 3 の 量 は、 貯 留 されるCO 2の 量 の 最 大 3.5 倍 となる。 世 界 中 で 年 間 3GtのCaCO 3 が 採 掘 されている(Kheshgi, 1995)。 従 って、炭 酸 塩 中 和 アプローチを 大 規 模 に 展 開 するには、 石 灰 岩 の 採 掘 及 び 輸 送 を 大 幅 に 拡 張 しなければならず、それに 付 随 する 環 境 への 影 響 も 非 常 に 大 きくなる。その 上 、 溶 解 した 炭 酸 塩 鉱 物 に 含 まれる 不 純 物 が 悪 影 響 をもたらす 可 能 性 もあるが、その 点 に 関 してはまだ 研 究 されていない。6.2.3 その 他 の 海 洋 隔 離 アプローチ固 体 ハイドレート: 浅 海 の 典 型 的 な 海 洋 条 件 下 で、 水 は 高 濃 度 CO 2 と 反 応 して 固 体 ハイドレート(CO 2·6H 2 O)を 形 成 する(Løken and Austvik, 1993; Holdren and Baldwin, 2001)。Rehder et al.(2004)は、ハイドレートは 比 較 的 希 薄 な 海 水 には 速 く 溶 けることを 示 した。 純 粋なCO 2 ハイドレートの 密 度 は 海 水 より 大 きく、そのため 放 出 されたCO 2 を 使 って 海 水 柱 で 沈 むプルームを 作 り 出 そうという 努 力 が 行 われてきた。 純 粋 なCO 2 ハイドレートは 硬 い 結 晶 性 固 体 であり、従 ってパイプ 内 を 流 れないので、 流 動 性 を 確 保 するためある 種 のCO 2 スラリーが 必 要 となる(Tsouris et al., 2004)。- 367 -

水 -CaCO 3 -CO 2 エマルジョン: 海 水 に 注 入 されたCO 2 を 物 理 的 に 乳 化 して 取 込 むために 炭 酸 塩 鉱物 を 用 いることができる(Swett et al. 2005)。CO 2 :CaCO 3 が1:1の 水 中 のエマルジョンは、 粉 体石 灰 岩 (CaCO 3 )により 安 定 化 することができる。エマルジョン・プルームは、 海 水 より40% 密 度 が 大 きい。エマルジョン・プルームは 海 水 より 重いので、CaCO 3 の 被 膜 を 持 つCO 2 スラリーはまっすぐ 海 底 まで 沈 むと 想 定 される。エマルジョン・プルームは、 液 体 プルームより 少 なくともpHが2は 高 いであろう。炭 酸 塩 鉱 物 を 地 上 で 採 掘 してから 砕 くことや、 粒 の 細 かい 石 灰 泥 を 海 底 から 抽 出 することもできる。これらの 粒 の 細 かい 炭 酸 塩 粒 子 を、CO 2 直 接 注 入 サイトから 生 じるCO 2 を 多 く 含 むプルームの 上 流 の 海 水 に 浮 かべることができる。 漂 流 した 炭 酸 塩 鉱 物 は 周 囲 の 海 水 によってプルームの 中へ 運 ばれ、そこで 鉱 物 は 溶 けて 海 のCO 2 貯 留 効 率 を 高 め、 直 接 注 入 によるpHへの 影 響 を 抑 えることができる。炭 酸 塩 沈 殿 物 への 固 定 :Murray et al.(1997)は、CO 2 を 海 底 の 炭 酸 塩 沈 殿 物 に 固 定 させることを 提 案 した。このCO 2 が 海 から 隔 絶 された 状 態 である 限 り、 一 種 の 地 中 貯 留 と 分 類 してもよいだろう( 第 5 章 )。ドライアイス 魚 雷 :CO 2 を、 船 から 海 面 へドライアイスとして 放 出 することができる(Steinberg,1985)。コストのかかる 方 法 であるが、 固 体 CO 2 ブロックを 作 り 出 す 方 法 がある(Murrayet al., 1996)。これらのブロックは1.5t/m 3 の 密 度 を 持 つので、 速 やかに 海 底 へ 沈 み、おそらく 海 底の 堆 積 物 の 中 へ 潜 り 込 むこともできると 想 定 される。燃 焼 排 ガスの 直 接 注 入 :また 別 の 提 案 としては、 発 電 所 からの 燃 焼 排 ガスを、CO 2 を 燃 焼 排 ガスから 分 離 せずそのまま 直 接 深 海 へ 注 入 する 方 法 がある。ただし、 圧 縮 コストのためこのアプローチは 実 行 不 可 能 と 思 われる。6.3 能 力 と 保 持 される 割 合6.3.1 能 力海 中 にCO 2 を 貯 留 する 物 理 的 能 力 は、 化 石 燃 料 資 源 と 比 較 すると 大 きい。この 能 力 をどの 程 度活 用 できるかは、コスト、 平 衡 pCO 2 、 環 境 への 影 響 などの 要 因 に 依 存 する。海 中 でのCO 2 貯 留 能 力 は、 大 気 CO 2 安 定 化 濃 度 と 比 較 して 定 義 できる。 例 えば、CO 2 が 初 めから海 中 に 放 出 されたのか 大 気 に 放 出 されたのかを 問 わず、350ppmvから1,000ppmvの 大 気 CO 2 安 定 化濃 度 との 平 衡 状 態 で、およそ2,300GtCO 2 から10,700GtCO 2 ( 産 業 革 命 前 のバックグラウンド 濃 度 より 高 い)を 海 に 注 入 できるだろう( 表 6.1、 図 6.3; Kheshgi et al., 2005; Sorai and Ohsumi, 2005)。 海のCO 2 貯 留 能 力 は、 例 えば 石 灰 岩 を 溶 かすなど、 海 にアルカリ 度 を 加 えることにより 増 加 させることができる。6.3.2 保 持 される 割 合 の 測 定CO 2 の 海 洋 隔 離 の 有 効 性 は 様 々な 形 で 報 告 されてきた。 報 告 により 非 常 に 幅 のある 数 値 が 挙 げられている(ボックス6.3)。- 368 -

深 海 に 放 出 されたCO 2 は、 数 世 紀 以 上 の 時 間 をかけて 海 表 面 まで 輸 送 され、 大 気 と 相 互 に 作 用してきた。そしてCO 2 を 多 く 含 む 水 は、 大 気 とCO 2 を 交 換 して 化 学 的 な 平 衡 状 態 に 到 達 した。この化 学 的 平 衡 状 態 で、 注 入 されたCO 2 はもはや 大 気 と 隔 絶 されてはいないが、そのほとんどは 海 中にとどまる( 表 6.1; 図 6.3)。大 気 に 直 接 放 出 されたCO 2 が 自 然 の 炭 素 循 環 の 一 部 とみなされるのとほぼ 同 様 に、 大 気 と 相 互に 作 用 したCO 2 は、 自 然 の 炭 素 循 環 の 一 部 とみなされる。そういったCO 2 は、 海 洋 隔 離 プロジェクトに 寄 与 することができる 方 法 で 大 気 から 隔 絶 されているとはみなされない。しかし、 注 入 されたCO 2 が 隔 絶 されなくなったからといって、 注 入 されたCO 2 のすべてが 大 気 へ放 出 されるわけではない。280ppmのCO 2 を 含 む 大 気 と 化 学 的 に 平 衡 した 状 態 で、 注 入 された 炭 素の 約 85%は 海 にとどまる。 大 気 CO 2 分 圧 が1000ppmに 近 づくと、 大 気 との 平 衡 状 態 に 達 した 後 に 注入 されたCO 2 のおよそ66%が 海 中 に 残 る( 表 6.1)。 従 って、 海 に 注 入 されたCO 2 のおよそ1/5から1/3が 最 終 的 に 大 気 に 残 り、 大 気 中 のCO 2 割 合 は、 長 期 的 にみた 大 気 - 海 洋 間 のCO 2 平 衡 によって 決まる(Kheshgi, 1995, 2004b)。 大 気 中 のCO 2 割 合 は、 海 洋 隔 離 による 大 気 組 成 への 影 響 を 定 量 化するのに 適 した 指 標 である。6.3.3 海 洋 観 測 に 基 づく、 保 持 される 割 合 の 推 定放 射 性 炭 素 、CFCなどのトレーサーを 観 測 すると、 深 海 が 大 気 からどの 程 度 隔 絶 されているかがわかる(Prentice et al., 2001)。 放 射 性 炭 素 は、 大 気 中 から 海 へ 吸 収 されて 深 海 へ 輸 送 され、 時間 経 過 とともに 放 射 性 崩 壊 する。 大 気 との 平 衡 が 不 完 全 なため、 放 射 性 炭 素 年 代 ( 図 6.16)は、水 塊 が 最 後 に 大 気 と 接 触 してからの 時 間 に 関 する 完 璧 な 指 標 ではない(Orr, 2004)が、この 部 分的 な 平 衡 を 考 慮 すると、 北 太 平 洋 深 海 の 年 代 は700 年 ~1000 年 の 範 囲 であると 推 定 される。 北 大 西洋 などその 他 の 海 盆 は 循 環 時 間 が300 年 以 上 という 特 徴 を 有 している。このデータは、 一 般 に 深 海に 注 入 された 炭 素 は、300 年 から1000 年 という 単 位 で 大 気 と 平 衡 状 態 になることを 示 唆 している。- 369 -

図 6.16 3500mでの 放 射 性 炭 素 ( 14 C) 年 代 マップ(Matsumoto and Key, 2004)。6.3.4 モデルの 結 果 に 基 づく、 保 持 される 割 合 の 推 定注 入 されたCO 2 の 大 気 からの 隔 絶 を 予 測 するため、 海 洋 モデルが 使 用 されてきた。 海 洋 の 放 射性 炭 素 データを 用 いて 調 整 されているモデルが 多 いため、 注 入 CO 2 の 保 持 に 関 するモデルに 基 づく 推 定 は、 観 測 に 直 接 基 づいた 推 定 から 完 全 には 独 立 していない(セクション6.3.3)。三 次 元 海 洋 大 循 環 モデルを 用 いた 海 水 柱 に 注 入 されたCO 2 の 保 持 については、 多 くの 研 究 がある(Bacastow and Stegen, 1991; Bacastow et al., 1997; Nakashiki and Ohsumi, 1997; Dewey et al., 1997,1999; Archer et al., 1998; Xu et al., 1999; Orr, 2004; Hill et al., 2004)。これらのモデル 研 究 は 一 般 的に、より 単 純 なモデルや、 海 洋 化 学 及 び 放 射 性 炭 素 崩 壊 速 度 の 考 察 に 基 づいてCO 2 の 保 持 を 推 測している。7つのモデリンググループの 実 施 した 海 洋 大 循 環 モデルでは(Orr, 2004)、7 地 点 において、3 通 りの 深 度 でCO 2 が100 年 間 注 入 された。その 結 果 、 深 い 地 点 に 注 入 するほど 大 気 から 長い 時 間 隔 絶 されることが 示 された。 図 6.17は、7 地 点 の 海 中 サイトを 平 均 した、 保 持 される 割 合 に対 する 注 入 深 度 の 影 響 を 示 している(Orr, 2004)。すべてのモデルでCO 2 の 放 出 地 点 が 深 いほどCO 2 隔 絶 の 時 間 が 長 いにもかかわらず、 様 々なモデルの 結 果 は、 深 海 に 放 出 されたCO 2 の 隔 絶 の 予想 における 不 確 実 さを 表 しており、 深 さ3000mではCO 2 放 出 後 100 年 間 にわたってほぼ 完 全 に 隔 絶される( 図 6.18 及 び6.19)。ただし、 現 代 のモデルは、 個 別 の 場 所 における 脱 気 時 間 の 範 囲 について 一 致 していない( 図 6.19)。 注 入 深 度 以 外 に、CO 2 保 持 との 単 純 かつ 強 い 相 関 は 存 在 しない(Caldeira et al., 2002)。しかし 貯 留 炭 素 の 平 均 保 持 割 合 は 大 西 洋 より 太 平 洋 の 方 が 若 干 大 きい 傾向 があるものの、すべてのモデルがこの 点 について 一 致 しているわけではない。 深 さ1500mでの- 370 -

注 入 では 部 分 的 なCO 2 の 脱 気 時 間 範 囲 は 注 入 場 所 の 影 響 を 受 けるが、3000mでは 注 入 場 所 の 影 響 を比 較 的 受 けないことがわかる。モデルによる 結 果 は、 数 値 表 やモデルのパラメータ 化 の 違 いに 影響 を 受 けやすいことが 判 明 した(Mignone et al., 2004)。図 6.17 概 略 モデルの 結 果 得 られた、3 通 りの 異 なる 深 さへの 注 入 と 大 気 への 注 入 から 生 じる 海 中 の 炭素 の 割 合 (Herzog et al., 2003)。 大 気 のバックグラウンドのCO 2 濃 度 を280ppmと 仮 定 して 計 算 している。- 371 -

図 6.18 7 箇 所 の 注 入 場 所 を 平 均 した、3 通 りの 深 度 における7つの 海 洋 大 循 環 モデルの 結 果 (Orr, 2004)示 されているパーセンテージは、2000 年 から2100 年 までの 一 定 割 合 での 注 入 のうち、 保 持 される 割 合である。より 深 い 場 所 での 注 入 のほうが 浅 い 場 所 での 注 入 よりCO 2 を 大 気 から 長 い 期 間 隔 離 するという 点 で、モデルは 一 致 している。3000mでは、 注 入 された 炭 素 の 大 半 はシミュレーション 終 了 時 の500年 の 時 点 でも 大 気 から 隔 離 されていた。- 372 -

図 6.19 10 通 りの 海 洋 モデルシミュレーションにおける、3 箇 所 の 注 入 場 所 ( 深 さ3000m)の 貯 留 結 果の 比 較 (Orr, 2004)様 々な 海 域 で 放 出 のため、 保 持 されているCO 2 の 割 合 に 関 する 予 想 はモデルによって 異 なる。- 373 -

ボックス6.3 貯 留 場 所 に 保 持 されるCO 2 の 割 合 の 指 標二 酸 化 炭 素 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離 が、どの 程 度 気 候 変 動 を 緩 和 するのに 効 果 的 かを 表 すために様 々な 指 標 が 使 われてきた(Mueller et al., 2004)。ここでは、3 通 りの 深 さへのCO 2 注 入 に 関 してHerzog et al.(2003)の 報 告 した 概 略 モデル 結 果 を 用 いて、 指 標 のいくつかを 実 証 する( 図 6.17)。保 持 される 割 合 ( 第 1 章 参 照 )とは、 一 定 の 期 間 にわたって 貯 留 場 所 に 保 持 されるために 大 気CO 2 濃 度 に 影 響 を 及 ぼす 機 会 を 持 たない、 注 入 CO 2 の 蓄 積 量 の 割 合 である(Mignone et al., 2004)。長 い 時 間 経 過 すると 保 持 される 割 合 はゼロに 近 づき( 図 6.17)、 注 入 されたCO 2 は( 先 に 炭 酸 塩堆 積 物 と 反 応 するものも 少 量 存 在 するが)ほぼすべて 大 気 と 反 応 することを 示 す。空 中 に 浮 遊 する 割 合 とは、 大 気 CO 2 含 有 量 を 増 加 させる 放 出 CO 2 の 割 合 である(Kheshgi andArcher, 2004)。 大 気 への 放 出 では、 空 中 に 浮 遊 する 割 合 は 当 初 は1であるが、 追 加 されたCO 2 が海 と 混 合 するにつれて 約 0.2に 減 少 し( 大 気 CO 2 濃 度 による)、CO 2 が 堆 積 物 と 反 応 するとさらに約 0.08にまで 減 少 する(Archer et al., 1997)。 深 海 での 放 出 では、 空 中 に 浮 遊 する 部 分 は 当 初 はゼロであるが、やがて 大 気 への 放 出 の 値 に 近 づく。 空 中 に 浮 遊 する 漸 近 割 合 は、 表 層 水 のCO 2 濃 度によって 決 まる( 図 6.3)。本 報 告 書 を 通 じて、 保 持 される 割 合 は、CO 2 が 貯 留 される 期 間 を 表 すのに 用 いられる。さらに、海 洋 炭 素 貯 留 の 有 効 性 を 他 のオプションと 比 較 するため、 以 下 の 指 標 を 使 用 できる。 正 味 現 在 価 値 (NPV)アプローチ(Herzog et al., 2003)では、 一 時 貯 留 を、CO 2 の 大 気 への排 出 遅 延 に 等 しいとみなす。CO 2 排 出 遅 延 の 価 値 は、 将 来 の 排 出 コストと 経 済 的 な 割 引 率 によって 決 まる。 排 出 コストが 割 引 率 より 低 い 比 率 で 増 加 する 場 合 、 一 時 貯 留 (すなわち 排 出遅 延 )にも 経 済 的 価 値 が 存 在 する(Herzog et al., 2003)。 地 球 温 暖 化 係 数 (GWP)は、 様 々な 温 室 効 果 ガス 排 出 の 気 候 に 対 する 影 響 を 比 較 するため、IPCCの 定 義 した 指 標 である。 一 定 の 対 象 期 間 における 温 室 効 果 ガス 排 出 の 放 射 性 気 候 強 制力 を 累 積 することによって 計 算 する。この 指 標 は、 二 酸 化 炭 素 の 海 洋 及 び 大 気 への 排 出 による 放 射 性 強 制 力 を 比 較 するため 適 用 されてきた(Kheshgi et al., 1994, Ramaswamy et al.,2001)。Haugan and Joos(2004)は、 海 へのCO 2 放 出 のうち 空 中 に 浮 遊 している 割 合 が 気 候に 及 ぼす 影 響 を、 大 気 への 放 出 による 影 響 と 比 較 するという、GWPアプローチへの 修 正 を提 案 している。 表 6.2は、3 通 りの 深 さにおける 概 略 モデルから 得 られる 結 果 を、これらの 指標 について 比 較 している。- 374 -

表 6.2 図 6.17に 示 す 図 式 モデルの 結 果 を 用 いて 説 明 している、 本 文 中 に 述 べた 指 標 の 評 価 。 正 味 現 在価 値 の 指 標 では、パーセンテージは 割 引 率 からCO 2 排 出 コストの 増 加 率 を 引 いた 値 を 表 す(それらが等 しければ、 一 時 炭 素 貯 留 の 正 味 現 在 価 値 はゼロである)。 図 に 示 す2 桁 の 有 効 数 字 は、モデルの 結 果の 正 確 さを 上 回 る。6.4 サイト 選 択6.4.1 背 景CO 2 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離 のためのサイト 選 定 について、 特 に 扱 った 論 文 は 発 表 されていない。従 って 我 々は、 海 洋 隔 離 サイトを 選 択 する 際 に 考 慮 されるべき 一 般 的 な 要 素 しか 論 じることができない。 考 慮 されるべき 要 素 として、 環 境 への 影 響 、コスト、 安 全 性 、 国 際 問 題 ( 国 境 を 越 えた輸 送 を 含 む)などがある。 環 境 への 影 響 、コスト、 社 会 ・ 政 治 問 題 は 本 報 告 書 の 他 の 章 で 扱 っているので、ここでは 保 持 される 割 合 に 着 目 し、あるいはコストを 下 げるサイト 選 択 要 因 について簡 単 に 考 察 する。6.4.2 海 水 柱 への 放 出深 海 域 の 近 くにある 大 規 模 CO 2 発 生 源 は、 一 般 に、CO 2 の 直 接 投 入 を 実 施 するのに 最 もコスト 効率 の 良 い 設 定 であろう( 図 6.21; セクション6.9)。モデルからサイトに 固 有 の 差 異 が 存 在 することがわかるが、CO 2 直 接 投 入 作 業 の 有 効 性 に 関 する 潜 在 的 サイトのランク 付 けは、モデル 間 でまだ 一 致 していない(Orr, 2004)。- 375 -

図 6.21 深 さと 海 底 面 との 関 係 。CO 2 湖 のためのサイトを 選 択 する 際 には、 海 底 の 境 界 層 流 を 考 慮 に 入れなければならないだろう。 海 底 の 摩 擦 と 乱 流 のため 溶 解 速 度 と 溶 存 態 CO 2 の 垂 直 輸 送 が 大 きくなり、湖 の 寿 命 が 短 くなる 可 能 性 がある(セクション6.2.1.6)。 比 較 的 限 定 された 窪 みか 海 溝 にCO 2 湖 を 優 先的 に 配 置 するよう 示 唆 される(Ohsumi, 1995)。6.4.3 海 底 の CO 2 湖液 体 CO 2 の 密 度 が 周 囲 の 海 水 より 高 くなければならないので(ボックス6.2)、CO 2 湖 は3000m以 下 の 海 底 になければならない( 図 6.20 及 び6.21)。- 376 -

図 6.20 深 さ1kmと3kmにおける 海 水 の 配 置 。 陸 地 から 少 なくとも 深 さ3kmの 海 までの 距 離 (Caldeiraand Wickett, 2005)。 一 般 に、 最 も 明 るい 色 の 陸 地 部 分 が、CO 2 注 入 作 業 にとって 最 もコスト 効 率 の 良 い設 定 である。ただし、どのサイトも、 展 開 の 前 に 評 価 を 受 ける 必 要 がある。これらの 海 洋 大 循 環 モデルの 計 算 は、CaCO 3 堆 積 物 または 海 洋 生 物 相 との 相 互 作 用 を 考 慮 していない。 海 中 のCO 2 濃 度 が 高 まることによりCaCO 3 堆 積 物 の 溶 解 が 促 進 され、 予 測 されるCO 2 保 持も 増 加 する 傾 向 がある。これは 深 海 についてモデル 化 されているので、 大 西 洋 の 堆 積 物 にはCaCO 3が 多 いことから、 大 西 洋 で 放 出 されたCO 2 のほうがより 多 く 保 持 されることになる(Archer et al.,1998)。海 中 へのCO 2 投 入 の 予 備 的 数 値 シミュレーションは、 海 洋 の 循 環 が 弱 まり 海 の 層 化 が 進 んだ 結果 、 同 時 進 行 中 の 地 球 温 暖 化 に 合 わせて、 注 入 されたCO 2 の 海 による 保 持 量 が 増 加 することを 予想 している(Jain and Cao, 2005)。 近 年 主 要 な 海 盆 すべてで 層 化 が 進 んでいることを 示 す 証 拠 もある( 例 :Joos, 2003; McPhaden and Zhang, 2002; Palmer et al., 2004; Stramma et al., 2004)。6.4.4 石 灰 岩 の 中 和増 加 したCO 2 による 酸 性 化 を 中 和 するために 必 要 となる 海 水 及 び 石 灰 岩 の 量 を 考 慮 すると、 海と 大 量 の 石 灰 岩 の 埋 蔵 地 との 両 方 に 近 いCO 2 排 出 源 にとって、 石 灰 岩 による 中 和 が 最 も 適 している(Rau and Caldeira, 1999)。- 377 -

6.5 注 入 技 術 と 運 用6.5.1 背 景海 洋 隔 離 技 術 の 開 発 は 一 般 的 に 構 想 段 階 であるため、 我 々は 一 般 原 則 を 論 じることしかできない。 海 洋 隔 離 に 関 するこれら 構 想 上 の 技 術 に 関 して、エンジニアリング 分 析 や 実 験 的 研 究 は 限 られており(Nihous, 1997)、 実 地 試 験 はまったく 行 われていない。 運 用 経 験 もない。 海 中 へ 注 入 されたCO 2 の 大 気 からの 隔 絶 を 向 上 し、あるいは 環 境 に 対 する 影 響 を 減 らすため、 様 々な 技 術 構 想が 提 案 されてきた。そういった 技 術 を 利 用 可 能 にするためには 更 なる 研 究 開 発 が 必 要 であるが、技 術 上 の 大 きな 障 壁 は 見 当 たらない。6.5.2 水 柱 への 放 出液 体 CO 2 を1,000m 以 深 で 散 布 することは 技 術 的 に 可 能 である。 液 体 CO 2 は 比 較 的 容 易 に 適 切 な 深さまで 輸 送 できるので、この 時 点 で 望 ましい 放 出 方 法 は 液 相 または 高 密 度 な 気 相 (31°Cで72.8barという 臨 界 点 を 越 えた 圧 縮 によって 実 現 できる: 超 臨 界 相 )だと 考 えられる。このCO 2 を 深 海 へ運 ぶパイプは、CO 2 石 油 増 進 回 収 プロジェクトで 使 用 されているCO 2 を 輸 送 するための 地 上 で 商 業的 に 使 われてきたパイプと 類 似 している(Ozaki et al., 1997)。モデル(Liro et al., 1992, Drange andHaugan, 1992)によれば、 適 切 に 設 計 した 分 散 器 があれば、 注 入 深 さから100mの 地 点 のほぼすべてのCO 2 は 海 に 溶 けるだろうと 予 測 されている。CO 2 を 多 く 含 むこの 水 は、 主 として 密 度 一 定 層 の表 面 に 沿 って 水 平 に 分 散 しながら 希 釈 されていく。一 般 的 に 水 柱 への 注 入 計 画 は、 初 期 投 入 時 に 一 連 の 分 散 器 を 用 いたり、 他 の 方 法 によって 希 釈することで、 局 所 的 な 海 洋 化 学 への 影 響 を 最 小 限 にすることを 構 想 している。 希 釈 することにより、 生 物 がpHの 非 常 に 低 い(CO 2 の 非 常 に 高 い) 環 境 にさらされる 機 会 を 減 らすことができる(セクション6.7)。CO 2 を 海 に 放 出 する 一 連 のオプションの 中 には、 海 岸 から 深 海 へパイプラインを 通 じて 液 体 CO 2を 輸 送 するというものがある。「IEA 温 室 効 果 ガス 研 究 開 発 プログラム 海 洋 隔 離 ワークショップでの、ある 石 油 技 術 者 と 造 船 技 師 の 発 言 によると」このことは 設 計 にとって 大 きな 問 題 を 新 たに提 起 するものではない(Ormerod et al., 2002)。1,000m 以 上 の 深 さで 作 業 をするプロジェクトが 定期 的 に 行 われる 関 係 で、 石 油 業 界 は 海 中 海 洋 工 学 の 分 野 で 大 きく 進 歩 してきている。 石 油 ・ガス業 界 はすでに 深 さ1,600mに 至 る 海 底 にパイプを 敷 設 しており、3,000mも 技 術 的 に 可 能 であることが 設 計 研 究 によって 示 されている(Ormerod et al., 2002)。 直 径 1mのパイプであれば70,000tCO 2 /日 の 輸 送 能 力 があり、 石 炭 を 燃 料 とする3GW e の 発 電 所 からのCO 2 回 収 量 にも 十 分 である(Ormerodet al., 2002)。Liro et al.(1992)は、 深 さ 約 1,000mで 海 底 近 くに 設 置 した 連 結 管 から 液 体 CO 2 を 注入 し、 浮 上 する 液 滴 プルームを 形 成 することを 提 案 した。Nihous et al.(2002)は、 深 さ3,000m 以下 で 海 底 近 くに 設 置 した 連 結 管 から 液 体 CO 2 を 注 入 し、 沈 む 液 滴 プルームを 形 成 することを 提 案した。 深 度 500m 以 深 では、 排 出 パイプやノズルの 内 側 でハイドレートが 生 成 しないことを 確 認 するため、 技 術 的 な 作 業 を 行 わなければならない。ハイドレートの 生 成 はパイプやノズルの 流 れを詰 まらせてしまうことがあるためである。CO 2 を 放 出 するため、 静 止 したプラットフォームからタンカー(Ozaki et al., 1995)あるいは 曳航 パイプで(Ozaki et al., 2001) 輸 送 することができる。いずれの 場 合 も、CO 2 タンカーの 設 計 は現 在 液 化 石 油 ガス(LPG)の 輸 送 に 使 われているものとほぼ 同 じであろう。 要 求 される 圧 力 を 下- 378 -

げるため、 摂 氏 -55 度 と 圧 力 6barの 設 計 条 件 で 冷 却 を 行 う(Ormerod et al., 2002)。 分 散 した 初 期 濃度 を 生 み 出 すことによって、 最 大 pHの 偏 位 の 程 度 を 小 さくする。これにはおそらく 当 初 のCO 2 液滴 の 大 きさと 曳 航 パイプの 後 にできる 乱 流 混 合 を 考 慮 した 設 計 も 含 まれる(Tsushima et al., 2002)。CO 2 液 滴 が 水 相 - 気 相 の 境 界 に 達 する 前 に 完 全 に 溶 けるよう、 分 散 器 を 設 計 することができる。CO 2 ハイドレートは 海 水 より 約 15% 重 いことから 沈 む 傾 向 があり、 幅 広 い 範 囲 の 深 さで 海 水 に溶 解 する(Wannamaker and Adams, 2002)。Kajishima et al.(1997) 及 びSaito et al.(2001)は、 傾斜 した 海 底 を 沈 んでいく 流 れを 形 成 するため、 約 500-1,000mの 深 さでCO 2 と 海 水 の 高 密 度 の 混 合物 を 作 り 出 すという 案 を 研 究 した。また 別 の 案 は(Tsouris et al., 2004; West et al., 2003)1000-1500mの 深 さで、CO 2 ハイドレート/ 海 水 スラリーを 放 出 して 沈 めることを 構 想 している。この 沈 降 プルームは 沈 みながら 溶 解 し、 垂 直 に 数 キロメートルにわたってCO 2 を 分 散 させる 可 能 性 があり、 当初 中 層 水 で 放 出 されたにもかかわらずCO 2 の 幾 分 かは 深 海 の 貯 留 場 所 で 保 持 されるようになる。ハイドレート/ 海 水 スラリーの 生 産 は 海 で 実 験 的 に 実 証 されてきた(Tsouris et al., 2004)。Tsouris etal.(2004)は、 深 さ1,000mの 海 で、 毛 細 管 ノズルの 中 で 海 水 とCO 2 を 迅 速 に 混 合 させ、 中 立 的 に浮 遊 力 のあるペーストを 作 り 出 すという 現 地 実 験 を 実 施 した。これによって、 浮 遊 プルームの 生成 による 保 持 時 間 と 比 較 すると、 海 洋 保 持 時 間 が 長 くなる。Aya et al.(2004)は、 低 温 液 体 CO 2と 固 体 CO 2 をハイドレート 膜 と 混 合 したスラリーを 放 出 することによって、 急 速 に 沈 むCO 2 プルームを 形 成 できることを 示 した。この 方 法 によって、 長 尺 パイプのコストをかけずに、 船 が 浅 海 で放 出 したCO 2 を 深 海 へ 効 果 的 に 輸 送 できる。これらの 計 画 すべてにおいて、CO 2 の 最 終 形 は 海 に 溶解 することであり、より 深 海 で 溶 解 すれば 保 持 量 も 増 えることになる。6.5.3 CO 2 湖 の 形 成Nakashiki(1997)は、 海 底 にCO 2 湖 を 作 るために 液 体 CO 2 タンカーから 使 用 することのできる 各種 の 排 出 管 を 調 査 した。そして「 浮 遊 排 出 管 」が、 代 替 案 より 単 純 で 嵐 の 条 件 下 でも 風 や 波 による 損 傷 を 受 けにくいことから、 最 善 の 選 択 肢 ではないかとの 結 論 に 達 した。Aya et al.(2003)は、ドライアイスと 混 ぜて 液 体 CO 2 のスラリーを 作 り、それを 約 200-500mの深 さの 海 に 放 出 することを 提 案 した。ドライアイスは 周 囲 の 海 水 より 密 度 が 高 いので、スラリーを 沈 ませる。Californiaの 沖 で 実 施 された 現 場 試 験 によると、 当 初 直 径 8.0cmのCO 2 スラリーとドライアイスの 塊 は、ドライアイスが 解 けるまでの2 分 以 内 に、 約 50メートル 沈 んだ(Aya et al., 2003)。CO 2 スラリーとドライアイスの 初 期 サイズは、3000m 以 上 沈 んで 海 底 に 到 達 できるようにするための 決 定 的 な 要 素 である。 性 能 基 準 を 満 たすため、ドライアイスの 含 有 量 は 主 動 力 エンジン、コンプレッサー、コンデンサー 及 び 配 管 システムで 構 成 されるシステムによって 制 御 される。6.6 モニタリングと 検 証6.6.1 背 景モニタリング( 図 6.22)は 少 なくとも2つの 目 的 で 行 われる。(1)ある 特 定 のCO 2 貯 留 作 業 に 関して 具 体 的 な 情 報 を 得 ること、 及 び(2) 一 般 的 な 化 学 的 理 解 を 得 ることである。モニタリングプログラムは、 各 排 出 源 から 出 るCO 2 の 質 量 と 分 配 を 数 値 化 するよう 努 めるべきであり、 関 連 のある 生 物 学 的 ・ 地 球 化 学 的 パラメータを 記 録 できる。これらと 同 じ 課 題 は、 海 底 下 地 中 貯 留 から 生じうる 漏 洩 のモニタリングやそういった 漏 洩 が 起 こらないことの 検 証 のためのモニタリングにも関 連 する 可 能 性 がある。 例 えば 海 底 への 下 水 投 棄 のモニタリング 手 順 はすでに 十 分 確 立 されてお- 379 -

り、そのような 事 例 から 経 験 を 得 ることができるだろう。図 6.22 パイプラインを 通 じたCO 2 の 深 海 への 注 入 を 監 視 するために 取 り 得 るアプローチの 概 略 図灰 色 部 分 は、パイプラインの 端 から 伸 びる 高 CO 2 / 低 pHの 水 プルームを 表 す。2 組 の 化 学 センサー・ 生物 学 センサー・ 海 流 センサーと、2 台 の 水 中 カメラがパイプラインの 端 に 示 されている。 結 果 として 生じるプルームの 方 向 と 大 きさを 監 視 するための 係 留 センサーの 列 がパイプの 周 りにあり、 起 こり 得 る漏 れを 監 視 するためパイプラインに 沿 っても 配 置 されている。 陸 上 施 設 がセンサーに 電 力 を 供 給 しており、リアルタイムのデータを 取 得 するため 自 走 式 の 水 中 車 両 が 近 接 場 でのプルーム 分 布 をマッピングしている。 被 曳 航 揺 動 ポンプシステムは、 投 入 場 所 から 数 キロメートル 以 上 離 れた 遠 方 で 監 視 を 行う。 被 曳 航 システムははるかに 精 度 の 高 い 測 定 結 果 を 提 供 できるが、 比 較 的 短 期 間 で 広 範 囲 にわたる測 定 結 果 も 提 供 できる。 係 留 システムはマッピングのための 巡 回 の 合 間 にプルームを 監 視 するのに 用いられる。これらの 係 留 設 備 の 表 面 にはブイが 設 置 されており、 監 視 施 設 に 衛 星 を 経 由 して 毎 日 発 信している。 非 常 に 遠 い 場 所 での 分 布 は、2-5 年 ごとに 行 われる 水 路 部 分 巡 航 で 標 準 的 な 個 別 サンプリングアプローチを 用 いて 監 視 する。これらのアプローチは、バックグラウンドの 変 化 を 増 加 させる 小 さなCO 2 シグナルを 検 知 するのに 必 要 な 正 確 さと 精 度 を 提 供 する。6.6.2 放 出 される 物 質 量 と 配 分 のモニタリング6.6.2.1 近 傍 のモニタリングパイプを 通 るCO 2 流 に 適 用 されうる 性 能 基 準 とプラントの 適 合 性 を 検 証 するのに、 深 刻 な 障 害はないように 見 える。いったんCO 2 がパイプを 通 って 排 出 されれば、 具 体 的 なモニタリング 手 順はプルームが 浮 揚 しているか 沈 んでいるかによって 決 まる。 固 定 位 置 からの 注 入 であれば、 航 送船 舶 から 注 入 するオプションより 検 証 面 での 困 難 は 少 ない。陸 上 の 大 規 模 排 出 源 からの 海 洋 注 入 では、 適 合 性 の 検 証 にCO 2 流 とCO 2 純 度 が 環 境 規 制 ( 例 : 微量 金 属 の 濃 度 など)に 従 っているか 検 証 するための 陸 上 の 施 設 点 検 が 必 要 である。 発 電 所 の 場 合- 380 -

は、 燃 焼 排 ガスの 流 速 とCO 2 分 圧 を 監 視 することが 可 能 であり、 従 って 完 全 な 発 電 所 の 炭 素 監 査となる。固 定 位 置 からのCO 2 の 海 への 排 出 をモニタリングするには、 様 々な 方 策 がある。Brewer et al.(2005)は、4kmの 深 さでの 小 規 模 な 実 験 的 放 出 から 生 じたCO 2 を 多 く 含 む 海 水 のプルームを、 多数 のphセンサーと 伝 導 率 センサーで 観 察 した。 十 分 高 い 時 間 分 解 能 で 測 定 した 海 のpHと 流 れの 特徴 は、CO 2 の 放 出 速 度 、その 場 所 でのCO 2 の 蓄 積 度 、サイトからの 正 味 輸 送 距 離 を 評 価 するのに 利用 できる(Sundfjord et al., 2001)。 海 中 ビデオカメラで 放 出 ポイントをモニタリングしてCO 2 の 流れを 観 察 できる。 液 体 CO 2 ( 約 300m/s)と 海 水 ( 約 1,500m/s) 音 速 の 差 が 非 常 に 大 きいことにより、音 響 技 術 ( 例 :ソナー)を 使 って 非 常 に 効 率 良 く 水 相 CO 2 をモニタリングできる 可 能 性 がある。海 底 のCO 2 湖 へのCO 2 の 直 接 配 置 も 検 証 することができ、 音 響 、pH、 速 度 の 測 定 を 組 み 合 わせて、また 水 中 車 両 で 直 接 点 検 することによって、 量 と 損 失 率 を 決 定 することもできる。 水 中 車 両は、ロープで 牽 引 されるものであれ 自 走 式 のものであれ、モニタリングと 検 証 に 突 出 した 役 割 を果 たす。 広 範 囲 で 複 雑 な 軌 道 をたどるようプログラムできる 自 走 式 車 両 が 開 発 されているが(Simonetti, 1998)、 急 速 に 変 化 する 圧 力 場 ・ 温 度 場 で 正 確 にpHを 感 知 できるかどうかはまだ 実証 されていない。ロープで 牽 引 される 車 両 による 深 海 のpHモニタリングは 非 常 に 正 確 であることが 証 明 されており(Brewer et al., 2004)、これらの 車 両 は 後 の 分 析 のため、 正 確 に 決 めた 位 置 からサンプルを 定 期 的 に 収 集 することができる。6.6.2.2 広 域 のモニタリング船 上 での 測 定 とモデリングアプローチを 用 いて、 注 入 されたCO 2 の 広 域 での 分 布 をモニタリングすることが 可 能 だろう。 海 中 でpHプルームを 識 別 する 能 力 は 十 分 実 証 されてきた( 図 6.23)。海 中 のCO 2 の 合 計 を 測 定 するための 海 流 解 析 手 法 は、 約 0.05%の 精 度 がある(Johnson et al., 1998)。1km 3 あたり 約 90トンのCO 2 が 増 えても、 測 定 可 能 な 変 化 が 見 られるだろう。 言 い 換 えれば、 注 入開 始 前 に 高 密 度 調 査 によりその 地 域 の 溶 存 無 機 炭 素 の 濃 度 をマッピングした 場 合 、たとえ10 7 km 3(すなわち5000km 2000km 1km)にわたって 分 散 していたとしても、1GtのCO 2 を 検 出 できる。- 381 -

図 6.23 天 然 のCO 2 プルームの 化 学 的 影 響 を 測 定 する 能 力 を 示 した 測 定 結 果pHの 値 は1999 年 6 月 、 米 国 ・オレゴン 州 ポートランド 近 海 の、46ºN 130ºWにあるアキシャル 火 山 の 近くで 収 集 された。浅 海 の 混 合 層 は 変 動 性 が 大 きいことから、 混 合 層 の 年 間 最 大 深 度 より 浅 い 水 域 でのCO 2 のわずかな 変 化 を 直 接 モニタリングすることは 困 難 であると 想 定 される。 表 層 水 との 季 節 的 な 混 合 は 深さ800mにまで 及 ぶ 場 所 もあるが、 海 洋 のほとんどの 部 分 では200m 以 下 である。しかし 季 節 混 合層 の 下 なら、 定 期 的 な 船 上 調 査 (2-5 年 ごと)により 注 入 プルームの 拡 大 を 数 値 化 することができる。海 中 に 貯 留 された 炭 素 が 大 気 へ 放 出 されるのを 測 定 する 直 接 的 な 手 段 はない。 実 際 的 な 興 味 の 対象 となり 得 るほとんどの 場 合 、 海 中 から 大 気 への 貯 留 CO 2 の 流 れは、 自 然 の 変 動 性 や 我 々の 測 定の 精 度 と 比 較 すると 小 さなものである。 実 施 面 からすると、 大 気 と 反 応 した 炭 素 と 反 応 していない 炭 素 を 区 別 することは 不 可 能 である。 長 期 的 に 見 た 注 入 CO 2 の 最 終 形 を 評 価 するためにモデルを 使 用 することは、ある 特 定 のサイトからの 正 味 貯 留 を 適 正 に 把 握 するために 重 要 である。海 中 炭 素 濃 度 の 自 然 なバックグラウンドの 変 動 を 考 えると、 注 入 源 から 非 常 に 離 れた 場 所 で 注入 CO 2 を 測 定 することは、 不 可 能 ではないにせよ 極 めて 困 難 であると 想 定 される。 複 数 の 場 所 から 来 た 注 入 プルームが 重 複 し 混 合 し 始 めた 場 合 に、ある 傾 向 を 特 定 の 放 出 源 と 結 びつけるのは 一- 382 -

層 困 難 になる。 大 気 からの 吸 収 によるCO 2 とは 対 照 的 に、 一 部 の 海 域 ではCO 2 の 増 加 の 原 因 を 意 図的 な 海 洋 隔 離 とみなすことも 困 難 であろう。6.6.3 環 境 影 響 のモニタリングのための 手 法 と 技 術現 在 現 地 実 験 に 使 用 されている 技 術 を、 近 傍 における 直 接 CO 2 注 入 の 結 果 をモニタリングするため 用 いることができる(セクション6.7)。 例 えば 研 究 者 (Barry et al., 2004, 2005; Carman et al.,2004; Thistle et al., 2005)は、 深 海 の 生 物 に 対 するCO 2 増 加 の 影 響 を 観 察 するため、 実 験 的 手 段 を開 発 してきた。しかしそういった 実 験 や 研 究 は 一 般 に、 狭 い 範 囲 の 種 における 急 性 毒 性 の 証 拠 を求 めている(Sato, 2004; Caulfield et al., 1997; Adams et al., 1997; Tamburri et al., 2000)。 致 命 的 とまでは 至 らない 影 響 についてはKurihara et al.(2004)が 調 査 してきた。 注 入 前 後 の 生 態 系 の 構 造 や力 学 的 な 変 化 を 評 価 するために、プロセス 研 究 、 生 物 地 球 化 学 的 トレーサー 調 査 、 海 底 研 究 が 利用 できる。 海 洋 内 部 の 広 範 囲 にわたる 状 態 をどうモニタリングするのが 適 切 かは、それほど 明 瞭ではない(セクション6.7.3 及 び6.7.4)。 生 物 地 球 化 学 的 トレーサーと 深 海 生 物 相 に 関 する 進 行 中の 長 期 調 査 は、 深 海 生 態 系 の 長 期 的 な 変 化 を 検 知 するのに 役 立 つ。6.7 環 境 への 影 響 、 危 険 、 危 機 管 理6.7.1 生 物 学 的 影 響 及 び 危 険 に 関 する 概 論全 体 的 にみても、 深 海 生 物 の 個 体 群 と 群 集 の 構 造 、また 深 海 の 生 態 学 的 相 互 作 用 についての 知識 は 限 られている(ボックス6.4)。 従 って、 意 図 的 な 炭 素 貯 留 に 対 する 深 海 生 態 系 の 感 受 性 や、深 海 から 供 給 される 可 能 性 がある 未 知 の 生 態 系 サービスへの 影 響 はほとんど 知 られていない。海 洋 隔 離 に 関 する 提 案 の 大 半 は、 大 量 の 水 でCO 2 を 希 釈 するか、 少 量 でCO 2 を 隔 絶 するか( 例 :CO 2 湖 中 )して、 高 濃 度 のCO 2 を 含 む 水 の 体 積 を 最 小 にしようとするものである。しかし 広 範 囲 に展 開 されれば、CO 2 注 入 戦 略 は 最 終 的 に 少 々CO 2 濃 度 の 高 くなった 大 量 の 水 を 発 生 させることになる( 図 6.15)。 制 御 された 実 験 において 比 較 的 純 粋 な 大 量 のCO 2 が 深 海 に 注 入 されたことはないので、 環 境 への 危 険 に 関 する 結 論 は、 主 として 研 究 室 での 実 験 と 小 規 模 な 現 場 実 験 、 及 びこれらの実 験 に 基 づく 概 念 モデル・ 数 学 モデルを 用 いた 推 論 などを 根 拠 とせざるをえない。ナチュラルアナログ(ボックス6.5)を 関 連 させることもできるるが、 提 案 されている 海 洋 工 学 プロジェクトとは 大 きく 異 なっている。海 表 面 と 比 較 すると、 深 海 の 大 半 は 安 定 していて、 時 間 が 経 過 してもその 物 理 化 学 的 な 要 因 はほとんど 変 わらない(ボックス6.4)。 進 化 的 淘 汰 のプロセスはおそらく 環 境 変 動 に 耐 えられそうな 個 体 を 排 除 したのだろう。その 結 果 、 深 海 の 生 物 は、 浅 瀬 に 生 息 する 同 類 の 生 物 より 環 境 の 摂動 に 敏 感 である 可 能 性 がある(Shirayama, 1997)。海 洋 隔 離 は、ほとんど 光 も 届 かず 光 合 成 を 行 う 生 物 も 存 在 しない 深 海 で 行 われるであろうから、以 下 の 議 論 は 主 として 従 属 栄 養 生 物 ( 主 に 動 物 )に 対 するCO 2 の 影 響 を 扱 う。 深 海 の 水 柱 や 堆 積物 に 生 息 する 多 様 な 動 物 相 はCO 2 の 海 洋 隔 離 により 影 響 を 受 ける 可 能 性 があり、それは 生 態 系 の構 造 や 機 能 の 変 化 につながる。 従 って、CO 2 の 影 響 は 個 体 ( 生 理 的 )レベルと 生 態 系 レベルの 両方 で 特 定 される 必 要 がある。セクション6.2で 述 べた 通 り、 直 接 海 水 へ 投 入 するか 海 底 のCO 2 湖 として 投 入 するかを 問 わず、- 383 -

CO 2 を 海 中 へ 投 入 することは、 排 出 地 点 の 近 傍 及 び 下 流 で 溶 存 態 CO 2 の 変 化 をもたらすであろう。CO 2 を 海 水 に 溶 かすと(ボックス6.1、 表 6.3)CO 2 分 圧 が 上 昇 し(pCO 2 , 大 気 圧 の100 万 分 の1の 割-2合 として 表 され、μatmに 相 当 する)、pHが 減 少 し( 酸 性 が 強 くなる)、CO 3 濃 度 が 減 少 する( 不飽 和 )。これにより 堆 積 物 や 生 物 の 殻 からCaCO 3 が 溶 け 出 すことがある。そうすると 炭 酸 塩 (CO 2- 3 )から 重 炭 酸 塩 (HCO - 3 )が 生 じる。表 6.3 ΔpHとpCO 2 の 変 化 と 平 均 深 海 条 件 で 計 算 した 溶 存 無 機 炭 素 濃 度 との 関 係1トンのCO 2 を 指 定 されたΔpHになるまで 希 釈 するのに 必 要 な 水 の 量 、 海 全 体 に 均 一 に 分 布 している 場合 にこのΔpHとなるCO 2 の 量 も 示 すCO 2 含 有 量 が 増 加 しpHが 下 がった 海 水 の 空 間 的 拡 がりは、 放 出 されたCO 2 の 量 と、その 海 にCO 2を 投 入 するために 使 用 された 技 術 及 びアプローチによって 決 まる。 表 6.3は、CO 2 1トンを 指 定 されたpH 減 少 にまで 希 釈 するのに 必 要 な 海 水 の 量 を 示 す。さらに 希 釈 すると、あるΔpH 値 を 持 つ 海 の割 合 を 減 らし、それよりΔpHの 小 さい 水 の 体 積 を 増 やすことになる。CO 2 増 加 による 海 洋 化 学 の変 化 の 空 間 的 範 囲 を 表 すその 他 の 例 が、 図 6.11, 6.12, 6.13, 6.14, 6.15に 挙 げられている。ボックス6.4 関 連 する 海 洋 生 物 学 的 背 景 。光 合 成 は、もっぱら 光 と 栄 養 塩 ( 例 :PO 4 , NO 3 , NH 4+ , Fe)の 両 方 が 存 在 する 深 さ200mまでの 浅瀬 で 有 機 物 質 を 生 産 する。 光 合 成 は 表 層 で 炭 素 と 栄 養 分 の 多 くをリサイクルする 海 洋 食 物 連 鎖 の基 礎 を 形 成 している。この 有 機 物 の 一 部 は 最 終 的 に 粒 子 として 深 海 に 沈 み、 一 部 は 溶 存 態 有 機 物として 深 層 水 と 混 合 する。 表 層 からの 有 機 物 の 輸 送 が、 深 海 の 従 属 栄 養 生 態 系 を 支 えるエネルギーと 栄 養 分 の 大 半 を 提 供 する(Gage and Tyler, 1991)。 酸 素 極 小 層 と 火 山 性 CO 2 噴 出 口 を 除 き、 深海 に 住 む 生 物 のほとんどが、 低 濃 度 でほぼ 一 定 したCO 2 濃 度 の 中 で 生 息 している。低 緯 度 地 帯 では、 酸 素 消 費 とCO 2 放 出 のため、「 酸 素 極 小 層 」として 知 られる 低 濃 度 のO 2 と 高濃 度 のCO 2 で 特 徴 づけられる 区 域 が 約 1,000mの 深 度 に 生 成 される。バクテリアは 深 海 の 有 機 物 の主 要 消 費 者 である。 彼 らは 主 に、 有 機 炭 素 をCO 2 へ 酸 化 する 反 応 で 溶 存 態 酸 素 を 消 費 することによりエネルギーを 得 ている。 酸 素 極 小 層 では 海 水 のpHは7.7 未 満 であることもあり、 自 然 の 表 層水 の 平 均 pHよりおよそ0.5 低 い( 図 6.6)。海 底 近 く、 特 に 海 底 火 山 のCO 2 排 出 源 の 近 くでは、CO 2 濃 度 が 大 きく 変 動 し 得 る。 深 海 熱 水 噴 出孔 の 近 くで 最 高 80,000ppmのCO 2 分 圧 (pCO 2 , 大 気 圧 の100 万 分 の1の 割 合 として 表 される。μatmに相 当 )が 観 察 されている。これらは 深 海 水 の 典 型 的 な 値 の100 倍 以 上 である。 通 常 これらの 噴 出孔 には、 長 期 間 をかけた 進 化 でこれらの 条 件 に 適 応 した 動 物 相 が 生 息 している。 例 えばチューブワームは、 共 生 細 菌 と 共 同 して 高 濃 度 のCO 2 を 化 学 合 成 によるCO 2 固 定 に 利 用 できる(Childress et- 384 -

al., 1993)。有 機 物 の 酸 化 が 高 率 で 行 われ 上 を 覆 う 水 との 混 合 は 低 率 でしか 起 こらない 海 底 水 や 海 洋 堆 積物 において、 高 濃 度 のCO 2 ( 最 高 16,000ppmのpCO 2 ; Knoll et al., 1996)が 観 察 されている。このような 条 件 下 では、CO 2 濃 度 が 高 い 場 所 では 多 くの 場 合 O 2 濃 度 が 低 い。 夜 間 の 海 面 近 くにおいて、潮 間 帯 の 比 較 的 閉 鎖 性 の 潮 だまりの 呼 吸 フラックスが 高 濃 度 のCO 2 を 発 生 することがある。こういったパターンは、 一 部 の 環 境 で、 生 物 が 比 較 的 広 範 なpHの 変 動 及 び/または 低 いpH 値 を 耐 えるよう 進 化 したことを 示 唆 している。一 般 的 に 深 海 生 態 系 は、 海 面 近 くで 光 合 成 により 生 成 され 水 中 に 沈 んでくる 有 機 炭 素 の 沈 下 粒子 に 依 存 している。 深 海 、 特 に 酸 素 極 小 層 (Seibel et al., 1997)に 生 息 する 大 部 分 の 種 は、 代 謝 率が 非 常 に 低 い(Childress, 1995)。 深 海 に 生 息 する 生 物 は、 貯 蔵 したエネルギーを 保 存 しエネルギー 代 謝 を 最 小 限 にすることにより、エネルギーの 限 られた 環 境 に 適 応 してきた。 深 海 のエネルギー 制 限 と 低 温 の 結 果 として、 生 物 活 動 は 非 常 に 低 い 傾 向 がある。 例 えばソコダラの 呼 吸 数 は、 浅海 に 住 む 同 類 の 約 0.1%である。California Margin 大 陸 斜 面 に 沿 って 深 くなるほど 生 物 群 の 呼 吸 数 は指 数 関 数 的 に 落 ちていくが、 大 量 の 有 機 物 の 急 速 な 代 謝 が 海 底 で 観 測 されている(Mahaut et al.,1995; Smith and Demopoulos, 2003)。 従 って、 深 海 の 海 底 に 生 息 する 動 物 の 生 物 活 性 は 浅 瀬 の 海底 に 住 む 同 類 の 種 と 同 じぐらい 大 きいものも 存 在 し 得 る。深 海 生 態 系 は、 個 体 数 を 減 らす 撹 乱 から 回 復 するのに 長 い 時 間 がかかるかもしれない。 生 物 は繁 殖 活 動 を 控 えることによりエネルギーの 限 られた 深 海 の 環 境 に 適 応 してきたので、 深 海 に 生 息する 大 部 分 の 種 はほとんど 子 孫 を 残 さない。 深 海 の 種 はひとつひとつの 卵 に 多 く 投 資 する 傾 向 がある。 卵 を 大 きく、 卵 黄 を 豊 富 にし、 生 き 抜 くため 必 要 な 資 源 を 子 孫 に 与 えるのだ。 代 謝 率 が 低いために 深 海 の 種 はゆっくり 成 長 し、 浅 瀬 に 生 息 する 同 類 よりずっと 長 寿 命 となる 傾 向 がある。例 えば 深 海 の 海 底 に 生 息 する 直 径 1cm 未 満 の 二 枚 貝 は、100 年 以 上 生 きていることもある(Gage,1991)。つまり 深 海 の 種 は 個 々の 幼 生 を 失 うことにより、 浅 海 の 種 より 大 きな 影 響 を 受 けるということである。 撹 乱 を 受 けると、 再 定 着 及 び 群 集 の 回 復 には 深 海 でも 浅 瀬 と 同 じようなパターンをたどるが、はるかに 長 い 時 間 がかかる( 浅 海 では 数 週 間 ・ 数 ヶ 月 であるのに 対 し、 深 海 では 数年 かかる。Smith and Demopoulos, 2003)。海 底 に 生 息 する 生 物 の 単 位 面 積 あたりの 数 は、 深 くなるにつれて 指 数 関 数 的 に 減 少 する。おそらく 深 くなるに 従 い 食 物 の 供 給 が 少 なくなることと 関 連 している。 深 海 と 浅 海 の 海 底 では、 動 物相 はわずかな 種 によって 支 配 されることがある。 水 深 2,000-3,000mの 生 態 系 では、 個 体 数 が 減 るのに 対 し 種 の 多 様 性 は 増 す 傾 向 があり、つまり 個 々の 種 が 少 ない 個 体 数 しか 持 たないということである(Snelgrove and Smith, 2002)。 水 柱 の 動 物 相 は 海 底 の 動 物 相 ほど 多 様 ではないようであるが、それはおそらく 深 海 の 膨 大 な 量 の 水 が 比 較 的 均 質 であるためと 想 定 される。ボックス6.5 ナチュラルアナログと 地 球 の 歴 史活 発 なCO 2 注 入 がもたらしうる 物 理 的 又 は 生 物 学 的 影 響 を 更 に 理 解 するために 調 査 できると 考えられる、 海 中 の 強 力 なCO 2 排 出 源 や 海 生 生 物 に 有 害 な 流 体 を 持 つ 自 然 体 系 の 例 がいくつか 存 在する。- 385 -

CO 2 (または 有 害 物 質 )を 非 常 に 多 く 含 む 自 然 環 境 のほとんどには、 進 化 の 時 間 スケールの 中でそういった 特 殊 な 条 件 に 適 応 してきた 生 物 が 生 息 している。 地 球 の 歴 史 においては 多 くの 海で、 高 いCO 2 に 特 化 した 今 は 絶 滅 した 生 物 が 生 息 していた。このため、 大 部 分 の 現 存 の 海 洋 生 物に 対 するCO 2 注 入 の 影 響 を 予 測 し 一 般 化 するのに、 自 然 類 似 物 や 地 球 の 歴 史 を 当 てはめることは困 難 である。 二 酸 化 炭 素 を 多 く 含 む 液 体 の 放 出 : 熱 水 噴 出 孔 ( 中 央 海 嶺 と 関 係 していることが 多 い)は、しばしばCO 2 を 多 く 含 む 液 体 を 海 中 に 放 出 するので、CO 2 の 性 質 と 影 響 を 調 査 するのに 用 いられる。 例 えばSakai et al.(1990)は、 深 さ1335-1550mの 海 底 の 熱 水 噴 出 孔 フィールドから放 出 された、 全 体 の86-91%がCO 2 ( 残 りはH2Sやメタンなど)の 浮 遊 性 のハイドレートを 形成 する 流 体 を 観 測 した。これらの 流 体 は、ひどく 汚 染 された 産 業 由 来 のCO 2 と 同 じようなものだろう。これらの 流 体 は 海 水 が 酸 や 中 間 火 山 岩 と 高 温 で 反 応 して 生 成 したものであり、3.8°Cの 海 水 に 放 出 される。ハイドレートに 覆 われた 浮 遊 性 の 塊 が 海 底 で 生 成 し、その 後 それらは 海 水 に 溶 けながら 浮 上 する。 海 底 にあるCO 2 が 豊 富 でpHの 低 い(3.5-4.4) 液 体 の 噴 出孔 も、いくつかの 熱 水 系 で 発 見 されている(Massoth et al., 1989; Karl, 1995)。火 山 性 の 噴 出 孔 の 近 くでは、 深 海 生 態 系 は 化 学 エネルギーとCO 2 の 地 球 化 学 的 供 給 によって 維持 され 得 る。これらのサイトや、そこから 生 じるプルームについて 広 範 な 調 査 が 行 われてきたが、 工 業 的 なCO 2 貯 留 の 影 響 との 類 似 性 という 観 点 から 行 われたわけではなかった。そういった 調 査 を 行 えば、 動 物 相 が 高 CO 2 環 境 に 適 応 するためどのように 進 化 してきたかが 判 明 するだろう。 通 常 の 海 水 に 適 応 している 動 物 相 が、CO 2 濃 度 の 増 加 に 対 してどのように 反 応 するかが判 明 するのではない。* 深 海 塩 水 池 : 海 底 に、 無 酸 素 で 海 洋 生 物 にとって 有 害 な 濃 い 塩 水 池 が 多 数 存 在 することが 知られている。 濃 い 塩 水 は 溶 けやすいが、 上 を 覆 う 海 水 との 混 合 は、 高 密 度 の 溶 存 態 塩 水 による 安 定 成 層 によって 妨 げられる。 紅 海 には、 面 積 が 最 高 も60km 2 に 達 する、 高 温 ・ 高 塩 ・ 無酸 素 の 塩 水 で 満 たされたそのような 塩 水 池 が 数 多 く 存 在 している(Degens and Ross, 1969;Anschutz et al., 1999)。 動 物 はこういった 状 況 では 生 き 残 ることができず、 塩 水 - 海 水 の 輸 送された 熱 と 塩 分 が、 境 界 を 通 して 周 囲 の 底 層 水 にプルームを 形 成 する。 熱 水 源 が 塩 水 池 の 底に 塩 水 を 再 供 給 する(Anschutz and Blanc, 1996)。Gulf of Mexicoには 多 数 の 塩 水 池 が 存 在 している。 知 られている 最 大 のものはOrca Basinで、 水 深 2250mに90km 2 の 塩 水 池 があり、 塩 類鉱 床 からの 排 液 が 注 ぎ 込 んでいる。 塩 は 生 命 にとって 有 毒 であるが、 上 を 覆 う 海 との 境 界 面で 生 物 地 球 化 学 的 循 環 が 行 われている(van Cappellen et al., 1998)。 地 中 海 にも 多 数 の 大 きな 高 塩 性 の 海 盆 が 存 在 している(MEDRIFF Consortium, 1995)。総 合 すると、これらの 自 然 発 生 の 塩 水 池 は、 海 底 に 存 在 する 海 生 生 物 にとって 有 害 な 可 溶 性 で高 密 度 の 大 量 液 体 の 事 例 となる。これらの 塩 水 池 の 数 、 容 積 、 範 囲 は、これまで 検 討 されたCO 2 湖 形 成 のシナリオに 出 てくるものを 上 回 る。これらの 発 生 源 から 生 じるプルームの 影 響 については、ほとんど 研 究 が 行 われていない。これらを 調 査 することにより、 海 底 のCO 2 湖 による 環 境 への 影 響 に 関 係 する 可 能 性 のある 情 報 を 得 ることができると 思 われる。- 386 -

地 質 年 代 上 の 変 化 : 地 球 の 地 質 年 代 上 の 過 去 の 特 定 の 時 代 区 分 において、 海 はより 多 くの 溶存 態 無 機 炭 素 を 含 んでいた 可 能 性 があり、また/あるいはpHがもっと 低 かった 可 能 性 もある。海 洋 表 層 水 の 炭 酸 塩 鉱 物 の 飽 和 状 態 の 変 化 と 関 連 している 可 能 性 がある。 石 灰 化 生 物 の 分 布の 大 規 模 な 変 化 の 証 拠 が 地 質 学 的 記 録 の 中 に 存 在 する。 例 えばBarker and Elderfield(2002)は、氷 期 と 間 氷 期 とでの 浮 遊 性 有 孔 虫 のいくつかの 種 の 殻 の 重 さの 変 化 が 大 気 CO 2 濃 度 と 逆 の 相 関関 係 を 持 っていることを 示 し、 因 果 関 係 を 示 唆 した。カンブリア 紀 ( 約 5 億 年 前 )のCO 2 濃 度 は5000ppmという 高 さで、 平 均 値 はその 後 次 第 に 低 下した(Dudley, 1998; Berner, 2002を 参 照 )。 現 存 の 海 洋 カルシウム 濃 度 よりも2,3 倍 高 いということは、CO 2 濃 度 が 高 いにもかかわらず 古 代 の 海 で 例 えば 珊 瑚 礁 の 石 灰 化 が 可 能 であったことを 保 証 している(Arp et al., 2001)。 高 い 能 力 をもつ 動 物 が 海 に 出 現 し 始 めたのは、 大 気 中 のCO 2が 減 り 始 めてからである。これらの 生 物 による 成 果 は 大 気 中 CO 2 濃 度 の 減 少 に 左 右 された 可 能性 がある(Pörtner et al., 2004, 2005により 創 設 が 記 されている)。CO 2 は、ペルム 紀 後 期 / 三 畳 紀 の 大 量 絶 滅 ( 珊 瑚 、 関 節 のある 腕 足 動 物 、 苔 虫 動 物 、 棘 皮 動 物に 軟 体 動 物 、 節 足 動 物 、 脊 索 動 物 よりも 広 範 囲 に 影 響 を 及 ぼした)の 潜 在 的 な 主 要 要 因 であったとも 考 えられる(Knoll et al.,1996; Berner, 2002; Bambach et al., 2002)。Pörtner et al.(2004)は、これは 重 度 に 石 灰 化 した 骨 格 に 対 するCO 2 の 腐 食 性 影 響 によるものではないかと 仮 定 した。CO 2 の 変 動 は 大 きな 気 候 変 動 との 関 連 で 起 こったと 想 定 される。 気 温 変 動 、 低 酸 素 事 象 、CO 2変 動 の 影 響 がおそらく 絶 滅 に 関 与 していた(Pörtner et al., 2005, セクション6.7.3を 参 照 )。進 化 の 時 間 尺 度 で、 現 存 の 動 物 の 大 部 分 がCO 2 濃 度 の 低 い 環 境 に 適 応 してきた。 従 って 現 存 の動 物 はこれらの 低 いpCO 2 値 に 依 存 している 可 能 性 があり、 種 が 恒 久 的 に 増 加 したCO 2 濃 度 にどの程 度 適 応 できるかは 不 明 である。 高 濃 度 のCO 2 と 強 酸 性 の 水 への 暴 露 は 急 性 の 死 亡 要 因 となりうるが、CO 2 やpHや 炭 酸 塩 濃 度 のもっと 限 られた 変 化 であれば、 少 なくとも 一 時 的 に 耐 えることができるだろう。 浅 海 の 生 物 の 研 究 により、 化 学 環 境 の 変 化 がどのように 動 物 相 に 影 響 するか、また 多 種 多 様 な 生 理 的 メカニズムが 同 定 された。これらのメカニズムは 深 海 に 住 む 生 物 にも 当 てはまるはずである。しかし 生 理 的 メカニズムを 知 っているだけでは、 生 態 系 レベルへの 影 響 を 完 全に 評 価 することはできない。 生 殖 周 期 または 個 体 の 寿 命 より 長 い 期 間 の 長 期 的 影 響 が 見 逃 されている 可 能 性 があり、それが 劇 的 に 生 態 系 を 変 える 可 能 性 もあるためである。外 洋 に 生 息 する 種 は 比 較 的 安 定 した 低 いCO 2 濃 度 にさらされているため、CO 2 への 暴 露 に 敏 感 である 可 能 性 がある。 対 照 的 に、 海 洋 堆 積 物 、 特 に 潮 間 帯 に 生 息 する 種 は 定 期 的 にCO 2 変 動 にさらされており、 従 って 大 きく 変 動 するCO 2 濃 度 により 適 応 している 可 能 性 がある。CO 2 適 応 に 関 する生 理 的 メカニズムは、 主 としてこれらの 生 物 で 調 査 されてきた。 彼 らは 一 時 的 にエネルギー 代 謝を 減 らすことによって 増 加 したCO 2 濃 度 に 対 応 する。しかし、 代 謝 の 減 少 は 身 体 活 動 ・ 成 長 ・ 生殖 の 減 退 を 伴 うことから、 長 期 の 暴 露 のうちに 有 害 なものとなるだろう。 全 体 として、 海 洋 無 脊椎 動 物 は 魚 より 敏 感 なようである(Pörtner et al., 2005)。CO 2 の 影 響 は、 主 として 浅 海 に 生 息 する 魚 と 無 脊 椎 動 物 について 研 究 されてきた。しかしこれらの 動 物 の 中 には、2000m 以 下 にまで 及 ぶ 幅 広 い 深 度 をカバーしているか、 低 温 に 適 応 しているものもある( 例 :Langenbuch and Pörtner, 2003, 2004)。いくつかの 生 物 学 的 現 場 実 験 は、 深 海 で- 387 -

CO 2 を 用 いて 行 われている(ボックス6.6)。6.7.2 CO 2 の 生 理 学 的 影 響6.7.2.1 水 呼 吸 する 冷 血 動 物 に 対 するCO 2 の 影 響過 炭 酸 症 は、 生 物 (あるいはその 一 部 )が 高 濃 度 のCO 2 に 囲 まれていたときに 起 こる 状 態 である。これらの 条 件 下 では、CO 2 は 体 表 面 、 特 に 呼 吸 面 をとおして 生 物 体 内 に 入 り、 体 全 体 と 平 衡状 態 となる。このような 体 内 でのCO 2 蓄 積 が、 動 物 で 観 察 される 影 響 の 大 部 分 の 原 因 である(Pörtner and Reipschläger, 1996, Seibe and Walsh, 2001, Ishimatsu et al., 2004, 2005; Pörtner et al.,2004, 2005により 検 討 )。 呼 吸 困 難 、 昏 睡 、および 死 亡 が 高 濃 度 CO 2 の 最 も 明 白 な 短 期 的 影 響 だが、もっと 長 い 時 間 尺 度 で 見 ると、それより 低 い 濃 度 でも 重 大 な 影 響 を 持 つ 可 能 性 がある。 生 物 が 順応 したCO 2 濃 度 はその 急 性 臨 界 CO 2 閾 値 に 影 響 を 及 ぼすかもしれないが、 順 応 能 力 については 今 のところ 研 究 されていない。6.7.2.2 CO 2 の 影 響 とpHの 影 響 との 比 較通 常 、CO 2 に 対 する 許 容 限 度 は 海 洋 pHまたはpCO 2 の 変 化 によって 特 徴 づけられてきた(Shirayama, 1995; Auerbach et al., 1997を 参 照 )。しかし 周 囲 の 水 や 体 液 中 のCO 2 分 子 、 炭 酸 塩 、重 炭 酸 塩 の 濃 度 は、それぞれ 海 洋 生 物 に 特 定 の 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 がある(Pörtner andReipschläger, 1996)。 魚 や 無 脊 椎 動 物 などの 水 呼 吸 生 物 では、CO 2 の 侵 入 は 直 ちに 酸 塩 基 状 態 の 障害 を 引 き 起 こすので、イオン 交 換 メカニズムによって 補 正 する 必 要 がある。CO 2 蓄 積 による 急 性影 響 は、pHの 低 下 や 炭 酸 塩 イオン 濃 度 の 減 少 によるものより 深 刻 である。 例 えば 幼 魚 は 低 pHと 低CO 2 より、 低 pHと 高 CO 2 に 対 してより 敏 感 である(エアレーションによってpCO 2 レベルを 低 く 保ったままHClを 加 えることにより 実 現 。Ishimatsu et al., 2004)。ボックス6.6 CO 2 の 増 加 に 対 する 深 海 生 物 相 の 反 応 の 現 場 観 察深 海 及 び 浅 海 に 住 む 海 洋 動 物 相 の 二 酸 化 炭 素 濃 度 の 増 加 に 対 する 感 受 性 に 関 する 現 場 実 験 は、範 囲 が 制 限 されてきた。 実 験 では、セクション6.7.2で 報 告 したCO 2 の 作 用 のメカニズムと 一 致 する、CO 2 の 重 大 な 影 響 が 観 察 されている。CO 2 プルームを 避 ける 動 物 もあれば 避 けない 動 物 もある。液 体 のCO 2 またはCO 2 を 多 く 含 んだ 海 水 にさらされた 深 海 動 物 の 挙 動 と 生 存 を 評 価 する 研 究 が、California 沖 の 大 陸 斜 面 及 び 海 膨 で 実 施 されてきた。 約 20-70kgの 液 体 CO 2 を 深 さ3600mの 海 底 の 小さな 囲 いの 中 ヘ 放 出 するという 実 験 が、 液 体 CO 2 と 接 触 した 動 物 の 反 応 や、CO 2 池 から 生 じる 溶 解プルームを 測 定 するために 行 われた(Barry et al., 2004)。 海 底 から 集 められた 大 型 の 底 生 動 物 がケージに 入 れられ、CO 2 プールから1-50mの 距 離 に 置 かれた。さらに、 堆 積 物 の 中 に 生 息 する 生 物も、CO 2 放 出 前 と1-3ヵ 月 後 、CO 2 池 から 一 連 の 距 離 のところから 集 められた。液 体 CO 2 との 直 接 接 触 に 対 する 動 物 の 反 応 は、 種 によって 異 なっていた。ナマコ 類 (Scotoplanesの 一 種 などのナマコ 網 ))とクモヒトデ( 蛇 尾 網 、 未 同 定 種 )は、 液 体 CO 2 との 接 触 直 後 に 死 んだ( Barry et al., 2005)。CO 2 池 に 近 づいて 液 体 と 接 触 した 深 海 魚 (ヨロイダラ、イタCoryphaenoidesarmatus)の 数 個 体 (5 個 体 未 満 )は、ただちに 身 を 翻 して 視 界 から 泳 ぎ 去 った。 飽 和 CO 2 / 海 水 溶液 に 対 する 動 物 の 行 動 反 応 を 評 価 するその 他 の 深 海 実 験 (Tamburri et al. 2000)は、 腐 敗 している餌 からの 化 学 的 刺 激 があれば、いくつかの 腐 肉 食 者 ( 深 海 ヌタウナギ)はCO 2 を 多 く 含 む 酸 性 の海 水 を 避 けないことを 示 した。 実 際 、ヌタウナギは 明 らかにCO 2 によって「 麻 痺 」させられるま- 388 -

で、CO 2 を 多 く 含 む/ 餌 の 匂 いのついたプルームと 接 触 し 続 けた。これらの 実 験 でCO 2 溶 解 プルームにさらされた 深 海 動 物 の 生 存 率 は、pH 撹 乱 の 範 囲 とCO 2 排 出源 からの 距 離 によって 異 なる。CO 2 池 の 近 く(1m 未 満 )にあるケージに 入 れられているか、 堆 積物 に 住 んでいる 動 物 で、ときおり 大 幅 なpH 低 下 (1-1.5pH 単 位 )にさらされたものは、 高 い 死 亡率 を 示 した(80% 以 上 )。 影 響 を 受 ける 動 物 には 小 形 動 物 相 (メイオベントス)( 鞭 毛 虫 、アメーバ、 線 虫 ; Barry et al., 2004) 及 び 大 型 動 物 相 (マクロベントス 及 びメガベントス)(メガベントス 端 脚 目 、ウニ、ナマコなどの 無 脊 椎 動 物 、ソコダラなどの 魚 )が 含 まれていた。しかしカワメンタイ(zoarcids)などその 他 の 魚 は、 数 ヶ 月 間 ときおり 約 -1.0pH 単 位 のpHの 変 動 にさらされても、すべて 生 き 延 びた。CO 2 池 からより 離 れた 場 所 (3-10m)に 置 かれた 動 物 はときおり 穏 やかなpH 低 下 ( 約 0.1-0.2pH 単 位 )にさらされ、 対 照 サイトのものより 高 い 死 亡 率 ( 約 20-50%)を 示 した(Barry et al., 2005)。死 亡 が 主 として 大 幅 なpH/ CO 2 変 動 に 短 期 間 さらされたため 起 こったのか、それとも 慢 性 的 で穏 やかなpH 撹 乱 によって 起 こったのかは 不 明 である。 流 向 における 潮 汐 変 化 によりpH 撹 乱 へのばく 露 は 大 きく 変 化 するものとなり、 海 流 が 研 究 動 物 に 向 かって 直 接 流 れているときは、 溶 解 プルームへ 最 も 強 くさらされた。 他 の 潮 汐 周 期 ではpH 低 下 が 起 こらないことが 多 かったため、これらの 実 験 の 解 釈 が 困 難 となった。pCO 2 の5000ppm 及 び20,000ppm 上 昇 の(その 結 果 pHが6.8と6.3になる)バクテリア 並 びに 小 動 物(ナノベントス 及 びメイオベントス)の 量 と 多 様 性 に 対 する 影 響 を 扱 うため、 特 別 設 計 のチャンバー( 図 6.24; Ishida et al. 2005)を 用 いて、 熊 野 海 盆 の 深 さ2,000mのところで、 現 場 制 御 実 験 が3回 実 施 された。メイオベントス( 小 型 底 生 生 物 )に 対 するpCO 2 上 昇 の 大 きな 影 響 は、20,000ppmで 大 量 の 有 孔 虫 が3 日 以 内 に 激 減 したという 一 事 例 を 除 き 発 見 されなかった。ほとんどの 事 例 で大 量 のナノベントスは 激 減 したが、 一 方 で 大 量 のバクテリアは20,000ppmで 増 加 した( 図 6.25)。図 6.24 海 底 へ 向 かう 実 験 装 置 (Ishida et al. 2004)底 部 には 堆 積 物 を 貫 通 できるチャンバーが 収 納 される。 最 上 部 には、 小 部 屋 内 のCO 2 濃 度 を 調 整 し、指 定 時 間 に 小 部 屋 内 の 海 水 のサンプルを 採 取 するため 用 いられる 電 子 機 器 、ポンプ、バルブ、 水 バッグを 収 納 する。 回 収 時 には 小 部 屋 の 底 を 閉 じ、 錘 を 放 出 し、システムはガラス 球 ( 最 上 部 の 周 囲 の 黄色 い 構 造 物 )の 提 供 する 浮 力 を 使 って 海 面 へ 戻 る。- 389 -

図 6.25 太 平 洋 北 西 の 南 海 トラフ、 深 さ2000mで 実 施 された3つの 実 験 で、20000ppmおよび5000ppmのCO 2 に77 時 間 から375 時 間 暴 露 した 後 のバクテリア、ナノベントス、メイオベントスの 量 の 変 化 に 関 する 予 備 調 査 。エラーバーは1つの 標 準 偏 差 を 表 す(Ishida et al. 2005)。深 海 の 巨 大 生 物 種 (Megafauna)に 対 する、CO 2 濃 度 増 加 の 短 期 的 影 響 の 現 場 研 究 が、 深 さ1,200mから1,300mでLoihi Seamount(Hawaii)から 自 然 に 放 出 されているCO 2 を 用 いて 実 施 された(Vetterand Smith, 2005)。 餌 をつけた 罠 と 餌 包 みをLoihiのCO 2 プルーム 内 で 操 作 して、 典 型 的 な 深 海 のscavengerに 対 するCO 2 増 加 の 影 響 を 探 索 するため、 潜 水 艇 が 用 いられた。Vent-specialist shrimpは餌 に 引 き 寄 せられ、 火 山 口 の 近 くで 見 られる 高 濃 度 CO 2 にあらかじめ 適 応 済 みであることが 証 明された。 遊 泳 力 を 持 つ 動 物 、 端 脚 目 の 動 物 、synaphobranchid eel、カグラザメは、CO 2 プルームに置 かれた 開 いた 餌 包 みを 避 けた。海 水 に 加 えられたCO 2 により、 水 素 イオン 濃 度 (pH)は 変 化 する。この 水 素 イオン 濃 度 の 変 化が、 直 接 CO 2 の 関 与 しないメカニズムによって、 海 洋 生 物 に 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 もある。 水 生 生物 に 対 する(CO 2 蓄 積 の 付 随 しない)pH 低 下 の 影 響 に 関 する 研 究 は 長 い 歴 史 を 持 つが、 淡 水 生 物に 重 点 が 置 かれてきた(Wolff et al., 1988)。 観 察 された(pCO 2 一 定 での) 水 中 pHの 低 下 の 結 果には、 藻 類 と 従 属 栄 養 細 菌 の 生 産 / 生 産 性 パターンの 変 化 、 生 物 学 的 石 灰 化 / 脱 灰 プロセスの 変 化 、動 物 プランクトン・ 底 生 生 物 ・ 魚 に 対 する 急 性 ・ 亜 急 性 の 代 謝 面 の 影 響 などが 含 まれる。さらに、海 洋 環 境 のpHの 変 化 は(1) 炭 酸 塩 系 、(2) 硝 化 (Huesemann et al., 2002)とリン 酸 塩 ・ケイ 酸塩 ・アンモニアなどの 栄 養 塩 の 構 成 (Zeebe and Wolf-Gladrow, 2001)の(3) 重 要 で 有 毒 な 微 量 元素 の 種 形 成 と 取 り 込 みなどに 影 響 する。 観 察 と 計 算 により、pHの 低 い 状 態 は 一 般 的 に 金 属 と 粒 子との 結 合 を 低 下 させ、 生 物 学 的 に 利 用 できる 遊 離 金 属 の 割 合 を 増 やすことが 証 明 されている(Sadiq, 1992; Salomons and Forstner, 1984)。 水 生 の 無 脊 椎 動 物 は 必 須 金 属 も 非 必 須 金 属 も 取 り 込むが、 体 内 の 最 終 的 な 金 属 濃 度 は 無 脊 椎 動 物 ごとに 大 きく 異 なる。 多 くの 微 量 金 属 の 場 合 、 遊 離形 態 の 金 属 は 毒 性 学 的 に 最 も 重 要 であるため、 強 化 された 生 物 学 的 利 用 能 は 毒 性 学 的 意 義 を 持 つ- 390 -

可 能 性 がある(Rainbow, 2002)。6.7.2.3 CO 2 に 対 する 急 性 感 度 :イカと 魚 の 酸 素 運 搬CO 2 の 蓄 積 と 取 り 込 みは、 多 くの 動 物 グループで 麻 痺 を 引 き 起 こすことがある。このことは 熱水 噴 出 孔 や 実 験 的 なCO 2 池 の 近 くの 深 海 動 物 で 観 察 されてきた。 現 場 でのCO 2 への 露 出 後 、 深 海 ヌタウナギについて、 不 定 のCO 2 高 濃 度 による 麻 酔 的 影 響 が 観 察 された(Tamburri et al., 2000)。 麻痺 に 陥 る 前 に、 高 濃 度 のCO 2 が 酸 素 運 搬 プロセスに 対 して 急 速 な 影 響 を 及 ぼし、それによって 早期 死 亡 を 含 むCO 2 の 急 性 効 果 の 一 因 となることがある。無 脊 椎 動 物 の 間 では、この 種 のCO 2 に 対 する 感 受 性 は、イカのように 非 常 に 複 雑 で 高 度 な 生 物において 最 大 である 可 能 性 がある(Pörtner et al., 2004の 総 説 )。 青 い 血 液 を 持 つイカは、 過 剰 なpHの 変 動 から 細 胞 外 血 液 色 素 (ヘモシアニン)を 守 るための 赤 血 球 を 持 たない。CO 2 への 急 速 な露 出 は 血 液 を 酸 性 化 させ、えらでの 酸 素 の 取 り 込 みと 結 合 を 妨 げ、 血 中 を 流 れる 酸 素 量 を 減 らし、能 力 を 制 限 し、 高 濃 度 では 死 に 至 らせることもある。イカのヘモシアニンに 結 合 する 酸 素 は、 硬骨 魚 ( 硬 骨 類 魚 )のヘモグロビンに 結 合 する 酸 素 より 少 ない。イカのジェット 推 進 には 多 量 の 酸素 を 要 する。 酸 素 供 給 は、 血 中 pHの 上 昇 を 伴 う 酸 素 結 合 の 増 強 により 維 持 される(pHが 低 下 すると 酸 素 の 結 合 力 も 弱 まる―― 大 規 模 なボーア 効 果 である 3 )。 従 ってイカの 酸 素 運 搬 が 最 大 化 するのは、 動 脈 血 と 静 脈 血 との 間 の 細 胞 外 pHの 変 動 によってである。 従 って 酸 素 運 搬 のため、 精 密 に制 御 された 細 胞 外 pHの 変 化 が 重 要 となる。 高 いCO 2 濃 度 では、 代 謝 機 能 を 維 持 するのに 十 分 な 酸素 を 血 液 が 運 搬 できないため、 動 物 は 窒 息 することがある。モデル 計 算 では、 最 も 活 動 的 な 外 洋イカ(Illex illecebrosus)において、6,500ppmのpCO 2 上 昇 と0.25 単 位 の 血 中 pH 低 下 により 致 死 的 な急 性 効 果 が 生 じると 予 想 される。しかしCO 2 に 対 する 急 性 感 受 性 は、イカの 種 によって 異 なる。それほど 活 動 的 でない 沿 岸 のイカ(Loligo pealei)は、CO 2 の 増 加 にそれほど 敏 感 ではない。イカやその 他 の 無 脊 椎 動 物 と 比 較 すると、 魚 ( 硬 骨 類 魚 )はCO 2 の 増 加 にそれほど 敏 感 ではないとみられる。おそらく 彼 らは 代 謝 率 が 低 く、 酸 素 を 運 搬 する 赤 血 球 (ヘモグロビンを 含 む 赤 血球 )を 持 ち、 静 脈 に 酸 素 の 備 蓄 があり、より 堅 い 上 皮 を 持 ち、より 効 率 の 良 い 酸 塩 基 制 御 機 構 を持 っているためだろう。このように、 成 熟 した 硬 骨 類 魚 ( 硬 骨 魚 )は、 周 囲 のCO 2 からより 大 きな 独 立 性 を 示 す。 実 験 された 多 数 の 浅 海 魚 は、 成 魚 の 短 期 的 な 致 死 限 界 が 約 50,000ppmから70,000ppmのpCO 2 であり、CO 2 増 加 に 対 し 比 較 的 高 い 耐 性 を 示 した。ヨーロッパウナギ(Anguilla anguilla)は 急 性 過 炭 酸 症 に 対 し、 最 高 104,000ppmという 異 例 なほどの 耐 性 を 示 した( 確 認 のためIshimatsu et al., 2004, Pörtner et al., 2004を 参 照 のこと)。 魚 の 死 因には 心 機 能 の 低 下 と、それに 続 く 組 織 へ 酸 素 が 送 出 されないことが 含 まれる(Ishimatsu et al.,2004)。 平 均 致 死 CO 2 濃 度 が13,000ppmから28,000ppmであるので、 若 魚 は 成 魚 より 急 速 なCO 2 ストレスに 敏 感 である。これらすべての 事 例 において、 直 接 の 死 因 は 生 物 体 内 へのCO 2 の 侵 入 (と、一 次 的 にではないがpHの 介 在 する 他 の 効 果 )であるようである。3 ボーア 効 果 とは、 呼 吸 による 二 酸 化 炭 素 で 血 中 pHが 低 下 している 毛 細 血 管 の、 酸 素 の 足 りない 組 織 へ、 酸 素 を放 出 する 動 物 の 適 応 である。 血 中 pHが 低 下 すると、 酸 素 と 結 合 する 血 液 色 素 の 能 力 も 低 下 する。このプロセスが、酸 素 の 不 足 した 組 織 環 境 への 酸 素 の 放 出 を 助 ける。ISCID Encyclopedia of Science and Philosophy. 2004. InternationalSociety for Complexity, Information, and Design. 12 October 2004 http://www.iscid.org/encyclopedia/Bohr_Effectに 基 づき 修 正 。- 391 -

魚 は、 高 濃 度 CO 2 に 対 する 行 動 反 応 に 関 与 し 得 る 非 常 に 敏 感 なCO 2 レセプターを 有 するので、 高濃 度 CO 2 への 露 出 と 接 触 を 避 けられるかもしれない(Yamashita et al., 1989)。しかしすべての 動物 が 低 pHと 高 濃 度 CO 2 を 避 けるわけではない。 食 物 の 匂 いのするCO 2 が 豊 富 な 区 域 に、 積 極 的 に泳 いでくることもある( 例 : 餌 ; Tamburri et al., 2000, ボックス6.6)。肺 呼 吸 を 行 う 潜 水 海 生 動 物 ( 哺 乳 類 、カメ)に 対 する 溶 存 態 CO 2 の 直 接 的 な 影 響 は 除 外 できるだろう。 彼 らはその 体 液 中 に、 水 呼 吸 動 物 より 高 いpCO 2 値 を 持 ち、 潜 水 中 のガス 交 換 は 最 小 限 にとどめているためである。とはいえ、 彼 らも 食 物 連 鎖 に 対 するCO 2 の 潜 在 的 な 効 果 により、 間 接的 に 影 響 を 受 ける(6.7.5を 参 照 )。6.7.2.4 CO 2 に 対 する 急 性 感 受 性 の 深 海 と 浅 海 との 比 較深 海 生 物 は、 表 層 に 生 息 する 同 類 の 種 と 比 較 すると 高 濃 度 CO 2 に 対 する 感 受 性 は 低 いかもしれないが、その 点 については 議 論 の 余 地 がある。 魚 (と 頭 足 類 )は300-400mの 深 さでは 酸 素 の 要 求を 減 らし、 不 活 発 な 生 活 を 送 る。 魚 や 頭 足 類 を 含 む 海 洋 動 物 の 代 謝 活 動 は、 一 般 に 深 さに 従 って低 下 する(Childress, 1995; Seibel et al., 1997)。しかしSeibel and Walsh(2001)は、CO 2 濃 度 の 高まった 状 況 下 では、 深 海 動 物 は 酸 素 供 給 に 深 刻 な 問 題 を 抱 えるのではないかと 仮 定 した。 彼 らは深 海 の 動 物 相 を 代 表 するとはいえない 中 深 層 の 生 物 に 属 している。それらの 生 物 は、いわゆる「 酸素 極 小 層 」に 生 息 し、 低 酸 素 の 海 から 効 率 良 く 酸 素 を 抽 出 するため 特 殊 な 適 応 をしている(Sandersand Childress, 1990; Childress and Seibel, 1998)。6.7.2.5 長 期 的 なCO 2 への 感 受 性高 濃 度 のCO 2 による 長 期 的 な 影 響 は、 海 洋 無 脊 椎 動 物 及 び 魚 の 成 体 になってからの 段 階 より、発 達 の 初 期 段 階 の 方 が 顕 著 である。 生 理 学 的 変 化 率 の 長 期 的 な 低 下 は、 数 ヶ 月 という 時 間 スケールで 見 ると、 集 団 の 死 亡 率 増 加 の 一 因 となるかもしれない(Shirayama and Thornton, 2002,Langenbuch and Pörtner, 2004)。 従 って、 生 態 系 のダイナミクス・ 構 造 ・ 機 能 の 将 来 的 な 変 化 を 予測 するには、 生 物 の 全 生 活 史 にわたり 亜 致 死 影 響 に 関 するデータを 必 要 とする。 多 少 高 くなったCO 2 濃 度 において 能 力 と 長 期 生 存 を 制 限 するメカニズムは、 急 激 な 死 をもたらすメカニズムよりいっそう 不 明 瞭 である。しかしそういったメカニズムは 長 い 時 間 スケールでみて、 中 濃 度 のCO 2を 広 範 に 配 分 している 間 、より 大 きい 海 洋 体 積 への 影 響 を 生 み 出 す 可 能 性 があるので、より 重 要と 思 われる。カルシウムの 外 骨 格 に 頼 っている 動 物 では、 恒 久 的 にCO 2 にさらされていると 骨 格の 石 灰 化 が 減 り、 骨 格 が 溶 解 することさえあるために、 身 体 的 な 損 傷 が 起 こる。しかし 深 海 での石 灰 化 プロセスに 対 するCO 2 の 影 響 については、これまでのところ 研 究 されていない。より 長 い時 間 スケールでみた、 表 層 に 生 息 する 石 灰 化 生 物 の 高 濃 度 のCO 2 に 対 する 感 受 性 は、 数 多 くの 研究 で 実 証 されてきている(Gattuso et al. 1999, Reynaud et al., 2003, Feeley et al., 2004 及 びそれらの 中の 参 考 文 献 )。 少 なくとも1ダースにのぼる、 珊 瑚 と 石 灰 藻 に 関 する 実 験 室 研 究 及 び 現 場 研 究 は、CO 2 の 濃 度 が 産 業 革 命 前 と 比 べて(560ppmvに) 倍 加 したのに 伴 い、 石 灰 化 率 が15-85% 減 少 したことを 示 唆 している。Shirayama and Thornton(2002)は、 溶 存 態 CO 2 濃 度 が560ppmに 上 昇 すると 棘 皮 動 物 や 腹 足 類 など 殻 を 持 った 動 物 の 成 長 率 と 生 存 率 の 低 下 をもたらすことを 実 証 した。 彼 らの 発 見 は、 以 前 の 大気 CO 2 の 蓄 積 がすでに 石 灰 化 生 物 の 成 長 に 影 響 を 及 ぼしているかもしれず、 海 洋 表 層 部 の 生 態 系構 造 に 大 規 模 な 変 化 をもたらす 可 能 性 があることを 示 している。 大 気 CO 2 の 累 積 のため、 来 世 紀に 地 球 全 体 の 石 灰 化 率 は50% 減 少 するかもしれず(Zondervan et al., 2001)、 世 界 の 生 物 地 球 化 学- 392 -

的 循 環 に 大 きな 変 動 が 起 こり 得 る。 世 界 的 な 変 化 によりもたらされる 生 物 地 球 化 学 的 なフィードバックの 重 要 性 にかかわらず、これらのプロセスに 関 する 我 々の 理 解 は、 表 層 水 についてさえ、ほんの 初 期 段 階 にとどまっている(Riebesell, 2004)。まして 深 海 における 生 態 系 の 変 動 の 可 能 性については、ほとんどわかっていない(Omori et al., 1998)。個 々の 動 物 種 で 確 認 されたCO 2 増 加 による 長 期 的 影 響 は、 石 灰 化 に 加 えて 様 々な 過 程 にも 影 響を 及 ぼす(Ishimatsu et al., 2004, Pörtner and Reipschläger, 1996, Pörtner et al., 2004, 2005により 検 討 )。これらの 場 合 、 生 命 体 へのCO 2 の 侵 入 に 加 えて 水 のpH 値 の 低 下 が 原 因 となっていたようである。いくつかの 器 官 における 酸 塩 基 調 節 の 障 害 を 通 して、 大 きな 影 響 が 起 きている。 酵 素 やイオン 輸送 体 が 活 動 できるのは 狭 いpH 範 囲 だけなので、pH 値 の 低 下 とこれらの 影 響 は 多 くの 代 謝 機 能 に 及ぶ。CO 2 の 蓄 積 によるpH 低 下 は、 時 間 とともに 影 響 を 受 けた 器 官 への 重 炭 酸 塩 マイナスイオンの蓄 積 によって 打 ち 消 される(Heisler, 1986; Wheatly and Henry, 1992, Pörtner et al., 1998; Ishimatsu etal. 2004)が、 補 正 は 必 ずしも 完 全 ではない。 適 切 な 対 イオンの 取 り 込 みが 必 要 となるため、 酸 塩基 に 関 連 するイオン 移 動 が 浸 透 度 調 節 を 撹 乱 するかもしれず、それがCO 2 高 濃 度 環 境 における 海洋 魚 に 最 大 10%のNaClの 追 加 負 担 を 加 えることになりかねない(Evans, 1984; Ishimatsu et al.,2004)。 酸 性 化 の 補 正 がおおよそ 完 全 であっても、 長 期 的 なイオン 平 衡 の 障 害 は、 長 い 時 間 スケールでみた 魚 の 死 亡 率 に 関 与 するであろう。いくつかの 無 脊 椎 動 物 の 例 に 見 られる 通 り、アシドーシスの 不 完 全 な 補 正 のため、 高 いCO 2 濃度 は 有 酸 素 エネルギー 代 謝 の 低 下 をもたらす(Pörtner et al. 2004, 2005により 検 討 )。モデル 生 物として 星 口 動 物 (Sipunculus nudus)を 例 にとると、 高 いCO 2 濃 度 は 代 謝 低 下 をもたらした(20,000ppm pCO 2 で 最 大 35% 低 下 )。10,000 ppm pCO 2 以 下 で 神 経 組 織 にアデノシンが 蓄 積 することからもわかる 通 り、 中 枢 神 経 系 も 一 因 となっていた。 高 濃 度 CO 2 が 酸 素 不 足 と 組 み 合 わさった 場 合 に( 無酸 素 化 ; Lutz and Nilsson, 1997)アデノシンにより 起 こる 代 謝 低 下 は、 呼 吸 活 動 の 減 少 とさらに 結びついた。 低 いCO 2 濃 度 における、または 過 炭 酸 症 の 海 洋 魚 におけるアデノシンやその 他 の 神 経伝 達 物 質 の 具 体 的 な 役 割 を 扱 った 研 究 はまだ 行 われていない。CO 2 が 高 濃 度 の 場 合 に 海 洋 無 脊 椎 動 物 で 観 察 される 代 謝 低 下 は、 成 長 と 生 殖 にとって 基 本 的 な過 程 であるタンパク 質 合 成 の 抑 制 をも 伴 う。CO 2 によって 水 のpH 値 が7.3に 低 下 すると、ムラサキイガイの 成 長 が55% 減 少 する(Michaelidis et al. 2005; 確 認 のためPörtner et al. 2004, 2005を 参 照 )。CO 2 濃 度 の 高 い 水 中 では、 魚 の 成 長 も 遅 い 可 能 性 がある。 成 長 の 減 少 はシロチョウザメの 幼 魚 でも 観 察 された(Crocker and Cech, 1996)。この 場 合 、 呼 吸 の 刺 激 やそれに 伴 う 酸 素 消 費 の 増 加 は、エネルギー 収 支 が 維 持 代 謝 へ 移 行 したことを 表 しており、その 移 行 は 成 長 を 犠 牲 にして 行 われた。この 効 果 は、 採 食 活 動 の 減 少 を 伴 った。 生 殖 能 力 へのCO 2 の 有 害 な 影 響 は、 海 生 カイアシ 類 (Acartiasteuri, Acartia erythrea)とバフンウニ 及 びムラサキウニ(Hemicentrotus purcherrimus, Echinometramathaei)という2つの 種 で 発 見 された。 最 大 10000ppmのpCO 2 に8 日 さらしても 成 体 カイアシの 生存 率 に 影 響 はなかったが、pH7.0の 海 水 では 幼 体 の 死 亡 率 が 上 昇 し 同 時 に、 産 卵 率 と 卵 の 孵 化 率 が大 幅 に 低 下 した(Kurihara et al., 2004)。バフンウニ 及 びムラサキウニでも、pCO 2 が1,000ppmを越 えると( 水 面 下 pHは7.6。Kurihara et al., 2004) 受 精 率 が 低 下 した。試 験 が 行 われたすべての 種 において、 水 中 pCO 2 と 露 出 時 間 の 増 加 とともに、 幼 魚 の 孵 化 率 と 生存 率 も 低 下 した(Ishimatsu et al., 2004)。- 393 -

6.7.3 生 理 学 的 メカニズムから 生 態 系 へCO 2 の 影 響 は、 分 子 から 細 胞 と 組 織 を 通 じて 動 物 全 体 へ、そして 生 態 系 へと 広 がる( 図 6.26; 表6.4)。 生 物 は、 重 要 な 生 理 的 機 能 を 変 調 する 化 学 変 化 の 影 響 を 受 ける。ある 種 が 適 応 するか 否 かは、そのライフサイクルの 最 も 重 要 な 段 階 ( 例 : 卵 、 幼 魚 、 成 体 )における 影 響 によって 決 まることがある。 分 子 、 細 胞 、 組 織 への 影 響 はこのように 動 物 全 体 への 影 響 へと 統 合 され(Pörtner et al.,2004)、 卵 や 幼 体 の 成 長 ・ 行 動 ・ 生 殖 ・ 発 達 に 影 響 を 与 える。そういったプロセスが 種 の 生 態 学的 成 功 ( 適 応 度 )を 決 定 する。 種 の 適 応 度 は、 種 間 の 複 雑 な 相 互 作 用 にも 依 存 するが、 様 々な 種に 対 する 化 学 変 化 の 効 果 には 差 があり、それが 全 生 態 系 に 影 響 を 及 ぼす。 個 々の 種 におけるCO 2への 感 受 性 と 影 響 を 受 けるメカニズムに 関 する 研 究 は( 図 6.26)、 海 洋 化 学 の 変 化 に 対 する 全 生態 系 の 反 応 を 因 果 関 係 的 に 理 解 するのに 役 立 つが、 生 態 系 の 影 響 に 関 する 現 場 研 究 で 補 完 する 必要 がある。図 6.26 分 子 レベルで 見 た 生 命 体 に 対 するCO 2 増 加 の 影 響 と、 一 般 化 ・ 単 純 化 した 海 生 無 脊 椎 動 物 または 魚 における、それに 関 連 するプロトン(H + )、 重 炭 酸 塩 (HCO 3 - )、 炭 酸 塩 (CO 3 2- ) 濃 度 の 変 化 。 最上 部 の 青 い 部 分 は 開 水 面 、 黄 褐 色 の 部 分 は 生 命 体 を 表 す。 左 側 に 表 示 してあるのが 一 般 化 した 細 胞 プロセスであり、 脳 ・ 心 臓 ・ 筋 肉 など 様 々な 組 織 で 起 こっている。これらのプロセスが 低 下 すると( 右側 と 最 上 部 に 表 示 した) 結 果 が 生 じる。CO 2 ストレス 下 では 成 長 ・ 挙 動 ・ 生 殖 など 動 物 全 体 の 機 能 が低 下 する(Pörtner et al., 2005より 引 用 。-や+はそれぞれの 機 能 の 低 下 または 活 性 化 を 表 す)。 黒 の 矢印 は 体 の 区 分 間 のCO 2 の 拡 散 性 の 動 きを 反 映 する。 赤 の 矢 印 は、 諸 機 能 を 調 整 する 有 効 要 素 、CO 2 , H + ,HCO 3 を 反 映 する。 陰 影 部 分 は 成 長 及 びエネルギー 収 支 に 関 連 するプロセスを 示 す。- 394 -

表 6.4 CO 2の 影 響 を 受 ける 生 理 学 的 ・ 生 態 学 的 プロセス(ここに 挙 げた 植 物 プランクトンに 対 する 効 果は 深 海 では 無 関 係 だが、 大 規 模 なCO 2 の 混 合 の 間 は 作 用 することがある)。Heisler, 1986, Wheatly and Henry, 1992, Claiborne et al., 2002, Langdon et al., 2003 Shirayama, 2002, Kuriharaet al., 2004, Ishimatsu et al., 2004, 2005, Pörtner et al. 2004, 2005, Riebesell, 2004, Feeley et al., 2004 及 び 各 参照 文 献 のレビューに 基 づく。耐 性 の 閾 値 は 種 や 門 によって 異 なると 想 定 されるが、まだほとんどの 生 物 については 定 量 化 されていない。 生 物 同 士 で、また 同 じ 生 物 でも 個 体 により 感 受 性 に 差 があるため、それを 越 えるとCO 2 を 許 容 できないという 明 確 な 閾 値 が 存 在 するのではなく、 生 態 系 に 対 する 影 響 は 一 連 のものとして 少 しずつ 変 化 していくと 想 定 される。 多 くの 種 が 一 時 的 なCO 2 の 変 動 に 耐 性 があるかもしれないが、CO 2 濃 度 が 恒 久 的 に 高 くなった 場 所 に 定 着 して 繁 栄 していくことはできないであろう。- 395 -

急 死 を 引 き 起 こさない 濃 度 における 限 定 的 な 耐 性 には、 高 度 な 機 能 の 減 退 が 含 まれる。つまりCO 2の 増 加 は 成 長 及 び 生 殖 能 力 を 減 退 させ、 感 染 への 耐 性 を 損 ない 得 るということである(Burnett,1997)。また 攻 撃 能 力 や 捕 食 を 逃 れる 能 力 も 減 退 する。それにより 生 物 への 食 物 供 給 と 全 体 的 な適 応 性 が 影 響 を 受 け、やがて 生 態 系 も 影 響 を 受 けることになる。動 物 のように 複 雑 な 生 物 は、 単 純 な 生 命 体 、 特 に 単 細 胞 生 物 より 気 温 などの 環 境 条 件 の 変 化 に敏 感 であることがわかっている(Pörtner, 2002)。 動 物 がCO 2 の 極 値 にも 敏 感 なのかどうかは 不 明である。CO 2 は、 気 温 や 低 酸 素 状 態 によっても 影 響 を 受 ける 多 くの 生 理 的 メカニズムに 影 響 を 及ぼす( 図 6.26)。CO 2 増 加 で 生 じる 変 化 により 極 端 な 気 温 への 耐 性 を 長 期 的 に 低 下 させ、それにより、 影 響 を 受 ける 種 の 動 物 地 理 的 分 布 範 囲 を 狭 めることもある(Reynaud et al., 2003, Pörtner et al.,2005)。表 層 水 で 実 施 された 研 究 の 中 で、 生 態 系 レベルで 見 て 高 いCO 2 濃 度 により 利 益 を 受 ける 種 があるかもしれないと 報 告 しているものはほとんどない。Riebesell(2004)は 氷 河 期 の 海 洋 条 件(190ppm)と CO 2 濃 度 の 増 加 した 条 件 (790ppm)での 表 層 メソコスムの 観 察 をまとめた。 高 いCO 2濃 度 は 植 物 プランクトン 群 集 の 正 味 生 産 量 を 高 めた。 珪 藻 は 氷 河 期 と 高 CO 2 の 条 件 で 優 占 種 となったが、 現 在 のCO 2 条 件 ではEmiliania huxleyiが 支 配 的 であった。この 例 は、CO 2 増 加 に 対 してそれほど 敏 感 でない 種 の 方 が、CO 2 高 濃 度 環 境 では 支 配 的 になれることを 実 証 している。この 事 例では、 資 源 の 限 られた 植 物 プランクトン 種 における 光 合 成 の 活 性 化 があったためである(Riebesell2004)。これらの 結 論 は、 動 物 とバクテリアが 支 配 的 である 深 海 には、 限 定 的 にしか 適 用 できない。 動 物 の 場 合 、 高 濃 度 のCO 2 と 低 pHにより、 多 くのプロセスが 低 下 すると 考 えられる( 表 6.4)。6.7.4 水 柱 への 放 出 シナリオの 生 物 学 的 結 果全 体 的 に、おおむね 海 洋 表 層 について 利 用 できる 知 識 から 推 定 できることは、( 最 も 敏 感 なイカについては)pCO 2 プルームが 大 気 圧 の5,000ppmを 大 きく 越 える 区 域 でなければ、また 幼 魚 や 成魚 についてはそれぞれ13,000ppmまたは40,000ppmを 越 える 区 域 でなければ、 急 激 なCO 2 影 響 ( 例えば、 昏 睡 、 死 亡 )は 起 こらないということである。 従 ってイカに 関 しては、そういった 影 響 はΔpH

長 期 的 影 響 につながる。 予 想 される 影 響 の 中 には、 石 灰 化 生 物 の 生 殖 能 力 が 減 退 し、それにより石 灰 性 より 非 石 灰 性 の 割 合 が 高 くなることが 含 まれる(Pörtner et al., 2005)。成 長 ・ 生 殖 ・ 行 動 能 力 が 低 減 し 寿 命 が 短 くなることは、 生 物 学 的 多 様 性 の 減 少 とはいかないまでも、 一 部 の 種 の 個 体 密 度 と 生 産 性 が 減 ることを 意 味 する。 高 い 栄 養 段 階 の 生 物 は、 食 物 が 入 手しにくくなるため、 食 物 連 鎖 の 規 模 や 構 成 要 素 が 少 なくなる 可 能 性 がある。それにより 地 域 の、または 地 球 規 模 の 漁 業 資 源 が 減 ることとなるであろう。 想 定 される 機 能 低 下 のシナリオには、CO 2のもたらす 高 温 ・ 低 温 への 耐 性 の 減 少 が 含 まれ、 分 布 範 囲 の 減 少 や 地 理 的 分 布 の 変 化 の 増 大 を 伴うこともある。これらの 予 想 はすべて、 現 代 の 生 理 学 的 ・ 生 態 学 的 知 識 による 推 測 から 出 ており、実 験 的 な 現 場 研 究 で 検 証 することを 要 する。そのようなCO 2 由 来 の 変 化 の 補 正 や、これに 適 応 する 生 態 系 の 能 力 も 未 知 である。 継 続 的 な 研 究 により、 重 要 なメカニズムを 特 定 し、 進 化 の 時 間 スケールで 適 応 する 可 能 性 を 扱 うこともできるであろう。6.7.5 CO 2 湖 に 関 連 する 生 物 学 的 結 果液 体 CO 2 を 海 底 近 くに 放 出 する 構 想 は、 海 底 に 住 む 生 態 系 と、 直 上 水 に 住 む 深 海 生 態 系 の2つの生 態 系 に 影 響 を 及 ぼすであろう。 地 形 的 に 閉 じ 込 められた「CO 2 湖 」としての 貯 留 は、CO 2 追 加 の即 時 的 で 大 規 模 な 影 響 を 抑 制 するだろうが、 逃 げることのできないCO 2 湖 下 の 大 部 分 の 生 物 や、CO 2 湖 に 迷 い 込 んでくる 生 物 を 死 に 至 らしめる。CO 2 はCO 2 湖 から 底 水 へと 溶 け 出 し、CO 2 湖 の 周囲 に 分 散 するため、CO 2 を 深 層 水 へ 直 接 注 入 した 場 合 と 似 たような 効 果 をもたらす。 図 6.11 及 び6.12に 示 す 海 底 近 くでのCO 2 放 出 のシナリオによると、 近 傍 で 予 想 されるpHの 低 下 が、 暴 露 時 間の 長 さによっては 海 洋 動 物 相 に 深 刻 な 影 響 を 与 えることは、 予 想 の 範 囲 内 である。6.7.6 CO 2 流 中 の 汚 染 物 質大 量 のCO 2 の 深 海 への 注 入 はそれ 自 体 が 環 境 問 題 の 論 点 なので、 注 入 される 物 質 の 中 に 少 量 の汚 染 物 質 が 含 まれている 可 能 性 があるという 問 題 は、 追 加 的 な、しかし 二 次 的 な 懸 念 でしかない。一 般 に 人 への 影 響 の 懸 念 やパイプラインに 関 する 技 術 的 な 考 察 から、CO 2 の 中 の 汚 染 物 質 にはすでに 厳 しい 制 限 がある。 海 洋 投 棄 に 対 しさらに 制 限 を 課 すことについて、 現 時 点 で 確 実 性 をもって 論 じることはできない。一 般 的 に 海 洋 投 棄 に 対 する 禁 止 条 項 がある。 歴 史 的 には、その 懸 念 は 主 として 重 金 属 、 石 油 製品 、 産 業 用 の 有 害 な 薬 品 とそれらの 化 学 変 化 の 産 物 に 集 中 してきた。CO 2 によく 見 られる 汚 染 物 質 はH 2 Sである。 非 常 に 大 規 模 なH 2 Sの 発 生 源 が 自 然 に 海 で 生 じている。 海 洋 堆 積 物 の 多 くは 無 酸 素 性 で、 大 量 の 硫 化 物 を 含 んでいる。 一 部 の 大 きな 海 盆 は(Black Sea,Cariaco Trenchなど) 無 酸 素 性 で 硫 化 物 を 含 む。 結 果 として、 硫 化 物 と 硫 黄 酸 化 細 菌 に 対 処 できるよう 適 応 した 海 洋 生 態 系 は 世 界 の 海 に 一 般 的 に 見 られる。しかし 廃 棄 物 流 の 中 にH 2 Sが 存 在 すると、その 海 域 の 溶 存 酸 素 濃 度 を 低 下 させ、 高 度 な 海 洋 生 物 の 呼 吸 と 能 力 に 影 響 を 及 ぼすこととなる。6.7.7 危 機 管 理意 図 的 な 海 洋 隔 離 の 危 機 管 理 を 直 接 扱 った、 査 読 を 受 けた 文 献 は 存 在 しない。しかし 海 の 他 の利 用 法 に 関 する 危 機 管 理 の 研 究 は 存 在 する。 海 洋 CO 2 放 出 からは、ニオス 湖 で 起 きたような 破 滅的 な 脱 気 の 危 険 は 予 想 されない(ボックス6.7)。CO 2 の 深 海 への 輸 送 に 伴 う 危 険 については、 第 4- 397 -

章 ( 輸 送 )で 論 じた。海 底 のCO 2 湖 から 液 体 CO 2 を 回 収 することは、 可 能 であるかもしれない。CO 2 湖 形 成 の 可 逆 性 は、このオプションに 伴 う 危 険 を 減 らす 要 因 だと 考 えられるだろう。6.7.8 社 会 的 な 側 面 : 一 般 市 民 と 利 害 関 係 者 の 認 識海 洋 への 意 図 的 な 貯 留 に 関 する 一 般 市 民 の 認 識 と、 認 識 されている 受 容 可 能 性 に 関 する 研 究 は初 期 段 階 であり、ほんのひと 握 りの 研 究 論 文 があるに 過 ぎない(Curry et al., 2005; Gough et al.,2002; Itaoka et al., 2004; Palmgren et al., 2004)。 地 中 貯 留 と 海 洋 隔 離 の 両 方 に 関 する 一 般 市 民 の 認識 の 問 題 については、セクション5.8.5で 論 じる。これまでに 発 表 された 海 洋 隔 離 を 扱 った 研 究 はすべて、 一 般 市 民 はおおむね 海 洋 隔 離 について知 らされておらず、そのため 確 立 された 意 見 を 持 っていないということを 示 してきた。 意 図 的 あるいは 意 図 しない 海 洋 隔 離 に 関 して、 一 般 市 民 はほとんど 認 識 していない。 例 えばCurry et al.(2005)は、 大 気 へ 放 出 された 人 為 起 源 の 二 酸 化 炭 素 を 吸 収 している 海 洋 の 役 割 に、 大 部 分 の 一般 市 民 は 気 づいていないことを 見 出 した。それに 関 連 してこれまで 実 施 されてきた 少 数 の 研 究 によると、 一 般 市 民 はCO 2 の 地 中 貯 留 より 海 洋 隔 離 に 関 して、 多 くのことを 留 保 してきた。教 育 することにより、 海 洋 隔 離 オプションの 承 認 に 影 響 を 与 えることができる。 日 本 の 東 京 と札 幌 で 行 われた 研 究 では(Iatoka et al, 2004)、 数 名 の 市 民 が 基 本 的 な 情 報 を 聞 いた 後 、 海 洋 隔 離及 び 地 中 貯 留 オプションを1から5までの 尺 度 (1= 否 定 、5= 肯 定 )で 評 価 するよう 指 示 されたところ、 拡 散 による 海 洋 隔 離 の 平 均 点 は2.24、CO 2 湖 としての 海 洋 隔 離 は2.47、 陸 上 地 中 貯 留 は2.57、沖 合 地 中 貯 留 は2.75だった。 研 究 者 が 追 加 情 報 を 提 供 した 後 には、 拡 散 とCO 2 湖 の 海 洋 隔 離 の 平 均点 はそれぞれ2.42と2.72に 上 昇 し、 陸 上 及 び 沖 合 での 地 中 貯 留 の 平 均 点 はそれぞれ2.65と2.82に 上昇 した。 米 国 のピッツバーグで 実 施 された 同 様 の 研 究 (Palmgren et al.(2004))では、 海 洋 隔 離と 地 中 貯 留 を1から7までの 尺 度 (1= 絶 対 に 反 対 、7= 絶 対 に 賛 成 )で 評 価 するよう 指 示 されたところ、 回 答 者 の 平 均 評 価 は、 海 洋 隔 離 が 約 3.2、 地 中 貯 留 が 約 3.5であった。 研 究 者 の 与 える 情 報 を聞 いた 後 、 回 答 者 はその 評 価 を、 海 洋 隔 離 については 約 2.4、 地 中 貯 留 については3.0に 変 更 した。従 って、Itaoka et al.(2004)の 研 究 では、 研 究 者 の 提 供 する 情 報 は 検 討 されている 全 オプションの 受 容 を 高 めたが、Palmgren et al.(2004)の 研 究 では 研 究 者 の 提 供 する 情 報 は 検 討 されている 全オプションの 受 容 を 低 下 させた。この 違 いには 多 くの 原 因 が 考 えられるが、いずれにしても 研 究者 が 情 報 を 提 供 する 方 法 によって、 海 洋 隔 離 オプションの 受 容 可 能 性 を 左 右 することを 示 唆 している。Gough et al.(2002)は、 合 計 19 名 で 構 成 される 典 型 的 でないフォーカスグループ2 組 による、 二酸 化 炭 素 貯 留 に 関 する 議 論 の 結 果 を 報 告 した。これらのフォーカスグループは、 海 洋 隔 離 より 地中 貯 留 の 方 を 指 示 した。これは、「 主 として 深 海 の 生 態 学 的 環 境 への 懸 念 」に 基 づくのではなく、海 から「CO 2 が 放 散 するのを 防 止 する 目 に 見 える 障 壁 が 存 在 しないこと」に 基 づいているようであった。Gough et al.(2002)は、 太 平 洋 で 提 案 されている 海 洋 CO 2 貯 留 に 関 して「かなりの 反 対勢 力 」が 形 成 されたことに 注 目 している(セクション6.2.1.2を 参 照 )。- 398 -

ボックス6.7 ニオス 湖 と 深 海 CO 2 貯 留1986 年 のある 夜 、カメルーンのニオス 湖 が、 火 山 活 動 によって 生 産 された 約 200 万 トンのCO 2ガスを 放 出 し、 少 なくとも1700 人 が 死 亡 した(Kling et al., 1994)。 深 海 に 放 出 されたCO 2 は、 海面 で 同 じような 壊 滅 的 放 出 を 生 じることがあるのだろうか?こういった 壊 滅 的 な 脱 気 は、 溶 存 態 CO 2 の 気 相 への 転 換 を 伴 う。 気 相 だとCO 2 は 浮 揚 性 があり 素早 く 上 昇 する。そして 周 囲 の 水 を 伴 出 して 上 昇 プルームを 形 成 する。 水 が 上 昇 するにつれCO 2 の泡 もより 容 易 に 形 成 される。こういったプロセスにより、 長 期 にわたるマグマ 活 動 の 間 、CO 2 湖に 蓄 積 してきたCO 2 の 急 速 な 放 出 が 起 きることがある。CO 2 の 気 泡 は、 海 水 中 のCO 2 分 圧 が 周 囲 の 全 圧 を 上 回 る 約 500mより 浅 い 海 水 中 でしか 形 成 されない。 大 部 分 の 放 出 計 画 では、これより 深 いCO 2 放 出 を 構 想 している。3000m 以 深 で 放 出 されたCO 2 は 沈 降 し、 周 囲 の 海 水 に 溶 ける。それより 浅 い 場 所 に 放 出 されたCO 2 の 液 滴 は 通 常 、 放 出 点 より 垂 直 に 数 百 メートルも 行 かないうちに 溶 けてしまう。結 果 として 生 じる 水 は、CO 2 濃 度 が 薄 すぎて 周 囲 の 全 圧 を 越 えるCO 2 分 圧 とはならないので、CO 2 気 泡 は 形 成 されない。とはいえ、かなり 大 量 の 液 体 CO 2 が 突 然 水 相 - 気 相 の 境 界 線 を 越 えて 運び 込 まれた 場 合 、 自 己 加 速 的 な 流 体 運 動 が 出 現 し、 水 面 での 急 速 な 脱 気 を 生 じる 可 能 性 もある。火 山 のクレーターが 湖 の 放 出 するCO 2 を 閉 じ 込 めたため、ニオス 湖 での 災 害 は 悪 化 した。 開 放 された 海 面 では、そういった 地 形 的 な 制 限 はない。500m 以 浅 で2MtCO 2 を 含 む 不 安 定 な 水 を 発 生 させるような 既 知 のメカニズムはなく、 従 って 海 洋 へのCO 2 貯 留 がニオス 湖 のような 災 害 を 引 き 起こす 既 知 のメカニズムもない。6.8 法 的 問 題6.8.1 国 際 法国 際 法 におけるCO 2 の 地 中 貯 留 及 び 海 洋 隔 離 の 一 般 的 立 場 については、セクション5.8.1.1( 国 際義 務 の 淵 源 と 性 質 )と5.8.1.2( 海 洋 条 約 のCO 2 貯 留 への 適 用 に 関 する 主 要 論 点 )を 参 照 されたい。海 洋 隔 離 を 許 容 し 得 るか 否 かを 判 断 するため、まずは 条 約 の 規 定 そのものを 検 討 して、 解 釈 することが 必 要 である。また、 主 として 締 約 国 による 条 約 の 解 釈 を 含 む2004 年 OSPAR 法 学 者 ・ 言 語 学者 ペーパー(セクション5.8.1.3で 詳 細 に 検 討 )および1996 年 IEAワークショップのため 作 成 された会 議 資 料 には、 国 際 法 学 者 の 個 別 的 な 条 約 の 解 釈 が 記 載 されている。McCullagh(1996)は 海 洋 隔 離 に 対 する 国 際 法 規 制 を 考 察 し、 国 連 気 候 変 動 枠 組 条 約 (UNFCCC)は 海 をCO 2 の 貯 留 場 所 として 使 用 することを 推 奨 しているが、 国 連 海 洋 法 条 約 (UNCLOS)は 海洋 隔 離 への 適 用 については 曖 昧 であると 述 べた。 海 洋 隔 離 はCO 2 の 排 出 を 減 らし 気 候 変 動 を 防 止するが、UNFCCCの 要 求 するシンク 及 び 貯 留 層 を 積 極 的 に 利 用 するためには、 海 洋 隔 離 は 最 も 費用 効 果 の 高 い 緩 和 オプションでなければならない。UNCLOSに 関 しては、 海 洋 隔 離 が 海 のあらゆる 区 域 で 許 されるかはっきりしないが、CO 2 が 同 条 約 のいう「 汚 染 」とみなされるならば( 大 量のCO 2 を 持 ち 込 めば 海 洋 生 物 資 源 に 損 害 を 与 えるだろうから、CO 2 は「 汚 染 」とみなされるだろう)、海 洋 環 境 の 保 護 保 全 に 関 する 規 定 が 適 用 されるだろう。 海 洋 環 境 の 汚 染 を 防 止 し、 軽 減 し、 規 制するという 義 務 を 果 たすに 当 たり、 国 家 は 損 害 や 危 険 を 移 動 させないようにし、またある 種 の 汚染 を 別 の 汚 染 へと 変 質 させないように 行 動 しなければならず、それは 条 約 の 賛 同 者 にも 反 対 者 にも 依 拠 される 可 能 性 のある 要 件 である。- 399 -

Churchill(1996)も 国 際 法 上 の 問 題 の 評 価 にあたってUNCLOSに 着 目 しており、 海 洋 隔 離 が 沿岸 国 の 領 海 ( 海 岸 から12マイルまで)で 行 われる 場 合 には、 沿 岸 国 の 同 意 が 必 要 であると 述 べている。 沿 岸 国 の 排 他 的 経 済 水 域 (200マイルまで)においては、 船 舶 またはプラットフォームを 用いたCO 2 貯 留 には 沿 岸 国 の 同 意 が 必 要 となる( 条 約 のいう「 投 棄 」にあたるという 前 提 で)。 国家 の 裁 量 は、 国 連 海 洋 法 条 約 に 基 づく 排 他 的 経 済 水 域 における 他 国 の 権 利 義 務 を 尊 重 するという義 務 、 他 の 条 約 (ロンドン 条 約 およびOSPAR)の 義 務 、および 他 国 の 領 土 または 自 国 の 管 轄 権 を越 える 地 域 に 対 して 汚 染 により 損 害 を 生 じさせないという 国 連 海 洋 法 条 約 の 締 約 国 の 一 般 的 義 務による 制 限 を 受 ける。 海 洋 隔 離 のために 地 上 からパイプラインシステムを 使 用 することが「 投 棄 」の 定 義 にあたるか 否 かはっきりしないが、いずれにしてもパイプラインからのCO 2 排 出 は 多 くの場 合 汚 染 を 構 成 するので、 沿 岸 国 は 地 上 の 排 出 源 からの 汚 染 を 防 止 し、 軽 減 し、 規 制 しなければならないとChurchillは 結 論 づけている。しかし、 地 上 から 排 他 的 経 済 水 域 へのパイプラインによる 海 洋 隔 離 は 沿 岸 国 や 他 のいかなる 国 の 権 利 にも 含 まれず、そういった 国 々の 対 立 は 公 平 さの 観点 で、あらゆる 関 連 する 状 況 に 照 らし、 当 事 者 だけでなく 国 際 社 会 全 体 の 利 益 の 重 要 性 を 考 慮 した 上 で 解 決 される。 沿 岸 国 は( 例 外 的 な 場 合 を 除 いては、 通 常 は 同 意 を 与 えないことはないのだが)、その 排 他 的 経 済 水 域 で 行 われる 研 究 を 規 制 する 権 限 を 有 するとChurchillは 述 べている。Churchill(1996)は、 公 海 (すべての 国 に 開 かれた 排 他 的 経 済 水 域 の 外 側 の 区 域 )へのCO 2 排出 の 許 容 性 について、 活 動 が 公 海 の 自 由 であり、 国 際 法 によって 禁 止 されていないかどうかによって 決 まると 結 論 づけ、 他 の 海 洋 条 約 がこの 点 に 関 連 してくると 述 べている。最 後 に、ロンドン 条 約 についてはCampbell(1996)が 検 討 している。 彼 は 付 録 Iの 禁 止 物 質 リストに 含 まれる「 産 業 廃 棄 物 」の 定 義 に 特 に 着 目 しているが、CO 2 が「 製 造 作 業 または 加 工 作 業 によって 生 ずる 廃 棄 物 」という 定 義 に 含 まれるのか、それともこの 禁 止 または1996 年 議 定 書 に 基 づく 一 般 禁 止 事 項 に 対 するいわゆるリバース・リストの 例 外 にあたるのかという 点 については、 意見 を 述 べていない。6.8.2 国 内 法6.8.2.1 序 論船 舶 ・プラットフォーム・その 他 人 工 構 築 物 から 海 底 下 への 注 入 (セクション5.8の 評 価 が 適 用されるもの)を 除 くCO 2 海 洋 隔 離 は、CO 2 の 注 入 源 ( 地 上 か 海 上 か)および 目 的 地 ( 海 )によって、以 下 の2つのタイプに 分 類 される。(1) 地 上 から 海 水 への(パイプ 経 由 の) 注 入 、(2) 船 舶 ・プラットフォーム・その 他 人 工 構 築 物 から 海 水 ( 水 柱 や 海 床 )への 注 入 。国 家 はセクション6.8.1で 述 べた 国 際 法 の 規 定 、 特 に 自 国 が 当 事 者 となっている 条 約 法 の 規 定 を遵 守 する 義 務 を 負 う。 国 家 は、 関 連 する 国 内 法 の 制 定 や 既 存 の 国 内 法 の 改 正 により、CO2 海 洋 隔離 に 関 する 国 際 的 な 義 務 を 履 行 しなければならない。 国 内 レベルでの 海 洋 隔 離 の 法 的 位 置 の 評 価に 関 して、2,3の 解 説 や 論 文 が 存 在 する。しかし 適 用 される 国 の 数 が 極 めて 限 られている。 実 験的 または 本 格 的 なCO 2 海 洋 隔 離 を 実 施 する 際 に 検 討 する 必 要 がある 各 種 の 貯 留 に 関 する 国 内 法 上の 問 題 の 評 価 について、 以 下 に 概 説 する。アメリカでは、 化 石 燃 料 発 電 所 から 生 じるCO 2 が 産 業 廃 棄 物 とみなされる 限 り、1988 年 の 海 洋投 棄 禁 止 法 (Ocean Dumping Ban Act)に 基 づき 禁 止 される。1972 年 の 海 洋 保 護 調 査 法 (Marine- 400 -

Protection, Research, and Sanctuaries Act)(33 U.S.C. 1401–1445, 16 U.S.C. 1431–1447f, 33 U.S.C.2801–2805として 成 文 化 )は、1988 年 の 海 洋 投 棄 禁 止 法 として 知 られる 修 正 条 項 も 含 め、 物 資 の 意図 的 な 海 洋 投 棄 を 規 制 し、それに 関 連 する 調 査 を 認 可 することを 目 的 とする。1988 年 の 海 洋 投 棄禁 止 法 は、1991 年 12 月 31 日 以 降 の 汚 水 ヘドロと 産 業 廃 棄 物 の 海 洋 投 棄 を 禁 止 した。合 衆 国 環 境 保 護 局 (US Environmental Protection Agency)(US EPA)は 海 水 の 保 護 基 準 を 明 確にし、pHの 値 は6.5から8.5までの 間 とし、 変 化 は 自 然 に 生 じうる 範 囲 を0.2 以 上 越 えてはならないという 制 限 を 課 した(Train, 1979を 参 照 )。 海 洋 生 物 に 関 する 初 期 の 研 究 の 多 くは、 酸 性 の 産 業廃 棄 物 ( 例 えば、TiO 2 製 造 から 生 じる 酸 性 鉄 の 廃 棄 物 )の 海 洋 投 棄 に 関 する 懸 念 を 反 映 していた。しかし、これらの 研 究 の 大 半 は、 真 のpHの 影 響 と、 酸 を 試 験 システムに 導 入 したことにより 遊 離されたCO 2 による 影 響 とを 区 別 できていなかった。6.8.2.2 地 上 から 海 水 への(パイプ 経 由 の) 注 入国 家 は 自 国 の 法 に 従 い、 自 己 の 管 轄 権 の 及 ぶ 範 囲 内 における 注 入 活 動 を 規 制 することができる。そういった 規 制 は(もし 存 在 するならば)、 高 圧 ガスの 処 理 、 労 働 者 の 健 康 安 全 、 水 質 汚 濁 の 規制 、 海 洋 投 棄 、 廃 棄 物 処 理 、 生 物 多 様 性 、 環 境 影 響 評 価 などに 関 する 法 律 によって 定 められる。従 って、 計 画 している 投 入 活 動 が 関 連 する 既 存 法 規 の 適 用 を 受 けるものかどうか、 確 認 しておく必 要 がある。6.8.2.3 船 舶 ・プラットフォーム・その 他 人 工 構 築 物 から 海 水 ( 水 柱 、 海 床 )への 注 入CO 2 の 海 洋 隔 離 が 関 連 国 内 法 ( 海 洋 投 棄 や 廃 棄 物 処 理 に 関 する 法 律 など)によって「 産 業 廃 棄物 」の「 投 棄 」と 解 釈 されるか 否 か、 確 認 しておく 必 要 がある。それによりロンドン 条 約 やロンドン 条 約 議 定 書 の 適 用 を 受 けるか 否 かが 決 まるためである(セクション6.8.1 参 照 )。 海 洋 隔 離 が禁 止 されないとしても、 計 画 中 の 活 動 が 上 述 したような 既 存 の 関 連 法 規 ( 該 当 するものがあれば)を 遵 守 しているか 否 かも 確 認 しておかなければならない。6.9. コスト6.9.1 序 論CO 2 の 海 洋 隔 離 の 技 術 コストに 関 する 研 究 は、 沿 岸 にある 発 電 所 から 船 で 沖 の 注 入 プラットフォームまたは 注 入 船 (セクション6.9.2)、あるいは 海 底 を 走 るパイプラインで 注 入 ノズルへ(セクション6.9.3)CO 2 が 輸 送 される 事 例 について 発 表 されてきた。このセクションで 検 討 するコストには、 後 述 のように 海 洋 隔 離 に 特 有 のコストが 含 まれ、またCO 2 の 処 理 や 沖 合 への 輸 送 コストも 含 まれるが、 陸 上 輸 送 のコストは 含 まれない( 第 4 章 )。6.9.2 海 上 プラットフォームまたは 移 動 中 の 船 からの 散 布CO 2 を 注 入 プラットフォームまで 船 で 輸 送 し、 垂 直 なパイプで 中 深 層 から 深 層 海 水 へCO 2 を 注 入する、あるいは 船 から 注 入 パイプを 曳 航 する 場 合 のコストが 試 算 されている(Akai et al., 2004;IEA-GHG, 1999; Ozaki, 1997; Akai et al., 1995; Ozaki et al., 1995)。いずれの 事 例 でもタンカー 船 は低 温 (-55Cから-50C)・ 高 圧 (0.6-0.7MPa)で 液 体 CO 2 を 輸 送 する。表 6.5は、 注 入 プラットフォームを 用 いた 海 洋 隔 離 の 場 合 の 貯 留 コストを 示 している(Akai et al.,2004)。いずれの 事 例 でも、3 基 の 発 電 所 から 回 収 されたCO 2 はCO 2 タンカー 船 で 単 一 の 水 上 排 出- 401 -

プラットフォームへ 輸 送 され、 深 さ3,000mで 注 入 される。 海 洋 隔 離 のコストは、 船 積 みを 待 つ 間のCO 2 の 陸 上 でのタンク 貯 留 、CO 2 の 船 積 み、 注 入 プラットフォームとパイプとノズルという、3つの 主 要 構 成 要 素 の 合 計 額 である。これら3つの 構 成 要 素 の 合 計 額 は、1tCO 2 を100-500km 輸 送 するごとに11.5-12.8US$である。 輸 送 されるCO 2 の3%に 等 しい 量 がボイルオフや 燃 料 消 費 から 排 出されると 仮 定 すると、 推 定 コストは 正 味 貯 留 量 1tCO 2 ごとに11.9-13.2US$となる。表 6.5 CO 2 を 輸 送 して 水 上 プラットフォームから 深 さ 3000m へ 注 入 する 場 合 の 海 洋 隔 離 費 用 の 概 算 。シナリオでは、それぞれ 600 MWe の 発 電 能 力 を 持 つ 3 基 の 微 粉 炭 火 力 発 電 所 から、80000m 3 の 収 容 能力 を 持 つ CO 2 タンカーによって 一 基 の 水 上 プラットフォームへ 100km あるいは 500km 輸 送 することを 想 定 している。液 体 CO 2 はCO 2 輸 送 船 で 注 入 域 へ 届 け、そこからCO 2 注 入 船 へ 積 み 替 えることができる。 注 入 船は2,000-2,500mの 深 さの 海 中 へCO 2 を 注 入 するパイプを 曳 航 している。 海 洋 隔 離 の 推 定 コスト( 表6.6)はここでも、 船 積 みを 待 つ 間 のCO 2 の 陸 上 でのタンク 貯 留 、CO 2 の 船 積 み、 注 入 プラットフォームとパイプとノズルという、3つの 主 要 構 成 要 素 の 合 計 額 である( 表 6.6; Akai et al., 2004)。これら3つの 合 計 額 は、1tのCO 2 を100-500km 輸 送 するごとに13.8-15.2US$である。 輸 送 されるCO 2の3% 相 当 量 がボイルオフや 燃 料 消 費 から 排 出 されると 仮 定 すると、 推 定 コストは 正 味 貯 留 量1tCO 2 ごとに14.2-15.7US$となる。表 6.6 CO 2 を 輸 送 し、 移 動 中 の 船 から 深 さ2000-2500mへ 注 入 する 場 合 の 海 洋 隔 離 費 用 の 概 算6.9.3 岸 から 浅 瀬 、 深 海 へと 伸 びるパイプラインによる 散 布船 舶 輸 送 オプションと 比 較 すると(6.9.2)、パイプラインによるCO 2 の 輸 送 コストは 短 距 離 の輸 送 ( 例 :100km)だと 割 安 で、 長 距 離 の 輸 送 ( 例 :500km)だと 割 高 になると 推 定 される。パイプラインによる 海 洋 隔 離 のコストは、パイプラインの 長 さに 対 応 するためである。沿 岸 の 発 電 所 から 海 底 パイプラインによって 注 入 ノズルまでCO 2 を 輸 送 するコストは、IEA-GHG(1994) 及 びAkai et al.(2004)により 試 算 されている。Akai et al.(2004)による 最 近 の試 算 では、600MW e の 発 電 能 力 を 持 つ 微 粉 炭 燃 料 の 発 電 所 から 回 収 されたCO 2 がパイプラインによって 輸 送 され 深 さ3,000mに 注 入 される 場 合 、100kmの 場 合 は6.2US$/ 正 味 貯 留 tCO 2 のコストで、500kmの 場 合 は31.1US$/ 正 味 貯 留 tCO 2 のコストで 輸 送 される。- 402 -

海 底 でのCO 2 湖 の 生 成 に 特 有 のコスト 試 算 は 発 表 されていない。しかし、パイプラインのコストが 圧 倒 的 に 大 きいことを 考 えると、CO 2 湖 の 生 成 コストと、 水 柱 への 注 入 コストとの 間 に 実 質的 な 差 はないと 推 測 するのが 妥 当 であろう。6.9.4 炭 酸 塩 中 和 アプローチのコスト炭 酸 塩 の 中 和 を 大 規 模 に 展 開 するには、これらの 鉱 物 を 採 掘 ・ 運 搬 ・ 粉 砕 ・ 溶 解 するための 相当 なインフラストラクチャと 大 量 の 海 水 の 汲 み 上 げが 必 要 となることから、 炭 酸 塩 鉱 物 の 採 掘 源の 近 くにある 沿 岸 の 発 電 所 が 有 利 である。Rau and Caldeira(1999)の 仮 定 に 沿 った、 経 済 的 に 最 適 な 炭 酸 塩 中 和 反 応 炉 の 設 計 にあたっては、 分 析 しなければならない 多 くのジレンマが 存 在 する。 反 応 炉 の 設 計 で 考 慮 しなければならない 要 因 としては、 水 の 流 量 、ガスの 流 量 、 粒 子 サイズ、 圧 力 、 温 度 、 流 体 力 学 的 条 件 、 反 応 物 質の 純 度 、ガスと 水 の 接 触 面 積 などがある。これらの 要 因 を 検 討 すると、 回 収 ・ 輸 送 ・エネルギーペナルティを 含 むこのコンセプトの 概 算 見 積 もりは、 正 味 に 貯 留 したCO 2 1t 当 たり10-100US$という 結 果 につながる(Rau and Caldeira, 1999)。6.9.5 モニタリングと 検 証 のコストモニタリング 及 び 検 証 プログラムのコストには、 海 に 多 数 のセンサーを 配 備 して 維 持 することも 含 まれる。そのようなモニタリングを 実 施 できるだけの 技 術 は 存 在 するが、 機 器 の 配 備 及 び 製造 の 大 部 分 が 研 究 レベルの 活 動 に 限 られている。 海 洋 隔 離 地 点 近 傍 でのモニタリングコストに 関する 試 算 は 発 表 されていないが、6.9.2 及 び6.9.3で 検 討 した 規 模 の 海 洋 隔 離 のコストと 比 較 すれば、近 傍 に 限 ったモニタリングのコストは 小 さいものになる。 近 傍 以 外 でのモニタリングは、 地 球 規模 のモニタリングネットワークを 開 発 している 国 際 的 な 研 究 プログラムの 恩 恵 を 受 けることができるだろう。6.10 知 識 のギャップ海 洋 隔 離 の 科 学 技 術 は、 以 下 の 大 きなギャップに 対 処 することにより、 前 進 できるであろう。 生 物 学 と 生 態 学 :CO 2 の 増 加 に 対 する 深 海 の 生 物 系 の 反 応 に 関 する 研 究 。かつて 実 施 されたものより 長 期 間 で 広 範 囲 の 研 究 を 含 む。 研 究 施 設 : 海 洋 隔 離 の 構 想 ( 例 : 固 定 パイプや 船 からのCO 2 放 出 、あるいは 炭 酸 塩 中 和 アプローチ)を 適 用 でき、 科 学 的 研 究 と 技 術 開 発 の 両 方 の 目 的 のために、 小 規 模 かつ 継 続 的 にその 有 効 性 と 影 響 を 現 地 で 評 価 できるような 研 究 施 設 。 エンジニアリング: 深 海 での 作 業 のための 技 術 の 調 査 開 発 。 深 海 に 配 備 しても 確 実 な 流 れが確 保 でき、コスト 効 率 良 く 運 転 ・ 維 持 できるようなパイプ、ノズル、 分 散 器 などの 開 発 。 モニタリング:CO 2 プルームと、その 生 物 学 的 ・ 地 球 科 学 的 影 響 を 検 知 するための 技 術 とセンサーの 開 発 。- 403 -

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第 7 章 鉱 物 炭 酸 化 とCO 2 の 産 業 利 用統 括 執 筆 者Marco Mazzotti (Italy and Switzerland)代 表 執 筆 者Juan Carlos Abanades (Spain), Rodney Allam (United Kingdom), Klaus S. Lackner (UnitedStates),Francis Meunier (France), Edward Rubin (United States), Juan Carlos Sanchez (Venezuela),Katsunori Yogo (Japan), Ron Zevenhoven (Netherlands and Finland)査 読 編 集 者Baldur Eliasson (Switzerland), R.T.M. Sutamihardja (Indonesia)- 415 -

目 次要 旨 ......................................................................................................................................... 4177.1 序 論 ................................................................................................................................. 4177.2 鉱 物 炭 酸 化 ...................................................................................................................... 4177.2.1 定 義 、システム 境 界 、 動 機 .......................................................................................... 4177.2.2 鉱 物 炭 酸 化 の 化 学 反 応 ................................................................................................. 4197.2.3 金 属 酸 化 物 の 供 給 源 ..................................................................................................... 4197.2.4 加 工 .............................................................................................................................. 4207.2.5 生 成 物 の 処 理 と 廃 棄 ..................................................................................................... 4267.2.6 環 境 への 影 響 ............................................................................................................... 4277.2.7 ライフサイクル 評 価 と 費 用 .......................................................................................... 4287.2.8 将 来 の 見 通 し ............................................................................................................... 4307.3 二 酸 化 炭 素 の 産 業 利 用 と、その 排 出 削 減 の 可 能 性 ........................................................ 4307.3.1 序 論 .............................................................................................................................. 4307.3.2 現 在 の 二 酸 化 炭 素 の 産 業 利 用 ...................................................................................... 4327.3.3 CO 2 削 減 のための 新 しいプロセス ............................................................................... 4337.3.4 CO 2 利 用 による 排 出 緩 和 可 能 性 の 評 価 ........................................................................ 4357.3.5 将 来 の 見 通 し ............................................................................................................... 438参 考 文 献 ................................................................................................................................. 439- 416 -

要 旨この 章 では 二 酸 化 炭 素 (CO 2 ) 貯 留 に 関 する 以 下 の2 種 類 のオプションを 説 明 する。(1)「 鉱物 炭 酸 化 」あるいは「 鉱 物 隔 離 」と 呼 ばれる 無 機 炭 酸 塩 の 形 でCO 2 を 固 定 化 する 方 法 、 及 び(2)工 業 流 体 又 は 炭 素 を 含 む 化 学 製 品 の 原 料 としてのCO 2 の 産 業 利 用 である。鉱 物 炭 酸 化 の 場 合 (セクション7.2を 参 照 )、 回 収 されたCO 2 は 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 と 反 応 し、対 応 する 炭 酸 塩 と 二 酸 化 ケイ 素 などの 固 体 副 産 物 が 生 成 する。 天 然 のケイ 酸 塩 鉱 物 を、 自 然 風 化現 象 を 模 倣 した 人 工 のプロセスで 用 いることができるが、アルカリ 性 の 産 業 廃 棄 物 の 使 用 も 検 討できる。 鉱 物 炭 酸 化 による 生 成 物 は、 自 然 に 生 じうる 安 定 した 固 体 であり、 地 質 学 的 な 時 間 尺 度での 貯 留 能 力 がある。さらに、すべての 化 石 燃 料 資 源 の 燃 焼 により 生 じるCO 2 を 固 定 できるほど、ケイ 酸 マグネシウムとケイ 酸 カルシウムは、 十 分 に 存 在 する。1tのCO 2 を 固 定 化 するにはおよそ1.6-3.7tの 岩 石 を 要 する。 熱 力 学 的 観 点 では、 無 機 炭 酸 塩 はCO 2 よりエネルギー 状 態 は 低 い。 従 って、 炭 酸 化 反 応 は 発 熱 反 応 であり、 理 論 的 にはエネルギーを 生 み 出 し 得 る。しかし、 自 然 の 鉱 物炭 酸 化 の 反 応 速 度 は 遅 い。そのため、 現 在 実 施 されているすべてのプロセスには、 妥 当 な 反 応 速度 を 実 現 するための 固 体 反 応 物 のエネルギーを 大 量 消 費 する 前 処 理 、 及 び/ 又 は 外 部 のエネルギー源 を 使 って 再 生 ・ 再 利 用 しなければならない 添 加 剤 を 要 する。その 結 果 として 生 じる 炭 酸 塩 固 体は、 環 境 的 に 適 切 な 場 所 に 貯 留 しなければならない。テクノロジーはまだ 開 発 段 階 であり、 実 施の 準 備 はできていない。これまで 調 査 された 最 良 の 事 例 は、 天 然 のかんらん 石 の 湿 式 炭 酸 化 であり、これには 貯 留 したCO 2 1t 当 たり50-100US$の 費 用 がかかり、 元 の 発 電 所 に 対 する30-50%のエネルギーペナルティに 相 当 する。CO 2 回 収 プラントにおいても10-40%のエネルギーペナルティを占 める 場 合 、 鉱 物 炭 酸 化 を 行 う 完 全 なCCSシステムは、 同 等 の 出 力 を 持 つCCSを 行 わない 発 電 所より60-180% 多 くエネルギーを 必 要 とする。気 体 または 液 体 の 状 態 で、あるいは 化 学 製 品 の 原 料 としてCO 2 の 産 業 利 用 は(セクション7.3を参 照 )、 回 収 したCO 2 を 人 工 的 な 炭 素 製 品 中 に 留 めることで、 大 気 から 隔 絶 した 状 態 にしておくのに 役 立 つ。 貯 留 量 が 増 大 し 続 け、 生 産 される 化 合 物 の 寿 命 が 長 ければ、 産 業 利 用 は 炭 素 吸 収 源となる。CO 2 利 用 の 規 模 は 人 為 起 源 のCO 2 排 出 量 に 比 べると 小 さく、 生 産 される 化 学 製 品 の 寿 命 も、CO 2 貯 留 という 点 では 短 すぎるため、 実 際 にはいずれの 前 提 条 件 も 満 たされていない。 従 って、回 収 したCO 2 の 産 業 利 用 が 気 候 変 動 緩 和 に 貢 献 する 度 合 は 小 さいと 予 想 される。7.1 序 論この 章 では(1)「 鉱 物 炭 酸 化 」あるいは「 鉱 物 隔 離 」(セクション7.2で 論 じる)として 知 られる、 無 機 炭 酸 塩 の 形 でのCO 2 固 定 化 と、(2) 工 業 流 体 としての、または 炭 素 を 含 む 化 学 製 品 の 原料 としてのCO 2 の 産 業 利 用 (セクション7.3のテーマである)について 扱 う。7.2 鉱 物 炭 酸 化7.2.1 定 義 、システム 境 界 、 動 機鉱 物 炭 酸 化 とは、CO 2 が 金 属 酸 化 物 を 含 有 する 物 質 と 反 応 して、 不 溶 性 炭 酸 塩 を 形 成 することであり 鉱 物 炭 酸 化 に 最 も 適 した 金 属 は、カルシウムとマグネシウムである。 自 然 界 ではそういった 反 応 はケイ 酸 塩 風 化 と 呼 ばれ、 地 質 学 的 な 時 間 尺 度 で 起 こる。 天 然 に 存 在 するケイ 酸 塩 がアル- 417 -

カリ 金 属 およびアルカリ 土 類 金 属 源 として 使 用 され、 大 気 中 のCO 2 を 消 費 する。この 章 では、 回収 段 階 ( 第 3 章 を 参 照 )から 得 られた 高 濃 度 なCO 2 を 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 と 接 触 させ 炭 酸 塩 としてCO 2 を 固 定 させる、 鉱 物 炭 酸 化 について 論 じる(Seifritz, 1990; Dunsmore, 1992; Lackner et al., 1995)。例 えば 蛇 紋 石 およびかんらん 石 鉱 物 など 大 量 のケイ 酸 塩 の 岩 石 、あるいは、 鉄 鋼 の 生 産 で 得 られるスラグやフライアッシュなどの 小 規 模 なアルカリ 性 産 業 廃 棄 物 が、 鉱 物 炭 酸 化 には 適 当 な 材 料である。ケイ 酸 塩 岩 石 の 場 合 、ケイ 酸 塩 を 採 掘 して 前 処 理 してから 化 学 処 理 プラントで「 現 地 外で」 炭 酸 化 させることもできるし、またケイ 酸 塩 を 多 く 含 む 地 層 かアルカリ 性 の 帯 水 層 へCO 2 を注 入 することによって「 現 地 で」 炭 酸 化 させることもできる。 他 方 で、 産 業 廃 棄 物 は、 排 出 源 である 工 場 で 炭 酸 化 することができる。 地 中 貯 留 のため 注 入 されたCO 2 の 一 部 が 帽 岩 中 のアルカリ 金属 またはアルカリ 土 類 金 属 と 反 応 して「 鉱 物 捕 集 」( 第 5.2.2 章 を 参 照 )に 至 るという 点 で、「 現地 での」 鉱 物 炭 酸 化 と 地 中 貯 留 の 産 物 は 類 似 しているということが 注 目 に 値 する。物 質 収 支 およびエネルギー 収 支 という 観 点 から、 鉱 物 炭 酸 化 を 図 7.1に 示 す。これによると、CO 2を 回 収 し、その 後 鉱 物 炭 酸 化 を 通 じてCO 2 を 貯 留 する 発 電 所 に 適 用 できる。 同 じ 図 式 でも、 回 収後 に 地 中 貯 留 又 は 海 洋 貯 留 を 行 う 発 電 所 ( 図 1.4を 参 照 )とでは、2つの 相 違 点 がある。 第 一 に、金 属 酸 化 物 含 有 物 質 に 対 応 する 追 加 的 な 物 質 フラックスがある。これは、 炭 酸 塩 、 二 酸 化 ケイ 素 、未 反 応 無 機 物 質 、また 一 部 の 投 入 する 鉱 物 については 生 産 水 などの 形 で、インプットとしてだけでなくアウトプットとしても 存 在 する。 第 二 に、 使 用 可 能 なエネルギー 出 力 が 同 じでも、 投 入 する 化 石 燃 料 と、 低 温 の 熱 として 廃 棄 されたエネルギーの 相 対 的 な 量 が 異 なっている。「 現 地 での」炭 酸 化 は 地 中 貯 留 に 類 似 した 操 作 であり、「 現 地 外 での」 炭 酸 化 では 余 分 にエネルギーが 必 要 な処 理 段 階 がある。その 余 分 なエネルギー 消 費 を 炭 酸 化 反 応 から 得 られるエネルギーで 補 完 するのは 難 しい。「 現 地 での」 炭 酸 化 は 地 中 貯 留 と 類 似 していることから、この 章 では「 現 地 外 での」炭 酸 化 を 中 心 に 論 じる。 現 在 のテクノロジーにおいて、 鉱 物 炭 酸 化 プロセスを 推 進 するためには高 品 位 なエネルギーの 純 需 要 が 常 に 存 在 する。すなわち、 鉱 物 炭 酸 化 プロセスでは、(1) 固 体 原料 の 前 処 理 ( 採 掘 、 輸 送 、 粉 砕 、 必 要 なら 活 性 化 まで 含 む)、(2) 加 工 ( 添 加 剤 や 触 媒 の 使 用 、再 利 用 、および 起 こり 得 る 損 失 などに 関 連 する 実 効 エネルギーを 含 む)、(3) 炭 酸 塩 と 副 生 成 物の 処 分 、といったエネルギーが 必 要 である。この3 項 目 の 相 対 的 な 重 要 性 は、 金 属 酸 化 物 の 供 給 源が 天 然 のケイ 酸 塩 であるか 産 業 廃 棄 物 であるか 等 によって 決 まる。図 7.1 鉱 物 炭 酸 化 によって CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 を 行 う 発 電 所 のシステム 境 界 を 通 した 物 質 およびエネルギー 収 支 。 化 石 燃 料 投 入 によるエネルギーは、CO 2 を 発 生 する 発 電 所 と( 発 電 所 に 直 接 もしくは 発 電所 を 通 じて 間 接 的 に) 鉱 化 プロセスの 両 方 に 供 給 される。「その 他 の 材 料 」の 投 入 はシステム 境 界 内 にあるすべてのプロセスに 提 供 され、 鉱 化 のための 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 も 含 まれる。「その 他 の 排 出 」の出 力 は、 未 反 応 物 質 だけでなく、 鉱 化 反 応 の 副 生 物 ( 二 酸 化 ケイ 素 と、おそらく 水 )で 構 成 される。- 418 -

この 潜 在 的 なエネルギーペナルティにも 関 わらず、 鉱 物 炭 酸 化 は 他 のCO 2 固 定 化 とは 異 なる2つの 特 徴 を 持 つため、 関 心 を 持 たれている。それは、 金 属 酸 化 物 を 含 有 する 材 料 、 特 に 天 然 ケイ 酸塩 が 豊 富 であるということと、CO 2 を 永 続 的 に 安 定 した 固 定 状 態 で 貯 留 できるということである。ただし、 鉱 物 炭 酸 化 は 現 時 点 では 未 熟 なテクノロジーである。 既 報 の 研 究 は、まだ、 技 術 、 潜 在的 可 能 性 、 費 用 、 効 果 についての 詳 細 評 価 が 実 現 可 能 性 なレベルに 到 達 していない。7.2.2 鉱 物 炭 酸 化 の 化 学 反 応CO 2 が 金 属 酸 化 物 (ここではMOとして 示 す。Mはカルシウム、マグネシウム、 鉄 などの 二 価 金属 )と 反 応 する 場 合 、 以 下 の 化 学 反 応 によって 対 応 する 炭 酸 塩 が 形 成 され、 熱 が 放 出 される。MO + CO 2 MCO 3 + 熱 (1)熱 量 は 具 体 的 な 金 属 および 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 により 異 なる。 一 般 に、 大 部 分 の 熱 量 はCO 2 を生 成 する( 元 素 炭 素 の 燃 焼 につき393.8kJ/molCO 2 ) 上 流 の 燃 焼 プロセス 時 に 放 出 される( 酸 化 カルシウムの 場 合 、 最 高 46%)。 天 然 ケイ 酸 塩 では、 以 下 の 発 熱 化 学 反 応 が 起 こる( 熱 量 換 算 条 件は、25℃かつ0.1MPaの 標 準 条 件 におけるCO 2 の 単 位 モルあたりの 値 である。Robie et al. 1978)。かんらん 石 :Mg 2 SiO 4 + 2CO 2 2MgCO 3 + SiO 2 + 89kJ/molCO 2 (2a)蛇 紋 石 :Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 3CO 2 MgCO 3 + 2SiO 2 + 2H 2 O+ 64kJ/molCO 2 (2b)珪 灰 石 :CaSiO 3 + CO 2 CaCO 3 + SiO 2 + 90kJ/molCO 2 (2c)反 応 時 に 熱 が 放 出 されるので、 炭 酸 塩 の 生 成 は 熱 力 学 的 に 低 温 ほど 有 利 である。 一 方 、 高 温 では(1barのCO 2 分 圧 で 炭 酸 カルシウムなら900℃ 以 上 、 炭 酸 マグネシウムなら300℃ 以 上 )、 逆 反 応である 焼 成 の 方 が 有 利 となる。 上 記 の 第 一 の 反 応 では、かんらん 石 族 の 代 表 的 なものは 苦 土 かんらん 石 で、それには 鉄 は 含 まれていない。 本 来 、 大 部 分 のかんらん 石 は、 酸 化 鉄 または 菱 鉄 鉱(FeCO 3 )を 形 成 する 鉄 を 含 む。大 気 中 のCO 2 分 圧 が 低 く、 常 温 の 場 合 においても、 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 の 炭 酸 化 は 地 質 学 的 な時 間 尺 度 でではあるが 自 然 に 起 こる(Robie et al., 1978; Lasaga and Berner, 1998)。 炭 酸 化 中 には、鉱 物 表 面 で 二 酸 化 ケイ 素 または 炭 酸 塩 の 層 が 形 成 され、これにより、それ 以 上 の 反 応 を 阻 止 し 変換 を 妨 げる 傾 向 がみられる(Butt et al., 1996)。また 水 性 反 応 の 場 合 、 気 層 からのCO 2 の 取 り 込 み率 によって、 限 界 が 生 じる。そのため、 鉱 物 炭 酸 化 の 課 題 は、 最 小 限 のエネルギーで 最 小 限 の 物質 損 失 といった 環 境 に 制 約 がある 中 で 炭 酸 化 を 促 進 し、 反 応 熱 を 活 用 することである。7.2.3 金 属 酸 化 物 の 供 給 源鉱 物 炭 酸 化 を 検 討 する 際 には 水 に 非 常 に 溶 けやすいアルカリ 金 属 でなく、アルカリ 土 類 金 属 (カルシウムやマグネシウムなど)を 含 む 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 を 炭 酸 塩 としている。カルシウムとマ- 419 -

グネシウムの 酸 化 物 及 び 水 酸 化 物 は 原 材 料 としては 理 想 的 であるが、その 反 応 性 のため、 自 然 界では 極 めて 稀 にしか 存 在 しない。 従 って、 適 切 な 金 属 酸 化 物 含 有 鉱 物 はケイ 酸 塩 岩 石 かアルカリ性 産 業 廃 棄 物 となる。 前 者 は 豊 富 に 存 在 するが 一 般 に 入 手 困 難 であり、 後 者 はそれより 少 ないが入 手 は 容 易 である。ケイ 酸 塩 岩 石 の 中 でも、 苦 鉄 質 岩 と 超 苦 鉄 質 岩 は、 大 量 のマグネシウム・カルシウム・ 鉄 を 含み、ナトリウムとカリウムの 含 有 量 の 少 ない 岩 石 である。その 主 な 構 成 鉱 物 はかんらん 石 、 蛇 紋石 、 頑 火 輝 石 (MgSiO 3 )、 滑 石 (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 )、 珪 灰 石 である。 地 殻 に 含 まれるケイ 酸 マグネシウムとケイ 酸 カルシウムのモル 存 在 量 は 同 程 度 であるが、ケイ 酸 マグネシウムを 含 む 岩 石 はケイ 酸 カルシウムを 含 む 玄 武 岩 といった 岩 石 よりMgOの 濃 度 が 高 い( 理 論 上 のCO 2 貯 留 容 量0.55kgCO 2 /kg- 岩 石 に 対 応 して、 最 高 50wt%まで)。 玄 武 岩 は( 理 論 上 のCO 2 貯 留 容 量 0.08kgCO 2 /kg-岩 石 で) 約 10wt%のCaOしか 含 まない(Goff and Lackner, 1998)。 最 もカルシウムを 豊 富 に 含 むケイ 酸 塩 である 珪 灰 石 の 堆 積 物 は、マグネシウムを 豊 富 に 含 むケイ 酸 塩 よりずっと 稀 である。蛇 紋 石 とかんらん 石 は 主 として、 大 陸 プレートの 衝 突 によって 地 球 の 地 殻 が 持 ち 上 がっているオフィオライトベルトに 見 られる(Coleman 1977)。 例 えば 米 国 東 部 やプエルトリコの 蛇 紋 石 やかんらん 石 を 含 む 超 苦 鉄 質 堆 積 物 を 検 討 することによって、 蛇 紋 石 やかんらん 石 の 純 度 や 種 類 に応 じて1.97から2.51までのR CO2 値 を 持 つことが 発 見 された(R CO2 値 とは、 鉱 物 が 完 全 に 炭 酸 化 した場 合 の 必 要 な 鉱 物 の 質 量 と 固 定 されたCO 2 質 量 の 比 である。 上 で 紹 介 した 理 論 上 のCO 2 貯 留 容 量 の逆 数 となる)。かんらん 岩 と 蛇 紋 岩 は、10,000Gtと 推 定 される 世 界 中 の 石 炭 資 源 から 排 出 されるCO 2 を 中 和 するのに 必 要 なMgの 総 量 を 越 えている(Lackner et al., 1995)。 米 国 とプエルトリコにおける2つの 研 究 で 確 認 された 鉱 石 堆 積 物 により、およそ300GtCO 2 が 加 わる(Goff and Lackner,1998; Goff et al., 2000)。これを、 米 国 における 約 5.5GtCO 2 のCO 2 排 出 量 や 世 界 全 体 の24GtCO 2 / 年のCO 2 排 出 量 と 比 較 しなければならない。 世 界 中 のオフィオライトベルトにおける 貯 留 可 能 性 の包 括 的 なマッピングはまだ 報 告 されていない。しかし、その 地 表 への 総 露 出 面 積 はほぼ1,000km 100km 程 度 であると 推 定 される(Goff et al., 2000)。ケイ 酸 マグネシウムの 埋 蔵 量 がすべての 大 陸に 存 在 することは、よく 知 られている。しかし、それらは 現 在 または 古 代 の 大 陸 の 境 界 線 に 沿 う傾 向 があるため、すべての 国 に 存 在 するというわけではない。ケイ 酸 マグネシウムを「 現 場 外 」または「 現 場 」での 鉱 物 炭 酸 化 に 利 用 できる 可 能 性 はまだ 確 立 されていない(Brownlow, 1979;Newall et al., 2000)。オフィオライトベルトより 小 さい 規 模 であるが、 産 業 廃 棄 物 と 採 掘 尾 鉱 は 容 易 に 入 手 でき 反 応性 の 高 いアルカリ 源 である。その 総 量 はCO 2 排 出 量 を 実 質 的 に 削 減 するには 小 さすぎるとしても、テクノロジーの 導 入 には 役 立 つ。 鉱 物 炭 酸 化 の 原 料 として 検 討 されてきたケイ 酸 カルシウム 材 の廃 棄 物 には、 石 炭 火 力 発 電 所 から 出 た 微 粉 燃 料 灰 ( 酸 化 カルシウムの 含 有 量 は 最 高 65wt%)、 地方 自 治 体 の 固 体 廃 棄 物 焼 却 炉 から 出 たボトムアッシュ( 約 20wt%のCaO)とフライアッシュ( 約35wt%のCaO)、 紙 のリサイクルから 出 た 脱 インク 灰 ( 約 35wt%のCaO)、 製 鋼 スラグ( 約 65wt%のCaO)、 廃 棄 セメントが 含 まれる(Johnson, 2000; Fernández Bertos et al., 2004; Iizuka et al., 2004)。7.2.4 加 工7.2.4.1 採 掘 と 鉱 山 再 生蛇 紋 石 の 採 掘 は、 例 えば 銅 鉱 石 など 類 似 した 特 性 を 持 つ 他 の 材 料 の 従 来 の 採 掘 と 実 質 的 には 変わらない。 蛇 紋 石 とかんらん 石 は、 本 章 で 構 想 するような 規 模 ではないが、どちらもすでに 採 掘- 420 -

されている(Goff and Lackner, 1998; Goff et al., 2000)。 他 の 採 掘 活 動 と 同 様 、 尾 鉱 の 廃 棄 と 鉱 山の 再 生 は、 考 慮 すべき 重 要 課 題 である。 尾 鉱 の 廃 棄 は、 粒 径 と 凝 集 性 、 含 水 量 、 自 然 の 浸 出 プロセスに 対 する 化 学 的 安 定 性 など 材 料 の 特 性 により 決 まり、これらの 特 性 は 具 体 的 なプロセスにより 決 まる。 炭 酸 化 プラントでは 固 体 物 質 の 輸 送 を 避 けるため、 処 理 すべき 残 渣 を 生 成 する 工 場 かケイ 酸 塩 鉱 山 など 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 の 近 くで、 処 理 する( 図 7.2を 参 照 )。図 7.2 ケイ 酸 塩 岩 石 または 産 業 廃 棄 物 の「 現 場 外 での」 鉱 物 炭 酸 化 に 関 連 する 物 質 流 とプロセス(オランダエネルギー 研 究 センター(Energy Research Centre of the Netherlands(ECN)) 提 供 )。今 日 の 採 鉱 技 術 に 適 用 される 規 模 の 経 済 は、 最 小 の 採 掘 活 動 が50,000-100,000t/ 日 と 指 摘 しており(Hartman, 1992)、これは 鉱 山 の 寿 命 が30 年 のときに 最 小 採 掘 可 能 量 が 約 0.3km 3 と 換 算 できる。これは、 数 kmの 幅 と 数 100mの 厚 さを 持 つオフィオライトの 鉱 石 体 にしては、いささか 小 さなサイズである(Goff and Lackner, 1998; Goff et al., 2000; Newall et al., 2000)。オフィオライト 鉱 石 体とは 対 照 的 に、 石 炭 は 細 い 継 ぎ 目 の 中 に 生 じ、かなりの 負 荷 を 受 けて 埋 まっている。 従 って、 鉱物 から 炭 酸 塩 へ 最 大 限 の 変 換 が 行 われると 仮 定 すると( 燃 焼 により 炭 素 原 子 1 個 からCO 2 分 子 1 個が 生 じ、それを 炭 酸 塩 分 子 1 個 に 固 定 しなければならない)、 典 型 的 な 地 上 炭 鉱 では 同 量 の 炭 素 原子 を 得 るには、 同 等 のオフィオライト 鉱 山 より 大 量 の 物 質 を 移 動 させなければならず(Lackner etal., 1995)、はるかに 広 い 面 積 を 開 発 しなければならないと 言 われてきた(Ziock and Lackner, 2000)。蛇 紋 石 は、 装 飾 用 石 材 から 温 石 綿 まで 様 々な 形 態 をとることができるため、アスベストと 接 する 可 能 性 がある 場 合 には、 十 分 な 予 防 措 置 が 必 要 である(O’Hanley, 1996)。しかし、 現 在 の 最 良の 手 法 を 用 いれば、そのことは 障 壁 にはならない(Newall et al., 2000)。 蛇 紋 石 のうちアスベスト 形 態 のものが 最 もよく 反 応 するので、 反 応 生 成 物 にはアスベストは 含 まれないと 予 想 される(O’Connor et al., 2000)。 従 って 鉱 物 炭 酸 化 は、カリフォルニアなどの 一 部 の 地 域 で 発 生 する 大- 421 -

規 模 な 天 然 アスベストによる 災 害 を 回 避 できる(Nichols, 2000)。7.2.4.2 鉱 物 の 前 処 理化 学 処 理 段 階 を 除 いた 鉱 物 の 前 処 理 には、 破 砕 、 粉 砕 、 製 粉 、また 例 えば 磁 鉄 鉱 (Fe 3 O 4 )の 磁気 抽 出 などの 機 械 的 分 離 が 含 まれる。7.2.4.3 CO 2 の 前 処 理鉱 物 炭 酸 化 では、CO 2 の 前 処 理 をほとんど 必 要 としない。CO 2 を 廃 棄 場 所 へパイプラインで 送 出する 場 合 、 鉱 物 炭 酸 化 の 前 処 理 の 必 要 性 より、パイプライン 工 程 の 制 約 が 上 回 る。 現 状 の 研 究 では、CO 2 はパイプライン 圧 力 に 類 似 した 圧 力 で 使 用 すべきと 言 っており、 従 って 最 小 限 の 圧 縮 、あるいは/またはまったく 圧 縮 する 必 要 がない(Lackner, 2002; O’Connor et al., 2002)。 炭 酸 化 において、CO 2 純 度 は、 最 小 限 しか 求 められていない。 燃 焼 排 ガスの 酸 性 成 分 は、 塩 基 によって 中 和されながら 同 じプロセスを 経 て、 同 様 の 方 法 で 処 分 される 可 能 性 がある。 大 部 分 の 炭 酸 化 プロセスは、 水 性 加 工 の 場 合 通 常 100℃から150℃までの 間 にCO 2 を 予 熱 するのに 対 し、 気 体 - 固 体 反 応 では、 温 度 は300℃から500℃までに 達 する(Butt et al., 1996)。7.2.4.4 炭 酸 化 反 応 の 工 学鉱 物 炭 酸 化 の 最 も 単 純 な 方 法 は、 適 切 な 温 度 及 び 圧 力 レベルで 気 体 のCO 2 を 粒 子 状 の 金 属 酸 化物 含 有 物 質 と 反 応 させることである。 残 念 ながら、そのような 直 接 的 な 気 体 - 固 体 反 応 は、セクション7.2.3で 述 べた 材 料 の 場 合 、 反 応 速 度 が 遅 すぎて 実 用 的 とは 言 えず(Newall et al., 2000)、カルシウムやマグネシウムの 酸 化 物 または 水 酸 化 物 のような 精 製 された 稀 な 材 料 に 関 してのみ、 適切 な 圧 力 下 で 実 行 可 能 である(Butt and Lackner, 1997; Bearat et al., 2002; Zevenhoven andKavaliauskaite, 2004)。その 結 果 、 精 製 された 材 料 を 用 いない 鉱 物 炭 酸 化 は 燃 焼 排 ガスから 直 接CO 2 を 回 収 できないが、IGCCプラントから 出 るCO 2 分 圧 の 大 きい 高 圧 ガスであればおそらく 回 収できる。CO 2 を 未 精 製 の 固 体 原 料 粒 子 に 直 接 固 定 することは、 現 時 点 では 実 用 的 ではないので、 代 替 案として 固 体 からの 金 属 の 抽 出 が 必 要 となる。これは 固 体 原 料 を 水 溶 液 中 で 溶 解 、 例 えばカルシウムイオンやマグネシウムイオンなど 金 属 イオンを 放 出 させることによって 実 現 できる。これらのイオンは、CO 2 の 溶 解 によって 同 じ 水 溶 液 中 に 形 成 された 炭 酸 (H 2 CO 3 )と 接 触 する。そのため、炭 酸 塩 と 副 生 物 ( 例 えばケイ 酸 塩 の 炭 酸 化 の 場 合 なら 二 酸 化 ケイ 素 )が 沈 殿 する 状 況 が 成 立 し 得る。それには、 一 段 または 複 数 のプロセスの 操 作 パラメータ( 特 に 温 度 、 添 加 物 の 濃 度 、および水 溶 液 中 の 炭 酸 濃 度 を 決 定 するCO 2 分 圧 )を 適 切 に 選 択 しなければならない。 操 作 が 終 わると、微 粒 子 状 の 炭 酸 塩 ・ 副 生 物 ・ 未 反 応 固 体 原 料 の 懸 濁 液 が 残 る。 残 余 金 属 イオンと 添 加 物 を 溶 液 から 定 量 的 に 回 収 するために、これらを 濾 過 および 乾 燥 させて 分 離 させる。この 湿 式 プロセスの 構 想 は 現 在 研 究 段 階 にあり、 費 用 効 率 の 良 い、 炭 素 貯 留 の 現 実 的 なオプションとして 考 慮 できるものとなるためには、3つの 大 きなハードルを 越 えなければならない。それは、(1) 金 属 酸 化 物 含 有 物 質 の 溶 解 速 度 によって 制 限 される、プロセス 全 体 の 速 度 の 増 大 、(2)金 属 酸 化 物 の 溶 解 と 炭 酸 塩 の 沈 殿 が 同 時 に 生 じる 場 合 の 相 互 干 渉 の 除 去 、(3) 添 加 剤 を 用 いる 場合 の 使 用 済 み 化 学 種 の 完 全 な 回 収 、の3つである。天 然 のケイ 酸 塩 から 開 始 する 鉱 物 炭 酸 化 のプロセス 速 度 は、 早 くない。しかし、このプロセス- 422 -

は 熱 力 学 的 な 制 限 を 受 けるが、 温 度 を 上 げることによって 速 度 論 的 には 向 上 可 能 である。 水 溶 液系 の 場 合 、 高 温 では 炭 酸 塩 の 沈 殿 より 気 体 状 のCO 2 の 生 成 が 有 利 となるため、 通 常 200℃ 以 下 に 保たれる。金 属 酸 化 物 の 溶 解 は 律 速 段 階 であると 考 えられており、ほとんどの 研 究 では、 投 入 した 固 体 原料 からの 金 属 抽 出 を 加 速 する 方 法 の 発 見 に 尽 力 してきた。これは、 鉱 物 を 活 性 化 してより 不 安 定で 反 応 しやすくする、あるいは、 添 加 剤 または 触 媒 を 用 いて 金 属 酸 化 物 の 抽 出 を 促 進 することにより 実 現 可 能 である。 蛇 紋 石 の 場 合 は650℃での 熱 処 理 (Barnes et al.,1950; Drägulescu et al., 1972;O’Connor et al., 2000)、かんらん 石 と 珪 灰 石 の 場 合 は 超 微 細 ( 磨 耗 ) 粉 砕 (O’Connor et al., 2002; Kimand Chung, 2002)など、 活 性 化 は 様 々な 形 態 をとり 得 る。 活 性 化 のエネルギーコストは、それぞれ 熱 的 活 性 化 については300kWh/t- 鉱 物 、 機 械 的 活 性 化 については70–150kWh/t- 鉱 物 と 推 定 されている(O’Connor et al., 2005)。そのような 前 処 理 を 行 うと 炭 酸 化 はうまく 実 施 できるが、 非 常 に高 価 でエネルギーを 大 量 に 消 費 するため、その 実 現 可 能 性 は 疑 わしい(ボックス7.1 及 びO’Connoret al., 2005を 参 照 )。 水 溶 液 に 加 えられる 溶 解 性 の 触 媒 には、 強 酸 及 び 弱 酸 (Pundsack, 1967; Lackneret al., 1995; Fouda et al., 1996; Park et al., 2003; Maroto-Valer et al., 2005)、 塩 基 (Blencoe et al., 2003)、鉱 物 からSiO 2 またはMgOグループを 抽 出 するためのキレート 試 薬 (Park et al., 2003)が 挙 げられる。これら3つのアプローチは 研 究 され、 少 なくとも 部 分 的 にはテストされてきたが、すべてのケースにおいて 触 媒 の 回 収 が 主 なハードルとなる。 一 方 で、 産 業 廃 棄 物 から 出 る 金 属 酸 化 物 の 方 が、天 然 のケイ 酸 塩 より 速 く 炭 酸 化 できることは 注 目 に 値 する(Johnson, 2000; Fernández Bertos et al.,2004; Huijgen et al., 2004; Iizuka et al., 2004; Stolaroff et al., 2005)。ボックス7.1 湿 式 の 鉱 物 炭 酸 化 プロセス一 段 での 湿 式 炭 酸 化 プロセスに 関 する、エネルギー 及 び 経 済 面 の 包 括 的 評 価 が 報 告 されている(O’Connor et al., 2005)。 図 7.3に 例 示 する 特 定 の 炭 酸 化 プロセスに 限 定 されるとは 言 え、この 研究 は 約 600 回 の 実 験 テストに 基 づいており、プロセスの 基 本 的 ・ 技 術 的 な 側 面 だけでなく、 二 酸 化炭 素 の 排 出 源 と 潜 在 的 な 貯 め 場 (この 場 合 は 天 然 のケイ 酸 塩 堆 積 物 )とのマッチングにも 着 目 している。 特 に 米 国 にある7 個 の 大 きな 超 苦 鉄 質 鉱 石 (かんらん 石 2 個 、 蛇 紋 石 4 個 (リザルダイト3個 とアンチゴライト1 個 )、 珪 灰 石 1 個 )について 考 察 してきた。3つは 西 海 岸 、3つは 東 海 岸 、1つはテキサスにある。この7つの 鉱 石 の 選 択 は、 地 域 の 石 炭 消 費 とCO 2 の 入 手 可 能 性 を 考 察 した 結果 にも、 基 づいている。3 種 類 の 鉱 物 は、 指 定 された 操 作 条 件 下 に1 時 間 置 いた 後 の 炭 酸 化 反 応 の 進 行 度 として 測 定 した場 合 、それぞれ 異 なる 反 応 性 を 示 す。 反 応 進 行 度 と 鉱 物 の 前 処 理 との 間 にトレードオフの 関 係 が見 られる。つまり 強 烈 な 前 処 理 を 加 えるほど 高 い 反 応 性 が 得 られるということであり、それはエネルギー 費 用 を 意 味 する。かんらん 石 と 珪 灰 石 については 機 械 的 活 性 化 が 有 効 であり、エネルギー 消 費 量 最 大 約 100kWh/t- 鉱 物 の 従 来 型 のロッドとボールによる 粉 砕 技 術 と、200kWh/t- 鉱 物 以 上 の超 微 細 粉 砕 の 両 方 を 用 いる。 転 化 率 は、 前 者 では60%でしかなく、 後 者 では80% 以 上 までになる。蛇 紋 石 では、ミリング( 標 準 的 な 前 処 理 ) 後 、アンチゴライトには630℃での 熱 的 活 性 化 が 有 効 であるが(92%までの 転 化 率 )、リザルダイトには 部 分 的 にしか 有 効 ではなく( 最 大 転 化 率 は40%未 満 )、 約 350kWh/t- 鉱 物 のエネルギー 消 費 を 要 する。この 湿 式 プロセスのため 最 適 な 操 作 条 件 は鉱 物 によって 異 なり、かんらん 石 では185℃で15MPa、 熱 処 理 した 蛇 紋 石 では155℃で11.5MPa、珪 灰 石 では100℃で4MPaに 相 当 する。 最 初 の2つのケースでは、0.64mol/L 重 炭 酸 ナトリウムと- 423 -

1mol/L 塩 化 ナトリウムがあれば 炭 酸 化 反 応 が 起 こる。図 7.3 水 溶 液 中 でのかんらん 石 の 一 段 での 鉱 物 炭 酸 化 のプロセス 構 想 (アルバニー 研 究 センター(Courtesy Albany Research Centre) 提 供 )。「 一 段 」とは、 同 じ 炭 酸 化 の 反 応 器 で 鉱 物 の 溶 解 と 炭 酸 塩 の沈 殿 が 同 時 に 起 こることを 言 うが、もちろんプロセス 全 体 では 原 料 の 前 処 理 や 生 成 物 の 分 離 などそれ以 上 のステップが 必 要 とされる。これらの7つの 鉱 石 に 関 して、 標 準 的 な 鉱 物 に 対 して 前 処 理 を 行 った 場 合 と 活 性 化 プロセスを 行った 場 合 のプロセス 費 用 が 計 算 されている。 費 用 には 貯 留 だけを 含 み、CO 2 の 回 収 も 輸 送 も 含 まない。またCO 2 がこのプラントで、15MPaの 純 粋 な 状 態 で 受 け 入 れられるという 前 提 に 基 づいている。それぞれの 反 応 器 の 費 用 は、 様 々な 鉱 物 鉱 石 に 対 応 するそれぞれの 操 作 条 件 によって 決 まる。そのため、 投 資 費 用 はそれらを 説 明 できるように 計 算 されている。 貯 留 費 用 は、ケイ 酸 鉱 石1tごと、 貯 留 されるCO 2 1tごとに 計 算 され、 上 表 の 貯 留 CO 2 1tごとのエネルギー 消 費 量 によって 補完 される。 表 7.1は、 前 処 理 手 順 と 関 連 する 投 入 エネルギーと、 貯 留 される 単 位 二 酸 化 炭 素 あたりの 費 用 とのトレードオフの 関 係 を 強 調 している。 各 鉱 物 に 最 も 安 価 な 技 術 を 使 用 すると 仮 定 すると、 費 用 はかんらん 石 の55US$/ 貯 留 tCO 2 ( 標 準 的 な 前 処 理 )から 珪 灰 石 ( 活 性 化 )の64US$/ 貯 留tCO 2 、アンチゴライト( 活 性 化 )の78US$/ 貯 留 tCO 2 、リザルダイト( 活 性 化 )の210US$/ 貯 留 tCO 2までの 範 囲 にわたる。 最 後 のケースが 非 常 に 大 きな 投 入 エネルギーを 要 するので、 最 も 現 実 的 な技 術 による 費 用 は50-100US$/ 貯 留 tCO 2 の 範 囲 となる。- 424 -

表 7.1 鉱 物 の 炭 酸 化 による CO 2 貯 留 コストa この 研 究 は、 電 力 1000 kWhごとにCO2 放 出 量 1トンに 相 当 する、 効 率 35%の 石 炭 火 力 発 電 所 を 想 定 している。その 場 合 、 投 入 石 炭 に 相 当 する 発 熱 量 は2,850 kWhである。 合 計 欄 に2つの 項 目 がある 場 合 は総 エネルギーを 電 気 と 熱 に 分 けている。 他 の 場 合 はすべて、 純 然 たる 電 気 エネルギーである。蛇 紋 石 またはかんらん 石 の 塩 酸 (HCl)による 溶 解 が、 最 初 に 提 案 された(Houston, 1945; Barneset al., 1950; Wendt et al., 1998a)。このプロセスでは 気 体 CO 2 と 直 接 反 応 させることが 可 能 な 水 酸化 マグネシウム(Mg(OH) 2 )を 沈 殿 させ、HClを 回 収 するのに 多 数 の 工 程 を 要 する。 発 熱 過 程 と 吸熱 過 程 が 交 互 に 生 じ、 熱 回 収 が 必 ずしも 可 能 ではないので、プロセス 全 体 が 大 量 にエネルギーを消 費 する 実 現 不 能 なものとなっている(Wendt et al., 1998a; Newall et al., 2000; Lackner, 2002)。 同様 に、 強 アルカリ 性 溶 液 (NaOH 溶 液 )はケイ 酸 マグネシウムからシリカを 溶 かし 出 し、 残 余 物(Mg(OH) 2 )の 更 なる 消 化 を 可 能 にする。しかしこのケースでも、NaOH 触 媒 の 回 収 は 非 常 に 困 難なようである(Blencoe et al., 2003)。 塩 酸 プロセスにおける 水 分 蒸 発 の 多 大 なエネルギーペナルティを 克 服 するため、 塩 化 マグネシウム 融 液 にケイ 酸 塩 鉱 物 を 溶 かして、 従 前 通 りMg(OH) 2 を 発生 させ、または 融 液 内 での 直 接 の 炭 酸 化 を 可 能 にすることが 提 案 された(Wendt et al., 1998a;1998b; 1998c; 1998d)。おそらく 反 応 が 腐 食 性 条 件 であることもあり、このプロセスの 実 験 による 実 証 は 行 われていない。エネルギーおよび 物 質 収 支 はどちらのプロセスもほとんど 実 現 不 能 であることを 表 している(Newall et al., 2000; Haywood et al., 2001)。回 収 エネルギーの 需 要 を 減 らす 可 能 性 のある 弱 酸 として、 酢 酸 (Kakizawa et al., 2001)、シュウ 酸 (Park et al., 2003)、オルトリン 酸 (Park et al., 2003)、 硫 酸 アンモニウム(Pundsack 1967)が 挙 げられる。 水 溶 性 の 錯 体 を 生 成 することによってケイ 酸 塩 あるいはマグネシウムイオンを 溶液 中 に 保 持 するキレート 試 薬 の 候 補 として、エチレンジアミン 四 酢 酸 (EDTA)がある(Carey etal., 2003; Park et al., 2003; Park and Fan, 2004)。 酸 性 と 強 いキレート 化 特 性 を 合 わせ 持 つ、クエン酸 も 効 果 的 である(Carey et al., 2003)。これらの 添 加 剤 はすべてケイ 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 を 促 進 することが 証 明 されているが、 酸 性 の 回 復 を 含 むプロセス 構 想 全 体 が 記 述 され、 評 価 されているのは酢 酸 のケースだけである(Kakizawa et al., 2001)。 酢 酸 のケースでは、まず 金 属 イオンを 酢 酸 で抽 出 し、 次 にCO 2 を 加 えて 炭 酸 塩 を 沈 殿 させるという2つの 過 程 からなる。 酢 酸 は、カルシウム/マグネシウムアセテートまたは 遊 離 酸 として 溶 液 中 にとどまり、 再 利 用 できる。このプロセスは珪 灰 石 についてだけ 実 証 されている。 実 験 での 珪 灰 石 の 転 化 率 は20%を 越 えていない(Kakizawa etal., 2001)。- 425 -

7.2.4.5 検 討 事 例 : 一 段 での 炭 酸 化図 7.3では、 天 然 のケイ 酸 塩 にもスチールスラグなどの 産 業 廃 棄 物 にも 適 用 できる、 一 段 での 湿式 炭 酸 化 プロセスを 示 している(Huijgen et al., 2004)。この 図 ではかんらん 石 の 炭 酸 化 を 表 しており、 鉱 物 は 最 初 に 粉 砕 され、その 後 、かんらん 石 は 塩 化 ナトリウム(NaCl、1mol/L) 及 び 重 炭酸 ナトリウム(NaHCO 3 、0.64mol/L)の 水 溶 液 で 溶 解 し、 高 圧 のCO 2 に 触 れて 炭 酸 化 される(O’Connor et al., 2002; O’Connor et al., 2005)。 添 加 剤 は 固 体 粒 子 を 濾 過 することで、 簡 単 に 回 収できる。なぜなら、ナトリウムイオンと 塩 化 物 イオンは 反 応 に 関 与 せず 溶 液 中 に 残 るのに 対 し、重 炭 酸 塩 イオンは、 炭 酸 化 反 応 器 の 溶 液 をCO 2 と 接 触 させることによって 補 充 されるからである。最 も 高 い 転 化 率 は1 時 間 に81%であり、これは、 粒 径 37μmのかんらん 石 を 用 い、 温 度 185℃、CO 2分 圧 15MPaという 条 件 で 得 られた。また、 再 利 用 するかんらん 石 から 炭 酸 塩 と 二 酸 化 ケイ 素 の 生成 物 を 分 離 できる 分 級 (ふるい)は、 図 7.3のプロセスにおける 重 要 な 要 素 である。なぜなら、 未反 応 かんらん 石 鉱 物 は 粒 が 粗 いのに 対 し、 炭 酸 塩 や 二 酸 化 ケイ 素 はより 細 かい 粒 子 で 構 成 されるからである(O’Connor et al., 2002)。 一 段 の 炭 酸 化 のもう 一 つの 問 題 点 は、 固 体 粒 子 から 金 属 酸化 物 を 抽 出 する 際 に、 二 酸 化 ケイ 素 または 炭 酸 塩 の 層 が 粒 子 上 で 生 成 し、それ 以 上 の 溶 解 を 妨 げるという 場 合 である。この 現 象 はかんらん 石 の 場 合 起 こらないが、(O’Connor et al., 2002) 製 鋼スラグの 場 合 は 起 こる(Huijgen et al., 2004)ことが 実 証 されている。図 7.3に 図 示 したプロセス 構 想 を 用 いると、CO 2 の 分 子 量 が44.0g/mol、 炭 酸 マグネシウムが84.3g/mol、 二 酸 化 ケイ 素 が60.1g/mol、かんらん 石 が140.7g/molであるとして、 物 質 収 支 を 計 算 することが 可 能 である。 単 純 にするため、 計 算 は2つの 仮 定 でしか 行 っていない。1つ 目 は 炭 酸 化 反応 器 での 転 化 率 ( 反 応 器 に 供 されたかんらん 石 のうち 単 一 パスで 炭 酸 塩 に 変 換 される 割 合 )、2つ 目 は 分 級 機 (ふるい)において 未 反 応 鉱 物 のうち 再 利 用 されず 廃 棄 されてしまう 割 合 である。炭 酸 化 反 応 の 化 学 量 論 に 基 づくと、1tのCO 2 を 固 定 するには1.6tのかんらん 石 を 要 し、それにより2.6tの 固 体 廃 棄 物 が 生 成 する。 炭 酸 化 の 転 化 率 を90%、 分 級 機 での 損 失 を10%と 想 定 すると、1.62tのかんらん 石 が 必 要 となり、 鉱 化 されるCO 2 1t 当 たり2.62tの 固 体 が 廃 棄 の 対 象 となる。 転 化 率 をたかだか50%、 損 失 を20%と 仮 定 すると、 貯 留 されるCO 2 1tにつきかんらん 石 が1.87t 必 要 となり、2.87tを 廃 棄 しなければならなくなる。ただしこの 場 合 、 炭 酸 化 反 応 器 は 前 ケースの2 倍 の 大 きさになる。かんらん 石 は、 天 然 鉱 物 の 中 で 反 応 性 の 高 い 酸 化 マグネシウム 濃 度 が 最 も 高 い(57wt%)。 一般 に 他 の 鉱 物 は、かんらん 石 より 濃 度 が 低 い。 純 粋 な 蛇 紋 石 では 酸 化 マグネシウムの 濃 度 が 約 44%であり、 通 常 の 鉱 石 の 場 合 、その 約 50%が 純 粋 な 鉱 物 である。 従 って、1tのCO 2 を 炭 酸 塩 に 固 定 するのに 必 要 な 鉱 物 原 料 は1.6-3.7tであり、このプロセスによって 処 理 を 要 する 物 質 を2.6-4.7t 生 成 する。 炭 酸 化 プロセスではエネルギーを 消 費 し、CO 2 を 排 出 することで、 正 味 CO 2 の 貯 留 量 を 減 らしている。ボックス7.1で 述 べた 中 で 単 位 原 価 が 最 も 低 いかんらん 石 の 炭 酸 化 プロセスでは、エネルギー 需 要 は1.1GJ/tCO 2 である。これを 同 じ 石 炭 由 来 の 電 力 で 賄 おうとすると、 固 定 されたCO 2 の30%に 相 当 するCO 2 を 排 出 することになる。7.2.5 生 成 物 の 処 理 と 廃 棄鉱 物 の 炭 酸 塩 の 廃 棄 オプションは、 生 じる 物 質 の 質 量 によって 決 まる( 図 7.2を 参 照 )。こういった 大 量 の 物 質 を 船 で 長 距 離 輸 送 するのは 費 用 効 率 が 悪 い。 結 果 的 に、 廃 棄 場 所 は 鉱 山 地 域 となる。どの 大 規 模 な 採 掘 活 動 においても、サイトの 採 掘 時 の 運 搬 や 尾 鉱 を 用 いた 充 填 の 後 に 鉱 山 の再 開 拓 を 行 う 際 の 運 搬 は 相 当 のものだが、 新 しい 問 題 が 提 起 されることはない(Newall et al.,2000)。 廃 棄 される 材 料 の 量 は、もともと 採 掘 された 物 質 より 体 積 にして50-100% 多 い。これら- 426 -

の 体 積 は 採 掘 活 動 で 一 般 的 に 処 理 される 体 積 に 匹 敵 し、 標 準 的 な 鉱 山 開 発 業 務 に 伴 うものである(Lackner et al., 1997; Newall et al., 2000)。鉱 物 鉱 石 の 微 粉 砕 により、 貴 重 な 鉱 物 成 分 を 抽 出 できる 可 能 性 がある。 蛇 紋 岩 鉱 もかんらん 岩鉱 も 鉄 鉱 石 を 含 んでいる。その 鉄 鉱 石 は 磁 気 分 離 により 磁 鉄 鉱 として 取 り 出 されるか、またはマグネシウムの 抽 出 中 に 化 学 的 沈 殿 によって 生 成 し、 高 濃 度 の 鉄 の 酸 化 物 または 水 酸 化 物 を 生 成 する(Park and Fan, 2004)。かんらん 石 岩 石 はクロム 鉄 鉱 や、ニッケル・マンガンなどの 元 素 、そしてプラチナ 族 の 元 素 を 含 むこともあるが、これらをどうすれば 回 収 できるかは 今 後 の 研 究 を 待たなければならない(Goff and Lackner, 1998)。また、 炭 酸 マグネシウムと 二 酸 化 ケイ 素 に、 地力 増 強 剤 、 道 路 の 充 填 材 、 採 掘 活 動 の 充 填 材 としての 用 途 の 可 能 性 が 発 見 されている 最 終 的 に 鉱物 炭 酸 化 は、どの 生 成 物 や 副 産 物 の 市 場 をも 飽 和 させる 規 模 で 実 施 されなければならないが、 生成 物 や 副 産 物 が 利 用 可 能 なものであれば、プロセス 実 証 をより 実 行 可 能 にするのに 役 立 つ(Lackner et al., 1997; Goff and Lackner, 1998)7.2.6 環 境 への 影 響鉱 物 炭 酸 化 の 抱 える 主 要 な 環 境 問 題 は、 炭 酸 化 に 関 連 する 大 規 模 な 採 掘 ・ 鉱 石 前 処 理 ・ 廃 棄 物の 処 分 である(Goff and Lackner, 1998)。この 問 題 は、 土 地 の 開 拓 や 周 辺 地 域 への 潜 在 的 な 土 壌汚 染 ・ 水 質 汚 濁 ・ 大 気 汚 染 に 直 結 する 可 能 性 がある。また 間 接 的 にも 生 息 環 境 の 悪 化 をもたらすかもしれない。そのため、 環 境 影 響 評 価 を 行 い、 大 気 への 排 出 、 固 体 廃 棄 物 の 処 分 、 廃 水 の 排 出 、水 利 用 、 社 会 への 影 響 などを 特 定 し、 環 境 への 影 響 を 防 止 するか 最 小 限 に 抑 える 必 要 がある。。多 くの 採 掘 活 動 においては、 防 止 ・ 軽 減 策 は 比 較 的 基 本 的 なものであり、よく 開 発 されている。土 地 の 開 拓 : CO 2 の 貯 留 に 必 要 な 物 質 量 を 確 保 するには、 広 大 な 土 地 の 開 拓 と、それに 続 く 何百 万 tもの 土 ・ 岩 ・ 土 壌 の 移 動 が 必 要 になる。 土 壌 開 発 は、CO 2 貯 留 区 域 での 浸 食 、 堆 積 および 生息 地 消 失 の 可 能 性 を 増 大 させる。また、アクセス 道 路 の 建 設 も、 植 生 や 土 壌 の 消 失 につながる。そういった 影 響 を 最 小 限 にとどめるために 推 奨 される 標 準 的 な 対 策 として、 除 去 する 表 土 を 将 来の 再 生 活 動 のために 保 管 しておくこと、アクセス 道 路 やパイプラインを 建 設 する 際 には 既 存 の 行路 を 利 用 すること、 流 出 水 や 流 れの 変 わった 表 層 水 を 集 めるため 排 水 ・ 沈 殿 物 収 集 システムを 活用 し、 浸 食 を 最 小 限 にすることがあげられる。大 気 質 : 爆 破 、 掘 削 、 土 木 、 分 級 などの 採 掘 活 動 から 塵 や 微 粒 子 が 発 生 する。 微 粒 子 などの 粉塵 は、 視 界 と 呼 吸 に 影 響 を 及 ぼし、 地 域 の 水 流 や 植 生 を 汚 染 する。 現 在 、 採 掘 活 動 で 防 塵 措 置 が幅 広 く 行 われているが、 適 正 に 管 理 されなければ 塵 は 人 間 の 呼 吸 器 の 健 康 を 脅 かす。 蛇 紋 石 には自 然 に 存 在 するアスベストの 一 形 態 である 温 石 綿 が 含 まれるので、 防 塵 は 蛇 紋 石 の 採 掘 では 特 に重 要 である。 温 石 綿 は 角 閃 石 アスベスト( 透 角 閃 石 、 陽 起 石 )ほど 危 険 ではないとは 言 え(Humeand Rimstidt, 1992)、 温 石 綿 が 存 在 するだけでも、 剥 き 出 しになっている 鉱 脈 を 覆 い 大 気 質 を 監視 する 必 要 がある(Nichols, 2000)。 他 方 、 鉱 物 炭 酸 化 による 生 成 物 にはアスベストは 含 まれない。 温 石 綿 は 他 の 蛇 紋 石 より 反 応 が 速 いため、 出 発 物 質 の 反 応 が 完 了 していなくても 炭 酸 化 反 応によって 破 壊 されてしまうからである。このため 鉱 物 炭 酸 化 は、 蛇 紋 石 の 尾 鉱 に 含 まれるアスベストを 修 復 するのに 有 効 な 方 法 となりうる(O’Connor et al., 2000)。 炭 酸 塩 鉱 物 は 不 活 性 であるが、 土 壌 ・ 植 物 の 汚 染 や 生 息 地 破 壊 などを 防 ぐため、 大 量 の 粉 塵 もセメントで 固 めてしまうなどして 管 理 しなければならない。- 427 -

尾 鉱 : 尾 鉱 は、 粉 砕 鉱 石 やプロセスの 副 産 物 を 含 む、 微 粉 砕 された 粒 子 から 成 る。プロジェクトの 最 も 早 い 段 階 から、 尾 鉱 の 管 理 システムを 設 計 ・ 実 装 しなければならない。 通 常 、 尾 鉱 は 土堰 堤 後 方 の 尾 鉱 貯 蔵 場 に 貯 留 される(Newall et al., 2000)。 他 の 管 理 方 法 は、 尾 鉱 の 乾 湿 度 合 い、粒 径 および 化 学 的 反 応 性 によって 決 まる。金 属 の 浸 出 : 副 生 物 の 酸 性 度 が 低 いため 浸 出 の 可 能 性 は 低 くなるが、 浸 出 についての 確 実 な 結論 はテストの 実 施 によってしか 得 られない。 必 要 に 応 じて、 裏 層 システムによって 地 下 水 の 汚 染を 防 ぐ。 下 層 の 岩 が 不 浸 透 性 であるとわかっている 場 合 、 裏 層 がなくても、 浸 出 の 封 じ 込 めは 可能 である。再 生 : 水 質 汚 濁 を 最 小 限 にし、 野 生 生 物 の 生 息 地 と 健 全 な 生 態 系 を 復 元 し、 景 色 の 美 観 を 改 善するため、 採 掘 プロジェクトの 計 画 段 階 で 包 括 的 な 再 生 プログラムを 策 定 し、プロジェクトの 活動 中 も 並 行 して 実 施 しなければならない。サイトの 採 掘 と 同 時 に 再 生 を 組 み 込 むことにより、 早期 に 廃 棄 物 を 減 らし、クリーンアップ 費 用 を 防 止 し、 潜 在 的 な 負 担 を 減 らすことができる。 尾 鉱の 体 積 は 採 掘 された 岩 石 より 大 きいため、 土 地 の 再 生 には 地 形 の 再 構 築 が 必 要 である。 再 生 に 関する 環 境 面 での 主 な 懸 念 は、 浸 食 による 大 幅 な 土 壌 の 移 動 や 地 滑 りである。 対 策 として、 植 物 による 土 壌 被 覆 、 保 護 根 覆 いによる 被 覆 、 土 の 湿 潤 を 保 持 および 強 風 防 止 のための 風 よけ 設 置 が 挙げられる。7.2.7 ライフサイクル 評 価 と 費 用図 7.1に 示 すように、 現 在 の 開 発 段 階 では、 鉱 物 炭 酸 化 は 他 の 貯 留 オプションと 比 べると 余 分 にエネルギーを 消 費 し、 余 分 のCO 2 を 生 成 する。そのため、 具 体 的 なプロセス 経 路 のライフサイクル 評 価 が 特 に 重 要 となる。 鉱 物 炭 酸 化 の 可 能 性 は、エネルギー 消 費 段 階 ( 採 掘 、 鉱 物 鉱 石 の 前 処理 、それに 続 く 廃 棄 、 鉱 山 の 再 生 )に 関 連 する 費 用 と 利 益 ( 天 然 の 金 属 酸 化 物 含 有 ケイ 酸 塩 が 大量 に 入 手 可 能 であることによる 膨 大 な 貯 留 容 量 、およびCO 2 貯 留 の 恒 久 性 )との 得 失 評 価 によって 決 まる。採 掘 、サイズ 縮 小 プロセス、 廃 棄 物 処 理 、サイト 回 復 などのライフサイクル 分 析 により、 年 間に0.05tCO 2 / 貯 留 tCO 2 の 追 加 的 なCO 2 排 出 が 発 生 すると 計 算 された(Newall et al., 2000)。この 中 には、 岩 石 を100ミクロン 以 下 の 粒 径 に 砕 く 作 業 も 含 まれており、CO 2 1tに 対 し 蛇 紋 石 2.6tの 割 合 が想 定 された。コストは 約 14US$/ 貯 留 tCO 2 と 推 定 され、 資 本 費 は 総 額 の 約 20%である。 費 用 見 積 もりはすべてOECD 西 欧 諸 国 の 人 件 費 と 労 働 規 則 を 基 にした。 電 気 エネルギーからCO 2 排 出 量 への 変換 率 は、0.83tCO 2 /MWhであった。 費 用 は0.05US$/kWhの 電 気 価 格 に 基 づいて 計 算 した。 他 の 研 究の 結 果 もこれらの 数 値 を 用 いて 換 算 した(Newall et al., 2000)。これらの 費 用 に 関 する 他 の 見 積もりは、 追 加 的 排 出 を2%として6-10US$/ 貯 留 tCO 2 である(Lackner et al., 1997)。採 掘 と 廃 棄 は(セクション7.2.4で 報 告 した 通 り、 炭 酸 塩 にCO 2 を1t 固 定 するごとに 約 1.6-3.7tのケイ 酸 塩 と2.6-4.7tの 廃 棄 物 )、 大 規 模 な 活 動 である。1tのCO 2 は 理 論 上 では、0.27tの 炭 素 に 対 応する。しかし、 実 際 には 表 土 のため 約 2tの 原 料 鉱 物 に 対 応 している。これを 考 慮 すると、 石 炭 燃焼 により 生 成 するCO 2 を 貯 留 するために 鉱 物 炭 酸 化 を 行 うには、 石 炭 産 業 そのものに 匹 敵 する 規模 の 採 掘 産 業 の 確 立 を 要 するという 結 論 になる。そのような 大 きな 採 掘 活 動 は 非 常 に 大 規 模 なものとなるが、 化 石 燃 料 の 使 用 や 地 中 ・ 海 洋 貯 留 作 業 という 流 れの 中 で 見 ると、 十 分 に 見 合 う 規 模である。- 428 -

炭 酸 化 反 応 のエネルギー 需 要 とコストは、プロセスによるところが 大 きく、データが 不 足 しているため 見 積 もるのも 難 しい。 最 も 詳 細 な 研 究 は、ケイ 酸 塩 を 塩 化 マグネシウム 融 液 に 溶 かすプロセスで 実 施 されている(Newall et al., 2000)。CO 2 の 追 加 排 出 量 27.5%で、80US$/ 貯 留 tCO 2 の 全体 費 用 ( 前 パラグラフで 述 べた 活 動 も 含 む)を 達 成 し、その 結 果 110US$/ 回 避 tCO 2 となる。2 段 階での 酢 酸 プロセスの 場 合 、27US$/ 回 避 tCO 2 の 全 体 費 用 が 報 告 されているが、 前 提 となる 数 字 は 限られた 実 験 データに 基 づいている(Kakizawa et al., 2001)。 図 7.3に 示 すように、 一 段 での 湿 式 炭酸 化 プロセスに 関 する、エネルギー 面 ・ 経 済 面 の 包 括 的 評 価 が 最 近 報 告 されており(O’Connor etal., 2005)、ボックス7.1に 詳 述 している。この 研 究 は、 生 成 するエネルギーの30%から50%が 鉱 物炭 酸 化 ステップへの 投 入 として 要 求 されるとして、 貯 留 コストを50US$/ 貯 留 tCO 2 および100US$/貯 留 tCO 2 と 計 算 した。すなわち、それに 対 応 して 発 電 所 効 率 は35%から 例 えば25%から18%へそれぞれ 低 下 することになる。つまり、 回 収 プラントの10-40%のエネルギーペナルティも 計 算 に 入 れたとして、 鉱 物 炭 酸 化 を 行 う 完 全 なCCSシステムは、 同 等 の 出 力 を 持 つCCSのない 発 電 所 より60-180% 多 くのエネルギーを 必 要 とする。これに 類 似 した 経 済 的 評 価 は、 乾 式 の 鉱 物 炭 酸 化 についても 産 業 廃 棄 物 を 利 用 した 炭 酸 化 についても 存 在 しない。ただし、 有 毒 な 廃 棄 物 の 炭 酸 化 は 物質 を 安 定 させ、 重 金 属 の 浸 出 を 減 らすことができる 点 を 指 摘 しておきたい。 従 ってこれらの 物 質は 廃 棄 がより 容 易 になり、 建 設 作 業 などの 用 途 にさえ 利 用 されるようになる 可 能 性 がある( 図 7.2を 参 照 )(Venhuis and Reardon, 2001; Meima et al., 2002)。鉱 物 炭 酸 化 によって 炭 素 が 貯 留 されてしまうと、 実 質 上 、 漏 出 によりCO 2 が 排 出 されることはない。なぜなら、 廃 棄 サイトで 風 化 が 起 こり、 炭 酸 化 の 生 成 物 から 炭 酸 マグネシウムが 浸 出 すると、 固 形 の 炭 酸 マグネシウムを 溶 解 重 炭 酸 マグネシウムへ 変 質 させることになり、よって 余 分 なCO 2 を 結 合 させるからである(Lackner, 2002)。 従 って、 鉱 物 炭 酸 化 により 貯 留 されるCO 2 のうち1000 年 後 も 保 持 されている 割 合 は、ほぼ100%であることが 確 実 だという 結 論 に 達 する。その 結 果 、鉱 物 炭 酸 化 の 場 合 は、 廃 棄 サイトの 監 視 の 必 要 性 は 限 られる。- 429 -

7.2.8 将 来 の 見 通 し7.2.8.1 一 般 市 民 の 賛 同鉱 物 炭 酸 化 に 関 する 一 般 市 民 の 賛 同 が 得 られるか 否 かは、CCSへのより 幅 広 い 理 解 を 得 ることにかかっている。 鉱 物 炭 酸 化 という 貯 留 方 法 は 検 証 可 能 であり、 恒 久 的 であるという 事 実 は、 理解 を 促 すのに 役 立 つかもしれない。マイナス 面 は、 鉱 物 炭 酸 化 には 大 規 模 な 採 掘 と、それに 伴 う環 境 面 での 懸 案 事 項 である。 例 えば、 地 形 の 変 形 、アスベスト 汚 染 による 粉 塵 公 害 悪 化 または 微量 元 素 の 流 動 の 可 能 性 などである。 通 常 、 一 般 市 民 の 理 解 を 得 るためには、 環 境 への 二 次 的 影 響を 最 小 限 にするため、 可 能 な 対 策 をすべて 実 施 していることを 証 明 する 必 要 がある。7.2.8.2 ギャップ 分 析鉱 物 炭 酸 化 技 術 では、 炭 酸 化 反 応 の 発 熱 性 を 利 用 して 鉱 物 の 前 処 理 に 必 要 なコストとエネルギー 需 要 を 減 らさなければならない。 鉱 物 炭 酸 化 は、 地 中 貯 留 の 適 用 事 例 より 費 用 が 高 くつく 一 方で、ほぼ 無 制 限 の 恒 久 性 を 持 ち、 監 視 の 必 要 性 が 最 小 限 で 済 む。 鉱 物 炭 酸 化 を 天 然 ケイ 酸 塩 と 産業 廃 棄 物 ( 反 応 速 度 がより 有 利 になると 考 えられている)に 適 用 する 場 合 について、コスト 削 減の 研 究 も 行 われている。また、ケイ 酸 塩 の 天 然 備 蓄 量 は 需 要 より 大 幅 に 多 いが、 今 後 はどれぐらいの 割 合 で 鉱 物 炭 酸 化 を 有 効 利 用 できるか 判 断 するための 評 価 が 必 要 である。それには、O’Connor et al.(2005)と 同 様 、 資 源 のマッピングや、 入 手 源 と 貯 め 場 とのマッチングなど 徹 底 的な 研 究 が 必 要 となるだろう。 資 源 基 盤 の 実 際 のサイズは、 実 際 に 利 用 する 土 地 の 法 的 ・ 社 会 的 制約 によって 大 きく 影 響 を 受 ける。 発 電 、 採 掘 、 炭 酸 化 反 応 、 炭 酸 塩 の 処 分 、それらに 関 連 する 材料 およびエネルギー 輸 送 などの 統 合 は、そのサイトに 適 合 した 方 法 で 最 適 化 する 必 要 がある。ただし、 鉱 物 炭 酸 化 における 決 定 的 で 重 要 なギャップは、 実 証 用 プラントが 存 在 しないことである。7.3 二 酸 化 炭 素 の 産 業 利 用 と、その 排 出 削 減 の 可 能 性7.3.1 序 論回 収 したCO 2 を 地 層 ( 第 5 章 を 参 照 )、 海 中 ( 第 6 章 を 参 照 )あるいは 炭 酸 塩 として 鉱 物 の 形 態で 貯 留 すること(セクション7.2を 参 照 )に 対 する 代 替 案 として、 本 報 告 書 のこのセクションでは、価 値 ある 炭 素 含 有 製 品 を 生 成 する 化 学 的 プロセスで 直 接 、あるいはそのプロセスの 原 料 としてCO 2 を 用 いることにより、CO 2 の 大 気 への 正 味 排 出 量 を 削 減 する 可 能 性 を 評 価 する。CO 2 の 利 用 により、 炭 素 含 有 燃 料 、 薬 品 等 の 形 態 で 貯 留 されているCO 2 の 在 庫 、いわゆる 炭 素 の 化 学 的 プールができる(Xiaoding and Moulijn, 1996)。これらの 製 品 製 造 と 使 用 には、 多 種 多 様 な「ライフサイクル」が 伴 う(すなわち 原 料 から 製 品 を 製 造 し、その 所 定 の 目 的 のため 製 品 を 使 用 し、 最 終 的 にそれを 処 分 するか 再 利 用 する 一 連 のプロセス)。 製 品 のライフサイクルによって、 様 々な 量 のCO 2が 様 々な 期 間 貯 留 される。 炭 素 が 再 利 用 され 使 用 され 続 ける 限 り、この 炭 素 プールはうまく 炭 素を 貯 留 していると 言 える。 製 品 の 劣 化 や 廃 棄 によってこのプールから 外 れると、この 炭 素 を 再 び大 気 プールへ 注 入 することになる。第 3 章 で 述 べたオプションのいずれかを 用 いて 回 収 したCO 2 は、 以 下 の 基 準 が 満 たされていれば、炭 素 源 として 産 業 プロセスで 使 用 される 場 合 、 大 気 への 正 味 CO 2 排 出 量 を 削 減 することができる。1. 回 収 された CO 2 の 使 用 は、その 後 大 気 に 放 出 される CO 2 排 出 源 に、 単 に 取 って 代 わるものであってはならない。 石 灰 キルン 窯 または 発 酵 プロセスから 生 じた CO 2 の 置 き 換 えは CO 2 排 出量 の 正 味 削 減 にはつながらないが、 天 然 の 地 質 堆 積 物 に 由 来 する CO 2 の 置 き 換 えは(それさえなければ、そのまま 放 っておかれたはずのものであるから)、CO 2 排 出 量 の 正 味 削 減 につなが- 430 -

る。これは、 米 国 における 石 油 増 進 回 収 法 で 利 用 される 大 部 分 の CO 2 に 当 てはまる(セクション 5.3.2 を 参 照 )。なぜならその CO 2 は 現 在 、 天 然 の 地 質 堆 積 物 から 提 供 されているからである(Audus et Oonk, 1997)。2. 回 収 した CO 2 を 用 いて 生 成 した 化 合 物 は、CO 2 が 燃 焼 またはその 他 の 分 解 プロセスで 解 放 されるまで、 長 い 寿 命 を 保 たなければならない。3. 回 収 した CO 2 を 産 業 プロセスで 利 用 する 場 合 、 単 位 製 品 を 製 造 するプロセス 連 鎖 全 体 の 中 に、すべての 材 料 、 化 石 燃 料 、エネルギー 流 、 排 出 物 、 生 成 物 を 含 められるよう、システム 境 界 全体 を 慎 重 に 定 義 する 必 要 がある。また、 防 止 できる 合 計 ( 正 味 )CO 2 排 出 量 を 正 確 に 判 断 しなければならない。単 にエネルギー 効 率 の 改 善 だけによるCO 2 削 減 は、 回 収 ・ 貯 留 に 焦 点 を 置 く 本 報 告 書 の 範 囲 ではない。 同 様 に、 超 臨 界 CO 2 と 有 機 溶 媒 を 入 れ 替 えることで 得 られるような 環 境 面 の 利 益 は、 炭素 化 学 プールをわずかに 増 大 させるかもしれないが、 本 報 告 書 ではそのような 一 次 的 な 要 因 については 論 じない。 同 様 に 本 報 告 書 では、 大 気 に 放 出 される、 温 室 効 果 ガスとして 高 い 可 能 性 を 持つ 他 の 化 学 物 質 ( 例 : 過 フッ 化 炭 化 水 素 )と 入 れ 替 えるために 回 収 CO 2 を 使 用 する 行 為 を 一 切 除外 する。その 分 野 はIPCC/TEAP Special Report on Safeguarding the Ozone Layer and the Global ClimateSystem: issues related to Hydrofluorocarbons and Perfluorocarbons(IPCC/TEAP, 2005)で 取 り 扱 う。上 記 の 第 3のポイントは、 求 められた 製 品 を 製 造 するためにCO 2 利 用 プロセスから 代 替 経 路 に 変更 することによる、 正 味 CO 2 削 減 量 の 可 能 性 を 評 価 するという 点 で 特 に 重 要 である。とりわけ、システム 境 界 がライフサイクル 全 体 の「 上 流 の」プロセスすべてを 網 羅 しており、 関 心 のある 最終 製 造 プロセスにのみ 焦 点 を 置 いていないことが 不 可 欠 である。 適 切 なシステム 境 界 を 図 7.4に 概略 的 に 示 す。これは、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 システムとの 関 係 で、セクション7.2( 図 7.1) 及 び 第 1 章( 図 1.4)で 先 に 示 したシステム 境 界 図 を 拡 張 したものである。 投 入 にはすべての 化 石 燃 料 と、システム 内 で 使 用 される 他 のすべての 材 料 を 含 む。 投 入 された 化 石 燃 料 は、CO 2 回 収 システムを 含む 発 電 所 または 産 業 用 プラントにエネルギーを 供 給 し、 炭 素 元 素 は 新 しい 化 学 化 合 物 の 成 分 として 使 用 される。CO 2 、エネルギー、 材 料 の 流 れは 一 次 的 な 燃 料 消 費 プロセスから 回 収 したCO 2 を 利用 する 産 業 プロセスへと 通 過 していく。これにより 望 ましい 製 品 ( 回 収 CO 2 に 由 来 する 炭 素 を 含む)だけでなく、 他 の 生 成 物 ( 発 電 所 からの 有 益 なエネルギーなど)や、CO 2 および 他 の 気 体 ・液 体 ・ 固 体 残 渣 が 環 境 へ 排 出 されることもある。- 431 -

図 7.4 CO 2 の 回 収 およびそのCO 2 を 用 いた 産 業 プロセスを 実 施 している 発 電 所 または 産 業 プラントにおける、システム 境 界 を 通 じた 物 質 およびエネルギー 収 支 。 投 入 にはすべての 化 石 燃 料 と、システム内 で 使 用 される 他 のすべての 材 料 を 含 む。 投 入 された 化 石 燃 料 はCO 2 回 収 システムを 備 えた 発 電 所 または 産 業 用 プラントにエネルギーを 供 給 し、 炭 素 元 素 は 新 しい 化 学 化 合 物 の 成 分 として 使 用 される。CO 2 、エネルギー、 材 料 の 流 れは 一 次 的 な 燃 料 消 費 プロセスから、 回 収 されたCO 2 を 利 用 する 産 業 プロセスまで 通 過 する。これにより 目 的 とする 製 品 ( 回 収 されたCO 2 に 由 来 する 炭 素 を 含 む)だけでなく他 の 生 成 物 ( 発 電 所 からの 有 益 なエネルギーなど)や、CO 2 及 び 他 の 気 体 ・ 液 体 ・ 固 体 残 渣 が 環 境 へ排 出 されることもある。システム 全 体 をこのようにして 定 義 ・ 分 析 してしまえば、 回 収 CO 2 を 使 用 しない 代 替 システムと 比 較 することもできる。 基 本 的 な 物 質 収 支 とエネルギー 収 支 を 用 いて、 目 的 とする 製 品 製 造 に関 連 する 正 味 排 出 量 の 差 として、 防 止 できるCO 2 の 全 体 量 を 評 価 できる。 一 般 的 に、 差 はプラスでもマイナスでもあり 得 る。つまり 比 較 されるプロセスの 詳 細 によっては、CO 2 の 利 用 が 正 味 CO 2排 出 量 の 減 少 にも 増 加 にもつながり 得 る。この 枠 組 では、 一 次 エネルギー 源 として 化 石 燃 料 だけを 検 討 していることに 注 意 すべきである。 再 生 可 能 なエネルギー 源 や 原 子 力 は、その 利 用 可 能 性がCO 2 利 用 オプションの 分 析 の 枠 をはるかに 越 える 意 味 合 いを 持 つため、 特 に 除 外 してある( 詳細 な 議 論 は 第 8 章 を 参 照 )。また 他 のプロセスによる 排 出 物 が 毒 物 や 有 害 物 質 を 含 む 場 合 、CO 2ベースのプロセスを 利 用 することにより 毒 物 や 有 害 物 質 が 増 加 ・ 減 少 し 得 ることにも 注 意 が 必 要である。CO 2 利 用 プロセス 評 価 に 対 するこの 枠 組 の 適 用 については、 本 章 の 後 の 方 でさらに 詳 細 に 論 じる。しかしその 前 に、 産 業 プロセスにおける 現 在 のCO 2 利 用 と、それらが 持 つ 長 期 CO 2 貯 留 の 可 能性 について 検 討 したい。7.3.2 現 在 の 二 酸 化 炭 素 の 産 業 利 用二 酸 化 炭 素 は、 例 えば 尿 素 などの 化 学 製 品 の 製 造 、 冷 凍 システム、 食 品 包 装 のための 不 活 性 剤 、飲 料 、 溶 接 システム、 消 火 器 、 水 処 理 プロセス、 園 芸 、 製 紙 業 の 沈 降 炭 酸 カルシウム、その 他 多くの 小 規 模 な 用 途 など、 多 数 の 利 用 法 がある 有 益 な 産 業 用 ガスである。 大 量 の 二 酸 化 炭 素 が、 特に 米 国 において、 石 油 増 進 回 収 法 によって 利 用 されている(セクション5.3.2を 参 照 )。それに 従い、 産 業 界 におけるCO 2 の 利 用 を 扱 った 広 範 な 技 術 文 献 が 存 在 し、 活 発 な 研 究 グループが 新 規 の、あるいは 改 善 されたCO 2 利 用 プロセスを 探 索 している。- 432 -

商 業 用 に 使 用 されるCO 2 の 多 くは 合 成 肥 料 または 水 素 プラントから、 化 学 的 または 物 理 的 な 溶剤 洗 浄 システムを 用 いて 回 収 される(セクション3.5.2を 参 照 )。 他 の 産 業 用 CO 2 回 収 源 としては、エチルアルコール 生 産 のため 用 いられる 砂 糖 (ブドウ 糖 )の 発 酵 がある。C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (3)産 業 用 CO 2 は、 炭 酸 ナトリウムの 製 造 に 使 うような 石 灰 窯 や、クラフトパルプ 製 造 工 程 からも生 成 する。これは 石 灰 岩 などの 原 料 の 加 熱 ( 焼 成 )を 伴 う。CaCO 3 CaO + CO 2 (4)米 国 、イタリア、ノルウェー、 日 本 など 世 界 の 一 部 の 地 域 では、CO 2 は 天 然 のCO 2 井 戸 から 抽 出されている。またCO 2 は、 不 純 物 としてCO 2 を 含 むことの 多 い 未 加 工 の 天 然 ガスの 生 産 ・ 処 理 の 過程 でも 回 収 される(CO 2 排 出 源 に 関 する 詳 細 については 第 2 章 を 参 照 )。回 収 された 全 CO 2 のうちかなりの 割 合 が、 主 に 尿 素 やメタノールなど 商 業 的 意 義 のある 化 学 薬品 を 作 り 出 すため、 製 造 時 点 で 使 用 される。 他 の 商 業 用 途 のため 回 収 されたCO 2 は、 精 製 、 液 化され、 通 常 20bar、–18℃で 液 体 の 状 態 で 納 品 ・ 貯 留 されることが 多 い(Pierantozzi, 2003)。表 7.2は、 現 在 CO 2 を 使 用 している 主 要 な 化 学 又 は 工 業 用 途 の、 世 界 的 な 生 産 率 とCO 2 使 用 率 を示 す( 石 油 増 進 回 収 法 については 第 5 章 で 論 じるので 除 外 する)。 貯 留 された 炭 素 がCO 2 に 分 解 され 大 気 に 放 出 されるまでのおおよその 寿 命 を 併 せて 示 す。その 数 値 は、 様 々な 化 学 製 品 の 製 造 やその 他 の 用 途 に 使 用 されるCO 2 のうち、 表 7.2の 最 終 列 に 示 す 期 間 が 過 ぎても 貯 留 されている 割 合がゼロになることを 意 味 する。表 7.2 CO 2 の 産 業 用 途 (Mトン 規 模 の 製 品 または 用 途 のみ)。 年 次 市 況 、 使 用 されるCO 2 量 、その 排出 源 、 製 品 寿 命 (Aresta and Tommasi, 1997; Hallman and Steinberg, 1999; Pelc et al., 2005)。 表 中 の 数 字 には多 大 な 不 確 実 さが 伴 う。a 天 然 の 排 出 源 には 地 下 井 戸 と 発 酵 が 含 まれる。b 使 用 されたCO2 のうち、 示 された 期 間 が 過 ぎても 貯 留 されている 割 合 がゼロになる。7.3.3 CO 2 削 減 のための 新 しいプロセス7.3.3.1 有 機 化 学 薬 品 と 高 分 子 化 合 物化 学 薬 品 および 高 分 子 化 合 物 の 製 造 のため、CO 2 を 一 酸 化 炭 素 ・メタン・メタノールなど 他 のC 1 成 分 の 代 用 品 として 使 用 する 新 しいプロセス 経 路 の 候 補 が 多 数 検 討 されてきた。 炭 素 が 高 度 に酸 化 された 状 態 の 不 活 性 ガスであるCO 2 を 使 用 するには、 効 率 的 な 触 媒 システムの 開 発 と、CO 2- 433 -

還 元 のための 追 加 エネルギーの 使 用 を 必 要 とする。これまでに 検 討 されてきた 化 学 薬 品 として、ポリウレタンとポリカーボネートがある。その 場 合 の 検 討 動 機 は、CO 2 の 貯 め 場 を 見 つけるためというより 主 として、 極 度 の 毒 性 を 持 つホスゲンの 使 用 を 避 けるためであった。 提 案 されたプロセスは、ホスゲンをベースとする 現 在 の 経 路 より 全 体 的 なエネルギー 消 費 を 低 くでき、そのため更 なるCO 2 排 出 量 の 軽 減 につながる。 現 在 の 世 界 のポリカーボネート 消 費 量 は、 約 2.7Mt/ 年 である。すべてのポリカーボネート 製 造 をCO 2 ベースのプロセスに 転 換 したなら、CO 2 の 直 接 消 費 量 は 約0.6MtCO 2 / 年 となる。 現 在 公 表 されているデータからは 定 量 化 が 困 難 ではあるが、プロセスでのエネルギー/ 材 料 の 変 化 によりCO 2 がある 程 度 削 減 される。同 様 に、ポリウレタンの 全 製 造 を 変 換 すれば、 直 接 CO 2 消 費 量 は 約 2.7MtCO 2 / 年 になるだろう。ただし、CO 2 ベースによる 製 造 の 商 業 的 適 用 については、ほとんど 進 展 は 報 告 されていない。 前述 したCO 2 ベースによる 製 造 の 商 業 的 適 用 は、 大 気 中 に 放 出 された 人 為 起 源 CO 2 のうち 非 常 に 少 ない 割 合 にしか 直 接 影 響 を 及 ぼさない。 炭 化 水 素 資 源 で 利 用 できたエネルギーはCO 2 原 料 になると無 くなってしまい、それをプロセス 効 率 の 改 善 によって 補 償 できない 限 り 追 加 エネルギー 供 給 とそれに 関 連 するCO 2 排 出 で 補 わなければならない。そのため、CO 2 の 正 味 貯 留 は 一 層 小 さくなるか、逆 にマイナスになる 可 能 性 もある。7.3.3.2 二 酸 化 炭 素 を 用 いた 燃 料 製 造例 えばガソリンやメタノールなど、 炭 素 ベースの 液 体 燃 料 は、その 高 エネルギー 密 度 と 使 いやすさ(それは 一 部 には 十 分 確 立 されたインフラストラクチャに 基 づくものだが)のため、 魅 力 的な 存 在 である。CO 2 は、エネルギーを 追 加 することにより、 炭 素 ベースの 燃 料 を 製 造 する 原 料 となり 得 る 可 能 性 がある。エネルギーは 保 存 されるので、 元 になっているエネルギー 源 が 化 石 炭 素である 限 り、CO 2 排 出 量 の 正 味 削 減 となることはない。 一 次 的 エネルギー 源 からのエネルギー 単位 が 一 定 量 のCO 2 を 生 み 出 すなら、CO 2 から 燃 料 を 製 造 することはCO 2 の 再 利 用 であるが、 変 換 に必 要 なエネルギーを 提 供 するためほぼ 同 等 量 のCO 2 を 放 出 している。この 変 換 プロセスは 必 ずエネルギー 損 失 を 伴 うので、 燃 料 合 成 の 間 に 生 じるCO 2 の 合 計 量 は、 変 換 されるCO 2 を 越 える 傾 向 があり、 変 換 されたCO 2 もいったん 消 費 されると 排 出 される。CO 2 からの 炭 素 ベース 液 体 燃 料 の 製 造 は、 元 となるエネルギーインフラストラクチャが 化 石 エネルギーに 基 づかない 場 合 のみ、CO 2 の 排 出 量 を 削 減 する。 例 えば、 水 素 とCO 2 をガソリンまたはメタノールの 製 造 のための 原 料 として 用 い、 輸 送 部 門 を 水 素 へ 転 換 させてしまうのではなく、またガソリンまたはメタノールを 使 うこともできる。 水 素 は、 水 力 ・ 原 子 力 ・ 太 陽 光 エネルギー・風 力 エネルギーを 用 いて 水 から 作 り 出 す。 化 石 燃 料 を 用 いた 発 電 が 存 続 する 限 り、この 変 換 にCO 2は 利 用 できる(Eliasson, 1994)。あるいは、 生 物 学 的 ・ 化 学 的 手 段 を 用 いて 大 気 中 からCO 2 を 回収 し、 閉 鎖 循 環 を 作 り 上 げることも 可 能 だろう。そのような 循 環 は 水 素 経 済 がそうであるように、安 くてクリーンで 豊 富 な 非 化 石 エネルギーが 入 手 できるか 否 かにかかっている。そしてそれは 本報 告 書 の 範 囲 外 である。メタノール 製 造 は、CO 2 と 水 素 からの 液 体 燃 料 の 合 成 の 例 である。 今 日 ではCO、CO 2 、 水 素 の混 合 物 が 化 石 燃 料 ( 主 に 天 然 ガス)の 水 蒸 気 改 質 、 部 分 酸 化 または 自 己 熱 改 質 によって 製 造 される。メタノール 生 成 反 応 は 発 熱 反 応 であり、 約 260℃で 銅 / 亜 鉛 /アルミナの 触 媒 により 生 じる(Inui,1996; Arakawa, 1998; Ushikoshi et al., 1998; Halmann and Steinberg, 1999)。- 434 -

CO + 2H 2 CH 3 OH(5)CO 2 + 3H 2 CH 3 OH + H 2 O(6)あるいは、 回 収 されたCO 2 と、 例 えば 太 陽 光 エネルギーによる 水 の 分 解 で 得 られる 水 素 を 用 いて、 反 応 (6)だけを 利 用 することもできるだろう(Sano et al., 1998)。7.3.3.3 バイオマスによるCO 2 回 収燃 料 のバイオマス 生 産 も、CO 2 からの 燃 料 生 成 のカテゴリーに 分 類 される。 光 合 成 の 助 けを 借りて、 太 陽 光 エネルギーは 水 とCO 2 をでんぷんなどの 強 力 な 有 機 化 合 物 に 変 換 することができる。それらの 有 機 化 合 物 を、 今 度 はメタン、メタノール、 水 素 、バイオディーゼルなどの 産 業 用 燃 料に 変 換 できる(Larson, 1993)。また、 自 然 環 境 や 農 業 環 境 、または 発 電 所 から 出 るオフガスに 含まれる 高 濃 度 CO 2 と、CO 2 を 有 益 な 化 学 薬 品 に 変 換 する 微 細 藻 類 を 養 う 産 業 環 境 で、バイオマスは生 産 できる(Benemann, 1997)。 生 物 学 的 プロセスは 自 らのCO 2 を 収 集 するので、 実 はCO 2 回 収 を行 っていると 言 える(Dyson, 1976)。バイオマスを 有 効 に 使 用 するなら、バイオマスも 炭 素 をその 活 発 な 状 態 に 戻 すことによってリサイクルしている。バイオマス 生 産 は、 新 世 代 のバイオマスベースの 炭 素 質 の 燃 料 を 生 成 するので、 化 石 燃 料 の 必 要 性 を 減 少 させる。 化 石 エネルギーの 代 わりとしては、バイオマスは 本 報 告 書 の 範 囲 外 にある。CO 2 の 回 収 テクノロジーとしては、バイオマス 生 産 は 最 終 的 には、 光 を 化 学 的 に 蓄 えられたエネルギーに 変 換 する 効 率 によって 制 限 を 受 ける。 現 在 、 農 業 バイオマス 生 産 における 太 陽 光 エネルギー 変 換 効 率 は 通 常 1% 未 満 である(300GJ/ha年 または1W/m 2 (Larson, 1993))。 微 細 藻 類 の 生 産 は、 光 子 利 用 効 率 を、 太 陽 エネルギー1 単 位あたりの 化 学 エネルギーの 比 率 に 変 換 すると、1-2%のわずかに 高 い 率 で 行 われている(Melis et al.,1998; Richmond and Zou, 1999)。 従 って、 微 細 藻 類 が 発 電 所 のCO 2 出 力 を 回 収 するため 必 要 とされる 太 陽 光 エネルギー 収 集 量 は、 発 電 所 の 電 力 出 力 より 約 100 倍 大 きい。 平 均 200W/m 2 の 太 陽 光 照 射で、100MWの 発 電 所 はほぼ50km 2 程 度 の 太 陽 光 収 集 面 積 を 必 要 とする。7.3.4 CO 2 利 用 による 排 出 緩 和 可 能 性 の 評 価この 最 終 セクションでは、(1)どのような 範 囲 で 炭 素 化 学 プールがCO 2 を 貯 留 するか、(2)どれぐらい 長 い 期 間 CO 2 が 炭 素 化 学 プールに 貯 留 されるか、(3) 炭 素 化 学 プールの 排 出 緩 和 への貢 献 がどれぐらい 大 きいか、という3つのポイントを 明 らかにする。第 1のポイントである、 炭 素 化 学 プールのCO 2 貯 留 の 範 囲 を 考 察 するには、 表 7.2を 再 度 参 照 すべきである。 表 で 報 告 した 通 り、CO 2 の 産 業 利 用 の 合 計 量 はおよそ115MtCO 2 / 年 である。 尿 素 の 生 産はその 合 計 量 の60% 以 上 を 占 め、 最 大 のCO 2 消 費 者 である。 大 局 的 に 見 ると、この 合 計 量 は 人 為起 源 CO 2 排 出 量 合 計 、すなわち 約 24GtCO 2 / 年 の 約 0.5%に 過 ぎない。しかし、これらの 数 値 は 年 間に 炭 素 化 学 プールを 出 入 りするCO 2 流 だけを 表 しており、プールの 実 際 のサイズ( 市 場 取 引 及 び製 品 流 通 対 価 によって 左 右 され、 年 間 のCO 2 消 費 量 合 計 よりかなり 小 さいかもしれない)を 表 していないことに 気 づく 必 要 がある。さらに、 例 えば 年 単 位 での 炭 素 貯 留 への 貢 献 はプールのサイズではなく、 年 単 位 で 見 たサイズの 変 動 や、 一 般 的 にマーケットや 流 通 システムの 進 化 による。また、 炭 素 貯 留 はプラスになったり( 炭 素 貯 留 の 増 加 とCO 2 排 出 量 の 減 少 )、マイナスになったりする( 炭 素 貯 留 の 減 少 とCO 2 排 出 量 の 増 加 )その 変 動 率 に 対 応 している( 定 量 的 な 例 についてはボックス7.2を 参 照 )。サプライチェーンにおける 貯 留 炭 素 量 に 関 するデータと、この 量 の 変 化率 に 関 するデータは 入 手 できない。しかし、 表 7.2の 数 値 と 上 記 の 分 析 は、 回 収 されて 貯 留 可 能 な炭 素 量 は、 人 為 起 源 炭 素 の 排 出 量 合 計 と 比 較 すると 非 常 に 小 さいということを 表 している。よっ- 435 -

て、 回 収 したCO 2 の 産 業 プロセスへの 利 用 は、 正 味 CO 2 排 出 量 の 削 減 に( 影 響 しているとしても)ごくわずかな 影 響 しか 及 ぼしていない。第 2のポイントに 関 しては、 炭 素 化 学 プールでのCO 2 貯 留 期 間 と(CO 2 に 分 解 され 大 気 中 に 放 出されるまで 使 用 される 場 合 の)CO 2 を 消 費 する 化 学 製 品 の 通 常 の 寿 命 が、 表 7.2の 最 終 列 に 記 載 されている。 多 種 多 様 な 化 学 物 質 で 構 成 される 化 合 物 の 分 類 と 関 連 し、かなり 幅 広 い 範 囲 となっている。 回 収 したCO 2 を 利 用 して 製 造 された 物 質 の 寿 命 は、メタノールなどの 燃 料 が 数 時 間 、 尿 素肥 料 が 数 ヶ 月 、プラスチックや 積 層 板 などの 材 料 ( 特 に 建 設 業 で 使 用 される 材 料 )が 数 十 年 など、多 岐 にわたることがある。このことは、たとえ 前 パラグラフで 論 じたような 正 味 CO 2 貯 留 量 が 存在 しても、そのような 貯 留 の 期 間 は 限 られていることを 示 している。最 後 のポイントは、 回 収 されたCO 2 を 炭 素 化 学 プールで 化 合 物 を 生 産 するのに 用 いた 場 合 における、 排 出 量 削 減 の 程 度 である。 化 学 プロセスにおける 化 石 燃 料 ( 例 えば 炭 化 水 素 )に 由 来 する炭 素 を、 回 収 されたCO 2 と 置 き 換 えることは 可 能 である。しかしそれは 全 炭 素 保 管 量 には 影 響 しないので、CO 2 は 化 石 燃 料 の 原 料 とは 置 き 換 わらない。 実 は 炭 化 水 素 には2つの 機 能 がある。エネルギーを 提 供 することと、 成 分 としての 炭 素 を 提 供 することである。 炭 化 水 素 よりエネルギーレベルが 低 いので、CO 2 ではエネルギーを 提 供 できない(ボックス7.3を 参 照 )。 炭 化 水 素 のエネルギーは 化 学 プロセスで 必 要 とされることもあり、プラスチックの 製 造 のように 最 終 製 品 に 具 現 化される。または、 精 製 や 前 処 理 といった 他 のプロセスでも 炭 化 水 素 のエネルギーは 利 用 可 能 であり、 同 一 プラント 内 の 他 のプロセスでも 使 うことができる 可 能 性 もある。CO 2 を 炭 素 源 として 用いた 場 合 上 述 したエネルギーが 得 られないので、プラント 内 のエネルギー 収 支 を 合 わせるため、CO 2 を 何 らかの 形 で 置 き 換 えなければならない。 代 替 エネルギーが 化 石 燃 料 から 提 供 される 限 り、正 味 CO 2 排 出 量 は 不 変 のままである。 大 規 模 な 非 化 石 エネルギー 源 を 有 する 経 済 であれば、 化 学合 成 では 炭 化 水 素 の 代 わりとしてCO 2 原 料 を 検 討 するという 点 に 注 目 するべきであるが、そういったアプローチは 本 章 では 扱 わない。それは 非 化 石 エネルギーへの 転 換 の 具 体 例 であり、CO 2 の回 収 ・ 貯 留 の 必 要 性 ではなく 新 しいエネルギー 源 の 利 点 として、 推 進 されるからである。ボックス7.2 炭 素 化 学 プール。炭 素 化 学 プールは、 人 為 起 源 の 炭 素 を 含 有 する 有 機 化 学 製 品 の 集 合 体 である。このボックスでは、 炭 素 化 学 プールの 炭 素 削 減 の 定 量 的 影 響 に 関 する 測 定 基 準 について 説 明 する。 定 量 的 影 響 が大 きければ、CO 2 から 得 られる 炭 素 の 利 用 は、 回 収 したCO 2 貯 留 として 魅 力 的 なオプションとなり得 る。特 定 の 化 学 物 質 Aを 考 えてみる。Aの 現 在 の 全 世 界 における 生 産 量 は12Mt/ 年 であり、 世 界 的 な在 庫 は1Mt(1ヶ 月 分 の 生 産 量 )であり、CO 2 に 分 解 され 大 気 中 へ 放 出 されるまでの 寿 命 は1 年 未 満であるとする。Aの 次 の 年 の 生 産 量 と 在 庫 が 変 わらないとすれば、 化 学 プールのこの 要 素 によるCO 2 貯 留 への 貢 献 はゼロである。 生 産 量 が10 倍 に 増 えて120Mt/ 年 になったのに 在 庫 が 依 然 として1Mtだとすれば、この 場 合 もAのCO 2 貯 留 への 貢 献 はゼロである。逆 に、 増 大 する 市 場 需 要 に 応 えるため、 次 の 年 の 生 産 量 が 増 えて 在 庫 も( 例 えば3Mtにまで)増 加 したとすれば、その 年 のCO 2 貯 留 に 対 するAの 貢 献 は、2MtのAを 生 産 するため 化 学 量 論 的 に必 要 とされるCO 2 の 量 と 等 しくなる。しかし、より 優 れた 流 通 政 策 により、 生 産 が 増 えたにもか- 436 -

かわらず、Aの 全 世 界 の 在 庫 が0.7Mtに 下 落 した 場 合 、AはCO 2 貯 留 に 対 しマイナスの 貢 献 をすることになる。そして、その 年 は0.3MtのAを 生 産 するため 化 学 量 論 的 に 必 要 とされるCO 2 量 が 追 加的 に 大 気 中 へ 排 出 される。従 って、 炭 素 化 学 プールのCO 2 削 減 に 対 する 影 響 は、 生 産 される 炭 素 含 有 化 学 製 品 の 量 に 依 存しない。 一 定 の 期 間 において、プールが 大 きくなった 場 合 だけ、CO 2 排 出 量 の 削 減 がある。 上 に示 した 通 り、 生 産 量 の 増 加 に 応 じて、そういった 影 響 はプラスでもマイナスでもあり 得 る。これは 炭 素 含 有 化 学 製 品 の 生 産 量 全 体 に 関 して2 次 的 なあるいは3 次 的 な 効 果 であり、 化 石 燃 料 の 消 費という 点 では、 化 石 燃 料 の 燃 焼 よりずっと 小 さいので、この 影 響 は、CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 テクノロジーが 直 面 しなければならない 課 題 の 規 模 に 比 べると 取 るに 足 らないものであることは 明 らかである。ボックス7.3 炭 素 の 代 わりにCO 2 を 原 料 として 使 用 することによるエネルギーゲインまたはエネルギーペナルティ。化 学 合 成 のための 炭 素 原 子 の 提 供 元 として、また 炭 素 原 子 源 が 化 石 炭 素 ( 石 炭 、メタン 他 )であるという 標 準 的 プロセスに 代 わるものとして、CO 2 を 利 用 することができる。ここには、CO 2分 子 内 の 炭 素 原 子 がエネルギー 提 供 により 還 元 されるプロセス( 例 :メタノール 合 成 )や、 炭 素原 子 がその 酸 化 状 態 を 変 えずエネルギーも 必 要 としないプロセス( 例 :ポリカーボネートの 合 成 )が 含 まれる。議 論 を 単 純 にするため、 化 学 プラントで 起 こる( 標 準 的 なプロセス) 炭 素 から 有 機 最 終 製 品 A(n 個 の 炭 素 原 子 を 含 む)への 反 応 を 考 察 してみよう。nC A(7)炭 素 を 燃 焼 させた 発 電 所 から 回 収 されたCO 2 を、Aの 合 成 を 行 っている 化 学 プラントで 使 用 するという 代 替 経 路 も 検 討 してみる。この 場 合 、 一 連 の 反 応 は 次 の 通 りであろう。nC nCO 2 A(8)CをAに 変 化 させる 際 の 全 体 的 なエネルギー 変 化 ΔHはどちらのケースでも 同 じである。2つのケースの 違 いは、ケース(8)ではこの 全 体 的 なエネルギー 変 化 が2つに 分 かれるということで(ΔH=ΔH com +ΔH syn )、 一 方 は 発 電 所 における 燃 焼 、 他 方 は 化 学 プラントにおけるCO 2 からAへの合 成 を 表 している。(ΔH com は-400となり、それは 炭 素 燃 焼 によって400が 利 用 できるようになったという 意 味 である)。ΔHがマイナスであれば、それは 全 体 的 には 発 熱 反 応 であることを 意 味 しており(1)、ΔH syn はマイナスにもプラスにもなる。ΔHがプラスであれば、それは 全 体 的 に 吸 熱反 応 であることを 意 味 しており(7)、ΔH syn はさらにプラスとなる。いずれの 場 合 でも( 発 熱 反応 又 は 吸 熱 反 応 )、 化 学 プラントではケース(1)に 比 べてケース(2)で400kJ/molCのエネルギーが 不 足 する。このエネルギーは 発 電 所 ですでに 利 用 されており、 化 学 プラントでは 利 用 できない。 大 規 模 な 化 学 プラント(これらは、CO 2 排 出 量 の 緩 和 という 点 で、 関 心 の 対 象 となる)がいわゆる 熱 統 合 を 適 用 することによって( 例 えば 個 々のプロセスだけでなく 全 プラントについてエネルギー 利 用 を 最 適 化 することによって)そのエネルギーを 最 高 に 有 効 に 利 用 しているという 点- 437 -

に 注 目 に 値 する。ケース(1)の 場 合 、 化 学 プラントでは 反 応 (8)の 第 2ステップを 上 回 って 反 応(7)によって 利 用 できるようになった400kJ/molCを 有 効 に 利 用 している。従 って、エネルギーという 点 では、 経 路 (7)ではなく(8)を 選 んでも 利 益 はない。 化 学 プロセス 全 体 の 効 率 という 点 では 改 善 の 可 能 性 があるが、 不 利 益 の 可 能 性 もある。なぜなら 経 路 (7)は 炭 素 の 酸 化 と 製 品 Aへの 変 換 に 伴 う 発 熱 を 組 み 込 んでいるからである。これらの 効 果 は2 次 的 な重 要 性 を 持 ち、ケースバイケースで 評 価 されなければならない。ただしCO 2 排 出 量 の 削 減 の 規 模はかなり 小 さいものになるだろう。それはテクノロジーの 変 化 (すなわち 経 路 (7)から 経 路 (8)への 変 化 )による 影 響 を 受 ける 化 学 薬 品 の 生 産 規 模 より、さらに 小 さいからである(Audus andOonk, 1997)。7.3.5 将 来 の 見 通 し回 収 されたCO 2 の 産 業 プロセスへの 使 用 規 模 は 小 さすぎ、 貯 留 期 間 は 短 すぎ、エネルギー 収 支は 不 利 すぎるので、CO 2 の 産 業 利 用 は 気 候 変 動 の 緩 和 手 段 として 有 意 義 とはいえない。また、CO 2代 替 と 関 連 するエネルギー 収 支 や、その 他 の 原 料 や 排 出 量 変 化 の 影 響 を 含 むプロセス 全 体 のCO 2在 庫 を 十 分 に 評 価 できるデータが 欠 如 している。しかし、 正 確 な 数 字 を 推 定 するのは 困 難 で、その 兆 候 さえ 疑 わしく、これらテクノロジーのCO 2 貯 留 に 対 する 貢 献 は 取 るに 足 らないことを 上 記の 分 析 は 示 している。 有 機 化 学 ポリマー 及 びプラスチックの 製 造 におけるCO 2 の 使 用 について 研究 は 続 いているが、その 推 進 力 となるのはCO 2 の 貯 留 ではなく、 一 般 的 に 費 用 や、 危 険 な 化 学 中間 体 の 除 去 や、 有 毒 廃 棄 物 の 除 去 である。- 438 -

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第 8 章 コスト 及 び 経 済 ポテンシャル統 括 執 筆 者Howard Herzog (United States), Koen Smekens (Belgium)代 表 執 筆 者Pradeep Dadhich (India), James Dooley (United States), Yasumasa Fujii (Japan), Olav Hohmeyer(Germany),Keywan Riahi (Austria)執 筆 協 力 者Makoto Akai (Japan), Chris Hendriks (Netherlands), Klaus Lackner (United States), Ashish Rana (India),Edward Rubin (United States), Leo Schrattenholzer (Austria), Bill Senior (United Kingdom)査 読 編 集 者John Christensen (Denmark), Greg Tosen (South Africa)- 443 -

目 次要 旨 ................................................................................................................................... 4458.1 序 論 .......................................................................................................................... 4468.2 構 成 要 素 のコスト ..................................................................................................... 4478.2.1 回 収 及 び 圧 縮 ......................................................................................................... 4478.2.2 輸 送 ........................................................................................................................ 4508.2.3 貯 留 ........................................................................................................................ 4518.2.4 統 合 システム ......................................................................................................... 4538.3 CCS 展 開 シナリオ .................................................................................................... 4558.3.1 モデルアプローチ 及 びベースライン 仮 説 .............................................................. 4568.3.2 CCS の 経 済 ポテンシャル 及 び 含 意 ........................................................................ 4588.3.3 排 出 緩 和 全 体 における CCS のシェア ................................................................... 4608.4 様 々な 貯 留 期 間 の 経 済 的 影 響 ................................................................................... 4708.5 知 識 のギャップ ........................................................................................................ 471参 考 文 献 ........................................................................................................................... 473- 444 -

要 旨二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CCS)システムの 主 な 構 成 要 素 には、 回 収 ( 分 離 と 圧 縮 )、 輸 送 及 び貯 留 ( 計 測 、モニタリング 及 び 検 証 を 含 む)がある。これらの 構 成 要 素 は、 何 らかの 形 で 商 業 的に 利 用 可 能 となっている。しかし、 将 来 的 な 展 開 を 見 極 めることができるほどの 規 模 で、すべての 要 素 を 統 合 したCCSシステムの 商 業 経 験 はほとんどない。 文 献 では、 化 石 燃 料 による 発 電 及 び様 々な 工 業 プロセスでCCSシステムを 採 用 するためには、かなり 多 額 のコストが 必 要 であることが 報 告 されている。これらのコスト 推 計 で 予 測 される 範 囲 は、 発 電 所 又 は 工 業 施 設 の 技 術 特 性 、貯 留 地 の 固 有 特 性 、 要 求 される 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )の 輸 送 距 離 などの、 主 にサイト 特 有 の 検 討 条件 によって 決 定 される。さらに、 回 収 、 輸 送 、 貯 留 、 計 測 及 びモニタリングシステムの 構 成 要 素の 将 来 的 な 性 能 の 見 通 しは 不 確 実 である。 文 献 では、CO 2 回 収 システムの 構 築 及 び 操 業 コストは、技 術 的 進 歩 により 長 期 的 には 減 少 するであろうという 広 く 支 持 されている 考 えが 示 されている。化 石 燃 料 を 用 いた 発 電 所 に 完 全 なCCSシステム 導 入 のためのコストの 大 部 分 は、 回 収 コストである。 回 収 技 術 の 適 用 は、 微 粉 炭 火 力 発 電 所 の 発 電 コストにおいて 約 1.8-3.4US$ct/kWh、 石 炭 ガス化 複 合 発 電 所 の 発 電 コストにおいて0.9-2.2US$ct/kWh、 天 然 ガス 複 合 サイクル 発 電 所 の 発 電 コストにおいて1.2-2.4US$ct/kWhの 増 加 となるであろう。 輸 送 及 び 貯 留 コストは、 石 炭 火 力 発 電 所 において-1から1US$ct/kWhの 増 加 となり、 天 然 ガス 火 力 発 電 所 においては 石 炭 火 力 発 電 所 における 増 分の 約 半 分 の 増 加 となるであろう。マイナスのコストは、 石 油 増 進 回 収 (EOR) 又 は 炭 層 メタン 増進 回 収 (ECBM)プロジェクトにおけるCO 2 貯 留 により 想 定 される 相 殺 収 益 と 関 連 する。 石 炭 火 力発 電 所 における 輸 送 及 び 地 中 貯 留 の 標 準 的 なコストは、0.05-0.6US$ct/kWhであろう。CCS 技 術 は、水 素 (H 2 )の 製 造 など、その 他 の 産 業 プロセスにも 適 用 できる。これらの 非 電 力 分 野 への 適 用 の一 部 では、 回 収 コストが 化 石 燃 料 火 力 発 電 所 における 回 収 より 安 価 であるが、これらの 排 出 源 からの 排 ガス 中 CO 2 濃 度 及 びCO 2 分 圧 はばらつきが 大 きく、それに 従 いコストのばらつきも 大 きい。化 石 燃 料 を 用 いたエネルギー 変 換 プロセスに 加 えて、CCSは 有 用 なエネルギー( 電 気 又 は 輸 送 燃料 )を 生 み 出 すためにバイオマスを 用 いたエネルギーシステムに 適 用 できる 可 能 性 がある。これらのシステムの 製 造 コストは、 排 出 権 の 潜 在 的 価 格 やネガティブ 排 出 をもたらすこれらのシステムから 得 られるクレジットに 対 して 非 常 に 敏 感 である。これらのシステムは、バイオマスのみを燃 料 とする 場 合 とバイオマスを 従 来 の 石 炭 火 力 発 電 所 で 共 燃 焼 する 場 合 がある。 後 者 の 場 合 、バイオマス 量 は 通 常 エネルギーインプットの 約 10-15%に 制 限 される。エネルギー 及 び 経 済 モデルは、CCSの 普 及 及 びコストの 将 来 的 なシナリオを 調 査 するために 使用 される。これらのモデルは、 大 気 への 温 室 効 果 ガスの 排 出 を 実 質 的 に 制 限 する 明 確 な 政 策 がない 限 り、CCSシステムが 大 規 模 に 普 及 される 見 込 みがないことを 示 唆 している。 文 献 及 びこれまでの 産 業 界 での 経 験 は、CO 2 の 排 出 を 制 限 するための 対 策 がない 限 りは、CCS 技 術 の 普 及 はほとんど 行 われず、ニッチな 機 会 しかないことを 示 唆 している。これらのCCS 普 及 の 早 期 機 会 (これは高 純 度 、 低 コスト 排 出 源 から 回 収 され、EORやECBM 生 産 などのような 付 加 価 値 のある 用 途 に 使用 されるCO 2 に 関 係 すると 思 われる)は、CCS 普 及 に 関 する 有 益 かつ 早 期 の 実 績 をもたらし、CCSシステムの 将 来 的 な 大 規 模 な 展 開 に 必 要 なインフラ 及 び 知 識 の 基 礎 部 分 を 構 築 することとなるであろう。温 室 効 果 ガスの 排 出 規 制 が 課 された 場 合 、 多 くの 総 合 評 価 分 析 では、CCSシステムは 原 子 力 発電 や 再 生 可 能 エネルギー 技 術 などの 大 規 模 な 緩 和 オプションと 競 合 するであろうことを 示 唆 している。 現 在 までに 行 われているほとんどのエネルギー 及 び 経 済 モデルの 結 果 は、 炭 素 価 格 が 約- 445 -

25-30US$/tCO 2 (90-110US$/tC)に 到 達 する 頃 に、CCSシステムの 普 及 に 意 義 が 見 出 され 始 めることを 示 唆 している。これらのモデルは、 地 球 温 暖 化 緩 和 のための 重 要 な 制 度 の 始 動 から 数 十 年 以内 にCCSシステムが 大 規 模 に 普 及 することを 予 測 している。 文 献 では、モデル 化 された 排 出 削 減目 標 の 厳 密 さに 従 って、CCSシステムの 導 入 が 進 むであろうことを 示 している。システムの 経 済効 率 も 考 慮 に 入 れた 最 小 コストのCO 2 濃 度 安 定 化 シナリオでは、 排 出 量 緩 和 は 時 間 とともに 徐 々に 厳 しくなっていくことを 示 唆 している。ほとんどの 分 析 は、2050 年 までにCCSシステムがかなり 導 入 されるにもかかわらず、CCS 普 及 の 大 部 分 は 今 世 紀 の 後 半 に 起 こることを 示 している。またこれらは、 早 期 のCCS 普 及 は 先 進 工 業 国 で 行 われ、 最 終 的 には 世 界 中 に 普 及 することを 示 している。シナリオごとにモデル 化 された 排 出 規 制 を 満 たすために 必 要 とされる 技 術 の 構 成 割 合 は 変化 するが、 文 献 における 一 致 した 意 見 は、CCSがエネルギー 技 術 及 び 排 出 削 減 アプローチの 幅 広いポートフォリオの 重 要 な 構 成 要 素 となりうるということである。さらに、CCS 技 術 は、バイオマス 及 び 化 石 燃 料 からのH 2 製 造 などの 潜 在 的 に 重 要 な 長 期 的 温 室 効 果 ガス 緩 和 技 術 の 開 発 と 両 立し 得 る。今 世 紀 中 に 海 洋 及 び 様 々な 地 層 に 貯 留 される 可 能 性 がある 世 界 的 なCO 2 累 積 量 の 予 測(450-750ppmvの 間 のCO 2 安 定 化 シナリオにおいて)は、 非 常 に 少 量 の 寄 与 から 数 1,000Gtまで、 広範 囲 に 及 んでいる。このように 広 範 囲 に 及 ぶ 理 由 は、 将 来 のCO 2 排 出 の 主 原 因 である 長 期 的 な 社会 経 済 的 ・ 人 口 統 計 学 的 ・ 技 術 的 な 変 化 の 不 確 実 性 によって 概 ね 説 明 することができる。しかし、450-750ppmvの 安 定 化 シナリオの 大 部 分 が、220-2,200GtCO 2 (60-600GtC)の 範 囲 に 集 中 する 傾 向があるということは 特 筆 に 値 する。このCO 2 貯 留 の 需 要 は、 全 CO 2 貯 留 容 量 の 世 界 的 な 予 測 範 囲 内であるように 見 える。 実 際 のCCSの 利 用 は、これらのフレームワークのモデル 化 で 十 分 に 説 明 されていない、 技 術 開 発 に 対 してのその 他 の 障 壁 があるため、これらのエネルギー 及 び 経 済 モデルによって 示 される 経 済 ポテンシャルの 予 測 よりも 低 くなる 可 能 性 がある。 事 例 には、 環 境 影 響 、明 確 な 法 的 フレームワークの 欠 如 及 びどのくらいの 速 さで 体 験 による 学 習 がコストを 低 減 するかの 不 確 実 性 についての 懸 念 が 含 まれる。 本 章 は、これらのモデル 結 果 の 信 頼 性 に 影 響 する 知 識 のギャップの 概 要 で 締 めくくっている。数 100から 数 1,000GtCO 2 を 様 々な 地 層 及 び 海 洋 に 貯 留 できる 可 能 性 があると 仮 定 すると、これらの 貯 留 サイトからの 緩 やかなCO 2 漏 洩 について 疑 問 が 生 じる。 経 済 的 観 点 から、そのような 漏 洩(もし 発 生 するとすれば)は、 将 来 の 潜 在 的 CO 2 排 出 源 の 一 つとなると 考 えられ、この 漏 洩 したCO 2 を 相 殺 するコストは、 貯 留 されているCO 2 が 大 気 へ 漏 れた 場 合 にそれを 相 殺 するための 排 出 削減 コストと 等 しくなる。この 純 粋 に 経 済 的 なフレームワークにおいて、このトピックを 検 討 したいくつかの 研 究 は、 大 気 中 CO 2 濃 度 の 安 定 化 という 目 標 へ 前 進 する 中 でで、 一 部 のCO 2 漏 洩 は 許 容できることを 示 している。8.1 序 論本 章 では、 我 々はいかなるCO 2 緩 和 技 術 についても 関 係 する2つの 重 要 な 質 問 「そのコストはいくらか?」 及 び「CCS 技 術 が 温 室 効 果 ガス 緩 和 オプションのポートフォリオにどのように 適 合 するのか?」について 取 り 上 げる。これらの 質 問 に 対 する 単 純 な 答 えはない。CCS 技 術 のコストは多 くの 要 素 、 即 ち 燃 料 価 格 、 資 本 コスト、それとモニタリングなどの 法 規 制 の 要 件 を 満 たすために 必 要 となると 考 えられるコストなどにより 決 定 される。これに 加 えて、 技 術 開 発 、 貯 留 可 能 量 、法 規 制 環 境 などに 関 する 不 確 実 性 があり、 単 純 に 見 える 質 問 に 対 して 多 くの 答 えがある 理 由 が 明- 446 -

らかとなる。本 章 は、システム 構 成 要 素 、すなわち 回 収 、 圧 縮 、 輸 送 、 貯 留 (モニタリングコスト、 及 びEORなどの 運 用 からの 副 産 物 の 収 益 )のコストを 考 察 することから 開 始 する(セクション8.2)。これらの 各 構 成 要 素 に 関 連 する 業 務 運 用 は、 現 在 のコスト 評 価 についての 基 準 を 提 供 する。これには多 大 な 不 確 実 性 が 付 随 するが、ここでの 評 価 にはこれらのコストが 将 来 どのように 変 化 するかということも 含 まれる。 本 章 ではその 後 、 経 済 モデルを 用 いた 研 究 結 果 を 検 討 する(セクション8.3)。これらのモデルは、 様 々な 集 計 レベルでの 構 成 要 素 のコストを 取 り 上 げ、 次 に 時 間 と 共 にどのようにコストが 変 化 するか、 多 様 な 経 済 及 び 政 策 条 件 で、CCS 技 術 がその 他 のCO 2 緩 和 オプションと競 合 するかをモデル 化 する。 本 章 は、 異 なる 貯 留 時 間 の 経 済 的 関 連 の 調 査 (セクション8.4) 及 び既 知 の 知 識 ギャップの 概 要 (セクション8.5)で 完 結 する。8.2 構 成 要 素 のコストこのセクションでは、CCSシステムの3つの 重 要 な 構 成 要 素 、すなわち 回 収 ( 圧 縮 を 含 む)、 輸送 、 貯 留 のコスト 概 要 を 示 す。セクション8.2.1-8.2.3は、 第 3 章 から 第 7 章 の 結 果 を 要 約 する。 構 成要 素 のコストの 更 なる 詳 細 については、 各 章 を 参 照 していただきたい。 本 章 では、セクションごとに、それぞれ 最 も 便 利 な 単 位 を 用 いて 結 果 が 表 されている。すなわち、 輸 送 コストはkm 当 たりのUS$/tCO 2 で 表 されているが、 貯 留 コストは 貯 留 されているUS$/tCO 2 で 表 される。また、 様 々な発 電 所 の 回 収 コストは、 発 電 コスト(US$/MWh)の 増 加 として 表 される。 特 定 のシステムについての 回 収 、 輸 送 、 貯 留 コストをどのようにひとつの 値 に 統 合 するかについては、セクション8.2.4で 議 論 する。18.2.1 回 収 及 び 圧 縮最 も 大 きなCO 2 の 排 出 源 ( 例 えば 発 電 所 など)では、CO 2 の 回 収 コストはCCSコスト 全 体 の 最 大の 構 成 要 素 である。 本 報 告 書 では、 回 収 コストにパイプライン 輸 送 に 適 した 圧 力 ( 通 常 14MPa)にCO 2 を 圧 縮 するコストを 含 む。しかし、 必 要 となる 可 能 性 のある 追 加 的 なブースタ 圧 縮 のコストは、 輸 送 あるいは 貯 留 コストに 含 まれる。CO 2 回 収 の 総 コストには、 追 加 的 な 資 本 要 件 と、 特 定 用 途 への 適 用 にかかる 追 加 の 操 業 及 び 保守 コストが 含 まれる。 現 在 の 技 術 では、 全 コストの 中 で 回 収 及 び 圧 縮 に 必 要 なエネルギーによるコストが 大 部 分 を 占 めている。 第 3 章 で 詳 述 するように、 回 収 システムが 適 用 される 発 電 所 又 は 産業 プロセスの 両 方 の 設 計 及 び 操 業 に 関 する 技 術 的 ・ 経 済 的 要 因 の 多 くは、 回 収 の 全 コストに 影 響を 及 ぼす。この 理 由 から、 報 告 されているCO 2 回 収 コストは、 例 え 類 似 の 用 途 であっても 大 きく異 なる。表 8.1は、 第 3 章 で 報 告 されている 現 在 の 商 業 技 術 を 採 用 している 新 しい 化 石 燃 料 発 電 所 (300-800MW 範 囲 の 規 模 )のベースロード 運 用 のためのCO 2 回 収 コストの 概 要 を 示 している。 最 も 広 く 研 究されているシステムは、 石 炭 の 燃 焼 又 はガス 化 をベースとした 新 しい 発 電 所 のものである。 既 存の 発 電 所 への 追 設 に 関 連 するコストについては、 表 3.8を 参 照 されたい。 最 新 の( 高 効 率 の) 石 炭1 このセクションは、セクション3.7で 示 された 資 料 に 基 づく。 読 者 は、より 詳 細 な 分 析 および 文 献 参 照 についてそのセクションを 参 照 すること。- 447 -

火 力 発 電 所 においては、アミンをベースとした 排 煙 洗 浄 装 置 を 使 用 したCO 2 回 収 により、キロワット 時 (kWh) 当 たりのCO 2 排 出 量 を 約 85% 低 減 するが、 発 電 コスト(COE)は 約 40~70% 増 加 する。 新 しい 天 然 ガス 複 合 サイクル(NGCC) 発 電 所 に 適 用 される 同 じCO 2 回 収 技 術 では、COEは 約40~70% 増 加 する。 石 炭 ガス 化 複 合 発 電 (IGCC)システムを 採 用 する 新 しい 石 炭 ベースの 発 電 所については、 現 在 の 技 術 (この 場 合 、 水 蒸 気 改 質 の 後 に 物 理 吸 収 システム)を 使 用 した 場 合 のCO 2低 減 により、COEが20~55% 増 加 する。IGCCシステムの 追 加 的 コストがより 安 価 なのは、 燃 焼 ベースシステムに 比 べてCO 2 回 収 におけるガス 量 及 び 必 要 なエネルギーが 少 ないことによるところが 大 きい。セクション3.7で 説 明 されているように、 電 力 部 門 での 大 規 模 なCO 2 回 収 の 産 業 経 験 の欠 如 は、これらの 値 が 不 確 実 要 素 の 影 響 を 受 けやすいことを 意 味 するということに 注 意 が 必 要 である。表 8.1 現 在 の 技 術 に 基 づく 新 設 発 電 所 の 性 能 及 びCO 2 回 収 コストの 概 要COE = 電 力 のコスト注 記 :[a] 範 囲 及 び 代 表 値 は 表 3.7、3.9、3.10 及 び3.11に 基 づく。この 表 のすべてのコストは、 回 収 についてのみであり、 輸 送 と 貯 留 のコストは 含 まない。 全 体 的 なCCSコストについては 第 8 章 を 参 照 すること。[b]すべてのPC 及 びIGCCデータは、コストが1.0-1.5 US$/GJ(LHV)の 瀝 青 炭 についてのみである。すべてのPC 発 電 所 は 超 臨 界 ユニットである。[c]NGCCデータは、2.8-4.4 US$/GJ(LHV 基 準 )の 天 然 ガスの 価 格 に 基 づく。[d]コストは 一 定 のUS$である(ほぼ2002 年 の 基 準 )。[e] 発 電 所 の 規 模 は、 回 収 がない 場 合 は 約 400-800 MW、 回 収 がある 場 合 は300-700 MWの 範 囲 である。[f] 利 用 率 は、 石 炭 発 電 所 で65-85%、ガス 発 電 所 で50-95%(それぞれの 平 均 は80%)と 様 々である。[g] 水 素 生 産 プラントの 供 給 原料 は 天 然 ガス(4.7-5.3 US$/GJ) 又 は 石 炭 (0.9-1.3 US$ GJ)である。データセットのいくつかの 生 産 プラントは、 水 素 に 加 えて 発 電 も 行 う。[h] 固 定 経 費 の 要 素 は 発 電 所 で11-16%、 水 素 発 電 所 で13-20%と 異なる。[i]すべてのコストにはCO 2 の 圧 縮 を 含 む、 追 加 的 なCO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 コストは 含 まない。研 究 によればほとんどの 場 合 において、IGCC 発 電 所 はCCSシステムが 設 置 されている 同 規 模 の微 粉 炭 火 力 発 電 所 よりも、 回 収 がない 場 合 はコスト 的 にやや 高 く、 回 収 がある 場 合 はやや 安 くなることが 示 されている。 概 して、NGCCシステムはベースロード 運 用 の 新 設 の 石 炭 火 力 発 電 所 の回 収 あり・なしの 両 タイプよりもCOEは 低 い。しかし、これらの 各 システムのCOEは、 燃 料 コス- 448 -

ト、 発 電 所 の 稼 働 率 、 他 の 多 数 のパラメータの 地 域 的 なバラつきによって、 明 らかに 異 なる 可 能性 がある。NGCCコストは、 近 年 著 しく 上 昇 した 天 然 ガスの 価 格 に 特 に 敏 感 である。 従 って、 代替 発 電 システムのコストの 比 較 には、 個 々の 状 況 が 有 意 義 である 必 要 がある。既 存 の 燃 焼 ベースの 発 電 所 については、CO 2 の 回 収 は、 既 存 の 発 電 所 にアミン 排 煙 洗 浄 装 置 を設 置 することによって 行 うことができる。しかし、 燃 焼 後 の 設 置 オプションは、 超 臨 界 ユニットへ 転 換 することによって、 既 存 発 電 所 の 効 率 及 びアウトプットを 増 加 するためのボイラー 及 びタービンの 重 要 な 改 築 を 伴 う 場 合 、より 費 用 効 果 が 高 いことを 示 す 研 究 もある。いくつかの 発 電 所では、CO 2 回 収 技 術 を 含 むIGCCシステムで 発 電 能 力 を 増 強 することによって 同 様 の 利 益 を 得 ることができる。これらのオプションの 実 現 可 能 性 及 びコストは、 規 模 、ユニットの 使 用 年 数 と 型 式 、CO 2 回 収 システムを 収 容 するためのスペースの 有 無 を 含 む、サイト 特 有 の 状 況 に 大 きく 依 存 する。酸 素 燃 焼 などのような 最 新 の 技 術 を 採 用 している、より 費 用 効 率 の 高 いオプションの 可 能 性 だけでなく、 代 替 的 な 設 置 や 既 存 の 発 電 所 への 出 力 増 強 オプションの 実 現 可 能 性 及 びコストの 系 統 的な 比 較 は 未 だ 行 われていない。表 8.1は、 燃 料 に 今 日 広 く 使 用 されている 物 質 で、 将 来 のエネルギーシステムの 潜 在 的 なエネルギー・キャリアとして 広 く 考 えられてもいるH 2 の 生 産 でのCO 2 回 収 のコストも 表 している。ここでは、H 2 製 造 プロセスの 一 部 分 としてCO 2 の 分 離 が 既 に 行 われるため、ここでのCO 2 回 収 のコストは 主 にCO 2 の 圧 縮 によるものである。 近 年 の 研 究 では、 現 在 のH 2 生 産 プロセスのCO 2 回 収 のコストは、 生 産 されたH 2 のコストを 約 5-30% 増 加 させることが 明 らかとなっている。化 石 燃 料 ベースのエネルギー 変 換 プロセスに 加 えて、CO 2 はバイオマスで 燃 料 供 給 される 発 電所 で 回 収 されることもありうる。 現 在 、バイオマス 発 電 所 は 小 規 模 である(

設 計 と 組 み 合 わせて、 将 来 的 に 著 しくCO 2 回 収 コストを 低 減 するであろう。 将 来 的 なコストの 低減 の 大 きさと 時 期 については 相 当 な 不 確 実 性 があり、 現 在 開 発 中 の 新 しい 技 術 は 将 来 かなりのコスト 削 減 を 可 能 にするかもしれないが、 研 究 によれば、 現 在 商 業 化 された 既 存 技 術 の 改 善 により、CO 2 回 収 コストを 少 なくとも20-30% 下 げるであろうとされている。これまでの 実 績 は、 将 来 的 なコスト 削 減 の 実 現 には、 既 存 技 術 の 展 開 及 び 導 入 と 併 せて、 持 続 した 研 究 開 発 (R&D)が 必 要 であることを 示 している。28.2.2 輸 送大 量 のCO 2 を 輸 送 する 最 も 一 般 的 で 通 常 最 も 経 済 的 な 方 法 は、パイプラインを 通 じて 行 う 方 法である。 海 洋 での 長 距 離 のためのコスト 的 に 優 位 性 のある 輸 送 オプションは、 巨 大 なタンカーの使 用 であろう。パイプラインの3つの 主 なコスト 構 成 要 素 は、 建 設 コスト( 例 : 資 材 、 労 働 力 、 予 定 されるブースターステーションなど)、 運 用 及 び 保 守 コスト( 例 :モニタリング、 保 守 、 予 定 されるエネルギーコストなど)、その 他 のコスト( 例 : 設 計 、 保 険 、 手 数 料 、 用 地 など)である。 人 口 密 度 が高 い 地 域 、 国 立 公 園 のような 保 護 された 地 域 、 主 要 な 水 路 を 横 断 するなど、 特 別 な 土 地 条 件 では、大 きくコストに 影 響 を 与 える 可 能 性 がある。 海 上 パイプラインは、 同 じサイズの 陸 上 パイプラインよりも 約 40~70% 多 くコストがかかる。パイプラインの 建 設 は 成 熟 した 技 術 であると 考 えられており、 大 きなコスト 削 減 を 予 見 する 報 告 はない。図 8.1は「 標 準 」 地 形 条 件 の 輸 送 コストを 表 す。 規 模 の 経 済 は 劇 的 にコストを 下 げるが、 山 間 部や 人 口 密 度 の 高 い 地 域 での 輸 送 は、コストを 上 げる 可 能 性 があることに 注 目 すべきである。図 8.1 「 標 準 」 地 形 条 件 における、250km 当 たりの 陸 上 及 び 海 上 パイプラインのCO 2 輸 送 コストの 範 囲 。図 は、 低 範 囲 ( 実 線 ) 及 び 高 範 囲 ( 点 線 )を 表 す。データは 様 々な 情 報 源 に 基 づく( 詳 細 については、第 4 章 を 参 照 のこと)。2 このセクションは、セクション4.6で 示 された 資 料 に 基 づく。 読 者 は、より 詳 細 な 分 析 および 文 献 参 照 についてそのセクションを 参 照 すること。- 450 -

タンカーも 輸 送 に 利 用 できるであろう。この 場 合 の 主 なコスト 構 成 要 素 は、タンカー 自 体 ( 又はチャーターコスト)、 設 備 の 積 み 込 み 及 び 積 み 下 ろし、 中 間 貯 蔵 設 備 、 港 の 使 用 料 、バンカー燃 料 である。特 殊 目 的 の 巨 大 なCO 2 タンカーの 建 造 コストは、これまでに 誰 も 建 造 したことがないため、 正確 にわかっていない。 仮 設 計 に 基 づくと、CO 2 タンカーのコストは、1 万 tの 船 舶 で3,400 万 US$、3万 tの 大 型 船 で5,800 万 US$、 容 量 5 万 tの 船 舶 で8,200 万 US$と 見 積 もられている。 船 舶 によって1 年 に6Mt の CO 2 を 500km 輸 送 するためには、 約 10US$/tCO 2 ( 37US$/tC ) 又 は5US$/tCO 2 /250km(18US$/tC/250km)のコストがかかるだろう。しかし、このコストは 距 離 によっては 大 きく 変 化せず、 同 じ6Mt の CO 2 を 1,250km の 距 離 輸 送 するためには、15US$/tCO 2 ( 55US$/tC ) 又 は3US$/tCO 2 /250km(11US$/tC/250km)のコストがかかるだろう。これは、パイプラインでの 輸 送 コストに 近 く、CO 2 を 長 距 離 輸 送 する 必 要 がある 場 合 、 船 舶 輸 送 はパイプライン 輸 送 に 対 してコスト 的 に 競 争 力 があることを 表 している。しかし、 船 舶 輸 送 がパイプライン 輸 送 より 安 くなる 損 益分 岐 点 は、 単 純 に 距 離 だけの 問 題 ではなく、 他 に 多 くの 状 況 が 関 係 する。8.2.3 貯 留38.2.3.1 地 中 貯 留地 中 貯 留 に 使 用 される 技 術 及 び 設 備 は、 石 油 及 びガス 産 業 で 広 く 使 用 されているため、 正 確 にコスト 推 計 を 行 うことができる。しかし、 陸 上 ・ 海 上 、 貯 留 所 の 深 さ、 貯 留 場 所 の 地 層 の 地 質 的な 特 性 ( 例 : 浸 透 性 、 厚 さなど)といったサイト 特 有 の 要 因 により、コスト 推 計 の 幅 は 大 きなものとなる。 塩 分 を 含 む 地 下 水 層 及 び 使 用 されなくなった 油 田 やガス 田 ( 表 8.2を 参 照 )での 貯 留 の代 表 的 なコスト 見 積 りは、 一 般 的 にセクション5.9.3で 説 明 されているように、0.5-8.0US$/ 貯 留 されたtCO 2 (2-29US$/tC)である。 最 小 の 貯 留 コストは、 陸 上 、 浅 瀬 、 高 浸 透 性 の 貯 留 サイト 及 び/又 は 井 戸 や 廃 油 ガス 田 のインフラの 再 利 用 に 関 係 するであろう。表 8.2 CO 2 貯 留 コストの 見 積 もりa モニタリングコストは 含 まない。b 海 上 輸 送 コストを 含 む。 範 囲 は、 海 上 100-500 km の 距 離 、3000mの 深 さを 表 す。c 地 中 及 び 海 洋 貯 留 と 異 なり、 鉱 物 の 炭 酸 化 作 用 には、 発 電 所 のアウトプットの 約 40%に 等 しい、 大きなエネルギーインプットが 必 要 である。個 別 のオプションの 完 全 なコスト 推 計 の 幅 は、 非 常 に 大 きなものとなっている。 貯 留 モニタリングのコスト 情 報 は 現 在 限 られているが、モニタリングには、 貯 留 されたCO 2 の1t 当 たり0.1-0.3US$(0.4-1.1US$/tC)のコスト 増 加 が 見 積 もられる。これらの 推 計 には、 改 善 又 は 長 期 賠 償3 このセクションは、セクション5.9で 示 された 資 料 に 基 づく。 読 者 は、より 詳 細 な 分 析 および 文 献 参 照 についてそのセクションを 参 照 すること。- 451 -

責 任 は 含 まれない。 貯 留 モニタリングのコストは、どの 技 術 がどれくらい 長 く 使 用 されるか、 法的 要 件 、どのように 長 期 モニタリング 計 画 が 展 開 されるかによって 決 まることとなる。貯 留 をEOR、ガス 増 進 回 収 (EGR)、ECBMと 組 み 合 わせる 場 合 、 増 進 回 収 により 得 られた 資源 の 利 益 は、 回 収 及 び 貯 留 コストの 一 部 を 相 殺 することができる。 陸 上 EORの 操 業 では、CO 2 1t当 たり10-16US$(37-59US$/tC)の 範 囲 内 で 支 払 ってきた。 増 進 回 収 による 経 済 的 な 利 益 は、 石 油及 びガスの 価 格 に 大 きく 左 右 される。 本 報 告 書 の 基 準 として 使 用 されたほとんどの 文 献 が、2003年 に 始 まった 石 油 及 びガスの 価 格 上 昇 を 考 慮 していなかった。 例 えば、50US$/バレルの 石 油 は、30US$/tCO 2 (110US$/tC)のクレジットと 評 価 することが 可 能 である。 増 進 回 収 による 経 済 的 な 利益 により、EOR 及 びECBMは 費 用 効 果 の 高 い 初 期 の 地 中 貯 留 オプションとなる。48.2.3.2 海 洋 貯 留海 洋 貯 留 のコストは、 海 上 の 距 離 及 び 注 入 の 深 さに 基 づき 計 算 される。コストの 構 成 要 素 には、海 上 輸 送 及 びCO 2 の 注 入 が 含 まれる。 海 洋 貯 留 について 次 のような 計 画 が 考 えられている。 タンカーにより、 低 温 (-55から-50°C)・ 高 圧 (0.6-0.7MPa)の 液 化 CO 2 を、 縦 方 向 のパイプを 通 じて 深 さ3,000mへ 放 出 できるプラットフォームまで 輸 送 する。 輸 送 船 舶 で 液 化 CO 2 を 輸 送 し、 移 動 する 運 搬 船 からの 牽 引 パイプを 通 して 注 入 する。 海 底 パイプラインでCO 2 を 注 入 サイトへ 輸 送 する。表 8.2は、 海 上 距 離 100-500km、 深 さ3,000mへの 注 入 のコストの 概 要 を 表 す。第 6 章 でも、 排 出 ガスのCO 2 を 海 水 及 び 破 砕 された 石 灰 岩 と 反 応 させる 炭 酸 中 和 オプションを 議論 している。 結 果 として 生 じる 混 合 物 は、その 後 海 の 上 層 へ 放 出 される。このプロセスのコストは 文 献 では 十 分 に 扱 われていないため、このプロセスを 採 用 するために 考 えられるコストは、ここでは 取 り 上 げない。8.2.3.3 鉱 物 炭 酸 化 による 貯 留 5鉱 物 炭 酸 化 は、いまだ 研 究 開 発 の 段 階 であるため、コストは 確 かではない。 鉱 物 炭 酸 化 には、従 来 の 採 掘 及 び 化 学 プロセスが 含 まれる。 採 掘 コストには、 鉱 石 の 摘 出 、 破 砕 及 び 研 削 、 鉱 業 場の 埋 め 立 て、 選 鉱 屑 と 炭 酸 塩 の 廃 棄 が 含 まれる。これらは 従 来 の 採 鉱 作 業 であり、いくつかの 研究 によりコストは10US$/tCO 2 (36US$/tC) 以 下 と 見 積 もられている。これらの 推 計 は 類 似 の 成 熟した 効 率 的 な 事 業 をベースとしており、 鉱 物 による 貯 留 コストの 下 限 値 が 高 いことを 意 味 する。炭 酸 化 のコストには、 化 学 活 性 化 及 び 炭 酸 化 が 含 まれる。 現 在 の 研 究 室 での 実 施 を 産 業 での 実 施へと 置 き 換 えると、 大 まかに 見 積 もって、 貯 留 されたCO 2 1t 当 たり 約 50-100US$(180-370US$/tC)得 ることができる。コスト 及 びエネルギーの 損 失 ( 発 電 所 出 力 の30-50%)は、 炭 酸 化 反 応 を 加 速するために 必 要 な 鉱 石 の 活 性 化 によって 決 定 される。 鉱 物 による 貯 留 を 実 現 するためには、 追 加的 な 研 究 により 炭 酸 化 段 階 のコストを1/3から1/4に 低 減 し、 例 えば 炭 酸 化 による 熱 を 可 能 な 限 り 利用 するなど、エネルギー 損 失 の 大 部 分 を 削 減 しなければならない。4 このセクションは、セクション6.9で 示 された 資 料 に 基 づく。 読 者 は、より 詳 細 な 分 析 および 文 献 参 照 についてそのセクションを 参 照 すること。5 このセクションは、セクション 7.2 で 示 された 資 料 に 基 づく。 読 者 は、より 詳 細 な 分 析 および 文 献 参 照 についてそのセクションを 参 照 すること。- 452 -

8.2.4 統 合 システムこのセクションで 表 されている 構 成 要 素 のコストは、 統 合 システムのコスト 計 算 の 基 準 となる。しかし、CO 2 の 排 出 を 緩 和 するコストは、「US$/tCO 2 」 単 位 の 回 収 、 輸 送 、 貯 留 の 構 成 要 素 コストを 単 純 に 合 計 することにより 求 めることはできない。これは、 回 収 されたCO 2 の 量 は、 有 用 な生 成 物 ( 例 、1キロワット 時 の 電 力 、1キログラムのH 2 など)の 定 められた 量 の 製 造 中 に「 削 減 された」CO 2 の 大 気 への 排 出 の 量 とは 異 なるためである。ボックス8.1 化 石 燃 料 発 電 所 における 削 減 コストの 明 確 化一 般 に、CO 2 の 回 収 、 輸 送 、 貯 留 には、エネルギーのインプットが 必 要 である。 発 電 所 では、これは 燃 料 のインプット( 従 って、CO 2 の 排 出 )が、 単 位 電 力 出 力 ごとに 増 加 することを 意 味 する。 結 果 として、 単 位 生 成 物 ( 例 えば、kWhの 電 力 )ごとに 生 成 されるCO 2 の 量 は、 図 8.2に 表 されているように、CCSがある 発 電 所 のほうが 基 準 発 電 所 よりも 多 い。CCSによるCO 2 の 削 減 を 判 断するためには、CCSを 伴 う 発 電 所 のCO 2 排 出 量 と、CCSを 伴 わない 基 準 発 電 所 の 排 出 量 を 比 較 する必 要 がある。この 差 が、 削 減 された 排 出 量 となる。 回 収 及 び 貯 留 に 必 要 なエネルギーがゼロでない 限 り、 削 減 されるCO 2 量 は 常 に 回 収 されるCO 2 量 よりも 少 なくなる。 従 って、 削 減 コスト(US$/t)は、 回 収 コスト(US$/t)よりも 大 きい。図 8.2 発 電 所 からの 回 収 と 貯 留 。CCS 設 備 を 有 する 発 電 所 ( 下 部 )は、 回 収 設 備 を 持 たない 基 準 発 電所 ( 上 部 )より 多 くの「 単 位 製 造 当 たりのCO 2 発 生 量 」を 生 ずる。これは 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 に 必 要 な 追加 エネルギーによる 発 電 所 の 全 体 効 率 の 低 下 によりCO 2 の 発 生 が 増 加 することや、 輸 送 時 の 漏 洩 に 起 因する。従 って、CO 2 1t 当 たりとして 示 されるコストは、 回 収 基 準 か 削 減 基 準 かなど、 基 準 を 明 確 に 定義 すべきである。(ボックス8.1 参 照 )。 緩 和 コストは、 削 減 されるコストを 最 も 良 く 表 している。表 8.3は、4つのタイプの 排 出 源 からのCO 2 の 回 収 、 輸 送 、 貯 留 について、 削 減 される 総 コストの 範- 453 -

囲 を 表 す。表 8.3a 新 設 の 発 電 所 のための、 現 在 の 技 術 に 基 づくCO 2 の 回 収 、 輸 送 、 地 中 貯 留 の 総 コストの 範 囲1 回 収 コストは、 表 3.7、3.9、3.10からの 範 囲 を 表 す。 輸 送 コストは0–5 US$/tCO2の 範 囲 である。 地中 貯 留 コスト(モニタリングを 含 む)は、0.6–8.3 US$/tCO2の 範 囲 である。2回 収 コストは、 表 3.7、3.9、3.10からの 範 囲 を 表 す。 輸 送 コストは0–5 US$/t 貯 留 されるCO2の 範 囲 である。EORを 含 む 地 中 貯 留 のコストは、–10 から–16 US$/t 貯 留 されるCO2の 範 囲 である。表 8.3b 新 設 の 水 素 製 造 工 場 のための 現 在 の 技 術 に 基 づく、CO 2 の 回 収 、 輸 送 、 地 中 貯 留 の 総 コストの 範 囲- 454 -

表 8.3で 報 告 されている 緩 和 コスト(US$/t 削 減 されるCO 2 )は、 状 況 に 依 存 し、 基 準 発 電 所 として 何 を 選 択 するかに 非 常 に 左 右 される。 表 8.3では、 基 準 発 電 所 は、CCSのある 発 電 所 とそれぞれ同 じタイプの 発 電 所 である。 従 って、ここでの 緩 和 コストは、 特 定 のタイプの 発 電 所 からのCO 2の 回 収 及 び 貯 留 の 増 分 コストを 表 す。ある 状 況 では、CCS 発 電 所 とは 異 なる 基 準 発 電 所 ( 例 、 天然 ガス 複 合 発 電 (NGCC)を 基 準 とした、CCS 付 きの 微 粉 炭 火 力 発 電 (PC) 又 はCCS 付 きの 石 炭ガス 化 複 合 発 電 (IGCC))に 基 づいて 削 減 されるCO 2 のコストを 計 算 することは 有 用 であろう。表 8.4では、 基 準 発 電 所 は、 炭 素 の 制 限 がない 場 合 に 特 定 の 場 所 で「 標 準 的 に」 建 設 された 最 も 低コストの 発 電 所 を 表 す。 今 日 多 くの 地 域 では、PC 又 はNGCCのいずれかである。表 8.4 現 在 の 技 術 に 基 づく 基 準 発 電 所 及 びCCS 発 電 所 、 及 び 新 設 発 電 所 の 異 なる 組 み 合 わせについての 緩 和 コスト1回 収 コストは、 表 3.11からの 範 囲 を 表 す。 輸 送 コストは0–5 US$/tCO 2 の 範 囲 である。 地 中 貯 留 コスト(モニタリングを 含 む)は、0.6–8.3 US$/tCO 2 の 範 囲 である。2回 収 コストは、 表 3.11 からの 範 囲 を 表 す。 輸 送 コストは 0–5 US$/t 貯 留 される CO 2 の 範 囲 である。EOR のクレジットは、10–16 US$/tCO 2 の 範 囲 である。CO 2 の 緩 和 コストは、 一 定 レベルのCO 2 削 減 が 課 される 国 家 のエネルギーシステムのような 発 電所 の 集 まりにおいても 定 義 することができる。この 場 合 、この 章 で 示 す 発 電 所 レベルの 製 造 コストは、 政 策 の 分 析 及 び 全 体 的 な 緩 和 戦 略 やCO 2 削 減 コストの 定 量 化 に 広 く 使 用 されているエネルギー 経 済 モデルへの 基 礎 的 なインプットとして 使 用 されるであろう。セクション8.3では、これらのモデルの 特 徴 を 議 論 し、CCSのコスト、 経 済 ポテンシャル、 他 の 緩 和 オプションとの 関 係 を 含む、 実 例 のモデル 結 果 を 示 す。8.3 CCS 展 開 シナリオエネルギー 経 済 モデルは、 人 口 増 加 、 経 済 発 展 、 技 術 進 歩 、 環 境 配 慮 などのような、 代 替 的 な仮 定 下 でのシステムの 進 展 を 表 すために、エネルギーシステムの 重 要 な 特 徴 を 数 理 的 に 説 明 する方 法 を 模 索 している。 温 室 効 果 ガスが 制 限 された 環 境 でどのようにCCS 技 術 が 展 開 するかを 検 討するために、これらのモデルはますます 採 用 されてきている。このセクションでは、まず 始 めに、エネルギー 及 び 経 済 モデルの 種 類 及 び 将 来 的 な 温 室 効 果 ガスの 排 出 を 促 進 する 主 な 仮 定 とそれを低 減 するための 対 応 策 について 簡 単 に 紹 介 する。 続 いて、このセクションの 主 焦 点 であるこれらのエネルギー 及 び 経 済 モデルを 使 用 している 研 究 に 基 づく 文 献 調 査 に 移 る。 特 にCCS 技 術 の 使 用の 可 能 性 について、 文 献 でどのように 述 べられているかに 重 点 を 置 く。- 455 -

8.3.1 モデルアプローチ 及 びベースライン 仮 説気 候 変 動 の 軽 減 又 は 緩 和 シナリオのモデル 化 は 複 雑 であり、 産 業 連 関 モデル、マクロ 経 済 (トップダウン)モデル、 応 用 一 般 均 衡 (CGE)モデル、エネルギー 部 門 ベースエンジニアリングモデル(ボトムアップ)などの 多 くのモデル 技 術 が 用 いられた。8.3.1.1 ボトムアップ 及 びトップダウンモデルの 概 要セクション8.2で 示 されている 構 成 要 素 及 びシステムレベルのコストは、 技 術 ベースのボトムアップモデルに 基 づいている。これらのモデルは、スプレッドシート 形 式 の 計 算 ソフトで 実 行 される 技 術 特 有 のエンジニアリング 経 済 評 価 から、より 広 範 かつ 多 数 の 技 術 による 統 合 された 部 分 均衡 モデルまで 多 岐 にわたる。これは、エンジニアリング 経 済 アプローチと 最 小 コスト 均 衡 アプローチという2つの 対 照 的 なアプローチにつながる 可 能 性 がある。 前 者 では、すべてのパラメータを考 慮 し、 個 々の 技 術 は 単 独 で 評 価 される。 部 分 均 衡 最 小 コストモデルは、すべての 部 門 で 常 に 最適 となる 技 術 の 混 合 比 を 選 択 する 前 に、すべての 技 術 を 同 時 により 高 い 集 合 レベルで 検 討 する。トップダウンモデルは、 集 計 した 経 済 変 数 を 使 用 してシステムを 評 価 する。 集 計 した 変 数 間 の計 量 経 済 的 関 係 は、 通 常 細 分 化 した 変 数 間 の 関 係 よりも 信 頼 性 が 高 く、モデルの 動 きはより 安 定する 傾 向 がある。 従 ってトップダウンモデルには、 特 にそれらが 長 期 の 分 析 に 用 いられる 場 合 は、高 いレベルの 集 計 を 採 用 するのが 一 般 的 である。 技 術 の 普 及 は 多 くの 場 合 、 例 えば 需 要 の 価 格 弾性 値 又 は 代 替 弾 性 値 を 使 用 した 集 計 化 された 生 産 関 数 を 用 いるなど、より 形 式 化 された 方 法 でトップダウンモデルにより 説 明 される。両 タイプのモデルには、それぞれ 長 所 と 短 所 がある。トップダウンモデルは、その 他 と 比 べて、排 出 緩 和 の 総 コストの 推 計 に 適 している。これらのトップダウンマクロ 経 済 モデルのほとんどは、気 候 変 動 の 目 標 を 満 たすコストを 過 大 評 価 する 傾 向 がある。なぜなら、 他 にも 理 由 はあるが、それらは 現 時 点 でも 経 済 的 に 採 算 がとれる 対 策 の 可 能 性 を 十 分 に 考 慮 しておらず、 特 に 気 候 変 動 緩和 の 便 益 の 推 計 には 向 いていないからである。 一 方 で、これらのモデルの 多 くは(これはボトムアップモデルにも 当 てはまるが)、 現 実 世 界 の 経 済 及 び 産 業 の 非 効 率 性 を 考 慮 することにも 向 いておらず、 排 出 緩 和 コストを 過 小 評 価 することもある。技 術 的 な 非 集 計 ボトムアップモデルは、これらの 利 点 のいくつかを 考 慮 することはできるが、それらのマーケットへの 展 開 に 関 する 経 済 的 障 壁 を 乗 り 越 えるコストを 過 小 評 価 する 可 能 性 がある。 近 年 のモデル 化 の 取 り 組 みは、マクロ 経 済 及 びシステムエンジニアリングの 両 方 の 観 点 から矛 盾 のないシナリオを 開 発 するために、トップダウンとボトムダウンモデルを 組 み 合 わせることに 集 中 している。これらのモデル 化 のフレームワークのより 詳 細 な 議 論 や、 将 来 のエネルギー、経 済 及 び 排 出 シナリオの 理 解 やそれらの 応 用 に 興 味 のある 読 者 は、IPCCのワーキンググループIII(Working Group III)のボトムアップとトップダウン 分 析 アプローチ 両 者 の 国 際 研 究 の 評 価 を 参 考にすることを 勧 める(Third Assessment Report; IPCC, 2001)。8.3.1.2 排 出 ベースラインで 具 体 化 された 仮 説統 合 評 価 モデル(Integrated Assessment Models(IAMs))は、エネルギー 及 び 経 済 モデルの 特 定のカテゴリを 構 成 し、ここでは 将 来 的 なCCS 利 用 の 可 能 性 のモデル 予 測 を 検 討 する 前 に、 排 出 ベースラインの 重 要 性 を 説 明 するために 使 用 される。IAMでは、 気 候 変 動 力 学 のシミュレーションとエネルギー 及 び 経 済 システムのモデル 化 を 統 合 している。IAMとその 他 のエネルギー 及 び 経 済- 456 -

モデルで 実 施 されている 分 析 の 一 般 的 かつ 明 快 なタイプには、ベースライン(すなわち、 気 候 政策 なし)シナリオから 制 御 シナリオ(すなわち、GHG 排 出 を 抑 制 するために 設 計 された 特 定 の 対策 がモデル 化 される 場 合 )へと 移 行 する 場 合 のコスト 差 分 の 計 算 や 使 用 されるエネルギー 技 術 のポートフォリオの 変 更 に 関 する 調 査 が 含 まれる。 従 って、これらのベースラインシナリオの 性 質に 影 響 するものが 何 であるかを 理 解 することは 重 要 である。 経 済 、 技 術 、 自 然 、 人 口 資 源 に 渡 る多 くのパラメータによって、エネルギーの 使 用 が 具 体 化 され、 結 果 として 生 じるこれらベースラインケースの 排 出 軌 道 が 形 成 される。これらのパラメータが 時 間 と 共 にどのように 変 化 するかということは、ベースラインシナリオを 動 かすもう 一 つの 重 要 な 特 徴 である。ベースラインシナリオに 影 響 を 与 える、いくつかの 主 なパラメータのリストの 一 部 には、 次 の 事 項 が 含 まれる。 例 えば、モデル 化 の 仮 説 は 以 下 が 中 心 となる: 世 界 的 及 び 地 域 的 な 経 済 及 び 人 口 発 展 。 以 下 のコスト 及 び 利 用 可 能 性1) 世 界 的 及 び 地 域 的 な 化 石 燃 料 資 源2) 燃 料 コストに 加 えて、 効 率 、 利 用 率 、 運 用 、 保 守 コストのような 技 術 特 有 のパラメータを 含 む、 化 石 燃 料 ベースのエネルギー 転 換 技 術 ( 発 電 、H 2 の 生 産 など)。3) ベースラインではまだ 競 争 力 はないが、 気 候 政 策 が 導 入 される 場 合 はCCSとマーケットシェアを 競 い 合 う 主 役 になるであろう、 非 化 石 エネルギー( 再 生 可 能 エネルギー 及 び 原子 力 )。 ベースライン、 及 びモデルで 表 される 技 術 進 歩 での 特 定 の 方 法 での 技 術 進 歩 の 速 度 。 異 なる 経 済 部 門 からのCO 2 排 出 の 相 対 的 な 貢 献 。これらすべてのパラメータをモデル 化 することは、その 代 替 的 な 想 定 も 含 めると、 多 数 の「 可能 な 将 来 」をもたらす。 言 い 換 えると、これらは、 多 くの 可 能 なベースラインシナリオをもたらす。これは、 排 出 シナリオに 関 する 特 別 報 告 書 (Special Report on Emission Scenarios:SRES, 2000)によって 最 も 良 く 実 証 されている。 報 告 書 には、4つの 異 なる 叙 述 的 展 開 と 関 連 のシナリオ 群 が 含まれ、 気 候 政 策 がない 場 合 の 社 会 経 済 的 及 び 技 術 的 発 展 のもっともらしい 組 合 せ 表 す6つの「 事 例的 」シナリオグループ(A1FI、A1B、A1T、A2、B1、B2と 呼 ばれる)を 明 らかにした(これらのケースの 詳 細 な 議 論 については、SRES, 2000を 参 照 のこと)。6つのシナリオグループは、 経 済 及び 人 口 変 動 、 炭 化 水 素 源 の 利 用 可 能 性 、エネルギー 需 要 及 び 価 格 、 技 術 コスト 及 びそれらの 性 能に 関 する 様 々な 仮 定 に 基 づく、 代 替 的 なエネルギーシステムの 発 展 を 表 している。それらは、 将来 の 世 界 の 幅 広 い 可 能 性 と、 根 本 的 な 文 献 におけるすべての 不 確 実 性 の 範 囲 と 一 致 するCO 2 の 排出 量 につながる(Morita and Lee, 1998)。このシナリオでの1990 年 から2100 年 までの 累 積 排 出 量 は、2,930GtCO 2 未 満 から9,170GtCO 2 (800-2,500GtC)である。この 範 囲 は、 高 排 出 量 、 中 から 高 排 出 量 、中 から 低 排 出 量 、 低 排 出 のシナリオを 区 別 した4つに 分 けられる: 高 排 出 量 (≥6,600GtCO 2 又 は ≥1,800GtC) 中 から 高 排 出 量 (5,320-6,600GtCO 2 又 は1,450-1,800GtC) 中 から 低 排 出 量 (4,030-5,320GtCO 2 又 は1,100-1,450GtC) 低 排 出 量 (≤4,030GtCO 2 又 は ≤1,100GtC)図 8.3で 表 されているように、それぞれの 範 囲 には、6つのシナリオグループの 内 の1つ 以 上 のシナリオが 含 まれる(それぞれのSRESシナリオグループの 累 積 排 出 量 の 範 囲 を 表 す、 図 8.3の 右 側 の縦 棒 を 参 照 )。1992 年 に 開 発 されたIPCCシナリオ(Pepper et al., 1992)の 初 期 のセットなどの 他 のシナリオ 研 究 では、1990 年 から2100 年 の 期 間 で2,930から7,850GtCO 2 (800-2,140GtC)の 同 レベル- 457 -

の 累 積 排 出 量 を 予 想 している。 同 じ 計 画 対 象 期 間 について、IIASAWECシナリオ(Nakicenovic et al.,1998)は、2,270-5,870GtCO 2 (620-1,600GtC)を 報 告 しており、400 以 上 の 排 出 シナリオを 含 むMoritaand Lee(1998)データベースは、 最 大 12,280GtCO 2 (3,350GtC)の 累 積 排 出 量 を 報 告 している。図 8.3 SRESシナリオでのエネルギー 及 び 産 業 排 出 源 からの、 世 界 的 な 累 積 排 出 (GtCO 2 )。それぞれの間 隔 には、 比 較 できる 累 積 排 出 を 導 き 出 す、6つのSRESシナリオグループからの、 代 替 的 なシナリオが 含 まれる。 右 側 の 縦 の 棒 は、6つのSRESシナリオグループの 累 積 排 出 (1990 年 -2100 年 )の 範 囲 を 示す。SRESシナリオでは、 同 様 の 将 来 の 排 出 量 は 全 く 異 なる 社 会 経 済 的 発 展 によって 生 じる 可 能 性 があり、 推 進 力 となるものの 同 様 の 発 展 はそれでもなお 結 果 として 将 来 の 排 出 量 が 幅 広 く 変 化 する可 能 性 があることを 表 している。また、シナリオは、 将 来 のエネルギーシステムの 発 展 が 将 来 の排 出 量 を 決 定 する 中 心 的 役 割 を 果 たすであろうことを 表 しており、 技 術 の 進 展 は 少 なくとも 人 口変 動 や 経 済 発 展 と 同 じくらい 重 要 な 原 因 であることを 示 唆 している。これらの 研 究 結 果 はCCSに対 して 重 要 な 意 味 を 持 っており、これらの 技 術 が 将 来 展 開 されうる 速 度 、つまりそれらの 長 期 的な 可 能 性 は、 経 済 又 は 人 口 変 動 にはそれほど 影 響 されないが、むしろ 将 来 の 排 出 の 主 要 な 要 因 であるエネルギーシステムの 技 術 的 道 筋 の 選 択 によって 影 響 されることを 示 している。 選 択 されたSRESベースラインシナリオの、 部 門 ごとのCCSの 技 術 ポテンシャルの 詳 細 な 見 積 りについては、セクション2.3.2を 参 照 すること。 次 のセクションでは、 気 候 制 御 シナリオでのCCSの 経 済 ポテンシャルを 議 論 する。8.3.2 CCS の 経 済 ポテンシャル 及 び 含 意SRESシナリオが 示 すように、 社 会 経 済 的 及 び 技 術 的 発 展 の 別 の 組 合 せに 関 係 する 不 確 実 性 は、広 範 囲 にわたる 将 来 の 排 出 量 をもたらすかもしれない。それぞれ 異 なるベースライン 排 出 シナリ- 458 -

オには、 排 出 制 御 状 況 でのCCS 技 術 の 使 用 の 可 能 性 について 異 なる 含 意 がある。 6 一 般 的 に、CCSの 将 来 的 なマーケットは、 主 にベースラインシナリオの 炭 素 強 度 及 び 仮 定 された 気 候 安 定 化 目 標の 厳 格 さによって 決 まる。ベースラインでのCO 2 排 出 が 高 いほど、 所 定 の 許 容 排 出 レベルを 達 成するためにより 多 くの 排 出 削 減 が 必 要 であり、CCSのマーケットはより 大 きくなる。 同 様 に、CO 2排 出 のモデル 化 された 制 約 が 厳 しいほど、より 多 くのCCSの 展 開 がありうる。 本 節 では、 考 えられるCCSの 展 開 速 度 及 びタイミング、 様 々なシナリオ 下 でのこれらのシステムの 全 面 的 な 展 開 、CCSシステムの 経 済 的 な 影 響 、どのようにCCSシステムが 他 の 排 出 緩 和 技 術 と 相 互 に 作 用 するかについて、 文 献 が 何 を 述 べているかを 検 証 する。8.3.2.1 CCS 展 開 の 重 要 な 要 因エネルギー 経 済 モデルは、CO 2 の 排 出 が 制 限 される 環 境 ( 即 ち 制 御 状 況 で)で、CCS 技 術 がどのように 展 開 するかを 検 証 するために 広 く 採 用 されている。CCSの 展 開 を 加 速 し、モデル 化 された制 御 状 況 における 最 終 的 な 展 開 規 模 を 拡 大 するいくつかの 要 因 が 確 認 されている: 71. 政 策 体 制 ; エネルギーが 製 造 ・ 消 費 されるようなCCSの 展 開 と 政 策 体 制 の 相 互 作 用 は、いくら 強 調 してもし 過 ぎることはない。 初 期 の 展 開 の 規 模 とタイミングは、 政 策 環 境 に 大 きく 左 右される。 特 に、 長 期 に 亘 る 展 開 の 累 積 範 囲 は、モデル 化 された 排 出 緩 和 体 制 の 厳 密 さに 強 く 依存 する。 比 較 的 低 い 安 定 化 目 標 ( 例 えば、450ppmv)は、 比 較 的 速 いCCSの 普 及 及 びより 集 中的 なCCSの 利 用 (「 使 用 の 強 度 」は、CCSが 責 任 を 負 う 排 出 削 減 の 割 合 という 点 と、 累 積 で 何GtのCO 2 を 貯 留 すべきかという 点 の 両 方 で 判 断 される)を 助 長 する(Dooley et al., 2004b; Gielenand Podanski, 2004; Riahi and Roehrl, 2000)。2. 基 準 ケース(ベースライン); CO 2 濃 度 を 所 定 のレベルで 安 定 化 するための 貯 留 要 件 は、ベースラインシナリオの 選 択 に 非 常 に 敏 感 である。 言 い 換 えれば、 仮 定 される 社 会 経 済 及 び 人 口統 計 の 傾 向 、 特 に 仮 定 された 技 術 進 歩 の 速 度 は、CCSの 使 用 に 重 大 な 影 響 を 与 える(セクション8.3.1 参 照 。Riahi and Roehrl, 2000; Riahi et al., 2003)。3. 将 来 に 存 在 すると 想 定 されるエネルギー 源 / 燃 料 の 性 質 、 発 生 量 、 炭 素 強 度 ; ( 例 、 石 炭 が 豊富 で 簡 単 に 採 掘 できる 未 来 の 世 界 は、 天 然 ガス 又 はその 他 の 炭 素 強 度 が 少 ない 技 術 が 安 く、 広く 利 用 可 能 である 世 界 よりも、CCS 技 術 をより 集 約 的 に 使 用 するであろう) 化 石 燃 料 の 入 手 の可 能 性 と、そのCCSとの 相 互 作 用 の2つの 代 替 的 な 体 制 の 比 較 については、Edmonds and Wise(1998) 及 び Riahi and Roehrl(2000)を 参 照 のこと。4. 排 出 権 取 引 などのような 柔 軟 なメカニズムの 導 入 は、CCSの 展 開 の 範 囲 に 著 しい 影 響 を 与 える可 能 性 がある。 例 えば、 国 家 間 での 排 出 権 取 引 がほとんどない、 又 は、 著 しく 規 制 されている排 出 体 制 は、 能 率 的 な 世 界 的 規 模 の 排 出 権 取 引 があり、 従 って 低 い 炭 素 許 容 価 格 である 世 界 よ6 SRESで 気 候 政 策 が 想 定 されていない 場 合 、 炭 素 に 関 連 する 経 済 的 価 値 もない。 従 って、SRESでのCCSの 可 能性 は、CO2の 地 中 への 注 入 の 副 次 的 な 利 益 がそのコストを 上 回 る 用 途 に 限 定 される( 例 、EOR 又 はECBM)。これらのオプションの 可 能 性 は、 安 定 化 シナリオでの 長 期 のCCSの 可 能 性 と 比 較 すると 比 較 的 小 さい。 実 質 的 には、文 献 では、SRESを 組 み 込 んだこれらのオプションを 含 む 世 界 的 なモデルによる 計 算 例 はなく、 従 って、ベースラインシナリオで 仮 定 されているCCSシステムの 展 開 もない。7統 合 評 価 モデルは、 実 世 界 での 社 会 経 済 的 及 び 技 術 的 発 展 の 数 学 的 な 表 現 のために 様 々な 手 法 を 用 いて、 理 想 的な 方 法 で 世 界 を 表 す。 制 度 上 の 障 壁 、 効 率 の 悪 い 法 律 体 系 、 炭 素 許 可 取 引 の 取 引 コスト、 地 政 学 的 な 条 件 を 利 用して 無 償 で 利 益 を 得 る 行 為 、 社 会 受 容 の 影 響 などのような、いくつかの 実 世 界 の 要 因 の 表 現 は、 昔 からモデル 化の 中 で 難 問 であった。これらの 要 因 はこれらのモデルで 様 々な 度 合 い( 多 くの 場 合 総 称 的 に)で 表 されている。- 459 -

りも、より 早 く、 集 約 的 にCCS 技 術 を 使 用 することが 必 要 である( 例 、Dooley et al., 2000 及 びScott et al., 2004)。CCSの 使 用 を 明 らかに 強 調 する 特 定 の 規 制 制 度 も、その 展 開 を 加 速 することができる( 例 、 Edmonds and Wise, 1998)。5. 技 術 進 歩 の 速 度 ( 学 習 又 はその 他 のメカニズムを 通 してもたらされる)は、CCS 及 びその 他 の顕 著 な 緩 和 技 術 とともに 生 じると 想 定 される( 例 、Edmonds et al.,2003, 又 は Riahi et al., 2003)。例 えば、Riahi et al.(2003)は、CCSシステムの 技 術 習 得 が、 脱 硫 技 術 で 歴 史 的 に 観 測 された速 度 と 同 じような 速 度 で 発 生 すると 仮 定 され、 技 術 進 歩 が 明 確 にされない 状 況 と 比 較 した 場 合 、CCSシステムの 長 期 的 な 経 済 ポテンシャルは、1.5 倍 に 増 加 するということを 示 している。 8CO 2 排 出 権 の 限 界 価 値 は、CCS 展 開 に 影 響 を 与 える 要 因 の 中 で 最 も 重 要 なメカニズムのひとつである。CCSシステムは、 炭 素 の 限 界 価 格 が 高 いほど、より 早 く、より 広 範 囲 に 渡 って 展 開 する 傾向 がある。 現 在 までに 行 われた 多 くのエネルギー 及 び 経 済 モデリングは、 二 酸 化 炭 素 の 価 格 が 約25-30US$/tCO 2 (90-110US$/tC)に 到 達 し 始 めた 頃 に、CCSシステムがかなりのレベルで 展 開 し 始めることを 示 している(IEA, 2004; Johnson and Keith,2004; Wise and Dooley, 2004; McFarland et al.,2004)。これらのシステムを 展 開 するための 下 限 値 としての 炭 素 価 格 に 対 する 唯 一 の 注 意 点 は、以 下 で 議 論 されている 早 期 利 用 機 会 である。様 々な 排 出 緩 和 シナリオにおけるCCSの 潜 在 的 な 寄 与 へ 特 に 焦 点 を 絞 る 前 に、 単 一 の 緩 和 策 では、CO 2 濃 度 の 安 定 化 を 達 成 するためには 不 十 分 であるという 幅 広 いコンセンサスが 技 術 文 献 において 得 られているという 点 を 強 調 することは、 価 値 のあることである。このことは、CO 2 の 排出 が、その 他 の 社 会 的 、 行 動 的 、 構 造 的 な 変 動 に 加 えて、 様 々な 技 術 の 組 み 合 わせによって、ベースラインシナリオから 削 減 される 可 能 性 が 高 いであろうということを 意 味 している(Edmondset al., 2003;Riahi and Roehrl, 2000)。さらに、 任 意 のベースラインから 特 定 の 安 定 化 レベルを 選 択することは、 必 要 な 排 出 削 減 量 を 達 成 するために 必 要 とされる 技 術 に 著 しく 影 響 を 与 える(Edmonds et al., 2000; Roehrl and Riahi, 2000)。 例 えば、より 高 いレベルでの 安 定 化 と 比 較 して、450 ppmvで 安 定 化 するためには、より 集 約 的 な 使 用 だけではなく、より 広 範 囲 の 技 術 対 策 及 びそれらの 普 及 が 必 要 である(Nakicenovic and Riahi, 2001)。これら 及 び 他 の 研 究 ( 例 えば、IPCC, 2001)は、 需 要 の 削 減 及 び/ 又 は 効 率 の 改 善 、 化 石 燃 料 の 代 替 、 非 炭 素 エネルギー 源 の 展 開 (つまり、 再生 可 能 エネルギー 及 び 原 子 力 )、CO 2 回 収 ・ 貯 留 、 緑 化 及 び 森 林 再 生 といった、いくつかの 種 類の 強 力 な 緩 和 策 特 定 した。8.3.3 排 出 緩 和 全 体 における CCS のシェアエネルギー 及 び 炭 素 市 場 のモデル 化 に 使 用 される 場 合 、 統 合 評 価 モデルの 目 的 は、エネルギー需 要 、エネルギー 利 用 及 び 長 期 に 亘 ってだけではなく、 特 定 の 時 点 で 使 用 されているエネルギー技 術 の 開 発 状 況 を 特 徴 付 ける 多 様 性 をとらえることである。これらの 統 合 評 価 ツールは、 様 々なエネルギー 技 術 の 相 対 的 なコスト 競 争 力 を 変 えるであろう 市 況 の 変 動 をモデル 化 するためにも 使用 される。8 1.5 倍 の 増 加 は、 今 世 紀 に 渡 り、 約 250から360GtCO 2 の 追 加 的 な 回 収 および 貯 留 に 相 当 する。- 460 -

ボックス8.2 IPCC SRES B2に 基 づく、2つの550ppmv 安 定 化 シナリオの 実 例図 8.4で 表 されているMESSAGEとMiniCAMシナリオは、IPCC SRESのB2シナリオ 群 の2つの 代 替的 な 数 量 化 を 表 している。それらは、 後 のCO 2 緩 和 分 析 及 び、550ppmvでの 大 気 中 の 濃 度 の 安 定 化につながる、 主 な 対 策 の 検 討 に 使 用 される。図 8.4 ラフのセットは、2つの 異 なる 統 合 評 価 モデル(MiniCAM 及 びMESSAGE)が、 世 界 的 な 主 要エネルギー( 上 のパネル)の 発 展 及 び 対 応 する 主 な 排 出 対 策 の 貢 献 ( 真 ん 中 のパネル)を、どのように 推 定 しているかを 表 す。 下 のパネルは、 大 気 中 のCO2 濃 度 を550ppmvで 安 定 化 することを 目 指 す、モデル 化 された 排 出 体 制 に 対 して、 炭 素 の 許 容 限 界 価 格 を 表 す。 両 方 のシナリオは、IPCC-SRES B2シナリオに 従 って、 主 な 温 室 効 果 ガスの 排 出 の 要 因 について、 一 致 した 想 定 を 取 り 入 れている( 情 報 源 :Dooley et al., 2004b; Riahi and Roehrl, 2000)。シナリオは、21 世 紀 中 に 世 界 がどのように 発 展 するかという 叙 述 的 表 現 であるB2の 筋 書 きに 基づき、 経 済 発 展 、 人 口 変 動 、 最 終 的 なエネルギー 需 要 などのCO 2 排 出 の 顕 著 な 要 因 に 関 する 一 致した 仮 説 を 共 有 している。B2の 筋 書 きに 基 づき、 世 界 総 生 産 は、 長 期 の 平 均 成 長 率 2.2%に 対 応 して、 両 方 のシナリオで1990年 の20 兆 US$から2100 年 には235 兆 US$に 成 長 すると 想 定 されている。この 成 長 のほとんどは、 今- 461 -

日 の 発 展 途 上 国 で 発 生 する。シナリオは、21 世 紀 中 の 人 口 変 化 の 終 了 に 向 かって、 近 年 の 予 想 より 早 い 出 生 率 の 低 下 を 含 む、 歴 史 的 な 傾 向 の 継 続 を 前 提 とする、UNの 中 央 値 1998 年 人 口 予 測 (UN,1998)を 取 り 入 れている。 世 界 人 口 は、2100 年 までに 約 100 億 人 まで 増 加 する。 最 終 的 な 経 済 のエネルギー 集 約 度 は、2100 年 まで、 長 期 の 歴 史 的 な 変 化 率 である 約 1パーセント/ 年 減 少 する。 総 じて、これらの 傾 向 は、 文 献 のシナリオの 不 確 実 性 の 範 囲 と 比 較 すると、 中 立 的 な 仮 説 に 相 当 する「 通 常 通 りの 変 化 」の 発 展 を 成 す (Morita and Lee, 1999)。上 述 の 類 似 点 に 加 え、MiniCAMとMESSAGEシナリオは、CCSの 潜 在 的 な 将 来 展 開 に 影 響 する多 くの 他 の 重 要 な 想 定 について、B2の 筋 書 きの 別 の 解 釈 に 基 づいている。これらの 仮 説 は、 利 用可 能 な 化 石 燃 料 源 、 再 生 可 能 エネルギーの 長 期 の 可 能 性 、 燃 料 価 格 の 動 き、エネルギーシステム及 びエネルギー 需 要 の 部 門 別 内 訳 の 構 造 、 技 術 コスト、 特 に 技 術 進 歩 ( 特 定 の 技 術 及 び 技 術 集 合のためのコスト 及 び 性 能 改 善 についての 将 来 予 想 )に 関 係 する。従 って、2つのシナリオでは、 経 済 、 人 口 、 及 び 総 計 された 需 要 の 成 長 について 同 じ 仮 説 を 取 り入 れ、 代 替 ではあるが 内 部 的 には 一 貫 性 のあるエネルギー 技 術 ポートフォリオの 発 展 、 関 連 したCO 2 排 出 量 、CO 2 の 安 定 化 目 標 である550ppmvに 対 応 したCCSなどの 緩 和 技 術 の 展 開 を 描 いており、経 済 、 人 口 及 び 総 需 要 の 増 加 に 関 して 同 じ 仮 説 を 採 用 している。 各 シナリオの 緩 和 オプションのポートフォリオ( 図 8.4)の 比 較 では、 緩 和 ポートフォリオの 一 部 としてのCCSの 重 要 性 を 明 らかにしている。 詳 細 については、Dooley et al.(2004b) 及 びRiahi and Roehrl(2000)を 参 照 のこと。例 えば、エネルギー 技 術 の 選 択 は、 炭 素 価 格 の 上 昇 、 人 口 増 加 、 安 定 した 人 口 によるその 生 活水 準 の 向 上 などに 従 って 変 わるであろう。図 8.4のグラフは、2つの 統 合 評 価 モデル(MiniCAMとMESSAGE)が 世 界 の 主 要 エネルギーの 発展 ( 上 のパネル)、 主 な 緩 和 策 の 寄 与 ( 真 ん 中 のパネル) 並 びにIPCC-SRES B2シナリオの 主 な 温室 効 果 ガス 排 出 要 因 に 基 づいた、 大 気 中 CO 2 濃 度 を550ppmvで 安 定 化 することを 追 求 するモデル 化された 政 策 に 対 する 炭 素 許 可 証 の 限 界 価 格 をどのように 見 積 もっているかを 表 している(ボックス8.2を 参 照 )。 図 8.4からわかるように、 石 炭 及 び 天 然 ガス 火 力 発 電 と 併 用 されるCCSは、 両 方 のシナリオの 緩 和 ポートフォリオにおいて 重 要 な 技 術 であり、 特 にこの 特 定 の 安 定 化 シナリオに 基づく 今 世 紀 後 半 に 重 要 である。しかし、 太 陽 / 風 力 、バイオマス、 原 子 力 発 電 などは、 未 だに 世 界的 な 電 力 需 要 のかなり 大 きな 部 分 を 満 たしている。このことは、 世 界 がそのエネルギー 需 要 を 満たすために 多 数 のエネルギー 技 術 を 使 用 し 続 けることを 予 測 しており、しかも、 空 間 や 時 間 を 越えて、これらの 技 術 の 大 きなポートフォリオがいつの 時 点 においても 使 用 されるであろう。様 々な 技 術 がどのように 気 候 変 動 への 対 処 に 関 する 目 標 に 貢 献 するかを 評 価 する 場 合 、これらの 技 術 は、 社 会 が 求 めるエネルギーサービスや 排 出 削 減 をもたらすためにそれらの 技 術 すべてが市 場 シェアを 競 い 合 うような 方 法 で、これが 実 際 に 起 こることのようにモデル 化 される。これらのオプションの 可 能 性 とコストに 関 する 重 要 な 不 確 実 性 があるため、CCSの 完 全 な 展 開 は、 背 景にある 筋 書 き 及 び 様 々なモデルにおける 解 釈 のされ 方 と 一 致 する、 様 々なシナリオ 特 有 の 仮 定 に左 右 される。この 競 合 及 び 多 様 な 可 能 性 のある 将 来 の 排 出 を 踏 まえると、 全 排 出 削 減 量 へのCCSの 寄 与 は、 比 較 的 大 きな 変 動 幅 の 中 でのみ 評 価 可 能 である。CCSの 将 来 の 展 開 及 びCO 2 の 濃 度 の450から750ppmvの 間 での 安 定 化 を 達 成 するための 全 体 的 な- 462 -

排 出 削 減 への 貢 献 についての 不 確 実 性 は、IPCC TAR 緩 和 シナリオによって 説 明 されている(Moritaet al., 2000; 2001)。TAR 緩 和 シナリオは、SRESベースラインシナリオに 基 づいており、9つの 異なるモデル 化 チームによって 開 発 された。 合 計 で76の 緩 和 シナリオがTARのために 開 発 され、それらの 約 半 分 (3つの 異 なるモデル:DNE21、 MARIA、MESSAGEからの36のシナリオ)は、 緩和 オプションとしてCO 2 の 回 収 及 び 貯 留 をはっきりと 検 討 している。TARシナリオの 概 要 は、Morita et al.(2000)で 示 されている。これには、 個 別 のモデル 化 チームから 彼 らのシナリオ 想 定及 び 結 果 についての11の 論 文 発 表 が 含 まれる。 図 8.5で 説 明 されているように、TAR 緩 和 シナリオに 基 づく 排 出 削 減 全 体 におけるCCSの 平 均 シェアは、750ppmvのCO 2 濃 度 の 安 定 化 を 目 標 とするシナリオでの15%から、450ppmvを 目 標 とするシナリオでの54%までに 及 ぶ。 9図 8.5 (1) 合 計 の 累 積 排 出 削 減 におけるCCSの 帰 属 シェア(%)と、(2) 合 計 の 累 積 CCS 展 開 (GtCO 2 )(2000-2100)の 関 係 。グラフ 中 の 散 点 は、6つのSRESシナリオグループのそれぞれのTAR 緩 和 シナリオについての 値 を 表 す。 垂 直 方 向 の 点 線 は、450から750ppmvの 安 定 化 シナリオを 通 しての 合 計 の 排 出緩 和 におけるCCSの 平 均 シェアを 表 し、 水 平 方 向 の 点 線 は、450から750ppmvの 安 定 化 シナリオを 通 してのシナリオの 平 均 累 積 貯 留 要 件 を 表 す。しかし、TAR 緩 和 シナリオのセットにおける 不 確 実 性 の 全 体 的 な 範 囲 には、CCSの 寄 与 がないシナリオから 全 排 出 削 減 量 のうちCCSのシェアが90% 以 上 のシナリオまで、 高 い 方 と 低 い 方 の 両端 のものが 含 まれる。9 TAR 緩 和 シナリオでのCCSの 緩 和 範 囲 は、1990 年 から2100 年 までの 累 積 の 排 出 削 減 を 基 準 に 計 算 され、 異 なるモデル 化 フレームワーク 全 般 の450および750ppmvのシナリオおよびSRESベースラインシナリオへの 平 均 的 な 貢 献を 表 す。 全 シナリオを 通 じて、 範 囲 の 幅 はそれぞれ450ppmvのシナリオについて20から95%、750ppmvのシナリオについて0から68%である。- 463 -

8.3.3.1 累 積 のCCS 展 開トップダウン 及 びボトムアップのエネルギー 経 済 モデルは、 見 込 みのあるCCS 技 術 の 合 計 (GtCで 表 される)を 検 討 するために 使 用 されている。これらの 分 析 は、CCS 技 術 の 将 来 的 な 使 用 には、大 きな 不 確 実 性 があるという 事 実 を 反 映 している。IPCC-TAR 緩 和 シナリオによって 説 明 されているように、21 世 紀 中 の 世 界 的 な 累 積 CCSは、 基 準 となる 世 界 (すなわちベースライン)の 将 来 特性 及 び 採 用 された 安 定 化 目 標 (450-750ppmv)によって 決 まり、ゼロから5,500GtCO 2 (1,500GtC)以 上 の 範 囲 に 及 ぶであろう( 図 8.6 参 照 )。 図 8.6で 表 されている6つのシナリオグループを 通 しての 平 均 (2000 年 から2100 年 まで)の 累 積 CO 2 貯 留 は、750ppmvの 安 定 化 シナリオにおいて380 GtCO 2(103 GtC)から、450ppmvのシナリオにおいて2,160GtCO 2 (590GtC)までの 範 囲 に 及 ぶ。 10 しかし、6つそれぞれのTARシナリオの 大 部 分 (20~80%の 範 囲 )は、4つの 安 定 化 目 標 (450-750ppmv)において220-2,200GtCO(60-600GtC)の 2 範 囲 に 集 中 する 傾 向 があることに 注 意 が 必 要 である。TAR緩 和 シナリオでのCCSの 展 開 は、450から750ppmvの 範 囲 に 亘 る 安 定 化 シナリオにおいて576-1,370GtCO 2 (157-374GtC)の 貯 留 (Edmonds et al., 2000) 及 び450から650ppmvの 範 囲 に 亘 る 安定 化 シナリオにおいて370から1,250GtCO 2 (100-340GtC)の 貯 留 (Dooley and Wise, 2003)を 計 画する 同 様 のシナリオ 研 究 による 結 果 と 比 較 可 能 である。Riahi et al.(2003)は、 様 々な550ppmv 安定 ケースについて、 今 世 紀 の 間 に 貯 留 されるCO 2 を330-890GtCO 2 (90-243GtC)と 推 定 している。図 8.6 IPCC TAR 緩 和 シナリオにおける、6 つの SRES シナリオグループ 及 び 450 から 750ppmv の 間のレベルの CO 2 の 安 定 化 についての、 世 界 の 累 積 の CO 2 貯 留 (2000 年 から 2100 年 )。 値 は、 異 なるモデル 化 チームからのシナリオの 結 果 全 般 の 平 均 を 引 用 している。CCS の 貢 献 は、 安 定 化 目 標 の 厳 重 さと 共 に 増 加 し、SRES シナリオグループ 全 般 でかなり 異 なる。Fujii and Yamaji(1998)も 海 洋 貯 留 をオプションとして 含 めている。 彼 らは、550ppmvの 安 定 化10表 8.5および 図 8.6は、TAR 緩 和 シナリオの 開 発 に 使 用 された、 代 替 的 なモデル 化 フレームワーク 全 般 のCCSの 平均 値 を 表 していることに 注 意 すること。ぞれぞれのTAR 緩 和 シナリオでの 累 積 CO 2 貯 留 に 加 えて、 長 期 に 亘 るCCSの 展 開 は、 図 8.5および8.7で 説 明 されている。- 464 -

レベルについて、CCS 技 術 の 使 用 により920GtCO 2 (250GtC)の 排 出 削 減 を 提 供 でき、この 約 3 分の1が 海 洋 に 貯 留 できるであろうと 試 算 している。このCO 2 貯 留 に 対 する 需 要 は、 第 5 章 及 び 第 6 章で 表 されているCO 2 の 合 計 貯 留 容 量 の 世 界 的 な 見 積 りの 範 囲 内 であると 想 定 される。8.3.3.2 タイミング 及 び 展 開 速 度近 年 、CO 2 の 輸 送 コスト 及 び 貯 留 コストの2つの 詳 細 な 研 究 が、 北 アメリカ(North America)(Dooley et al., 2004a) 及 び 西 ヨーロッパ(Western Europe)(Wildenborg et al., 2004)について 完了 した。これらの 研 究 は、 両 方 の 地 域 でのCO 2 の 貯 留 容 量 の 大 きな 可 能 性 について 同 じ 結 論 を 得ている。 現 在 のCO 2 の 排 出 源 からの80% 以 上 の 排 出 は、 北 アメリカで12-15US$/tCO 2 、 西 ヨーロッパで25US$/tCO 2 未 満 で 候 補 地 となる 地 層 に 輸 送 及 び 貯 留 することができる。これらの 研 究 は、CO 2の 輸 送 及 び 貯 留 の 価 格 と、 貯 留 されるCO 2 の 累 積 量 の 関 係 を 調 査 するために、 空 間 的 に 詳 細 な 分析 を 行 っており、 大 陸 規 模 で「CO 2 貯 留 供 給 曲 線 」を 定 義 する 初 めての 研 究 である。 両 方 の 研 究は、 少 なくともこれら2つの 地 域 について、CO 2 の 貯 留 供 給 曲 線 には、 広 範 囲 な 貯 留 容 量 おいてほぼ 一 定 のコストを 意 味 する、 傾 きが 緩 やかな 部 分 ( 数 100Gtから 数 1,000GtものCO 2 )が 大 部 分 を 占めると 結 論 付 けている。 11 言 い 換 えると、 実 用 レベルでこれらの 地 域 でのCO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 のコストには 上 限 がある。これらの 研 究 及 びその 他 わずかな 研 究 ( 例 、IEA GHG, 2002を 参 照 )では、CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 早 期 機 会 (つまり、 低 コストの 機 会 )は、 安 価 な( 例 えば、 純 度 の 高 い)CO 2排 出 源 、 高 度 の 炭 化 水 素 回 収 (EOR 又 はECBM)が( 潜 在 的 に) 盛 んな 地 域 、 輸 送 コストを 最 小限 に 抑 えるためにCO 2 の 排 出 源 が 候 補 貯 留 層 に 比 較 的 近 接 していること、という 多 くの 要 因 に 左右 されることを 表 している。これらのボトムアップ 研 究 は、 現 在 利 用 可 能 な 等 級 分 けされているCCS 資 源 を 最 も 詳 細 に 洞 察 しており、 現 実 世 界 で 直 面 する 可 能 性 が 高 いCCS 機 会 が 非 常 に 不 均 一であることを 示 している。よりトップダウンなモデル 化 手 法 に 基 づく 研 究 と 同 様 に、これらの 研究 では、 完 全 なCCSシステムの 総 コストが 一 度 明 らかとなれば、 大 気 中 への 温 室 効 果 ガスの 排 出を 実 質 的 に 制 限 する 明 確 な 政 策 又 は 規 制 制 度 がない 限 り、CCSシステムは 大 規 模 で 展 開 する 見 込みがないことも 示 している。文 献 及 び 現 在 の 産 業 実 績 からすると、CO 2 排 出 を 制 限 する 対 策 がない 場 合 には、CCS 技 術 の 展 開は 小 規 模 で、ニッチな 機 会 しかない。これらの 早 期 機 会 は、 一 部 のインフラの 構 築 及 びCCSシステムの 将 来 の 大 規 模 展 開 に 必 要 な 知 識 ベースを 含 む、CCSの 展 開 実 績 を 提 供 できるだろう。 最 小コストのCO 2 安 定 化 シナリオのほとんどの 分 析 は、 今 後 数 十 年 に 亘 ってCCSシステムの 著 しい 浸 透があるが、CCS 展 開 の 大 部 分 は、 今 世 紀 の 後 半 に 起 こるであろうことを 示 している(Edmonds et al.,2000, 2003; Edmonds and Wise, 1998; Riahi et al., 2003)。この 傾 向 の 主 な 理 由 のひとつは、 比 較 的 低いレベル(

図 8.7 大 気 のCO 2 濃 度 が450から750ppmvの 間 で 安 定 する、IPCC TAR 緩 和 シナリオでの、1990 年 から2100 年 までの 時 間 を 関 数 としたCCSシステムの 展 開 。 色 の 付 けられた 太 い 線 は、 各 SRESシナリオグループのCCSの 貢 献 の 最 小 及 び 最 大 を 表 し、 細 い 線 は、 個 別 のシナリオでの 貢 献 を 表 す。 右 側 の 縦 軸 は、2100 年 における 各 SRESシナリオグループの 安 定 化 レベル 全 般 のCCS 展 開 の 範 囲 を 表 す。例 えば、 高 度 経 済 成 長 かつ 高 炭 素 のベースラインシナリオ(A1FI)では、CCSの 発 展 は、 炭 化水 素 資 源 利 用 の 急 速 な 増 加 によって 寄 与 が 着 実 に 増 加 するという 特 長 がある。 対 照 的 に、 他 のシナリオ( 例 、A1B 及 びB2)は、CCSの 展 開 が 今 世 紀 の 後 半 中 に 最 高 になることを 示 している。これらのシナリオの 数 多 くの 点 で、CCSの 貢 献 は 今 世 紀 の 終 わりまでに11GtCO 2 / 年 (3GtC/ 年 ) 未 満まで 減 少 する。これらのシナリオは、CCSが 過 渡 期 の 緩 和 オプション( 今 日 の 化 石 燃 料 集 中 エネルギーシステムから 再 生 可 能 エネルギーによる 寄 与 が 大 きい 非 化 石 燃 料 システムへの 移 行 をつなぐもの)であると 考 えられるという 事 実 を 反 映 している。これらのモデルの 比 較 的 大 雑 把 なトップダウンの 世 界 の 見 方 を 考 えると、 最 初 のCCSユニットが 運 用 可 能 になる 時 期 について 一 致 した 見 解 は 少 ない。これは、 少 なくともある 程 度 は、 最 初 のユニットが 展 開 される 背 景 状 況 を 作 り 出 す 政 策 の 重 要 性 に 起 因 する。 例 えば、McFarland et al.(2003)は、2035 年 前 後 に 始 まるCCSの 展 開 を 予 測 している。 他 のモデル 化 試 算 では、1 年 に370MtCO 2 (1 年 に100MtC) 未 満 のより 低 いレベルにおける、2005 年 ~2020 年 の 間 でのCCSシステムの展 開 開 始 を 表 している( 例 としてDooley et al., 2000を 参 照 )。 更 に、 日 本 でのCCSの 展 開 調 査 では、- 466 -

Akimoto et al.(2003)が2010 年 ~2020 年 に 開 始 するCCSの 展 開 を 表 している。 文 献 (Edmonds et al.2003; Dooley and Wise, 2003; Riahi et al. 2003; IEA, 2004)の 大 部 分 では、CO 2 規 制 のある 世 界 では、CCSシステムは 数 十 年 のうちに 展 開 し 始 め、この 展 開 は 今 世 紀 半 ば 以 降 に 著 しく 拡 大 するであろうという 見 解 で 一 致 している。CCSシステムの 展 開 のタイミングに 関 する 推 定 のばらつきは、エネルギー 及 び 経 済 モデルによるCCSシステムをパラメータ 化 する 方 法 が 異 なる 点 と、EOR 又 はECBMのような 早 期 機 会 の 可 能 性 をどの 程 度 考 慮 しているかという 点 に 起 因 している。CCS 普 及のタイミングに 影 響 を 与 える 他 の 要 因 は、 炭 素 価 格 の 上 昇 速 度 及 び 炭 素 価 格 そのものである。8.3.3.3 地 域 的 な 普 及McFarland et al.(2003)は、 最 終 的 なCCS 技 術 の 世 界 中 への 展 開 を 予 測 しているが、CCS 技 術 の特 定 の 地 域 への 流 入 のタイミングは、 地 域 の 石 炭 や 天 然 ガスの 相 対 価 格 といった 地 域 の 状 況 に 影響 されることに 言 及 している。Dooley et al.(2002)は、 政 策 体 制 、 特 に 排 出 権 取 引 の 範 囲 は、CCS技 術 がどこに 展 開 されるかに 影 響 する 可 能 性 があることを 表 している。この 論 文 において 調 査 されている 特 定 の 状 況 では、 排 出 権 取 引 が 厳 しく 制 限 されている 場 合 ( 及 び 削 減 コストが 高 い 場 合 )、CCS 技 術 は 米 国 及 びEUにおいてより 早 く、より 広 範 囲 に 亘 って 展 開 する 傾 向 があったことを 立 証した。 一 方 で、 付 属 書 Bの 国 家 全 体 に 亘 る 能 率 的 な 排 出 権 取 引 システムがない 場 合 は、CCSの 使 用の 集 中 がより 少 なく、 旧 ソ 連 などの 地 域 からCCSによって 得 られる 排 出 の 余 裕 を 購 入 するほうが安 いとEU 及 び 米 国 が 考 えたため、CCSの 利 用 はこれらの 国 家 全 般 により 均 一 に 広 まった。表 8.5は、 世 界 の4 地 域 について、IPCC TAR 緩 和 シナリオにおけるCCSの 展 開 を 示 している。すべての 値 は、 異 なるモデルによるシナリオの 結 果 の 平 均 値 として 示 されている。この 表 のデータ( 特 に、すべてのシナリオの 平 均 CO 2 貯 留 量 をまとめている 左 端 の 列 )は、 今 世 紀 のうちにCCSは 世 界 中 に 展 開 され、 特 に 今 日 の 発 展 途 上 国 ( 未 来 の 最 大 のCO 2 排 出 者 )で 最 も 大 規 模 に 展 開 される、という 文 献 の 共 通 かつ 一 貫 した 成 果 を 証 明 するのに 役 立 つ。 従 ってこれらの 国 は、 自 らの増 加 する 排 出 を 制 御 するためにCCSを 導 入 する 有 望 な 候 補 者 となるだろう。 1212 この 傾 向 は、 様 々なモデルからのすべてのシナリオに 亘 る 平 均 的 なCCSの 展 開 を 示 す、 表 8.5の 左 端 の 列 で 特 に明 確 に 見 ることができる。それでもなお、B1およびB2シナリオ 群 に 属 するいくつかのシナリオは、 先 進 国 ではより 高 いレベルのCCSの 展 開 を 示 唆 していることに 注 意 するべきである。- 467 -

表 8.5 2000 年 から2100 年 までの、IPCC TAR 緩 和 シナリオにおける 累 積 のCO 2 の 貯 留 (GtCO 2 )。 世 界及 び4つのSRES 地 域 へのCCSの 貢 献 は、4つの 代 替 的 な 安 定 化 目 標 (450、550、650、750 ppmv)と、6つのSRESシナリオグループについて 表 されている。 値 は、 異 なるモデル 化 チームからのシナリオの 結果 全 般 の 平 均 を 引 用 している。* OECD90 地 域 には、1990 年 にOECDに 属 する 国 が 含 まれる。REF(「 移 行 経 済 」) 地 域 は、 旧 ソ 連(Former Soviet Union)と 東 ヨーロッパ(Eastern Europe)の 統 合 である。ASIA 地 域 は、アジア 大陸 の 発 展 途 上 国 を 表 す。ROW 地 域 は、 付 属 サハラアフリカ(sub-Saharan Africa)、ラテンアメリカ(Latin America)、 中 東 (Middle East)を 集 合 した、 残 りの 世 界 の 範 囲 を 対 象 とする。 詳 細 は、SRES,2000を 参 照 。Fujii et al.(2002)は、 任 意 の 地 域 における 実 際 のCCS 技 術 の 展 開 は、トップダウンのエネルギー 及 び 経 済 モデルにおいて 現 在 は 十 分 に 表 されていない 地 質 的 及 び 地 理 的 条 件 によって 決 まることに 注 目 している。Fujii et al.(2002)などによって 注 目 されている 欠 点 、 特 にトップダウンモデルにおいてCO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 コストをパラメータ 化 する 方 法 に 対 応 するための 試 みについて、Dooley et al.(2004b)は、 地 域 的 なCO 2 貯 留 容 量 に 関 する 文 献 の 推 定 値 の 予 備 評 価 に 基 づき、 世 界の 全 地 域 について 段 階 的 CO 2 貯 留 供 給 曲 線 を 採 用 した。CO 2 の 貯 留 コストが、CO 2 の 貯 留 需 要 ( 地域 経 済 の 規 模 、モデル 化 された 排 出 削 減 体 制 の 厳 しさなどの 要 因 によって 決 定 する)や、 地 域 にあるCO 2 の 貯 留 層 の 量 、 品 質 ( 近 接 性 を 含 む) 及 び 種 類 に 応 じて 世 界 中 で 異 なるこのフレームワークでは、 著 者 らは、 世 界 でのCCS 利 用 を3つの 大 きなカテゴリに 分 けることができることを 示 している。(1) 予 測 されている 需 要 と 比 較 するとCO 2 を 貯 留 するための 資 源 に 大 きな 可 能 性 があるため、CCSの 展 開 における 経 済 的 又 は 物 理 的 な 制 限 のいずれにも 直 面 していないように 見 える 国( 例 えば、 豪 州 、カナダ、 米 国 )で、 経 済 的 に 意 義 がある 範 囲 でCCSを 展 開 すべき 場 所 、(2) 潜- 468 -

在 的 な 地 中 貯 留 層 ( 執 筆 者 は 海 洋 貯 留 は 考 慮 しなかった)の 供 給 が、 潜 在 需 要 に 対 して 小 さい 国( 例 えば、 日 本 及 び 韓 国 )で、モデル 化 された 排 出 削 減 レベルを 満 たすためにその 他 の 軽 減 オプションを 導 入 しなければならない 場 所 、(3)CCS 展 開 の 制 限 の 程 度 が 排 出 制 限 の 厳 密 さ 及 び 使 用可 能 なCO 2 貯 留 資 源 という 点 で 不 確 かなその 他 の 国 。 著 者 らは、 世 界 の 地 域 における 真 のCO 2 貯 留可 能 性 を 明 らかにすることは、 喫 緊 の 課 題 であると 言 及 している。 国 又 は 地 域 が「 十 分 な」CO 2貯 留 容 量 をもつかどうかを 知 ることは、 様 々なモデル 化 された 排 出 制 限 に 対 応 して 国 のエネルギーインフラの 発 展 に 関 する 方 法 を 根 本 から 変 えることができるため、これらのモデル 分 析 において 重 要 な 変 数 である。8.3.3.4 長 期 の 経 済 影 響短 期 及 び 長 期 のCCSの 財 政 上 の 要 件 を 分 析 している 文 献 が 増 えている。2003 年 世 界 エネルギー投 資 展 望 (The World Energy Investment Outlook 2003、IEA, 2003)は、すべての 新 設 の 発 電 所 にはCCSが 備 えられていると 仮 定 して、OECDのCCS 技 術 への 投 資 の 上 限 を、 次 の30 年 に 亘 って 約 3500から4400 億 US$と 見 積 もっている。 同 様 に、Riahi et al.(2004)は、 初 期 のニッチマーケットへの適 用 及 び 実 証 発 電 所 への 先 行 投 資 を、 次 の20 年 間 に 亘 って 約 700 億 US$ 又 は 世 界 エネルギーシステムコストの 合 計 の0.2%にのぼるであろうと 予 測 している。これは、 初 期 のCCSの 容 量 のほとんどが 導 入 されていると 期 待 されている、OECDの 国 々の2020 年 までの、CCSのマーケットシェアの 導入 されている 化 石 燃 料 発 電 容 量 の 合 計 の 約 3.5%に 相 当 するであろう。発 電 部 門 全 体 としてのCCSの 完 全 な 統 合 に 必 要 な 長 期 投 資 は、 重 大 な 不 確 実 性 の 影 響 を 受 ける。統 合 評 価 モデルの 分 析 によれば、CCSによる 発 電 部 門 の 脱 炭 素 処 理 のコストは、 今 世 紀 の 過 程 で、エネルギー 関 連 システムのコストの 合 計 の3~4%であろうと 示 されている(Riahi et al.,2004)。 最も 重 要 なのは、CO 2 緩 和 ポートフォリオに 含 まれないCCSの 機 会 コストが 重 要 であることをこれらのモデルが 指 摘 していることである。Edmonds et al.(2000)は、 大 規 模 なCCS 技 術 の 展 開 による今 世 紀 中 の 節 約 額 は、これらの 技 術 が 存 在 しないシナリオと 比 較 した 場 合 、750ppmvのような 高いCO 2 限 界 濃 度 での 数 100 億 USドル(1990 年 の 価 値 相 当 )から450ppmvのようなより 厳 しいCO 2 濃度 での 数 兆 ドルまでの 範 囲 になると 示 している。 13 Dooley et al.(2002)は、 節 約 コストを36% 以上 と 見 積 り、McFarland et al.(2004)は、CCS 技 術 の 展 開 が 許 可 されていないシナリオと 比 較 した場 合 、 許 可 されているシナリオでは、 炭 素 許 容 価 格 の 減 少 が110 US$/tCO 2 であると 見 積 っている8.3.3.5 他 の 技 術 との 相 互 作 用上 述 のとおり、CCSの 将 来 的 な 展 開 は 多 くの 要 因 によって 決 まり、その 多 くは 相 互 に 作 用 する。CCSの 展 開 は、 再 生 可 能 エネルギーや 原 子 力 発 電 の 開 発 や 展 開 などの 要 因 に 影 響 されると 想 定 される(Mori, 2000)。Edmonds et al.(2003)は、CCS 技 術 は 他 の 技 術 と 相 乗 効 果 的 に 相 互 に 作 用 し、そうすることでコストの 低 減 に 役 立 ち、 低 炭 素 集 約 技 術 の 全 体 的 な 経 済 ポテンシャルを 増 加 させると 報 告 している。 同 著 者 らは、これらの 相 乗 効 果 は、CCS、 水 素 製 造 技 術 及 び 水 素 の 最 終 用 途システム( 例 えば、 燃 料 電 池 )の 組 合 せにおいて、おそらく 特 に 重 要 であることを 言 及 している。一 方 で、CCS 技 術 の 普 及 は、 限 界 状 態 での 代 替 技 術 の 需 要 を 低 減 し、 低 い 限 界 コストで 既 定 の 排出 削 減 を 満 たすことが 可 能 であることを 意 味 する。 言 い 換 えるとCCSは、エネルギー 原 単 位 の 改善 、 原 子 力 、 核 融 合 、 太 陽 発 電 オプション、 風 力 などのようないくつかの 技 術 と 競 合 する。 相 互13節 約 は、CCSが 緩 和 ポートフォリオの 一 部 であるとは 見 なされない 世 界 に 対 比 して、CCSの 展 開 によるGDPの増 加 分 として 測 定 される。- 469 -

作 用 の 特 徴 は、 気 候 政 策 環 境 及 びサイト 特 有 な 地 域 条 件 による 大 きな 変 動 の 可 能 性 がある、 代 替緩 和 オプションのコストと 可 能 性 に 大 きく 依 存 する(IPCC, 2001)。 空 間 的 により 集 合 している世 界 規 模 で 見 ると、この 変 動 は、 費 用 効 率 が 高 い 方 法 で 排 出 緩 和 に 取 り 組 むための 多 様 な 技 術 ポートフォリオの 重 要 性 を 考 慮 した、 代 替 オプションの 同 時 展 開 につながる。多 くの 文 献 (Willams, 1998; Obersteiner et al., 2001; Rhodes and Keith, 2003; Makihira et al., 2003;Edmonds et al., 2003, Möllersten et al., 2003)では、 結 果 として 生 じるシステムの「ネガティブ 排 出 」によって 生 じる 余 剰 排 出 クレジットに 加 えて、 有 用 なエネルギー( 電 力 又 は 輸 送 燃 料 )を 生 成 するために、バイオマスを 用 いたエネルギーシステムと 組 み 合 わせたCCSシステムの 使 用 を 検 討 し始 めている。これらのシステムは、バイオマスのみを 燃 料 とするか、 従 来 の 石 炭 火 力 発 電 所 においてバイオマスを 共 燃 焼 することができ、 共 燃 焼 の 場 合 、バイオマス 量 は 通 常 エネルギーインプットの 約 10-15%に 限 られる。Obersteiner et al.(2001)はSRESシナリオに 基 づく 分 析 を 行 い、バイオマスベースのエネルギー 転 換 プロセス 中 に 放 出 されるシナリオの 累 積 排 出 のうち880-1,650GtCO 2 (240-450GtC)は、 今 世 紀 中 に 回 収 及 び 貯 留 のために 利 用 可 能 となる 可 能 性 があることを 予 測 した。Rhodes and Keith(2003)では、 炭 素 価 格 が 低 い 世 界 でバイオエネルギーとCCSを 組 み 合 わせたシステムが 高 価 な 電 力 を 生 成 するが、このシステム 炭 素 価 格 が54.5US$/tCO 2(200US$/tC)を 超 える 世 界 でにおいて 競 争 力 のある 価 格 の 電 力 を 生 産 可 能 であることに 言 及 している。 同 様 に、Makihira et al.(2003)は、バイオマスからの 水 素 製 造 中 のCO 2 の 回 収 は、54.5-109US$/tCO 2 (200-400US$/tC)より 高 い 炭 素 価 格 では 優 位 になる 可 能 性 があるということを予 測 している。8.4 様 々な 貯 留 期 間 の 経 済 的 影 響関 連 する 章 で 議 論 されているように、 地 中 及 び 海 洋 貯 留 は、 注 入 されたすべてのCO 2 について永 続 的 な 貯 留 とならない 可 能 性 もある。 様 々な 貯 留 オプションの 評 価 及 び、CO 2 の 排 出 が 削 減 される 緩 和 オプションのCO 2 の 貯 留 比 較 において、 貯 留 場 所 からの 漏 洩 の 可 能 性 がどれほど 考 慮 されうるかという 疑 問 が 生 じる。第 5 章 及 び 第 6 章 は、それぞれ 地 中 及 び 海 洋 貯 留 層 で 保 持 されるCO 2 の 想 定 割 合 を 議 論 している。例 えば、ボックス6.7は、 海 洋 貯 留 について4つのタイプの 指 標 を 提 案 している: 貯 留 効 率 、 大 気中 のCO 2 割 合 、 正 味 現 在 価 値 及 び 地 球 温 暖 化 係 数 である。 第 9 章 では、 貯 留 されたCO 2 の 非 永 続 性の 可 能 性 に 関 して 算 定 上 の 問 題 を 議 論 する。また、 第 9 章 には、 主 に 地 上 生 物 圏 での 隔 離 に 焦 点 を当 てた、 遅 延 排 出 の 価 値 についてのより 広 範 囲 に 亘 る 文 献 の 見 直 しも 含 む。 本 節 では、 特 に 地 中及 び 海 洋 貯 留 池 での 異 なる 貯 留 期 間 の 経 済 的 影 響 に 焦 点 を 当 てる。Herzog et al.(2003)は、CO 2 の 貯 留 及 び 漏 洩 は、 別 々の 関 連 のない 事 象 として 考 えることができると 指 摘 している。 彼 らは、 割 引 率 及 び 炭 素 価 格 に 関 する 明 示 された 仮 定 とともに、 一 時 的 な貯 留 の 価 値 を 身 近 な 経 済 問 題 として 示 している。もし 誰 かが 今 日 1tのCO 2 を 貯 留 したとすると、それは 今 日 の 炭 素 価 格 で 登 録 される。 将 来 的 な 漏 洩 は、その 時 点 での 事 実 上 の 炭 素 価 格 を 支 払 うことによって 補 償 されなければならない。 非 永 続 的 な 貯 留 オプションが 経 済 的 に 魅 力 的 であるかどうかは、 漏 洩 率 、 割 引 率 、 対 応 する 炭 素 許 可 証 価 格 についての 想 定 に 依 存 する。 実 際 には、 貯 留を 引 き 受 ける 産 業 団 体 が 漏 洩 率 が 明 らかとなる 時 点 でもはや 存 在 しないかもしれず、 従 って、 貯留 を 引 き 受 ける 団 体 ではなく、 政 府 又 は 社 会 全 体 として 多 くの 貯 留 サイトの 漏 洩 リスクに 対 応 す- 470 -

る 必 要 があるかもしれないため、 結 果 的 に 困 難 な 問 題 になる 可 能 性 がある。Ha-Duong and Keith(2003)は、 割 引 率 、 漏 洩 率 、CO 2 の 貯 留 コスト、エネルギー 損 失 の 間 の 交換 条 件 について 検 討 している。 彼 らは、 評 価 の 中 で、 分 析 的 アプローチと 統 合 評 価 数 値 モデルの両 方 を 使 用 している。 後 者 の 場 合 では、バックアップ 技 術 としてモデル 化 されたCCSを 用 いて、最 適 なCO 2 の 減 少 とCCS 技 術 の 構 成 について、「(1 年 間 の) 漏 洩 率 0.5%の 貯 留 を 魅 力 のないものにするが、 漏 洩 率 0.1%は、 完 全 な 貯 留 にほぼ 等 しい」ことを 発 見 している。文 献 で 示 されている 経 済 評 価 アプローチの 制 限 に 関 するいくつかの 基 本 的 な 点 が、Baer(2003)によって 取 り 上 げられている。Baer(2003)は、 非 恒 久 的 貯 留 に 関 する 評 価 及 び 決 定 のための 経済 的 アプローチの 核 となる 投 資 効 率 は、 考 慮 すべき 多 くの 重 要 な 基 準 の 内 の 一 つに 過 ぎないことを 主 張 している。Baerは、 少 なくとも3つのリスクカテゴリーを 同 等 に 考 慮 するべきであることを指 摘 している: 環 境 上 のリスク:「 最 適 な」 漏 洩 率 が、 将 来 の 気 候 安 定 化 を 妨 害 する 可 能 性 。 財 政 上 のリスク: 賠 償 責 任 の 維 持 及 びコストの 分 配 の 結 果 、 将 来 的 な 状 況 が 現 在 予 想 する 炭素 価 格 をはるかに 超 える 原 因 となる 可 能 性 。 政 治 上 のリスク:CO 2 の 貯 留 に 関 心 のある 機 関 が、それらが 有 利 なように 規 制 環 境 を 操 作 する 可 能 性 。これらの 点 はこれまでに 文 献 では 広 く 議 論 されていないため、これらの 課 題 に 関 する 科 学 的 議論 の 更 なる 促 進 について 注 意 深 く 見 守 る 必 要 がある。要 約 すると、この 純 粋 に 経 済 的 なフレームワークにおいて、この 議 題 を 検 討 するいくつかの 研究 は、 大 気 中 CO 2 濃 度 の 安 定 化 目 標 に 向 かって 進 展 していく 中 でいくらかのCO 2 漏 洩 は 受 け 入 れられることを 示 している。しかし、 仮 説 の 不 確 実 性 があるため、 様 々な 漏 洩 速 度 の 影 響 及 び 様 々な貯 留 期 間 の 影 響 は、 定 量 化 が 困 難 である。8.5 知 識 のギャップCCS 技 術 のためのコストの 発 生 は、 現 在 、 文 献 、 専 門 家 の 見 識 、 近 年 のいくつかのCCSの 展 開に 基 づいて 見 積 もられている。 大 規 模 な 統 合 CCSの 適 用 コストは 未 だに 不 確 実 であり、その 変 動は 多 くのサイト 特 有 の 条 件 のその 他 の 事 象 によって 決 まる。 特 に、 大 規 模 なバイオマスベースのCCSの 適 用 には 経 験 がないことから、これらのシステムのコストについての 文 献 に 情 報 はほとんどない。これらのシステムの 実 証 及 び 産 業 展 開 は 近 年 開 始 したばかりのため、 統 合 CCSシステムについての「 体 験 による 学 習 」に 関 する、 可 能 なコストの 減 少 についての 実 証 的 証 拠 はほとんどない。その 上 、 目 標 とする 研 究 の 影 響 、CCSの 展 開 レベルと 速 度 でのCCSへの 投 資 の 開 発 及 び 展 開(RD&D)は、 現 時 点 では 十 分 に 理 解 されていない。 技 術 が 将 来 どのように 展 開 するか、 技 術 の展 開 におけるRD&Dの 影 響 についての 知 識 の 欠 如 は 包 括 的 な 問 題 であり、CCSの 展 開 に 限 定 された 問 題 ではない。現 在 及 び 将 来 のCCSの 技 術 的 コストに 加 えて、 現 時 点 で 良 くわかっていない、 将 来 のCCSシス- 471 -

テムの 展 開 に 影 響 を 与 える 可 能 性 のある 問 題 もある: 例 えば、モニタリング 及 び 規 制 フレームワークに 関 連 するコスト、 起 こりうる 環 境 ダメージによるコスト、 賠 償 責 任 及 び 起 こりうる 社 会 受容 問 題 に 関 係 するコストなど。現 在 、 展 開 されたCCSシステムのライフサイクルコスト、 及 び、 特 に 純 粋 でないCO 2 の 回 収 、 輸送 、 貯 留 の 経 済 的 な 影 響 について、 完 全 な 評 価 は 知 られていない。世 界 中 の 様 々な 地 域 の 大 規 模 なCO 2 排 出 源 及 び 利 用 可 能 な 貯 留 容 量 の 間 の 相 互 作 用 を 考 慮 する、ボトムアップCCSの 展 開 コスト 曲 線 の 開 発 は、 継 続 されるべきである。これらのコスト 曲 線 は、CCS 技 術 が 実 際 にどのように 展 開 するかを 表 すのに 役 立 ち、 様 々なモデル 化 されたシナリオに 対するCCSの 展 開 の 経 済 モデルを 改 善 するためにも 有 用 である。本 章 執 筆 時 点 では、 近 年 のエネルギー 価 格 の 変 動 や、 気 候 変 動 に 関 する 政 策 体 制 の 変 化 は、 利用 可 能 な 文 献 では 完 全 に 反 映 されていない。このことは、 分 析 を 最 新 のものにし、 現 在 の 成 果 の信 頼 性 と 感 受 性 をより 良 く 理 解 するためには、できればより 広 範 囲 の 想 定 ( 例 、 燃 料 価 格 、 気 候政 策 など)を 持 つ 様 々なシナリオを 作 成 するために 継 続 的 に 努 力 する 必 要 があることを 示 唆 している。- 472 -

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第 9 章 温 室 効 果 ガスのインベントリおよび 算 定 におけるCO 2 の 回 収 ・ 貯 留統 括 執 筆 者Balgis Osman-Elasha (Sudan), Riitta Pipatti (Finland)代 表 執 筆 者William Kojo Agyemang-Bonsu (Ghana), A.M. Al-Ibrahim (Saudi Arabia), Carlos Lopez (Cuba), GreggMarland (United States), Huang Shenchu (China), Oleg Tailakov (Russian Federation)査 読 編 集 者Takahiko Hiraishi (Japan), José Domingos Miguez (Brazil)- 477 -

目 次要 旨 4799.1 序 論 ........................................................................................................................... 4809.2 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリ ............................................................................... 4809.2.1 改 訂 1996 年 IPCC ガイドライン(IPCC Guidelines)および IPCC グッドプラクティスガイダンス(IPCC GoodPractice Guidance) ................................................. 4819.2.2 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリにおける CO 2 の 回 収 および 貯 留 システムのための手 法 フレームワーク ............................................................................................... 4829.2.3 モニタリング、 検 証 、および 不 確 実 性 .................................................................. 4909.3 算 定 における 問 題 ..................................................................................................... 4909.3.1 不 確 実 性 、 非 恒 久 性 、ディスカウント 手 法 ........................................................... 4939.3.2 京 都 メカニズム(Kyoto mechanisms)に 関 する 算 定 問 題 (JI、CDM、および ET)............................................................................................................................... 4979.4 知 識 の 欠 如 ................................................................................................................ 500参 考 文 献 ........................................................................................................................... 501- 478 -

要 旨本 章 では、CO 2 回 収 および 貯 留 (CCS)システムの 主 なオプションによって 軽 減 または 削 減 された 温 室 効 果 ガス 排 出 量 の 推 定 及 び 報 告 を 行 う 手 法 が、 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリ 及 び 京 都 議定 書 (Kyoto Protocol)などの 算 定 スキームにどのように 含 まれうるかについて 扱 う。IPCCガイドライン(IPCC Guidelines) 及 びグッドプラクティスガイドライン(Good PracticeGuidance) 報 告 書 (GPG2000 及 びGPG-LULUCF) 1 は、UNFCCCにおいて 国 別 インベントリの 作成 に 使 用 されている。これらのガイドラインは、CO 2 回 収 ・ 貯 留 を 具 体 的 に 扱 ってはいないが、一 般 的 なフレームワーク 及 びコンセプトは、この 目 的 に 適 用 することができる。IPCCガイドラインは、ガスごと 及 び 部 門 ごとの 年 間 排 出 量 の 報 告 のためのガイダンスを 提 供 している。 回 収 及 び貯 留 されたCO 2 量 は 測 定 が 可 能 であり、 排 出 の 原 因 となっている 関 係 部 門 及 びカテゴリ、 又 は 報告 フレームワーク 内 のCO 2 回 収 、 輸 送 、 貯 留 のために 特 別 に 設 定 されたカテゴリに 反 映 することができる。 最 初 のオプションでは、CCSは 緩 和 手 段 と 捉 えられ、 例 えば、CO 2 回 収 設 備 をもつか 脱炭 素 化 された 燃 料 を 使 用 する 発 電 所 では、 従 来 のシステムよりも 低 い 排 出 係 数 (CO 2 (kg)/ 使 用された 燃 料 (kg))を 有 することとなる。2 番 目 のオプションでは、 回 収 及 び 貯 留 された 量 は、CO 2の 除 去 ( 吸 収 )として 報 告 される。 両 オプションにおいて、 回 収 、 輸 送 、 注 入 プロセスで 必 要 な追 加 的 エネルギーのための 化 石 燃 料 使 用 から 生 じる 排 出 は、 現 在 の 手 法 で 扱 われる。しかし、 現在 のフレームワークでは、これらはCCSシステムに 割 り 当 てられていない。貯 留 オプションからの 物 理 的 漏 洩 を 予 測 、 監 視 、 報 告 するための 手 法 を 開 発 する 必 要 がある。回 収 、 輸 送 、 注 入 プロセスからの 一 時 的 な 排 出 のための、システム 特 有 の 追 加 的 ガイドラインが必 要 である。 概 念 的 には、CO 2 の 鉱 物 炭 酸 化 及 び 産 業 での 利 用 にも 類 似 のスキームが 使 用 できる。しかし、 特 定 のプロセスについては、 詳 細 な 手 法 を 開 発 する 必 要 がある。数 量 的 なコミットメント、 排 出 権 取 引 又 はその 他 の 同 様 なメカニズムには、 排 出 及 び 除 去 を 算定 するための 明 確 な 規 則 と 手 法 が 必 要 である。 算 定 フレームワークにはいくつかの 課 題 がある。第 一 に、 非 常 に 長 期 に 亘 る 事 故 的 な 放 出 の 可 能 性 を 含 む、 様 々な 貯 留 オプションからの 物 理 的 漏洩 の 速 度 に 関 する 知 見 が 欠 如 している( 恒 久 性 および 責 任 の 問 題 )。 第 二 に、オプションの 追 加的 なエネルギーが 必 要 となるという 意 味 合 いが 含 まれており、CCSが 従 来 の 算 定 限 度 を 越 える 場合 には、 責 任 や 経 済 的 漏 洩 といった 問 題 がある。貯 留 されたCO 2 の 非 恒 久 性 に 関 する 算 定 について、 既 往 文 献 では、 地 上 生 物 圏 での 隔 離 に 焦 点を 当 てている。 海 洋 又 は 地 中 貯 留 層 でのCCSとは、 所 有 権 、 管 理 の 役 割 、 測 定 、モニタリング、物 理 的 漏 洩 の 予 想 速 度 、 潜 在 的 な 物 理 的 漏 洩 の 状 態 、および 責 任 の 割 当 てに 関 して 著 しく 異 なるが、 類 似 点 はある。 割 引 、トン・ 年 アプローチ、 貸 借 又 は 暫 定 クレジットなどの 算 定 アプローチが 議 論 される。 最 終 的 には、 政 治 的 プロセスによって 暫 定 貯 留 の 価 値 及 び 貯 留 された 炭 素 の 責 任1国 別 温 室 効 果 ガスインベントリについての 改 訂 1996 年 IPCCガイドライン(Revised 1996 IPCC Guidelines forNational Greenhouse Gas Inventories)(IPCC 1997)( 本 章 では、IPCCガイドラインと 省 略 )、IPCCグッドプラクティスガイダンスと 温 室 効 果 ガスインベントリにおける 不 確 実 性 の 管 理 (IPCC Good Practice Guidance andUncertainty Management in National Greenhouse Gas Inventories) (IPCC 2000)(GPG2000と 省 略 )、 土 地 利 用 、 土地 利 用 の 変 化 および 林 業 のためのIPCCグッドプラクティスガイダンス(IPCC Good Practice Guidance for Land Use,Land-Use Change and Forestry)(IPCC 2003)(GPG-LULUCFと 省 略 )。- 479 -

の 割 当 てが 決 定 される。 陸 上 生 物 権 での 隔 離 に 関 する 国 際 協 定 により 規 定 された 前 例 は、ある 程度 のガイダンスとなりうるが、 考 慮 すべき 重 大 な 相 違 もある。9.1 序 論CO 2 の 回 収 および 貯 留 (CCS)は、 様 々な 形 態 を 取 ることができる。この 章 では、 前 章 で 説 明 された 鉱 物 炭 酸 化 作 用 およびCO 2 の 産 業 利 用 に 加 えて、 主 なCCSシステムが 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリおよび 算 定 スキームでどのように 利 用 できるかを 議 論 する。なお、 石 油 増 進 回 収 法 や 炭 層メタン 増 進 回 収 法 に 固 有 のインベントリまたは 算 定 問 題 は、ここでは 取 り 扱 わない。CCSシステムの 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリへの 包 括 は、セクション9.2( 温 室 効 果 ガスインベントリ)で 議 論 する。このセクションでは、CCSシステムの 報 告 インベントリカテゴリの 識 別を 目 的 とする 国 別 の 温 室 効 果 ガスの 排 出 と 除 去 について 準 備 し、 報 告 するために 使 用 される 既 存のフレームワーク、 主 要 なコンセプトおよび 手 法 を 示 す。さらに、これらのシステムをインベントリに 含 めるために 既 存 の 手 法 が 使 用 できる 分 野 および 新 しい 手 法 ( 排 出 / 除 去 係 数 および 不 確 実性 の 推 定 を 含 む)が 開 発 される 必 要 のある 分 野 を 識 別 する。 法 人 や 企 業 の 報 告 するCCSに 関 しては、 本 章 の 範 囲 外 である。京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)における 算 定 2 、またはその 他 の 排 出 を 制 限 する 同 様 の 算 定 スキームに 関 連 する 問 題 、 排 出 削 減 へのクレジットの 提 供 、もしくは 排 出 量 取 引 の 促 進 は、セクション9.3( 算 定 における 問 題 )で 扱 う。このセクションでは、CO 2 貯 留 の 恒 久 性 、 国 際 領 域 内 及 び 国 境を 越 えた 輸 送 及 び 貯 留 に 関 する 責 任 問 題 などのようなCCSシステム 固 有 の 特 性 のため、 算 定 スキームでの 特 別 な 規 則 及 び 手 順 を 保 証 するような 問 題 を 扱 う。 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)( 排 出量 取 引 、 共 同 実 施 、クリーン 開 発 メカニズム(Emission Trading, Joint Implementation and the CleanDevelopment Mechanism))のメカニズムに 関 するCCSシステムについての 特 別 な 考 察 も 扱 う。9.2 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリ汚 染 物 質 の 排 出 についての 情 報 は、 通 常 「 排 出 インベントリ」にまとめられる。 排 出 は、 汚 染物 質 、 部 門 、および 排 出 源 などのカテゴリに 応 じてリスト 化 され、 地 理 上 の 区 域 および 時 間 間 隔ごとにまとめられる。 多 くの 様 々な 排 出 インベントリが、 様 々な 目 的 のために 準 備 されている。気 候 変 動 枠 組 み 条 約 (United Nations Framework Convention on Climate Change)(UNFCCC, 1992)におけるコミットメントの 中 で、 共 通 だが 差 異 のある 責 任 と、 特 定 の 国 家 又 は 地 域 の 開 発 優 先 順位 、 目 的 、 状 況 を 考 慮 する 全 ての 締 約 国 は、「 排 出 源 ごとの 人 為 的 排 出 及 びモントリオール 議 定書 (Montreal Protocol)において 規 制 されていないすべての 温 室 効 果 ガスの 吸 収 源 ごとの 除 去 に 関する 国 別 インベントリを 作 成 し、 定 期 的 に 更 新 し、 締 約 国 会 議 (the Conference of the Parties)へ 提出 」しなければならない。 32 「 算 定 」は、 排 出 および 除 去 を、 報 告 されるコミットメントと 比 較 するための 規 則 を 指 す。これに 関 連 して、「 見積 もり」は、 温 室 効 果 ガスの 排 出 および 除 去 の 計 算 プロセスであり、「 報 告 」は、 見 積 もりをUNFCCCに 提 供 するプロセスである(IPCC 2003)。3気 候 変 動 枠 組 み 条 約 (United Nations Framework Convention on Climate Change)(UNFCCC)の 条 項 4.1(a)および12.1 (a)に 関 するコミットメント。- 480 -

温 室 効 果 ガスの 排 出 および 除 去 について、 先 進 工 業 国 ( 付 属 Iの 締 約 国 )は 毎 年 、 発 展 途 上 国 ( 付属 Iではない 締 約 国 )は 定 期 的 に、それらの 国 々のUNFCCCに 対 する 国 家 コミュニケーションの 一部 として 条 約 へ 報 告 する 必 要 がある。 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリは、GPG2000およびGPGLULUCF、またはそれらと 整 合 性 のある 手 法 によって 補 足 されている 通 り、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)の 手 法 を 使 用 して 準 備 される。これらのインベントリには、 発 生 源 ごとの全 ての 人 為 的 温 室 効 果 ガスの 排 出 およびモントリオール 議 定 書 (Montreal Protocol)で 対 象 とされていない 現 象 による 除 去 が 含 まれるべきである。 高 い 品 質 と 精 度 を 保 証 するために、 付 属 Iの 締 約国 によるインベントリは、UNFCCC 事 務 局 (UNFCCC Secretariat)によって 調 整 された 専 門 的 な 査察 チームによって 検 査 される。 査 察 報 告 書 は、UNFCCCのウェブサイトで 公 開 される。 4算 定 についての 規 則 および 法 性 は、 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)(UNFCCC, 1997)およびマラケッシュ 合 意 (Marrakech Accords) (UNFCCC, 5 2002)で 詳 しく 述 べられている。 京 都 議 定 書 (KyotoProtocol)は、 付 属 Iの 締 約 国 による、6つのガス 即 ち、 二 酸 化 炭 素 (CO 2 )、メタン(CH 4 )、 一 酸化 二 窒 素 (N 2 O)、ハイドロフルオロカーボン(HFCs)、パーフルオロカーボン(PFCs)、 六 フッ 化 硫 黄 (SF 6 )についての 排 出 制 限 または 削 減 のコミットメントを 明 記 している。現 在 、CCSは 非 常 に 小 さな 規 模 で 実 践 されている。CCSプロジェクトは、それを 行 っている 国 々の 国 別 インベントリ 報 告 書 には 通 常 記 載 されていない。 例 外 としては、Norwayのインベントリ 報告 書 に 含 まれているスレイプナー(Sleipner)CCSプロジェクトがある。 6 Norwayは、 注 入 プロセス 中 に 大 気 に 漏 れたCO 2 の 量 (ごく 少 量 から 回 収 された 量 の 約 0.8%まで)に 加 えて、1 年 間 に 回収 および 貯 留 された 量 の 情 報 を 提 供 している。CO 2 の 漏 洩 量 は、Norwayの 総 排 出 量 に 含 まれる。貯 留 池 でのCO 2 の 分 散 は、 地 震 法 によって 監 視 されている。 物 理 的 漏 洩 は 検 出 されていない。 不確 実 性 の 予 測 は 実 施 されていないが、プロジェクトのモニタリングプログラムから 得 られるより多 くの 情 報 が 利 用 可 能 となれば、 実 施 される 予 定 である。現 在 、CCSプロジェクトの 報 告 がほとんど 無 いのは、 明 瞭 な 報 告 手 法 がないことに 加 え、その大 部 分 が 活 動 中 の 産 業 CCSプロジェクトの 数 が 少 ないこと 及 び 規 模 が 小 さいことに 起 因 するものである。9.2.1 改 訂 1996 年 IPCC ガイドライン(IPCC Guidelines)および IPCC グッドプラクティスガイダンス(IPCC GoodPractice Guidance)UNFCCC 7 およびマラケッシュ 合 意 (Marrakech Accords)で 規 定 されているように、 京 都 議 定 書(Kyoto Protocol)に 基 づく 報 告 ガイドラインは、 付 属 Iの 締 約 国 に、 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリの 推 定 と 報 告 において、GPG2000 1 に 詳 しく 述 べられているIPCCガイドライン 1 (Guidelines)を使 用 するよう 求 めている。GPG-LULUCF 1 は1 年 間 の 試 用 期 間 を 設 け、2005 年 に 使 用 を 開 始 した 8 。付 属 Iではない 締 約 国 も、 報 告 書 においてIPCC Guidelinesを 使 用 し、GPG2000およびGPG-LULUCF4 http://unfccc.int5 マラケッシュ 合 意 (Marrakech Accords)は、2001 年 10 月 29 日 から11 月 10 日 まで 行 われた、 第 7 回 締 約 国 会 議 (COP7)の 報 告 書 を 指 す。6 Norwayのインベントリ 報 告 書 は、http://cdr.eionet.eu.int/no/un/UNFCCC/envqh6rogで 見 ることができる。7 FCCC/CP2002/7/Add.2: 付 属 Iに 含 まれない 締 約 国 から 条 約 への 国 家 コミュニケーションの 準 備 のための、 決 議17/CP.8ガイドライン、および、 付 属 Iに 含 まれる 締 約 国 による 条 約 への 国 家 コミュニケーションの 準 備 のための18/CP.8ガイドラインについての 付 属 。パートI:1 年 間 のインベントリについてのUNFCCC 報 告 ガイドライン8 FCCC/SBSTA/2003/L.22およびFCCC/SBSTA/2003/L.22/Add.1.- 481 -

報 告 書 の 使 用 が 推 奨 される 9 。IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)およびグッドプラクティスガイダンス 報 告 書 の 主 な 報 告 フレームワーク( 時 間 的 、 空 間 的 、 部 門 別 ) 及 び 基 本 理 念 を、ボックス9.1に 示 す。IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)は、2006 年 初 めに 改 訂 、 更 新 された。 10 温 室 効 果 ガスインベントリのための2006 年 IPCCガイドライン(2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse GasInventories)の 草 案 概 要 では、CCSはエネルギー 部 門 (Energy Sector)の 補 足 説 明 に 次 のとおり 記載 されている:「CO 2 の 回 収 および 貯 留 は、インベントリ 開 発 において、 新 たに 生 じている 重 要な 問 題 であることが 認 識 されている。 本 報 告 書 で 取 り 扱 うCO 2 の 貯 留 についての 対 象 範 囲 は、CO 2の 回 収 および 貯 留 におけるIPCC SRの 進 捗 状 況 と 密 接 に 連 携 している。CO 2 の 回 収 活 動 は、 発 生 しうる 排 出 源 のカテゴリに 提 示 されている 方 法 に、 適 正 であるように 統 合 される。」9.2.2 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリにおける CO 2 の 回 収 および 貯 留 システムのための 手 法 フレームワークCCSを 温 室 効 果 ガスインベントリに 包 括 するための2つの 主 なオプションは、 回 収 から 貯 留 ( 地中 および 海 洋 貯 留 )までの 全 体 の 連 鎖 について、 現 在 の 手 法 を 使 用 して 確 認 、 分 析 されている。 排 出 源 における 削 減 :CCSシステムを、 大 気 への 排 出 を 削 減 するための 緩 和 オプションとして 評 価 する。 吸 収 源 の 増 強 : 土 地 利 用 、 土 地 利 用 の 変 化 、 林 業 の 部 門 における 吸 収 によるCO 2 の 除 去 に対 して 行 われた 処 置 との 類 似 性 を 利 用 してCCSシステムを 評 価 する。 実 質 の 排 出 または 除 去を 求 めるために、CO 2 の 排 出 と 除 去 の 平 均 を 取 る。このオプションでは、 吸 収 による 除 去 はCO 2 の 貯 留 に 関 係 している。両 オプションにおいて、 推 定 の 手 法 は、CCSシステムのほとんどの 排 出 ( 図 9.1 参 照 )を 取 り 扱うために 開 発 され、 報 告 に 当 たっては、 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリの 準 備 のための 現 在 のフレームワークを 使 用 できる。図 9.1 CCS 中 の 可 能 性 のあるCO 2 の 排 出 源 の 簡 略 化 した 流 れ 図9 FCCC/CP/2002/7/Add.2.10 http://www.ipcc.ch/meet/session21.htm: IPCC XXI/Doc.10.- 482 -

最 初 のオプションでは、 削 減 された 排 出 量 は 回 収 のカテゴリで 報 告 される。 例 えば、 発 電 所 での 回 収 は、CCSのない 発 電 所 の 排 出 係 数 よりも 低 い 係 数 を 使 用 して 報 告 される。しかし、これは報 告 の 透 明 性 を 損 ない、 特 に、 回 収 プロセスと 輸 送 および 貯 留 からの 排 出 がリンクされていない場 合 、 排 出 全 体 への 影 響 の 検 証 をより 困 難 とする 場 合 がある。これは、 輸 送 および 貯 留 が 多 くの排 出 源 から 回 収 されたCO 2 を 含 んだり、これらが 国 境 を 越 えて 発 生 する 場 合 に 重 視 される。 代 替案 としては、どのくらいのCO 2 が 生 産 されたか、 各 プロセス 段 階 でどの 程 度 が 大 気 へ 排 出 されたか、どの 程 度 のCO 2 が 貯 留 へ 輸 送 されたかを 明 らかにし、 回 収 ・ 貯 留 システム 全 体 を 通 してCO 2の 流 れを 追 跡 することが 考 えられる。 完 全 に 透 明 で、 先 に 述 べたUNFCCC 条 約 と 矛 盾 していないと 見 られる 後 者 のアプローチについては、 本 章 で 説 明 する。2 番 目 のオプションは、CCSシステムの 影 響 を 吸 収 として 報 告 することである。 例 えば、 発 電 所における 回 収 の 報 告 は、 燃 焼 プロセスからの 排 出 を 変 えずに、 貯 留 されたCO 2 の 量 はインベントリにおける 除 去 として 報 告 されることとなる。2 番 目 のオプションの 適 用 には、インベントリの 準備 のために、UNFCCCまたは 現 在 の 手 法 フレームワークにおいて 利 用 可 能 でない、 新 たな 定 義 の導 入 が 必 要 となる。UNFCCC(1992)は、 吸 収 を「 温 室 効 果 ガス、エアゾール、または 温 室 効 果ガスの 前 駆 物 質 を 大 気 から 除 去 するプロセス、 活 動 、またはメカニズム」として 定 義 している。「 除 去 」はUNFCCCの 定 義 には 明 確 には 含 まれていなかったが、「 吸 収 」コンセプトに 関 係 しているようである。CCS 11 システムは 吸 収 についてUNFCCCの 定 義 に 適 合 しないが、この 定 義 がCCSシステムを 念 頭 に 置 かずに 合 意 されたことを 考 えると、この 障 害 はおそらく 解 決 される(Torvanger et al., 2005)。CCSシステムに 関 係 する 一 般 的 な 問 題 には、システム 境 界 ( 部 門 別 、 空 間 的 、 時 間 的 )が 含 まれ、これらは 特 定 のシステムおよびシステムの 段 階 により 重 要 性 が 変 わる。システムの 構 成 要 素についての 基 本 的 な 手 法 的 アプローチは、 方 法 の 現 状 およびシステムの 構 成 要 素 のためのデータの 利 用 可 用 性 とともに、 以 下 で 議 論 する。 鉱 物 炭 酸 化 およびCO 2 の 産 業 利 用 は、 別 に 取 り 扱 う。 部 門 の 境 界 : 2006 年 IPCCガイドライン(2006 IPCC Guidelines)の 草 案 概 要 (セクション9.2.1参 照 )には、 次 のとおり 記 載 されている「CO 2 の 回 収 活 動 は、 必 要 に 応 じて、それが 発 生 する 可 能 性 のある、 排 出 源 / 吸 収 源 のカテゴリのために 提 示 されている 方 法 に 統 合 される」。ここでは、CCSシステムの 特 定 の 段 階 が 報 告 されうる 部 門 に 対 応 する 場 合 、このアプローチに従 う。CO 2 の 回 収 、 輸 送 、 注 入 及 び 貯 留 プロセスに 関 係 する 排 出 / 除 去 の 報 告 は、 透 明 性 のある 報 告 の 要 件 を 満 たすために、 明 確 に 記 載 されるべきである。 空 間 的 な 境 界 : 国 別 インベントリには、 国 ( 統 治 されているものを 含 む)の 領 土 およびその国 が 管 轄 権 を 持 つ 海 上 領 域 内 で 発 生 する 温 室 効 果 ガスの 排 出 および 除 去 を 含 む。CCSシステムの 排 出 および 除 去 の 一 部 は、 報 告 する 国 の 管 轄 権 の 領 域 外 で 発 生 することがある。この 局面 については 追 加 的 な 考 慮 が 必 要 であり、 主 にセクション9.3で 扱 う。 時 間 的 な 境 界 :インベントリは、 暦 年 を 基 本 とする。CCSシステムの 状 況 ( 回 収 されたCO 2の 量 、 輸 送 からの 一 過 性 の 排 出 など)は、 簡 単 に 毎 年 の 報 告 システムに 組 み 入 れることができる( 年 間 の 推 定 が 必 要 となる)。しかし、 他 の 排 出 ( 例 えば、 地 中 貯 留 からのCO 2 の 物 理的 漏 洩 )は、 注 入 が 完 了 した 後 、 数 百 年 から 数 百 万 年 までの 範 囲 にも 及 ぶ 時 間 スケールで、非 常 に 長 期 に 亘 って 発 生 する( 更 なる 議 論 はセクション9.3 参 照 )。11 「 吸 収 」の 定 義 に 近 い 状 況 はあまりない。 例 えば、 鉱 化 には、 大 気 からの 固 着 も 含 まれる。- 483 -

表 9.1は、CCSの 様 々な 段 階 での 温 室 効 果 ガスの 潜 在 的 な 排 出 源 および 排 出 、 並 びにそれらのIPCCガイドライン(IPCC Guideline)の 報 告 ( 部 門 、カテゴリ、サブカテゴリ)のフレームワークとの 関 係 の 一 覧 である。これらの 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリについての 潜 在 的 な 排 出 源 の 相対 的 な 重 要 度 は、 回 収 技 術 、 貯 留 サイトの 特 性 などに 応 じて、1つのCCSプロジェクトと 他 のプロジェクトでは 異 なる 可 能 性 がある。これらの 排 出 源 のうち、いくつかからの 排 出 はおそらく 非 常12に 少 なく、 時 として 無 意 味 でさえあるが、 国 別 インベントリの 適 切 な 完 全 性 を 保 証 するためには、それらの 寄 与 を 評 価 することも 必 要 である。表 9.1 CCSシステムの 一 般 的 な 段 階 での、 温 室 効 果 ガス(GHG)の 潜 在 的 な 排 出 源 および 排 出IPCCガイドライン 排 出 回 収 輸 送 (b) 注 入 貯 留 (c)部 門 (a) 排 出 源 カテゴリ(a) ガス 種別1エネルギー固 定 燃 焼 からのGHG 排 出 1A1; 1A2CO2,CH4,N2O,NOx, ●●CO,NMVOCs, SO1エネルギー移 動 燃 焼か ら のGHG 排 出水 上 輸 送 航行1A3di (d)CO2,CH4,N2O,1A3dii (e) NOx,CO,NMVO●その 他 の 輸送(パイプライン 輸 送 )1A3eiCs, SO2CO2,CH4,N2O,NOx,CO,NMVO●Cs, SO21エネルギー燃 料 からの 漏 出1B石 油 および天 然 ガス1B2 (f)CO2;CH4;N2ONMVOCs●●12完 全 性 とは、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)に 含 まれ、またそれぞれの 締 約 国 に 特 有 の、 従 ってIPCCガイドライン(IPCC Guidelines)に 含 まれない、 既 存 の 関 連 する 排 出 源 / 吸 収 源 カテゴリに 含 まれる、 全 てのガス 加えて、インベントリが 全 ての 排 出 源 および 吸 収 源 を 取 り 扱 うことを 意 味 する。 完 全 性 はまた、 締 約 国 の 排 出 源 および 吸 収 源 の 完 全 な 地 理 的 補 完 を 意 味 する(FCCC/CP/1999/7)。- 484 -

2鉱 物 生 産( 例 、セメンCO2,産 業 プロ品ト)SO2 ● ●セス( 燃2A料 燃 焼 か化 学 産 業( 例 、アンモCO2,らの 排 出を 除 く)2Bニア)NMVOCs, CO,●●SO2金 属 生 産( 例 、 鉄 鋼 ) CO2,物NOx,2CNMVO●●Cs, CO,SO2その 他 の( 例 、 飲 食CO2,生 産 物2D物 )NMVOCs●●6廃 棄 物産 業 排 水 処 理6B1回 収 、 輸送 、 注 入プロセスからの 逸散 CO 2 排出 (g)CH4通 常 稼 動 CO2 ● ● ●修 繕 および保 守システムの混 乱 および突 発 的 な 排出CO2CO2●● ● ●● ● ●a) IPCC 排 出 源 / 減 少 カテゴリ 番 号 (IPCC (1997), Vol.1, 一 般 報 告 フレームワーク(Common ReportingFramework)も 参 照 のこと)b) 輸 送 から 生 じる 排 出 には、 化 石 燃 料 使 用 からのGHG 排 出 並 びにパイプラインおよびその 他 の 設 備 /プロセスからのCO 2 の 漏 出 の 両 方 が 含 まれる。 船 舶 やパイプラインに 加 えて、 限 定 された 量 のCO 2 は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)/GPG2000で 特 定 されている 排 出 源 カテゴリである、 鉄 道 またはトラックによって 輸 送 される 場 合 がある。c) 貯 留 されたCO 2 の 長 期 に 亘 る 物 理 的 漏 洩 は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)の 排 出 報 告 のための 既 存 のフレームワークでは 扱 われていない。これらの 排 出 をインベントリに 報 告 するために、 異 なる 潜 在 的 なオプションが 存 在 する( 例 えば、 排 出 を 作 り 出 す 関 連 部 門 /カテゴリでは、 回 収 、 輸 送 および/または 貯 留 産 業 のために、 別 の 新 しいカテゴリを 作 成 する)。CCSシステムによって 採 用 される 様 々な 変 化 を 考 慮 する、 最 も 適 切 な 報 告 オプションについて、 現 段 階 では 結 論 は 出 ていない。d) 国 際 船 (International Marine)( 燃 料 庫 (Bunkers))。 国 際 輸 送 に 関 与 する 船 舶 用 に 販 売 された 燃 料 に 基づく 排 出 は、 国 別 合 計 に 含 まれるべきではないが、 覚 書 事 項 (Memo Items)に 別 途 報 告 されるべきである。e) 国 内 航 行f)ガスの 発 熱 量 の 改 善 またはパイプラインの 仕 様 に 適 合 するための、 天 然 ガスの 処 理 装 置 におけるCO 2の 回 収 ( 除 去 )に 関 する 排 出g) 漏 出 の 見 積 りのための 一 般 的 なフレームワークは、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)のエネルギー 部 門 に 含 まれる。しかし、CCSからの 漏 出 の 見 積 りおよび 報 告 には、 手 法 の 更 なる 検 討 が 必 要 である。- 485 -

表 9.1に 示 す 排 出 源 のカテゴリおよび 排 出 に 関 し、 考 慮 すべき 重 要 な 事 項 は、 以 下 の 通 りである: 回 収 、 輸 送 、 貯 留 へのCO 2 の 注 入 には、エネルギーが 必 要 である( 追 加 的 なエネルギーの 必要 性 は、 前 章 で 取 り 上 げた)。このエネルギーから 生 じる 温 室 効 果 ガスの 排 出 は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)およびGPG2000の 手 法 および 報 告 フレームワークで 取 り 上 げられている。 追 加 的 な 手 法 および 排 出 係 数 は、EEA(2001)やUS EPA(1995, 2000)などの、他 の 広 範 囲 に 亘 る 文 献 で 扱 われている。 回 収 プロセスが 燃 料 製 造 サイトで 行 われる 場 合 は、回 収 プロセスで 使 用 される 燃 料 からの 排 出 は、 国 別 の 統 計 には 含 まれない 可 能 性 がある。この 排 出 源 からの 排 出 を 対 象 とする 追 加 の 方 法 が 必 要 であろう。 現 在 の 報 告 フレームワークでは、 必 要 な 追 加 的 エネルギーからの 排 出 はCCSシステムにリンクされていない。 CCSシステムからの 漏 出 (fugitive emission)は、 回 収 、 圧 縮 、 液 化 、 輸 送 、 貯 留 池 へのCO 2の 注 入 により 発 生 する 可 能 性 がある。 漏 出 についての 一 般 的 なフレームワークは、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)のエネルギー 部 門 に 含 まれる。CCSからの 漏 出 の 推 定 および 報告 には、 手 法 の 更 なる 検 討 が 必 要 である。 貯 留 されたCO 2 の 長 期 に 亘 る 物 理 的 漏 洩 ( 貯 留 池 からのCO 2 の 漏 洩 )は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)の 排 出 の 報 告 のための 既 存 のフレームワークでは 取 り 扱 われていない。これらの 排 出 をインベントリに 報 告 するために、 異 なるオプションが 存 在 する( 例 えば、 最初 に 排 出 する 関 連 部 門 /カテゴリでは、 漏 出 に 別 の 新 しいカテゴリを 作 成 したり、 回 収 、 輸 送および/または 貯 留 産 業 のために、 別 の 新 しいカテゴリを 作 成 する)。 バイオマス 燃 焼 からのCO 2 排 出 、および、その 他 の 生 物 学 的 起 源 のCO 2 排 出 ( 例 えば、 飲 食料 製 造 での 発 酵 プロセス)へのCCSの 適 用 には、インベントリに 特 別 な 処 理 が 必 要 であろう。一 般 的 に、バイオマス 燃 料 の 燃 焼 は、バイオマス 燃 料 が 継 続 的 に 生 産 される 場 合 は、 正 味 のCO 2 排 出 はゼロになると 仮 定 される。この 場 合 、 燃 焼 によって 放 出 されるCO 2 は、 光 合 成 中に 消 費 されるCO 2 によって 均 衡 が 保 たれる。 従 って 温 室 効 果 ガスインベントリでは、バイオマス 燃 焼 からのCO 2 の 排 出 はエネルギー 部 門 では 報 告 されない。 継 続 的 に 生 産 されない 場 合は、 土 地 利 用 やその 変 化 、 林 業 部 門 のCO 2 の 排 出 および 除 去 の 計 算 により 明 らかとなる。 従って、バイオマス 排 出 源 からのCCSは、マイナスのCO 2 排 出 として 報 告 される。ボックス9.1 主 な 報 告 フレームワーク( 時 間 的 、 空 間 的 、 部 門 別 )、IPCCガイドライン(IPCCGuidelines)およびグッドプラクティスガイダンス 報 告 書 の 指 針 原 則国 別 温 室 効 果 ガスインベントリの 推 定 と 報 告 のためのIPCC 手 法 は、 温 室 効 果 ガスの 実 際 の 排 出 と除 去 のガスごとおよび 年 ごとの 報 告 のための 部 門 別 のガイダンスに 基 づく。IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)は、 排 出 のための、 報 告 ( 部 門 、カテゴリ、サブカテゴリ)、 既 定 手 法 、 既定 排 出 / 除 去 係 数 ( 第 1 段 階 手 法 と 言 われる)についてのフレームワークを 示 す。より( 精 度 の) 高 い段 階 の 手 法 は、 排 出 / 除 去 を 見 積 もるためのより 高 度 な 方 法 および、その 国 固 有 の 状 況 に 対 応 する、国 または 地 域 のパラメータの 使 用 に 基 づく。これらの 手 法 は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)で 常 に 詳 細 に 説 明 されているわけではない。IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)に 従 った、 明確 に 解 説 されている 国 の 手 法 の 使 用 が 推 奨 される。グッドプラクティスガイダンス(Good Practice Guidance)(GPG) 報 告 書 は、 判 断 可 能 な 限 り 排出 / 除 去 が 過 大 評 価 又 は 過 少 評 価 されず、 実 現 的 な 限 り 不 確 実 性 が 低 減 さるようなインベントリの作 成 を 促 進 する。 更 なる 目 的 は、i) 不 確 実 性 が 評 価 されている、ii) 品 質 保 証 および 品 質 管 理 の対 象 となる、iii) 資 源 の 利 用 において 効 率 的 である、 分 かりやすい、 記 録 された、 矛 盾 がなく、完 全 な、 比 較 可 能 なインベントリの 実 現 である。GPG 報 告 書 は、カテゴリの 重 要 性 ( 重 要 性 を 決- 486 -

定 するために、 重 要 カテゴリ 分 析 が 使 用 される) 及 び 推 定 のためのデータや 資 源 の 利 用 可 能 性 に応 じて、ある 国 の 特 定 のカテゴリに 対 して 適 切 な 手 法 をどのように 選 択 するかについてのガイダンスを 示 す。フローチャートは、その 国 の 状 況 に 最 も 適 した 推 定 方 法 の 選 択 を 支 援 する。フローチャートとリンクしている、そのカテゴリに 特 有 のガイダンスも、 排 出 係 数 及 び 活 動 データの 選択 に 関 する 情 報 を 提 供 する。GPG 報 告 書 は、 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリによって 要 求 される要 件 ( 透 明 性 、 一 貫 性 、 完 全 性 、 比 較 可 能 性 、 正 確 さ)をどのように 満 たすかについてのガイダンスを 示 す。IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)で 取 り 扱 われているのは、 次 の7 部 門 である:(i)エネルギー、(ii) 工 業 プロセス、(iii) 溶 媒 またはその 他 の 製 品 の 使 用 、(iv) 農 業 、(v) 土 地 利 用 の変 化 および 林 業 、(vi) 廃 棄 物 、(vii)その 他 。7 番 目 の「その 他 」の 使 用 は 奨 励 されない:「 全 ての 排 出 源 / 吸 収 源 を、 上 記 6つのカテゴリに 適 合させるよう 努 力 すべきである。しかし、それが 不 可 能 な 場 合 は、 排 出 源 / 吸 収 源 活 動 の 詳 細 な 説 明を 添 えることにより、このカテゴリを 使 用 することができる」(IPCC 1997)。9.2.2.1 回 収回 収 プロセスは、 空 間 及 び 時 間 に 関 して 明 確 に 定 義 されており、それらの 排 出 ( 追 加 的 なエネルギー 使 用 による 排 出 、 一 時 的 排 出 など)は、 現 在 の 国 別 および 年 間 インベントリシステムにより 扱 われる。 回 収 プロセスは、 工 場 、 発 電 所 、その 他 の 燃 料 燃 焼 サイトからの 排 出 の 削 減 に 貢 献する。 削 減 されたCO 2 量 は、 回 収 されたCO 2 量 を 測 定 し、これを 生 産 されたCO 2 の 合 計 量 から 差 し引 くことにより 推 定 することができる( 第 8 章 の 図 8.2 参 照 )。回 収 プロセスを 稼 働 するために 必 要 な 追 加 的 なエネルギー 消 費 からの 排 出 を 含 むCO 2 の 総 量 は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)およびGPG2000の 方 法 およびガイダンスを 使 用 して 見 積 もることができる。 回 収 プロセスは、 廃 水 処 理 ( 例 えば、アミンの 分 解 )によって 発 生 するCH 4 などのような、 他 の 温 室 効 果 ガスの 排 出 をもたらす 可 能 性 がある。これらの 排 出 は、IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)およびGPG2000には 明 確 に 含 まれていない。これらの 排 出 の 重 要 性 についての 推 定 はないが、 回 収 されたCO 2 の 量 と 比 較 すると、おそらく 少 ないかごく 少 量 であろう。可 能 性 のあるCCSシステムの 全 てをここで 考 慮 することはできないが、 状 況 により 異 なるアプローチが 必 要 であろうことは 明 らかである。 例 えば、 燃 料 製 造 系 における 燃 焼 前 脱 炭 素 処 理 は、燃 焼 後 の 方 法 と 比 較 するといくつかの 重 大 な 違 いがあり、 上 記 で 説 明 されている 単 純 な 推 定 プロセスは 適 用 できないことも 想 定 される。 例 えば、 脱 炭 素 された 燃 料 が 使 用 されている 国 ではなく、別 の 国 でCO 2 回 収 が 行 われている 場 合 がある。これは、 回 収 プロセスに 関 係 する 排 出 ( 可 能 性 のある 漏 出 によるCO 2 排 出 )は、 燃 焼 プロセスから 生 じる 排 出 とは 別 に 推 定 、 報 告 される 必 要 があることを 意 味 する( 排 出 および 排 出 の 削 減 の 算 定 と 割 当 に 関 する 問 題 については、セクション9.3も 参 照 のこと)。9.2.2.2 輸 送CCSシステムの 研 究 の 多 くは、 回 収 ・ 貯 留 プロセスに 焦 点 を 当 てており、CO 2 の 輸 送 から 生 じる漏 出 については 多 くの 場 合 見 落 とされている(Gale and Davison, 2002)。CO 2 のパイプラインおよび 船 舶 による 輸 送 については、 第 4 章 で 議 論 されている。 限 定 された 量 のCO 2 は、 鉄 道 またはトラックによっても 輸 送 される(Davison et al., 2001)。パイプラインによる 輸 送 に 必 要 な 追 加 エネル- 487 -

ギーの 大 部 分 は、 回 収 サイトでの 圧 縮 段 階 で 使 用 される。CO 2 を 非 常 に 長 距 離 輸 送 する 場 合 は、更 なる 圧 縮 が 必 要 となる 場 合 がある。 船 舶 、 鉄 道 、 道 路 輸 送 による 化 石 燃 料 から 生 じる 排 出 は、移 動 燃 焼 のカテゴリおよびエネルギー 部 門 のその 他 のサブカテゴリで 扱 われる。しかし、 現 在 のIPCCガイドラインによれば、 国 際 輸 送 手 段 へ 販 売 された 燃 料 から 生 じる 排 出 は、 国 別 の 総 排 出 から 除 外 され、 国 際 燃 料 庫 からの 排 出 として 別 に 報 告 されるべきとされている。これらの 排 出 は、京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)の 国 別 のコミットメントには 含 まれない( 例 、IPCC1997 年 および2000年 、セクション9.3も 参 照 )。漏 出 または 輸 送 手 段 からの 不 測 の 放 出 は、「 漏 出 」カテゴリ 下 のエネルギー 部 門 で 取 り 扱 われる。パイプラインから 生 じるCO 2 の 排 出 は、パイプラインの 結 合 部 で、ポンピングおよび 圧 縮 中に、 受 け 入 れ 側 または 貯 留 サイトで 発 生 する。 排 出 速 度 は、 地 表 、 地 下 、 海 中 パイプラインでそれぞれ 異 なる。パイプラインによるCO 2 輸 送 の 明 確 なガイダンスは、 現 在 のIPCC 手 法 では 示 されていないが、 天 然 ガスパイプラインのための 手 法 は 含 まれている。 通 常 稼 働 中 の 漏 洩 と、 偶 発 事故 またはその 他 の 物 理 的 な 混 乱 によるCO 2 の 損 失 の 間 には 違 いがある。 第 4 章 で 説 明 されているように、 天 然 ガスおよびCO 2 パイプラインでの 偶 発 事 故 の 割 合 についての 統 計 では、0.00011-0.00032事 故 /km 年 まで 違 いがある(Gale and Davison, 2002)。しかし、CO 2 輸 送 と 天 然 ガス 輸 送 の 類 似 点として、Gielen(2003)には、 輸 送 中 の 天 然 ガスの 損 失 はかなりの 量 であることが 報 告 されている。パイプラインからの 総 排 出 量 は、パイプラインの 取 り 込 みと 放 出 の 流 れの 速 度 の 間 の 正 味 の 差に 基 づき 計 算 することができる。CO 2 は、 超 臨 界 または 濃 密 相 の 液 体 としてパイプラインの 中 を輸 送 されるため、 予 測 流 速 における 周 囲 の 温 度 の 影 響 を 考 慮 する 必 要 がある。 容 積 測 定 値 は、CO 2がより 寒 い 気 候 から 適 度 または 暖 かい 気 候 ( 逆 も 同 様 )に 送 られる 場 合 、それに 応 じて 修 正 される 必 要 がある。 場 合 によっては、 一 過 性 の 損 失 量 は、 計 量 精 度 の 許 容 差 より 小 さいことがある。従 って、CO 2 の 輸 送 および 注 入 を 測 定 する 全 ての 計 量 機 器 は、 所 定 の 基 準 に 従 い 適 切 な 許 容 差 で適 用 されるべきである。しかし、 計 量 の 不 確 実 性 により、 輸 送 中 の 少 量 の 損 失 の 測 定 を 無 意 味 なものとする 可 能 性 がある。 複 数 の 国 にまたがるCO 2 パイプラインによる 輸 送 については、 排 出 はそれが 発 生 した 国 に 割 り 当 てられる 必 要 がある。船 舶 、 鉄 道 、 道 路 輸 送 から 生 じる 漏 出 の 推 定 手 法 は、IPCCガイドラインに 含 まれていない。9.2.2.3 貯 留地 中 および 海 洋 貯 留 から 生 じるCO 2 の 排 出 ( 物 理 的 な 漏 洩 割 合 )のある 程 度 の 推 定 は、 第 5 章 および6 章 で 示 されている。 物 理 的 な 漏 洩 割 合 は、 慎 重 に 選 択 された 地 層 については 非 常 に 少 量 と 見積 もられている。 石 油 貯 蔵 層 および 石 炭 層 では、これらの 領 域 での 開 拓 または 採 鉱 活 動 がCO 2 の貯 留 後 に 開 始 された 場 合 、 貯 留 期 間 は 著 しく 変 わる 可 能 性 がある。 海 洋 に 注 入 されたCO 2 の 一 部は、 注 入 場 所 の 深 さに 応 じ、 数 百 年 から 数 千 年 の 期 間 に 亘 って 大 気 に 放 出 される。注 入 または 貯 留 されたCO 2 の 量 は、 多 くのCCSシステムで 簡 単 に 測 定 することができる。 物 理 的漏 洩 の 推 定 には、 新 たな 手 法 の 開 発 が 必 要 である。CO 2 の 物 理 的 漏 洩 に 関 しては、 非 常 に 限 られたデータしかない。所 定 の 時 間 間 隔 に 亘 って 貯 留 されるCO 2 の 質 量 は、 式 1によって 求 めることができる。この 式 は、CO 2 保 持 の 物 理 的 プロセス( 海 洋 、 地 層 、 塩 水 帯 水 層 、 鉱 化 された 固 体 )の 特 徴 の- 488 -

根 本 的 な 違 いに 関 わらず 同 一 である。T2 0貯 留 されるCO=式 中 の(t)は 時 間 、Tは 評 価 期 間 の 長 さ注 入 される CO t- 排 出 されるCO t dt ( )2 21この 単 純 な 式 を 使 用 するためには、 注 入 されたCO 2 の 質 量 、および、 異 なる 貯 留 タイプから 排出 されたCO 2 の 量 の 既 定 値 (default values)または 漏 洩 したCO 2 の 質 量 の 排 出 源 に 特 有 の 綿 密 な 評価 のいずれかの 推 定 または 測 定 が 必 要 である。このアプローチは、 注 入 および 漏 洩 したCO 2 の 質量 の 正 確 な 測 定 がサイト 行 われる 場 合 には 適 用 可 能 であろう。 従 って、 地 層 からの 潜 在 的 なCO 2の 物 理 的 漏 洩 のモニタリングには、CO 2 検 出 のための 直 接 的 な 測 定 方 法 、 地 球 化 学 的 方 法 やトレーサ 又 はCO 2 のプリューム 検 出 のための 間 接 的 な 測 定 方 法 が 適 用 される(5.6 モニタリングおよび 検 証 技 術 参 照 )。貯 留 からのCO 2 の 物 理 的 漏 洩 は、 式 2により 求 められる:T2 0貯 留 からのCOの 排 出 = m t dt ( 2)式 中 のm(t)は 時 間 単 位 当 たりに 大 気 に 排 出 されたCO 2 の 質 量 、Tは 評 価 期 間これは、 物 理 的 漏 洩 が、 注 入 後 、 遠 い 将 来 に 特 定 の 時 間 枠 内 で 発 生 する 可 能 性 を 示 している。この 問 題 は、セクション9.3で 更 に 議 論 する。9.2.2.4 鉱 物 炭 酸 化発 電 所 および 産 業 プロセスから 回 収 されるCO 2 の 鉱 物 炭 酸 化 については、 第 7 章 で 議 論 されている。これらのプロセスは 未 だ 開 発 段 階 であり、 固 形 鉱 物 相 でのCO 2 の 永 久 固 定 を 目 的 としている。鉱 物 炭 酸 化 からのCO 2 の 物 理 的 漏 洩 の 可 能 な 形 態 および 速 度 について、 文 献 での 議 論 はない。これは、この 分 野 での 調 査 が 主 に 理 論 的 なものであるためと 想 定 される( 例 えば、Goldberg et al.,2000)。しかし、 生 産 された 炭 酸 塩 はCO 2 を 放 出 する 可 能 性 は 低 い。 炭 酸 化 プロセスの 前 またはその 間 、ガスの 一 部 は 大 気 に 逃 げる 可 能 性 がある。鉱 物 炭 酸 化 プロセスの 実 質 的 な 利 益 は、 回 収 から 貯 留 までの 連 鎖 の 中 での 全 体 的 なエネルギーの 使 用 によって 異 なる。CCSシステムについて 既 に 議 論 された 一 般 的 なフレームワークは、これらのプロセスからの 排 出 のインベントリの 準 備 にも 適 用 できる。 必 要 とされる 追 加 的 エネルギーから 生 じる 排 出 は、 現 在 の 報 告 フレームワークにおいてはエネルギー 部 門 に 分 類 される。 回 収 および 鉱 物 化 されたCO 2 の 量 は、 回 収 が 行 われるカテゴリまたは 鉱 物 炭 酸 化 を 扱 う 特 定 のカテゴリ、または「その 他 」の 部 門 で 報 告 される。9.2.2.5 産 業 的 利 用CO 2 の 産 業 的 利 用 のほとんどにおいては、 多 くの 場 合 、 非 常 に 短 期 間 でガスを 大 気 へ 放 出 する。短 い「 貯 留 期 間 」のため、 二 重 計 算 や 排 出 の 抜 け 落 ちの 可 能 性 を 回 避 するのに 十 分 妥 当 であり、インベントリシステムでの 変 更 は 必 要 ないかもしれない。これらのシステムの 利 益 は、それらが代 わりとなるシステム、および、 代 替 システムの 関 連 する 実 質 効 率 に 関 係 する。システムの 比 較- 489 -

には、CO 2 の 回 収 から 使 用 までの 全 体 のサイクルを 考 慮 に 入 れる 必 要 があるだろう。 例 えば、CO 2の 水 素 化 によるメタノールの 製 造 は、 主 に 天 然 ガスなどの 化 石 燃 料 によるメタノールの 製 造 の 代替 となりうる。このシステムの 影 響 は 明 確 には 示 されていないが、 排 出 および 排 出 削 減 は 対 応 するエネルギー 利 用 ( 減 少 または 増 加 は、 代 替 プロセスにより 異 なる)に 関 係 するため、 一 般 的 に現 在 のインベントリシステムによって 扱 われる。CO 2 の 産 業 的 利 用 が 生 産 物 による 長 期 の 炭 素 貯 留 につながる 状 況 では、インベントリ 手 法 は 個別 に 調 整 する 必 要 がある。9.2.3 モニタリング、 検 証 、および 不 確 実 性IPCCガイドライン(IPCC Guidelines)およびグッドプラクティス 報 告 書 は、 品 質 保 証 および 品質 管 理 の 手 段 に 加 え、モニタリング、 検 証 、 不 確 実 性 の 予 測 ( 即 ち、どのようにモニタリングを計 画 するか、 何 をモニタリングするか、どのように 結 果 を 報 告 するか)についての 一 般 的 なガイダンスを 提 供 している。 国 別 インベントリを 検 証 する 目 的 は、その 信 頼 性 を 確 立 し、 報 告 された数 字 の 精 度 を 独 立 した 手 段 で 確 認 することである。セクション5.6「モニタリングおよび 検 証 技 術 」では、CCSシステムのためのモニタリングおよび 検 証 技 術 の 現 状 を 評 価 している。 関 連 する 検 出 限 界 および 不 確 実 性 に 加 えて、モニタリング 技術 の 適 用 は、CCSプロジェクトのタイプと 固 有 の 特 性 によって 大 きく 変 化 する。 物 理 的 な 漏 洩 速度 について 結 論 を 導 き 出 せるような、CCSプロジェクトのモニタリングについての 十 分 な 経 験 はない。排 出 および 除 去 の 推 定 における 不 確 実 性 、 並 びにそれらがどのように 導 き 出 されたかについての 報 告 は、 国 別 温 室 効 果 ガスインベントリの 主 要 部 分 である。 不 確 実 性 の 予 測 は、 測 定 されたデータが 利 用 可 能 な 統 計 的 方 法 、または、 専 門 家 の 判 断 に 基 づいて 行 うことができる。CCSシステムの 異 なる 段 階 からの 排 出 に 関 する、 不 確 実 性 についての 情 報 はない。セクション5.7.3.では、 現在 の 地 中 貯 留 プロジェクトでの 経 験 に 加 えて、 類 似 する 自 然 または 人 工 システム、 基 本 的 な 物 理および 化 学 プロセスからのデータに 基 づいて、 地 中 貯 留 からの 放 出 の 確 率 が 評 価 されている。 物理 的 漏 洩 の 確 率 は 小 さいと 見 積 もられており、リスクは 主 に 廃 井 の 坑 井 ケーシングからの 漏 洩 に関 係 するものである。9.3 算 定 における 問 題算 定 システムの 目 標 のひとつは、CCSプロジェクトが 実 際 の 定 量 化 できる 環 境 的 な 利 益 をもたらすことを 裏 付 けることである。 永 久 的 に 貯 留 される1トンのCO 2 には、 大 気 中 のCO 2 濃 度 に 関 して、 削 減 される1トンのCO 2 の 排 出 と 同 じ 価 値 がある。しかし、 一 時 的 に 貯 留 される1トンのCO 2は、 削 減 される1トンのCO 2 の 排 出 よりも 価 値 は 低 い。この 違 いを 算 定 システムに 反 映 することができる。CCSの 算 定 は、 貯 留 クレジットの 信 憑 性 およびその 請 求 されるクレジットが 得 られた 利益 と 釣 り 合 ったものであることを 保 証 するために、 貯 留 されたCO 2 の 量 の 測 定 作 業 を 超 えたものでなければならない 可 能 性 もある。CO 2 の 貯 留 には、 他 の 時 期 、 他 の 場 所 、 他 の 部 門 へ 移 動 された 排 出 についての 適 切 な 算 定 を 避 けるべきではない。それでも、Kennett(2003)は、 潜 在 的 に 恒久 的 貯 留 又 は 既 知 の 一 時 貯 留 にも 利 益 がある 場 合 、 算 定 システムは 取 扱 コストを 最 小 限 に 抑 えつつ、それらの 信 憑 性 及 び 透 明 性 に 貢 献 すべきであると 述 べている。- 490 -

一 部 の 国 だけが 温 室 効 果 ガスの 排 出 を 制 限 することへのコミットメントを 持 ち、 全 ての 排 出 源からの 排 出 が 同 等 に 扱 われない 政 治 的 環 境 では、 削 減 された 排 出 量 は、 貯 留 されたCO 2 量 と 同 じではない 可 能 性 がある。その 差 は、ある 国 でCO 2 が 回 収 されるが、 他 の 国 又 は 時 間 が 経 ってから放 出 されるために 生 じる。また、CCSにはエネルギーが 必 要 であり、この 追 加 エネルギーを 生 産するために 追 加 的 なCO 2 が 排 出 される 可 能 性 がある。Yoshigahara et al.(2004)は、CCS 技 術 を 通じた 排 出 削 減 は、 他 の 多 くの 排 出 削 減 形 態 とは 異 なることを 述 べている。 前 者 は、CO 2 の 大 気 への 放 出 を 回 避 するが、 貯 留 されたCO 2 が 物 理 的 漏 洩 によって、 最 終 的 には 大 気 へ 流 出 する 長 期 的な 可 能 性 を 生 み 出 す。この 章 では、 一 般 的 な 用 語 「 漏 洩 」は、 議 論 中 のシステムの 境 界 を 越 える 温 室 効 果 ガス 排 出 の移 動 を 説 明 するために、 経 済 学 者 の 感 覚 で 使 用 される。「 物 理 的 漏 洩 」と 言 う 用 語 は、 貯 留 池 からのCO 2 の 漏 洩 を 指 す。 先 に 説 明 されたように、ある 程 度 の 物 理 的 漏 洩 および 必 要 な 追 加 エネルギーは、 標 準 の 温 室 効 果 ガスについての 国 の 報 告 手 順 で 報 告 される。 新 たな 又 は 予 期 せぬ 排 出 源が 発 生 した 場 合 、 例 えば、 非 経 済 的 な 石 炭 層 に 注 入 されたCO 2 がその 層 からのメタン 放 出 を 発 生させた 場 合 には、 更 に 複 雑 になる。また、 新 たな 又 は 予 期 せぬ 排 出 源 が 別 の 国 で 発 生 した 場 合 、例 えば、CO 2 がある 国 で 回 収 されるが 他 の 国 または 後 に 放 出 される 場 合 や、CO 2 がある 期 間 中 に 回収 され 後 に 大 気 に 物 理 的 に 漏 れた 場 合 も、 複 雑 さが 生 じる。経 済 的 な 漏 洩 の 問 題 はCCSシステム 独 自 のものではないが、 物 理 的 漏 洩 の 問 題 は、CCS 独 自 のものである。 特 に、 排 出 インベントリが 国 および 年 ごとに 行 われている 場 合 は、 次 のような 排 出について 報 告 されない 可 能 性 がある。1 時 期 の 遅 れた 排 出 、2 他 の 国 または 国 際 水 域 へ 移 動 した 排 出 、3 排 出 源 として 識 別 されていないまたは 手 法 が 開 発 されていない、 他 の 温 室 効 果 ガスの 排 出 を 促 進 することによる 排 出このセクションでは、CCSシステムで 貯 留 されたCO 2 について、 算 定 に 含 まれる 問 題 についての考 えが 要 約 されている。 温 室 効 果 ガスの 排 出 を 緩 和 することの 重 大 性 が 議 論 され、それを 扱 うための 算 定 戦 略 の 選 択 肢 についての 考 えが 示 されている。 図 9.2は、CCSの 排 出 がどのように 従 来 の算 定 境 界 を 超 える 温 室 効 果 ガスの 流 れを 作 ることができるかを 示 す、 簡 単 なフロー 図 を 表 している。この 図 では、 排 出 が 通 常 の 報 告 団 体 のシステム 境 界 ( 部 門 別 、 国 別 、 時 間 別 )の 外 で 発 生 するため、それがどのように 報 告 を 免 れるかも 表 している。- 491 -

図 9.2 CCSがどのように 従 来 の 算 定 境 界 を 超 えるかを 表 す、 簡 素 化 されたフロー 図1 稼 働 コストとは、システムの 稼 働 に 必 要 な 追 加 的 なエネルギーの 結 果 として 排 出 される CO2 と、それに 加 えて 隔 離 、 輸 送 、 注 入 から 生 じる 漏 出 である国 境 を 越 える 排 出 の 移 動 についての 懸 念 は、 温 室 効 果 ガスの 排 出 を 制 限 するために 発 展 している 政 治 的 及 び 経 済 的 構 造 がもたらした 結 果 である。 最 も 顕 著 なものとして、 京 都 議 定 書 (KyotoProtocol)は 先 進 国 および 経 済 的 過 渡 期 にある 国 からの 温 室 効 果 ガスの 排 出 に 制 限 を 課 しているが、このような 制 限 が 発 展 途 上 国 や 国 際 輸 送 からの 排 出 にはないことである。時 間 的 境 界 を 越 えた 排 出 の 移 動 についての 懸 念 は、 基 本 的 に 広 く 提 起 されている 問 題 である:「もし、 大 気 から 隔 離 して 炭 素 を 貯 留 した 場 合 、どのくらい 長 く 貯 留 しなければならないのか」同 じ 問 題 はHerzog et al.(2003)にも 示 されている:「 一 時 的 な 貯 留 の 価 値 は 何 か」国 、 部 門 、またはガスの 間 での 漏 洩 に 関 する 懸 念 、または、 貯 留 池 からの 物 理 的 漏 洩 についての 懸 念 は、 大 きくは、 排 出 の 算 定 の 完 全 性 および 正 確 さに 関 するものである。 例 えばKennett(2003)は、「 処 理 を 簡 素 化 するための 一 般 的 な 規 則 と 手 順 を 確 立 することと、 法 的 権 利 の 定 義 、 論 争 の解 決 と 執 行 手 順 を 提 供 することによって、 確 実 性 を 増 大 すること」および「 吸 収 ベースの 排 出 の相 殺 または 貯 留 ベースの 排 出 の 削 減 の 信 憑 性 を 確 実 にすること」の 重 要 性 を 強 調 している。マーケットの 稼 働 には、 明 確 に 定 義 された 権 利 ( 即 ち、 誰 が 貯 留 される 炭 素 への 権 利 を 有 するか)、その 権 利 には 何 が 伴 うのか、その 権 利 がどのように 譲 渡 できるのか、そして 予 期 しない 放 出 の 際の 賠 償 責 任 と 救 済 措 置 が 必 要 である(Kennett, 2003)。 権 利 、 賠 償 責 任 およびマーケットの 確 立 の- 492 -

中 心 となるものは、 算 定 および 認 証 システムであろう。しかし、 良 く 設 計 された 算 定 システムが取 引 コストを 増 大 させ、 便 益 の 多 い 活 動 の 足 かせとなることは 避 けなければならない。9.3.1 不 確 実 性 、 非 恒 久 性 、ディスカウント 手 法9.3.1.1 二 酸 化 炭 素 の 貯 留 の 非 恒 久 性 への 対 応CO 2 の 貯 留 は 必 ずしも 恒 久 的 ではない。 貯 留 池 からの 物 理 的 漏 洩 としては、 次 のような 可 能 性がある:(1) 緩 やかな、 長 期 の 放 出 、または、(2) 貯 留 池 の 崩 壊 によって 引 き 起 こされる 突 然のCO 2 の 放 出 。CCSの 潜 在 的 な 非 恒 久 性 の 算 定 についての 文 献 は 実 に 少 ない。しかし、 地 上 生 物 圏 でのCO 2 隔 離の 非 恒 久 性 の 算 定 については 非 常 に 多 くの 文 献 がある。 地 上 生 物 圏 での 隔 離 は、 海 洋 または 地 中貯 留 池 でのCO 2 の 貯 留 とは 著 しく 異 なるが、 類 似 点 も 存 在 する。 地 上 生 物 圏 に 貯 留 されるCO 2 は、例 えば、 山 火 事 の 発 生 、 土 地 運 営 慣 行 の 変 化 、または、 気 候 変 動 によって 植 物 性 覆 土 が 持 続 不 可能 になる 場 合 、 将 来 的 な 放 出 の 可 能 性 にさらされている。 適 切 に 選 択 された 地 中 貯 留 層 からのCO 2損 失 のリスクは 大 きく 異 なるが、このようなリスクは 確 かに 存 在 する。 文 献 により 様 々な 算 定 戦略 が 提 案 されているため、 生 物 圏 での 隔 離 はマイナスと 同 等 の 排 出 として 扱 われることができる。隔 離 は 国 別 排 出 算 定 および 排 出 クレジット 取 引 に 現 れ、 締 約 国 間 の 債 務 が 地 上 生 物 圏 での 隔 離 活動 について 発 生 する。CCSがCO 2 の 吸 収 または 排 出 削 減 のいずれかとして 扱 われるにしても、 貯 留からの 物 理 的 漏 洩 の 算 定 における 問 題 は 同 様 に 生 じる。Chomitz(2000)は、 貯 留 されるCO 2 の 算 定 に 対 し、 次 の2つの 主 要 なアプローチを 提 示 している:(1)CO 2 の 貯 留 がおそらく 恒 久 的 ではないことを 受 け 入 れ、 限 定 された 期 間 の 貯 留 の 環 境 的 および 経 済 的 な 利 益 を 評 価 し、CO 2 が 貯 留 されている 期 間 に 応 じてクレジットを 割 り 当 てる(2) 無 期 限 の 貯 留 の 理 にかなった 保 証 を 提 供 する。地 上 生 物 圏 での 分 離 について 議 論 されている 事 例 には、( 第 1のアプローチに 基 づく)トン・ 年算 定 ( 以 下 で 説 明 する) 及 び( 第 2のアプローチに 基 づく) 貯 留 量 又 はその 他 の 恒 久 的 な 排 出 削 減によって 失 われたCO 2 と 置 き 換 える、 様 々な 貯 留 クレジットと 保 険 の 組 み 合 わせが 含 まれる。これらの 問 題 についての 更 なる 議 論 については、Watson et al., 2000、Marland et al., 2001、Subak, 2003、Aukland et al., 2003、Wong and Dutschke, 2003、およびHerzog et al., 2003.を 参 照 されたい。また、 認められたクレジットの 数 に 保 守 的 な 限 界 ができるような、ディスカウントクレジットに 対 する 提案 もある。この 種 の 議 論 及 び 不 確 実 性 により、 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)のための 交 渉 は、 議定 書 の 第 一 約 束 期 間 中 の 地 上 のCO 2 隔 離 のいくつかのカテゴリについて 要 求 できるクレジットの数 に 限 界 を 設 けることを 選 択 している(UNFCCC, 2002)。貯 留 期 間 に 応 じてクレジットを 割 り 当 てるコンセプトを 説 明 するために、1つの 代 案 である、トン・ 年 アプローチを 説 明 する。 一 定 の 時 間 間 隔 ( 例 えば、t 年 )の 回 収 及 び 貯 留 が 恒 久 的 な 貯 留 と等 しくなるように、 算 定 のためのトン・ 年 代 替 案 は 理 論 上 の 等 価 を 定 義 する。クレジットの 利 用可 能 性 は 別 の 方 法 で 定 義 できるが、 一 般 的 には、1 年 間 の 回 収 及 び 貯 留 は1/tに 等 しいクレジットをもたらし、 従 ってt 年 間 の 貯 留 は 結 果 として 完 全 な1クレジットとなる(Watson et al., 2000)。 恒 久的 な 貯 留 と 等 しい 貯 留 年 数 を 定 義 するために、 様 々な 構 成 概 念 が 提 案 されている( 例 えば、Marlandet al., 2001を 参 照 )。しかしChomitz(2000)が 指 摘 しているように、 科 学 的 、 技 術 的 考 察 に 基 づいているにもかかわらず、この 同 等 性 ( 恒 久 的 な 貯 留 と 等 しい 貯 留 年 数 )は 基 本 的 に 政 治 的 な 決断 によるものである。トン・ 年 算 定 は 第 1のアプローチを 代 表 しているが、これは、 相 当 な 議 論 を前 提 としている。 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)の 交 渉 において 更 に 発 展 する、Chomitzの 第 1のア- 493 -

プローチからのその 他 の 派 生 する 物 (Columbia, 2000; UNFCCC, 2002; UNFCCC, 2004)は、クレジットの 失 効 または 貸 し 出 される 一 時 的 なクレジット(Marland et el., 2001; Subak, 2003)という 考 えである。 一 時 的 または 貸 し 出 されたクレジットは、 規 則 または 契 約 によって 定 義 された 期 間 は 完全 な 価 値 を 持 つが、 失 効 時 には 債 務 となるか、 恒 久 的 なクレジットと 差 し 替 える 必 要 があるだろう。 本 質 的 に、 貯 留 されたCO 2 のクレジットは、 可 能 性 のあるその 後 のCO 2 放 出 についての 賠 償 責任 、または、 貯 留 が 終 了 したことへのコミットメントをもたらすであろう。UNFCCC(2002)、Marland et al.(2001)、Herzog et al.(2003)、その 他 は、 貯 留 されるCO 2の 主 要 な 問 題 は 賠 償 責 任 であることに 同 意 している。 彼 らは、 貯 留 されたCO 2 にクレジットが 与えられる 場 合 、 後 にCO 2 が 放 出 される 場 合 は 債 務 があるべきであると 主 張 している。 貯 留 からの物 理 的 漏 洩 および 現 在 の 排 出 は、 大 気 にとって 同 じ 結 果 をもたらす。 所 有 権 が 移 動 、または 貯 留されたCO 2 が 損 害 賠 償 を 受 け 入 れない 場 所 または 国 に 移 動 される 場 合 、 算 定 問 題 が 生 じる( 例 えば、 京 都 議 定 書 (Kyoto protocol)でのコミットメントがない 発 展 途 上 国 でCO 2 が 貯 留 される 場 合 )。また、 仮 にCO 2 が 放 出 される 時 にもまだ 責 任 のシステム 及 び 機 関 が 機 能 しているという 保 証 がほとんどない、はるか 遠 い 未 来 に 潜 在 的 な 債 務 が 移 動 される 場 合 にも 算 定 問 題 が 生 じる。マラケッシュ 合 意 (Marrakech Accords)における 地 上 生 物 圏 での 隔 離 のためのクレジットの 失 効 システムは、 継 続 する 賠 償 責 任 の 要 件 を 満 たしている。これらのクレジットを5 年 に 制 限 することによって、賠 償 責 任 機 関 が 責 任 を 負 う 合 理 的 な 保 証 を 提 供 する。この 処 置 はまた、 貯 留 されたCO 2 について永 久 に 賠 償 責 任 を 負 う 可 能 性 がある、CO 2 の 貯 留 プロジェクトを 受 け 入 れる 国 々の 重 大 な 懸 念 にも 対 応 している。ほとんどの 提 案 において、CO 2 の 貯 留 を 受 け 入 れる 国 々は、クレジットが 失 効し、 賠 償 責 任 が 失 効 クレジットの 購 入 者 / 貸 し 出 し 者 に 返 還 されるまで、 損 失 について 賠 償 責 任 を負 うこととなる。Kennett(2003)は、クレジットの 規 制 、モニタリング、 認 証 、サポートの 長 期的 な 責 任 は、 最 終 的 に 政 府 の 責 任 となるであろうことを 示 唆 している(セクション5.8.4も 参 照 のこと)。このような 最 終 的 な 責 任 のため、 政 府 はCCS 貯 留 池 およびプロジェクトについて、 最 小限 の 要 件 の 規 定 を 求 めると 想 定 される(Torvanger et al., 2005 参 照 )。「 恒 久 性 」について 公 になっている 議 論 の 大 部 分 は、 地 上 生 物 圏 での 隔 離 との 関 連 である。 結 論を 導 き 出 すことが、 海 洋 または 地 中 貯 留 池 のCCSについて 等 しく 適 切 であるかどうか 明 らかではない。CCS 形 態 との 間 の 重 要 な 違 いは、 選 択 される 算 定 計 画 に 影 響 を 与 える 可 能 性 がある( 表 9.2参 照 )。 明 らかな 違 いは、 地 上 生 物 圏 での 隔 離 に、 初 期 のCO 2 の 大 気 への 放 出 と 後 の 植 物 の 成 長による 除 去 が 含 まれることである。しかし、 地 中 貯 留 層 での 貯 留 には 一 般 的 に 大 気 への 放 出 が 含まれず、 排 出 源 と 吸 収 源 の 釣 り 合 いとしてよりは、 排 出 の 減 少 として 想 定 されるであろう。いずれの 場 合 においても、 多 量 のCO 2 は 管 理 され、 大 気 から 隔 離 されなければならない。 地 上 生 物 圏での 貯 留 には、 保 守 に 関 する 決 定 又 は 資 源 管 理 の 優 先 順 位 のために、 隔 離 が 無 効 にされる 可 能 性を 残 す。 海 洋 及 び 地 中 貯 留 は、コミットメントの 時 間 的 尺 度 及 び 物 理 的 プロセスの 役 割 に 対 する潜 在 的 な 物 理 的 放 出 の 判 断 について、 大 きく 異 なる 意 味 合 いを 持 つ。- 494 -

表 9.2 算 定 方 法 に 影 響 を 与 える 可 能 性 のある 炭 素 貯 留 様 式 間 の 違 い特 性 地 上 生 物 圏 深 海 地 中 貯 留 池隔 離 または 貯 留 さ 貯 蔵 量 の 変 化 を 長 期 に 注 入 された 炭 素 を 計 測 注 入 された 炭 素 を 計 測 できれたCO2亘 り 監 視 できる。 できる。る。所 有 権貯 蔵 は 離 散 した 場 所 にあり、 特 定 可 能 な 所 有 者に 関 連 付 けることができる。貯 蔵 は 移 動 可 能 であり、国 際 水 域 に 存 在 する 場合 がある。貯 蔵 は 国 境 または 所 有 地 の境 界 を 超 え、 表 面 境 界 とは 異なる 貯 留 池 に 存 在 する。管 理 上 の 決 定貯 蔵 は 土 地 利 用 の 優 先順 位 の 継 続 する 判 断 に左 右 される。一 度 注 入 されると、 保 守について 更 に 人 的 決 定は 行 われない。一 度 注 入 されると、 貯 留 が 資源 の 回 収 に 干 渉 する 場 合 を除 いて、モニタリングとおそらく 保 守 を 含 む 継 続 した 貯留 に 影 響 を 与 える 人 的 決 定が 行 われる。モニタリング貯 蔵 量 の 変 化 を 監 視 できる。貯 蔵 量 の 変 化 がモデル化 される。CO2の 放 出 は、 物 理 的 なモニタリングで 検 出 されるかもしれないが、 広 範 囲 を 監 視 することは 困 難 なため、モデル化 も 必 要 であるかもしれない。保 持 されている 少量 のCO2 について、 高 い 値 が 期 待される 時 間 的 尺 度管 理 上 の 決 定 に 応 じて、数 十 年 。注 入 の 深 さと 場 所 に 応じて、 数 百 年 。物 理 的 な 貯 留 池 の 崩 壊 がなければ、 良 く 設 計 されたシステムからは 非 常 に 少 ない 物理 的 漏 洩 が 期 待 される。物 理 的 漏 洩障 害 、 気 候 変 動 、または土 地 利 用 の 決 定 によって 損 失 が 発 生 する 可 能性 がある。海 洋 循 環 の 最 終 的 な 結果 および 大 気 との 釣 り合 いとして、 損 失 は 確 実に 発 生 する。貯 留 池 が 物 理 的 に 崩 壊 している 場 合 を 除 いて、 良 く 設 計されたシステムについては、損 失 は 恐 らく 小 さいと 思 われる。賠 償 責 任離 散 した 土 地 の 所 有 者は、 隔 離 された 炭 素 の 貯蔵 で 識 別 される。複 数 の 締 約 国 が 貯 留 された 炭 素 の 同 じ 貯 蔵 に貢 献 し、 炭 素 は 国 際 水 域に 存 在 する 可 能 性 がある。複 数 の 締 約 国 が 複 数 の 国 の下 にある 貯 留 された 炭 素 の同 じ 貯 蔵 に 貢 献 する 可 能 性がある。CCSにクレジットを 与 えることについての 重 大 な 疑 問 は、 将 来 的 な 排 出 が 現 在 の 排 出 と 同 じ 価値 を 持 つかどうかということである。Herzog et al.(2003)は、「 隔 離 の 有 効 性 」を 恒 久 的 な 貯 留の 実 質 利 益 と 比 較 して、 一 時 的 な 貯 留 からの 実 質 利 益 として 定 義 しているが、この 価 値 は 事 前 に知 ることはできない。 彼 らは 一 歩 先 を 進 んでおり、CO 2 の 貯 留 は 恒 久 的 ではないが、あるバックストップ(backstop)・エネルギー 技 術 が 全 ての 化 石 燃 料 資 源 が 最 終 的 に 消 費 されないことを 保 証しない 限 りは、 排 出 の 削 減 もまた 恒 久 的 ではないかもしれないということを 主 張 している。Herzoget al.(2003)によると、 地 中 に 残 っている 化 石 燃 料 資 源 に 応 じて 貯 留 されたCO 2 排 出 は 多 少 異 なる。しかし、ほとんどの 分 析 は、 全 ての 化 石 燃 料 は 消 費 されるはずはないと 仮 定 している。それによりCO 2 の 貯 留 のように、 化 石 燃 料 のCO 2 の 排 出 を 避 けることが 将 来 的 な 排 出 のリスクを 直 接 上 昇 させることはない。Wigley et al.(1996)およびMarland et al.(2001)は、 排 出 を 遅 らせることには- 495 -

価 値 があると 主 張 している。100 年 間 の 貯 留 が 恒 久 的 であると 定 義 されるとすると、 事 実 上 、 海 中1500mより 下 に 注 入 された 全 ての 炭 素 は 恒 久 的 な 貯 留 として 考 えられることとなる(Herzog et al.,2003)。時 間 的 に 極 端 な 他 の 例 として、Kheshgi et al.(1994)が、 非 常 に 長 期 の 海 洋 と 大 気 の 間 の 平 衡 化(1000 年 以 上 に 及 ぶ)においては、システムの 稼 働 に 追 加 的 なエネルギーが 必 要 であるため、 海洋 での 回 収 と 貯 留 は 排 出 制 限 がない 場 合 よりも 高 い 大 気 中 のCO 2 レベルにつながることを 指 摘 している。また、 長 期 間 に 亘 る 慢 性 的 な 物 理 的 漏 洩 は、 将 来 のある 時 点 での 実 質 排 出 の 目 標 達 成 を困 難 にする 思 われることも 事 実 である(Hawkins, 2003、Hepple and Benson, 2003、およびPacala, 2003参 照 )。そこで 基 本 的 な 疑 問 は、CO 2 の 非 恒 久 的 な 貯 留 にどのように 対 応 するかである。Findsen et al.(2003)がCCSのための 算 定 が 開 始 または 進 行 中 である 多 くの 状 況 を 詳 しく 述 べてはいるが、 良く 設 計 されたシステムの 物 理 的 漏 洩 の 速 度 は、 時 に 排 出 の 他 の 構 成 要 素 の 不 確 実 性 の 範 囲 である場 合 があるが、 物 理 的 漏 洩 のリスクは 認 識 される 必 要 がある。 次 のような 多 くの 疑 問 に 答 えが 得られないままである: 賠 償 責 任 および 永 久 な 機 関 の 継 続 にどのように 対 応 するか、 一 時 的 な 貯 留の 利 益 をどのように 定 量 化 するか;モニタリングおよび 認 証 面 での 必 要 性 、クレジットの 保 留 または 損 失 が 代 替 されることを 保 証 する 他 の 方 法 についての 必 要 性 があるかどうか、 期 待 またはモデル 化 された 貯 留 の 持 続 期 間 を 判 断 するディスカウントシステムの 必 要 性 があるかどうか、 失 効 、一 時 的 、または 長 期 間 に 亘 って 貸 し 出 されたクレジットの 有 用 性 、 期 待 される 貯 留 の 持 続 期 間 または 貯 留 の 形 態 を 関 数 とする 別 の 算 定 方 法 を 考 慮 する 必 要 があるかどうか。地 上 生 物 圏 地 層 での 貯 留 が 十 分 に 区 別 されている 場 合 、その 含 意 は、 前 者 は 炭 素 の 管 理 、 後 者はCO 2 の 廃 棄 物 処 理 と 考 えられるだろう。最 終 的 には、 政 治 的 プロセスが 一 時 的 な 貯 留 の 価 値 及 び 貯 留 されたCO 2 の 責 任 の 割 当 を 決 定 することとなる。 地 上 生 物 圏 での 隔 離 についての 国 際 合 意 によって 設 定 されている 前 例 によって、ある 程 度 のガイダンスが 提 供 されている。しかし、 考 慮 すべき 重 大 な 違 いがある。 規 則 および 政策 の 理 由 は、おそらく 行 動 に 影 響 を 与 えるためである。CO 2 貯 留 のための 算 定 規 則 は、それらに相 応 に 目 的 が 与 えられる 場 合 - 地 上 生 物 圏 での 貯 留 されたCO 2 については 責 任 だが、 海 洋 または地 中 貯 留 層 でのCCSについては 初 期 設 計 および 実 施 要 件 - 恒 久 性 に 最 も 影 響 を 与 えることとなる。9.3.1.2 国 際 / 地 域 領 域 または 共 有 されている 施 設 の 貯 留 からの 物 理 的 漏 洩 の 帰 属 および 物 理 的 漏洩 を 制 限 するための 技 術 基 準前 セクションでは 主 に、 現 段 階 で 貯 留 されたCO 2 が 後 に 放 出 される 可 能 性 について 扱 った。また、 現 段 階 で 貯 留 された 排 出 が、 結 果 として 別 の 国 々または 別 の 部 門 における 追 加 的 な 現 在 の 排出 になるという 可 能 性 も 紹 介 した。 海 洋 に 注 入 されたCO 2 は、 国 際 水 域 で 物 理 的 に 漏 洩 する 可 能性 がある。 貯 留 されたCO 2 の 算 定 には、CO 2 の 輸 送 や 注 入 で 使 用 されるエネルギーからの 排 出 についての 責 任 など、 特 に 輸 送 および/または 貯 留 が 発 展 途 上 国 や 国 際 水 域 で 行 われる 場 合 、 問 題 が 生じる。 同 様 に、 貯 留 されたCO 2 の 物 理 的 漏 洩 についての 疑 問 では、 発 展 途 上 国 や 国 際 水 域 から 発生 する 現 在 の 物 理 的 漏 洩 についての 賠 償 責 任 を 扱 う 必 要 がある。これらの 問 題 は、 複 数 の 国 々が大 西 洋 (Atlantic Ocean)の 深 海 などの 共 通 の 貯 留 池 または 複 数 の 国 の 下 にある 帯 水 層 へCO 2 を 注入 した 場 合 、あるいは 複 数 の 国 々がCO 2 の 輸 送 のためにパイプラインを 共 有 する 場 合 、 特 に 複 雑となる。- 496 -

また、CCSクレジットの 認 証 についての 国 際 合 意 またはCCSプロジェクトの 実 施 基 準 の 必 要 性もある。 基 準 があることにより、 漏 洩 のリスクが 最 小 になるとともにCO 2 の 貯 留 時 間 が 最 大 になる。 達 成 基 準 は、 空 間 的 または 時 間 的 漏 洩 についての 賠 償 責 任 が 明 確 でない 場 合 、 最 低 コスト、最 低 品 質 の 貯 留 の 機 会 ( 物 理 的 漏 洩 に 最 も 影 響 する 機 会 )を 締 約 国 が 求 める 可 能 性 を 最 小 限 にする。 実 施 基 準 は、 技 術 、 運 営 の 質 、 計 測 およびモニタリングのレベルの 選 択 を 制 限 するために 用いられる。9.3.2 京 都 メカニズム(Kyoto mechanisms)に 関 する 算 定 問 題 (JI 13 、CDM 14 、および ET 15 )CCSは、 京 都 メカニズム(Kyoto mechanisms)に 関 するUNFCCCに 対 するCOPの 決 議 では、 現 在扱 われていない。 実 施 中 または 開 発 中 の 各 種 プロジェクトベースの 計 画 に 基 づいて、CCSシステムのプロジェクトに 関 係 したCO 2 の 削 減 を 算 定 するための 手 法 に 関 する 国 際 交 渉 によるガイダンスは、これまでにほとんど 提 供 されていない。 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)におけるCCSへの 明示 的 な 引 用 のみが、 付 属 Iの 国 々は「CO 2 隔 離 技 術 の 研 究 、 促 進 、 開 発 、 利 用 拡 大 」をする 必 要 があると 述 べている。 16 マラケッシュ 合 意 (Marrakech Accords)では、 付 属 1の 国 々は、 温 室 効 果ガスを 回 収 および 貯 留 する、 化 石 燃 料 に 関 わる 技 術 の 開 発 および 移 転 において、どのように 協 力への 優 先 順 位 をつけているかを 明 らかにするべきであると 述 べており、 技 術 協 力 に 関 して 議 定 書を 更 に 明 確 にしている( 第 26 項 、 決 議 5/CP.7)。CCSのプロジェクトベースの 活 動 について 明 確 に言 及 している 文 書 は、CDMおよびJIに 関 係 する 決 議 の 中 にはない(Haefeli et al., 2004)。さらに、Haefeli et al.(2004)は、CCSはプロジェクト(つまり、シカゴ 気 候 取 引 所 (Chicago ClimateExchange) 及 びEUリンキング 指 令 (EU Linking Directive)(EU 排 出 量 取 引 制 度 と、JIおよびCDM連 結 付 ける)や 温 室 効 果 ガス 取 引 権 制 度 の 策 定 のためのEU 指 令 (EU Directive for Establishing aGreenhouse Gas Emissions Trading Scheme)(2005 年 施 行 ))を 含 むいかなる 種 類 のCO 2 報 告 スキームにおいても、 明 確 に 取 り 扱 われていないと 述 べている。 現 在 のところ、CCSが 実 際 にどのように 扱 われるかは 明 確 にされていない。Haines et al.(2004)によると、CDMでのCCSの 適 性 は、 土地 利 用 、 土 地 利 用 の 変 化 、および 林 業 (LULUCF) 活 動 についての 合 意 に 類 似 する 特 定 の 合 意 に帰 着 するであろう。 生 物 学 的 な 吸 収 と 同 様 に、 恒 久 性 および 経 済 的 漏 洩 、またはシステム 境 界 の外 の 排 出 についての 懸 念 に 加 えて、 法 的 な 問 題 がある。 同 時 に、 関 係 する 地 質 学 的 な 時 間 的 尺 度により、CCSには 多 少 複 雑 さの 少 ない 議 論 が 伴 う。 加 えて、Haefeli et al.(2004)は、 複 数 国 間 でのCO 2 の 移 動 の 算 定 方 法 についてのガイドラインは、UNFCCCまたは 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)のいずれかの 下 で 合 意 される 必 要 があることに 言 及 した。 付 属 Iの 国 と 非 付 属 Iの 国 の 間 、および 付13京 都 議 定 書 第 6.1 条 (Kyoto Protocol Article 6.1)「 第 3 条 に 基 づくコミットメントを 満 たす 目 的 のために、 付 属1に 含 まれる 締 約 国 は、 発 生 源 による 人 為 的 排 出 の 削 減 または、 経 済 のあらゆる 部 門 での 温 室 効 果 ガスの 吸 収 による 人 為 的 除 去 の 促 進 を 目 的 とするプロジェクトから 生 じる、 排 出 削 減 単 位 を、 他 の 締 約 国 へ 移 動 または 他 の 締 約国 から 取 得 することができる…」14京 都 議 定 書 第 12.2 条 (Kyoto Protocol Article 12.2)「クリーン 開 発 メカニズムの 目 的 は、 付 属 1に 含 まれない 締 約 国 が、 持 続 可 能 な 開 発 を 達 成 し、 条 約 の 最 終 目 的 に 貢 献 することを 援 助 し、 付 属 1に 含 まれる 締 約 国 が、 第3 条 に 基 づく 定 量 化 された 排 出 制 限 および 削 減 のコミットメントの 準 拠 を 達 成 することを 援 助 することである。」15京 都 議 定 書 第 17 条 (Kyoto Protocol Article 17)「 締 約 国 会 議 は、 関 連 する 原 則 、 方 法 、 規 則 、およびガイドライン、 特 に 排 出 取 引 のための 検 証 、 報 告 および 説 明 責 任 を 定 義 する。 付 属 Bに 含 まれる 締 約 国 は、 第 3 条 に 基 づくコミットメントを 満 たす 目 的 のために、 排 出 取 引 に 参 加 することができる。このようないかなる 取 引 も、その 条項 に 基 づく 定 量 化 された 排 出 制 限 および 削 減 のコミットメントを 満 たす 目 的 のための 国 内 的 な 活 動 に 対 して 補 足的 なものでなければならない。」16京 都 議 定 書 第 2 条 1(a)(iv)- 497 -

属 Iの 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)の 締 約 国 と 付 属 Iの 京 都 議 定 書 (Kyoto Protocol)を 承 認 していない 国 の 間 のCO 2 取 引 には、 特 別 に 注 意 を 払 う 必 要 がある。9.3.2.1 排 出 ベースライン主 にプロジェクトベースの 算 定 との 関 連 で 使 用 される「ベースライン」という 用 語 は、 温 室 効果 ガス 削 減 プロジェクト 又 は 活 動 がない 場 合 の、 温 室 効 果 ガス 排 出 に 関 する 仮 説 シナリオのことである(WRI, 2004)。 排 出 ベースラインは、 全 てのプロジェクトベースの 活 動 から 生 じる 排 出 の正 味 の 削 減 ( 例 えば、 貯 留 )を 計 算 するための 基 準 である。ベースラインは、 排 出 削 減 の 純 利 益を 表 すために 設 定 する 必 要 がある。 重 大 な 問 題 は、 排 出 ベースラインを 作 成 する 場 合 に、どの 要素 を 考 慮 する 必 要 があるかを 判 断 することである。 現 在 、CCSプロジェクトベースの 活 動 を 通 じたCO 2 排 出 の 正 味 の 削 減 を、どのように 計 算 するかのガイダンスはほとんどない。 適 切 なベースラインシナリオは、プロジェクトがない 場 合 に 得 られなかったであろう 排 出 削 減 によるクレジットをプロジェクトが 受 け 取 れるよう、リスクを 最 小 化 することが 可 能 である(Haefeli et al., 2004)。9.3.2.2 京 都 メカニズム(Kyoto mechanisms)に 関 連 する 漏 洩「 漏 洩 」という 用 語 は、マラケッシュ 合 意 により、「 排 出 源 からの 人 為 的 な 排 出 および/または温 室 効 果 ガスの 吸 収 による 除 去 についてのプロジェクト 境 界 の 外 で 発 生 する 正 味 の 変 化 で、 計 測可 能 であり、 第 6 条 のプロジェクトに 帰 属 するもの」として 定 義 されている。この 用 語 は、 回 収 、 輸 送 、 注 入 から 生 じる 排 出 の 漏 洩 のために 提 案 されたものであり、これを地 中 貯 留 池 からのCO 2 の 放 出 ( 漏 洩 したCO 2 )と 混 同 してはならない。Haefeli et al.(2004)によれば、 現 在 の 法 律 は、 複 数 国 にまたがるCCSプロジェクトに 対 応 しておらず、 更 なる 明 確 化 が 必 要である。 京 都 議 定 書 の 締 約 国 である 付 属 Iの 国 によるCO 2 回 収 を 含 む 越 境 プロジェクト、および 京都 議 定 書 の 締 約 国 でない 国 または 京 都 議 定 書 に 制 約 されていない 付 属 Iの 国 での 貯 留 に 対 応 するためには、 特 にガイダンスが 必 要 であろう。表 9.3は、 京 都 メカニズム(Kyoto mechanisms)の 概 要 と、このメカニズムの 範 囲 内 での 排 出 規制 および 削 減 のために 導 入 されうるCCSの 算 定 システムの 開 発 のための、それぞれの 一 般 原 則 と要 件 ( 実 用 的 な 指 標 および 特 定 の 算 定 規 則 と 手 順 )を 表 している。 政 治 的 プロセスでは、 京 都 メカニズムに 基 づきどのようにCCSシステムが 受 け 入 れられるかを 未 だ 決 定 していないが、これらの 一 般 手 順 は、 排 出 量 取 引 およびプロジェクトにおける 他 の 同 様 のスキームにだけでなく、CCSシステムにも 適 用 可 能 である。- 498 -

メカニズム共 同 実 施(JI)クリーン 開発 メカニズム(CDM)排 出 権 取 引(ET)表 9.3 京 都 メカニズム(Kyoto Mechanisms)に 関 連 する 算 定 問 題京 都 議 定 書での 条 項原 則 CCSに 関 する 要 件 基 本 的 な 考 慮 すべき 点第 6.1 条 一 般 原 則 として、 付 属 Iの プロジェクトを 付 属 Iの 国 々のプロジェどの 締 約 国 も、 排 出 源 お 分 かりやすいよ クトから 受 取 るクレジよび/または 減 少 による うに 設 定 する、 ットが、 実 在 し、そのプ除 去 の 促 進 による、GHG 排 法 律 および 手 順 ロジェクトがない 場 合出 の 削 減 に 努 めるプロジ を 定 める。 に 発 生 する(つまり、ベェクトから 生 じる 排 出 削 ERUの 検 証 およ ースラインに 対 して 計減 単 位 (ERUs)を、 他 の び 認 証 のための 測 される) 排 出 に 対 して付 属 Iの 締 約 国 へ 移 動 ま 手 順 。追 加 的 な 排 出 削 減 の 結たは 他 の 付 属 Iの 締 約 国果 生 じたものであるこから 取 得 できる。とを 保 証 することが 重要 である。第 12.2 条 先 進 国 と 途 上 国 の 間 での 取 引 手 当 を 通 して、発 展 途 上 国 において 持続 可 能 な 開 発 を 促 進 することを 目 的 とする。 付 属 Iの 締 約 国 が、 排 出の 削 減 / 後 退 を 生 み 出す、および/または、 減少 による 除 去 を 促 進 させる、プロジェクトベースの 活 動 の 実 施 を 通して、 第 3 条 KPの 排 出削 減 のコミットメントを 達 成 することを 援 助する 目 的 を 持 つCDMの 確 立 を 照 会 する。第 17 条 KPを 通 じてその 国 々に割 り 当 てられた 目 標 および 割 当 量 単 位 (AAUs)を持 つ、 発 展 途 上 国 間 の 取引 を 許 可 する。これは、付 属 Iの 締 約 国 がその国 々の 排 出 コミットメントを 達 成 するための 利 用可 能 な 手 段 としてのETの 使 用 の 基 本 原 則 を 承 認する。以 下 のような 問 題に 関 する、 極 めて 詳細 な 法 律 および 手順 : プロジェクトレベル 対 国 家 レベルの 責 任 モデル 化 されたクレジットの 量対 実 際 のクレジットの 量 貯 留 の 時 期 および 長 期 の 賠 償 責任 キャップ( 排 出権 取 引 )。つまり、 付 属 Iの 国 々の 間 で 許 容 される 排 出 相 殺 の 最大 量 。 正 味 の 算 定 、 対 、総 計 の 算 定 ( 非付 属 Iでの 計測 )。 全 体 的 なベースライン 手 法 付 属 Iの 締 約 国 は、 認証 排 出 削 減 (CERs)を、 非 付 属 Iの 国 々から 取 得 できなければならない。 気 候 変 動 の 緩 和 に 関係 する、 現 実 の、 計測 可 能 な、 長 期 の 利益 を 提 供 しなければならない(ベースラインに 対 して 測 定 される)。 取 引 は、それぞれの国 に 対 する、 国 別 割当 量 (AAUs)に 基 づく。 ETのガイドライン 案には、 割 当 量 の 過 大評 価 を 避 けることができるように、 付 属 Iの 締 約 国 間 で 取 引 されうるAAUの 量 についての 既 定 が 含 まれる。また、これには、譲 渡 する 締 約 国 が 取引 できるAAUsの 量についての 定 量 化 された 上 限 を 課 す、いくつかのオプションも 含 まれる。 成 功 した 炭 素 取 引 システムは、 団 体 が 受取 る 削 減 を 保 証 するために、 相 殺 とクレジットを 正 確 に 計 測しなければならない。- 499 -

9.4 知 識 の 欠 如CCSを 国 別 インベントリおよび 算 定 スキームに 盛 り 込 むための 手 法 は、 現 在 開 発 中 である。CCS(セクション9.2および9.3 参 照 )は、 様 々な 方 法 で 盛 り 込 むことができ、 必 要 とされるデータは 選択 した 方 法 により 異 なるだろう。 以 下 の 知 識 の 欠 如 及 び 政 治 的 プロセスによる 決 定 の 必 要 性 が 確認 されている: 貯 留 からの 物 理 的 漏 洩 の 推 定 のための 手 法 および、 回 収 システムおよび 輸 送 と 注 入 プロセスからの 排 出 を 見 積 もるための 排 出 係 数 ( 漏 出 )が 得 られていない。 地 中 および 海 洋 貯 留 には、 次 のような 新 たな 課 題 が 明 らかになった:a) 貯 留 された 排 出 の恒 久 性 における 不 確 実 性 、b) 国 境 を 越 える 輸 送 および 貯 留 についての 協 約 の 必 要 性 、c)CCSについての 算 定 規 則 、d) 排 出 計 測 、 長 期 のモニタリング、 適 時 な 検 出 および 賠 償 責 任 / 責 任 。 京 都 メカニズム(Kyoto Mechanism)に 基 づいた、 報 告 の 手 法 と 削 減 された 排 出 の 検 証 についての 合 意 がされていない。 突 発 的 な 地 質 学 的 な 断 層 および 地 震 活 動 またはパイプラインの 崩 壊 などのような、システムの 故 障 によって 生 じる 潜 在 的 な 排 出 を 予 測 し、 対 応 するための 手 法 が 開 発 されていない。- 500 -

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IPCC 特 別 報 告 書二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留技 術 要 約統 括 執 筆 者Edward Rubin (United States), Leo Meyer (Netherlands), Heleen de Coninck (Netherlands)代 表 執 筆 者Juan Carlos Abanades (Spain), Makoto Akai (Japan), Sally Benson (United States), KenCaldeira (United States), Peter Cook (Australia), Ogunlade Davidson (Sierra Leone), RichardDoctor (United States), James Dooley (United States), Paul Freund (United Kingdom), JohnGale (United Kingdom), Wolfgang Heidug (Germany), Howard Herzog (United States),David Keith (Canada), Marco Mazzotti (Italy and Switzerland), Bert Metz (Netherlands),Balgis Osman-Elasha (Sudan), Andrew Palmer (United Kingdom), Riitta Pipatti (Finland),Koen Smekens (Belgium), Mohammad Soltanieh (Iran), Kelly (Kailai) Thambimuthu(Australia and Canada), Bob van der Zwaan (Netherlands)査 読 編 集 者Ismail El Gizouli (Sudan)

目 次1. 本 報 告 書 の 序 文 及 び 枠 組 み..............................................................................................................12. CO 2 排 出 源 ..........................................................................................................................................53. CO 2 の 回 収 ..........................................................................................................................................84. CO 2 の 輸 送 ........................................................................................................................................145. 地 中 貯 留 ............................................................................................................................................176. 海 洋 隔 離 ............................................................................................................................................257. 鉱 物 炭 酸 化 と 産 業 利 用 ....................................................................................................................298. コスト 及 び 経 済 ポテンシャル........................................................................................................329. 排 出 量 のインベントリと 算 定 ........................................................................................................3810. 知 識 のギャップ..............................................................................................................................41

1. 本 報 告 書 の 序 文 及 び 枠 組 みこの 特 別 報 告 書 のテーマである 二 酸 化 炭 素 回 収 ・ 貯 留 (CCS)は、 人 間 活 動 によるCO 2 の 大 気 への 放 出 を 減 らすためのオプションのひとつと 考 えられている。この 特 別 報 告 書 の 目 的 は、CCSの 技術 的 ・ 科 学 的 ・ 環 境 的 ・ 経 済 的 ・ 社 会 的 局 面 に 関 する 知 識 の 現 状 を 評 価 し、 可 能 性 のある 気 候 変 動緩 和 策 のポートフォリオに 含 まれる 他 のオプション 中 にCCSを 含 めて 検 討 することである。本 技 術 要 約 の 構 成 は 特 別 報 告 書 の 構 成 に 沿 っている。この 序 文 では、CCSシステムの 簡 単 な 概 略及 びCCSを 評 価 するための 一 般 的 な 枠 組 みを 提 示 する。 次 にセクション2では、CO 2 の 主 要 排 出 源 を説 明 する。これはCCSの 実 現 可 能 性 を 世 界 規 模 で 評 価 するのに 必 要 なステップである。セクション3では、CO 2 回 収 の 技 術 的 オプションについて 論 じ、セクション4ではCO 2 の 輸 送 方 法 に 注 目 する。これに 続 いて、それぞれの 貯 留 オプションについて 述 べる。セクション5では 地 中 貯 留 を、セクション6では 海 洋 隔 離 を、そしてセクション7では 鉱 物 炭 酸 化 及 びCO 2 の 工 業 利 用 に 焦 点 を 当 てる。CCSの全 体 的 なコスト 及 び 経 済 ポテンシャルについてはセクション8で 論 じ、セクション9では 温 室 効 果 ガス 排 出 量 のインベントリ 及 び 算 定 におけるCCSの 影 響 を 検 討 する。 技 術 要 約 は、 知 識 のギャップ、特 に 政 策 検 討 において 重 要 なギャップに 関 する 検 討 で 締 めくくる。CO 2 回 収 ・ 貯 留 の 概 略CO 2 は 主 として 化 石 燃 料 の 燃 焼 から 生 じ、 発 電 所 で 使 用 されるような 大 規 模 な 燃 料 装 置 からも、自 動 車 のエンジン 及 び 住 居 用 ・ 業 務 用 建 築 物 で 使 用 される 炉 などの 小 規 模 で 分 散 した 排 出 源 からも生 じる。CO 2 は、 土 地 の 開 拓 途 中 に 森 林 焼 却 だけでなく、 工 業 プロセスや 資 源 抽 出 プロセスからも排 出 される。CCSは、 発 電 所 や 大 規 模 な 工 業 プロセスなどCO 2 の 大 規 模 排 出 点 に 適 用 される 可 能 性が 高 い。 一 部 の 排 出 源 では、 水 素 などの 脱 炭 素 化 燃 料 を 輸 送 、 産 業 、 建 築 部 門 に 提 供 し、これらの分 散 した 排 出 源 からの 排 出 量 を 減 らすこともできるであろう。CCSは、まず 工 業 及 びエネルギー 関 係 の 排 出 源 において 排 出 されたCO 2 を 回 収 ・ 濃 縮 し、そのCO 2を 適 切 な 貯 留 場 所 へ 輸 送 し、その 後 長 期 間 にわたってCO 2 を 大 気 から 隔 離 して 貯 留 するための 技 術を 使 用 する。つまり、CCSにより 温 室 効 果 ガスの 排 出 量 を 抑 えた 形 での 化 石 燃 料 の 使 用 が 可 能 となる。バイオマスの 収 穫 が 持 続 不 可 能 な 速 度 で 行 われない 限 り、バイオマスエネルギーへのCCSの 適用 は、バイオマスによって 取 り 込 まれる 大 気 中 CO 2 の 回 収 ・ 貯 留 により、 大 気 からのCO 2 の 正 味 除 去(しばしば「ネガティブ 排 出 」と 言 われる)をもたらす 可 能 性 がある。図 TS.1は、 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 というCCSプロセスの3つの 主 要 要 素 を 図 示 している。ほとんどはCO 2貯 留 が 目 的 ではないものの、これらの3つの 要 素 は 今 日 の 産 業 活 動 で 見 られる。 回 収 ステップは、CO 2 の 他 の 気 体 からの 分 離 を 伴 う。 発 電 所 で 使 用 されるような 燃 料 燃 焼 プロセスの 場 合 、 分 離 技 術は 燃 焼 後 のCO 2 回 収 又 は 燃 焼 前 に 燃 料 を 脱 炭 素 化 に 使 用 できる。 輸 送 ステップは、 回 収 されたCO 2を 排 出 源 から 離 れた 場 所 にある 適 切 な 貯 留 サイトへ 運 ぶために 必 要 となることがある。 輸 送 及 び 貯留 の 両 方 を 容 易 にするため、 回 収 されたCO 2 は 通 常 、 回 収 施 設 で 高 密 度 まで 圧 縮 される。 潜 在 的 な貯 留 方 法 としては、 地 下 地 層 への 注 入 、 深 海 への 注 入 又 は 無 機 炭 酸 塩 への 工 業 的 固 定 などが 挙 げら- TS. 1 -

れる。 一 部 の 工 業 プロセスでは、 回 収 された 少 量 のCO 2 を 工 業 製 品 に 利 用 し、 貯 留 する 可 能 性 がある。図 TS.1. 可 能 性 のある CCS システムの 概 略 図 。CCS が 関 連 する 可 能 性 のある 供 給 源 と CO 2 輸 送 及 び 貯 留オプションも 同 様 に 示 す。( 提 供 CO2CRC)個 別 のCCSシステムの 技 術 的 成 熟 度 は 大 きく 異 なる。 主 に 石 油 産 業 及 びガス 産 業 などの 成 熟 市 場で 広 く 使 用 されている 技 術 もあれば、まだ 研 究 ・ 開 発 ・ 実 証 段 階 の 技 術 もある。 表 TS.1は、すべてのCCS 要 素 の 現 状 に 関 する 概 略 を 示 す。2005 年 半 ばの 時 点 で、ノルウェーの 沖 合 Sleipner 天 然 ガス 処理 プロジェクト、カナダのWeyburn 石 油 増 進 回 収 (EOR) 1 プロジェクト( 米 国 で 回 収 されたCO 2 を貯 留 するプロジェクト) 及 びアルジェリアのIn Salah 天 然 ガスプロジェクトといった、CO 2 の 回 収 と地 中 貯 留 とを 結 びつける3つの 商 業 プロジェクトが 存 在 していた。 各 プロジェクトでは、 年 間1–2MtCO 2 を 回 収 ・ 貯 留 している。ただしCCSはまだ 大 規 模 な( 例 えば、500MW) 化 石 燃 料 発 電 所に 適 用 されたことはなく、 全 体 としてのシステムはまだその 構 成 要 素 の 一 部 ほど 成 熟 しているわけではないという 点 に 注 意 しなければならない。1本 報 告 書 では、EORはCO 2 を 用 いた 石 油 増 進 回 収 法 を 指 す。- TS. 2 -

表 TS.1. CCSシステムの 構 成 要 素 の 成 熟 度 。Xは 各 要 素 の 成 熟 度 の 最 高 レベルを 示 す。ほとんどの 要 素には、 未 成 熟 なテクノロジーも 存 在 する。a研 究 段 階 とは、 基 礎 科 学 は 理 解 されているが、テクノロジーは 現 在 概 念 設 計 か、 実 験 室 又 はベンチ 規 模 での 試 験 の段 階 にあり、パイロットプラントでの 実 証 に 至 っていないことを 言 う。b実 証 段 階 とは、テクノロジーはパイロットプラント 規 模 で 構 築 ・ 運 用 されているが、フルスケールシステムでの 設計 ・ 構 築 ができるようになるまでには 更 なる 開 発 が 必 要 であることを 言 う。c特 定 の 状 況 下 で 経 済 的 に 実 現 可 能 とは、テクノロジーが 十 分 理 解 されていて、 選 ばれた 商 業 上 の 用 途 で 使 用 されていること、 例 えば 優 遇 税 制 やニッチ 市 場 、テクノロジーをごくわずかしか(5 回 以 下 ) 繰 り 返 さずに0.1MtCO 2 / 年 の 規模 で 処 理 することなどを 言 う。d成 熟 市 場 とは、テクノロジーが 世 界 中 で 複 数 回 繰 り 返 して 運 用 されていることを 言 う。e EORのためのCO 2 注 入 は「 成 熟 市 場 」テクノロジーであるが、CO 2 貯 留 のため 使 用 する 場 合 には「 特 定 の 状 況 下 で 経済 的 に 実 現 可 能 」でしかない。f ECBMは、CO 2 の 石 炭 への 選 択 的 吸 収 により、 採 掘 不 能 な 炭 層 にあるメタンの 回 収 を 増 進 するためにCO 2 を 使 用 することを 言 う。 採 掘 不 可 能 な 炭 層 とは、 深 すぎたり 薄 すぎたりして 採 掘 できそうにない 炭 層 である。その 後 採 掘 されることがあれば、 貯 留 されたCO 2 は 放 出 されるだろう。CO 2 回 収 ・ 貯 留 に 関 心 を 持 つ 理 由1992 年 、 気 候 変 動 に 対 する 国 際 的 懸 念 の 高 まりから、 国 連 気 候 変 動 枠 組 条 約 (UNFCCC)の 締 結につながった。 条 約 の 最 終 目 標 は、「 気 候 系 に 対 して 危 険 な 人 為 的 干 渉 を 防 ぐレベルでの、 大 気 中における 温 室 効 果 ガス 濃 度 の 安 定 化 」である。この 観 点 から、CCS( 及 びその 他 の 軽 減 オプション)を 検 討 するための 状 況 とは、 大 気 中 の 温 室 効 果 ガス 濃 度 の 安 定 化 という 国 際 的 な 目 標 に 矛 盾 しない、CO 2 排 出 が 制 約 された 世 界 である。 地 球 規 模 のエネルギー 使 用 に 関 するシナリオの 大 半 は、 気 候 変動 を 緩 和 する 科 学 的 行 動 が 行 われない 場 合 、 今 世 紀 を 通 してCO 2 排 出 量 が 大 幅 に 増 加 することを 予測 している。また、 少 なくとも 今 世 紀 半 ばまでは、 一 次 エネルギーの 供 給 の 大 部 分 は 化 石 燃 料 が 占めるとも 示 唆 している(セクション8を 参 照 )。 大 気 中 CO 2 濃 度 の 安 定 化 に 必 要 な 排 出 量 削 減 の 規 模は、 将 来 の 排 出 量 (ベースライン)と 長 期 的 CO 2 濃 度 の 望 ましい 目 標 との 両 方 によって 決 まる。 安定 化 目 標 が 低 くベースラインの 排 出 量 が 高 いほど、 要 求 されるCO 2 排 出 量 削 減 も 大 きくなる。IPCCの 第 三 次 評 価 報 告 書 (TAR)は、CO 2 濃 度 を450ppmvから750ppmv 2 の 間 で 安 定 化 させるために、 検討 されるシナリオによっては 数 百 ギガトンあるいは 数 千 ギガトンものCO 2 の 累 積 排 出 量 を 今 世 紀 に2 ppmv は 体 積 百 万 分 率 濃 度 である。- TS. 3 -

防 止 しなければならないと 述 べている。また、TARは「ほとんどのモデル 結 果 は、 既 知 の 技 術 的 オプション 3 によって 幅 広 い 大 気 中 CO 2 安 定 化 濃 度 を 実 現 できることを 示 している」が、「どの 技 術 も単 独 では 必 要 とされる 排 出 量 削 減 のすべてを 提 供 することはできないだろう」という 見 解 も 述 べている。 正 確 には、 安 定 化 を 成 し 遂 げるには 緩 和 措 置 を 組 み 合 わせることが 必 要 である。これらの 既知 の 技 術 オプションは 安 定 化 のため 利 用 できる 状 態 にあるが、「(オプションの) 実 施 には、 関 連する 社 会 経 済 的 変 化 及 び 制 度 の 変 更 を 要 するだろう」とTARは 警 告 している。これに 関 連 して、 温 室 効 果 ガス 排 出 量 の 削 減 オプションとしてCCSが 利 用 できれば、 安 定 化 目 標の 達 成 が 容 易 になるだろう。 前 回 のIPCC 評 価 でより 広 範 に 検 討 された 他 の 技 術 的 オプションには、(1)エネルギー 転 換 及 び/ 又 は 利 用 装 置 の 効 率 向 上 によるエネルギー 需 要 の 減 少 、(2)エネルギー供 給 を 脱 炭 素 化 ( 低 炭 素 強 度 燃 料 への 切 り 替 え( 例 えば、 石 炭 から 天 然 ガス)、 並 びに/ 又 は 再 生 可能 エネルギー 源 及 び/ 若 しくは 原 子 力 エネルギーの 利 用 増 加 による(これらは、CO 2 排 出 が 少 ない 又はない))、(3) 生 物 的 固 定 による 天 然 の 吸 収 源 の 強 化 を 通 じたCO 2 隔 離 、(4)CO 2 以 外 の 温 室 効果 ガスの 削 減 などが 含 まれる。 本 報 告 書 で 後 ほど 示 すモデル 結 果 は、 他 の 措 置 と 組 み 合 わせてCCSを 使 用 することにより、 安 定 化 実 現 のコストをかなり 減 らすことができ、これらの 排 出 量 減 少 を 実現 する 際 の 柔 軟 性 を 増 すことができると 示 唆 している。 今 日 の 世 界 が 化 石 燃 料 に 大 きく 依 存 していること( 世 界 全 体 のエネルギー 使 用 の 約 80%)、CCSが 来 世 紀 にわたってCO 2 排 出 量 を 削 減 する 可 能性 を 持 っていること、さらにCCSシステムが 現 在 のエネルギーインフラと 互 換 性 を 持 つことにより、この 技 術 への 関 心 を 説 明 できる。この 評 価 の 重 要 な 課 題CCSが 気 候 変 動 の 緩 和 のため 果 たしうる 役 割 を 理 解 する 際 、 対 処 しなければならない 課 題 がいくつかある。 本 技 術 要 約 の 様 々なセクションで 取 り 上 げられている、 発 生 する 課 題 には 以 下 のものが挙 げられる。• CCS 技 術 の 現 状 はどのようなものか。• CO 2 の 回 収 及 び 貯 留 の 可 能 性 はどの 程 度 か。• 実 施 の 費 用 はどの 程 度 か。• 気 候 変 動 の 大 幅 な 緩 和 を 実 現 するにはCO 2 をどれだけの 期 間 貯 留 しなければならないのか。• CCSの 健 康 面 、 安 全 面 、 環 境 面 のリスクは 何 か。• CCSの 社 会 的 認 識 について 言 えることは 何 か。• CO 2 貯 留 を 実 施 するための 法 的 課 題 は 何 か。• 排 出 量 のインベントリ 及 び 算 出 の 影 響 は 何 か。• CCS 技 術 の 普 及 及 び 移 転 の 可 能 性 はどの 程 度 か。気 候 変 動 の 緩 和 オプションとしてCCSを 分 析 する 際 に 最 も 重 要 なのは、システムから 生 じるすべての 排 出 量 、 特 にCO 2 の 排 出 量 を 明 白 な 方 法 で 確 認 ・ 評 価 することである。 従 って、 正 しい 分 析 に3 IPCC の 第 三 次 評 価 報 告 書 では「 既 知 の 技 術 的 オプション」とは、 議 論 の 対 象 となっている 緩 和 シナリオでも 言 及されている 通 り、 現 在 操 業 段 階 にあるかパイロットプラント 段 階 にある 技 術 を 指 す。この 用 語 には、 抜 本 的 な 技 術 革新 を 要 する 新 規 技 術 は 含 まれない。シナリオの 期 間 の 長 さを 考 えると、 控 えめな 予 想 を 表 していると 考 えられる。- TS. 4 -

は 適 切 なシステムの 境 界 を 選 択 することが 不 可 欠 であるため、CCSの「システム」 図 を 把 握 することの 重 要 性 が 強 調 される。 回 収 オプション 及 び 一 部 の 貯 留 ・ 利 用 オプションに 関 連 するエネルギー必 要 量 並 びに 貯 留 層 からの 漏 洩 の 可 能 性 を 考 えると、CCSチェーン 全 体 を 評 価 することが 必 要 不 可欠 である。大 気 の 安 定 化 及 び 長 期 的 な 持 続 可 能 な 発 展 という 両 方 の 観 点 から、CO 2 の 貯 留 は、 気 候 変 動 の 緩和 に 大 きく 貢 献 できるほど 長 期 間 にわたって 行 われなければならない。 本 報 告 書 は「 保 持 率 」( 注入 されたCO 2 のうち、 指 定 された 期 間 貯 留 層 に 保 持 される 累 積 量 と 定 義 される)という 点 から、CO 2貯 留 の 継 続 期 間 を 表 す。 様 々な 期 間 及 び 貯 留 オプションにおけるこれらの 比 率 の 推 定 を 後 に 示 す。CO 2 がどの 程 度 の 期 間 貯 留 され 続 けるかという 疑 問 だけでなく、「 貯 留 層 からのゆっくりかつ 継 続的 な 許 容 可 能 な 量 の 漏 洩 4 を 構 成 するものは 何 かという 疑 問 も 生 じる。これらの 疑 問 に 対 する 様 々なアプローチをセクション8で 論 じる。CCSは、 回 収 に 適 した 大 規 模 のCO 2 排 出 源 を 持 ち、 貯 留 サイトへのアクセスが 可 能 で 石 油 又 はガス 操 業 の 経 験 があり、 炭 素 の 制 約 を 受 ける 環 境 下 で 開 発 意 欲 を 満 たさなければならないような 国 において、ひとつのオプションとなるだろう。IPCC 特 別 報 告 書 「 技 術 移 転 の 手 法 上 及 び 技 術 上 の 課 題 」で 評 価 の 対 象 となった 文 献 は、 先 進 工 業 国 では 成 熟 している 技 術 でさえ 開 発 途 上 国 での 普 及 を 妨 げるような、 多 くの 潜 在 的 な 障 壁 が 存 在 することを 示 している。そういった 障 壁 に 取 り 組 み、 開 発 途上 国 への 技 術 の 普 及 を 容 易 にするような 状 況 を 創 出 することが、 世 界 中 でCCSを 採 用 するための 大きな 問 題 であろう。2. CO 2 排 出 源このセクションでは、 現 在 の 主 要 な 人 為 的 CO 2 排 出 源 及 びそれらと 潜 在 的 な 貯 留 サイトとの 関 係について 述 べる。 前 述 の 通 り、 人 間 活 動 から 生 じるCO 2 の 排 出 は 数 多 くの 異 なるCO 2 排 出 源 から 生 じており、 主 なものには 発 電 所 、 輸 送 、 工 業 プロセス、 家 庭 ・ 商 業 建 築 物 で 使 用 される 化 石 燃 料 の 燃焼 がある。CO 2 はセメント 製 造 や 水 素 製 造 といった 特 定 の 工 業 プロセスの 最 中 やバイオマスの 燃 焼中 にも 排 出 される。 将 来 的 な 排 出 についても 本 セクションで 論 じる。現 在 のCO 2 排 出 源 と 特 徴世 界 的 なCO 2 排 出 量 の 削 減 のためのオプションとしてのCCSの 可 能 性 を 評 価 するために、 大 規 模な 固 定 CO 2 排 出 源 とそれらの 潜 在 的 貯 留 サイトへの 近 接 性 に 関 する 現 在 の 世 界 規 模 で 見 た 地 理 的 関係 を 検 討 してきた。 家 庭 部 門 、 商 業 部 門 及 び 輸 送 部 門 におけるCO 2 排 出 量 は、それぞれ 小 規 模 で 移動 式 であることが 多 く、それ 故 に 回 収 と 貯 留 に 適 していないため、この 分 析 では 検 討 していない。ここでの 議 論 には、 来 世 紀 にわたる 世 界 的 なエネルギー 使 用 及 び 排 出 量 に 関 するいくつかのシナリオに 基 づく 潜 在 的 な 将 来 のCO 2 排 出 源 の 分 析 を 含 む。4 CO 2 貯 留 に 関 しては、 漏 洩 は 注 入 された 液 体 が 貯 留 層 から 抜 けていく 現 象 と 定 義 される。これは 本 要 約 で 最 も 一 般的 に 使 用 される 定 義 である。 二 酸 化 炭 素 排 出 量 取 引 という 文 脈 で 使 用 する 場 合 、プロジェクト 境 界 の 外 で 生 じる 排 出源 からの 人 為 的 排 出 又 は 吸 収 源 による 除 去 が 変 化 することを 意 味 する 可 能 性 がある。- TS. 5 -

化 石 燃 料 の 使 用 により 生 じた2000 年 の 世 界 的 なCO 2 排 出 量 の 合 計 は、およそ23.5GtCO 2 / 年 (6GtC/年 )であった。このうち、 約 60%が 大 規 模 な(>0.1MtCO 2 / 年 ) 固 定 排 出 源 によるものである( 表 TS.2を 参 照 )。しかし、これらの 排 出 源 のすべてがCO 2 の 回 収 に 適 しているわけではない。 評 価 されている 排 出 源 は 世 界 中 に 分 布 しているが、データベースは 北 米 ( 米 国 中 西 部 及 び 東 部 )、ヨーロッパ( 北 西 地 域 )、 東 アジア( 中 国 東 海 岸 ) 及 び 南 アジア(インド 亜 大 陸 )という4つの 特 定 排 出 源 の 集合 を 明 らかにしている。 対 照 的 に、 大 規 模 なバイオマス 源 は 少 なく、 世 界 的 にもそれほど 分 布 していない。表 TS.2. 排 出 量 が0.1MtCO 2 / 年 以 上 の 世 界 中 の 大 規 模 固 定 CO 2 排 出 源 に 関 するプロセス 又 は 産 業 活 動 ごとの 概 要現 在 、 大 規 模 な 排 出 源 の 多 くでは、CO 2 濃 度 が15% 未 満 ( 場 合 によってはそれより 大 幅 にh 低 い)である。しかし、 化 石 燃 料 に 由 来 する 工 業 的 排 出 源 のごく 一 部 (2% 未 満 )では、CO 2 濃 度 が95%を越 える。 回 収 段 階 で 脱 水 及 び 圧 縮 のみが 必 要 であるため(セクション3を 参 照 )、 高 濃 度 の 排 出 源 はCCS 早 期 実 施 の 潜 在 的 な 候 補 である。 貯 留 層 から50km 以 内 の 範 囲 にあり、(ECBM 又 はEORを 通 じて、 炭 化 水 素 生 成 の 強 化 のためにCO 2 を 使 用 することによって) 収 益 を 生 み 出 す 可 能 性 のあるこれらの 高 純 度 の 排 出 源 を 分 析 すると、 現 在 このような 排 出 源 は 年 間 におよそ360MtCO 2 を 排 出 している。バイオエタノール 製 造 など 一 部 のバイオマス 源 も、 同 様 の 用 途 で 使 用 できる 高 濃 度 のCO 2 排 出 源 となる。排 出 場 所 と 貯 留 サイトとの 距 離 は、CCSがCO 2 排 出 量 削 減 に 大 きな 役 割 を 果 たすことができるか否 かに 大 きく 影 響 する。 図 TS.2aは 主 要 なCO 2 排 出 源 ( 点 で 示 す)を、 図 TS.2bは 有 望 な 地 中 貯 留 の 候補 地 である 堆 積 盆 ( 異 なる 濃 淡 の 灰 色 で 示 す)を 表 している。 多 くの 排 出 源 が 地 中 貯 留 の 可 能 性 のある 地 点 のすぐ 上 、 又 はそこから 適 切 な 距 離 (300km 未 満 ) 内 に 存 在 しているので、 大 まかに 見 るとこれらの 図 は、 主 要 な 排 出 源 と 期 待 される 堆 積 盆 との 間 に 潜 在 的 に 良 好 な 相 関 があることを 示 している。 図 TS.2bに 示 す 盆 地 は、 適 切 な 貯 留 層 として 特 定 も 評 価 もされていない。これらの 潜 在 的 な貯 留 サイトの 適 切 性 を 確 認 するには、 地 域 レベルのより 詳 細 な 地 質 学 的 分 析 が 必 要 である。- TS. 6 -

図 TS.2a. 大 規 模 固 定 排 出 源 の 世 界 的 分 布 ( 世 界 の 排 出 源 に 関 して 公 に 入 手 可 能 な 情 報 のまとめに 基 づく。IEA GHG 2002)図 TS.2b. 適 切 な 地 下 塩 水 層 、 油 ・ガス 田 、 炭 層 が 発 見 される 可 能 性 のある 堆 積 盆 にある 有 望 な 領 域 。 炭層 における 貯 留 場 所 は 部 分 的 にしか 含 まれていない。 有 望 さ(prospectivity)は、 既 存 の 知 見 に 基 づく、任 意 の 領 域 に 適 切 な 貯 留 場 所 が 存 在 する 可 能 性 に 関 する 定 性 的 評 価 である。この 図 は 不 完 全 なデータに基 づいており、 地 域 ごとに 質 の 違 いがあり、 時 間 の 経 過 とともに、あるいは 新 しい 情 報 が 出 てくると 変わる 可 能 性 があるため、 指 針 としてのみ 捉 えるべきである(Geoscience Australia 提 供 )将 来 の 排 出 源排 出 シナリオに 関 するIPCC 特 別 報 告 書 (SRES)では、6つの 具 体 的 なシナリオに 基 づいて 将 来 のCO 2 排 出 量 を 予 測 しており、2020 年 の 世 界 的 な 排 出 量 を29 - 44GtCO 2 (8 - 12GtC)、2050 年 の 排 出 量を23 - 84GtCO 2 (6 - 23GtC)と 予 想 している。 電 力 及 び 産 業 部 門 からのCO 2 排 出 源 の 数 は、 主 として南 アジアと 東 アジアで2050 年 までに 大 幅 に 増 加 すると 予 測 されている。 対 照 的 に、ヨーロッパにおけるそれらの 部 門 の 排 出 源 はわずかに 減 少 する 可 能 性 がある。CO 2 含 有 量 の 多 い 排 出 源 と 少 ない 排出 源 との 割 合 は、 水 素 又 は 他 の 液 体 ・ 気 体 製 品 を 生 産 するための 化 石 燃 料 のガス 化 又 は 液 化 を 採 用しているプラントの 導 入 規 模 及 び 割 合 に 関 連 する。これらのプラントの 数 が 多 いほど、 回 収 において 技 術 的 に 適 した 高 濃 度 CO 2 排 出 源 も 多 くなる。- TS. 7 -

上 述 の 排 出 量 の 範 囲 から 導 き 出 されるCO 2 回 収 の 可 能 性 は、2020 年 には 年 間 2.6 - 4.9GtCO 2 (0.7 -1.3GtC)、2050 年 には4.7 - 37.5GtCO 2 (1.3 - 10GtC)と 予 測 されている。これらの 数 値 は、それぞれ2020 年 の 世 界 のCO 2 排 出 量 の9 - 12%、2050 年 の21 - 45%に 相 当 する。 排 出 及 び 回 収 の 範 囲 は、シナリオ 及 びモデル 分 析 に 内 在 する 不 確 実 性 とCCS 適 用 の 技 術 的 限 界 を 反 映 している。これらのシナリオは 化 石 燃 料 からのCO 2 回 収 のみを 考 慮 しており、バイオマス 排 出 源 からのCO 2 回 収 は 考 慮 していない。しかし、 大 規 模 なバイオマス 変 換 施 設 からの 排 出 があれば、それらも 技 術 的 には 回 収 に 適 しているだろう。低 炭 素 エネルギー 担 体 の 開 発 の 将 来 性 は、 大 規 模 な 高 濃 度 CO 2 固 定 排 出 源 の 将 来 的 な 数 及 び 規 模に 関 係 がある。シナリオは、 電 気 や 水 素 などの 低 炭 素 エネルギー 担 体 の 大 規 模 な 製 造 が、 数 十 年 以内 に 家 庭 や 商 業 建 築 物 及 び 輸 送 部 門 の 小 規 模 で 分 散 した 排 出 源 において 現 在 使 用 されている 化 石 燃料 に 取 って 代 わると 指 摘 している(セクション8)。これらのエネルギー 担 体 は、 大 規 模 なCO 2 排 出源 となりうる 大 規 模 プラント( 発 電 所 又 は 天 然 ガスから 水 素 を 生 産 する 現 在 のプラントに 類 似 したプラント)において 化 石 燃 料 及 び/ 又 はバイオマスから 作 り 出 すことができる。これらの 排 出 源 はCO 2回 収 に 適 している。このようなCCSの 適 用 により、 輸 送 及 び 分 散 したエネルギー 供 給 システムからの 分 散 したCO 2 排 出 を 減 らすことができるだろう。ただし、 現 在 のところ、そのような 開 発 に 関 連する 排 出 源 の 数 、 規 模 、 地 理 的 分 布 を 予 測 することは 困 難 である。3. CO 2 の 回 収このセクションではCCS 回 収 技 術 を 検 証 する。セクション2で 示 した 通 り、 発 電 所 及 びその 他 の 大規 模 な 工 業 プロセスは 回 収 の 第 一 候 補 であり、 本 セクションの 主 な 焦 点 となる。回 収 技 術 のオプション 及 び 適 用CO 2 回 収 の 目 的 は、 貯 留 サイトへすぐに 輸 送 できる 高 圧 ・ 高 濃 度 のCO 2 を 作 り 出 すことである。 原理 上 、 低 濃 度 CO 2 を 含 むガス 全 体 を 輸 送 して 地 中 へ 注 入 することは 可 能 であるが、エネルギーコスト 及 びその 他 の 関 連 コストのため、このアプローチは 非 実 用 的 であるのが 通 常 である。 従 って 輸 送及 び 貯 留 のため、ほぼ 純 粋 なCO 2 を 作 り 出 す 必 要 がある。 天 然 ガス 処 理 工 場 及 びアンモニア 製 造 設備 などの 大 規 模 な 工 業 プラントで、 今 日 既 にCO 2 分 離 が 適 用 されている。 現 在 、CO 2 は 通 常 、 他 の 産業 用 ガスを 純 粋 化 するため 除 去 される。 除 去 が 貯 留 目 的 に 利 用 されてきたのは、ごくわずかなケースであり、ほとんどの 場 合 CO 2 は 大 気 へ 放 出 される。 回 収 プロセスは、 石 炭 又 は 天 然 ガスの 燃 焼 で生 じる 燃 焼 排 気 から 商 業 的 に 有 益 な 量 のCO 2 を 入 手 するためにも 用 いられてきた。しかし 現 在 に 至るまで、 大 規 模 な( 例 :500MW) 発 電 所 でのCO 2 回 収 の 適 用 は 行 われていない。問 題 となる 工 程 又 は 発 電 所 の 適 用 に 応 じて、 一 次 化 石 燃 料 ( 石 炭 、 天 然 ガス 又 は 石 油 )、バイオマス、 又 はこれらの 燃 料 の 混 合 物 から 生 じるCO 2 を 回 収 するための3つの 主 要 アプローチが 存 在 する。燃 焼 後 回 収 システムは、 空 気 中 での 一 次 燃 料 燃 焼 により 生 じる 燃 焼 排 ガスからCO 2 を 分 離 する。このシステムは 通 常 、 主 成 分 を 窒 素 ( 空 気 に 由 来 する)とする 燃 焼 排 ガスに 含 まれる 少 量 のCO 2 ( 通- TS. 8 -

常 、3 - 15vol%)を 回 収 するのに、 液 体 溶 媒 を 使 用 する。 現 代 の 微 粉 炭 (PC) 発 電 所 又 は 天 然 ガス複 合 サイクル(NGCC) 発 電 所 の 場 合 であれば、 現 在 の 燃 焼 後 回 収 システムは 通 常 、モノエタノールアミン(MEA)などの 有 機 溶 媒 を 使 用 する。燃 焼 前 回 収 システムは、 一 次 燃 料 を 蒸 気 及 び 空 気 又 は 酸 素 と 共 に 反 応 炉 で 処 理 し、 主 として 一 酸化 炭 素 及 び 水 素 で 構 成 される 混 合 物 (「 合 成 ガス」)を 生 成 する。また 別 の 反 応 炉 (「シフト 型 反応 炉 」)で 一 酸 化 炭 素 を 蒸 気 と 反 応 させると、 今 度 は 水 素 がCO 2 と 共 に 生 成 される。 結 果 として 生じる 水 素 とCO 2 の 混 合 物 をCO 2 と 水 素 に 分 離 することができる。CO 2 を 貯 留 するとすれば、 残 りの 水素 は 発 電 及 び/ 又 は 発 熱 のため 燃 焼 させることのできる 無 炭 素 エネルギーキャリアとなる。 最 初 の 燃料 変 換 手 順 は 燃 焼 後 システムより 複 雑 でコストがかかるが、シフト 反 応 炉 で 生 成 される 高 濃 度 CO 2( 通 常 、 乾 燥 状 態 で15 - 60vol%) 及 びこれらの 適 用 でしばしば 見 られる 高 圧 条 件 は、CO 2 の 分 離 により 適 している。 燃 焼 前 回 収 システムはガス 化 複 合 発 電 (IGCC) 技 術 を 用 いる 発 電 所 で 利 用 されるだろう。酸 素 燃 焼 (オキシフューエル) 法 システムは、 一 次 燃 料 の 燃 焼 のため 空 気 の 代 わりに 酸 素 を 用 い、主 として 水 蒸 気 とCO 2 とで 構 成 される 燃 焼 排 ガスを 生 成 する。これによりCO 2 濃 度 の 高 い(80 vol %以 上 ) 燃 焼 排 気 が 生 じる。その 後 、ガスの 冷 却 と 圧 縮 により 水 蒸 気 を 除 去 する。 酸 素 燃 焼 には、 流れの 設 計 の 大 半 で 酸 素 純 度 95 - 99%を 想 定 できるよう、 上 流 で 空 気 から 酸 素 を 分 離 する 必 要 がある。CO 2 を 貯 留 層 に 送 る 前 に 燃 焼 排 ガスから 汚 染 物 質 や 非 凝 縮 気 体 ( 窒 素 など)を 除 去 するため、 燃 焼排 ガスをさらに 処 理 する 必 要 があるかもしれない。CO 2 をボイラーで 回 収 する 方 法 として、 酸 素 燃焼 法 システムは 実 証 段 階 ( 表 TS.1を 参 照 )にある。 酸 素 燃 焼 システムはガスタービンシステムでも研 究 されているが、そのような 適 用 の 概 念 設 計 はまだ 研 究 段 階 である。図 TS.3は、 回 収 の 主 なプロセスとシステムの 概 略 図 を 示 したものである。どれも、 大 量 のガス( 燃焼 排 ガス、 合 成 ガス、 空 気 又 は 未 処 理 の 天 然 ガスなど)からのCO 2 、H 2 又 はO 2 の 分 離 を 含 むステップを 必 要 とする。そういった 分 離 ステップは 物 理 溶 媒 又 は 化 学 溶 媒 、 膜 、 固 体 吸 着 剤 によって、 又は 深 冷 分 離 によって 達 成 できる。 具 体 的 な 回 収 技 術 の 選 択 は 主 として、 回 収 を 行 う 処 理 条 件 によって 決 定 される。 発 電 所 向 けの 現 在 の 燃 焼 後 及 び 燃 焼 前 システムであれば、 生 成 するCO 2 の85 - 95%を回 収 できるだろう。それより 高 い 回 収 効 率 も 実 現 可 能 である。ただしその 場 合 、 分 離 装 置 はかなり大 きくエネルギー 集 約 的 で 高 額 なものになる。 回 収 と 圧 縮 を 行 うと、それらを 行 わない 同 等 のプラントに 比 べて、システムの 種 類 にもよるが、おおよそ10 - 40% 多 くのエネルギーが 必 要 となる。 関連 するCO 2 排 出 の 結 果 、 回 収 されるCO 2 の 正 味 量 はおよそ80 - 90%である。 酸 素 燃 焼 法 システムは 原則 として、 生 成 するほぼ 全 量 のCO 2 を 回 収 することができる。しかし、 硫 黄 や 窒 素 酸 化 物 などの 汚染 物 質 を 除 去 するため 余 分 にガス 処 理 システムが 必 要 であることから、CO 2 の 回 収 レベルは90%をわずか 越 えるレベルにまで 引 き 下 げられる。- TS. 9 -

図 TS.3. CO 2 回 収 プロセス 及 びシステムの 概 要セクション1でも 述 べた 通 り、CO 2 回 収 は 一 部 の 産 業 用 途 ( 図 TS.4を 参 照 )で 既 に 使 用 されている。燃 焼 前 回 収 に 使 用 されるであろう 技 術 と 同 じものが、 水 素 の 大 規 模 製 造 ( 主 としてアンモニア 及 び肥 料 の 製 造 や、 石 油 精 製 作 業 のために 利 用 される)に 用 いられている。( 通 常 、 大 量 のCO 2 を 含 んでいる) 未 処 理 の 天 然 ガスからのCO 2 分 離 も、 燃 焼 後 回 収 と 類 似 した 技 術 を 用 いて 大 規 模 に 実 施 されている。 大 規 模 な 酸 素 分 離 のため 商 用 システムも 利 用 可 能 であるが、CO 2 回 収 のためのオキシフューエル 燃 焼 は 現 在 実 証 段 階 にある。また、あらゆる 種 類 の 回 収 システムについて、システム 統 合のレベルを 高 め、 効 率 を 向 上 させコストを 下 げるための 研 究 が 行 われている。図 TS.4. (a)マレーシアの 燃 焼 後 CO 2 回 収 プラント。このプラントでは 化 学 吸 収 法 を 採 用 し 年 間 20 万 トンの CO 2 をガス 火 力 発 電 所 排 ガスから 分 離 し、 尿 素 製 造 に 供 している。( 三 菱 重 工 業 提 供 )(b) 米 国 ノースダコタ 州 の 石 炭 ガス 化 プラントにおける 燃 焼 前 CO 2 回 収 。このプラントでは 物 理 溶 媒 プロセスを 採 用 し年 間 330 万 トンの CO 2 をガスから 分 離 し、 天 然 ガスの 合 成 に 供 している。 回 収 した CO 2 の 一 部 はカナダの EOR プロジェクトに 使 用 されている。- TS. 10 -

CO 2 の 回 収 :リスク、エネルギー 及 び 環 境CO 2 回 収 システムの 監 視 、リスク 及 び 法 的 意 味 は、いずれも 産 業 界 における 通 常 の 健 康 ・ 安 全 ・環 境 管 理 慣 行 に 含 まれる 要 素 であり、 根 本 的 に 新 しい 問 題 を 提 示 するようには 思 われない。しかしCO 2 回 収 システムはその 運 営 に 相 当 量 のエネルギーを 要 する。これにより 送 電 端 プラント 効 率 が 低下 し、 発 電 所 は1キロワット 時 の 電 力 を 生 産 するためにより 多 くの 燃 料 を 必 要 とする。 文 献 を 検 証 したところ、 現 時 点 で 最 高 の 技 術 を 用 いて90%のCO 2 を 回 収 する 発 電 所 でのkWhあたりの 燃 料 消 費 量 は、CCSを 行 わない 発 電 所 に 比 べて、 新 しい 超 臨 界 PCプラントでは24 - 40%、NGCCプラントでは11 -22%、 石 炭 をベースにしたIGCCシステムでは14 - 25% 増 加 する。 燃 料 消 費 が 大 きくなることにより、発 電 1kWhあたりの 他 の 大 半 の 環 境 排 出 量 は 回 収 を 行 わない 最 新 型 の 新 規 発 電 所 に 比 べて 大 きくなり、 石 炭 の 場 合 、 比 例 的 に 多 量 の 固 形 廃 棄 物 が 生 じるという 結 果 につながる。さらに、PCプラントが 窒 素 酸 化 物 及 び 二 酸 化 硫 黄 の 排 出 制 御 のため 用 いる、アンモニアや 石 灰 岩 などの 化 学 物 質 の 消 費も 増 加 する。CCSのエネルギー 必 要 量 をさらに 小 さくする 先 進 のプラント 設 計 により、コストだけでなく 全 体 的 な 環 境 への 影 響 も 減 少 するだろう。 昔 からある 多 くの 既 存 のプラントと 比 較 して、より 効 率 的 な 新 設 又 は 再 建 されたCCS 付 きプラントは、 実 際 のところ、プラントレベルでの 環 境 排 出量 を 減 少 させる 可 能 性 がある。CO 2 回 収 の 費 用大 規 模 な 発 電 所 におけるCO 2 回 収 費 用 の 概 算 は、 今 日 商 用 利 用 されている 技 術 のエンジニアリング 設 計 研 究 (ただし 文 献 で 想 定 されているのと 異 なる 用 途 及 び/ 又 は 想 定 より 小 規 模 であることが 多い)や、 現 在 研 究 開 発 (R&D) 段 階 にある 概 念 の 設 計 研 究 に 基 づいたものである。 表 TS.3は 現 在 の技 術 に 基 づく 新 しい 超 臨 界 PCプラント、NGCCプラント 及 びIGCCプラントの 結 果 を、CO 2 回 収 を 行うものと 行 わないものに 分 けてまとめている。 回 収 のためのエネルギー 必 要 量 を 考 慮 すると、3つの設 計 すべての 回 収 システムで、kWhあたりのCO 2 排 出 量 が 約 80 - 90% 減 少 している。 表 TS.3のPCプラント 及 びIGCCプラントについてのデータはすべて 瀝 青 炭 に 限 ったものである。 回 収 コストにはCO 2の 圧 縮 コスト( 通 常 、 約 11 - 14MPaまで 圧 縮 )を 含 むが、CO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 のための 追 加 コストは含 まない(セクション4-7を 参 照 )。- TS. 11 -

表 TS.3. 現 在 の 技 術 に 基 づく、 新 しい 発 電 所 のCO 2 回 収 コストの 要 約 。これらのコストにはCO 2 の 輸 送 及び 貯 留 のコスト( 又 はクレジット)は 含 まれないので、この 表 は 回 収 を 行 う 様 々なシステムのプラント費 用 合 計 を 概 算 又 は 比 較 するのに 使 用 してはならない。CCSプラントの 全 コストはセクション8で 報 告 する。略 語 : 代 表 値 とは、 様 々な 研 究 による 数 値 の 平 均 に 基 づく。COE= 発 電 コスト。LHV= 低 位 発 熱 量 。 回 収 プラントのエネルギー 要 求 の 計 算 についてはセクション3.6.1を 参 照 のこと。注 : 範 囲 及 び 代 表 値 は 特 別 報 告 書 の 表 3.7、3.9 及 び3.10のデータに 基 づく。PC 及 びIGCCの 全 データは1.0-1.5US$/GJ(LHV)のコストで、 軟 炭 に 限 ってのものである。PCプラントはすべて 超 臨 界 ユニットである。NGCCのデータは2.8-4.4US$/GJ(LHVベース)の 天 然 ガスの 価 格 に 基 づいている。コストは2002 年 の 恒 常 ドルで 表 示 される。 発 電 所の 規 模 は、 回 収 を 行 わないものは 約 400-800MW、 回 収 を 行 うものは300-700MWである。 利 用 率 は 石 炭 プラントで65-85%、ガスプラントで50-95%である( 各 プラントの 平 均 =80%)。 固 定 費 率 は11-16%である。すべてのコストはCO 2 の 圧 縮 を 含 むが、CO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 により 余 分 に 発 生 するコストは 含 まない。3 種 類 のシステムそれぞれのコストの 範 囲 は、 使 用 する 技 術 面 、 経 済 面 、 運 用 面 の 前 提 が 各 研 究 で異 なっていることを 反 映 している。 報 告 されるコスト 差 の 中 には、CO 2 回 収 システムの 設 計 の 相 違に 帰 すことのできるものもあるが、ばらつきの 主 要 な 原 因 は、 回 収 技 術 を 適 用 する 基 準 プラントにおける 設 計 、 運 用 、 資 金 調 達 の 前 提 (プラントの 規 模 、 場 所 、 効 率 、 燃 料 の 種 類 、 稼 働 率 、 資 本 コストなどの 要 因 )の 違 いである。すべての 状 況 や 世 界 のすべての 地 域 に 一 律 に 適 用 できる 前 提 は 存在 しないので、コストの 範 囲 が 生 じることになる。表 TS.3に 挙 げた 研 究 の 場 合 、CO 2 回 収 は 発 電 コスト 5 をNGCCプラントについては35 - 70%(0.01 -0.02US$/kWh)、 超 臨 界 PCプラントについては40 - 85%(0.02 - 0.03US$/kWh)、そしてIGCCプラントについては20 - 55%(0.01 - 0.02US$/kWh) 増 加 させる。 全 体 として、 回 収 を 行 う 化 石 燃 料 プラントにおける 発 電 コスト(CO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 コストを 除 く)は、 回 収 を 行 わない 同 種 のプラントが0.03 - 0.06US$/kWhであるのに 対 し、0.04 - 0.09US$/kWhとなる。 現 在 までに 行 われた 研 究 によると、利 用 率 の 高 い(75% 以 上 ) 大 規 模 なベースロード 発 電 所 の 場 合 、プラント 寿 命 の 間 に 天 然 ガスの 価格 が2.6 - 4.4US$/GJの 範 囲 内 で 推 移 したとすると、NGCCシステムは 通 常 新 しいPCプラントやIGCC5発 電 コストを、 消 費 者 に 対 する 電 力 価 格 と 混 同 してはならない。- TS. 12 -

プラントより( 回 収 の 有 無 を 問 わず) 発 電 コストが 小 さいということが 判 明 している。ただしガスの 価 格 がそれより 高 く、かつ/ 又 は 稼 働 率 がそれより 低 い 場 合 、NGCCプラントは 回 収 の 有 無 を 問 わず、 石 炭 をベースにしたプラントよりしばしば 発 電 コストが 高 くなる。 最 近 の 研 究 でも、IGCCプラントは 平 均 して 同 規 模 のPCプラントより、 回 収 を 行 わないと 費 用 がわずかに 高 くなり、 回 収 を 行 うと 費 用 がわずかに 低 くなることが 判 明 している。ただしPCプラントとIGCCプラントとのコスト 差は、CO 2 回 収 の 有 無 にかかわらず、 石 炭 の 種 類 や、 例 えば 各 種 プラントの 資 本 コストなどその 他 のローカルな 要 因 によって 大 きく 変 化 しうる。CCSを 行 う 本 格 的 なNGCCシステム、PCシステム 及 びIGCCシステムはまだ 確 立 されていないので、 現 時 点 でこれらのシステムの 絶 対 コスト 又 は 相 対 コストを、 高 い 信 頼 性 をもって 述 べることはできない。既 存 の 発 電 所 を、CO 2 回 収 を 行 うよう 改 修 するためのコストについては、 大 規 模 に 研 究 されたことはない。 限 られた 数 の 報 告 では、アミン 除 去 装 置 を 既 存 のプラントに 増 設 すると 表 TS.3に 示 す 数値 より 大 きな 効 率 損 失 とコストが 生 じることが 示 されている。また 限 られた 数 の 研 究 では、より 費用 効 率 の 良 いオプションは、プラントの 効 率 と 出 力 を 高 めるためにボイラー 及 びタービンを 改 造 し、回 収 システムの 追 設 と 組 み 合 わせることであることを 示 している。 一 部 の 既 存 プラントについて、CO 2 回 収 技 術 を 含 むIGCCシステムでリパワリングすることにより、 類 似 の 利 益 を 実 現 しうることが研 究 で 示 されている。これらすべてのオプションの 実 現 可 能 性 とコストは、プラントの 規 模 ・ 古 さ・効 率 や 追 加 スペースの 利 用 可 能 性 など、サイトに 固 有 の 要 因 によって 大 きく 左 右 される。表 TS.4は 水 素 の 生 成 時 のCO 2 回 収 コストを 示 したものである。ここでは、CO 2 回 収 コストは 主 にCO 2 の 乾 燥 及 び 圧 縮 のコストによる。これは、 水 素 の 製 造 過 程 の 一 部 としてCO 2 の 分 離 が 既 に 行 われているからである。CO 2 回 収 コストは、 水 素 製 造 費 を 約 5 - 30% 増 加 させる。表 TS.4. 現 在 の 技 術 に 基 づく、 新 しい 水 素 プラントのCO 2 回 収 コストの 要 約注 : 範 囲 及 び 代 表 値 は 特 別 報 告 書 の 表 3.11のデータに 基 づく。この 表 の 全 コストは 回 収 のみでありCO 2 の 輸 送 及 び 貯留 のコストは 含 まない。コストは2002 年 の 恒 常 ドルで 表 示 される。 水 素 プラントの 原 料 は 天 然 ガス(4.7-5.3US$/GJ)又 は 石 炭 (0.9-1.3US$/GJ)である。データセットに 含 まれるプラントの 中 には 水 素 だけでなく 電 力 を 生 産 しているものもある。 固 定 費 率 は13-20%である。すべてのコストはCO 2 の 圧 縮 を 含 むが、CO 2 の 輸 送 及 び 貯 留 により 余 分 に 発 生するコストは 含 まない( 完 全 なCCSコストについてはセクション8を 参 照 のこと)。- TS. 13 -

バイオマス 燃 料 又 はバイオマス 原 料 を 単 独 で、 又 は 化 石 燃 料 と 組 み 合 わせて 利 用 するシステムにもCCSは 適 用 できる。 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 を 組 み 合 わせたそのようなシステムのコストを 検 討 した 研究 は 限 られたものしか 存 在 しない。24MW e のバイオマスIGCCプラントにおける0.19MtCO 2 / 年 の 回 収では 約 80US$/ 正 味 回 収 tCO 2 (300US$/tC)と 推 定 され、それは 約 0.08US$/kWhの 発 電 コストの 増 加 に対 応 する。 化 石 燃 料 を 使 用 する 他 の 工 業 プロセスにおけるCO 2 回 収 については、 比 較 的 わずかな 研究 しか 存 在 せず、それらも 回 収 又 は 削 減 されたCO 2 トンあたりのコストとして 報 告 される 回 収 コストに 限 られるのが 通 常 である。 概 して、 異 なる 工 程 で 生 成 したCO 2 は 圧 力 も 濃 度 も 大 きく 異 なる(セクション2を 参 照 )。その 結 果 、 異 なる 工 程 (セメント 工 場 、 鉄 鋼 工 場 、 石 油 精 製 所 )の 回 収 コストは 約 25 - 115US$/ 正 味 回 収 tCO 2 と 大 きくばらつく。コストが2 - 56US$/ 正 味 回 収 tCO 2 となっている 表TS.4の 水 素 工 場 を 見 てもわかる 通 り、 回 収 の 単 位 コストは、 比 較 的 純 度 の 高 いCO 2 が 生 成 される 工程 ( 例 : 天 然 ガス 処 理 、 水 素 生 産 、アンモニア 生 産 )では 一 般 的 に 低 い。CO 2 の 新 しい 回 収 法 や 改 良 された 回 収 法 は、 高 度 な 電 力 システムや 工 業 プロセス 設 計 とあいまって、CO 2 の 回 収 コストとエネルギー 必 要 量 を 減 らすことができるだろう。「その 種 のものとして 最初 に 導 入 される」 商 用 プラントのコストは 当 初 のコスト 見 積 もりを 上 回 ることが 多 いが、 経 験 による 学 習 やその 他 の 要 因 の 結 果 として、その 後 のプラントのコストは 通 常 低 下 する。 将 来 のコスト 低減 の 規 模 とタイミングはかなり 不 確 実 であるが、 研 究 開 発 の 努 力 を 継 続 するなら、 商 用 技 術 の 改 善により 現 在 のCO 2 回 収 コストを 今 後 およそ10 年 で 少 なくとも20 - 30% 削 減 でき、 開 発 中 の 新 規 技 術 によりさらに 大 きなコスト 削 減 も 実 現 できるだろう。 将 来 のコスト 削 減 は、 研 究 開 発 の 維 持 だけでなく、 市 場 での 商 用 技 術 の 利 用 と 導 入 にかかっている。4. CO 2 の 輸 送プラントが 地 中 貯 留 サイトのすぐ 上 に 位 置 する 場 合 を 除 き、 回 収 されたCO 2 を 回 収 地 点 から 貯 留サイトまで 輸 送 しなければならない。このセクションでは 主 なCO 2 輸 送 の 方 法 を 検 討 し、 健 康 面 、安 全 面 、 環 境 面 及 びコストの 評 価 を 行 う。CO 2 輸 送 法今 日 のパイプラインは 成 熟 市 場 技 術 として 機 能 しており、CO 2 を 輸 送 するための 最 も 一 般 的 な 方法 である。 気 体 CO 2 は 通 常 、 二 相 流 の 型 を 避 けて 密 度 を 高 め、それにより 輸 送 が 容 易 に 低 コストで行 えるようにするため、8MPa 以 上 の 圧 力 にまで 圧 縮 してある。CO 2 はまた 液 体 の 状 態 で、 周 辺 よりはるかに 低 温 かつ 低 圧 の 断 熱 タンクに 入 って、タンカー 船 や 車 両 又 は 鉄 道 で 輸 送 することができる。最 初 の 長 距 離 CO 2 パイプラインは1970 年 代 初 期 に 運 用 を 開 始 した。 米 国 では2,500km 以 上 のパイプラインが 自 然 又 は 人 為 起 源 の 排 出 源 から 年 間 40MtCO 2 以 上 をTexasのサイトへ 輸 送 しており、そこでCO 2 をEORに 使 用 している。これらのパイプラインは「 高 密 度 相 」モード(はっきりした 相 変 化 のないまま 気 体 から 液 体 へ 連 続 的 に 進 行 していく 状 態 )で、 周 辺 温 度 と 高 圧 のもとで 運 用 される。これらのパイプラインの 大 半 で、 流 れを 生 み 出 しているのは 上 流 の 端 にあるコンプレッサである。た- TS. 14 -

だし 中 間 (ブースター)コンプレッサ 地 点 を 備 えているパイプラインもある。状 況 や 場 所 によっては、 船 によるCO 2 輸 送 の 方 が 経 済 的 に 魅 力 的 である 場 合 もあり、 特 にCO 2 を 長距 離 、 又 は 海 外 へ 移 動 させなければならない 場 合 はなおさらである。 液 化 石 油 ガス(LPG、 主 にプロパンやブタン)は 海 洋 タンカーにより、 大 規 模 な 商 業 ベースで 輸 送 されている。CO 2 はほぼ 同 じ方 法 で( 通 常 0.7MPaの 圧 力 で) 船 で 輸 送 できるが、 需 要 が 限 られているため、 現 在 のところ 小 規 模で 行 われている。 液 化 CO 2 の 特 性 はLPGの 特 性 と 類 似 しており、そのようなシステムへの 需 要 が 現実 化 すれば、LPG 技 術 を 大 規 模 なCO 2 運 搬 へ 拡 大 することができるだろう。車 両 又 は 鉄 道 も 技 術 的 に 可 能 なオプションである。これらのシステムは 温 度 -20℃、 圧 力 2MPaでCO 2 を 輸 送 する。しかし、 非 常 に 小 規 模 である 場 合 を 除 き、これらのシステムはパイプラインや船 に 比 べて 非 経 済 的 であり、 大 規 模 なCCSとは 関 連 しそうにない。環 境 面 、 安 全 面 、リスク 面パイプラインで 受 け 入 れられる 天 然 ガスの 基 準 があるのと 同 様 、CO 2 パイプラインのインフラが発 展 するにつれて、「パイプライン 品 質 」のCO 2 について 最 低 限 の 基 準 ができてこなければならない。 主 にEOR 適 用 という 関 係 で 開 発 された 現 在 の 基 準 は、CCSのため 必 要 となるであろう 基 準 と 必ずしも 同 一 ではない。 窒 素 の 含 有 量 が 低 いことはEORにとって 重 要 だが、CCSにとってはそれほど重 要 ではない。ただし、 人 口 の 多 い 地 域 を 通 過 するCO 2 パイプラインは、 低 めのH 2 S 最 大 含 有 量 を 指定 される 必 要 があるかもしれない。 人 口 の 多 い 地 域 でCO 2 のパイプライン 輸 送 を 行 うには、 詳 細 なルート 選 択 、 過 剰 圧 力 保 護 、 漏 れ 検 出 及 びその 他 の 設 計 要 因 を 必 要 とする。しかしCCSのためパイプライン 設 計 を 行 うことへの 大 きな 障 害 は 予 見 されない。パイプラインからの 漏 出 損 失 は 非 常 に 少 量 だが、 輸 送 中 にCO 2 が 大 気 へ 漏 れ 出 すことはあり 得 る。たとえCO 2 に 酸 素 、 硫 化 水 素 、 酸 化 硫 黄 又 は 窒 素 酸 化 物 などの 汚 染 物 質 が 含 まれていたとしても、乾 燥 した( 湿 気 のない)CO 2 はパイプラインに 慣 習 的 に 使 用 される 炭 素 マンガン 鋼 を 腐 食 させない。他 方 、 湿 気 を 多 く 含 むCO 2 は 非 常 に 腐 食 性 が 強 いので、この 場 合 CO 2 パイプラインは 耐 食 合 金 で 作 るか、 又 は 合 金 や 連 続 ポリマーコーティングで 内 部 を 覆 わなければならない。 材 料 費 は 炭 素 マンガン鋼 より 何 倍 も 高 額 だが、 耐 食 合 金 で 作 られたパイプラインもある。 船 の 場 合 、ボイルオフと 船 のエンジンからの 排 気 を 計 算 に 入 れると、 大 気 への 損 失 は1,000kmごとに3 - 4%である。ボイルオフは 回収 と 液 化 により 減 らすことができ、 再 回 収 を 行 えば 損 失 を1,000kmごとに1 - 2%にまで 減 らすことができるだろう。事 故 が 起 こる 可 能 性 もある。 既 存 のCO 2 パイプラインの 場 合 、その 大 半 が 人 口 密 度 の 低 い 地 域 を通 っているが、 報 告 される 事 故 は1 年 に1 回 未 満 であり(0.0003/km 年 )、 負 傷 者 も 死 者 も 出 ていない。これは 炭 化 水 素 パイプラインに 関 する 経 験 とも 一 致 しており、その 影 響 はおそらく 天 然 ガス 事 故 の影 響 以 上 に 深 刻 ということはないだろう。 海 上 輸 送 の 場 合 、 炭 化 水 素 ガスタンカーは 潜 在 的 に 危 険であるが、 危 険 の 認 識 から、 設 計 ・ 建 造 及 び 運 転 に 関 して 基 準 が 設 けられており、 深 刻 な 事 故 は 稀である。- TS. 15 -

CO 2 輸 送 のコストパイプラインとCO 2 の 海 上 輸 送 の 両 方 につきコストが 推 測 されてきた。どの 場 合 も、コストは 輸送 される 距 離 と 量 に 大 きく 左 右 される。パイプラインの 場 合 、パイプラインは 陸 上 か 海 上 か、 地 域がひどく 混 み 合 っているか 否 か、ルート 上 に 山 や 大 河 や 凍 土 があるか 否 かなどによりコストが 決 定される。これらの 要 因 はすべて、 単 位 あたりのコストを 倍 化 させることがあり、 人 口 の 多 い 地 域 を通 るパイプラインについてはコスト 増 加 はいっそう 大 きくなる。 長 いパイプラインにとって 必 要 な再 圧 縮 (ブースターポンプ 場 )のため 追 加 費 用 が 発 生 すれば、 輸 送 コストの 一 部 として 計 算 する。そのようなコストは 比 較 的 小 さく、ここで 示 す 見 積 額 には 含 まれない。図 TS.5は、 名 目 距 離 250kmのパイプライン 輸 送 コストを 示 す。これは 通 常 1 - 8US$/tCO 2 (4 -30US$/tC)である。この 数 字 も、パイプラインのコストがいかにCO 2 の 質 量 流 量 に 左 右 されるかを示 す。 鉄 鋼 のコストはパイプラインコストのかなりの 部 分 を 占 めているので、そのコストの 変 動(2003 年 から2005 年 にかけての 倍 化 など)は 全 体 的 なパイプライン 経 済 学 に 影 響 を 及 ぼし 得 る。図 TS.5. 250km あたりの 陸 上 及 び 海 底 パイプラインの CO 2 の 質 量 流 量 に 対 する 輸 送 コスト。 高 推 定 値 ( 破線 ) 及 び 低 推 定 値 ( 実 線 )を 示 す。船 舶 による 輸 送 では、タンカーの 容 量 と 荷 役 システムの 特 徴 が、 全 体 的 な 輸 送 コストを 決 定 する主 要 要 素 のひとつとなる。- TS. 16 -

CO 2 の 圧 縮 及 び 液 化 に 関 するコストについては、 前 に 示 した 回 収 コストで 説 明 している。 図 TS.6はパイプラインのコストと 海 上 輸 送 のコストを 比 較 し、 損 益 分 岐 点 となる 距 離 を 示 す。 海 上 輸 送 オプションが 利 用 できる 場 合 、 約 1,000kmを 越 える 距 離 で 年 間 数 百 万 トンCO 2 以 下 の 場 合 はパイプラインより 安 くなるのが 通 常 である。 海 洋 隔 離 では、 最 も 適 切 な 輸 送 システムは 注 入 法 ( 静 止 して 浮 いている 船 からか、 移 動 している 船 からか、 岸 からのパイプラインによるか)によって 異 なる。図 TS.6. 陸 上 及 び 海 底 パイプライン 及 び 船 舶 輸 送 の 距 離 に 対 する US$/tCO 2 で 示 す 輸 送 コスト。パイプラインのコストは 年 間 600 万 トンの 質 量 流 量 を 想 定 。 船 舶 コストには 中 間 貯 留 施 設 、 港 湾 費 、 燃 料 コスト 及 び 荷 役 活 動 を 含 む。コストにはまた、 圧 縮 と 比 較 した 液 化 追 加 コストも 含 む。5. 地 中 貯 留このセクションは、CO 2 の 地 中 貯 留 の 対 象 として 広 範 囲 な 検 討 が 実 施 されてきた3 種 類 の 地 層 を 検証 する。すなわち 油 層 やガス 貯 留 層 、 深 部 塩 水 層 、 採 掘 不 能 な 炭 層 の3 種 類 である( 図 TS.7)。いずれの 場 合 も、CO 2 の 地 中 貯 留 は、 高 密 度 相 のCO 2 を 地 下 の 岩 層 へ 注 入 することによって 達 成 される。天 然 ガスや 石 油 や 塩 水 などの 液 体 を 含 む 又 は( 枯 渇 した 油 層 及 びガス 貯 留 層 の 場 合 のように)かつて 含 んでいた 多 孔 性 の 岩 層 はCO 2 貯 留 の 潜 在 的 候 補 である。 適 切 な 貯 留 層 は 陸 上 ・ 海 上 両 方 の 堆 積盆 ( 地 殻 の 大 規 模 な 自 然 の 陥 没 であって、 堆 積 物 で 埋 まっているもの)に 生 じうる。 炭 層 も、 後 の石 炭 採 掘 がまず 考 えられず、 且 つ 透 過 率 が 十 分 な 場 合 、CO 2 の 貯 留 に 使 用 できるかもしれない( 図TS.7)。CO 2 を 炭 層 に 貯 留 しメタンの 生 産 を 増 加 させるという 選 択 肢 については、まだ 実 証 段 階 である( 表 TS.1を 参 照 )。- TS. 17 -

CO 2 の 地 中 貯 留 オプション1. 枯 渇 した 石 油 ・ガス 貯 留 層2. 石 油 増 進 回 収 における CO 2 利 用3. 深 部 塩 水 層 - (a) 海 域 (b) 陸 域4. 炭 層 メタン 増 進 回 収 における CO 2 利 用生 産 した 石 油 又 はガス注 入 CO 2貯 留 CO 2図 TS.7. CO 2 を 大 深 度 地 層 に 貯 留 する 方 法 。2 つの 方 法 は 炭 化 水 素 の 回 収 と 組 み 合 わされる:EOR(2) 及 びECBM(4)。これらの 方 法 の 説 明 については 本 文 を 参 照 ( 提 供 CO2CRC)。既 存 のCO 2 貯 留 プロジェクトCO 2 の 地 中 貯 留 は3つの 産 業 規 模 のプロジェクト(1MtCO 2 / 年 以 上 の 規 模 のプロジェクト)、すなわち 北 海 でのSleipnerプロジェクト、カナダのWeyburnプロジェクト 及 びアルジェリアのIn Salahプロジェクトにおいて 進 行 中 である。 本 来 なら 大 気 中 に 放 出 されていたはずの 約 3 - 4MtCO 2 が 毎 年 回 収されて 地 層 に 貯 留 される。それ 以 外 のプロジェクトを 表 TS.5に 挙 げる。- TS. 18 -

表 TS.5. 小 規 模 なパイロット 試 験 から 大 規 模 な 商 業 用 途 まで、CO 2 貯 留 が 実 施 されたか、 現 在 実 施 されているかもしくは 計 画 中 であるサイト。現 在 実 施 されているCCSプロジェクトに 加 えて、 毎 年 30MtCO 2 がEORのため、 主 として 米 国 のTexasで 注 入 されている。Texasは1970 年 代 初 期 にEORが 開 始 された 場 所 である。このCO 2 の 大 部 分 は米 国 の 西 部 で 発 見 された 天 然 のCO 2 貯 留 層 から 得 られたもので、 一 部 には 天 然 ガス 処 理 などの 人 為起 源 の 排 出 源 によるものも 含 まれる。EORのため 注 入 されるCO 2 の 大 部 分 は 石 油 と 共 に 生 産 され、石 油 と 分 離 してから 再 注 入 される。 石 油 回 収 の 終 了 後 、CO 2 を 大 気 へ 放 出 する 代 わりに、 気 候 変 動緩 和 の 目 的 で 地 中 に 保 持 することができる。これはWeyburnプロジェクトで 計 画 されている。貯 留 の 技 術 とメカニズム深 い 地 層 へのCO 2 の 注 入 には、 石 油 ・ガスの 探 査 及 び 生 産 産 業 のために 開 発 された 技 術 と 同 様 の技 術 が 多 く 用 いられる。 既 存 の 用 途 から 得 られる 井 戸 採 掘 技 術 、 注 入 技 術 、 貯 留 層 の 力 学 のコンピュータシミュレーション、 監 視 方 法 などが、 地 中 貯 留 の 設 計 及 び 運 転 のためさらに 開 発 されている。一 般 に 実 施 されているその 他 の 地 下 注 入 も、 関 連 する 運 転 上 の 経 験 を 提 供 する。 特 に 天 然 ガスの 貯留 、 排 水 の 深 部 注 入 、 酸 性 ガス(CO 2 及 びH 2 Sの 混 合 物 )の 処 分 などは、1990 年 以 降 カナダと 米 国 で百 万 トン 規 模 で 実 施 されてきた。炭 化 水 素 貯 留 層 又 は 深 部 塩 水 層 でのCO 2 貯 留 は 通 常 、 深 さ800mより 下 で 実 施 されると 考 えられる。その 深 さにおいては、 周 辺 圧 力 と 温 度 により、CO 2 は 液 体 又 は 超 臨 界 状 態 となるからである。これらの 条 件 下 では、CO 2 の 密 度 は 水 の 密 度 の50 - 80%になるだろう。これは 一 部 の 原 油 の 密 度 に 近 く、結 果 としてCO 2 を 押 し 上 げようとする 浮 力 が 生 じる。 従 って、CO 2 を 地 下 に 捕 らわれたままにしておくためには、 選 択 した 貯 留 層 の 上 に 密 閉 度 の 高 いキャップロックが 存 在 することが 重 要 である。 地中 に 注 入 される 際 、CO 2 は 既 に 存 在 する 液 体 (「 原 位 置 液 体 」)と 部 分 的 に 入 れ 替 わることによって 孔 のスペースを 圧 縮 し、ふさぐ。 油 層 やガス 貯 留 層 では、 原 位 置 液 体 が 注 入 CO 2 により 置 換 され、ほとんどの 孔 の 体 積 がCO 2 貯 留 に 利 用 できるようになる。 塩 水 層 では、 貯 留 可 能 量 はそれより 低 く、岩 石 の 総 体 積 のわずか 数 パーセントから30% 以 上 までと 推 測 されている。- TS. 19 -

一 度 貯 留 層 に 注 入 されると、 地 下 に 保 持 される 割 合 は 物 理 的 ・ 地 質 化 学 的 なトラップメカニズムの 組 み 合 わせによって 決 まる。CO 2 の 上 方 移 動 を 遮 る 物 理 的 トラップは、 貯 留 層 の 上 にある 頁 岩 と粘 土 の 層 によりもたらされる。この 不 透 水 層 は「 帽 岩 (キャップロック)」として 知 られる。また別 の 物 理 的 トラップは、 地 層 の 細 孔 スペースにCO 2 を 保 持 する 毛 管 力 によりもたらされる。しかし多 くの 場 合 、 地 層 の 一 方 又 はそれ 以 上 が 開 いたままになっており、 帽 岩 の 下 でのCO 2 の 横 方 向 への移 動 を 可 能 にする。そのような 場 合 、 注 入 されたCO 2 を 長 期 間 捕 捉 しておくための 追 加 メカニズムが 重 要 である。地 質 化 学 的 トラップとして 知 られるメカニズムは、CO 2 が 原 位 置 液 体 や 母 岩 と 反 応 する 際 に 起 こる。 第 一 に、CO 2 は 現 場 の 水 に 溶 ける。( 何 百 年 から 何 千 年 という 時 間 尺 度 で)これが 起 こると、CO 2 を 含 む 水 は 重 くなり、そのため( 地 表 へ 向 けて 浮 上 するのではなく) 地 層 の 中 へ 沈 んでいく。次 に、 溶 解 したCO 2 と 岩 の 鉱 物 とが 化 学 反 応 を 起 こしてイオン 種 を 生 成 し、 注 入 されたCO 2 の 一 部 が数 百 万 年 かけて 個 体 の 炭 酸 塩 鉱 物 へ 変 換 される。さらに 別 の 種 類 のトラップとして、CO 2 が 優 先 的 に 石 炭 又 は 有 機 物 の 多 い 頁 岩 に 吸 着 され、メタンなどのガスと 置 き 換 わる 現 象 が 起 こる。こういった 場 合 、 圧 力 と 温 度 が 安 定 している 限 りCO 2 は捕 捉 されている。これらのプロセスは 通 常 、 炭 化 水 素 の 貯 留 層 や 塩 水 層 でのCO 2 貯 留 より 浅 いところで 起 こる。貯 留 サイトの 地 理 的 分 布 と 容 量前 にセクション2( 図 TS.2b)で 示 した 通 り、CO 2 貯 留 に 適 している 可 能 性 のある 堆 積 盆 のある 地域 は、 陸 上 ・ 海 上 を 問 わず 世 界 中 に 存 在 している。 本 報 告 書 は 石 油 層 及 びガス 貯 留 層 、 深 部 塩 水 層 、採 掘 不 能 な 石 炭 層 の3つに 焦 点 を 絞 る。 可 能 性 のあるその 他 の 地 層 や 地 質 学 的 構 造 ( 玄 武 岩 、 油 頁 岩又 はガス 頁 岩 、 岩 塩 空 洞 、 及 び 廃 鉱 )はニッチな 機 会 を 提 示 するか、 又 は 現 時 点 でその 可 能 性 を 評価 できるほどには 十 分 に 研 究 されていない。様 々な 地 中 貯 留 オプションの 技 術 的 ポテンシャル 6 の 推 定 を 表 TS.6にまとめた。 推 定 値 及 び 信 頼 性レベルは 文 献 の 評 価 に 基 づき、 文 献 には 地 域 からのボトムアップと 世 界 全 体 からのトップダウンの両 方 の 推 定 がある。 容 量 の 推 定 を 評 価 するための 確 率 論 的 アプローチを 行 った 文 献 は 存 在 しないが、不 確 実 性 のレベルを 確 実 に 定 量 化 するにはこれが 必 要 となるだろう。 全 体 的 な 推 定 、 特 に 潜 在 容 量の 上 限 の 推 定 などは、 文 献 に 見 られる 方 法 論 が 矛 盾 していることや、 世 界 の 大 部 分 で 塩 水 層 に 関 する 我 々の 知 識 が 極 めて 限 られていることなどを 反 映 し、ばらつきが 大 きく 非 常 に 不 確 実 性 を 含 むものである。 石 油 及 びガス 貯 留 層 の 場 合 は、CO 2 体 積 によって 炭 化 水 素 の 体 積 を 置 き 換 えることで、より 良 い 推 測 が 得 られる。EORを 例 外 として、 炭 化 水 素 が 枯 渇 するまでこれらの 貯 留 層 はCO 2 貯 留に 利 用 できないこと、 及 び、 貯 留 層 での 炭 化 水 素 の 生 成 による 圧 力 の 変 化 と 地 質 工 学 的 影 響 のため実 際 の 貯 留 容 量 は 少 なくなるかもしれないことに、 注 意 する 必 要 がある。6技 術 的 ポテンシャルとは、すでに 実 施 できる、あるいは 実 証 済 みの 技 術 により 削 減 できる 温 室 効 果 ガスの 量 である。- TS. 20 -

表 TS.6. いくつかの 地 中 貯 留 オプションの 貯 留 容 量 。 貯 留 容 量 には、 経 済 的 ではない 貯 留 オプションも含 まれる。a「 未 発 見 の」 油 田 及 びガス 田 をこの 評 価 に 含 めるとすれば、これらの 数 値 は25% 増 加 する。しかし、 貯 留 ポテンシャルを 検 討 するもうひとつの 方 法 は、 別 の 温 室 効 果 ガス 安 定 化 シナリオ 及び 他 の 緩 和 オプションの 使 用 に 関 する 異 なる 仮 説 に 基 づいた 場 合 に、CCSを 用 いて 削 減 しなければならないCO 2 の 量 に 照 らして、そのポテンシャルが 適 切 かどうか 問 うことである。セクション8で 後述 する 通 り、 来 世 紀 のCCSの 経 済 ポテンシャル 7 の 推 定 範 囲 はおよそ200 - 2,000GtCO 2 である。 表 TS.6における 下 限 は、 世 界 的 に 見 て200GtCO 2 の 地 中 貯 留 容 量 が 存 在 することは 事 実 上 確 実 8 であり、さらに 少 なくとも 約 2,000GtCO 2 の 地 中 貯 留 容 量 が 存 在 する 可 能 性 が 高 い 9 ということを 示 唆 している。サイトの 選 定 基 準 と 選 定 法地 中 貯 留 を 成 功 させるためには、サイトの 特 性 評 価 と 選 定 、 性 能 予 測 が 重 要 である。サイトの 選定 前 に、 地 質 学 的 な 背 景 の 特 性 を 明 らかにして、 上 にある 帽 岩 が 効 果 的 な 密 閉 を 果 たしうるか、 貯留 層 が 十 分 な 量 と 透 水 性 を 備 えているか、 廃 坑 や 使 用 可 能 な 井 戸 により 密 閉 の 完 全 性 が 損 なわれていないかを 判 断 しなければならない。石 油 ・ガス 貯 留 層 、 天 然 ガス 貯 留 サイト、 排 水 処 理 サイトなどの 探 索 のため 開 発 された 技 術 が、CO 2 の 地 中 貯 留 サイトの 特 性 を 明 らかにするのに 適 している。 例 としては 地 震 探 査 イメージング、貯 留 層 及 び 密 閉 度 を 評 価 するための 揚 水 試 験 及 びセメントの 完 全 性 の 記 録 などが 挙 げられる。サイトの 特 性 評 価 と 選 定 を 支 援 するために、 地 下 のCO 2 の 動 きをモデル 化 したコンピュータプログラムが 使 用 される。これらのプログラムはもともと、 石 油 及 びガス 貯 留 層 のエンジニアリングや 地 下 水資 源 の 調 査 といった 用 途 のため 開 発 された。CO 2 貯 留 の 短 期 間 及 び 長 期 間 の 性 能 を 予 測 するため 必要 な 物 理 的 、 化 学 的 、 地 質 化 学 的 プロセスの 多 くがここに 含 まれるが、CO 2 貯 留 に 適 用 する 場 合 、長 期 的 性 能 の 予 測 の 有 効 性 に 対 する 信 頼 を 確 立 するにはさらに 多 くの 経 験 が 必 要 である。 加 えて、サイト 特 性 に 関 する 良 好 なデータを 得 ることが、モデルの 信 頼 性 にとって 不 可 欠 である。リスクの 評 価 と 環 境 への 影 響地 中 貯 留 層 からのCO 2 の 漏 出 によるリスクは、 世 界 規 模 のリスクとローカルなリスクという2つのカテゴリーに 大 きく 分 類 できる。 世 界 規 模 のリスクは、 貯 留 層 から 大 気 へその 一 部 が 漏 出 した 場 合7経 済 ポテンシャルとは、 現 状 ( 削 減 の 価 格 及 びその 他 のオプションのコストなど)を 前 提 として、 費 用 効 率 良 く 実施 できるであろう 特 定 のオプションから 得 られる 温 室 効 果 ガスの 削 減 量 である。8 「 事 実 上 確 実 」は 99% 以 上 の 確 率 である。9 「 可 能 性 が 高 い(likely)」は 66-90%の 確 率 である。- TS. 21 -

に 気 候 変 動 を 大 きく 促 進 する 可 能 性 に 関 連 するものである。その 上 、CO 2 が 貯 留 層 から 漏 れれば、人 間 や 生 態 系 、 地 下 水 にとっての 地 域 的 な 危 険 も 存 在 しうる。これらがローカルなリスクである。世 界 規 模 のリスクに 関 しては、 現 在 のCO 2 貯 留 サイト、 自 然 体 系 、エンジニアリングシステム 及びモデルの 観 察 と 分 析 に 基 づくと、 適 切 に 選 定 ・ 管 理 される 貯 留 層 にCO 2 が 保 持 される 割 合 は100 年後 も99%を 越 える 可 能 性 が 極 めて 高 く 10 、また1000 年 後 も99%を 越 える 可 能 性 が 高 い。それより 長 い期 間 についても、 同 様 の 割 合 が 保 持 されることが 確 からしい。これは 他 のメカニズムが 更 なる 捕 捉効 果 をもたらすので、 時 の 経 過 と 共 に 漏 出 のリスクは 減 ると 考 えられるからである。これらの 保 持の 割 合 が、 気 候 変 動 の 緩 和 にとって 価 値 あるレベルの 非 永 続 的 貯 留 であると 言 えるかという 問 題 についてはセクション8で 論 じる。ローカルなリスクに 関 しては、 起 こるかもしれない 漏 出 についての2 種 類 のシナリオがある。 第 1のケースでは、 注 入 井 が 破 損 するか、 廃 棄 された 井 戸 からの 漏 出 により、 突 然 CO 2 の 急 速 な 放 出 が起 こる。この 種 の 放 出 はすぐに 検 知 されるので、 井 戸 の 暴 噴 を 抑 え 込 むために 今 日 利 用 できるテクニックを 用 いて 止 めることができるだろう。この 種 の 放 出 に 伴 う 危 険 は 主 として、 放 出 時 にその 近くにいた 労 働 者 や、 暴 噴 を 抑 え 込 むために 呼 び 出 された 労 働 者 に 及 ぶ。7 - 10%を 越 えるCO 2 濃 度 は人 間 の 生 命 及 び 健 康 に 差 し 迫 った 危 険 を 引 き 起 こす。この 種 の 放 出 を 抑 え 込 むのに 数 時 間 から 数 日かかるが、 放 出 されるCO 2 の 全 体 量 は 注 入 された 合 計 量 と 比 較 すると 非 常 に 少 なくて 済 むだろう。これらの 種 類 の 危 険 は、 石 油 及 びガス 産 業 では、 工 学 的 及 び 管 理 上 の 制 御 により 日 常 的 に 効 果 的 な管 理 が 可 能 である。第 2のシナリオでは、 検 知 されていない 欠 陥 や 裂 け 目 、 漏 れている 井 戸 などを 介 して 漏 出 が 起 こり、地 表 への 放 出 はより 緩 やかで 拡 散 したものとなる。このケースでは、CO 2 が 地 表 と 地 下 水 面 の 上 部との 間 の 層 に 蓄 積 する 場 合 、 危 険 は 主 として 飲 料 水 源 となる 帯 水 層 や 生 態 系 に 及 ぶ。 地 下 水 は、CO 2が 直 接 帯 水 層 へ 漏 れ 出 すことによっても、 注 入 過 程 でCO 2 により 押 し 出 された 塩 水 が 帯 水 層 へ 入 り込 むことによっても 影 響 を 受 けうる。このシナリオにおいて、 土 壌 の 酸 性 化 や 土 壌 中 の 酸 素 の 置 換も 起 こるかもしれない。さらに、 大 気 への 漏 出 が、 風 のほとんどない 低 平 地 や、これらの 拡 散 漏 出の 上 に 横 たわる 水 溜 りか 地 下 室 で 起 こる 場 合 、 漏 出 に 気 づかなければ 人 間 や 動 物 も 被 害 を 受 けるだろう。 陸 上 の 貯 留 地 より 海 上 の 貯 留 地 からの 漏 れの 方 が、 人 間 への 影 響 が 少 ない。 漏 出 経 路 はいくつかの 技 術 によって、また 貯 留 層 の 特 性 評 価 によって 特 定 することができる。 図 TS.8は、 塩 水 層 における 潜 在 的 な 漏 出 経 路 のいくつかを 示 している。 潜 在 的 な 漏 出 経 路 が 明 らかになれば、 漏 出 の 可能 性 に 対 処 するため 監 視 及 び 修 復 の 方 策 をとることができる。10 「 極 めて 可 能 性 が 高 い(very likely)」とは 90-99%の 確 率 である。- TS. 22 -

図 TS.8. 地 下 塩 水 層 に 注 入 された CO 2 の 漏 出 の 可 能 性 がある 経 路 及 び 修 復 技 術 。 修 復 技 術 は 貯 留 層 で 特定 される 潜 在 的 な 漏 出 経 路 に 依 存 する。( 提 供 CO2CRC)貯 留 システムの 慎 重 な 設 計 とサイト 選 定 、そして 漏 出 の 早 期 検 出 法 (できればCO 2 が 地 表 へ 到 達するはるか 前 に)などは、 拡 散 漏 出 による 危 険 を 減 らすための 効 果 的 な 方 法 である。 現 在 利 用 できる 監 視 方 法 は 有 望 であるが、 検 出 のレベルと 分 解 能 を 確 立 するにはより 多 くの 経 験 が 必 要 である。漏 出 が 検 出 された 場 合 、それを 止 め、 又 は 制 御 するために 利 用 できる 修 復 技 術 がいくつかある。 漏出 のタイプによって、これらの 技 術 には 標 準 的 な 井 戸 修 復 技 術 や、CO 2 を 抽 出 して 浅 いところにある 地 下 水 層 への 漏 出 を 防 止 するといった 技 術 が 含 まれうる( 図 TS.8を 参 照 )。 土 壌 や 地 下 水 からCO 2を 除 去 するテクニックも 存 在 するが、 費 用 がかかると 考 えられる。 貯 留 で 使 用 するこのような 技 術の 有 効 性 を 実 証 しコストを 確 かめるには、 経 験 が 必 要 となるだろう。モニタリングと 検 証モニタリングは、 地 中 貯 留 プロジェクトの 全 体 的 なリスク 管 理 方 策 の 中 で 非 常 に 重 要 な 部 分 を 占める。 標 準 的 な 手 順 や 手 続 きはまだ 策 定 されていないが、ローカルなリスクや 地 元 の 規 制 に 従 って、技 術 の 改 良 と 共 に 進 化 していくと 考 えられる。ただし、 注 入 率 や 注 入 井 圧 力 などのパラメータについては 定 期 的 に 測 定 することになると 考 えられる。CO 2 の 地 下 での 移 動 を 追 跡 するのに、 繰 り 返 し地 震 探 査 が 有 益 であることが 証 明 されている。 重 力 測 定 や 電 気 計 測 といった 新 しい 技 術 も 有 益 かもしれない。 地 下 水 及 び 地 表 と 地 下 水 位 との 間 の 土 壌 サンプリングも、CO 2 漏 出 を 直 接 検 出 するのに有 益 だろう。 労 働 者 の 安 全 を 確 保 し 漏 出 を 検 出 するため、アラーム 付 きのCO 2 センサーを 注 入 井 に設 置 することもできる。 地 表 への 放 出 を 検 出 して 定 量 化 するため、 地 表 ベースの 技 術 も 使 用 できるかもしれない。 高 品 質 のベースラインデータは、すべての 測 定 結 果 の 信 頼 性 と 分 解 能 を 向 上 させるもので、 少 量 の 漏 出 を 検 出 するには 不 可 欠 である。これらすべてのモニタリング 技 術 は、 他 の 用 途 から 転 用 したものなので、その 信 頼 性 、 分 解 能 、感 度 などを 地 中 貯 留 という 観 点 で 改 めてテストする 必 要 がある。 既 存 の 産 業 規 模 のプロジェクトと- TS. 23 -

パイロットプロジェクトはすべて、これらだけでなくその 他 のモニタリング 技 術 を 開 発 し 試 験 するためのプログラムを 備 えている。UNFCCCの 排 出 量 報 告 及 び 監 視 要 求 との 関 係 から、 地 中 に 貯 留 されるCO 2 の 量 をモニタリングするための 方 法 も 必 要 又 は 望 まれるかもしれない(セクション9を 参照 )。CO 2 貯 留 の 長 期 性 を 考 慮 すると、 非 常 に 長 期 間 にわたりサイト 監 視 が 必 要 になるだろう。法 的 問 題現 時 点 で、 陸 上 CO 2 貯 留 に 関 する 法 規 制 の 枠 組 みを 特 に 策 定 している 国 はほとんどない。 関 連 する 法 規 としては、 石 油 関 連 の 法 規 、 飲 料 水 の 法 規 、 鉱 業 の 規 制 などが 挙 げられる。 多 くの 場 合 、CO 2貯 留 に 関 連 する 問 題 の( 多 くではないが) 一 部 に 適 用 される 法 律 が 存 在 する。 具 体 的 には、CO 2 の大 気 への 漏 出 に 関 連 する 世 界 的 問 題 など 長 期 的 な 責 任 についての 問 題 や、 環 境 への 影 響 などの 地 域的 懸 念 などが、まだ 対 処 されていないままである。 監 視 及 び 確 認 の 体 制 と 漏 出 のリスクは 法 的 責 任を 決 定 するのに 重 要 な 役 割 を 果 たすだろうし、 逆 もまた 真 である。 組 織 の 寿 命 や、 進 行 中 のモニタリング、 組 織 の 知 見 の 移 転 可 能 性 など 考 慮 すべき 点 もある。 貯 留 期 間 は 気 候 変 動 問 題 と 同 様 、 数 世代 にわたって 存 続 するものであるから、CCSの 法 的 枠 組 みには 長 期 的 な 展 望 が 不 可 欠 である。 米 国をはじめとする 一 部 の 国 では、 孔 隙 は 地 表 の 所 有 権 者 により 所 有 されるので、 影 響 を 受 けるすべての 人 々の 所 有 権 を 法 的 観 点 から 考 慮 しなければならない。国 際 慣 習 法 の 一 般 原 則 に 従 い、 国 はその 領 土 で 主 権 を 行 使 することができ、 従 って 自 己 の 支 配 権の 及 ぶ 地 域 で 貯 留 ( 地 中 貯 留 、 海 洋 隔 離 の 両 方 )などの 活 動 にも 携 わることができるだろう。ただし、 貯 留 が 国 境 を 越 えて 影 響 を 持 つなら、 国 はその 支 配 権 又 は 管 理 権 の 及 ぶ 範 囲 内 での 活 動 が 他 の国 家 や 国 境 外 の 地 域 の 環 境 を 害 しないよう 保 証 する 責 任 を 負 う。現 在 、 海 洋 環 境 へのCO 2 の 海 洋 投 入 ( 海 中 へ 投 入 する 場 合 と、 海 底 下 の 地 層 へ 投 入 する 場 合 とを含 む)に 適 用 されるようないくつかの 条 約 ( 特 に 国 連 海 洋 法 条 約 、ロンドン 条 約 11 、OSPAR 条 約 12 )が 存 在 する。これらの 条 約 はいずれも、CO 2 貯 留 を 特 に 考 慮 せずに 起 草 されている。( 北 東 大 西 洋地 域 に 関 する)OSPAR 条 約 の 法 学 者 ・ 言 語 学 者 グループにより 実 施 された 評 価 により、 例 えば、 注入 の 方 法 及 び 目 的 によっては、 海 底 地 層 及 び 海 中 へのCO 2 注 入 が 条 約 に 抵 触 しない 場 合 もある( 例 :CO 2 が 地 上 からパイプラインによって 輸 送 される 場 合 )ことが 判 明 している。 類 似 の 評 価 が 現 在 、ロンドン 条 約 の 参 加 国 によって 実 施 されている。さらに、 法 律 解 説 者 による 論 文 では、(Sleipnerでの 活 動 のように) 石 油 又 は 天 然 ガスの 抽 出 に 伴 い 回 収 され、 海 中 の 地 層 に 貯 留 されるCO 2 は、ロンドン 条 約 で 言 う―そして 同 条 約 で 禁 止 される―「 海 中 投 棄 」とはみなされないと 結 論 づけている。一 般 の 認 識CCSの 問 題 は 現 在 のところ、 比 較 的 技 術 的 であり「 遠 い」 性 質 を 持 つので、CCSに 関 する 一 般 の認 識 を 評 価 するのは 困 難 である。CCSに 関 する 一 般 の 認 識 についてこれまで 行 われてきた 非 常 に 数少 ない 研 究 の 結 果 によれば、 一 般 市 民 はCCSについてほとんど 知 識 を 持 たないのが 通 常 である。CCS11廃 棄 物 その 他 の 投 棄 による 海 洋 汚 染 の 防 止 に 関 する 条 約 (1972) 及 び 現 在 まだ 未 発 効 のロンドン 議 定 書 (1996)。12 パリで 採 択 された、 北 東 太 平 洋 海 洋 環 境 保 護 条 約 (1992)。OSPAR とはオスロ・パリの 省 略 形 である。- TS. 24 -

の 情 報 が 他 の 気 候 変 動 の 緩 和 オプションに 関 する 知 識 と 共 に 提 供 された 場 合 、CCSは、 例 えばエネルギー 効 率 の 改 善 や 非 化 石 エネルギー 源 の 使 用 といった 他 のオプションに 比 べると、 一 般 的 にそれほど 好 ましいとはみなされないことを、これまで 実 施 されたひと 握 りの 研 究 が 示 している。CCSが受 け 入 れられたとしても、それは「 進 んで」というより「しぶしぶ」と 描 写 すべきである。 場 合 によっては、このことは、 他 の 方 法 でCO 2 排 出 量 を 減 らすことに 失 敗 した 結 果 CCSが 必 要 になったのだという 認 識 を 反 映 している。 地 中 貯 留 が、 他 のより 好 ましい 措 置 と 結 びつけて 導 入 されるなら、もっと 好 意 的 に 受 け 取 られる 可 能 性 があるという 兆 候 がある。 一 般 の 認 識 は 将 来 変 化 するかもしれないが、 現 在 までの 限 られた 研 究 によれば、CO 2 の 回 収 及 び 貯 留 が 他 のよく 知 られたオプションと並 んで、 信 頼 できる 技 術 であると 一 般 市 民 に 認 められるには、 満 たさなければならない 少 なくとも2つの 条 件 がある。(1) 人 為 起 源 の 世 界 的 な 気 候 変 動 が 深 刻 な 問 題 であるとみなされなければならない。(2) 世 界 的 な 気 候 変 動 の 脅 威 を 減 らすには、CO 2 排 出 量 を 大 幅 に 削 減 する 必 要 があるということが受 け 入 れられなければならない。地 中 貯 留 のコスト地 中 貯 留 に 用 いられる 技 術 と 機 材 は 石 油 ・ガス 産 業 で 幅 広 く 使 用 されているため、このオプションのコスト 見 積 もりは、 技 術 的 ポテンシャルの 低 い 範 囲 における 貯 留 容 量 に 関 しては、 比 較 的 信 頼性 が 高 い。しかし、 陸 上 か 海 上 か、 貯 留 層 の 深 さ、 貯 留 層 の 地 質 学 的 特 性 ( 例 : 透 水 性 や 地 層 厚 さ)などのサイトに 固 有 の 要 因 により、コストにはかなりの 幅 と 可 変 性 が 存 在 する。塩 水 層 及 び 枯 渇 した 油 田 ・ガス 田 における 貯 留 コストの 代 表 的 な 推 測 値 は 通 常 0.5 - 8US$/ 注 入tCO 2 である。0.1 - 0.3US$/tCO 2 のモニタリングコストが 追 加 的 に 発 生 する。 貯 留 コストが 最 も 低 くなるのは 陸 上 の 浅 くて 透 水 性 の 高 い 貯 留 層 及 び/ 又 は 既 存 の 油 田 /ガス 田 の 井 戸 とインフラが 再 利 用 できる 貯 留 サイトである。貯 留 をEOR、ECBM 又 は( 場 合 によっては)ガス 増 進 回 収 (EGR)と 結 合 させた 場 合 、CO 2 の 経済 的 価 値 によってCCSの 総 費 用 を 減 らすことができる。2003 年 までのデータ 及 び 石 油 価 格 に 基 づくと、CO 2 貯 留 を 行 う 陸 上 EORによる 石 油 増 進 生 産 は10 - 16US$/tCO 2 (37-59US$/tC)の 純 便 益 を 生 み出 すことができた( 地 中 貯 留 のコストを 含 む)。EGR 及 びECBMについては、まだ 開 発 中 なので、実 際 の 経 験 に 基 づく 信 頼 できるコスト 情 報 は 存 在 しない。しかしいずれの 場 合 でも、 増 進 生 産 の 経済 的 利 益 は 石 油 及 びガスの 価 格 に 大 きく 左 右 される。この 点 に 関 して、 本 報 告 書 の 基 礎 となった 文献 は2003 年 以 降 の 石 油 及 びガス 価 格 の 上 昇 を 考 慮 に 入 れておらず、 石 油 価 格 を1バレル15 - 20US$と想 定 している。CCSプロジェクトの 全 期 間 にわたってそれより 高 い 価 格 が 維 持 されるなら、CO 2 の経 済 的 価 値 はここに 報 告 されているより 高 くなる 可 能 性 がある。6. 海 洋 隔 離潜 在 的 なCO 2 貯 留 オプションは、 回 収 したCO 2 を 直 接 深 海 ( 水 深 1,000m 以 上 )へ 注 入 し、その 大 部分 を 何 世 紀 にもわたって 大 気 から 隔 離 することである。これは、CO 2 をパイプライン 又 は 船 で 海 洋- TS. 25 -

隔 離 サイトまで 輸 送 し、 海 中 の 水 柱 又 は 海 底 へ 注 入 することによって 実 現 できる。 溶 解 及 び 分 散 したCO 2 はその 後 地 球 規 模 の 炭 素 循 環 の 一 部 をなす。 図 TS.9に、 幾 つかの 採 用 可 能 な 主 な 方 法 を 示 す。海 洋 隔 離 は、まだパイロット 規 模 で 展 開 も 実 証 もされておらず、 研 究 段 階 にとどまっている。ただし、 小 規 模 な 現 場 実 験 は 行 われてきており、CO 2 の 意 図 的 な 海 洋 隔 離 について25 年 にわたる 理 論 的研 究 、 実 験 室 での 研 究 、モデリング 研 究 が 行 われている。図 TS.9 海 洋 隔 離 の 方 法隔 離 のメカニズムと 技 術海 は 地 表 の70% 以 上 を 覆 っており、その 平 均 水 深 は3,800mである。 二 酸 化 炭 素 は 水 に 溶 けるため、海 表 面 では 大 気 と 水 との 自 然 のCO 2 交 換 が 平 衡 状 態 に 到 達 するまで 行 われる。 大 気 中 のCO 2 濃 度 が 高くなれば、 海 は 過 剰 なCO 2 を 徐 々に 吸 収 していく。このようにして 海 は、 過 去 200 年 間 に 大 気 中 に 放出 された 全 人 為 的 な 排 出 量 1,300GtCO 2 (350GtC)のうち、およそ500GtCO 2 (140GtC)を 吸 収 してきた。 産 業 革 命 以 前 のレベルと 比 較 すると、 人 間 活 動 によって 生 じる 大 気 中 CO 2 濃 度 は 高 くなっているため、 海 は 現 在 、 約 7GtCO 2 / 年 (2GtC/ 年 )のペースでCO 2 を 吸 収 している。このCO 2 の 大 半 は 現 在 、 海 の 浅 い 部 分 にとどまっており、 水 中 のCO 2 は 酸 性 を 示 すため、これまでに 海 水 面 のpHが 約 0.1 低 くなった。しかし、 現 在 に 至 るまで、 深 海 のpHに 実 質 的 な 変 化 はなかった。CO 2 は 海 表 面 で 溶 解 し、その 後 深 海 水 と 混 じり 合 うことで、 今 後 数 世 紀 のうちに 海 は 大 気 中 に 放 出されたCO 2 の 大 部 分 を 最 終 的 に 吸 収 するとモデルは 予 測 している。海 中 に 隔 離 できる 人 為 起 源 CO 2 量 について、 実 際 的 な 物 理 的 限 界 は 存 在 しない。しかし、 数 千 年という 時 間 スケールでは、 貯 留 量 は 海 と 大 気 との 平 衡 によって 決 まることとなる。 大 気 中 のCO 2 濃度 を350ppmvから1000ppmvまでの 間 で 安 定 化 させることは、 意 図 的 なCO 2 注 入 を 行 わなければ、 最終 的 に2000GtCO 2 から12000GtCO 2 が 海 中 に 残 ることを 意 味 する。 従 って、この 範 囲 は 積 極 的 な 注 入- TS. 26 -

によってCO 2 を 貯 留 する 場 合 の 海 の 貯 留 容 量 の 上 限 を 示 す。この 貯 留 容 量 は、 許 容 可 能 な 最 大 pH 変化 などの 環 境 要 因 にも 影 響 を 受 ける。海 洋 観 察 及 びモデル 分 析 はいずれも、 注 入 されたCO 2 が 少 なくとも 数 百 年 にわたって 大 気 から 隔離 され、 深 く 注 入 されるほど 保 持 される 割 合 が 大 きくなることを 示 している( 表 TS.7を 参 照 )。 保持 される 割 合 を 増 やすための 案 としては、 固 体 CO 2 ハイドレート 及 び/ 又 は 液 体 CO 2 湖 を 海 底 に 形 成すること、 石 灰 岩 などのアルカリ 性 鉱 物 を 海 に 溶 解 して 酸 性 のCO 2 を 中 和 することなどが 挙 げられる。 炭 酸 塩 鉱 物 の 溶 解 が 現 実 的 であれば、 海 中 のpH 及 びCO 2 分 圧 の 変 化 を 最 小 限 にとどめつつ、 貯留 の 時 間 スケールをおよそ1 万 年 にまで 伸 ばすことができるだろう。しかしこのアプローチでは、 大量 の 石 灰 岩 及 び 材 料 の 取 扱 いのためのエネルギーが 必 要 となる( 鉱 物 炭 酸 化 に 必 要 な 注 入 CO 2 1トンあたりのエネルギー 量 とほぼ 同 じ 桁 である。セクション7を 参 照 )。表 TS.7. 3 通 りの 深 さで2000 年 から100 年 間 継 続 的 に 注 入 を 行 った 場 合 の7つの 海 洋 モデルにより 計 算 される、 海 洋 隔 離 で 保 持 されるCO 2 の 割 合 。生 態 系 及 び 環 境 への 影 響 とリスク数 GtCO 2 の 注 入 によって、 注 入 した 海 域 の 海 洋 化 学 にかなりの 変 化 がもたらされるので、 数 百GtCO 2 の 注 入 は 注 入 海 域 にさらに 大 きな 変 化 をもたらし、 最 終 的 には 海 洋 全 体 にかなりの 変 化 をもたらすことになる。 水 深 3,000mで7 箇 所 から 放 出 し、CO 2 濃 度 を550ppmvで 安 定 化 させるための 緩 和努 力 のうち 海 洋 隔 離 が10%に 寄 与 すると 仮 定 したモデルシミュレーションでは、 海 洋 のおよそ1%で0.4 以 上 の 酸 性 度 の 変 化 (pHの 変 化 )が 予 測 された。それに 比 べて、 海 洋 隔 離 を 行 わずに550ppmvの安 定 化 をはかる 事 例 では、CO 2 濃 度 が 上 昇 した 大 気 中 と 平 衡 を 保 つことにより、 海 表 面 で0.25 以 上 のpH 変 化 が 起 こると 推 測 された。いずれの 場 合 も、0.2 - 0.4のpHの 変 化 は、 産 業 革 命 以 前 の 海 の 酸 性度 の 変 動 と 比 べるとかなり 大 きい。 数 世 紀 にわたって、 海 洋 混 合 は 注 入 されたCO 2 の 隔 絶 状 態 を 失うことにつながる。 海 表 面 に 到 達 するCO 2 が 多 くなるにつれ、 広 範 囲 の 海 域 で 大 気 への 放 出 が 徐 々に 起 こるようになる。 注 入 されたCO 2 が 海 洋 から 大 気 中 へ 突 然 又 は 破 壊 的 に 放 出 されるメカニズムは 知 られていない。実 験 により、CO 2 の 注 入 が 海 洋 生 物 へ 影 響 を 及 ぼすことがわかっている。CO 2 濃 度 の 上 昇 による 影響 は、 数 ヶ 月 という 時 間 スケールで 海 表 面 の 近 くに 住 む 個 々の 生 物 について 研 究 されてきた。 観 察された 現 象 としては、 石 灰 化 速 度 、 繁 殖 率 、 成 長 速 度 、 循 環 酸 素 供 給 率 及 び 運 動 速 度 の 低 下 や 時 間の 経 過 に 伴 う 死 亡 率 の 増 加 などが 挙 げられる。 一 部 の 生 物 では、 少 量 のCO 2 を 加 えただけでこれらの 影 響 が 見 られる。- TS. 27 -

注 入 点 やCO 2 湖 の 近 くでは 即 死 することが 予 想 される。 広 い 海 域 又 は 長 い 時 間 スケールにわたって、CO 2 を 海 中 へ 直 接 注 入 した 場 合 の 海 洋 生 物 及 び 生 態 系 への 慢 性 影 響 については、まだ 研 究 されていない。深 海 では 生 態 系 への 制 御 実 験 が 行 われたことはないので、 生 態 系 への 潜 在 的 影 響 について 予 備 評価 しか 示 すことができない。CO 2 濃 度 の 上 昇 及 びpHの 低 下 に 伴 い 生 態 系 への 影 響 は 大 きくなると 考えられるが、そういった 影 響 の 性 質 については 現 在 まだ 理 解 されておらず、 悪 影 響 を 回 避 するための 環 境 基 準 はまだ 設 定 されていない。 現 在 、 種 や 生 態 系 が 持 続 的 な 化 学 変 化 にどのように 適 応 するか、 又 は 適 応 できるのかはっきりしていない。海 洋 隔 離 のコスト海 洋 隔 離 の 経 験 はないが、 海 底 又 は 深 海 にCO 2 を 放 出 するCO 2 貯 留 プロジェクトのコストを 見 積 もる 試 みがなされている。CO 2 の 回 収 及 び 海 岸 線 までの 輸 送 ( 例 :パイプライン 経 由 )のコストは、海 洋 隔 離 のコストに 含 まれない。ただし、 沖 合 のパイプライン 又 は 船 舶 のコスト、 追 加 的 エネルギーのコストは 海 洋 隔 離 コストに 含 まれる。 海 洋 隔 離 のコストを 表 TS.8にまとめた。これらの 値 から、短 距 離 の 場 合 は 固 定 パイプラインのオプションの 方 が 安 価 であることがわかる。 長 距 離 の 場 合 、 航走 船 舶 から 注 入 するか、 船 舶 でプラットフォームまで 輸 送 してから 注 入 する 方 が 魅 力 的 である。表 TS.8. 3,000mより 深 い 場 所 への 海 洋 隔 離 のコスト「 航 走 船 舶 」オプションのコストは、2,000-2,500mの 深 さに 注 入 する 場 合 のものである。法 的 側 面 と 一 般 の 認 識地 中 貯 留 サイトに 関 するセクション5において 検 討 したOSPARやロンドン 条 約 などの 海 洋 法 及 び海 洋 環 境 法 に 関 する 世 界 的 ・ 地 域 的 条 約 は、「 海 域 」を 対 象 としているので 海 洋 隔 離 にも 影 響 を 及ぼす。 両 条 約 は、CO 2 の 海 洋 隔 離 の 法 的 扱 いを 判 断 するにあたって、 使 用 される 貯 留 方 法 と 貯 留 の目 的 とを 区 別 している。しかし 今 のところ、 意 図 的 な 海 洋 隔 離 の 法 的 扱 いに 関 する 決 議 は 採 択 されていない。CO 2 の 海 洋 隔 離 について 検 討 した 一 般 の 認 識 に 関 するごく 少 数 の 研 究 により、このテーマに 関 する 一 般 市 民 の 認 識 はごくわずかで 知 識 も 少 ないことが 示 されている。ただし、これまで 実 施 された少 数 の 研 究 では、 一 般 市 民 は 地 中 貯 留 より 海 洋 隔 離 に 対 してより 慎 重 な 姿 勢 を 示 した。これらの 研究 では、さらに 多 くの 情 報 が 提 供 されると、 海 洋 隔 離 への 認 識 が 変 わることが 示 されている。ある研 究 では 海 洋 隔 離 への 受 容 が 高 まり、 別 の 研 究 では 受 容 が 低 くなった。 文 献 はまた、 提 案 された 太- TS. 28 -

平 洋 へのCO 2 放 出 実 験 に 対 して「 大 きな 反 発 」が 示 されたことにも 触 れている。7. 鉱 物 炭 酸 化 と 産 業 利 用本 セクションでは、 少 々 異 なる2つのCO 2 貯 留 オプションを 扱 う。 第 一 は 鉱 物 炭 酸 化 であり、 化 学反 応 によってCO 2 を 固 体 の 無 機 炭 酸 塩 へと 変 換 する。 第 二 のオプションはCO 2 の 産 業 利 用 であり、 炭素 を 含 む 様 々な 化 学 製 品 の 製 造 に 直 接 又 は 原 料 としてCO 2 を 使 用 する。鉱 物 炭 酸 化 : 技 術 、 影 響 及 びコスト鉱 物 炭 酸 化 とは、 蛇 紋 石 や 橄 欖 石 などの 自 然 発 生 のケイ 酸 塩 岩 の 中 に 存 在 する 酸 化 マグネシウム(MgO)や 酸 化 カルシウム(CaO)といったアルカリ 金 属 やアルカリ 土 類 金 属 の 酸 化 物 を 用 いて、CO 2 を 固 定 することを 言 う。これらの 材 料 とCO 2 との 化 学 反 応 により 炭 酸 マグネシウム(MgCO 3 )や 炭 酸 カルシウム(CaCO 3 、 一 般 に 石 灰 岩 として 知 られる)などの 化 合 物 が 生 成 する。 地 殻 中 に 見られるケイ 酸 塩 岩 の 中 の 酸 化 金 属 の 量 は、 利 用 可 能 な 化 石 燃 料 埋 蔵 量 のすべてを 燃 焼 した 場 合 に 生じるすべてのCO 2 を 固 定 化 するのに 必 要 な 量 を 上 回 る。こういった 酸 化 物 は、ステンレススチールのスラグや 灰 など 一 部 の 産 業 廃 棄 物 にも 少 量 含 まれている。 鉱 物 炭 酸 化 は、 長 期 にわたって 安 定 し、ケイ 酸 塩 鉱 山 などの 地 域 での 処 分 や 建 設 目 的 での 再 利 用 が 可 能 である 二 酸 化 ケイ 素 や 炭 酸 塩 を 生 成する( 図 TS.10を 参 照 )。もっとも、そういった 再 利 用 は 生 成 量 に 比 べれば 少 量 ではある。 炭 酸 化 を行 うと、CO 2 が 大 気 へ 放 出 されることはなくなる。その 結 果 、 処 分 サイトを 監 視 する 必 要 はほとんどなく、 関 連 したリスクも 非 常 に 低 い。まだ 開 発 の 初 期 段 階 にあるので、 貯 留 の 潜 在 的 容 量 を 推 測するのは 難 しい。ケイ 酸 塩 の 埋 蔵 量 のうち 技 術 的 に 利 用 可 能 な 割 合 、 製 品 処 分 量 などの 環 境 問 題 、貯 留 場 所 における 法 的 ・ 社 会 的 制 約 などによって 制 限 を 受 けるだろう。- TS. 29 -

図 TS.10. ケイ 酸 塩 岩 石 又 は 産 業 廃 棄 物 の「 現 場 外 での」 鉱 物 炭 酸 化 に 関 連 する 物 質 流 とプロセス(ECN提 供 )鉱 物 炭 酸 化 のプロセスは 自 然 に 生 じており、「 風 化 」として 知 られる。 自 然 環 境 では、このプロセスは 非 常 にゆっくりと 起 こる。 従 って、 人 為 起 源 の 排 出 源 から 回 収 されたCO 2 の 実 行 可 能 な 貯 留方 法 となるには、このプロセスをかなり 加 速 しなければならない。そのため、 鉱 物 炭 酸 化 の 分 野 の研 究 は、 産 業 用 途 において 現 実 的 な 反 応 速 度 を 実 現 し、 反 応 をさらにエネルギー 効 率 の 良 いものとするようなプロセスルートの 発 見 に 焦 点 を 置 いている。 天 然 のケイ 酸 塩 を 用 いた 鉱 物 炭 酸 化 技 術 は研 究 段 階 にあるが、 産 業 廃 棄 物 を 用 いた 一 部 の 工 程 は 実 証 段 階 にある。商 業 用 のプロセスであれば、 鉱 物 を 含 む 鉱 石 を 採 掘 、 粉 砕 、 圧 延 し、 回 収 プラントから 濃 縮 CO 2流 を 受 け 取 っている 処 理 プラントへ 輸 送 する 必 要 がある( 図 TS.10を 参 照 )。 炭 酸 化 プロセスで 要 求されるエネルギーは、 回 収 プラントの 出 力 の30 - 50%だろう。CO 2 の 回 収 のため 追 加 的 に 必 要 となるエネルギーを 考 慮 すると、 鉱 物 炭 酸 化 によるCCSシステムは、 回 収 も 鉱 物 炭 酸 化 も 行 わない 基 準 発電 所 より、キロワット 時 あたり60 - 180% 多 くのエネルギーのインプットを 必 要 とする。これらのエネルギー 必 要 量 は、システム 全 体 で 見 て、 削 減 CO 2 1トンあたりのコストを 大 幅 に 押 し 上 げる(セクション8を 参 照 )。これまで 研 究 された 最 良 の 事 例 は、 天 然 のケイ 酸 塩 橄 欖 石 の 湿 式 炭 素 化 である。このプロセスの 推 定 コストは、 正 味 炭 酸 化 したCO 2 1t 当 たりおよそ50 - 100US$である( 回 収 ・ 輸 送コストに 加 えて。ただし、 追 加 的 エネルギー 必 要 量 も 考 慮 に 入 れる)。 鉱 物 炭 酸 化 プロセスは、CO 2 1トンあたり1.6 - 3.7トンのケイ 酸 塩 の 採 掘 を 要 し、 炭 酸 塩 として 貯 留 されるCO 2 1トンあたり2.6 - 4.7トンの 処 分 を 要 する 材 料 を 作 り 出 す。 従 って、これは 大 規 模 な 作 業 となり、 環 境 への 影 響 は 現 在 の大 規 模 な 露 天 採 掘 活 動 に 匹 敵 する。 蛇 紋 石 は、 天 然 に 存 在 するアスベストの 一 形 態 であるクリソタイルを 含 んでいることが 多 い。 従 って、クリソタイルが 含 まれているため、 鉱 山 業 で 利 用 されるよ- TS. 30 -

うな 監 視 及 び 緩 和 措 置 が 必 要 となる。 他 方 、 鉱 物 炭 素 化 の 生 成 物 にはクリソタイルは 含 まれていない。クリソタイルは 岩 石 中 で 最 も 反 応 の 早 い 構 成 要 素 であり、 炭 酸 塩 に 変 換 される 最 初 の 物 質 であるためである。鉱 物 炭 酸 化 の 貯 留 可 能 性 に 関 する 推 定 を 行 う 前 に、 明 確 にすべきいくつかの 課 題 がある。それらの 課 題 には、 技 術 的 な 実 現 可 能 性 及 びそれに 対 応 するエネルギー 必 要 量 の 大 規 模 な 評 価 だけでなく、CO 2 貯 留 のために 技 術 的 ・ 経 済 的 に 利 用 可 能 なケイ 酸 塩 埋 蔵 量 の 割 合 も 含 まれる。 採 掘 、 廃 棄 物 処分 、 製 品 の 保 管 などの 環 境 への 影 響 も、 貯 留 容 量 を 制 限 する。 鉱 物 炭 酸 化 を 利 用 できる 範 囲 は 現 時点 では 確 定 できない。その 範 囲 は、 技 術 的 に 利 用 可 能 なケイ 酸 塩 埋 蔵 量 の 未 知 量 や 上 述 したような環 境 問 題 によって 左 右 されるからである。産 業 利 用CO 2 の 産 業 利 用 には、 尿 素 及 びメタノール 製 造 で 用 いられるようなCO 2 を 反 応 剤 とする 化 学 的 ・ 生物 学 的 プロセスや、 例 えば 園 芸 産 業 、 冷 凍 、 食 品 包 装 、 溶 接 、 飲 料 、 消 火 器 などのようにCO 2 を 直接 使 用 する 様 々な 技 術 的 用 途 が 含 まれる。 現 在 CO 2 は 世 界 中 で、EORへの 使 用 (セクション5で 論 じる)を 除 き、 年 間 およそ120MtCO 2 (30MtC/ 年 )の 割 合 で 使 用 されている。その 大 部 分 ( 全 体 の3 分の2)は 尿 素 の 製 造 に 使 用 され、その 尿 素 は 肥 料 その 他 の 製 品 の 製 造 に 使 用 される。CO 2 の 一 部 は 天然 の 井 戸 から 抽 出 され、 一 部 は 産 業 排 出 源 ( 主 として、 製 造 工 程 の 一 部 としてCO 2 を 回 収 しているアンモニア 及 び 水 素 製 造 プラントなどの 高 濃 度 排 出 源 )に 由 来 する。CO 2 の 産 業 利 用 は 原 則 として、「 炭 素 化 学 プール」( 炭 素 を 含 む 製 品 のストック)に 保 存 することによってCO 2 を 大 気 へ 放 出 されないようにするのに 役 立 つ。しかし、 気 候 変 動 の 緩 和 措 置 としては、このオプションは 貯 留 されるCO 2 の 量 と 期 間 が 大 きい、かつCO 2 の 排 出 量 が 実 際 に 正 味 減 少 する場 合 にのみ 意 味 を 持 つ。 現 在 、 工 業 プロセスに 利 用 されている 大 部 分 のCO 2 の 典 型 的 な 存 続 期 間 は、わずか 数 日 から 数 ヶ 月 の 貯 留 期 間 でしかない。 貯 留 された 炭 素 はその 後 CO 2 に 分 解 され、 再 び 大 気へ 放 出 される。そのような 短 期 間 では、 気 候 変 動 の 緩 和 に 対 する 有 意 義 な 貢 献 とはなり 得 ない。さらに、 産 業 利 用 の 合 計 量 である120MtCO 2 / 年 という 数 字 は、 主 要 な 人 為 的 排 出 源 からの 排 出 量 に 比べて 小 さい( 表 TS.2を 参 照 )。 一 部 の 工 業 プロセスでは 少 量 のCO 2 ( 合 計 するとおよそ20MtCO 2 / 年 )を 最 高 で 数 十 年 間 貯 留 しているが、 長 期 的 な( 世 紀 単 位 の) 貯 留 合 計 量 は 現 在 のところ1MtCO 2 / 年未 満 であり、 大 きく 増 加 する 見 込 みもない。もうひとつの 重 要 な 疑 問 は、CO 2 の 産 業 利 用 が 他 の 工 業 プロセス 又 は 製 品 を 代 替 することによって、 全 体 的 なCO 2 排 出 量 の 正 味 の 減 少 につながるかである。その 疑 問 は、CO 2 利 用 プロセスにおけるエネルギー 及 び 材 料 バランスの 適 正 なシステム 境 界 を 検 討 し、 提 案 されているCO 2 利 用 法 の 詳 細 なライフサイクル 分 析 を 実 施 することによってのみ、 正 しく 評 価 することができる。この 分 野 の 文 献は 限 られているが、 文 献 は、 正 確 な 数 値 を 推 測 することは 困 難 であり、 多 くの 場 合 、 産 業 利 用 は 全体 的 な 排 出 量 の 正 味 減 少 ではなく 増 加 につながることを 示 している。 保 持 されるCO 2 の 割 合 の 低 さや 使 用 量 の 少 なさ、 代 替 がCO 2 排 出 量 の 増 加 につながる 可 能 性 などを 考 慮 すると、 回 収 したCO 2 の 産業 利 用 が 気 候 変 動 の 緩 和 に 貢 献 できる 割 合 は 小 さいと 考 えられるという 結 論 に 至 る。- TS. 31 -

8. コスト 及 び 経 済 ポテンシャル温 室 効 果 ガスの 排 出 量 管 理 に 関 する 将 来 の 要 求 の 厳 密 さや 予 想 されるCCSコストなどによって、かなりの 程 度 まで 他 の 温 室 効 果 ガスの 軽 減 オプションと 比 較 した 際 のCCS 技 術 の 将 来 的 な 展 開 が 決定 される。 本 セクションではまず、 主 要 オプション 及 び 前 セクションで 検 討 したプロセス 用 途 におけるCCSの 全 体 的 なコストを 要 約 する。 本 要 約 及 び 報 告 書 で 使 用 される「コスト」は、 市 価 だけに言 及 しており、 環 境 被 害 などの 外 的 コストやCCSの 利 用 に 関 連 する 広 範 な 社 会 的 コストは 含 まない。現 在 までに、 外 部 コストの 評 価 及 び 定 量 化 はほとんど 行 われてこなかった。 最 後 に、 世 界 的 な 温 室効 果 ガスの 削 減 に 向 けた 代 替 オプションとして、CCSを 検 証 する。CCSシステムのコスト前 述 のとおり、 完 全 に 一 体 化 したCCSシステムにおけるCO 2 の 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 の 組 み 合 わせに関 しては、まだほとんど 経 験 がない。CCSの 構 成 要 素 の 中 には、 特 定 の 産 業 用 途 のために 既 に 成 熟市 場 に 展 開 されているものもあるが、CCSは 依 然 として( 最 大 の 可 能 性 を 持 つ 用 途 である) 大 規 模発 電 所 では 未 使 用 である。文 献 は、かなり 広 範 囲 にわたるCCSの 構 成 要 素 に 関 するコストを 報 告 している(セクション3-7を参 照 )。この 範 囲 は、 主 にサイト 特 有 の 要 因 、 特 にCCSが 使 用 される 発 電 所 や 産 業 施 設 の 設 計 ・ 運用 特 性 ・ 資 金 調 達 特 性 、 使 用 される 燃 料 の 種 類 やコスト、CO 2 輸 送 に 要 する 距 離 ・ 地 形 ・ 必 要 量 、CO 2 貯 留 の 種 類 ・ 特 徴 などのばらつきに 起 因 する。それに 加 え、 現 在 及 び 将 来 のCCS 技 術 の 構 成 要素 及 び 一 体 化 したシステムの 性 能 ・コストに 関 して、まだ 不 確 実 性 が 残 る。しかし 文 献 では、 回 収システムの 構 築 及 び 操 業 コストは( 技 術 の 展 開 による) 体 験 による 学 習 や 研 究 開 発 の 継 続 の 結 果 、時 の 経 過 と 共 に 低 下 するだろうという 広 く 受 け 入 れられている 考 えを 反 映 している。 歴 史 的 証 拠 も、最 初 の 回 収 プラントにおけるコストは 現 在 の 予 想 を 上 回 ることがあるが、その 後 低 下 することを 示唆 している。 大 部 分 のCCSシステムでは、 回 収 コスト( 圧 縮 を 含 む)が 最 大 のコスト 要 素 である。電 気 代 と 燃 料 代 は 国 によって 大 きく 異 なり、これらの 要 因 もCCSオプションの 経 済 的 な 実 現 可 能 性に 影 響 する。表 TS.9は、セクション3-7で 報 告 したCO 2 の 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 のコストを 要 約 したものである。 監視 コストも 反 映 されている。 表 TS.10では、パイプライン 輸 送 を 伴 う3つの 発 電 システムと2つの 地 中貯 留 オプションについて、CCS 及 び 発 電 の 総 コストを 示 すために 各 要 素 のコストを 合 算 している。- TS. 32 -

表 TS.9. 特 定 の 種 類 の 発 電 所 又 は 産 業 排 出 源 に 適 用 されるCCSシステムの 構 成 要 素 に 関 する2002 年 のコスト 範 囲 。それぞれの 構 成 要 素 のコストを 単 に 合 計 して、US$/ 削 減 CO 2 で 表 したCCSシステム 全 体 のコストを 計 算 することはできない。すべての 数 値 は、 天 然 ガスの 価 格 を2.8-4.4US$/GJ、 石 炭 の 価 格 を1-1.5US$/GJと 想 定 した 場 合 の 大 規 模 な 新 設 施 設 におけるコストを 代 表 するものである。長 期 的 に 見 て、 改 善 及 び 法 的 義 務 のための 追 加 コストが 発 生 することがある。地 中 貯 留 を 行 うEORクレジットのないプラントの 場 合 、CCSコストはPCプラントでは0.02 –0.05US$/kWh、NGCCプラントでは0.01 – 0.03US$/kWhである(いずれも 燃 焼 後 回 収 を 用 いる)。( 燃焼 前 回 収 を 用 いる)IGCCプラントでは、CCSコストは、CCSを 行 わない 同 種 のプラントと 比 較 して0.01–0.03US$/kWhとなる。あらゆる 電 力 システムで、CO 2 貯 留 を 伴 うEORを 使 用 した 場 合 、EORによる 収 益 が 部 分 的 にCCSコストを 相 殺 するため、CCSコストを 約 0.01 – 0.02US$/kWh 減 らすことができる。 最 大 のコスト 削 減 は、 最 大 量 のCO 2 を 回 収 している 石 炭 ベースのプラントで 見 られる。わずかな 事 例 ではあるが、CCSコストの 下 限 がマイナスになることがある。プラントの 存 続 期 間 中 のEORの 想 定 クレジットが、そのシステムにおいて 報 告 されているCO 2 回 収 の 最 低 コストより 大 きいことを 表 している。これは、 工 業 プロセスからの 低 コスト 回 収 のわずかな 事 例 にも 適 用 されうる。化 石 燃 料 ベースのエネルギー 変 換 プロセスだけでなく、バイオマスを 燃 料 とする 発 電 所 やバイオマスの 混 焼 を 伴 う 化 石 燃 料 プラントでもCO 2 を 回 収 できる。 現 在 のところ、バイオマスプラントは規 模 が 小 さい(100MW e 未 満 )。つまり、CCSの 有 無 を 問 わず、 結 果 として 生 じる 製 造 コストが 化石 燃 料 の 場 合 と 比 べて 比 較 的 高 いことを 意 味 する。バイオマスにおけるCCSの 全 コストは110US$/削 減 tCO 2 である。バイオマスを 燃 料 とする 変 換 施 設 やバイオマスの 混 焼 を 行 う 変 換 施 設 にCCSを 適用 すると、CO 2 の 排 出 量 が 低 くなるか、マイナス 13 になることがあり、CO 2 排 出 量 削 減 の 市 価 次 第 でこのオプションのコストは 低 くなることがある。 同 様 に、CO 2 はバイオマスを 燃 料 とする 水 素 プラントでも 回 収 できる。コストは、100 万 Nm 3 / 日 の 水 素 を 製 造 するプラントで、22–25US$/ 削 減 tCO 2 (80– 92US$/tC)と 報 告 されており、 約 2.7US$/GJの 水 素 製 造 コストの 増 加 に 相 当 する。 非 常 に 大 規 模 なバイオマスプラントであればおそらく、CCSシステムのコストを 石 炭 プラントとほぼ 同 等 のレベルにまで 引 き 下 げて、 規 模 の 経 済 による 利 益 が 得 られるだろう。しかし 現 在 まで、 大 規 模 なバイオマ13例 えば、バイオマスが 維 持 不 能 な 速 度 (すなわち 年 間 再 成 長 より 速 い 速 度 )で 収 穫 される 場 合 、その 活 動 の 正 味CO 2 排 出 量 はマイナスにならないことがある。- TS. 33 -

スプラントの 経 験 がほとんどないため、その 実 現 可 能 性 はまだ 証 明 されておらず、コストと 潜 在 的可 能 性 を 評 価 するのは 困 難 である。電 力 以 外 の 用 途 のCCSコストは、これほど 深 く 研 究 されてこなかった。これらの 排 出 源 は、CO 2濃 度 やガス 分 圧 という 点 で 非 常 に 多 岐 にわたっているので、 入 手 できるコスト 研 究 も 非 常 に 幅 広 い範 囲 を 示 している。 最 低 コストは、 水 素 製 造 などの 製 造 過 程 の 一 部 で 既 にCO 2 を 分 離 している 工 程で 見 られた( 水 素 製 造 における 回 収 コストについては 表 TS.4で 報 告 されている)。 輸 送 及 び 貯 留 を含 むCCSの 全 コストは、 表 TS.10と 同 じ 前 提 に 基 づくと、 地 中 貯 留 の 場 合 は 水 素 の 製 造 コストを0.4から4.4US$/GJ 押 し 上 げ、EORの 場 合 は-2.0から2.8US$/GJ 押 し 上 げる。表 TS.10. 瀝 青 炭 又 は 天 然 ガスを 用 いる 新 設 発 電 所 に 関 する、 現 在 の 技 術 に 基 づいたCO 2 の 回 収 ・ 輸 送 ・地 中 貯 留 の 総 コストの 範 囲 。a すべての 変 化 はCCSを 行 わない 同 種 の( 基 準 )プラントと 比 較 したものである。 報 告 されたコスト 範 囲 の 根 底 にある 前 提 条 件 の 詳 細 については 表 TS.3を 参 照 のこと。b表 TS.3の 範 囲 に 基 づく 回 収 コスト。 輸 送 コストは0-5 US$/t CO 2 であり、 地 中 貯 留 のコストは0.6-8.3US$/tCO 2 である。c上 述 の 回 収 ・ 輸 送 コストと 同 じ。EORにおける 正 味 貯 留 コストは(2003 年 までの1バレルあたり15-20US$の 石 油 価格 に 基 づくと)-10から-16US$/tCO 2 である。削 減 CO 2 のコスト表 TS.10は「 削 減 CO 2 」のコスト 範 囲 も 示 している。CCSのエネルギー 要 求 は、 正 味 電 力 出 力 単 位に 対 する 燃 料 入 力 量 ( 及 びCO 2 排 出 量 )を 押 し 上 げる。その 結 果 、 製 造 単 位 (1kWhの 電 力 ) 当 たりのCO 2 生 成 量 は 図 TS.11で 示 す 通 り、 基 準 プラントよりCCSを 行 う 発 電 所 の 方 が 多 い。CCSに 起 因 するとみなしうるCO 2 削 減 量 を 判 断 するにあたって、 回 収 を 行 うプラントのkWhあたりのCO 2 排 出 量 と、回 収 を 行 わない 基 準 プラントのCO 2 排 出 量 とを 比 較 しなければならない。その 差 は「 排 出 削 減 量 」- TS. 34 -

と 呼 ばれる。図 TS.11. 発 電 所 からの 回 収 と 貯 留 。CCS 設 備 を 有 する 発 電 所 ( 下 部 )は、 回 収 設 備 を 持 たない 基 準 発 電所 ( 上 部 )より 多 くの「 単 位 製 造 当 たりの CO2 発 生 量 」につながる。これは 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 に 必 要 な追 加 エネルギーによる 発 電 所 の 全 体 効 率 の 低 下 により CO2 の 発 生 が 増 加 することや、 輸 送 時 の 漏 洩 に 起因 する。発 電 所 へのCCSの 導 入 は、どの 種 類 の 発 電 所 を 設 置 し、どの 燃 料 を 使 用 するかという 決 定 に 影 響を 及 ぼす 可 能 性 がある。 従 って、 状 況 によっては、CCSプラントとは 異 なる 基 準 プラントに 基 づいて、 削 減 CO 2 1トンあたりのコストの 算 出 が 役 立 つ。 表 TS.10は、3つの 基 準 プラントとそれに 対 応 する 地 中 貯 留 の 場 合 のCCSプラントに 関 するコスト 及 び 排 出 ファクターを 示 す。 表 TS.11は、CCSプラントと 潜 在 的 な 関 心 が 高 い 最 低 コストの 基 準 プラントとの 様 々な 組 合 せに 関 する 推 定 コストの 範 囲をまとめる。 例 えば、PCプラントを 当 初 計 画 していた 場 合 にそのプラントでCCSを 使 うと、CCSを行 うNGCCプラントを 選 択 した 場 合 よりもCO 2 削 減 コストが 高 くなるかもしれない( 天 然 ガスが 利 用可 能 な 場 合 )。 削 減 コストが 低 いもうひとつのオプションは、 回 収 施 設 を 伴 うPCプラントではなく、回 収 施 設 を 伴 うIGCCプラントを 建 設 することだろう。- TS. 35 -

表 TS.11. 新 設 の 発 電 所 に 関 する 現 在 のテクノロジーに 基 づいた、 基 準 プラントとCCSプラントの 様 々な組 合 せにおける 緩 和 コストの 範 囲 。 現 在 多 くの 地 域 において 一 般 的 なのは、PCプラント 又 はNGCCプラントである 14 。EORの 収 益 は、1バレルあたり15-20US$の 石 油 価 格 に 基 づいている。ガス 価 格 は2.8-4.4US$/GJ、 石 炭 価 格 は1-1.5US$/GJと 想 定 されている( 表 8.3aに 基 づく)。気 候 変 動 緩 和 のためのCCSの 経 済 ポテンシャルCCSの 経 済 ポテンシャルの 評 価 は、 大 気 中 のCO 2 濃 度 の 安 定 化 に 至 る 経 済 効 率 が 良 く、 最 もコストの 少 ない 経 路 を 実 現 するシナリオとの 関 連 で 将 来 のCCSの 展 開 及 びコストを 研 究 する、エネルギー 及 び 経 済 モデルに 基 づいている。これらのモデルの 定 量 的 結 果 にはかなりの 不 確 実 性 があるが( 以 下 の 議 論 を 参 照 のこと)、どのモデルも、 大 気 への 温 室 効 果 ガスの 放 出 を 実 質 的 に 規 制 する 明 確 な 政 策 がない 限 り、CCSシステムは 大 規 模 に 展 開 される 可 能 性 が 低 いことを 表 している。 多 くの 統 合 評 価 は、 温 室 効 果 ガスの 排 出 規制 が 課 されれば、 重 要 な 気 候 変 動 緩 和 体 制 の 開 始 から 数 十 年 以 内 にCCSシステムが 大 規 模 に 展 開 されると 予 測 している。エネルギー 及 び 経 済 モデルは、 電 力 部 門 で 展 開 されない 限 り、CCSシステムは 気 候 変 動 の 緩 和 に 大 きく 貢 献 する 可 能 性 が 低 いことを 表 している。これを 実 現 するためには、 二酸 化 炭 素 削 減 の 価 格 が25 - 30US$/tCO 2 を 越 えるか、それと 同 等 のCO 2 排 出 量 に 対 する 規 制 を 義 務 付けなければならない。 文 献 及 び 現 在 の 産 業 経 験 は、CO 2 排 出 量 を 制 限 する 手 段 がない 限 り、CCS 技術 が 展 開 されるためには 非 常 に 小 規 模 で、ニッチな 機 会 しか 存 在 しないことを 表 している。これらの 早 期 機 会 には、 高 純 度 かつ 低 コストの 排 出 源 から 回 収 されるCO 2 、50km 未 満 の 距 離 のCO 2 輸 送 、EORなどの 付 加 価 値 用 途 におけるCO 2 貯 留 との 組 合 せなどが 含 まれる。そのようなニッチなオプションの 潜 在 容 量 は、 年 間 に 約 360MtCO 2 (セクション2を 参 照 )である。モデルは、CCSシステムが 原 子 力 や 再 生 可 能 なエネルギー 技 術 などの 他 の 大 規 模 な 緩 和 オプションと 競 合 することも 示 している。これらの 研 究 は、 緩 和 ポートフォリオにCCSを 含 めると、CO 2 濃14 IGCC は、 今 日 建 設 されうる 基 準 発 電 所 には 含 まない。この 技 術 は 電 力 部 門 ではまだ 広 く 普 及 しておらず、 通 常PC プラントよりコストが 少 し 高 いためである。- TS. 36 -

度 の 安 定 化 のコストが30% 以 上 削 減 できることを 示 している。CCS 技 術 のコスト 競 争 力 の 一 面 は、現 在 のほとんどのエネルギーインフラと 互 換 性 を 持 つことである。多 くのシナリオにおいて、 排 出 量 の 減 少 は 時 の 経 過 とともに 徐 々に 抑 制 される。 多 くの 分 析 では、2050 年 までにCCSシステムがかなり 浸 透 するにもかかわらず、CCS 展 開 の 大 部 分 は 今 世 紀 の 後 半 に行 われることを 示 している。 初 期 のCCS 展 開 は 通 常 、 先 進 国 で 行 われ、 最 終 的 に 世 界 全 体 へ 普 及 すると 予 測 されている。 特 定 の 排 出 量 規 制 を 達 成 するために 必 要 な 様 々な 措 置 の 特 定 の 組 合 せと 割 合について、 様 々なシナリオ 及 びモデルの 結 果 が(しばしば 大 きく) 異 なるが( 図 TS.12を 参 照 )、CCSはエネルギー 技 術 及 び 排 出 量 削 減 アプローチの 広 範 なポートフォリオの 重 要 な 構 成 要 素 となり得 るという 点 で 文 献 は 一 致 している。図 TS.12. これらの 図 は、 世 界 の 緩 和 ポートフォリオの 一 部 として CCS が 貢 献 するポテンシャルを 例 示したものである。これは、 主 たる 排 出 推 進 力 に 同 じ 仮 定 を 採 用 した 2 つの 異 なる 統 合 評 価 モデル(MESSAGE 及 び MiniCAM)に 基 づく。その 結 果 は 地 域 規 模 で 大 きく 異 なる。この 例 は 一 つのシナリオに 基 づいているため、あらゆる 不 確 実 性 を 示 していない。パネル a)と b)は、CCS の 展 開 を 含 めた 世 界の 一 次 エネルギー 使 用 を 示 す。パネル c)と d)は、 灰 色 で 世 界 の CO2 排 出 量 を 示 し、 主 たる 排 出 削 減 対 策の 貢 献 を 色 で 示 す。パネル e)は、 限 界 CO2 削 減 費 用 の 計 算 値 を 示 す。- TS. 37 -

実 際 のCCSの 利 用 率 は、これらのエネルギー 及 び 経 済 モデルの 示 す 経 済 ポテンシャルの 推 測 よりも 低 くなる 可 能 性 がある。 前 述 の 通 り、 結 果 は 通 常 、 技 術 の 開 発 及 び 展 開 に 対 する 現 実 世 界 の 障 壁( 環 境 への 影 響 、 明 確 な 法 規 制 上 の 枠 組 みの 欠 如 、 様 々な 技 術 に 関 する 認 識 された 投 資 リスク、 研究 開 発 と「 体 験 による 学 習 」を 通 じてCCSコストがどれだけ 早 く 減 少 するかに 関 する 不 確 実 性 など)を 適 正 に 考 慮 していない、 最 適 化 された 最 小 コストの 分 析 に 基 づいている。モデルでは 通 常 、 様 々な 用 途 におけるCCSコストと 将 来 のコストの 減 少 率 について、 単 純 化 された 前 提 を 用 いるの。450ppmvから750ppmvまでのCO 2 安 定 化 シナリオにおいて、 今 世 紀 中 に 地 球 全 体 で 貯 留 される 可 能性 のある( 地 中 貯 留 及 び/ 又 は 海 洋 隔 離 による)CO 2 の 累 積 量 に 関 する 公 表 された 推 定 は、 非 常 に 小規 模 の 貢 献 から 数 兆 トンものCO 2 まで 広 範 囲 にわたる。 大 方 の 場 合 、この 範 囲 は 長 期 的 な 社 会 経 済的 ・ 人 口 統 計 学 的 変 化 、そして 特 に 将 来 のCO 2 排 出 量 の 主 な 決 定 要 因 である 技 術 的 な 変 化 の 不 確 実性 によるものである。しかし、450 - 750ppmvのCO 2 安 定 化 シナリオの 結 果 の 大 半 は、CCSの 累 積 展開 に 関 して220 - 2,200GtCO 2 (60 - 600GtC)の 範 囲 に 集 まる 傾 向 があることに 注 意 する 必 要 がある。CCSがこの 経 済 ポテンシャルを 実 現 するには、 来 世 紀 にわたってそれぞれ 年 間 1–5 Mt CO 2 を 回 収 する 数 百 、 数 千 ものCCSシステムが 世 界 中 で 必 要 になるだろう。セクション5で 示 した 通 り、 地 中 貯 留の 技 術 ポテンシャルだけでも、CCSの 経 済 ポテンシャルの 範 囲 の 上 限 をカバーするのに 十 分 である可 能 性 がある。貯 留 層 からのCO 2 漏 洩 に 関 する 展 望貯 留 層 からのゆっくりとした 漏 洩 の 政 策 的 含 意 は、 分 析 における 前 提 によって 異 なる。 非 恒 久 的な 貯 留 にどう 対 処 するかという 問 題 に 取 り 組 むために 実 施 される 研 究 は、 排 出 を 遅 らせることの 価値 、 特 定 の 緩 和 シナリオのコスト 最 小 化 、 又 は 大 気 中 温 室 効 果 ガス 濃 度 の 想 定 される 安 定 化 という観 点 における 許 容 可 能 な 将 来 の 排 出 量 など、 様 々なアプローチに 基 づく。これらの 研 究 の 中 には、将 来 的 な 放 出 の 排 出 量 の 更 なる 削 減 によって 相 殺 することを 許 容 するものもある。 結 果 は、 将 来 の削 減 コスト、 割 引 率 、 貯 留 されるCO 2 量 、 大 気 中 濃 度 の 安 定 化 レベルなどに 関 する 推 定 によって 異なる。 他 の 研 究 では、 政 治 的 ・ 組 織 的 な 不 確 実 性 のため 相 殺 はオプションとはみなされず、 推 定 安定 化 レベルと 貯 留 量 によって 設 定 される 制 限 に 分 析 の 焦 点 が 置 かれている。様 々な 研 究 の 個 別 の 結 果 は、 方 法 及 び 想 定 によって 異 なるが、 成 果 が 示 唆 しているのは、 貯 留 割合 が100 年 後 に90 - 99%、500 年 後 に60 - 95%であれば、 非 恒 久 的 な 貯 留 でも、 気 候 変 動 の 緩 和 において 有 益 となり 得 るということである。あらゆる 研 究 が、CCSが 緩 和 措 置 として 受 け 入 れ 可 能 であれば、 起 こり 得 る 漏 洩 量 にも 上 限 がなければならないことを 暗 示 している。9. 排 出 量 のインベントリと 算 定CO 2 の 回 収 及 び 貯 留 の 重 要 な 側 面 は、CO 2 の 排 出 ( 及 びそれに 伴 うメタンや 亜 酸 化 窒 素 の 排 出 )が減 少 し、 削 減 され、 大 気 から 除 去 される 量 を 推 定 ・ 報 告 する 方 法 の 策 定 と 適 用 である。ここに 含 まれる2つの 要 素 は、(1) 国 家 の 温 室 効 果 ガスインベントリのための 排 出 量 の 実 際 の 試 算 及 び 報 告 、- TS. 38 -

(2) 正 味 排 出 量 を 制 限 するための 国 際 合 意 に 基 づくCCSの 算 定 である。 15現 在 の 枠 組 みUNFCCCの 下 では、 国 家 の 温 室 効 果 ガス 排 出 インベントリは 伝 統 的 に 特 定 の 年 の 排 出 量 を 報 告 しており、 年 間 ベース 又 はその 他 周 期 ベースで 作 成 されてきた。IPCCガイドライン (IPCC 1996) 及びグッドプラクティスガイダンス 報 告 書 (IPCC 2000; 2003)は、 完 全 かつ 透 明 で、 文 書 化 され、 不確 実 性 の 評 価 を 受 け、 時 が 経 過 しても 一 貫 していて、 国 同 士 で 比 較 できる 国 家 インベントリを 作 成するための 詳 細 アプローチを 説 明 している。 現 在 使 用 されているIPCCガイドラインは、CO 2 の 回 収及 び 貯 留 オプションを 具 体 的 に 含 めてはいない。しかし、IPCCガイドラインは 現 在 改 定 中 であり、2006 年 に 改 訂 版 が 公 開 される 際 には 若 干 の 指 針 を 提 供 する。 改 正 や 発 展 を 要 する 問 題 もあるが、 既に 受 容 されている 枠 組 みをCCSシステムに 適 用 することができる。算 定 及 び 報 告 に 関 連 する 問 題広 く 行 き 渡 った 国 際 合 意 が 存 在 しないので、 様 々な 形 態 のCO 2 回 収 ・ 貯 留 を 排 出 量 削 減 又 は 大 気からの 除 去 として 扱 うべきなのか 明 確 ではない。いずれにしてもCCSは、 将 来 のいつか 物 理 的 に 漏洩 する 可 能 性 のある 新 しいCO 2 層 を 生 み 出 す。 現 在 UNFCCCの 枠 組 みには、 貯 留 サイトからの 物 理的 漏 洩 を 監 視 ・ 測 定 ・ 算 出 するために 利 用 できる 方 法 はない。しかし、 十 分 に 管 理 された 地 中 貯 留サイトからの 漏 洩 は 規 模 が 小 さく、 時 期 も 遅 い 可 能 性 がある。排 出 量 報 告 の 枠 組 みにおいてCCSのため 特 定 のカテゴリーを 作 成 することを 考 慮 してもよいだろうが、 厳 密 に 言 うとそれは 必 要 ない。 回 収 ・ 貯 留 されたCO 2 量 をそのCO 2 が 生 成 された 部 門 に 反 映 できるからである。ある 場 所 でのCO 2 貯 留 は、 様 々な 排 出 源 カテゴリーからのCO 2 及 び 様 々な 国 の 排 出源 からのCO 2 を 含 んでいることがある。CO 2 の 回 収 、 輸 送 及 び 貯 留 層 への 注 入 から 抜 け 出 した 漏 洩 量はもっぱら 既 存 の 報 告 方 法 において 推 定 することができ、CCSシステムの 操 業 に 必 要 な 追 加 エネルギーに 伴 う 排 出 量 は 既 存 のインベントリの 枠 組 み 内 で 測 定 、 報 告 することができる。バイオマスシステムに 適 用 されるCCSについては 具 体 的 な 考 察 が 必 要 かもしれない。この 用 途 ではネガティブ 排出 を 報 告 することになり、それについては 現 在 時 点 では 報 告 枠 組 み 内 に 規 定 が 存 在 しないからである。国 際 合 意 に 関 連 する 問 題温 室 効 果 ガスの 排 出 量 を 規 制 する 定 量 化 された 約 束 及 び 排 出 量 取 引 ・ 共 同 実 施 (JI)・クリーン開 発 メカニズム(CDM)の 利 用 には、 排 出 量 と 除 去 量 を 算 出 するための 明 確 なルールと 方 法 が 必 要である。CCSは 従 来 の 算 出 境 界 を 越 えてCO 2 を 移 動 させる 可 能 性 があるため( 例 えば、ある 国 で 回収 されたCO 2 が 別 の 国 で 貯 留 されるかもしれない、 又 はある 年 に 回 収 されたCO 2 が 後 に 部 分 的 に 貯 留15 この 文 脈 では、「 試 算 」とは 温 室 効 果 ガスの 排 出 量 を 計 算 するプロセスであり、「 報 告 」とはその 試 算 を UNFCCCに 提 供 するプロセスである。「アカウンティング」とは 約 束 と 共 に 報 告 される 排 出 量 と 除 去 量 を 比 較 するための 規 則である。(IPCC 2003)- TS. 39 -

から 放 出 されるかもしれない)、 算 定 のルールと 方 法 は 従 来 の 排 出 量 インベントリで 使 用 されているものとは 異 なる 場 合 がある。現 在 まで、 貯 留 されたCO 2 の 算 定 に 関 する 科 学 的 ・ 技 術 的 ・ 政 治 的 な 議 論 の 多 くは、 陸 上 生 物 圏における 固 定 を 中 心 に 行 われてきた。これらの 交 渉 の 歴 史 が、CCSにおける 算 定 方 法 の 策 定 に 何 らかの 指 針 を 提 供 できるかもしれない。 陸 上 生 物 圏 に 貯 留 されるCO 2 の 潜 在 的 な 非 恒 久 性 を 認 識 して、UNFCCCは 正 味 排 出 量 が 生 物 学 的 吸 収 源 によって 減 少 することもあるという 考 えを 受 け 入 れたが、そういった 算 定 については 複 雑 なルールを 課 してきた。CCSは 多 くの 点 で、 陸 上 生 物 圏 におけるCO 2の 固 定 とは 著 しく 異 なっており( 表 TS.12を 参 照 )、 別 々の 形 式 のCCS 同 士 も 著 しく 異 なっている。しかし、 算 定 の 主 な 目 標 は、CCS 活 動 によって 正 味 排 出 量 において 真 の、そして 定 量 化 可 能 な 削 減が 行 われるようにすることである。 大 気 中 のCO 2 濃 度 という 点 では、 恒 久 的 に 貯 留 される1トンのCO 2には 放 出 されない1トンのCO 2 と 同 じ 利 益 があるが、 一 時 的 に 貯 留 される1トンのCO 2 にはそれほどの利 益 はない。この 違 いが、 温 室 効 果 ガスの 正 味 排 出 量 の 削 減 を 算 定 するどのシステムにも 反 映 されなければならないことは、 一 般 的 に 認 められている。表 TS.12. CCSの 形 式 の 違 いと、 算 出 の 実 施 方 法 に 影 響 を 及 ぼす 可 能 性 のある 生 物 学 的 吸 収 源IPCCガイドライン(IPCC 1996) 及 びグッドプラクティスガイダンス 報 告 書 (IPCC 2000; 2003)には、 温 室 効 果 ガス 排 出 量 の 監 視 に 関 するガイドラインも 含 まれている。CCSのための 改 正 IPCCガイドラインがモニタリング 技 術 、 特 に 地 中 貯 留 や 海 洋 隔 離 のモニタリング 技 術 の 利 用 によって 満 たされるかは 分 かっていない。 地 中 貯 留 層 からのCO 2 排 出 量 を 監 視 及 び 確 認 するために、いくつかの技 術 が 利 用 可 能 であるが、 適 用 可 能 性 、 検 出 限 界 値 及 び 不 確 実 性 についてばらつきがある。 現 在 、地 中 貯 留 のモニタリングは 注 入 点 で 定 量 的 に、 貯 留 層 で 定 性 的 に、CO 2 の 地 表 フラックスを 測 定 することによって 行 われている。 海 洋 隔 離 のモニタリングは、CO 2 プルームの 検 出 によって 行 うこと- TS. 40 -

ができるが、 海 表 面 から 大 気 への 放 出 を 測 定 することによるモニタリングはできない。 既 存 のCCSプロジェクトのモニタリングから 得 られた 知 見 は 限 られており、 物 理 的 な 漏 洩 率 やそれに 関 する 不確 実 性 について 結 論 を 下 せるだけの 根 拠 にはならない。京 都 議 定 書 は、 温 室 効 果 ガスの 排 出 量 、 排 出 量 削 減 、 様 々な 順 守 メカニズムの 下 で 固 定 される 排出 量 を 算 出 するのに、 異 なる 単 位 を 作 成 している。「 割 当 量 」(AAU)は 排 出 量 の 約 束 を 示 すもので、 排 出 量 取 引 に 適 用 される。「 認 証 排 出 削 減 量 」(CER)はCDMにおいて 使 用 され、「 排 出 削 減単 位 」(ERU)はJIにおいて 使 用 される。 現 在 までに、 国 際 交 渉 ではCCSシステムからプロジェクト 関 連 のCO 2 削 減 量 を 計 算 ・ 算 出 する 方 法 についてほとんど 指 針 を 提 供 しておらず(CER 又 はERUのみである)、そういった 削 減 量 がどのように 京 都 議 定 書 で 処 理 されるかは 確 かでない。 生 物 学 的吸 収 源 のルールに 関 する 方 法 論 により、 若 干 の 指 針 は 与 えられる 可 能 性 がある。さらに、 現 在 の 合意 は 国 境 を 越 えるCCSプロジェクトに 対 応 していない。これは、 京 都 議 定 書 の 加 盟 国 である「 付 属書 B」 国 でCO 2 を 回 収 したが、 議 定 書 に 拘 束 されない 国 又 は「 付 属 書 B」 国 以 外 の 国 でCO 2 を 貯 留 するような、 国 境 を 越 えるプロジェクトに 対 応 するときに 特 に 重 要 である。国 家 の 排 出 量 インベントリのために 現 在 利 用 可 能 な 方 法 はCCSシステムに 対 応 できるか、 対 応 するよう 改 定 することができるが、 貯 留 CO 2 の 算 定 は 貯 留 された 排 出 量 に 対 する 責 任 の 受 け 入 れ 及 び移 転 に 関 する 疑 問 を 提 起 する。そのような 問 題 は、 国 家 及 び 国 際 的 政 治 プロセスで 解 決 されるであろう。10. 知 識 のギャップ知 識 のギャップに 関 する 本 要 約 は、 知 識 や 経 験 が 増 え、 不 確 実 性 が 減 ることが 大 規 模 なCCS 展 開に 関 する 意 思 決 定 を 促 進 するのに 重 要 となるようなCCSの 側 面 について 扱 っている。回 収 及 び 貯 留 の 技 術CO 2 回 収 のための 技 術 は、 様 々な 用 途 における 産 業 界 の 経 験 に 基 づき、 今 日 では 比 較 的 よく 理 解されている。 同 様 に、パイプライン 輸 送 の 採 用 や 回 収 したCO 2 の 地 中 貯 留 の 導 入 についても、 大 きな 技 術 的 ・ 知 識 的 障 壁 は 存 在 しない。しかし、より 広 範 囲 にわたるCCS 技 術 の 展 開 に 必 要 な 知 識 と経 験 を 得 るためには、フルスケールのプロジェクトで 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 を 統 合 する 必 要 がある。 新規 及 び 既 存 の 施 設 における 回 収 コストを 大 幅 に 削 減 できる 可 能 性 のある、CO 2 回 収 に 関 する 新 たな概 念 や 実 現 技 術 に 関 する 知 識 を 向 上 させるために 研 究 開 発 も 必 要 である。より 具 体 的 に 言 うと、 数百 メガワット( 数 MtCO 2 )の 単 位 でCO 2 回 収 を 行 う 大 規 模 な 石 炭 及 び 天 然 ガスを 燃 料 とする 発 電 所について、 知 識 のギャップが 存 在 する。 回 収 を 伴 う 様 々な 種 類 の 発 電 システムの 信 頼 性 及 び 環 境 性能 を 確 立 し、CCSのコストを 削 減 し、さらにコスト 予 想 に 対 する 信 頼 を 向 上 させるため、この 規 模のCO 2 回 収 の 実 証 が 必 要 である。さらに、セメント 産 業 や 鉄 鋼 業 など、 大 規 模 なCO 2 排 出 源 を 持 つがCO 2 回 収 についてはほとんど 経 験 がない 工 業 プロセスにおいて、CCSのコスト 及 び 性 能 に 関 するより 正 確 な 推 定 を 行 うため、 大 規 模 な 実 施 が 必 要 である。- TS. 41 -

鉱 物 炭 酸 化 技 術 に 関 しては、 主 な 問 題 は、コスト 及 び 正 味 エネルギー 必 要 量 を 減 らすことのできる 現 実 的 な 設 計 で、どのようにして 反 応 熱 を 有 効 利 用 するかである。これらのギャップに 対 処 するため、パイロット 規 模 の 実 験 施 設 が 必 要 である。回 収 したCO 2 の 産 業 利 用 に 関 しては、 回 収 CO 2 を 利 用 する 工 業 プロセスの 正 味 エネルギーとCO 2 とのバランスに 関 する 更 なる 研 究 が、このオプションの 潜 在 的 可 能 性 の 全 体 像 を 構 築 するのに 役 立 つだろう。CO 2 の 排 出 源 と 貯 留 機 会 との 地 理 的 関 係主 要 なCO 2 排 出 源 と 適 切 な(あらゆる 種 類 の) 貯 留 サイトとの 近 接 性 に 関 する 改 善 された 状 況 や、CO 2 の 回 収 ・ 輸 送 ・ 貯 留 のコスト 曲 線 の 策 定 により、 大 規 模 なCCS 展 開 に 関 する 意 思 決 定 が 容 易 になるだろう。これに 関 連 して、 大 規 模 なCO 2 排 出 源 ( 現 在 及 び 将 来 のもの)がどの 程 度 、 要 求 される 量 を 貯 留 できる 適 切 な 貯 留 オプションと 適 合 しているかを 評 価 するため、 詳 細 な 地 域 別 評 価 が 必要 になる。地 中 貯 留 の 容 量 と 効 果世 界 ・ 地 域 ・ローカルレベルで 地 中 貯 留 容 量 の 推 定 を 改 善 する 必 要 があり、また 長 期 的 な 貯 留 ・移 動 ・ 漏 洩 プロセスをさらに 理 解 する 必 要 がある。 後 者 の 問 題 に 対 処 するには、 地 中 に 貯 留 されたCO 2 の 挙 動 を 監 視 ・ 確 認 する 能 力 を 向 上 する 必 要 がある。 様 々な 地 質 学 的 ・ 地 理 的 ・ 経 済 的 背 景 における、より 多 くのパイロット 及 び 実 証 貯 留 プロジェクトの 実 施 が、これらの 問 題 に 対 する 我 々の理 解 を 向 上 させるのに 重 要 である。海 洋 隔 離 の 影 響海 洋 隔 離 のリスク 及 び 潜 在 的 可 能 性 を 評 価 できるようになる 前 に 埋 めなければならない 大 きな 知識 のギャップは、 深 海 におけるCO 2 の 生 態 系 への 影 響 に 関 するものである。 添 加 されたCO 2 に 対 する深 海 の 生 物 学 的 システムの 反 応 について 研 究 が 必 要 であり、そこにはこれまでに 実 施 されたどの 研究 よりも 期 間 が 長 く、 規 模 の 大 きな 研 究 が 含 まれる。これに 加 えて、CO 2 プルーム 及 びその 生 物 学的 ・ 地 球 化 学 的 な 影 響 を 検 出 、 監 視 するための 技 術 とセンサーを 開 発 する 必 要 がある。法 規 制 の 問 題CCSの 大 規 模 な 実 施 に 対 する 法 規 制 上 の 要 件 に 関 する 現 在 の 知 識 はまだ 不 十 分 である。 地 中 貯 留の 実 施 を 促 進 し、 関 する 長 期 的 な 法 的 責 任 を 考 慮 するための 適 切 な 枠 組 みは 存 在 しない。 海 洋 環 境への 貯 留 ( 海 洋 隔 離 又 は 海 底 下 地 中 貯 留 )に 対 する 潜 在 的 な 法 的 制 約 に 関 して 明 確 化 が 必 要 である。その 他 の 主 要 な 知 識 のギャップは、 排 出 量 のインベントリ 及 び 算 出 のための 方 法 論 に 関 するものである。- TS. 42 -

気 候 変 動 の 緩 和 に 対 するCCSの 世 界 的 貢 献長 期 的 ・ 世 界 的 な 温 室 効 果 ガス 濃 度 の 軽 減 及 び 安 定 化 に 対 するCCSの 潜 在 的 貢 献 をさらに 理 解 することによって、CCSに 関 する 将 来 の 意 思 決 定 に 役 立 つような、いくつかの 他 の 課 題 がある。これらには、 開 発 途 上 国 のCCS 利 用 機 会 を 含 むCCS 技 術 の 移 転 及 び 普 及 の 可 能 性 、バイオマスCO 2 排 出 源への 適 用 、CCSへの 投 資 と 他 の 緩 和 オプションへの 投 資 との 潜 在 的 相 互 作 用 が 含 まれる。CO 2 がどれだけ 長 期 間 にわたって 貯 留 されなければならないのかという 問 題 に 対 し、 更 なる 調 査 を 行 うことが 必 要 である。この 問 題 は、 安 定 化 への 経 路 及 び 世 代 間 の 側 面 に 関 連 する。- TS. 43 -