２０２４年１月２６日、経済産業省はネガティブエミッション市場創出に向けた検討会として「ＤＡＣワーキンググループ（ＷＧ）」を創設し第１回の会議を開催した。ＤＡＣは海外での大型プロジェクトが進み、日本は取り残されているように見えることから、日本政府の焦りも感じられる。内閣府のムーンショット型研究開発事業でもいつくかのＤＡＣプロジェクトが推進されている。ここでは、ＤＡＣの動向として、建物内などのＣＯ２を捕獲する小型分散型ＤＡＣについての動向についてまとめる。
目次
ＤＡＣ
ＤＡＣとは
分離回収技術
CO2の処理
ＤＡＣの世界動向
日本政府の促進
ＤＡＣの課題
設置、貯留場所
コスト
ムーンショット型研究開発
大型と小型分散の議論
小型分散型の可能性 建築物ＣＯ２環境規制
小型分散型を狙う研究開発業動向
九州大学、双日
東京大学、清水建設
デンソー、大成建設
川崎重工
小型分散型ＤＡＣ
ＤＡＣ
ＤＡＣとは
ＤＡＣ Ｄｉｒｅｃｔ Ａｉｒ Ｃａｐｔｕｒｅとは、「大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）を分離して、回収することをさす。２０５０年カーボンニュートラルを実現するためには、水素を中心としたエネルギー源への構造変更だけでは十分ではない。ＣＯ２を何らかの方法で空気中から取り除く方法が必要となる。これを総称してネガティブエミッション技術（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ： ＮＥＴｓ）と呼ぶが、ＤＡＣはＮＥＴｓを代表する方法だ。
分離回収技術
ＣＯ２の分離回収技術には様々な方法が提案されている。現在商用運転されている火力発電所や化学工場などの排ガスに含まれる高濃度（数％から十数％）のＣＯ２を分離回収し、地下貯留など行うシステムでは、主にアミンなどを使用した化学吸収、化学吸着、物理吸着の技術が使用されている。
ＤＡＣのＣＯ２分離回収技術もアミンなどの吸着物質を使用した方法が使用されるが、排ガス中の高濃度ＣＯ２と違い、大気中のＣＯ２濃度は４００ｐｐｍであり、希薄なＣＯ２からＣＯ２だけを分離回収するには課題が多く、いくつの方法を組合わせた方法を含む様々な方法が提案されている。
ＣＯ２の処理
ＤＡＣで分離回収されたＣＯ２はＮＥＴｓに沿う形で処理されなければならない。処理方法は、地下に貯留するＣＣＳ（Ｃａｒｂｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｓｔｏｒａｇｅ）、または合成燃料などへ変換して有効利用するＣＣＵ（Ｃａｒｂｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）となる。
環境省によると、日本の２０２１年度の温室効果ガスの排出・吸収量はＣＯ２換算で１１億２，２００万トン。日本ＣＣＳ調査株式会社の資料では、これまでの貯留層賦存量調査で、日本のＣＯ２貯留可能量は約１，４００億トンとなっていて、年間ＣＯ２排出量の約１００年分に当たるとしている。
経済産業省は２０２３年６月、ＪＯＧＭＥＣが先進的ＣＣＳ事業７案件を選定したと発表した。２０３０年までにＣＯ２の年間貯留量の約１，３００万トンの確保を目指すとしている。７案件を見てみると、日本国内や海域への貯留調査・実証事業もあるが、２案件はマレーシアや大洋州への輸送・貯留となっている。
１００年分しか貯留できない日本の領土、また、可能性はあっても大規模なＤＡＣ施設を建設するための平地を確保するのは実質的に難しいと考えると、回収ＣＯ２の有効利用ＣＣＵについての検討が必要となってくる。利用方法は、ドライアイスとし工業用に使用したり、植物工場での植物成長促進のために使用したりする直接利用や、ＣＯ２を合成燃料や化成品に転換する方法、コンクリート材料として炭酸カルシウムに変換して使用する方法などが挙げられる。
ＤＡＣの世界動向
世界ではＤＡＣに関連した大型プロジェクトが進行中であり、先行するのはスイスに拠点を置くＣｌｉｍｅwｏｒｋｓとカナダに拠点があるＣａｒｂｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（2023.8月 米国石油会社Occidental社が1PointFiveを通じて買収した）だ。
表に示すように、世界では年間１００万トンを処理する大型のＤＡＣプロジェクトが進行している。
日本政府の促進
２０５０年にカーボンニュートラルを実現するためには、世界で年間２０から１００億トンのＣＯ２の除去が必要といわれている。上記のように世界ではスタートアップが関係した大型ＤＡＣのプロジェクトが実行されていて、日本政府もネガティブエミッション（ＮＥＴｓ）市場創出に向けた取り組みとして、２０２４年１月２６日にＤＡＣワーキンググループを設置した。国内外のＤＡＣに関する動向調査やＤＡＣ市場創出に向けた今後の取組方針を検討していく予定だ。
ＤＡＣの課題
設置、貯留場所
ＤＡＣを検討するにあたって大きく２つの課題があると考えられる。
ひとつはＤＡＣで分離回収したＣＯ２の処理方法だ。大規模にＤＡＣを行うにしても上述したように日本の領域でＣＯ２を貯留（ＣＣＳ）できる地域は限られる。ＣＯ２の利用についても合成燃料製造技術などを含めて改良の余地がある。回収したＣＯ２をどのように処理するかはＤＡＣを実施する際に設計されなければならない要素だ。また、それによって設置場所も変わってくる。
コスト
もうひとつが、ＤＡＣのコストだ。科学技術振興機構（ＪＳＴ）低炭素戦略センターは、これまで既存の方法を参考にＤＡＣのコストを試算している。それによると、火力発電所や化学工場からの排ガスからアミン吸収でＣＯ２を捕集した場合のコストはＣＯ２ １ｋｇあたり４．１円に対して、大気中からＣＯ２を補修するとＣａｒｂｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇが採用しているＫＯＨによる化学吸収法で３５．４円、Ｃｌｉｍｅｗｏｒｋｓのカーボンナノファイバーにアミンを固着した固体吸着剤法では１１７円となっている。排ガス中の高濃度ＣＯ２からＣＯ２を補修する場合に比べて、約９から２９倍コストがかかる結果となっている。
仮に２０２１年度の日本のＣＯ２排出量１１億２，２００万トンを、化学吸収法３５．４円／ｋｇ－ＣＯ２でＤＡＣ捕集した場合、年間４０兆円のコストがかかることになる。日本の国家予算の３分の１を使ってしまう計算だ。
ムーンショット型研究開発
高効率にＣＯ２を分離回収するＤＡＣの研究開発は、内閣府のムーンショット型研究開発の中の「２０５０年までに、地球環境再生に向けた持続可能な資源循環を実現」という目標のプロジェクトとして２０２０年より５案件が採択されている。上記がその概要である。
大型と小型分散の議論
各研究者の技術的アプローチは違うが、それと同時にＤＡＣを行う対象をどこにするかということでも考え方の違いがある。
名古屋大学の則永教授や金沢大学の児玉教授は化学工学的なスケールメリットがなければ、高効率・低コストＤＡＣは難しいとみている。
一方、九州大学の藤川教授や東京大学の杉山教授は、ビルや家庭に取り付ける小型分散型のシステムを想定している。地下貯留や大規模ＤＡＣ施設を建設する場所が限定される日本では、ＣＣＵを想定した場合輸送コストまで考慮すると必要なところに必要なだけ導入するほうが合理的という考えだ。
小型分散型の可能性 建築物ＣＯ２環境規制
日本の、建築物における衛生的環境の確保に関する法律 第四条には、「特定建築物の所有者、占有者その他の者で当該特定建築物の維持管理について権原を有するものは、政令で定める基準（建築物環境衛生管理基準）に従つて当該特定建築物の維持管理をしなければならない。」とあり、建築物環境衛生管理基準での二酸化炭素の含有率は１００万分の１，０００以下（１，０００ｐｐｍ以下）と定められている。
換気の悪い事務所で長時間事務業務をしていて気分が悪くなった経験が筆者はある。屋内の二酸化炭素濃度基準である１，０００ｐｐｍでは人体への影響として「気分が悪くなる人もいる」としている。
従って、ビルや事務所では温調を含めた換気空調システムによって二酸化炭素濃度を下げることがおこなわれている。ここにＤＡＣを組込むことは検討に値するだろう。
小型分散型を狙う研究開発業動向
ここからは、日本での小型分散型ＤＡＣを狙う研究開発動向を見ていく。
九州大学、双日
九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所副所長 藤川茂紀教授は、内閣府ムーンショット研究開発で「“ビヨンド・ゼロ”社会実現に向けたCO2循環システムの研究開発」として、ナノ分離膜を利用したＣＯ２回収システム、および回収ＣＯ２を電気・熱化学的にメタンなどを生成するユニットを開発している。
２０２３年度までの成果では、世界トップレベルの性能を持つＣＯ２分離ナノ膜（ｍ－ＤＡＣ）を開発し、ＣＯ２混合ガスからＣＯ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４などを生成する（ＤＡＣ－Ｕ）という２０２２年度目標を達成している。
２０２３年３月九州大学は、双日、九州電力と、ｍ－ＤＡＣとＤＡＣ－Ｕの用途を共同開発・検証するための覚書を締結した。さらに、５月にはｍ－ＤＡＣの製品実用化と社会実装を目指して、双日、九州大学、材料スタートアップのナノメンブレンが出資したＣａｒｂｏｎ Ｘｔｒａｃｔ社を設立した。ビルや集合住宅、戸建て住宅など小型分散型でのＣＯ２回収ユニットと変換ユニットでＣＨ４を生成し、燃料としての利用を想定する。
東京大学、清水建設
東京大学先端科学技術研究センター教授 杉山正和氏がプロジェクトリーダーを務めるムーンショット研究開発プロジェクト「電気化学プロセスを主体とする革新的CO2大量資源化システムの開発」では、大気中のＣＯ２を固体吸着および電気化学的方法で回収・富化し、電気化学プロセスでＣ２Ｈ４などの化学物質を生成するシステムを研究開発している。
プロジェクトは各ユニット担当が分かれていて、固体吸着法により大気中のＣＯ２を０．４％以上に濃縮する部分を清水建設が担当、濃縮されたＣＯ２をさらに電気化学的方法で４％以上に富化する工程を大阪大学が担当している。回収されたＣＯ２は電解還元でエチレン等に変換するが、この部分は大阪大学や理化学研究所と共にＵＢＥ、古川電工などが協力して開発を行っている。
２０２２年度までの成果では、回収したＣＯ２の富化と高効率電解還元でのエチレン製造に成功している。一方で物理吸着によるＣＯ２分離（ＤＡＣ）については成果が不十分として研究開発を中止して他のプロジェクトとの連携を模索することなった。プロジェクトは小型分散型のシステムを想定していて、２０２２年の成果でもビルに実装可能なシステム概念を確立したとしている。
このプロジェクトには多くの研究機関や企業が参画しているが、ビルでの使用を想定した場合、清水建設が参画する意味は大きい。清水建設は過去に西部技研と共同で、ビル内に導入する外気からＣＯ２を除去する「ＣＯ２除去空調システム」を開発している。
デンソー、大成建設
デンソーは、電圧の切り替えでＣＯ２を回収する電解式ＣＯ２回収技術を開発している。化学吸収、化学・物理吸着などのＣＯ２分離回収技術は回収時に温度や圧力などのエネルギーが必要で、装置も大型化してしまう。
そこで、デンソーはＣＯ２を吸収しやすい導電性材料電極セルを積層化し、電極に電流を流すことで、電子のクーロン力でＣＯ２を吸着させる。電圧を切り替えることでＣＯ２を脱離させることができる。電流は常時流れないので少ないエネルギーでＣＯ２の吸脱着が可能となる。
２０２２年４月、このＣＯ２分離回収技術はＮＥＤＯ グリーンイノベーション基金事業 研究開発内容２：工場排ガス等からの中小規模ＣＯ２分離回収技術開発・実証として、「低濃度・分散排出源ＣＯ２の分離回収技術開発」テーマで補助事業として採択されている。技術開発目標としては、５％濃度のＣＯ２回収として１トン当たりのコスト２，０００円台（ｋｇ換算で２円台）を目指すというものだ。先に見てきたように、ＤＡＣのコストは３５円から１１７円と試算されているのと比べて、低コスト目標といえる。
２０２３年６月には、デンソーと大成建設は共同で、デンソーのＣＯ２開発システムを用いて、大成建設技術センター内の「人と空間のラボ（ＺＥＢ実験棟）」において、ＣＯ２の回収、利活用の共同技術検証を開始すると発表した。会議室使用時の排気からＣＯ２を回収し、ＣＯ２濃度の低い空気を再度会議室に吸気する技術検証や、回収したＣＯ２を環境配慮型コンクリートに固定化する実験などを行うとしている。
川崎重工
川崎重工は２０２０年９月、石炭火力発電所でのＣＯ２分離回収システムの実証試験を開始したと発表した。地球環境産業技術研究機構（ＲＩＴＥ）と関西電力の協力のもと、関西電力舞鶴発電所内に、ＲＩＴＥが開発した固体吸着剤と川崎重工が開発した移動層ＣＯ２吸脱着システムＫＣＣ（Ｋａｗａｓａｋｉ ＣＯ２ Ｃａｐｔｕｒｅ）によるパイロットプラントを建設し、２０２４年度にかけて試験を行うというものだ。
大型施設での排ガスからのＣＯ２分離・回収について実証を進めているが、川崎重工はもともと潜水艦や航空機など閉鎖空間でのＣＯ２除去の取り組みを行ってきた。２０２１年川崎重工明石工場内にベンチスケールとなる１日あたり５トンのＣＯ２を回収する試験装置を設置し、１，０００時間の連続運転試験を行っている。
２０２１年１２月のグループビジョン２０３０新着報告会では、ＤＡＣによるＣＯ２の回収対象を公園、ビル、タワーマンションなどとして、独自の固体吸収材の特徴を活かしたラボ試験を進め、２０２５年頃の実証を計画するとしている。また、２０５０年には１トン当たりのＣＯ２回収コストを２，０００円程度まで下げることを目指すとしている。
ＤＡＣではないが、川崎重工は膜式のＣＯ２除去装置ＳＥＰＥＲＮＡを開発していて、２０２０年三菱地所が開発していたＴＯＫＹＯ ＴＯＲＣＨ常盤橋タワーに設備を設置して実証試験を行っている。このようなビル運営事業者との協働が小型ＤＡＣの実証でも想定される。
小型分散型ＤＡＣ
二酸化炭素分離回収技術ＤＡＣは、２０５０年カーボンニュートラルのためのＮＥＴｓ技術として欠くことができないが、現時点ではいろいろな課題がある。大型設備設置場所や地下貯留の課題を考えると、小型分散型の可能性が出てくる。
大型ＤＡＣを実現するためには、吸収材や吸着材の開発を基に、大型設備のシステム設計、建設する能力が必要であり、重化学工業会社やエンジニアリング会社の協力が必要だ。同様に小型分散型ＤＡＣをビルなど屋内大気環境からのＣＯ２を分離回収するシステムを構築するためには、ゼネコンや空調換気システムを取り扱う会社の協力が必要になる。また、総合建設会社との協力は回収ＣＯ２の有効利用のひとつとしてコンクリートへの固定化の可能性も考えられる。
コスト課題では、川崎重工やデンソーが打ち出しているように、ＣＯ２ １ｋｇあたり２円というのがマイルストーンになるのかもしれない。ここに紹介しなかったほかにも小型ＤＡＣを目指す研究開発や商品がある。大気中の４００ｐｐｍという希薄なＣＯ２を分離回収するという難しい技術であるが、研究機関や企業が開発に拍車をかけている分野には間違いない。