直接空気捕集：次世代リアクターが広範な採用を実現する可能性

ライス大学の研究チームは、二酸化炭素回収を改善する電気化学反応器を開発しました。有害な副産物を出さずに大気から効率よくCO2を回収できる可能性があります。直接空気回収（DAC）のこの新方式が、排出実質ゼロの実現にどう貢献するかを紹介します。

排出量の増加と気候災害

BioScienceに掲載された気候の現状に関する報告書は、世界が「不可逆的な気候災害の瀬戸際にある」と指摘しました。化石燃料由来の排出量は過去最高に達し、2024年7月には観測史上最も暑い3日が記録されました。海面水温も複数の地域で新記録となりました。

これらのデータは、政府が対策を進める必要性を示しています。持続可能性と再生可能エネルギーの推進が中心となり、電気自動車や代替エネルギーの普及、資源を浪費する製造業への課税などが選択肢です。

単独で問題を解決できる方法はありません。技術の進歩とともに人々の習慣も変える必要があります。二酸化炭素回収・利用・貯留（CCUS）は、その目標を支える主要技術の一つとされています。

直接空気捕集 – 現在の方法

炭素排出削減は世界の環境対策の優先課題です。記事は、大気からCO2を取り除く方法として直接空気回収を紹介しています。複数の方式がありますが、有害な化学物質や副産物、あるいは大量のエネルギーが課題となっています。

一般的な方法では、特定の液体中でガス分子を化合物と結び付けてCO2を捕捉します。濃度の異なる混合ガスを液体に通し、その後、溶液からCO2を取り出します。

CO2を取り出す段階は、最も多くのエネルギーを消費します。ガスの種類によって複数工程や専用施設が必要です。熱、化学反応、電気化学反応などが用いられ、溶媒の種類もエネルギー消費と効率に影響します。

アミン系吸収剤

アミン系吸収剤はCO2回収で広く使われ、比較的少ないエネルギーで捕捉できます。ただし、記事は溶液の不安定性と毒性により、追加のリスクと保管費用が生じると説明しています。

水酸化ナトリウムと水酸化カリウム

水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを使う、毒性を抑えた方法もあります。CO2との結合は強固ですが、分離には大量の熱が必要なため、高コストで専用設備も求められます。

直接空気捕集 PSE リアクター研究

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こうした限界を踏まえ、ライス大学は室温で動作する直接空気回収装置を開発しました。成果はNature Energy¹に掲載されました。

出典 – Rice University

PSE（多孔質固体電解質）反応器は、熱ではなく電力でCO2を分離する電気化学的再生装置です。多孔質固体電解質層を組み込み、電気入力を最適化してイオンの移動と物質移動を制御します。化学薬品ではなく電流によってCO2分子を分離する仕組みです。

直接空気捕集 PSE リアクター試験結果

反応器は加熱せずにCO2を分離できることを示しました。モジュール式の三室構造で、アルカリ吸収剤と高純度CO2を別々に取り出せます。NaHCO3/Na2CO3溶液を選択的に分離し、90％の回収能力を示しました。少ないエネルギーで作動し、異なる混合物でも安定性が確認されました。

水素生成

この工程では水素を同時に生成できることも分かりました。水素は機器の動力や暖房に利用され、燃料電池は効率よく発電できます。持続可能性を高める研究全体の目標に組み込める可能性があります。

直接空気捕集 PSE リアクターが市場にもたらす利点

既存の実証済み技術に基づく点も利点です。水素燃料電池などはすでに商用化されており、システムへの組み込み、利用者の研修、工程の改良を進めやすくなります。

費用対効果

PSE反応器は建設・運転費用が低いとされています。大量の熱や資源を必要とする方法に比べ、企業の費用削減につながる可能性があります。

エネルギー障壁の削減

エネルギー消費を減らせば、より多くの用途や産業で利用できます。研究は低消費電力を示し、将来的な大幅な費用削減の可能性を報告しました。

スケーラビリティ

PSE反応器は、従来のCO2処理設備のような巨額のインフラ投資なしで回収能力を発揮できるとされ、規模拡大のしやすさも利点です。

クリーン

研究は、廃棄副産物を残さずCO2を分離できることを示しました。これは持続可能性の面で重要な利点です。

柔軟性

さまざまな条件で性能を検証したところ、異なる陰極・陽極反応への適応性が確認されました。多様な直接空気回収用途への応用が期待されます。

統合

従来のCO2回収方式を既存設備に組み込むには手間がかかります。電力で動作する新方式は、熱や化学薬品への依存を減らし、導入時間を短縮できる可能性があります。

研究者

ライス大学のXiao Zhang、Zhiwei Fang、Peng Zhu、Yang Xia、Haotian Wangが研究を主導しました。Wangは長年脱炭素化に取り組んでいます。チームは産業規模での性能を確認するため、試験拡大を予定しています。

直接空気炭素捕集研究から恩恵を受けられる企業

CO2回収分野は拡大し、関連企業への関心も高まっています。自然災害の増加と、炭素税など環境重視の政策への関心が、適切な技術を持つ企業に機会をもたらしています。

NET Power Inc

NPWR 価格チャート

ノースカロライナ州を拠点とするNET Power Inc (NPWR )は、排出のない発電タービンを目指して2010年に設立されました。投資家と研究者の支援で開発を進め、高圧超臨界CO2を利用するタービンの主要企業となっています。

装置はCO2を再循環させ、運転費用と大気汚染を減らします。記事は、AIによって増える電力需要に備える重要な技術と位置付けています。

NET Power Inc.はOccidental、Baker Hughes (BKR )、Constellation、SK Groupの支援を受けています。このネットワークと発電技術が、クリーンエネルギーへの投資先としての魅力を支えています。

Aker Carbon Capture

Aker Carbon Captureは商用CO2回収装置の主要供給企業です。2020年8月に発足し、クリーンテック企業を育成する投資会社Aker Horizonsの子会社として紹介されています。

Aker Carbon Captureは浮き沈みを経験しています。世界初のセメント工場向けCO2回収・貯留契約を獲得し、2024年8月には米国のパルプ・製紙工場向け大規模設備の設計・導入契約を得ました。

記事によると、OTCでのみ取引されるAker Carbon Capture株は数年間下落しました。一方、直近の第3四半期決算では現金45億ノルウェークローネ、自己資本55億ノルウェークローネを保有していました。

SLBとの戦略提携によりSLB Captureが生まれました。分析家はこれをACC.OLの「買い」材料とみなし、拡大するCO2回収市場での成長を期待しています。

直接空気捕集技術の改善がグリーン経済を促進できる可能性

再生可能エネルギーなどと組み合わせた直接空気回収は、気候危機への対応策として期待されています。今回の研究はCO2回収工程を改善し、より幅広い規模での導入を可能にするかもしれません。次の試験段階と、その後の実用化が課題です。

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研究参照：

^{1. Zhang, X., Fang, Z., Zhu, P., et al. (2025). 多孔質固体電解質リアクターにおける（バイ）炭酸塩から高純度CO₂を電気化学的に再生し、効率的な炭素捕集を実現する. Nature Energy, 10(1), 55–65. https://doi.org/10.1038/s41560-024-01654-z}