サステナビリティ
カーボンを捕獲する – 海洋の深みは実行可能な解決策か？
二酸化炭素（CO2）は、我々の大気中に熱を閉じ込めるのに役立つ重要で最も一般的に生成される温室効果ガスです。この熱を閉じ込めるガスは、人間と自然の両方の活動の結果です。
自然の源には、火山の噴火や動物が二酸化炭素を廃棄物として呼吸するなどのプロセスが含まれます。一方、CO2排出につながる人間の活動には、化石燃料である天然ガス、石油、石炭の抽出と燃焼を伴う野火やエネルギー生産が含まれます。人間が排出するCO2の約45%が大気中に残り、地球温暖化に大きく貢献しています。
二酸化炭素がなければ、地球は極度に寒くなり、住みにくくなります。 しかし、大気中のこのガスの濃度が増加しているため、現在、平均の世界的な温度が上昇しています。
2019年には、アメリカaloneで5,130百万メトリックトンのエネルギー関連CO2を排出したのに対し、世界的な排出量は33,621.5百万メトリックトンに達したと推定されています。アメリカエネルギー情報局の推定によると。
その結果、大気中の二酸化炭素を捕獲して貯蔵するプロセスである炭素封存に対する関心が高まっています。
この目標を支援する取り組みには、クリーンエネルギーシステムへの移行や、輸送や建設などの高排出部門の脱炭素化が含まれます。これらの取り組みの中で、特に炭素封存は、気候変動に対処するために自然環境と協力する共同方法として際立っています。
炭素封存は、地球の大気から炭素を除去するための重要な方法であり、主にCO2の永久的な貯蔵に焦点を当てています。このプロセスは、生物学的および地質学的に2つの方法で行うことができます。
地質学的な炭素封存には、CO2を地下の地層に貯蔵することが含まれます。アメリカ地質調査所（USGS）の2013年の全国的な地質学的炭素封存の評価によると、二酸化炭素の平均3,000メトリックギガトンの貯蔵ポテンシャルがあると推定されています。組織の評価によると、テキサスからジョージアまでの沿岸平野を含む沿岸盆地地域には、CO2の貯蔵ポテンシャルが最も高いとされています。
これは、グラフェンの生産を通じて行われています。グラフェンの生産には、原材料としてCO2が必要です。グラフェンは軽量で柔軟性に富み、高い抵抗性を持つため、建設、エネルギー、電子機器、医療分野で有益です。
また、空気中のCO2を捕獲して新しい化合物を形成するために分子を設計するエンジニアリング分子もあります。一方、炭素捕獲と貯蔵（CCS）には、工業活動によって生成されるCO2を捕獲し、圧縮して輸送し、最終的に岩石層に注入して永久に貯蔵することが含まれます。
地下貯蔵庫に二酸化炭素を注入すると、石油生産量を増やすことができます。しかし、この方法には、炭素の移動や漏れ、地下水の汚染、注入による地震リスクなどの欠点もあります。また、世界の多くの地域には、貯蔵庫への注入に適した地質学的特徴がありません。
生物学的な炭素封存は、間接的または受動的な封存方法と呼ばれます。この方法では、CO2が自然環境の中に貯蔵され、「炭素シンク」と呼ばれる土壌、森林、草地、海洋、その他の水体に貯蔵されます。
実際、森林は自然界における最も優れた炭素封存方法の1つと見なされています。森林は、平均して二酸化炭素を2倍以上貯蔵し、放出します。光合成の際、CO2が植物に結合し、酸素と交換されます。森林を含む他の植物形態の約4分の1の全球的なCO2排出量が、森林とともに封存されています。
現在、炭素封存を行うための技術の開発に焦点が当てられています。
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炭素封存の超高速方法
テキサス大学オースティン校の研究者は、大気中から捕獲された炭素を非常に高速に貯蔵する新しい方法を発見しました。 従来の方法よりも速く、有害な化学物質の使用や機械的攪拌を必要としません。
ACS Sustainable Chemistry & Engineeringに掲載された新しい研究では、炭素酸化物ハイドレートの超高速形成の技術が開発されました。 これらの材料は、海洋にCO2を埋没させ、大気中への放出を防ぐことができます。
「私たちは、大きな課題に直面しています。つまり、大気中から炭素を安全に除去する方法を見つけることです。ハイドレートは、炭素貯蔵のための普遍的な解決策を提供します。ハイドレートが炭素貯蔵の重要な部分になるためには、迅速に拡大する必要があります。」
– Vaibhav Bahadur、ウォーカー機械工学部教授
研究によると、ハイドレートは、化学物質を使用せずに迅速に形成できます。さらに、チームは、これを大規模な炭素貯蔵のための非常に有効な方法と見なしています。 いくつかの欠点や問題が解決されれば、ハイドレートは炭素を捕獲して貯蔵するための優先される方法になる可能性があります。
チームは、ハイドレートの形成が遅く、エネルギーを大量に消費することが、この方法が大規模な炭素貯蔵方法として普及しなかった理由であると指摘しています。 しかし、今回の研究では、従来の方法と比較して、ハイドレートの形成速度が6倍に増加しました。 このプロセスの高速性と、化学物質の使用が不要であることが、ハイドレートを大規模な炭素貯蔵に適したものにします。
実際に、化学物質を必要とせず、吸収を強化し、エネルギー効率とコスト効率を高めることができるのは、マグネシウムです。これが研究の「秘密のソース」でした。
マグネシウムは、低密度、低融点、化学反応性の高い光沢のある灰色の金属で、他の元素と組み合わせて自然に発生します。この金属は、化学物質の必要性を除去するトリガーとして機能します。マグネシウムの添加は、特定のリアクター構成で高流量で二酸化炭素を吹き込みます。ここでのリアクター圧力は、貯蔵速度の主な要因です。
したがって、純ガス消費量に基づくCO2貯蔵速度の向上は、マグネシウム存在下での高流量の定常ガス流入と流出によって実現され、ガス-水-ハイドレート界面が継続的に更新されます。
この技術は、海水で動作するため、炭素貯蔵を行うために複雑な脱塩処理を必要としません。 海水での泡沫の迅速な形成は、技術の経済的パフォーマンスを大幅に高めるでしょう。 チームによると、
「ハイドレートは、炭素貯蔵の魅力的な選択肢です。海底は、ハイドレートを分解するのを防ぐために、安定した熱力学的条件を提供します。」
この方法では、炭素貯蔵は、沿岸線を持つ地球上のすべての国で使用できるようになります。 したがって、この炭素貯蔵方法は、よりアクセスしやすく、世界規模で実行可能になり、持続可能な未来への道を開きます。
研究者によると、泡は、CO2を輸送して貯蔵するための新しいアプローチを可能にします。 しかし、この進歩の影響は、炭素封存を超えています。 ハイドレートの超高速形成は、ガス分離と貯蔵、脱塩にも応用できます。
このように、新しい技術は、さまざまな産業に対する多様な解決策を提供します。したがって、研究者は、この技術に関連する特許を2件出願しており、商業化のためにスタートアップを設立することも検討しています。
すべての取り組みが成功するわけではありません
環境の脱炭素化の重要性を考えると、科学者や世界のリーダーは、気候目標を達成するためにさまざまな方法や新しい技術を模索しています。
去年、科学者は、シチリア島近くの火山島の沖で、「驚くほど速く」CO2を消費する微生物を発見しました。 これらの微生物は、2022年9月に最初に発見され、「光合成を通じてCO2を驚くほど効率的に消費する」という特性があります。 これは、既知の他のシアノバクテリアよりも速いものです。 科学者は、微生物プロセスは技術介入よりも資本効率が高く、「多様な環境に展開できるため、スケーラブル」であると述べています。
数か月前、国立標準技術研究所（NIST）の科学者は、空気からCO2を捕獲して除去するために使用される材料（ソルベント）の性能を高精度で測定するためのテスト装置を開発しました。
この装置により、NISTは、直接空気捕獲（DAC）業界のための研究用テスト材料（RGTM）ソルベントを作成できます。 これにより、企業は、拡大する前にソルベントの有効性をテストして検証できます。
今月、オーストラリアの研究者は、炭素を捕獲して貯蔵するために、太陽エネルギーを使用して鉱山廃棄物を活用することを提案しました。 現在、炭素捕獲と貯蔵プロセスにおける炭素化鉱物の活性化のための集中太陽熱を使用することの最初の評価と分析を実施中です。
科学者は、温室効果ガスを直接固体燃料に変換する方法を発見しています。 これらの燃料は、家を暖めるか、産業を動かすために使用できます。 例えば、MITとハーバード大学の研究者は、ガスを捕獲して電気化学的に粉末に変換するプロセスを開発して実証しました。 この固体フォルマートは、実験室で燃料電池を使用して電気を生成するために使用されます。
したがって、炭素を捕獲して貯蔵することに重点が置かれており、多くの研究と資金がこれらの取り組みに投資されています。 しかし、すべての取り組みが成功しているわけではありません。 その主な例は、米国の気候スタートアップ企業であるRunning Tideです。
Running Tideの炭素除去プロセスでは、シチリア島近くの火山島の沖で浮かぶ木製の浮き輪のネットワークによって「マイクロフォレスト」が開発され、海洋と空気中のCO2を「食べる」ことができます。さらに、石灰岩は海洋表層の「抗酸剤」として機能します。後に海藻は切り取られ、海洋に沈んで、CO2を吸収し、数千年間深く埋もれます。
会社のウェブサイトによると、会社は2つのパスを通じて25,000トンの炭素を除去したと報告されています：
- 海洋のアルカリ性強化
- バイオマスシンキング
Running Tideは、炭素クレジットも販売しています。これは、迅速なサイクルから1トンの炭素を除去したことを表します。約1年前、スタートアップは、電子商取引の巨人Shopifyに先行して販売されたクレジットから最初の炭素除去クレジットを提供しました。後で、Microsoftもスタートアップから炭素クレジットを購入しました。
6月、スタートアップは運営を停止することを発表しました。Running Tideの創設者兼CEOであるMark Odlinは、LinkedIn投稿で:
「残念ながら、今日から、Running Tideの世界的な運営を停止するプロセスを開始します。必要な緊急性で作業を続けるために必要な適切な資金調達を確保できなかったためです。」
投稿によると、炭素市場は任意であり、「大規模な炭素除去を支援するために必要な需要がない」 と述べ、「私たちの誠実さは、勝利条件を達成したかどうかで判断されるだけです。」
投稿では、スタートアップは「オープンオーシャンで最大の成功した炭素除去プロジェクトを実行しました」と主張しています。 「最も厳しい環境で、最も低いコストで、最高の品質基準で」 と述べています。
アイスランドの週刊新聞Heimildinは、報告 によると、会社は、アイスランドの沿岸水に19,000トンの木片を投入しました。 これは「完全に監督されていません」 と述べ、 会社の活動と、会社が海底に25,000トンの炭素を封存したという主張の検証の欠如について言及しています。
Running Tideの閉鎖とその運営に関する疑問は、すべての努力と研究が興奮を呼び起こすものであることを示していますが、取り組みが必ずしも実を結ばないこともあり、実際の変化をもたらすには、より多くの政府の支援と技術的ブレークスルーが必要であることを示しています。
ここで、研究から大幅に利益を得る可能性のある企業のうち2社を紹介します。
#1. ExxonMobil (XOM)
炭素捕獲と貯蔵（CCS）技術への投資を大幅に増やしている主要な公開会社であるExxonMobilは、テキサス大学の海洋ベースの炭素封存に関する研究から大幅に利益を得る可能性があります。
海洋ベースの炭素封存技術は、ExxonMobilが技術的リーダーシップを強化し、炭素排出に関連する規制コストを削減するのに役立ちます。
(XOM )
財務面では、潜在的な炭素税負担を削減し、炭素クレジットの販売による新しい収益源を創出することで、多大な利益を得ることができます。さらに、これらの進歩は、ExxonMobilの環境、社会、ガバナンス（ESG）評価を向上させ、環境に配慮した投資家にとってより魅力的なものにします。 2023年には4137億ドルの収益を報告しました。
#2. Occidental Petroleum (OXY)
オキシデンタル・ペトロリアムは、大規模なCCSプロジェクトの開発、特に石油増収プロセスへの捕獲炭素の統合を主導しています。 海洋ベースの炭素封存を採用することで、オキシデンタルは、CCSイニシアチブをさらに多様化させ、持続可能性の実践を強化できます。
(OXY )
財務面では、この技術は、炭素税負担の削減と炭素クレジットの販売による双方の利益をもたらします。さらに、捕獲した炭素を石油増収に使用することで、石油生産の効率と収益性が向上します。 同社は2023年に289.2億ドルの収益を報告しました。
最終的な考え
地球の大気のさらなる温暖化を防ぎ、気候変動に対処することは、世界的な優先事項です。炭素排出量をゼロにし、法的に拘束力のある目標を設定するなど、脱炭素化のためにさまざまな措置が採用されています。CO2を捕獲して貯蔵することも、地球を脱炭素化するためのもう1つの重要な解決策です。
この炭素封存は、海洋の深みを利用することで実行できます。海洋は炭素シンクであり、表層のCO2を海底まで運ぶ生物ポンプ（浮遊植物）を使用して、炭素を長期にわたって貯蔵します。物理ポンプも、炭素を封存するのに役立つ海洋循環を駆動します。
炭素封存のこのアプローチには、海洋酸性化、コスト、監視、検証、持続可能性などの課題があります。
しかし、テキサス大学の研究者が行ったように、継続的な研究と開発のみが、環境に害を与えることなく炭素を貯蔵するための解決策を見つけることができます。一般に、海洋の深みは炭素封存のための有望だが不確実な選択肢を提供します。
