二酸化炭素の輸送と貯留のベストプラクティス

大気中への有害なCO₂ 温室効果ガス（GHG）の放出を防ぐため、CCUSによる産業排出ガスの管理が一般的になりつつあります。これらの方法は、二酸化炭素排出量の多いプロセスで規制目標を達成できるため、非常に魅力的です。これらは、プロセス効率の改善や再生可能電源による温室効果ガス（GHG）排出量削減の可能性が限られている場合に特に役立ちます。

効率的な二酸化炭素回収方法の開発が重要な焦点となっている一方で、バリューチェーンの下流側でも多くの取り組みが行われています。二酸化炭素ガスを回収した後、これを圧縮する必要があり、場合によっては液体状態にすることもあります。その後、慎重に選択された使用場所または貯留場所まで安全に輸送されます。距離、地理、既存のインフラ、環境への影響、輸送コストなど、数多くの要素を考慮しなければなりません。

現在のところ、パイプライン、陸上車両、海洋船舶という3つの主要な輸送手段が大半を占めています。これらの方法はそれぞれ、特定の用途に適しているものと、そうでないものがあります。いずれのアプローチも、機能的なロジスティクスを確立するには、排出削減戦略としてCCUSを長期的に成功させるための革新的なソリューションと堅牢なインフラが必要となります。

パイプラインは、大量のCO₂ を長距離、特に陸上で輸送するための最も確立された、そしてしばしば最も経済的に実行可能なオプションです。場合によっては、既存の天然ガスパイプラインを二酸化炭素輸送に再利用するなど、既存のインフラを活用した費用対効果の高いソリューションを提供することも可能です。このアプローチは、新しい設備を建設する際の環境への影響も最小限に抑えることができます。

しかし、パイプラインを二酸化炭素輸送に再利用するためには、慎重な評価が必要となります。この化合物のさまざまな特性、主に腐食性や高圧に関する要件を満たすためには、改造可能であることが必要です。天然ガスのパイプラインは9 MPa（1,300 psi）に制限されることが多い一方で、二酸化炭素の長距離輸送では最大15 MPa（2,175 psi）の圧力定格が要求されることもあります。

トラックと鉄道は、特に近距離で、パイプラインのインフラが限られている地域で、少量のCO₂ を輸送するための柔軟な選択肢を提供します。その多用途性から、二酸化炭素の回収場所と現地の貯留施設間の輸送に適しています。また、さまざまな供給源から少量の二酸化炭素を集め、より大量に輸送するために中心的なハブ拠点に届けることも可能です。しかし、CO₂ 輸送を陸上車両に頼ると、長距離になるほどコストが高くなり、特にトラックは交通渋滞とディーゼル燃料排出の原因にもなります。

二酸化炭素の安全かつ効率的な輸送を保証するためには、規制と純度基準を遵守する必要があります。具体的なコードは地域によって異なりますが、二酸化炭素は高濃度の危険物に分類されます。その輸送には、各地域の天然ガスに関する規則と同様のものが適用されます。安全な取扱いに関するこれらの規制では、パイプラインの完全性、漏れ防止、緊急対応手順などが規定されています。

さらに、CO₂ の純度は、最終用途と輸送の安全性の両方において極めて重要です。水、硫化水素、窒素酸化物などの不純物は、化学反応、腐食、製品不良の原因となる可能性があります。

供給された二酸化炭素は、工業プロセスで使用するか、または大気中への放出を防ぐために安全に貯留する必要があります。貯留場所として最もよく選ばれるのは空洞のある地層ですが、深海貯留への関心も高まっています。

二酸化炭素を地層に貯留する場合、二酸化炭素は地中深く、多くの場合は地下水位から1キロメートル以上深い、厳選された場所に注入され、監視されます。その場所として選択されるのは一般的に、枯渇した油田やガス田、深部塩水帯水層、採掘できなくなった石炭層など、既存の地下貯留層です。これらの多孔質岩層は、通常、CO₂ の漏出を防ぐために非多孔質の「キャップロック」で覆われています。

地下貯留は何千年もの間、二酸化炭素を隔離する安全な方法を提供してきました。米国地質調査所（USGS）は、米国には約3,000ギガトンの二酸化炭素を貯留できる地層があると推定しています。しかし、適切な貯留場所を選択するには、地層の完全性を確保するための大規模な地質調査とモデリングが必要です。このプロセスは、誘発地震や地下水資源への影響など、潜在的なリスクを最小限に抑えることも目的としています。

当面は地中貯留が最も現実的な選択肢であることに変わりありませんが、研究者たちは代替方法を模索し続けています。たとえば、ミネラルカーボネーションは、二酸化炭素と地中の元素を反応させて安定した炭酸塩鉱物を形成することで、自然の地質学的プロセスを模倣して、効果的に炭素を長期間閉じ込めることができます。長期的な貯留は期待できますが、この方法は多大なエネルギーを必要とし、コスト、拡張性、リソースアクセスの面で障害に直面しています。

あるいは、海底の岩石層に二酸化炭素を注入する方法もあります。たとえば、ヨーロッパの北海では、その広大な砂岩層に約1,000億トンの二酸化炭素を貯留できる可能性があります。これは全世界で排出される二酸化炭素のほぼ3年分に相当します。

CCUSチェーン全体を通じてプロセスの効率、安全性、環境保全を確保するためには、適切な計装による正確な測定と監視が不可欠です。輸送中に二酸化炭素の圧力、温度、流量、品質をパイプラインやターミナルで測定し、安全な輸送と正確な取引計量を確保する必要があります。

選択した貯留方法に関係なく、長期的な貯留場所の完全性を確保し、大気中へのCO₂ の漏れを防止するためには、包括的な監視が重要です。貯留層内の二酸化炭素を効果的に追跡するには、その動きと挙動を常に把握するための高度な技術と高度なガス検知システムが必要です。継続的かつ堅牢な測定は、潜在的な異常や漏れを早期に検出し、技術員が介入して環境リスクを最小限に抑えることができるよう、迅速な通知を提供するために役立ちます。

二酸化炭素を回収した後、その輸送先と輸送手段を決定する必要があります。温室効果ガス（GHG）排出量削減に必要な輸送・貯留インフラを拡大するためには、官民双方の利害関係者による継続的な研究と多大な投資が不可欠です。これにより、CCUS機器の技術力と経済的実行可能性が向上し、産業界への普及が促進されます。

工業製品のプロセスガスストリームからCO₂ を回収することは、CCUSバリューチェーンにおける重要な第一歩です。しかし、その長期的な成功は、安全で効率的かつ持続可能な輸送・有効利用・永久貯留のソリューションを開発することにかかっています。輸送の最有力候補はパイプライン、陸上車両、海上輸送であり、貯留には地層が最適です。

効率化を図り、他の選択肢を開発するには、政府、プロセスメーカー、研究者、地域社会が連携して、技術、経済、規制、社会的課題に対処する必要があります。しかし、こうした将来性に対する投資は、今後数十年にわたって温室効果ガス（GHG）削減に対するCCUSのプラスの影響を増大させ、産業界がより持続可能な未来を創造するための意欲的な実質ゼロ目標を達成するのに役立つと期待されます。