主要な4つの炭素回収技術を解説 – 包括的ガイド

既存の設備に燃焼後回収を導入し、CO2排出量を迅速かつ確実に削減することから始めましょう。. この動きは、～のための現実的な道を開く。 companies セクターにおける新工場建設やアップグレードが行われている間も、既存の設備からの排出量を削減するため。.

この場合、燃焼後回収は、排ガスからCO2を分離するために広く展開されています。主に溶媒または固体ベースのシステムを使用し、圧縮前にガス流からCO2を分離し、複数のセクターにわたる改修プロジェクトを可能にします。1トンあたりの価格は、ガス混合、プラントの規模、契約条件によって異なり、モジュール構成は、展開サイクルを短縮し、計画を支援します。.

燃焼前回収は、石炭ガス化複合発電（IGCC）プラントなど、燃料を合成ガスに変換し、燃焼前にCO2を分離する改質駆動型セットアップで最も効果を発揮します。回収されたCO2ストリームは、貯留や下流の水素製造に利用でき、循環型経済の目標を支援します。改質ラインでは、設備投資は高くなる可能性がありますが、熱回収を最適化することでエネルギーペナルティを管理可能な範囲に抑えることができ、長期的な脱炭素化を目指して設計された新設施設にとって主要な選択肢となります。.

酸素燃焼は、ほぼ純粋な酸素を使用して、貯蔵のために調整しやすいCO2リッチな排気を生成します。モジュール式のレトロフィットパスは迅速な展開を支援しますが、小規模なサイトでは設備投資とエネルギーペナルティが高くなる傾向があります。電力およびセメント部門全体で、酸素燃焼は、サイトに空気分離ユニットと専用炉ハードウェアのためのスペースがある場合に、主要な代替手段のままです。.

直接空気回収（DAC）は大気中のCO2を直接回収し、残存排出量や削減困難な排出源の除去を可能にします。規模、エネルギー供給、政策インセンティブによって異なりますが、トン当たりのコストが高額（約200～600ドル）になります。モジュール式DACユニットは、主要プラントから離れた場所への設置が可能で、廃熱や再生可能エネルギーと組み合わせることができます。複数のプロジェクトを通じて、DACは長期的な除去能力を提供し、気候目標を支援し、貯蔵および利用オプションと統合することでエネルギーシステムの循環的なアプローチをサポートします。.

これら 4 つの道筋に沿って、協調的な戦略が移行を導くのに役立ちます。既存の資産での燃焼後回収から始め、立地と熱統合が許容される場合は燃焼前回収または酸素燃焼を重ね、残留排出量と将来規模での除去のために直接空気回収を確保します。この連続性は、幅広い企業や金融業者から資本を引き付け続けており、関連するデータ共有とパイロット事業は、学習を加速しながらリスクを軽減し、長期的な脱炭素化のためにエネルギーおよび産業システムを改革するセクターの能力を拡大します。また、支援的な政策と市場メカニズムによって支援されています。.

燃焼後回収：既存プラント向け改修オプションと溶媒の選択肢

推奨：モノエタノールアミン（MEA）ベースライン溶媒ループで改修を開始し、より低いエネルギー損失でより高い回収率を得るために、後でMDEA/ピペラジン（PZ）ブレンドへのアップグレードを計画します。この決定は、天然ガス、石炭、廃棄物発電所などの燃料からの排出量を削減することを目指す都市に確かな結果をもたらします。排気筒の近くにモジュール式吸収体を設置し、再生ループに接続し、パイプライン輸送のためにCO2を圧縮します。この段階的な改修方法は、改修範囲を新築要素から区別し、プラントを安全な条件下で稼働させ続けるのに役立ちます。また、グリーン目標をサポートし、ヨーロッパおよびグローバルプロジェクト全体の保健当局にインプットを提供します。溶媒の状態、損失、腐食を監視し、排ガス中の窒素関連物質を追跡して、計画を拡大するにつれてパフォーマンスを維持してください。.

既存のプラント内でのレトロフィットの選択肢は、排ガス組成、設置面積、およびエネルギー料金によって異なります。最も一般的な方法は、吸収塔とストリッパーを既存のダクトに接続して設置し、熱リッチ溶媒からエネルギーを回収するために熱統合を行うことです。モジュール設計により、後で拡張できます。CO2はパイプラインまたは貯蔵のために圧縮されます。欧州市場では、このアプローチにより、明確な道筋と測定可能な健康および環境上の利点をもってプロジェクトを進めながら、予算とスケジュールを厳守できます。.

既設経路および機器レイアウトの改良

改修レイアウトは、充填式吸収塔とリーン/リッチな溶媒ループ、多段式リボイラー、および専用の溶媒回収ラインから始めます。圧力損失を最小限に抑えるため、吸収塔を既存のエコノマイザーの下流に配置し、エネルギー使用を最適化するために独立したコンパクトなストリッパーを設置します。利用可能な廃熱を利用して、リッチな溶媒からの熱統合を取り入れ、流入するストリームを予熱します。最初は控えめな溶媒循環速度を維持し、監視された回収量とエネルギー結果に基づいて調整します。この経路により、リスクを管理可能な状態に保ち、健康と安全の目標をサポートし、中核となる業務を中断することなく、後でアップグレードできるようになります。.

NOx同時除去または回収を行う場合は、オプションの窒素選択的ステップの計画を立て、プロジェクトが新たな契約を締結したり、農業残渣などの追加燃料に拡大したりする際に、容量を段階的に増やせるように設計してください。この設定は、既存の制御システムとの緊密な統合、およびヨーロッパおよびグローバルな状況における将来の炭素管理のマイルストーンと互換性があるようにする必要があります。.

溶媒の選択肢と実践的なガイドライン

燃焼前回収：ガス化経路、合成ガス浄化、および熱統合

ガス化、精製、および熱統合を組み合わせた統合ガス化トレインから始め、排出量削減と回収効率を最大化します。このアプローチは、複数の分野に合成ガスを供給する源となり、適切に設計されたプロジェクトで投資対応可能なパフォーマンスを提供できます。マイルストーンをデータ共有およびパートナー間の政策支援と連携させることで、スケールまでの時間を短縮できます。.

ガス化経路

• 石炭ガス化複合発電は、直接的な化学合成やダウンストリームのアップグレードに最適な、水素リッチな合成ガスを一貫して供給します。原料には、石炭、石油コークス、バイオマス、プラスチック、さらには人工廃棄物も含まれます。ほとんどのプラントは、ガス品質と精度を高めるために、堅牢な前処理を行いながら、プロセス時間や入力変動を厳密に管理して操業しています。.
• 流動層ガス化炉と移動層ガス化炉は、低品位炭の混合物、バイオマス、プラスチックなど、より幅広い燃料に対して堅牢性を提供する。設備コストは低く抑えられる可能性があるが、プロジェクトの経済性を維持し、直接的なガス精製要件を満たすためには、精製とタール改質を管理する必要がある。.

シンガス精製と熱統合

• 精製ステップでは、H2S、COS、粒子状物質、硫黄化合物が除去されます。酸性ガスはセレクソールまたはレクチソールで除去し、続いて水性ガスシフトでH2/CO比を調整します。精製により、直接回収に適したクリーンなCO2リッチストリームが得られ、ほとんどの回収系列でガス純度の目標は通常>95% CO2です。.
• 熱統合は、ピンチ分析を用いてガス化炉、シフト反応器、および精製段階から高温熱を回収し、その熱を改質器または蒸気サイクルに供給することで、新たな燃料投入量を削減し、コストを削減し、全体的なエネルギー効率を向上させます。.
• 安全性と信頼性：計装化された制御とデータロギングにより安全な運転を維持、サプライヤーとの緊密な連携、およびヨーロッパ全域での安定的なエネルギー供給を実現。原料生産者、化学メーカー、および物流プロバイダーとの直接的な連携により、信頼関係を強化し、リスクを軽減します。.
• データとパフォーマンス指標：リアルタイムの組成、圧力、温度、そしてエネルギーバランスにより精密な制御が可能になります。このデータは排出量削減の最適化を支援し、投資家への報告をサポートします。継続的な改善と説明責任のために、これらを利用することになるでしょう。.
• 原料の柔軟性と市場との連携：ガス化装置は、作物（作物の残留物）、都市ごみ、さらにはファッションや繊維製品からのプラスチックも受け入れることができます。鉄道を利用した物流により、原料を市場に近いプラントに輸送し、複数のセクターにわたって費用対効果の高い脱炭素化を可能にします。.

最後に、政策インセンティブと投資を整合させ、ヨーロッパ全域での燃焼前回収を拡大すること。直接回収経路を重視し、安全性を確保し、広範な採用と投資家の信頼を促進するために、コスト、信頼性、および排出削減に関する明確な指標を提供すること。.

オキシ燃料回収：ほぼ純粋なCO2ストリームの実現と燃焼制御に関する考察

安定したオキシフューエル燃焼のための主要設計要素

推奨事項：高純度酸素を用いた酸素燃焼、堅牢なCO2精製・圧縮設備の設置、適切な場所での貯留計画により、CO2を安全に取り扱い、ほぼ純粋なCO2ストリームを目標とする。このアプローチは、貯留されるCO2に適したストリームを明確に生み出し、捕捉性能に関する明確な期間を設け、削減目標の達成を容易にする。酸化剤の純度と排煙再循環を調整し、捕捉ポイントで99%以上のCO2を供給できるようにし、貯留前に水分を除去するための堅牢な乾燥設備を含めること。.

まず、O2注入を調整し、排ガス再循環を実施して熱放出を調整し、特に燃料がメタンリッチな場合にホットスポットを防ぎます。燃料と酸素の緊密な混合を促進し、局所的な過熱を避けるバーナー設計を使用します。これらは、O2、CO2、および火炎温度を追跡するための高速インラインアナライザーを備え、負荷が変動する状況下でも良好に動作し、火炎を安定させるために制御システムでリアルタイム調整を適用する必要があります。.

オキシ燃料システムは、より広範なシステム内で機能し、そのシステムには下流のCO2処理、輸送、および貯蔵が含まれます。パフォーマンスを最適化するデータ分析と制御ループを含めます。たとえば、エネルギー使用量、排出量、およびCO2純度を監視するために、Googleのツールを使用します。このアプローチは、エネルギー需要のバランスを取りながら排出量を削減しようとしている計画されたプロジェクトと、先行者をサポートします。また、北米と欧州連合を含む各業界全体で、より環境に優しい運用とより幅広い採用に向けた意欲を高めるのに役立ちます。.

保管と環境に関する考慮事項：回収されたCO2は、安全な量と圧力管理に注意を払いながら、地質貯留層またはその他の安全な貯蔵庫に保管されます。保管されたCO2が敏感な生態系から確実に隔離されるようにしてください。このアプローチは、排出量を制限し、プロジェクト期間の要件に沿うことで、より環境に優しい生態系をサポートします。統一された地域における計画中のパイプラインと貯蔵場所は、広範な導入を可能にし、業界が野心的な目標を達成するのに役立つ、調整された計画を必要とします。.

バランスとエンドユーザーの統合：酸素燃料をエネルギー貯蔵およびグリッドサービスと統合し、急な出力変動時の運転を円滑化（ピーク需要を緩和するバッテリーを含む）。このアプローチは、エネルギー強度全体を削減し、CO2回収効率を最適化し、メタンなどの燃料を含むバリューチェーン全体の排出量を削減するのに役立ちます。プロジェクトを堅牢な計画と継続的なモニタリングと連携させることで、業界全体での広範な導入の目標に対応できます。.

直接空気回収：立地選定基準、エネルギー所要量、およびモジュール型展開の課題

提言：大規模DACの機会を特定するため、エネルギー損失が最小限で、かつ近い将来に貯蔵オプションが利用可能な捕捉マップを構築する。最初の施設は、低コストの電力、安定した電力網、実績のある地質貯蔵構造を持つ大規模な産業クラスターに設置する。誤解釈された分析を避け、明確で最もコストのかからない展開経路を確立するために、政策支援と政府の期待に沿って立地を決定する。.

サイト選定と分析

主要な立地基準には、近隣に信頼性の高いエネルギー供給（できれば低炭素電力または熱）、CO2貯留のための地質貯留層へのアクセス、およびモジュール式ユニットとサービスコリドーに物理的に適した土地が含まれます。多くのDACプロセスは吸着剤または再生サイクルで水分バランスに依存するため、水分レベルと水の制約を評価します。堅牢なインフラストラクチャ、地域貯留能力を備えた短期ハブ、および輸送を考慮した遠隔地など、サイト全体で分類方式を使用します。機器の配送とCO2輸送の距離をマッピングします。長距離のトラック輸送ルートと許認可の複雑さを最小限に抑えることを目指します。誤解されたシグナルを防ぎ、エネルギーコスト、貯留能力、土地の利用可能性、および地域社会の受容に関する透明性の高いデータレイヤーに基づいて意思決定を固定するために、分析を組み込みます。可能な範囲で、肥料またはその他のCO2利用オプションに立地をリンクして、バリューストリームを拡大します。.

エネルギー、水分、そしてモジュール式展開

DACのエネルギー要件は技術によって異なり、典型的な電力需要はCO2 1トンあたり0.5～1.5 MWh、熱需要は1.5～4 GJになる可能性がある。熱がオンサイトで供給されるか、廃棄物から供給されるかによって異なる。モジュール設計により、段階的な展開、少ない資本での立ち上げ、より容易な設置が可能になる。モジュールはトラックで輸送し、現場で組み立てることができるため、展開が迅速化される。しかし、展開には、許可、系統連系、吸着剤、コンプレッサー、ポンプのサプライチェーンの制約という課題がある。コストとパフォーマンスのバランスを取るためには、エネルギー供給のコミットメントと貯蔵容量に合わせて、段階的に大規模な統合を計画すること。契約を柔軟かつ手頃な価格に保つために、電力会社や機器サプライヤーとの間で条件を確立すること。CO2の圧縮と輸送におけるテールエンドのリスクを考慮し、パイプラインが適切な地質学的貯留層に接続されていることを確認すること。捕捉レベルとパフォーマンス目標の明確な分類を維持し、期待と報告を管理するために、ポリシー指標と分析ダッシュボードと整合させること。.

炭素回収技術を分類する理由：政策、調達、およびプロジェクト設計への実際的な影響

Recommendation: 炭素回収技術を、展開の状況、回収メカニズム、原料/供給源という3つの実用的な軸に沿って分類します。この区分により、政策の曖昧さを軽減し、調達基準を明確化し、プロジェクトの設計を導きます。例えば、直接回収を、樹木や農業生態系のような生物学的なアプローチから分離し、オフショアでのパッケージングと輸送ソリューションをオンサイトでの運用と区別します。共有データセットのフレームワークを使用して、アカウントや組織全体のパフォーマンスを追跡し、透明性の高い指標と関連する洞察を政策決定に反映させます。このアプローチは、特にヨーロッパと日本で有望であり、これらの地域では、気候変動に強く、クリーンエネルギー統合を伴う、燃焼後回収と直接回収を主なターゲットとした政策試行が行われています。.

政策的含意

政策は、資金調達、基準、リスク配分を調整するために、分類を活用すべきである。欧州と日本は、産業用ポスト燃焼および直接回収において有望なパイロットプロジェクトを進めているが、政策の明確化には、カテゴリーから支援されるインセンティブへの直接的なマッピングを伴う共通の分類法を公開する必要がある。3つの政策トラックを作成する。（1）可能な限り水力発電による、気候変動に強く、低エネルギーの回収、（2）農業政策および土地利用計画と統合された、自然を利用したBECCSオプション（樹木、農業残渣）、（3）CO2輸送インフラに接続された、オフショアおよび輸送対応システム。回収率、エネルギーペナルティ、貯蔵インテグリティ、および各機関における排出量会計に関連するデータセットを使用して、アップグレードサイクルに情報を提供する。カテゴリー間の誤認を防ぐために、報告書はカテゴリー別に分けて記載するようにする。.

調達とプロジェクト設計

調達においては、カテゴリーごとにモジュール式パッケージを要求し、拠点間での再利用や技術進歩に伴う容易なアップグレードを可能にすべきである。標準的なパッケージインターフェース、年間CO2回収量のメートル単位、エネルギーペナルティ、および貯蔵耐久性を定義する。例えば、モジュール式DACユニットと溶媒ベースのポスト燃焼ステージは、別々のパッケージとして調達し、洋上プラットフォームまたは船舶に統合することができる。主に回収されるストリーム（産業、バイオジェニック、またはオフショア）および移動性の要件によって入札を構造化するために、分類法を使用する。ヨーロッパでは、単一の調達フレームワークで、産業、農業、オフショアの3つのパッケージをまとめることができる。一方、日本のパイロットプロジェクトでは、パフォーマンスを追跡するために別々のアカウントを維持する。プロジェクト設計では、気候変動に強いインフラを優先し、回収されたCO2の輸送距離を最小限に抑え、電力および熱統合オプションを含めることで、変動するエネルギー価格に対応できるように計画する必要がある。.