1 世界關注的CCUS 

2015年簽署的《巴黎協定》規定，長期目標是“將全球平均氣溫較工業革命前的上升幅度保持在2℃以內，并努力控制在1.5℃以內”。在2021年的COP26（聯合國氣候變化框架公約國第26次締約方會議）上，全球正式達成共識，朝著“1.5℃目標”努力。

日本在2020年宣布“到2050年，實現溫室氣體整體零排放=2050年實現碳中和及脫碳社會”；2021年宣布“2030年度溫室氣體排放量比2013年度削減46%的目標，并且還將繼續朝50%的目標發起挑戰”。

在各國繼續努力削減CO₂的同時，IEA（國際能源署）提出2030年CCUS的CO₂減排量約為1.6 Gt（16億噸），預計2050年的CO₂減排量將增加到約7.6 Gt（76億噸），期待CCUS對減排CO₂作出巨大貢獻（圖1）。

CCUS是指CO₂的分離和回收、利用和封存減排的CO₂，除了削減CO₂產生源的排放量之外，通過利用CO₂、封存CO₂，達到目標CO₂減排量（圖2）。

2 各種CO₂分離和回收技術

CCUS的第一項基礎技術是CO₂分離和回收技術。在CO₂回收相關技術中，也有化學吸收法和物理吸附法等已經在技術上確立的方法。而且，以更便宜的回收為目標，推進固體吸附法、膜分離法等技術的開發。此外，為了有效進行CO₂分離和回收，需要根據排放源排出CO₂的壓力和濃度等條件選擇最合適方法。 

CO₂排放量多的產業部門也在推進CO₂分離和回收技術的開發，在環境和諧型煉鐵工藝技術開發/氫還原等工藝技術開發“COURSE50”中，正在進行著化學吸收法和物理吸附法的開發。

化學吸收法是將氣體中的CO₂化學性吸收到胺水溶液等吸收液中，通過溫度操作或壓力操作，從吸收液中分離并回收CO₂的技術（圖3）。

雖然化學吸收法被認為是成熟的技術，但COURSE50通過將消耗能量最小化的新吸收液工藝和裝置小型化的技術等，開發出了世界領先的化學吸收技術。在COURSE50的第一階段中開發的一種化學吸收液已經投入使用，開始了商業運營。

與化學吸收技術相對，物理吸附技術是使吸附劑選擇性地吸附CO₂，通過減壓操作來回收CO₂的技術（圖4）。物理吸附技術能夠以高純度、高回收率進行分離和回收，因此可以降低能耗和成本。

除了化學吸收法和物理吸附法以外，也在進行分離和回收大氣中CO₂的DAC（Direct Air Capture）等的研究。在日本政府的統一創新戰略推進會議上，日本提出了到2050年以CO₂分離和回收成本1000日元/t-CO₂為目標進行技術開發的戰略，推進高效率化、低成本化的技術開發。

3 有效利用分離和回收的CO₂

很難完全做到CO₂排放量為零，因此將CO₂作為資源捕集，以各種形式再利用，可以抑制大氣中的CO2排放。這是第二項基礎技術“碳循環利用（CO2利用）”技術。

利用分離和回收的CO₂，目前有在枯竭的油田壓入CO₂，回收油田殘存原油的EOR（Enhanced Oil Recovery：提高石油采收率），產業領域焊接用保護氣體、飲料和食品領域的碳酸水、生鮮食品的保管及運輸用的干冰等。

作為今后更積極地利用CO₂的領域，日本經濟產業省等列舉了化學品、燃料、礦物和混凝土等，并于 2019年制定了“碳循環利用技術路線圖”。碳循環利用，除了本身可以直接為減排CO₂作出貢獻之外，還可以通過氫和可再生能源利用的協同效應，有效實現“凈零”排放（溫室氣體排放量與吸收量均衡，排放量實質為零）。而且，由于多種行業的經營者能夠在各自的業務領域中利用現有的基礎設施進行努力，因此CO₂減排的關鍵還在于多種行業（圖5）。

在碳循環利用領域，由CO₂合成天然氣主要成分甲烷的甲烷化技術受到關注。“碳循環利用技術路線圖”提出，2030年在現有的基礎設施中注入1%的合成甲烷，2050年注入90%的目標。于是進行了以實用化為目標的實證試驗，在小田原市對分離、回收從清掃工廠排放的CO₂生成甲烷的設備進行了試驗。

在鋼鐵領域，也進行了甲烷化技術的研究，正在推進碳循環高爐的開發。這是利用高爐產生的CO₂、CO和H₂生成碳中和還原劑（甲烷），并再次在高爐中使用（圖6）。

在礦物領域的碳循環利用中，正在進行應用于混凝土的研究。“碳循環利用技術路線圖”提出，以到2030年近100% 回收石灰石分解排放的CO₂的技術開發為首，以確立碳循環水泥技術為目標。

此外，在新能源?產業技術綜合開發機構（NEDO），作為“碳循環利用?新一代火力發電等技術開發”的一環，為了確立有效利用CO₂作為資源的碳循環利用技術，在日本的中國電力公司大崎發電站內整備了實證研究據點。碳循環利用實證研究據點于2022年在大崎上島町（廣島縣）開設。在煤炭氣化的基礎上，從燃氣輪機和蒸氣輪機的發電（IGCC：煤氣化聯合循環發電）中分離和回收CO₂，進行生物質燃料、化學品、碳酸鹽等各種碳循環利用技術的開發。

4 接近實用化的CO₂封存技術

第三項基礎技術是封存技術（CCS：Carbon dioxide Capture and Storage）。日本經濟產業省從2012年度到2017年度委托日本CCS調查公司在苫小牧市開展“二氧化碳減排技術實證試驗項目”。2012年度到2015年度的4年間，進行了所需設備的設計、建設及調查，從2016年4月開始向海底下約1000m地層和約2400m地層壓入CO₂。2019年11月22日，累計壓入量達到了30萬噸目標。CCS在全球范圍內的實用化進程在不斷推進，澳大利亞的大型石油和天然氣企業發布了將CO₂回收并封存到地下的CCS事業計劃。

在“碳循環利用技術路線圖”中將其分類為CO₂的利用，但作為固化CO₂的技術，在混凝土凝固的過程中可以吸入CO₂進行固化的環保型混凝土已經實用化。但是，存在成本高和用途受限的問題，正在進行擴大用途和降低到與現有混凝土相同價格的努力。此外，用涂敷在混凝土表層的浸漬劑促進CO₂吸收的CO₂固化技術也在開發中。除了可以固定大氣中的CO₂之外，還期待提高防腐蝕性能的效果。

此外，利用鋼鐵渣使CO₂吸收到海藻等海洋生態系的“藍碳”措施等也在進行之中。

日本為了推進2050年實現碳中和，于2020年設立了約2兆日元的“綠色創新基金”，其中包括碳循環利用領域，建立了從研發、實證到社會實施的持續支援機制。“碳循環利用產學官國際會議”等國際學會的召開以及民間主導為加速碳循環利用的一般社團法人碳循環利用基金也于2019年設立，對碳循環利用的期待大大提高。

已經實用化的以CO₂為原料的化妝品用塑料容器的開發是由風險投資公司、原料廠商、化妝品制造商共同完成的，在碳循環利用中，不是個別企業的努力，而是通過協作取得成果，這樣的例子很多。期待國際學會和碳循環利用基金等成為信息交換和共同研究的契機。

CCUS是包括分離和回收、利用、封存及運輸等在內的一個廣泛的技術領域。其中，碳循環利用技術的開發是提高國際競爭力不可或缺的舉措。