経済産業省が２０２３年６月に策定したカーボンリサイクルロードマップでは、二酸化炭素（ＣＯ２）を固定化する技術の一つに鉱物化を挙げている。石炭灰はＣＯ２を鉱物化する特性を有し、この特性の応用が我が国のＣＣＵＳ（二酸化炭素回収・貯留・利用）技術の開発推進に寄与することが期待されている。第２回ではＮＥＤＯ（国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託事業（ＪＰＮＰ１６００２）で実施した技術開発のうち、石炭灰へのＣＯ２固定について紹介する。
石炭灰にＣＯ２を固定する技術は国内外で研究開発が進んでいるが、薬品の添加や高温・高圧下でのＣＯ２固定を必要とする手法がほとんどである。既往技術では、炭酸塩化反応の効率を高めるために大きなエネルギーが必要となることから、固定量を超えるＣＯ２が排出される場合が多い。電力中央研究所では、石炭火力発電所に隣接する海面埋立処分場を活用し、時間を要してもエネルギー投入量の少ないＣＯ２固定・再利用技術の開発を進めている。
◇約７日で反応完了
石炭灰に固定されるＣＯ２量は、カルシウムやマグネシウムなどのアルカリ成分の含有量など、灰の性状によって増減する。常温・常圧下では、ＣＯ２濃度によって炭酸塩化の反応速度は異なるものの、最終的に石炭灰に固定されるＣＯ２量はほぼ同じであり、模擬排ガス（発電所排ガスを想定した５～１０％のＣＯ２）を用いた場合、炭酸塩化反応は１週間程度で完了する。電力中央研究所が有する４５０種以上の灰性状の情報と実験データを照らし合せたところ、加温・加圧などの多量のエネルギー投入が無くとも、石炭灰１トン当たり平均約６．３キログラムのＣＯ２を固定する能力を有することが示された。
発電所から処分場への石炭灰の輸送、発電所排ガスを用いたＣＯ２固定処理、炭酸塩化した灰の搬出までに至るＣＯ２固定作業＝図について、全ての工程に投入されるエネルギー量をＣＯ２排出量に換算し、前述で算定したＣＯ２固定量と比較することでライフサイクルＣＯ２を試算した。ＣＯ２固定作業に必要となるエネルギーのＣＯ２排出量は固定量の５分の１程度に留まり、処分場を活用したＣＯ２固定技術は石炭灰１トン当たり約４．９キログラムのＣＯ２が削減されることがライフサイクルＣＯ２の試算により明らかとなった。これは処分場１ヘクタール当たり約６４０トンのＣＯ２削減に寄与することとなり、発電プラント内ＣＯ２除去技術などと本技術を組み合わせることによって、火力発電所の有効な脱炭素化への貢献が期待できる。
◇処分場安定に寄与
石炭灰にＣＯ２を固定することにより、処分場保有水のｐＨが中性域まで低下し、処分場の早期安定化への寄与が期待できる。また、炭酸塩化した石炭灰を有効利用することにより、火力発電所におけるカーボンリサイクルへの寄与が拡大するだけでなく、処分場の残余容量の拡大への貢献が可能である。さらに、大気中のＣＯ２を固定する場合においても石炭灰は発電所排ガスとほぼ同量のＣＯ２が固定できることから、より一層省エネルギーなＣＯ２固定技術への発展が期待できる。これらの利点が最大限発揮できるよう、石炭灰処分場を活用したＣＯ２固定に係る技術開発の取り組みを継続していく。
◇用語解説
◆ＣＣＵＳ 「Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ， Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅ」を略したもので、ＣＯ２を分離・回収・貯留した後に利用する技術。
◆炭酸塩化 ＣＯ２とアルカリ土類金属等が反応し、炭酸塩を生成する過程。例えば、生石灰や消石灰がＣＯ２と反応することで炭酸カルシウムが生じる。
◆ライフサイクルＣＯ２（ＬＣＣＯ２） 製品や建築物等の製造から廃棄までの全ての工程で排出されるＣＯ２総量を算出した指標。ここでは、ＣＯ２を石炭灰に固定した炭酸塩化灰の製造から搬出までの工程で排出されるＣＯ２総量と石炭灰に固定されたＣＯ２との差を算出した。
電気新聞２０２５年４月１４日
