セメント産業における安全かつ効率的なCO₂貯留のための分析ソリューション

セメント業界における安全かつ効率的なCO2貯留のための分析ソリューション

もしセメント産業がひとつの国だとすれば、CO2排出量では中国や米国に次ぐ規模となるだろう。 数字で言えば、年間45億トンのセメントが生産される世界全体で、セメント産業は約28億トンのCO₂を排出しており、これは世界の温室効果ガス総排出量の約8％を占めています。¹

セメント生産の過程で発生するこれらのCO₂排出は、原料と燃料の排出に伴う自然な化学反応に基づくものであるため、原則として回避することはできません。原料である石灰石は、最高1,500°Cの温度でクリンカーに変換される（焼成工程）際に、大量のCO₂を放出します。

セメント産業そのものを制限することも現実的ではありません。何しろ、建設が行われる場所であればどこでも、コンクリートの結合材としてセメントは必要不可欠だからです。鉄道線の建設やエネルギー効率の高い建物の建設など、気候保護を推進するプロジェクトでさえ、重要な建築材料としてのセメントなしには成り立ちません。

排出削減に向けた取り組みとしては、廃熱の利用、クリンカーの割合の削減、新しい製造プロセス、代替燃料の使用、コンクリートのリサイクルなどが挙げられる。しかし、これらだけでは気候中立を達成するには不十分である。

気候中立なセメント産業のためのCO2回収・貯留

有望な代替策の一つは、排ガスからCO2をろ過して除去してから大気中に放出することです。 回収されたCO2は、例えば岩石や海底に貯留する（CCS：二酸化炭素回収・貯留）か、あるいは回収・輸送を経て、ポリマー、燃料、建築資材の製造原料などとして再利用される（CCU：二酸化炭素回収・利用）ことができます。 したがって、一旦回収された CO2 は輸送され、貯留されるか、あるいはポリマー、燃料、建築資材の生産のための原料として再利用されることができます。

したがって、以下の二酸化炭素回収の概念が重要なアプローチと考えられている：

二酸化炭素回収・貯留（CCS）

このため、CO2を回収・処理・加圧し、地下（岩盤や海底など）の貯留施設へ輸送します。CO2は、大気中から回収することも、工業プロセスや発電における化石燃料の使用時に排出源から直接回収することも可能です。

二酸化炭素回収・利用（CCU）

CO2は回収・輸送され、例えばポリマー、燃料、あるいは建築資材を製造するための原料として再利用されます。

二酸化炭素の回収・貯留・利用（CCUS）

このアプローチは、CCUおよびCCSのあらゆる形態を網羅しています。CCUSにより、産業活動によって発生する高濃度のCO2を回収し、効果的に活用することが可能となります。したがって、この手法は脱炭素化において重要な役割を果たすことになります。

炭素回収の可能性

セメント製造プロセスのさまざまな段階で、こうした手法を用いて炭素を回収することで、セメントメーカーは排出量を大幅に削減することができます。これらの各プロセスには、コスト、実現可能性、効率性の面でそれぞれメリットがあります。

燃焼前回収

これは、セメント製造工程でCO2が排出される前に、これを回収する技術です。化石燃料を水素（H2）とCO2の混合物に変換することで、CO2を分離して貯留することが可能となり、一方、H2はセメント製造工程の燃料として利用されます。 燃焼前回収は、燃焼後回収よりもエネルギー効率が高いとされていますが、設備やプロセスへの追加投資が必要となります。

CO2の直接分離

セメント工場の排ガスからCO2を直接分離するには、膜や吸着剤など、さまざまな技術が用いられている。この方法には、エネルギー消費量の削減やインフラ要件の軽減といった利点があるが、依然として開発段階にあり、技術的な課題に直面している。 

カーボンニュートラル達成を目的として、CO2を回収・回収し、価値ある製品へと転換して再利用する取り組みは、産業研究および革新的な技術開発における重要なテーマである。セメント業界においても、排ガスからCO2を除去し、その後、精製、液化、貯留を行うためのCO2回収・貯留（CCS）施設を設置することが可能である。 

セメント産業における炭素回収のメリット

セメント業界において炭素回収技術を導入することには、次のようなメリットがあります。 

• 温室効果ガスの排出量およびカーボンフットプリントの削減  
• セメントの品質や機能性を損なうことなくCO2排出量を最小限に抑え、持続可能なセメント生産を実現する 
• 排出規制への順守を確保し、潜在的な罰則や規制を回避できる 
• 炭素の利用（例：建築資材の製造や、さらには高付加価値の化学物質の創出など）  

炭素回収技術には大きな期待が寄せられていますが、解決すべき課題もいくつかあります。これには、導入コストの高さ、インフラ整備の必要性、そして効率的なプロセス制御などが含まれます。この点においても、TICモニタリングは大きく貢献することができます。  

技術の進歩と意識の高まりに伴い、セメント業界はこれらの課題を克服するために研究開発への投資を拡大しています。スイスなど一部の国では、建築業界における炭酸塩系リサイクルセメントの利用に対し、炭素税の還付を通じて報奨を行っています。  

見通し

気候変動対策に向けた世界的な取り組みが活発化する中、セメント業界における炭素回収は、より環境に優しく持続可能な未来への道を開く重要な解決策として浮上しています。 これらのさまざまな手法を導入することで、セメントメーカーは、持続可能なセメントの生産を確保しつつ、温室効果ガスの排出を大幅に削減することができます。上記に示したTIC測定法により、二酸化炭素の回収・利用プロセスを確実かつ効率的にモニタリングすることが可能になります。  

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¹ 参照：ドイツ 2022年 7億5400万メトリックトン – ドイツ連邦環境庁