おけるカーボンニュートラル型炭素循環プラントシェアポストするLINEで送るnoteで書く記事「廃棄物を資源として循環させるために新たな廃棄物処理システムの構築へ」では、廃棄物処理を資源循環の形に変えていくことについて、ご紹介してきました。今取り組みを進めているカーボンニュートラル型炭素循環プラントはどのようなもので、どのような技術課題をクリアしていく必要があるのか。浩司氏(以下、山田氏):我が国では、1990年代から、資源循環への取り組みを進めてきました。1991年に「再生資源の利用の促進に関する法律(リサイクル法)」が制定され、「1R(リサイクル)」を推進。その後「資源の有効な利用の促進に関する法律(3R法)」が2001年に全面施行され、リデュース・リユースが加わりました。2020年に発信された「循環経済ビジョン2020」では環境活動としての3Rから、循環経済への転換が提唱されました。サーキュラーエコノミーの考え方です。廃棄するのではなく資源として循環させる仕組みに、社会全体を変えていくことが重視されています。――カーボンニュートラルの観点から、廃棄物分野における課題はどのようなものがありますか山田氏:現在の廃棄物処理の過程では、CO2やメタンなどの温室効果ガスが発生しています。CO2は主に、廃棄物を焼却した時に発生し、メタンは生ごみなどの有機性廃棄物を埋め立てると発生します。廃棄物分野で発生する温室効果ガスの量は、日本の温室効果ガス排出量の3.4%を占めており、カーボンニュートラルの観点から、その排出を低減させる必要があります。他方で、廃棄物をゼロにするのは難しいと見込まれています。年温室効果ガス排出実質ゼロに向けた中長期シナリオ(案)」では、3R+熱回収を最大限促進し、処理施設の広域化・集約化を進めたうえで、衛生面などを考慮すると処理が必要な廃棄物が生じるとされています。そこで廃棄物処理自体を、抜本的に考え直す必要があります。捨てるのではなく資源化するプロセスに変革するという発想です。廃棄物処理をするにはプラントという処理設備を使うのですが、その処理設備を資源循環型のものに変えていくことで廃棄物中の炭素再利用を実現しようとしています。――具体的にはどういうことでしょうか山田氏:廃棄物に含まれる炭素(C)を資源として再活用したり、有機性廃棄物を熱分解して燃料や原料に変えたりしていくことに取り組んでいます。これができる新たな処理設備を、カーボンニュートラル型炭素循環プラントと呼んでいます。メタン発酵とバイオメタネーションによる原料・燃料化」の3つのアプローチで、カーボンニュートラル型炭素循環プラントの構築に取り組んでいます。廃棄物処理は産業や規模等によってニーズが異なるため、複数の技術方式の開発を同時に進めてあらゆる廃棄物の資源化を可能にしたいと考えています。友樹氏(以下、坂本氏):廃棄物の焼却で発生するCO2を分離回収して、原料や燃料に再利用できる処理設備の開発を目指しています。そのためには、まず、CO2の分離回収効率を向上させるための焼却技術や排ガス処理技術が必要です。代表的なCO2分離回収法である化学吸収法では、吸収塔に充填された吸収液に排ガスを通してCO2を吸収し、その後、再生塔にてCO2を分離するのですが、その際、熱や電力などのエネルギーを使用するため、廃棄物焼却処理システム全体でのエネルギー最適化技術も必要になります。おいて、安定的なCO2の回収を実現するために、要素技術開発から大規模実証に取り組んでいきます。――どのような開発課題があるのでしょうか坂本氏:目指しているのは、炭素回収率90%以上の安定的維持です。海外でも同様の開発が進められており、シミュレーションでは90%にやや至らない回収率が想定されています。90%以上というのは、世界市場を狙ううえで競争力を持ち得る水準です。廃棄物は地域や季節、天候によって、含まれる成分に幅があるため、廃棄物焼却由来の排ガスや性状が常に変化します。その排ガスには廃棄物特有の微量成分が含まれているため、これらの成分がCO2分離回収にどのような影響が与えるのかを解明する必要があります。した点を押さえながら、どのような廃棄物焼却由来の排ガスであれ、安定して90%以上の炭素を回収できるようにすることが課題です。分離回収設備の導入に伴って、従来の廃棄物焼却施設と比較して正味の処理コストや設置面積が増加することも、解決すべき課題だと考えています。1つの解決方法として考えているのは、排ガス中のCO2濃度を高める廃棄物燃焼技術です。排ガス中のCO2をあらかじめ高い濃度にすることによって、分離回収装置に送気する排ガス量を削減できるため、必要なエネルギー量の削減や装置の小型化が期待できます。新しい設備をつくるとその分コストがかかりますが、現在の廃棄物処理を続けたとしても一定のコストはかかります。そのコストを差し引き、さらに廃棄物焼却時に発電して売電することも考え、実質的な追加コストをできるだけ抑えていく予定です。本プロジェクトではこうした技術開発を通じて、実用化に向けた課題を早急に解決していきたいと考えています。廃棄物の熱分解と原料・燃料化に向けた取り組み――廃棄物を熱分解して、原料や燃料を作る取り組みもあるとのことですが、具体的にはどのようなものなのでしょうか坂本氏:廃棄物を低酸素または無酸素の状態で加熱することで、有用な合成ガスや熱分解油を得られるという技術です。廃棄物の熱分解処理技術は従来から開発が進み、特にガス化技術については日系メーカーが先行してきました。熱分解ガスを燃焼させてエネルギーにしたり、熱分解ガスを改質して合成ガスにしたりできるガス化溶融・改質施設が、全国100か所以上に設置されています。この技術を応用できると考えています。カーボンニュートラルを進めるうえではさらなる開発が必要です。廃棄物処理システム全体として、廃棄物に含まれる炭素利用率80%以上を目指したいと考えています。そのために、ガスや油として使える分だけではなく、熱分解処理で残ったCO2も回収し、原料として活用していくことを目指しています。――どのような開発に取り組んでいるのでしょうか坂本氏:まずガス化に向けては、高効率で熱分解処理できる新たな炉の設計や炉内制御技術の開発に取り組みます。炭素利用率を高めるためには、得られた熱分解ガスを主に気体燃料として発電等に利用していた従来のガス化技術よりも、ケミカルリサイクル用途向けに生成物の品質を高める必要があります。1つの方法として、廃棄物中の炭素分をなるべく一酸化炭素(CO)にしておくことが有用です。COはCO2からも作ることができますので、たとえば、化学品製造後の残存CO2をガス改質炉に再投入してCOに転換する技術が有効です。エネルギーコストやメンテナンスコストといった運転コスト面にも課題があるので、ガス化で回収した熱を化学品製造に供給する技術を開発したり、化学品製造まで含めた排ガス・排水処理など全体的なプロセス最適化を工夫したりすることで、コスト縮減を達成したいと考えています。健市氏(以下、渡辺氏):動植物に由来する有機性廃棄物は、従来からメタン発酵という生物化学処理がなされてきました。最近では前述の通り、メタン発酵によって発生するバイオガスを燃焼させての熱利用、あるいはバイオマス発電を行うといったエネルギー活用例が増えてきています。このバイオガスに対して今回の取り組みではバイオメタネーション(水素を投入した状態でメタン発酵を促進させる)技術を活用して、「バイオガス中のメタン濃度を上げる」とともに「CO2の発生を抑える」(目標メタン濃度97%)ことが目標です。メタン発酵による廃棄物処理の拡大も見込まれるなか、カーボンニュートラルの実現に向けては発生するバイオガスを全量活用できるような技術開発がさらに必要となります。そのために、メタン発酵+バイオメタネーションによる有機性廃棄物の処理システム構築に取り組んでいるところです。メタン濃度のバイオガスの利活用といった観点でいくつか課題・チャレンジがあります。大きく4つの観点でご紹介します。け可能な設備」とすることです。廃棄物処理施設は今後統廃合がさらに進んだとしても地域特性に応じ、一定程度の分散型の機能を有することが見込まれています。その場合、各地域から水分を多く含む原料を収集し、遠距離運搬するとエネルギーの無駄が多くなります。設計する必要があります。メタン発酵を行っている既存施設に対して、後付けできるような設備も目指しています。これは設備コストの抑制につながっていくはずです。2つ目の観点は、CO2分離をしない反応プロセスを用いることです。バイオガスからCO2を分離するのではなく、そのまま工程中でバイオメタネーションを行う方法へのチャレンジです。これができると追加の反応槽等が不要となり、設備コストを減らすことができます。バイオメタネーションというのは熱化学的なメタネーションと比べて、反応速度はやや遅いのですが、原料となるバイオガス中のCO2濃度の影響を受けにくいことからこの特性を利用してCO2を分離しない効率的なメタネーションを目指します。3つ目の観点は、メタン濃度を97%まで高めそのまま都市ガスとして使えるようにするチャレンジです。メタン濃度97%というのは、そのまま都市ガスとして利用することができるレベルです。実現できれば既存の都市ガスインフラに直接注入できるようになります。今後世界的にバイオメタンの需要が大きく高まると予想されており、この技術が確立すれば海外展開もできると考えています。不純物の混入が多い「生ごみ由来」を対象としたバイオメタネーションは技術的難易度が高く、この実用化に成功すれば欧米の技術に対して優位性が確立できます。今後の海外市場展開の可能性も広がるわけです。今後、生ごみ由来の資源を対象にした技術確立をしていくとともに、全体の制御システムやオペレーションを含めた標準化を進め、パッケージとして輸出できるようなノウハウも蓄積していきたいと思っています。――資源循環に向けた取り組みが進むことで、どのような効果が期待できるでしょうか山田氏:廃棄物の焼却・熱分解施設でのCO2分離回収が増え、埋立量が減少し、メタン発酵+バイオメタネーションによる都市ガスのバイオメタンへの代替が進んでいく状態を、廃棄物の種類別にパラメータを設定して試算しました。その結果として、2030年には世界で年間約10.5百万トン、2050年には1,244百万トンのCO2削減が進むと算出されます。世界では現在、1,600百万トンのCO2排出がありますので、その削減に大きく寄与することが期待できます。それを可能にする処理施設の世界市場規模は、2030年に約0.5兆円、2050年には約5.2兆円にのぼると推計されます。日系メーカーのシェアを考慮せず、2030年ならびに2050年に想定される廃棄物量に対する設置拡大を前提に、カーボンニュートラル型炭素循環プラントの導入量を試算しました。現在、オープンダンプと言われるようなごみの投棄をしている国・地域でも、プラント導入が進んでいくと見込んでいます。――今後の展望についてお聞かせください山田氏:廃棄物処理は、安全性・安定性が極めて重要です。技術的な確認が十分に得られていないと、新たな廃棄物処理施設を導入していくのは難しく、市町村が発注する際の障壁ともなります。活用し、各地域への導入促進を財政的にも支援していく予定です。み構築支援を進めるとともに国外市場への展開については、二国間政策対話や地域内フォーラムといった機会も活用していきます。グローバルで見ると、廃棄物処理量は年々拡大しています。それに伴い、世界市場も拡大していくことでしょう。日系メーカーはこれまでも、廃棄物処理プラントにおける一定の市場シェアを有してきました。資源循環に資するプラント構築技術を早期に確立し、廃棄物分野におけるカーボンニュートラル推進を強化していきます。