1 世界關(guān)注的CCUS 

2015年簽署的《巴黎協(xié)定》規(guī)定，長期目標(biāo)是“將全球平均氣溫較工業(yè)革命前的上升幅度保持在2℃以內(nèi),，并努力控制在1.5℃以內(nèi)”,。在2021年的COP26（聯(lián)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(dá)成共識,，朝著“1.5℃目標(biāo)”努力,。

日本在2020年宣布“到2050年，實現(xiàn)溫室氣體整體零排放=2050年實現(xiàn)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(biāo),，并且還將繼續(xù)朝50%的目標(biāo)發(fā)起挑戰(zhàn)”。

在各國繼續(xù)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(yù)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(xiàn)（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(chǎn)生源的排放量之外,，通過利用CO₂,、封存CO₂，達(dá)到目標(biāo)CO₂減排量（圖2）,。

2 各種CO₂分離和回收技術(shù)

CCUS的第一項基礎(chǔ)技術(shù)是CO₂分離和回收技術(shù),。在CO₂回收相關(guān)技術(shù)中，也有化學(xué)吸收法和物理吸附法等已經(jīng)在技術(shù)上確立的方法,。而且,，以更便宜的回收為目標(biāo)，推進(jìn)固體吸附法,、膜分離法等技術(shù)的開發(fā),。此外，為了有效進(jìn)行CO₂分離和回收,，需要根據(jù)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(chǎn)業(yè)部門也在推進(jìn)CO₂分離和回收技術(shù)的開發(fā)，在環(huán)境和諧型煉鐵工藝技術(shù)開發(fā)/氫還原等工藝技術(shù)開發(fā)“COURSE50”中，正在進(jìn)行著化學(xué)吸收法和物理吸附法的開發(fā),。

化學(xué)吸收法是將氣體中的CO₂化學(xué)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(shù)（圖3）,。

雖然化學(xué)吸收法被認(rèn)為是成熟的技術(shù),，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(shù)等，開發(fā)出了世界領(lǐng)先的化學(xué)吸收技術(shù),。在COURSE50的第一階段中開發(fā)的一種化學(xué)吸收液已經(jīng)投入使用,，開始了商業(yè)運營。

與化學(xué)吸收技術(shù)相對,，物理吸附技術(shù)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(shù)（圖4）。物理吸附技術(shù)能夠以高純度,、高回收率進(jìn)行分離和回收,，因此可以降低能耗和成本。

除了化學(xué)吸收法和物理吸附法以外,，也在進(jìn)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(tǒng)一創(chuàng)新戰(zhàn)略推進(jìn)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(biāo)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)的戰(zhàn)略,，推進(jìn)高效率化,、低成本化的技術(shù)開發(fā)。

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(chǔ)技術(shù)“碳循環(huán)利用（CO2利用）”技術(shù),。

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(chǎn)業(yè)領(lǐng)域焊接用保護(hù)氣體,、飲料和食品領(lǐng)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(lǐng)域,，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省等列舉了化學(xué)品,、燃料、礦物和混凝土等,，并于 2019年制定了“碳循環(huán)利用技術(shù)路線圖”,。碳循環(huán)利用，除了本身可以直接為減排CO₂作出貢獻(xiàn)之外，還可以通過氫和可再生能源利用的協(xié)同效應(yīng),，有效實現(xiàn)“凈零”排放（溫室氣體排放量與吸收量均衡,，排放量實質(zhì)為零）。而且,，由于多種行業(yè)的經(jīng)營者能夠在各自的業(yè)務(wù)領(lǐng)域中利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行努力,，因此CO₂減排的關(guān)鍵還在于多種行業(yè)（圖5）。

在碳循環(huán)利用領(lǐng)域,，由CO₂合成天然氣主要成分甲烷的甲烷化技術(shù)受到關(guān)注,。“碳循環(huán)利用技術(shù)路線圖”提出,，2030年在現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施中注入1%的合成甲烷,，2050年注入90%的目標(biāo)。于是進(jìn)行了以實用化為目標(biāo)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(shè)備進(jìn)行了試驗。

在鋼鐵領(lǐng)域,，也進(jìn)行了甲烷化技術(shù)的研究,，正在推進(jìn)碳循環(huán)高爐的開發(fā)。這是利用高爐產(chǎn)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(lǐng)域的碳循環(huán)利用中,，正在進(jìn)行應(yīng)用于混凝土的研究,。“碳循環(huán)利用技術(shù)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(shù)開發(fā)為首,，以確立碳循環(huán)水泥技術(shù)為目標(biāo)。

此外,，在新能源?產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）,，作為“碳循環(huán)利用?新一代火力發(fā)電等技術(shù)開發(fā)”的一環(huán)，為了確立有效利用CO₂作為資源的碳循環(huán)利用技術(shù),，在日本的中國電力公司大崎發(fā)電站內(nèi)整備了實證研究據(jù)點,。碳循環(huán)利用實證研究據(jù)點于2022年在大崎上島町（廣島縣）開設(shè)。在煤炭氣化的基礎(chǔ)上,，從燃?xì)廨啓C(jī)和蒸氣輪機(jī)的發(fā)電（IGCC：煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電）中分離和回收CO₂,，進(jìn)行生物質(zhì)燃料、化學(xué)品,、碳酸鹽等各種碳循環(huán)利用技術(shù)的開發(fā),。

4 接近實用化的CO₂封存技術(shù)

第三項基礎(chǔ)技術(shù)是封存技術(shù)（CCS：Carbon dioxide Capture and Storage）,。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省從2012年度到2017年度委托日本CCS調(diào)查公司在苫小牧市開展“二氧化碳減排技術(shù)實證試驗項目”。2012年度到2015年度的4年間,，進(jìn)行了所需設(shè)備的設(shè)計,、建設(shè)及調(diào)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(dá)到了30萬噸目標(biāo)。CCS在全球范圍內(nèi)的實用化進(jìn)程在不斷推進(jìn),，澳大利亞的大型石油和天然氣企業(yè)發(fā)布了將CO₂回收并封存到地下的CCS事業(yè)計劃,。

在“碳循環(huán)利用技術(shù)路線圖”中將其分類為CO₂的利用，但作為固化CO₂的技術(shù),，在混凝土凝固的過程中可以吸入CO₂進(jìn)行固化的環(huán)保型混凝土已經(jīng)實用化,。但是，存在成本高和用途受限的問題,，正在進(jìn)行擴(kuò)大用途和降低到與現(xiàn)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(jìn)CO₂吸收的CO₂固化技術(shù)也在開發(fā)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(tài)系的“藍(lán)碳”措施等也在進(jìn)行之中,。

日本為了推進(jìn)2050年實現(xiàn)碳中和，于2020年設(shè)立了約2兆日元的“綠色創(chuàng)新基金”,，其中包括碳循環(huán)利用領(lǐng)域,，建立了從研發(fā)、實證到社會實施的持續(xù)支援機(jī)制,?！疤佳h(huán)利用產(chǎn)學(xué)官國際會議”等國際學(xué)會的召開以及民間主導(dǎo)為加速碳循環(huán)利用的一般社團(tuán)法人碳循環(huán)利用基金也于2019年設(shè)立，對碳循環(huán)利用的期待大大提高,。

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

CCUS是包括分離和回收,、利用,、封存及運輸?shù)仍趦?nèi)的一個廣泛的技術(shù)領(lǐng)域。其中,，碳循環(huán)利用技術(shù)的開發(fā)是提高國際競爭力不可或缺的舉措,。