カーボンニュートラル技術｜CO2削減の最新動向と実用例

ここからはカーボンニュートラルの低炭素材料、リサイクル材料と環境汚染対策技術というテーマでお話しいたします。

リサイクルと低炭素材料に関して、サステナビリティ基準委員会という温室効果ガスの算定基準を策定するような委員会があります。日本にあるサステナビリティ基準委員会（ SSBJ ）が 2027 年に、一部上場企業に限って温室効果ガスの排出基準の公表を義務化する取り組みを進めています。今まで Scope １と２を開示する企業が多かったのですが、 2027 年に入ったらその上流工程、購入した材料が低炭素の材料になっているのか、材料が運ばれるときにどのくらい温室効果ガスを排出したのか、そして下流工程、製品が廃棄されるのかリサイクルされるのか、それによる温室効果ガスの排出量まで開示することが義務化されます。

そこでここからは、低炭素化材料やリサイクル技術、汚染の低減技術、排水の処理技術、希少資源の利用低減技術、 AI による材料の合成および製造の効率化の事例を紹介していきます。

まずは低炭素化を実現する素材 / 原料について。この素材 / 原料について分類をしました。

• ・バイオ燃料 / 食品
• ・バイオプラスチック
• ・ CO2 吸収セメント / コンクリート

バイオ燃料 / 食品はさらにバイオ由来燃料と微生物以来の燃料に分類されます。バイオ由来燃料は食用にならない非食用の穀物や皮、木材チップなどを用いて生成されるエタノールなどの燃料です。微生物以来の燃料は藻類を用いて生成するバイオ燃料が該当し、農地を必要とせずバイオリアクターなどの措置があれば燃料を生成可能です。

バイオプラスチックはさらにバイオマス由来プラスチックと微生物由来プラスチックに分類されます。バイオマス由来プラスチックはバイオマスを一部、若しくは全部用いて製造されたプラスチック材料です。近年では耐熱性や柔軟性、耐衝撃性を改善する技術開発が多く行われています。微生物以来のプラスチックは微生物や藻類を用いて精製されたバイオプラスチックです。こちらもバイオリアクターがあれば精製できます。

そして CO2 の吸収性セメント / コンクリートとして、炭酸カルシウムなど化学反応により CO2 を吸収させたセメントやコンクリートの活用が進められています。また最近は CO2 の固定化ができるという点だけでなく、従来のコンクリートに比べて強度を改善した事例も登場しています。

カーボンニュートラルレポート 2021 年から 2023 年版までの傾向と 2024 年版の傾向との差異を見ていきます。 2023 年度までは事例でいうとバイオマス由来のプラスチック技術の発表数が多かったのですが、 2024 年版では実用化事例に限って見ると、微生物由来食品の割合が増えていることがわかります。

こちらはバイオマス由来燃料の事例です。食用に適さないバイオマス原料を使って航空燃料を精製する研究が進んでいます。日本では、日本グリーン電力開発株式会社や住友商事が他社と共同して、サトウキビの搾りかす、ウッドチップなどを用いてバイオ燃料開発を進めるということを 2024 年に発表しました。

画像左、アメリカの VIRENT, INC. は植物由来の糖を原料にした合成燃料を作っており、業界に食い込んできています。

バイオマス由来の航空燃料は、植物糖や規格外コスナッツオイルなどを使用し、エンジン改造なしで環境負荷を低減するものの、商業化にはコスト削減や安定供給、製造効率向上、規制整備などが必要な状況です。これらのハードルをクリアするための規制整備が、研究開発とあわせて進められています。

こちらは微生物を活用した代替食品の事例です。アメリカや EU で盛んに取り組まれています。技術としての特徴は食品製造で発生した残渣や微細藻類を活用することです。この特徴により廃棄物の削減や動物由来のタンパク質の減量などを実現でき、環境負荷の低減が期待されています。例えば画像の真ん中の事例はクロレラを使ってアイスクリームを作る技術です。牛乳などのタンパク質を植物から生成します。このように実用化が進んでいる分野です。

こちらは CO2 を吸収するコンクリートの事例です。 CO2 回収した後の利活用先としてコンクリート製造に使うという研究が、欧米および日本で活発化してきています。

画像一番左の Solidia Technologies では、CO2 吸収コンクリートの製造プロセスを AI を使って効率化するというチャレンジをしています。実際の効果として、コンクリート製造に使う水を年間３兆リットル節約できたとのことです。

ここからはリサイクル / 廃棄物の資源化技術について紹介していきます。リサイクル技術として私たちになじみ深いのは、汎用プラスチックのリサイクルだと思います。それとあわせて最近はケミカルリサイクル技術やフッ素系ゴム系のリサイクル技術、タイヤに含まれるカーボンブラックを再利用する技術、リチウムイオン電池のクローズドリサイクルなどの研究開発が進んでいます。

画像は 2024 年版のレポートに収録したリサイクル技術のリスト数です。数として最も多いのが汎用プラスチックのリサイクル技術。販売・実用化している技術として一番目立っています。

実験段階で見ると、例えばゴム材料のリサイクル技術、バッテリー材料のリサイクル技術の開発が進んでいることがわかります。

まずは汎用プラスチックのリサイクル技術として、特にケミカルリサイクルに関してどのような事例があるか紹介します。

一番左のデンカは、 2023 年下旬から PS 熱分解してスチレンモノマーを取り出すという施設の処理能力を高めています。

真ん中の Agilyx という企業はさまざまな化学品の大手企業と組んで、ポリスチレンから高純度なスチレンモノマーを取り出す技術を開発していることで注目を集めています。

一番右の中国科学技術大学では、まだ研究段階ではありますが、酸素欠損を持つ Fe/Zno ナノシートを用いてポリエステル廃棄物の脱重合技術を開発し、汎用プラスチックの回収効率向上を目指しています。

続いてはリチウムイオン電池のクローズドループ・リサイクル技術の一例を紹介します。

一番左は JX 金属の事例です。使用済みのリチウムイオン電池からレアメタルを回収して再利用する技術を開発しています。多様な電池からレアメタルを抽出することを目指しています。

右の2つは大学発の技術で、その大学とメーカーが参加をして進めている事例です。注目すべき点は、ライス大学の事例では金属の回収効率が 98 % 以上という回収率の高い、湿式製錬技術を目指しているという点。その右のスウェーデンの大学の事例では、アルミニウムを 100 % 回収できていて、リチウムも 98 % 回収するという非常に高効率な金属分離の湿式製錬の技術を開発している点が注目すべきポイントです。

リチウムイオン電池のリサイクル技術にはさまざまな要素技術があるのですが、最近は特に資源の回収効率向上を目指しているしている事例が多い印象を受けます。

リサイクルとは別の事例として、廃棄物の資源化についても紹介していきます。

まず燃料化について、先ほど紹介したバイオマス燃料と少し似ている話ではあるのですが、食品残渣を熱分解して燃料化する技術や、ワイン、ウイスキーの搾りかすを用いてバイオガス / エタノールを生成する技術などがあります。それから廃プラスチックを熱分解して燃料化する技術の開発も進んでいます。

資源化については、食品残渣からセルロース繊維やプラスチックを取り出す技術の研究、それからバイオ炭を土壌改善に使って、そこで育つ植物が CO2 を吸収することで CO2 の回収が進む技術なども含めて紹介します。

こちらは廃棄物由来の燃料の事例です。

一番左の WasteFuel という企業では廃棄物由来のグリーンメタノールを生成して、海上輸送に限らず空・陸の運輸にも用いる技術を開発しています。最近では 100トンほどのメタノールを生成可能となり、実用化までのペースがかなり進んでいます。

真ん中の Repsol はスペインの石油化学系の大手企業です。こちらの企業ではフランスのアクセンス社の技術を用いて廃油からバイオ燃料とバイオ LPG を生成する技術を開発しています。かなり大型なプロジェクトで、最終的にはトラックや自動車、航空機の燃料として活用することを目指しています。

一番右は大学発の技術で、国際基準を満たす船舶用の燃料生成に取り組んでいます。

廃棄物からグリーンメタノールやバイオ燃料などを作り出す技術は、実用段階にあるものから、まだプロジェクトが始まったばかりの実証段階のものまでさまざまあります。技術分野を俯瞰すると順調に進展している印象です。世界的に脱炭素のニーズが高まっている状況なのもあり、これから先も再生可能燃料の生産技術はさらに拡大していくと思われます。

ここからは環境汚染の軽減や希少資源の有効活用などをテーマに事例を紹介していきます。

最初は汚染低減技術について。汚染低減技術とは、廃棄物の減容、水の清浄化、空気の清浄化、土壌の改善などを含む技術カテゴリーです。

2023 年度版のレポートと 2024 年版のレポートの違いについては、まず空気の清浄化技術の事例が増えていることがわかります。この背景には新型コロナウイルス対策や、各国で空気の清浄化に関する取り組みに注力していることがあります。

こちらは水の清浄化の事例です。昨今は水を清浄化するだけでなく、水を収集して水不足に対応する技術の開発が進んでいます。画像の技術も水の清浄化と収集の両方に対応するための技術です。

３つの事例に共通しているのは、太陽光を利用して汚染水を浄化することと、そして光エネルギーによって生成される水蒸気を使って水素や酸素を生成することです。このような技術が大学を中心に研究されています。

真ん中のカンタベリー大学では水耕栽培にもこのような技術を応用しており、水不足だけでなく食料不足や環境対策の方面でも開発を進めています。

こちらは、まだ開発段階のものではありますが、空気の清浄化に関する研究事例です。

一番左は金属有機フレームワーク（ MOFs ） を使って大気中の水を収集する事例です。カスタマイズ性が高く、選択的に大気の水を収集することができます。

それから VOC の吸収性能を高めるような材料の開発も行われています。こういった新しい材料を使った空気の清浄化やその水の収集などが研究されており、これからもさらに事例が増えていくと思われます。

次は土壌の改善の事例紹介です。

一番左はエジプトの研究機関が開発している技術で、微生物を用いて重金属を分解するという事例です。セリウムやヒ素などといった有害な重金属を 100 % 除去する微生物が見つかったということで話題になりました。

残り２つも大学発の事例で、肥料中に重金属がどのくらい含まれているのか特定する技術と、微生物ではなくバイオ炭を用いた土壌の改善技術となっています。

これらの技術は主に農業分野への貢献を目指し、研究開発が進められている状況です。

続いては汚染の可視化技術として、水環境や空気環境の可視化する技術に関してお伝えします。

画像は 2023 年版のレポートと 2024 年版のレポートを比べたグラフです。 2023 年版は販売実用化の事例に偏っている構成でしたが、 2024 年版は実験段階の事例が多いという傾向が見られます。

画像は水環境の可視化技術の事例です。３つの事例共通点として、機械学習や AI を使って環境管理のプラットフォームを構築していることが挙げられます。

一番左の Klir という企業は水管理のプラットフォームを開発しています。このプラットフォームは ChatGPT と統合することで水管理の予測・分析を容易に行うことができます。

また一番右のケースウエスタン大学では、スマートフォンのカメラを用いることで水中リン濃度をリアルタイムで推定する機械学習モデルを開発しました。

このような機械学習や AI などを用いることでリアルタイムな水環境の監視ができることと、予測・分析が簡単にできるようにすることが開発トレンドになっている印象です。

最後に資源の利用低減 / 有効活用の事例を紹介します。水の節約やレアメタルなど希少資源の節約、機械学習によって材料合成・製造効率化する技術をピックアップしました。

こちらは希少資源の節約に関する事例です。

一番左の Dracula Technologies では、従来とは異なる開発方法で有機薄膜太陽電池を作っています。インクジェットプリンターを使い、シリコンや重金属などを使わないことで貴金属を節約している事例です。

真ん中のデンマーク工科大学は、地球上に多く存在している岩石ケイ酸塩をもとに新しい超イオン材料を開発し、電気自動車用固体電池の電解質として特許を取得しました。これにより環境に優しくて性能の高い電池を作ることが可能です。

一番右の東北大学では、レアメタルを使わない触媒の開発を行っています。

こちらが最後の事例です。物理シミュレーションや AI を組み合わせて製品設計の最適化を行っている事例を３つピックアップしました。

一番左の EthonAI というスイスのこのベンチャー企業は、日本の自動車部品メーカーなどと提携していることで注目を集めています。どんな取り組みをしているかというと、工場データをリアルタイム分析する AI 駆動の製造分析システムの開発を行っています。例えば製造過程で異常があった場合にその分析を行い、さらにどのように解決すれば良いのかまで予想することが可能なシステムです。このシステムを導入することで、製造プロセス上の廃棄物を 50 % 削減できたというデータが出ています。製造プロセスの無駄を省くことができるということです。

真ん中の PhysicsX というイギリスの企業では、物理シミュレーションを用いた AI プラットフォームを開発しています。特に電気自動車の設計にフォーカスをしており、設計上でどこがボトルネックになるのか、効率的なプロセスはどのようなものかなどをシミュレーションによって提示します。今後は航空宇宙産業や医療機器などへの応用が期待されています。

一番右の Cambrex Corporation はバイオ医薬に特化した企業です。新しい合成技術を用いて高品質かつ安定性の高い医療技術を実現するような製品設計の最適化に取り組んでいます・

このように、従来行われてきた物理シミュレーションに AI を組み合わせることで製品のボトルネックの特定や、製造プロセスの効率的などを行う技術が活発に開発されている状況です。これらの技術が今後さまざまな業界で活用されるようになるのではないかと予想されています。

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