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  • カーボンリサイクルによってCO2を再利用する社会の実現へ

    カーボンリサイクルによってCO2を再利用する社会の実現へ

    CO2を減らすだけでなく、そこから新たなものを生み出せれば、理想的なCO2削減を進められるのではないでしょうか。このようなCO2を再利用しようという考えがカーボンリサイクルです。CO2削減の解決策になると期待されるカーボンリサイクルについて、その概要や技術開発のロードマップ、企業による取り組みの事例などをご紹介します。 カーボンリサイクルとは カーボンをリサイクルするとはどういった取り組みなのでしょうか。カーボンリサイクルの意味と目的から見ていきましょう。 CO2を資源としてリサイクルする取り組み カーボンリサイクルは、炭素を表すカーボンと再利用のリサイクルを合わせた言葉です。 炭素を再利用とはどういう意味でしょうか。この場合の炭素とは、温室効果ガスの二酸化炭素(CO2)を表しています。CO2を資源とみなし、リサイクルすることで有効利用していこうという考え、それがカーボンリサイクルです。 地球温暖化現象の原因となっているのは、熱の元になる太陽からのエネルギーを地表付近に閉じ込め、宇宙への放熱を妨げる温室効果ガスです。この温室効果ガスのうち、75%を占めるのがCO2だと言われています。 CO2を資源として再利用することができれば、CO2排出量の削減に大きな一手となります。このような期待からカーボンリサイクルは注目されています。 カーボンリサイクルが提唱された背景 地球温暖化を含む気候変動問題は、世界で協力して取り組まなければならない共有の課題です。その一因となっているCO2削減は、先進国を中心に各国で目標を定め取り組んでいます。 そういった中で、日本のCO2排出量は2007年から2020年まで世界で5番目の多さを維持し、削減が進んでいないのが現状です。一方で、日本には世界に誇れる優れた技術を持つ企業が多数あり、その中にはカーボンリサイクルに関連する技術も少なくありません。 こういった背景や情勢から、日本でも2019年にカーボンリサイクルの必要性に触れ、資源エネルギー庁にカーボンリサイクル室が立ち上げられ取り組みを進め始めています。 SDGsの目標の1つとしても「気候変動に具体的な対策を」が設定され、炭素の行き先に対する世界の注目度は高くなっています。こういった状況の中で、カーボンリサイクルの取り組みは今後さらに加速していくと予想されます。 カーボンリサイクルへの各国の取り組み カーボンリサイクルは、CO2削減目標を掲げる国であれば注目せずにはいられない、実現すれば大きなメリットのある技術です。世界の国ではどういった取り組みを進めているのでしょうか。 日本のカーボンリサイクルに関する取り組み 日本では、2019年2月に資源エネルギー庁カーボンリサイクル室が設置されたほか、同年6月に実現に向けたカーボンリサイクル技術ロードマップ(PDF)が取りまとめられました。 この中では、CO2分離回収技術の進展について、2030年と2040年を区切りとした3つのフェーズで進めるロードマップが示されています。 フェーズ1:技術開発の着手と重点的な取り組み 2030年までの間は、カーボンリサイクルにつながる技術開発を進め、現状で実現している技術の進展を目指すフェーズとしています。特に、2030年頃から普及が可能となると見込まれる、カーボンリサイクルによって作られた化学品や燃料、コンクリートなどについての開発が重点的に進められます。 フェーズ2:低コスト化と消費拡大 2030年には普及すると見込んでいる、カーボンリサイクルによって製造された製品について低コスト化を目指し、さらなる消費拡大を目指すフェーズとしています。 フェーズ3:さらなる低コスト化と製品の普及 2030年頃に普及すると見込んでいる、カーボンリサイクルによるポリカーボネートやバイオジェット燃料、コンクリートなどのさらなる低コスト化を進めます。また、2040年頃からは別のカーボンリサイクル製品も普及し始めるとい予測し、それらについて需要が多い汎用品に拡大していくとしています。 また、ロードマップではCO2の利用先として次の4種類をあげています。 基幹物質:合成ガスやメタノールなど 化学品:ウレタンやポリカーボネートといった含酸素化合物など 燃料:微細藻類バイオ燃料やバイオマス由来のバイオ燃料など 鉱物:コンクリート製品やコンクリート構造物など CO2をこれらの利用先の物質へ変換するためには、その製造工程において使用するエネルギーが必要になります。しかし、そのエネルギーを、CO2を排出する火力発電に頼っていては本末転倒になってしまいます。 また、一部の物質は生成のために水素を必要とします。現在、天然ガスから生成する水素が普及していますが、この段階でもエネルギーが消費されています。 そこで、基盤技術としてCO2を排出しないゼロエミッション電源の活用と、CO2フリー水素の生成技術確率も、カーボンリサイクル実現において重要な位置づけとされています。 海外のカーボンリサイクルの動向 日本だけでなく、世界各国でもカーボンリサイクルの取り組みは進められています。 日本と米国では、経済産業省と米国エネルギー省の間でカーボンリサイクルにかかる協力覚書が締結されています。この協力体制により、技術情報の共有や専門家の相互派遣による共同研究を進めるという計画です。 このほか、日本とオーストラリア、日本とUAEの間でも、同様の協力体制を結んでいます。 EUではカーボンニュートラルシナリオを策定し、その中の1つとしてカーボンリサイクル技術を活用したCO2削減をあげています。CO2回収の方法として、カーボンリサイクルが最も多い回収量になることを想定していることからも、重要な位置づけとしていることがわかります。 企業におけるカーボンリサイクルへの取り組み例 カーボンリサイクルは、CO2からリサイクルして作り出された製品に需要があり、ビジネスモデルとして成立しなければ普及は進みにくいと考えられています。そのためには、政府が普及を推し進めるだけでなく、企業による積極的な取り組みも必要です。 企業が進めているカーボンリサイクルに関する取り組み事例をご紹介します。 経済性に優れたCO2回収技術と燃料化技術の開発 カーボンリサイクルでは、CO2を何に変えるかも重要ですが、その前工程としてCO2をどのように回収するかも重要です。 CO2を効率よく別の形に変えるためには、空気中に混合ガスとして存在する状態では使いにくく、CO2を単独回収しなければなりません。しかし、CO2の単独回収はコストがかかることが課題です。 そこで、ある企業ではCO2の回収を低コストで行える技術の開発を進めています。また、回収したCO2を水素と反応させることでメタンガスを製造する触媒技術も開発しています。 これらが実用化されれば、回収したCO2をメタンガスに変換して都市ガスのパイプラインに流すことで、一般家庭や工場での炭素循環について前進するとしています。 CO2吸収液の電気分解による低コスト燃料化と資源化 CO2を吸収する液体を電気分解することによって、低コストで資源化できる技術の開発を進める企業もあります。 この低コスト化に合わせ、CO2をリサイクルした製品の販売によってCO2の削減に関するランニングコストをゼロにすることを目標としています。2030年には年間500万トン以上のCO2削減を見込んでいます。 電気・熱・CO2を供給して最適環境を保つスマートアグリ CO2の利用先として、最も自然な形とも言える方法に着目した取り組みの事例です。 この事例では、CO2を植物の光合成に利用してもらいながら、利用するエネルギーのすべてを循環させることを想定した新しい農業のビジネスモデルを提案しています。 温室に送る熱を作るためのボイラーや、電気を作るための発電機から排出したCO2は温室に送り植物に吸収させることで光と熱とCO2という最適環境を植物に与える仕組みです。 このシステムは実際に稼働していて、高糖度のミニトマトやベビーリーフが生産されています。 CO2フリー・低コスト・クリーンな水素製造技術の確率 CO2をメタンのような燃料にできるガスに変換するためには、水素と反応させる必要があります。また、電気分解やさまざまな設備の使用には電気エネルギーが必要です。 水素の直接利用だけでなく、電気を生むための燃料としても水素は注目されているため、カーボンリサイクル実現には水素の製造技術も不可欠です。 こういった新たなエネルギーのもとを製造する最先端の設備が作られたのは、東日本大震災で発生した原子力発電所の事故により大きな困難に見舞われた福島県浪江町です。 国や県、研究機関や再エネの業界団体、民間企業などが参加した「福島新エネ社会構想」の一環として、この地に「福島水素エネルギー研究フィールド」が作られました。ここではCO2を排出せずに水素を製造する研究が進められます。 この世界最大級の水素製造設備により、福島を新しいエネルギー社会のモデルとして復興を後押しすることも目的としています。 カーボンリサイクルが普及する循環を作り出していくためには CO2排出量削減の大きな一手として期待されるカーボンリサイクルについて、その概要や取り組み事例をご紹介しました。 カーボンリサイクルは、CO2の排出量を減らすだけでなく、そこから新たな製品を生み出します。マイナスをゼロにするだけでなく、プラスに変えられる、理想的なCO2対策と言えます。カーボンリサイクルの普及には、それに活用される技術や生み出された製品のマネタイズが必須です。技術開発と低コスト化、製品の普及を進め、さらにCO2消費拡大につなげていく循環を作り上げていくため、これらの技術や製品販売が収益に結びついていく必要があります。 すでに多くの公的機関や民間企業がカーボンリサイクルに関連する技術開発を進めており、カーボンリサイクル社会の実現へ着実に近づいていると考えられます。気候変動問題の対策として期待の大きいカーボンリサイクルの取り組みは、今後も加速していくと予想されます。 参考: カーボンリサイクル|一般財団法人 新エネルギー財団 温室効果ガスの種類|気象庁 Japan Meteorological Agency 世界の二酸化炭素(CO2)排出量 国別ランキング・推移(BP)|Global Note カーボンリサイクル技術による脱CO2・炭素循環型社会の実現への加速(PDF)|株式会社IHI CO2削減の夢の技術!進む「カーボンリサイクル」の開発・実装|資源エネルギー庁 2020年、水素エネルギーのいま~少しずつ見えてきた「水素社会」の姿|資源エネルギー庁 カーボンリサイクル技術事例集(PDF)|資源エネルギー庁

  • 量子コンピューターの現状と将来性

    量子コンピューターの現状と将来性

    コンピューターが発展した現代において、コンピューターの処理能力は重要な要素です。従来のコンピューターでは処理速度の高速化に限界がくるとされている中、注目を集めているのが量子コンピューターです。長年研究開発が進められてきましたが、未だ本格的なビジネスへの応用にまでは至っていません。本稿ではこの量子コンピューターについて、現状や課題、将来の可能性をご紹介します。 量子コンピューターの紹介 量子コンピューターとは 量子コンピューターとは量子力学の現象を情報処理技術に利用することで、複雑な計算を可能にしたコンピューターです。詳細な説明は割愛しますが、量子重ね合わせや量子もつれなど量子力学に特有の現象があり、この現象を利用することでコンピューターの並列計算を可能にしています。 従来のコンピューターとの違い 量子コンピューターと従来のコンピューターとの違いは計算速度です。従来のコンピューターでは処理速度の高速化にいつかは限界がくるとされていましたが、量子コンピューターではその限界を超える可能性が期待されています。従来のコンピューターだと膨大な時間が必要となる計算も、量子コンピューターでは短時間で解けます。計算速度にこのような差ができる理由は計算方法の違いです。従来のコンピューターは0か1のどちらかの値であらわすビットを最小単位として計算しています。一方、量子コンピューターでは0と1が重ね合わせの状態にあり、この0でも1でもあるものを量子ビットとして計算に使用しています。ビットを使用する従来のコンピューターではすべての入力に対しその都度計算が必要です。しかし、量子コンピューターは量子ビットの重なり合いの性質を利用することで、すべての入力に対し一括で計算が可能なのです。 現在の状況と今後の課題 2021年現在の状況 量子コンピューターは問題の解き方の違いにより量子ゲート方式と量子アニーリング方式の2つに大きく分けられます。さまざまな企業や研究者が研究開発を進めてきましたが、本格的なビジネスへの応用はできていません。その理由は扱える問題のサイズの小ささと計算のエラー率にあります。現在の技術では従来のコンピューターに搭載されているビットの大きさと同等の量子ビットを量子コンピューターに搭載する技術がありません。従来のコンピューターのビットと違い一括計算が可能な量子ビットでも、搭載される規模が小さければ複雑な計算はできません。また、従来のコンピューターに比べると計算でエラーを出す確率が高くなります。上記の理由から、現状はベースの計算は従来のコンピューターで行い、量子コンピューターが得意な部分のみ切り出して計算させる方法がとられています。2019年にはアメリカグーグル社より従来のコンピューターでは1万年かかるとされる計算を約200秒処理する量子コンピューターの開発が発表されました。この発表により今後のさらなる実用化が期待されるようになっています。 今後の課題 今後の課題は、量子ビットを増やすことで扱える問題のサイズを大きくすることと、計算の精度を高めることです。そのためにはエラーを随時訂正する仕組みを構築せねばなりません。量子ビットは熱のような外部要因によりノイズや量子ビット同士の干渉などが起こすことから設定通りの動作をしないことがあり、その結果として演算に誤りが生じてしまいます。このような事態を防ぐには、計算の途中で誤りを検知し訂正することで正しい計算を続けられる仕組みを作らねばなりません。 実用化により見える将来性 量子コンピューターの得意分野は最適化問題であり、その技術を利用することでビッグデータの解析技術が向上すると言われています。そこで具体的にどのようなことができるようになるか、その一部をご紹介します。 交通渋滞の緩和 量子コンピューターは自動運転のシステム構築にも役立ちます。交通状況を判断し、交通量の少ない道路を選択して運転するので、交通渋滞の緩和が可能です。また、訪問先が複数ある時にも効果的で、効率的にすべてを巡回するルートを見つけられます。 新薬開発のスピードアップ ビッグデータの解析技術向上はシミュレーションを行う際に膨大なデータを掛け合わせることを可能にします。分子の構造分析を通じて新薬開発の飛躍的なスピードアップが期待されています。 AI能力の向上 機械学習の分野には組み合わせに量子コンピューターの得意分野である最適化問題を含む要素が多くあります。そのため、量子コンピューターによってAI開発が飛躍的に発展するとされています。 暗号の解読容易化 金融分野を中心に広く採用されている暗号の解読が容易になる可能性が示唆されており、近い将来には現在暗号に採用されている方式が役に立たなくなると言われています。そのため、新しい暗号方式やセキュリティ対策の開発が進められています。 量子コンピューターの進歩はまだまだこれから 長年の研究開発の結果、量子コンピューターはここ数年で大きな前進を見せました。2021年以降のさらなる進歩を期待されており、さまざまな分野への利用が検討されています。これからの量子コンピューターの進化に期待しましょう。 参考: 量子コンピューター | NRI 量子コンピューターとは?メリット・デメリットを解説 | 株式会社日立ソリューションズ・クリエイト 【誰でも分かる】「量子力学」ってなんなの? 詳しい人に聞いてきた【入門編】 | パーソナルテクノロジースタッフ 世界的に準備が進む「量子コンピューター」の現状は? | 東証マネ部 量子コンピュータの実用化加速へ | 理化学研究所

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