私たちが吸う空気は炭素問題を抱えています。しかし、アイスランドのレイキャビク郊外にある地熱活動が活発なヘトリスヘイディ高原では、新たな技術が、この問題を解決するための小さいながらも大きな一歩を踏み出しています。
クライムワークスが建設した「オルカ」と呼ばれる工場は、二酸化炭素を空気から直接濾過し、地下に永久に貯蔵する初の施設である。
オルカの二酸化炭素回収装置は巨大なトランジスタラジオのようだ。氷に覆われた山々の頂上に太陽の光が差し込む稀な日でも、強風が吹き荒れるアイスランドの雄大な風景に、オルカは見事に溶け込んでいる。
このプラントは9月に稼働を開始したばかりですが、直接空気回収（Direct Air Capture）として知られる空気濾過技術は、環境保護主義者の間でずっと以前から論争の的となってきました。二酸化炭素を真空吸引することはかつて最後の手段と考えられていましたが、私たちは最後の手段が必須となる未来に向かっているようです。
「パリ協定の気候目標に準拠したいのであれば、世界はおそらく大規模な直接空気回収と貯留の組み合わせを必要とするだろう」とクライムワークスのCEO兼共同創業者であるヤン・ヴルツバッハー氏は語った。
数学と魔法による炭素除去
ヴルツバッハー氏が「パリ」目標と呼んだのは、2015年のパリ協定で定められた、気温上昇を2℃（理想的には1.5℃）に抑えるという世界目標のことです。この目標を達成するには、国連は2050年までに年間100億トンの二酸化炭素を大気中から除去する必要があると推定しています。この数値は、他の手段による積極的な排出量削減が達成された場合の最良のシナリオです。十分な削減が行われなければ、二酸化炭素除去の必要性はさらに高まる可能性があります。
「気候に関する計算は比較的簡単です」と、クライムワークスの本拠地であるスイス、チューリッヒからのビデオ通話でヴルツバッハー氏は説明した。「もし他のすべてが順調に進んだとしても、今世紀半ばまでに100億トンのCO2を除去する必要があります。石炭火力発電所などの設備を十分なペースで削減できないため、最終的には200億トンの除去が必要になるかもしれません。」
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直接空気回収技術は、過剰なCO2を除去するための多くの選択肢の一つです。植林などの自然な方法や、煙突などの排出源から直接CO2を回収する技術があります。発生源でCO2を回収するのと比べて、文字通り何もない空気からCO2を取り出すのはより困難でコストもかかりますが、直接空気回収の利点は、すべての汚染源を特定して阻止する必要がないことです。これは世界中で機能する解決策です。
「直接空気回収を行う場合、空気はどこにでもあるため、CO2が存在する場所に行く必要はありません」とヴルツバッハー氏は述べた。
オルカプラントは、クライムワークスがコレクターと呼ぶ、輸送コンテナほどの大きさの8つの箱で構成されています。各箱の前面には、大きなベネチアンブラインドのようなスラットが取り付けられています。背面には、箱の中に空気を送り込む12個のファンが設置されています。コレクター内では、CO2分子が特別に開発されたフィルター素材の表面に衝突し、アミンと呼ばれる分子が選択的に吸着します。
その接触点は魔法のような瞬間です。残りの空気は集熱器の反対側から排出されますが、炭素はアミンにしっかりと付着します。その瞬間、CO2は大気の混沌とした乱れから、人類の秩序ある支配下へと移り、今後数千年にわたって制御下に置かれる可能性があります。熱を加えると、CO2はアミンから解放され、近くの火山岩に注入され、そこで長寿命の炭酸塩鉱物を形成します。
現在、オルカで1トンのCO2を除去するには600ドルから800ドルの費用がかかり、ほとんどの潜在的な支払者にとって高額です。初期の顧客には、Microsoft、Stripe、Swiss Re、さらにはバンドColdplay（彼らは今後のワールドツアーの排出量の一部を相殺するためにClimeworksを雇用しました）など、プレミアム料金を支払う意思のある企業や個人がいます。
クライムワークスは、このコストを100ドルから200ドルに引き下げることを目指しています。米国エネルギー省も最近、技術的炭素除去コストを1トンあたり100ドル未満にするという同様の目標を設定しました。この価格帯であれば、直接空気回収は他の野心的な排出量削減策と同等の成果を上げることができます。
今のところ、魔法の瞬間を捉えるにはコストがかかるかもしれないが、少なくとも効果はある。
「オルカはゼロから1台になりました」と、コロンビア大学の上級研究員であるフリオ・フリードマン博士は述べた。「現時点では、必要であればオルカをもっと製造できることが分かっています。コストは下がり、性能も向上するでしょうし、その他もろもろのことが予想されますが、今では年間4000トンの二酸化炭素を大気から除去できる単一ユニットの装置が完成しました。」
オルカは、その高額なコストに加え、回収するCO2量が微々たるものであることでも批判されている。数十年以内に除去しなければならない100億トンと比較すると、4000トンという量は微々たるものだ。現在の排出量では、人類はオルカの年間の努力を3秒ごとに帳消しにしていることになる。
しかし、この量を、大気から炭素を除去する他の手段と比較して考えると、より分かりやすくなるかもしれません。1エーカーのレッドウッドの森を育てることでも約4,000トンのCO2を除去できますが、これには1年以上かかり、限られた場所でしか実施できません。
フリードマン氏は、直接空気回収のエレベーターピッチを同様の言葉で表現した。「20万本の樹木が担う仕事を、1000分の1のスペースで実現します。」
グレタ・トゥーンベリのような活動家は、直接空気回収のような人工的な解決策を「ほとんど存在しない技術」として退け、代わりに自然に基づく解決策を推進してきましたが、両方の戦略を追求することは可能です。国連の推計が正しければ、余分な炭素を吸収するための複数の解決策が生まれる余地があるでしょう。
「数十億トン単位の規模が必要になるでしょう。その点は確信しています」とヴルツバッハー氏は述べた。
小さい方が良い場合もある
Orca の小ささに対する批判は、もう 1 つの重要な点を見落としています。それは、小さく始めることが学習のユニークな機会であるということです。
他の技術と同様に、直接空気回収技術も改良を重ねることで、時間の経過とともに効率とコストが向上します。ClimeworksのCO2コレクターはモジュール式です。つまり、より多くのCO2を回収するには、コレクター自体を大型化するのではなく、コレクターの数を増やすだけで済みます。モジュール式製品であれば、大型で特注品よりもコストを抑え、改良を重ねやすくなります。
「大規模な発電所や現在の発電所の何倍もの規模を建設する頃には、それが確実に機能し、今後も継続して稼働し続けると確信しています」と、クライムワークスの技術責任者であるナタリー・カサス氏は述べた。「それがモジュール式アプローチの優れた点です。」
ヴルツバッハー氏によると、より大規模なプラントの建設が既に進行中だが、建設場所はまだ決まっていない。オルカプラントの10倍の規模となり、輸送コンテナサイズの集熱装置が8基ではなく80基設置され、年間4万トンのCO2を回収することになる。
Orca 規模のプラントを建設する利点は、コレクターの設計の微調整を 8 回繰り返すだけで済むことです。
「コンテナを80個作るとなると、話は全く別だ」とヴルツバッハー氏は言う。
クライムワークスの小規模から中規模のアプローチは、直接空気回収技術を商業化しているもう一つの大手企業、カーボン・エンジニアリングのアプローチとは対照的です。カーボン・エンジニアリングは現在、テキサス州に50万トンのCO2を回収するプラントを建設中です。このプラントは、2020年代半ばに稼働開始予定です。
「クライムワークスは、一気に飛び込むのではなく、一歩一歩プールに飛び込んでいる」と、炭素除去に特化した投資・諮問会社、カーボン・ダイレクトの最高イノベーション責任者、コリン・マコーミック氏は語った。
これらのアプローチのどちらか、あるいは両方、あるいはどちらも、大規模かつ低コストで炭素除去を実現できるかどうかは、まだ分かりません。直接空気回収はまだ初期段階ですが、持続可能な技術における有力企業のいくつかと類似点があります。太陽光発電（PV）パネルと風力タービンはどちらも、数十年前は実現が難しかったものの、今ではエネルギー転換の最前線に立つ巨大産業へと成長しています。
太陽光パネルとの比較は特に適切である。なぜなら、これらのパネルは、理論的には可能だが商業的には証明されていないものを実現するために、斬新な素材を使用していたからである。
マコーミックによれば、大気中の二酸化炭素を捕捉するために必要な最低限のエネルギー量は相当なものだが、クライムワークスとカーボン・エンジニアリングはどちらもその最低限量の約10倍のエネルギーを使用しているため、改善の余地は大きいという。
「100%の効率からは大きくかけ離れていますが、それは問題ありません」と彼は言った。「初期の太陽光パネルの効率は数%程度でした。」
クライムワークスは、効率向上とコスト削減のために様々な方法を模索しています。大きな取り組みの一つは、フィルター素材の改良です。これにより、CO2の捕捉量が増加し、寿命が長くなります。また、生産を合理化することで、モジュール式ユニットの製造コストを削減する方法も検討しています。さらに、 CO2パイプラインなどの比較的固定的なコストは、プラントの規模が大きくなるにつれて自然に減少していくでしょう。
今後の技術的課題は困難に思えるかもしれませんが、クライムワークスのチームは動じていません。実際、ヴルツバッハー氏は、現在の直接空気回収の状況は、1970年代や1980年代の風力や太陽光発電の状況よりもはるかに優れていると考えています。
「太陽光発電や風力発電が始まった頃と比べると、彼らはより大きなコスト削減をしなければならなかった」とヴルツバッハー氏は述べた。「私たちがやらなければならないのは、実は10分の1程度で済むというのは朗報だ」
こうしたコスト削減を実現するには、研究室やオフィスではなく、現実世界の状況でのみ実行できる学習が必要です。
「これはソフトウェアのスタートアップではありません」とヴルツバッハー氏は語った。「私たちは過酷な環境に鉄鋼やコンクリートを投入しています。90%くらいしか予測できないような奇妙な出来事が起こりますが、残りの10%は全く予測できません。そして、そこから学ぶのです。ですから、実際に現場で成果を出すことが非常に重要なのです。」
なぜアイスランド？
オルカほど雄大なフィールドサイトを見つけるのは難しいでしょう。このプラントは草原の端に位置し、白い雪がきらめくゴツゴツとした黒い峰々のすぐ下にあります。しかし、クライムワークスチームがオルカをこの場所に建設したのは、景観のためではありませんでした。ヘトリスヘイディのこの敷地は、直接空気回収に不可欠な2つの要素、つまり安価な再生可能エネルギーとCO2を固定する場所を提供しています。これら2つの要素は、アイスランド特有の火山性地質が生み出したものです。
Orcaは、アイスランド最大の地熱エネルギー源の一つであるヘトリスヘイディ地熱発電所のすぐ隣に位置しています。この発電所は、地下1マイル以上から火山ホットスポットによって自然に温められた温水を汲み上げています。地熱プロセスによって熱と電力が生成され、どちらも直接空気回収（DCAP）の重要な原料となります。
電気はコレクターを通して空気を動かすために使用され、熱は捕捉したCO2をフィルター材料から放出するために使用されます。これは沸騰水の温度である約100℃で起こります。
「地熱は、24時間365日、熱と電気を供給できるので、始めるには特に適しています。ですから、私たちの事業にまさにぴったりです」とヴルツバッハー氏は語った。
そして、 CO2の問題もあります。ヘトリスヘイディの下にある岩石は多孔質の玄武岩で、100万年未満しか経っておらず、地質学的に言えばほぼ新しいものです。Carbfixという会社は、この若い岩石にCO2を注入して反応させ、炭酸塩鉱物を形成する方法を発見しました。
カーブフィックスは、地熱発電所を運営するレイキャビク市営電力会社レイキャビク・エナジーの子会社です。同社は5年以上にわたり、地熱プロセスから排出される微量のCO2を貯留する技術を用いており、オルカからのCO2を貯留するためのインフラは既に整備されていました。
「オルカ社がアイスランドに進出する大きな理由がこれです」とマコーミック氏は述べた。「彼らは地熱地帯からの廃熱とゼロカーボン電力を保有しています。すでに掘削された注入孔と、CO2注入に最適な地質条件を備えているため、オルカ社には必要なものがすべて揃っています。」
炭素貯留は、炭素除去において不可欠な要素です。その方法は数多くありますが、特にカーボフィックス法は、二酸化炭素が急速に岩石に変化するため、特に有望です。2年以内、あるいはおそらく数か月以内に鉱化され、その固体状態で数千年にわたり保存されます。
「CO2はどこにも行かないので、基本的に一度地中に埋まったら、地中に留まることは分かっています」とカーブフィックスの研究・イノベーション責任者、カリ・ヘルガソン氏は語った。
この時間枠は、CO2が漏れないように無期限に監視する必要がある、廃油井に貯蔵するなどの他の方法とは対照的です。
Carbfix 方式のもう 1 つの利点は、特に炭素を回収するための高額なコストと比較すると、コストがほぼ無視できるほど小さいことです。
「純粋なCO2を受け取れれば、かなり費用対効果が高いです」とヘルガソン氏は述べた。「クライムワークスでやっていることは、信じられないほど安いんです。」
幸いなことに、アイスランドは主に玄武岩で構成されているため、貯留の可能性はほぼ無限です。ヘルガソン氏は、玄武岩1立方キロメートルあたり1億トンのCO2を貯留できると推定しています。
「貯蔵容量は膨大だ」と彼は言った。
そして、この巨大な貯留能力が存在するのはアイスランドだけではありません。Carbfixは、世界中の地質学的炭素貯留の可能性がある地域を地図化したオンライン地図帳を作成しました。
ヴルツバッハー氏は、ヘリシェイディとカーブフィックスはオルカ工場に最適だと指摘したが、クライムワークスはその後のプロジェクトでは他の場所も検討している。
「アイスランドの天候と風はそれほど完璧ではない」と彼は言った。「もし私たちの試運転チームに、同じ気象条件で次の発電所を建設したいかと尋ねたら、彼らはむしろハワイか、火山岩の多いどこか別の場所を求めるかもしれません。」
炭素を捕獲するには村全体の協力が必要
ClimeworksとCarbfixの提携は、炭素除去を成功させるために必要な協働的イノベーションの一例です。米国は同様の関係を促進するため、複数の企業が協力してCO2を回収・貯留する直接空気回収「ハブ」4カ所の建設に35億ドルを割り当てました。この条項は、最近議会で可決されたインフラ法案の一部です。
「直接空気回収を、さまざまなグループ間のパートナーシップとして考えることが本当に重要だ」と、炭素除去を専門とするシンクタンク、Carbon180の政策担当副ディレクター、ロリー・ジェイコブソン氏は語った。
石油・ガス会社は、多くの場合、直接空気回収プロジェクトに資金提供者として参加しています。Carbon Engineeringは、テキサス州のプロジェクトでOccidental Petroleumと提携しており、同じく直接空気回収会社であるGlobal Thermostatは、米国で複数の小規模プロジェクトでExxon Mobilと提携しています。
炭素回収の新興企業にとって、こうした大企業と協力するのは理にかなっている。なぜなら、彼らは巨額の資金を調達でき、地質学にも深い理解があるからだ。しかし、こうした提携は、炭素回収は汚染継続の煙幕だという主張を煽ることにもなった。
「オルカの本当に有望な点は、このプロジェクトに化石燃料がまったく関与していないことだ」とジェイコブソン氏は語った。
化石燃料業界の支援の有無にかかわらず、直接空気回収は、政府の気候変動政策の支援がなければ、規模拡大に限界が生じる可能性が高い。問題は、風力や太陽光発電のような、大気中の炭素を除去するための固有の市場が存在しないことだ。直接空気回収は、自主的な購入（これまでクライムワークスを支援してきたものなど）や政府のインセンティブや指令によって資金を調達する必要がある。
「炭素除去のための自主的な市場は、数百万トン、もしかしたら1000万トン、あるいはそれ以上の規模にまで拡大するでしょう」とヴルツバッハー氏は述べた。「公的手段によって、数千万トンから数十億トンへと拡大していく必要があるでしょう。」
既にいくつかのインセンティブが導入されています。米国では現在、CO2回収・貯留（CCS）に対し1トンあたり50ドルを支払う「45Q」と呼ばれる政策が実施されていますが、「Build Back Better」法案では、この支払いが1トンあたり180ドルに拡大される予定です。この法案は最近下院で可決されましたが、上院ではまだ審議が保留されています。
しかし、政府が高額の炭素税を課したり、産業界に排出量の大幅削減または即時撤廃を義務付けるような措置を講じれば、直接空気回収の市場ははるかに拡大するでしょう。先日グラスゴーで開催された国連気候変動枠組条約締約国会議では、世界の指導者たちはそのような大胆な動きを発表しませんでした。しかし、世論の圧力と気候変動の影響がますます強まるにつれ、状況は変わるかもしれません。どちらもすぐに弱まる兆しを見せていません。
今後数年間でより強力な政策が実現すれば、クライムワークスは準備が整い、現在よりもはるかに安価な直接空気回収技術を導入できるでしょう。価格は依然として高額ですが、何もしないことの代償ははるかに高くなる可能性があります。
