炭素回収は完全に間違っている

私たちは再生可能エネルギーへの移行を進め、発電したエネルギーを極めて効率的に利用しています。私たちの産業はクリーンで環境に優しい方法で革新を遂げ、リサイクル、再利用、再生利用を進めています。温室効果ガスの排出量は減少しています。しかし、それだけでは十分ではないのかもしれません。

脱炭素化ツールキットには、もう一つの最終手段、あるいは「最後の手段」とも言えるツールがあります。それは「ネガティブ・エミッション・テクノロジー」です。これは、排出する温室効果ガスよりも多くの温室効果ガスを貯留・隔離する技術です。この技術には主に2つの形態があります。再植林や植林といった自然由来のソリューションと、直接大気炭素回収・貯留、強化風化、バイオ炭、土壌炭素隔離といったより技術的なソリューションです。

国際エネルギー機関の2020年の報告書が主張しているように、炭素回収、利用、貯留技術は、主要セクターが排出量を直接削減できるようにするだけでなく、より処理が困難な排出量の一部を相殺するのにも役立つため、「ネットゼロ」目標の重要な部分です。

しかし、二酸化炭素回収には二つの課題があります。まず、大気中から直接、あるいは排出源から二酸化炭素を回収する必要があります。次に、それをできるだけ長期間安全に貯蔵できる場所に貯蔵する必要があります。

良いニュースは、これがすでに自然に起こっているということです。人間の活動、つまり化石燃料の燃焼によって大気中に放出される過剰な二酸化炭素の約半分は、自然のプロセスによって再び「吸収」されます。その半分は陸上のプロセス（主に植物）によって、残りの半分は海洋によって吸収されます。私たちはこれらの自然のプロセスを制御しようとすることはできませんし、また制御すべきでもありません。しかし、私たちはそれらを利用することはできます。

皮肉なことに、大気中の二酸化炭素濃度の上昇は、植物の成長を実際に促進する可能性があります。これは二酸化炭素施肥と呼ばれる現象です。植物は二酸化炭素の利用可能性の増加に反応して、生育期に既に葉を増やしているという証拠があります。しかし、植物は最終的には高濃度の二酸化炭素に適応するため、その影響は限定的です。また、気候変動により世界の一部地域で気温が上昇し、降雨量が増えると、生育期の長さが長くなる可能性があります。しかし、他の地域では、気温の上昇と降雨量の減少が逆の効果をもたらす可能性があります。

しかし、木々が炭素を大量に消費するという事実は変わりません。一本の木の質量の約半分は純粋な炭素です。森林が世界の陸地面積の31%、約40億ヘクタールを占めていることを考えると、これは膨大な量の炭素を貯蔵していることになります。

問題は、科学者たちがその正確な量を把握していないことです。現在、森林被覆は、例えば森林、草原、砂漠といった地表の違いを識別できる衛星を用いて宇宙からマッピングされています。しかし、森林内の木の高さが10メートルなのか100メートルなのかは分かりません。これは気候情報にとって非常に重要な情報です。「地球の森林にどれだけの炭素が蓄積されているかさえ分からなければ、ましてや森林伐採などによってそれがどのように変化しているかは言うまでもなく、気候モデルにとって大きな不確実性をもたらします」と、メリーランド大学のリモートセンシング科学者、ローラ・ダンカンソン氏は述べています。

この不確実性は、進行中の森林破壊の影響をどのように評価するか、再植林、あるいは既存の森林を伐採しないいわゆる「回避された森林破壊」をどのように計画するか、そしてその再植林や回避された森林破壊に関連する排出クレジットをどのように計算するかに重大な影響を及ぼします。これは、森林破壊と森林劣化による排出量の削減（REDD+とも呼ばれる）という概念にとって極めて重要な知識です。

ここでGEDI（地球規模生態系動態調査）の出番です。NASAのこのプロジェクトは、LiDAR（光検出・測距）と呼ばれる技術を使用します。これは、国際宇宙ステーションから発射されるパルスレーザーで、樹木などの物体の高さを測定します。直径約25メートルのビームが地球の表面に数十億回照射され、その数十億のサンプルから得られたオープンソースデータは、地球の森林の地図に変換されます。これにより、科学者は森林の炭素量をこれまでよりもはるかに高い精度で計算できるようになります。「『確かにそこに木があることはわかっています』と単に言うのではなく、実際にそれらの木の物理的構造を測定し、それを炭素量の推定値に変換できるのです」とダンカンソンは言います。

世界中で既に多くの植林活動が進められています。例えば、ボン・チャレンジは2030年までに3億5000万ヘクタールの劣化・森林伐採された土地を再生することを目指しており、ブラジル、ブルキナファソ、インド、カメルーンなどの国々で既に1億5000万ヘクタールの森林再生を達成しています。ある研究では、森林、農地、都市部で占められていない既存の生存可能な土地に、さらに9億ヘクタールの森林を育成できると推定されており、これにより205ギガトンの炭素を貯蔵できるとされています。これは、現在地球の大気中に存在する二酸化炭素の約4分の1に相当します。

しかし、植林は見た目ほど単純な解決策ではありません。「植林は素晴らしいコンセプトです。植林すれば地球を気候変動から救えるし、実行可能だし、経済的な解決策にも非常に簡単に組み込める。それに、私たちは皆、木が大好きです」とダンカンソン氏は言います。「しかし、現実には、植林だけでは問題全体を解決することはできません。」

まず第一に、その炭素吸収量の規模は不確実だ。ダンカンソン氏によると、いくつかの論文は平均値ではなく理論上の最大量に基づいて計算している。木はどこにでも植えられるわけではなく、植林の可能性があると指定された場所のすべてが適しているわけではない。地域の気候や土壌条件が不利な場合があり、その結果、特定の場所での植林は環境に役立つどころか、失敗したり、地元の生態系に悪影響を与えたりする可能性がある。実際的には、これほど大規模な植林活動のための種子や苗木はどこから来るのか、十分な遺伝的多様性があるかどうか、そして既存の森林の存続を損なうことなくそれらの種子をどれだけ収穫できるかという問題がある。最後に、木は成長するのに長い時間がかかり、最も多くの炭素を貯蔵する大木は成熟するまでに数十年かかることがあるが、おそらく私たちにはその数十年はないだろう。

こうした懸念や限界があるにもかかわらず、樹木が人類に提供する生態系サービス（澄んだ空気、水、土壌の安定性、酸素、住まい、食料、建築資材）の驚くべき数を考えると、森林再生は環境問題を悪化させるのではなく、むしろ改善することしかできないのです。

伝統的に、森林再生と農業は両立しませんでした。どちらも、生育に適した十分な栄養、降雨量、そして気温を備えた土地を必要とします。そしてもちろん、農業は独自の環境課題を抱えており、林業やその他の土地利用と併せて、人為的な温室効果ガス排出量（特にメタンと亜酸化窒素）の約23%を占めています。しかし、この2つの活動は互いに排他的なものではありません。農業は森林再生と連携することで、気候変動の緩和（炭素隔離）において重要な役割を果たすと同時に、より栄養豊富な土壌、肥料使用量の削減、水使用量の削減、生産性の向上、そして食糧と経済の安全保障の向上といった付加的な利益をもたらすことができます。

気候変動の緩和、食料安全保障、そして経済安全保障を実現する農法の一つが、アグロフォレストリーです。「アグロフォレストリーとは、基本的に樹木と他の作物を統合システムの中で混合することです」と、ドイツのゲッティンゲン大学森林科学・森林生態学部の研究者であるデルフィーヌ・クララ・ゼンプ氏は述べています。例えば、製材用の樹木をコーヒーノキや茶ノ木と混ぜ合わせたり、果樹をウコンと混ぜ合わせたり、バナナ農園をサツマイモと混​​ぜ合わせたり、アブラヤシをココヤシと混ぜ合わせたりすることができます。

樹木と作物を並べて栽培することで、地域の微気候を安定させ、日陰を作り、極端な干ばつから作物を守るなど、作物に恩恵をもたらすことができます。また、樹木は自然植生の周囲に緩衝地帯を作り出すことで生物多様性を高めることもできます。樹木の中には、例えば窒素を固定することで土壌の栄養レベルを高め、その結果、近隣の作物の収穫量を増加させるものもいます。アグロフォレストリーは、不作や価格暴落の恐れがある単一の換金作物に頼るのではなく、異なる時期に収穫する様々な作物を栽培することで、農家の経済的回復力を高める効果もあります。しかし、アグロフォレストリーの地域的な恩恵は十分に証明されている一方で、アグロフォレストリーの気候変動緩和効果に関する研究はあまり行われていません。ゼンプ氏はこの変化を望んでいます。「だからこそ、私たちはようやくこれを定量化し、その可能性を理解しようとし始めたのです。」

低炭素農法は、「カーボンファーミング」と呼ばれる手法によっても注目を集めています。カーボンファーミングとは、農家が排出量を削減したり炭素を固定したりする方法を採用することでカーボンクレジットを獲得し、それを他者に販売するものです。オーストラリアのカーボンファーマーズ代表であり、農家でもあるルイザ・キーリー氏によると、カーボンファーミングに関するアドバイスを求めて彼女に連絡してくる農家の少なくとも半数は、再生型農法による土壌の健全性改善を既に検討しているものの、同時に収益を得る方法があるかどうかも探っているとのことです。

オーストラリアで最も人気のあるカーボン・ファーミング手法の一つは、「恒久的な同齢の原生林の人為的な再生」です。これは基本的に、原生樹の再生を促すことを意味します。これは、原生林への家畜の立ち入りを禁止するか、家畜の放牧時期と範囲を管理して原生樹の再生を促すことで実現できます。また、外来植物の管理も行い、原生樹の再生を阻害する化学的・物理的な手段を一切使用しないことも重要です。

土壌炭素を増やすもう一つの方法は、土壌の処理方法を変えることです。耕起や耕耘は、土壌の表層15～25センチを切り刻んでひっくり返しますが、土壌が分解して蓄積した炭素の多くを大気中に放出するだけでなく、多くの重要な土壌微生物を死滅させます。これらの方法が土壌の肥沃度と温室効果ガス排出の両方に与える影響についての認識が高まるにつれて、多くの農家が、種子や苗を土壌にあまりかき乱さずに直接植える低耕起または不耕起農法に移行しています。さらに、これらの方法では、土壌表面に意図的に多くの作物廃棄物を残すため、それらの栄養素が土壌に戻るだけでなく、大気中への炭素の放出と風雨による浸食の両方が軽減されます。不耕起農業では、従来の耕起に比べて燃料の使用量が約3分の1であり、土壌の保水力も向上します。

これは万能の解決策ではありません。炭素固定量は土壌の種類や気候に左右され、ある分析では、例えば冷涼で乾燥した気候では不耕起栽培の方が炭素固定量が少ない可能性があることが示唆されています。しかしながら、カナダのプレーリー地域では、不耕起栽培が行われている農地面積は1991年の5%から2006年にはほぼ50%に増加しており、現在では米国の全耕作地の21%で不耕起栽培が行われています。

干潮時のマングローブ林は、まさに魔法のような場所です。陸と海を隔てるこの変化に富んだ緩衝地帯は、湿潤と乾燥の両極限に適応して進化してきた、奇妙な生き物や植物が生息する場所です。水面はきめ細かな黒泥の豊かな泥水に覆われ、泡立ち、生命が渦巻き、カタツムリがそのキャンバスに旅の軌跡を描き、露出した岩の隅々まで貝が群がっています。

ここはブルーカーボンの宝庫です。マングローブ林は、海草藻場や潮汐湿地とともに、数百年、あるいは数千年もかけて蓄えられた炭素の上に生育しています。この湿潤で塩分を多く含み、酸素の少ない環境では、葉などの有機物はゆっくりと分解され、炭素を豊富に含む堆積物へと変化します。これらの堆積物はほとんどの時間、水に浸かっているか水中にあるため、炭素は陸上生態系よりもはるかに長く隔離されます。陸上生態系では大気にさらされているため、炭素の大部分が二酸化炭素として大気中に放出されます。

ブルーカーボンは「ブティックカーボン」と呼ばれることもあります。マングローブ、塩性湿地、海草藻場は、人類が多大な恩恵を受けてきた多くの重要な生態系サービスを提供しています。海岸侵食を抑制し、高潮や津波などの異常気象から守り、水質を改善し、観光業を支え、そして人間が食する多くの魚介類の生息地や育成地となっています。これらを保護することは、単なる炭素隔離にとどまらない、多くの恩恵をもたらします。

ブルーカーボン環境では、炭素は植物の構造ではなく堆積物にほぼ完全に貯蔵されているため、これらの沿岸生態系の炭素貯蔵容量はほぼ無限です。地中海の海草藻場から採取された堆積物コアからは、一部の堆積物が3,000年以上前のものであることが判明しました。また、他の研究では、海草藻場の堆積物の年代が6,000年以上前と測定されています。対照的に、陸生林における炭素の循環は数十年、時には数世紀にも及ぶことがあります。

沿岸生態系が相当量の炭素を吸収しているという考えは、1981年に初めて提唱されました。ある論文では、これらの炭素吸収源が世界の炭素収支において、重要な、かつ考慮されていない要素となっている可能性が示唆されていました。今日、ブルーカーボンは地球上で最も強力な炭素吸収源の一つとして認識されています。海洋面積のわずか2%未満を占めるにもかかわらず、海洋堆積物に吸収される炭素の約半分を占めています。

問題は、沿岸生態系が壊滅的な打撃を受けていることです。マングローブは年間約2%の割合で消失しており、その減少は世界の森林破壊による排出量の約10%を占めています。世界の干潟の面積は半減し、海草の約30%が失われています。ブルーカーボンは脅威にさらされています。

西オーストラリア州エディスコーワン大学の博士課程学生、クリスチャン・サリナス氏は、1950年代以降にオーストラリア沿岸の海草藻場が消失したことによる影響をモデル化している。サリナス氏の計算によると、約16万1150ヘクタールの海草が破壊されたことで、毎年500万台の自動車に相当する二酸化炭素が排出されており、これはオーストラリアにおける土地利用変化に伴う年間二酸化炭素排出量の約2%増加に相当している。「そこに埋もれていた炭素がすべて失われているだけでなく、これらの海草が新たな炭素を固定する能力も失われているのです」とサリナス氏は言う。

したがって、課題は、残されたものを保護し、新たなブルーカーボン・エコシステムを創出することです。幸いなことに、このブティックカーボンへの関心は近年大幅に高まっており、2015年以降、国連気候変動会議において相次いで活発な議論が行われています。ブルーカーボンで実際に利益を得られるようになったことで、その魅力は飛躍的に高まっているとサリナス氏は言います。「これは、これらのエコシステムを保護・回復するための方法なのです。」

マダガスカル、コスタリカ、オーストラリア、インドネシアなどの国々では、ブルーカーボンを炭素インベントリに組み込む取り組みが進められています。ブルーカーボンはテクノロジー大手のアップルも注目しており、同社はコンサベーション・インターナショナルと共同で、コロンビアのマングローブ林の再生に取り組んでいます。このマングローブ林は、その存続期間中に約100万トンの炭素吸収量に達すると見込まれています。とはいえ、これらの貴重な沿岸生態系を可能な限り守り、回復させるには、時間との闘いと言えるでしょう。

「人工の森」という言葉から連想されるのは、金属的または半透明の木々の上に機械的に揺れるシリコンの葉がのり、無菌服を着た作業員の大群が世話をし、葉の間を吹き抜ける風のささやきやざわめきが機械的なハム音に置き換わった、SF風の光景かもしれない。

未来的な美学ではありますが、アーティストや夢想家にとっては残念ながら、現実の森とは全く異なります。人工の森は、おそらく細長い長方形の建造物が何列にも並び、その表面には巨大なファンが何列も並んでいます。ファンは空気をできるだけ早く吸い込み、大気中の100万分子中に含まれる約400個の二酸化炭素分子を見つけ出します。

樹木が二酸化炭素に含まれる炭素を利用して構造を構築するのと同じように、人間も二酸化炭素を利用できます。二酸化炭素が気候の最大の敵となって以来、科学者たちは余剰分を最大限に活用する方法を模索してきました。大気から炭素を回収するというアイデアが議論され始めた当初は、石炭の燃焼によって発生する排出物を処理するために、いわゆる「クリーンコール」を生み出すプロセスをどのように利用するかに焦点が当てられていました。「ひどい言葉です」と、ウースター工科大学の化学工学教授、ジェニファー・ウィルコックス氏は言います。しかし今、石炭産業が衰退に向かっている中で、炭素回収は新たな意味合いを帯びています。「つまり、炭素回収は2.0バージョンであり、石炭の脱炭素化ではなく、より徹底した脱炭素化、つまり炭素回収・貯留を目指すという見方です」とウィルコックス氏は言います。これは、鉄鋼やセメント製造などの既存のプロセスから炭素を回収するだけでなく、大気から積極的に除去し、貯留または利用することを意味します。

最初の課題は、当初よりも環境問題を悪化させずに二酸化炭素を回収する方法です。二酸化炭素の直接空気回収はさまざまな方法で行うことができますが、基本的な原理は、二酸化炭素を固体または液体の物質（たとえば水酸化カリウム）と接触させて化学的に結合させることです。次に、その物質を通常は高熱で処理して、回収した二酸化炭素を抽出し、精製します。この最後のステップには大量のエネルギーが必要であり、理想的には、このプロセスによる追加の排出がほとんどまたはまったくないように、再生可能エネルギー源から供給されます。カナダのCarbon Engineering、スイスのClimeworks、米国のGlobal Thermostatなど、直接空気による二酸化炭素回収技術を開発している企業は既にいくつかあります。

二酸化炭素を回収・精製したら、どう活用できるだろうか。それは地中に埋めることが可能で、最適な場所はマグネシウムを豊富に含む岩石など、二酸化炭素の吸収に非常に優れた岩石だ。例えばアイスランドでは、CarbFix 社が炭酸水を玄武岩の地下層に注入する方法を開発した。この方法では二酸化炭素が玄武岩と反応し、文字通り石に変わる。残念ながら、炭素の地中化は必ずしも利益を生むわけではない。ある試算では、商業規模での直接空気回収のコストは 1 トンあたり約 600 ドルだが、数年後には 1 トンあたり約 200～300 ドルに下がる可能性がある。もう 1 つの問題は、直接空気回収プラントがこれらの鉱物資源と同じ場所に設置されていない場合、液体炭素をそこまで輸送しなければならないことだ。「地球には貯蔵庫がたっぷりある」とウィルコックス氏は言う。 「ただ、どこにでもあるわけではないんです。だから問題は、輸送コストにいくら払えるかということです。」炭素を地中に埋め立てることは、少なくとも地質学的時間軸上では、循環から永久に除去するという最終目標は達成しますが、炭素クレジットの価格が十分に高く設定されない限り、必ずしも利益を生む事業とは言えません。

しかし、二酸化炭素と炭素は有用な素材であり、それらから利益を得る方法を模索する企業が増えています。炭素は炭酸飲料の製造、例えば合成ガスなどの合成液体燃料の製造、エチレンなどのプラスチック製造などに利用できます。また、カーボンネガティブコンクリートの製造にも活用できます。例えば、工業プロセスから回収された二酸化炭素を硬化中の生セメントに注入することで、強度を向上させると同時に二酸化炭素を隔離することができます。マグネシウム採掘の副産物から作られるオキシ塩化マグネシウムと石炭燃焼のフライアッシュを混合して製造されるセメントは、従来のセメントよりも強度が高く、硬化が速いだけでなく、オキシ塩化マグネシウムが二酸化炭素を積極的に吸収します。セメントで結合されている骨材（砂、砂利、岩）さえも、工業プロセスから回収された二酸化炭素を隔離した岩石で置き換えることができます。

炭素回収には、必ずしも技術や有機的なプロセスを必要とするわけではありません。強化風化とは、大気中の二酸化炭素と地表鉱物との間の自然な化学反応を、ローテクな手法で加速させることです。この反応は、人類、いや生命が地球上に出現するはるか以前から、地球の大気から二酸化炭素を隔離してきました。このプロセスは、地表鉱物、特にカルシウムやマグネシウムを豊富に含む鉱物を、例えば掘り出したり細かく粉砕したりするなどして、より多くの大気にさらすことで加速できます。このプロセスが常に行われている産業の一つが鉱業です。

2000年代初頭、ケベック州にある古いアスベスト鉱山の廃棄物山が、大量の二酸化炭素を隔離していることが判明しました。廃棄物山に含まれるマグネシウムを豊富に含む鉱物が大気中の二酸化炭素と化学反応を起こし、炭酸マグネシウムを生成するためです。ある研究では、この鉱山山1つが年間約600トンの二酸化炭素を隔離していると推定されており、これは乗用車118台が1年間に排出する量にほぼ相当します。

マグネシウムを豊富に含む鉱物廃棄物は、アスベスト鉱山だけでなく、ダイヤモンド、プラチナ、ニッケル鉱山からも副産物として産出されます。そのため、これらの廃棄物山は、未開発の巨大な炭素隔離の可能性を秘めている可能性があります。「これらの反応を十分に起こさせることができれば、鉱山から排出されるCO2の量を隔離できるだけでなく、場合によっては鉱山が排出する量よりも多くの量を隔離できる可能性があります」と、カナダ、オンタリオ州にあるクイーンズ大学の環境地球化学者で助教授のアンナ・ハリソン氏は述べています。例えば、西オーストラリア州のマウント・キース・ニッケル鉱山に関するある評価では、鉱滓によって隔離されるCO2の量が、同鉱山の年間温室効果ガス排出量の約11%を占めることが判明しました。

これは、通常は地質学的時間スケールで起こる自然現象を利用している。しかし、鉱山の廃石山では岩石が砕かれて瓦礫になっているため、マグネシウムを豊富に含む岩石の表面積がはるかに広く空気にさらされ、反応が非常に速く起こる。二酸化炭素は炭酸塩鉱物に閉じ込められると、非常に長い間そこに留まる。また、反応がさらに加速される可能性もある。なぜなら、主な律速要因は岩石に到達する二酸化炭素の供給だからだ。「それらは部分的に水を含む細粒物質の大きな塊として堆積しており、大気中のCO2はおそらくその廃石山の上部10～15センチとしか反応しないようです」とハリソンは言う。

炭酸鉱物は、土壌への炭素還元や農業土壌の酸性度調整にも役立ち、農業分野でも活用されています。ある研究では、この方法を用いた強化風化作用によって、農業土壌の炭素隔離方法とほぼ同量の炭素を隔離できると推定されています。

炭素鉱化は、鉱山のカーボンニュートラル、さらにはカーボンネガティブ化を実現する可能性を秘めています。ダイヤモンド会社デビアスは、ダイヤモンドの産地であるキンバーライトがマグネシウムを多く含み、炭化に適していることから、すでにいくつかの鉱山現場でこの手法を試験的に導入しています。実際、炭化に適しているため、一般的なダイヤモンド鉱山では、自鉱山の排出量の10倍を相殺できるほどのキンバーライトを生産できるほどです。

「炭素除去は、過去に戻るための機会なのです」とジェニファー・ウィルコックス氏は言います。これは、産業革命以前の二酸化炭素レベル、あるいは1970年以前のレベルに戻ることを意味するものではありません。なぜなら、私たちはもはやそこまでには至っていないからです。他の炭素排出量削減策を講じずに、ネガティブエミッション技術だけで私たちを救える段階は過ぎ去っています。しかし、これらの技術と実践は、412ppmの壁から抜け出すための時間を稼ぐことができるのです。

「大気中の二酸化炭素濃度を適切なレベルまで下げたいのであれば、それを除去しなければなりません」とウィルコックス氏は言う。しかし、私たちは現在そして将来にわたって、炭素を排出し続けている。炭素を除去する必要があるだけでなく、そもそもこれ以上の炭素を大気中に放出しないようにする必要がある。「私たちはあらゆる努力をしなければならないのです」

ビアンカ・ノグラディ著『気候変動：カーボンゼロを実現するには』より抜粋。詳細はこちらから、ご注文はこちらまで。

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。