人類が大量の「石炭」と「石油」を地中に埋め戻す理由

2024年1月10日午前8時

スタートアップ企業は、植物廃棄物を濃縮炭素に加工し、地中に埋めたり注入したりしています。化石燃料と似ていますが、逆の働きをします。

間接的に言えば、石炭は太陽光発電で発電されています。何百万年も前、沼地の植物は太陽エネルギーを吸収し、その過程で二酸化炭素を消費していました。そして枯死し、蓄積し、地質学的時間を経てエネルギー密度の高い岩石へと変化しました。もちろん、この太陽光発電燃料は太陽光パネルとは異なり、再生可能とは程遠いものです。石炭を燃やすことで、その炭素が大気中に放出され、急速な気候変動を引き起こしているのです。

しかし、もし人類がそのプロセスを逆転させ、植物廃棄物から独自の石炭を作り出し、それを地中に埋めることができたらどうなるでしょうか？これが、ますます増えている炭素プロジェクトの根底にある考え方です。特殊な加熱室を用いることで、エンジニアは農業廃棄物やその他のバイオマスを固体の高濃度炭素に変換することができます。太古の植物が二酸化炭素を捕獲して石炭に変えたように_、これは大気から自然に隔離され、（理想的には）数千年もの間閉じ込められた炭素なのです。

はっきりさせておきたいのは、こうした「炭素除去」技術は、排出量の削減や、そもそも大気中に放出される余分な炭素を排出しないことの代替には決してならないということです。しかし、先月のCOP28では、炭素除去はかつてないほどホットな話題となりました。気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は長年にわたり、産業革命以前の気温上昇を1.5℃未満に抑えるためには、何らかの形での炭素除去、できれば複数の技術を連携させて行う必要があると主張してきました。

今後数年間で規模が拡大すれば、バイオマスによる炭素除去・貯留はそうした技術の一つとなる可能性があります。まず、トウモロコシの茎などの廃棄バイオマスを集め、特殊な反応炉で高温・低酸素環境で加熱します。このプロセスは熱分解と呼ばれます。これは、物質を火で燃やすのではなく、熱を噴射して水分を除去し、濃縮炭素に変換するものです。（これは、発電のために燃焼させることを目的とした作物を栽培し、発電所からの排出物を回収するCO2回収・貯留（CCS）を伴うバイオエネルギーとは異なることに注意してください。）

「基本的には、酸素のないピザ窯で加熱するようなものです」と、このプロセスで炭素を地中化しているCarbaのCEO兼共同創業者であるアンドリュー・ジョーンズ氏は語る。「最適な場所は実は廃坑で、いわば元の場所に戻すようなものです。いわば逆石炭採掘です。」

問題は、微生物が枯れた植物質を好んで食べ、副産物として二酸化炭素と、さらに強力な温室効果ガスであるメタンを放出することです。これは特に北極圏で深刻な問題です。北極圏では永久凍土が融解し、微生物の餌となる古代の植物質が放出されています。しかし、これは人間の生活圏にもずっと近い問題でもあります。農業廃棄物、庭の造園廃棄物、森林の間伐（可燃物を減らし山火事のリスクを軽減するため）で得られるバイオマスなど、こうした物質はしばしば腐敗して炭素を放出するか、燃やされて炭素とエアロゾルの両方を放出し、大気質と人体の健康に悪影響を及ぼします。

リアクターは微生物が好む炭水化物を除去して炭を作るため、地中に埋まった炭素は微生物の餌にならず、そのまま残ります。「炭水化物だけを埋める場合、適切な条件が整っていないというリスクが常に存在します」と、Carbaのシニアアドバイザー兼共同創設者であり、ミネソタ大学ツインシティ校の化学エンジニアであるポール・ダウエンハウアー氏は言います。「ですから、埋めた物質の10%、20%、あるいは30%が分解してしまうと、信頼性が大きく損なわれます。」

処理されたバイオマスを処分するのに廃炭鉱さえ必要ありません。Carba社はそれを埋め立て地にも埋め立てています。つまり、この技術はほぼどこでも使えるということです。「どの自治体にも、古紙、木の剪定くず、草など、そういった廃棄物はあります」とダウエンハウアー氏は言います。「さらに、廃棄段ボールが大量に集まる包装センターも想像してみてください。それもすべて炭水化物とセルロースです。」

農地に施用されたこの種の炭素はバイオ炭として知られ、土壌改良にも効果があります。カリフォルニア大学デービス校でバイオ炭の製造・利用者向けのオープンアクセスツール「バイオ炭データベース」を作成したサンジャイ・パリク氏は、バイオ炭は場合によっては作物の収穫量を増加させる可能性があると述べています。「地表にあっても、炭素を隔離し続けています」とパリク氏は付け加えます。「バイオ炭は一部は分解しますが、数百年から数千年は安定して保持されます。」

この素材は、例えば砂質土壌の保水にも役立ちます。砂質土壌は、そうでなければすぐに水はけしてしまいます。「バイオ炭は非常に吸収性の高い素材です」と、国際バイオ炭イニシアチブの事務局長、ウェンディ・ルー・マクスウェル＝バートン氏は述べています。「だからこそバイオ炭は土壌改良剤として非常に優れているのです。干ばつだけでなく洪水にも強い土壌にしてくれるのです。」

バイオ炭は定量化も可能だとマクスウェル＝バートン氏は言う。「一定量のバイオマスがあれば、一定量の炭素を生成し、土壌や地中に貯蔵することができます。実際、企業が温室効果ガス排出量を相殺するために支払う炭素除去市場の90%をバイオ炭が占めています。」

一方、複雑な森林生態系の回復によってどれだけの炭素が隔離されているかを正確に定量化することは困難です。人間がこれらの生息地を保護すべきではないというわけではありません。こうした「自然に基づく解決策」は、炭素を隔離し、種の繁栄を促し、洪水を軽減し、観光産業を活性化させます。しかし、残念ながら、保護された森林が山火事によって破壊され、炭素が大気中に放出されるリスクがあります。炭素を炭として埋め立てる方が、理論的には長期的にはより効果的に保護されると考えられます。

研究者たちは、固体炭素を埋めたり、畑に撒いたりするだけでなく、廃棄バイオマスを液体炭素（つまり石油）に変換し、化石燃料を汲み上げる代わりに地中に埋め戻す研究も行っています。「私たちが最も高度な方法で行っているのは、バーベキューソース、あるいはバーベキューソース用の液体燻製を作り、それを古い油井に注入することです」と、炭素除去会社CharmのCEO兼共同創業者であるピーター・ラインハルト氏は言います。

彼らは熱分解法でも同様の技術を用いており、農業用の固形炭だけでなく、液体の油も生産している。これは廃坑となった油井に輸送され、地下に汲み上げられて固まる。「全米には、廃坑となった、寿命を迎えた油井とガス井が200万から300万ある」とラインハルト氏は言う。「実際、これは大きな問題だ。多くの油井がメタンを排出していたり、密閉が不十分で油が地表に漏れ出ているのだ。」チャーム社はこれらの油井でバイオマス油を地下に汲み上げることで、二酸化炭素を隔離するとともに、温室効果ガスを漏出させてきた油井を封じ込めている。

最終製品が何であれ、バイオマス除去は自然界の光合成を巧みに利用して炭素を隔離し、地中に埋めるものです。「このビジネスモデルの優れた点は、多くの点で、ほとんどの作業を自然に任せている点です」と、コロンビア大学ビジネススクールの気候経済学者、ゲルノット・ワグナー氏は述べています。「これは何百万年もかけて完成されてきた自然のプロセスです。だからこそ、それを活用しない手はないのです。」

しかし現実はもっと複雑だとワグナー氏は言う。化石燃料会社が地中から石炭や石油を採掘する際、彼らは比較的安価で採掘しやすい巨大な鉱床に手を伸ばしている。そのため、これらの燃料の価格は低く抑えられている。しかし、地上に埋蔵されているバイオマス廃棄物の量には限りがあり、それは地球全体に分散している。（ただし、これはこの種の炭素除去の潜在的な強みであり、各自治体が独自のバイオマス廃棄物を処理・保管できるという点にある。）「バイオ炭、あるいはこの種の炭素除去技術の需要が高まるほど、同じ食品廃棄物やトウモロコシの殻などの廃棄物を求めるスタートアップ企業が増えます」とワグナー氏は言う。「突然、価格は下がるどころか上昇するのです。」

ワグナー氏によると、もう一つの潜在的な問題は「モラルハザード」だ。人類が大気から炭素を除去できれば、排出量削減のインセンティブは低下する。化石燃料ではまだ莫大な利益を上げることができ、実際、オキシデンタル・ペトロリアムなどの石油会社は、機械で大気中の二酸化炭素を除去する直接空気回収などの炭素除去技術に多額の投資を行っている_。こうすることで、彼らは掘削を続けることができるのだ。「このモラルハザードの側面は常に存在します」とワグナー氏は言う。「こうした炭素除去に関する議論の背後にある非常に重要な論点は、『まあ、率直に言って、私たちはそもそも排出量をもっと削減できるはずだ、いや、削減すべきだ、事後に再び排出してしまうのではなく』ということです。」

Charmのラインハルト氏は、炭素除去業界は、実際に排出量を削減し、さらに削減に努めている企業のニーズに対応していると述べています。「除去サービスを発注しているのは、既に排出量削減に大きく貢献し、残りの排出量をゼロにしようとしている企業です」とラインハルト氏は言います。「炭素除去業界のスタートアップ企業は皆、同じ調子でこう言っています。『削減のためにできることはすべてやりましたか？もしそうなら、素晴らしい。では、ネットゼロを実現する方法について話し合いましょう』と。」

結局のところ、科学的に見て、人類は排出量の削減に加えて、大気からより多くの炭素を吸収する方法を見つけ出さなければならないことは明らかです。森林による炭素吸収や、大気中のCO2と反応する岩石の風化促進、あるいは地中バイオマスに頼るだけでなく_、理想的には自然とテクノロジーの両方から得られる最良の技術を組み合わせる必要があります。「様々な戦略があり、それらは高度に工学的に構築されたものでも、非常にシンプルなものでも構いません」とパリク氏は言います。「必要なのは、それぞれの場所と目標に応じて、変化をもたらすために何かを使っていけるように、あらゆるツールを開発することです。」