包括的ガイド産業用CO2回収技術とメリット

CO2回収とは何か？

CO2回収とは、二酸化炭素が環境に放出される前に、産業排出物から二酸化炭素を回収することである。温室効果は大きな問題だが、回収技術は二酸化炭素を回収し、有用な製品に変えるように設計されている。これは単なる環境保護主義者の行為ではなく、気候変動に見舞われている世界におけるビジネス戦略なのである。

この課題は、地球を脅かす地球温暖化の問題が深刻化しているため、特に重要である。自然災害の頻度や強度の増加、海面上昇、種の絶滅につながる。経済の原動力である企業もまた、CO2排出の主な原因となっている。したがって、産業用CO2の回収は、国際協定を遵守し、カーボンフリーの産業部門に向けた道として、正しいことであるだけでなく、将来のために賢いことなのである。

主要な産業用CO2回収技術を解説

産業用CO2回収の分野には、炭素を回収するためのそれぞれ異なるアプローチを持つ一連の技術がある。二酸化炭素排出量の削減を目指す産業界にとって、そのニュアンスを理解することは重要である。

化学物質の吸収

化学吸収法は、CO2を捕捉する最も古い方法のひとつで、二酸化炭素分子を引き込む化学的な抱擁のような働きをする。この従来の方法では、工業用ガスの流れに含まれるCO2と反応し、化学結合を形成するように特別に選択されたアミンを含む溶液である選択溶媒を使用する。このプロセスの単純さは、溶剤が二酸化炭素にさらされ、加熱されることで、二酸化炭素が濃縮された形で放出され、他の目的に使用したり、廃棄したりすることができるという点である。溶媒はその後、CO2の存在なしに吸収サイクルにリサイクルされる準備が整い、最小限の損失で連続運転が可能なクローズドシステムであることが意図されている。化学吸収法は広く使用されており、さまざまな組成のガスに柔軟に対応できることが証明されているため、CO2を大量に排出する産業で最も広く使用されている方法である。

しかし、化学吸収法には、プロセスの効率に影響を与える運用上の要因がある。溶媒を再生するために必要なエネルギー消費（回収されたCO2を放出し、溶媒の吸収能力を回復させるためのエネルギー消費）は、プロセスにおけるもう一つの運用コストであり、これはプロセスの主要な要因となり得る。さらに、化学溶媒は永久的なものではなく、サイクルのたびに使い果たし、交換や廃棄が必要になる。しかし、化学吸収法は現在でも一般的な技術であり、特に大規模な発電や、高濃度のCO2が存在し、効率的な捕捉技術が必要とされる基幹産業プロセスでは、より優れた、環境に優しい技術の探求が続けられている。

膜分離

膜分離技術は、二酸化炭素をろ過するために特定の膜を使用する、比較的効率的で柔軟なCO2回収アプローチである。これらの膜は通常、高度なポリマーや堅牢なセラミックスで作られており、工業用混合物中の他の気体成分よりもCO2に対する透過性が高くなるように設計されている。膜分離の魅力は、他の方法と比べてエネルギー集約的でなく、拡張性が高く、既存の産業システムに大きな干渉を受けることなく容易に統合できる点にある。このため膜技術は、エネルギー消費を削減し、炭素回収技術の適用をより現実的なものにしたい産業にとって、より実行可能なソリューションとなる。

しかし、特に低濃度や高容積流量のガス流に直面した場合、化学吸収や吸着ベースの技術に匹敵するCO2捕捉効率を達成することは依然として困難です。また、供給ガス流中に不純物が存在すると、膜のファウリングが発生し、CO2透過率や膜の全体的な効率や耐久性に影響を及ぼします。これらの継続的な課題にもかかわらず、膜分離は、天然ガス処理、水素精製、およびその固有のエネルギー効率と操作の簡便さが説得力のある利点を提供する対象産業分野などの特定のアプリケーションにおいて、着実にそのニッチを確立しつつあります。

温度スイング吸着(TSA)

TSAは、温度変化を利用して様々な工業用ガスの流れからCO2を選択的に吸着・脱着させる高度なCO2回収技術である。TSAシステムは、吸着材を使用し、低温でCO2を捕捉し、高温でCO2を放出する特性から、分子ふるい吸着材が好まれる。TSA技術は、排出削減を目指す発電所やその他の産業施設からの排ガスの除去、燃料価値を高めるためのメタン比率を高めるバイオガスの改良、大気中に存在する低濃度のCO2を捕捉する比較的新しい分野である直接空気捕捉（DAC）など、さまざまな産業プロセスに応用されている。他のガス成分に対するCO2の高い選択性、多くの吸着材（特にモレキュラーシーブ）の長期安定性といったTSA固有の特徴が、TSAをこれらの多様で困難な用途に広く使用し、関連させている要因の一部である。

しかし、TSA技術の運用環境に問題がないわけではない。主な問題は、吸着剤の再生のための高い熱エネルギー消費であり、特に捕捉されたCO2を放出し、次のサイクルのために吸着剤を復元するために必要な加熱ステップである。この熱エネルギー消費は、特にエネルギーコストが重要視される産業において、TSAシステムのエネルギー利用と費用対効果に大きな影響を与える可能性がある。しかし、このエネルギー消費にはまだ課題があり、分子ふるい吸着剤技術の絶え間ない開発によって解決されつつある。先進的な分子ふるいのCO2吸着能力の向上と、重要なこととして、低温での脱着速度論は、TSAのエネルギー収支と経済的実現可能性を徐々に高めている。

圧力スイング吸着(PSA)

圧力スイング吸着(PSA)は、CO2の連続的な吸着と脱着を促進するために圧力変動を巧みに利用した、高効率で省エネルギーな物理吸着の発展形です。PSAシステムは、高圧吸着と低圧脱着の連続的な方法で作動し、通常、捕捉されたCO2の安定した流れを確保するために、複数の吸着剤ベッドを使用します。この技術は、特に化学吸収のようなエネルギー集約的な技術と比較した場合、固有のエネルギー節約と、非常に高純度のCO2ストリームを供給する能力で最も評価されており、濃縮されたCO2供給を必要とするプロセスに理想的です。PSAシステムの性能エンベロープは、高度な吸着材を組み込むことによってさらに拡張され、モレキュラーシーブは、捕捉プロセスの選択性と効率を高める上で重要な役割を果たします。

PSA技術にはさまざまな利点があるが、その適用と長期運用を成功させるには、いくつかの要素を考慮する必要がある。高性能の吸着材、特にCO2捕捉用に特別に開発されたモレキュラーシーブの購入費用は、初期段階では高額になる可能性がある。さらに、PSAシステムは流入ガス中の不純物のレベルに敏感であるため、吸着剤が徐々に汚損し、その結果、時間の経過とともに捕捉効率が低下する可能性がある。しかし、その用途は、水素製造、パイプライン品質へのバイオガス改良、そして効率的で高純度のCO2回収の必要性が高まっている発電所や工業ソースからの燃焼後CO2回収といった分野にまで広がっている。

極低温分離

極低温分離は極低温学に基づく技術であり、低温の力を利用して気体の流れからCO2を効果的に分離する。これは氷点下蒸留プロセスのようなもので、工業用ガスの流れを非常に低い温度まで冷却することで、ガスのさまざまな成分を沸点に基づいて分離することができる。窒素やメタンなど他の工業ガスに比べて凝縮温度が高いCO2は、凝縮しやすく、液体状態で他のガス成分と分離することができる。これは、例えば飲料産業で使用される食品グレードのCO2の生産や、特定の化学合成プロセスにおける高純度試薬としてなど、高純度のCO2が必須とされる特定の産業用途にとって望ましい特徴である。

大規模なCO2回収のための極低温分離の適用は、いくつかの課題によって制限されています。その課題とは、主に高いエネルギー需要と大規模で高価な装置の必要性に起因する、高いコストと運用上の問題です。大量のガスを極低温まで冷却するプロセスには大量のエネルギーが必要であり、特にCO2の希薄な発生源を扱う産業で大規模に適用する場合、CO2回収のエネルギー効率が相対的に低くなる。高圧コンプレッサー、極低温膨張機、低温運転に必要な複雑な熱交換器など、極低温運転に必要な設備が資本コストに上乗せされる。モレキュラーシーブも大きな資本コストになるかもしれないが、極低温CO2除去システムの効率を向上させるのに有効である。なぜなら、モレキュラーシーブを使用して、流入するガス流からわずかな量の水蒸気やその他の凝縮性不純物さえも除去することで、オペレーターは極低温装置内での氷や固体ハイドレートの形成を回避することができ、運転上の問題や効率の低下を引き起こす可能性があるからである。しかし、極低温分離装置の前にモレキュラーシーブを使用することで、プロセスがより効率的になり、問題が少なくなり、コストが削減されます。このように、モレキュラーシーブ吸着剤は、必ずしも吸着ベースではない他のCO2回収技術にも適用でき、互換性があることが実証されています。

産業用CO2回収のためのモレキュラーシーブス

• 13倍モレキュラーシーブス これらのふるいの孔径は約10Åで、CO₂とH₂Oの両方を吸着する効果がある。このため、天然ガスの精製や、水分と二酸化炭素を除去する空気分離などの用途に適している。また、CO2排出を捕捉する排ガス脱炭酸プロセスにも利用されている。
• 5A モレキュラーシーブス これらのふるいの孔径は5Åで、CO₂の選択的吸着に最適です。主に圧力スイング吸着（PSA）システムで使用され、サイズと吸着選択性によって混合ガスからCO₂を選択的に除去し、高純度のCO₂を生成する。
• 4A モレキュラーシーブス これらのゼオライトは細孔径が4Åであるため、主に水分の除去に使用されるが、状況によってはCO₂も吸着する。5Aゼオライトや13XゼオライトほどCO2に対する選択性は高くないが、水蒸気の除去も必要な一部のCO2回収用途で使用されている。
• 変性モレキュラーシーブス（NaX、LiX）： NaXやLiXなどの改質ゼオライトは、CO₂吸着能力を高めるためにイオン交換を行う。多くの場合リチウムイオンが関与するこの改質は、CO2捕捉能力を著しく向上させ、効率的なCO2回収のための先進的なPSAおよびTSA技術において非常に効果的である。

近年、CO₂の捕捉・分離のために検討されている他の材料には、カーボンモレキュラーシーブス（CMS）や有機金属骨格（MOF）材料があるが、現在の工業用途はまだ13Xモレキュラーシーブスが主流である。

モレキュラーシーブ吸着剤ジャロンの専門知識

物理吸着によるCO2回収、特にPSAやTSAでは、吸着剤が重要な役割を果たす。ここでは、モレキュラーシーブメーカーとして有名なJalonが傑出している。ジャロン社は20年以上の歴史を持ち、脱水用の3A、4AからCO2回収用の5A、13X、LiXまで幅広いモレキュラーシーブを製造する信頼できるメーカーである。彼らは単なるサプライヤーではなく、戦略的なパートナーであり、カスタマイズされたサービスと多様なポートフォリオを提供し、その多才さを証明している。

ジャロンのLiX、13X、5A、4Aモレキュラーシーブは、最高のCO2回収率を提供するために設計されており、高い吸着容量と選択性を持っています。これらのCO2回収材料の主要メーカーの一つであるジャロンは、研究開発とアプリケーションの経験を活かし、様々な産業用CO2回収プロセスに適したモレキュラーシーブを提供しています。ジャロンを選択することは、お客様のCO2回収システムの効率に焦点を当てた専門知識と幅広い製品を提供する会社と協力することを意味します。

詳細はこちら：

• 電話 +86-186 3889 5089/+86-379-6989 5719
• Eメール info@jalonzeolite.com
• 住所 中国河南省塩峙市産業群区潤民路。

業界を超えたCO2回収アプリケーション

COその用途は、特定の排出プロファイル、操業上のニーズ、経済的な考慮事項によって、産業によって大きく異なる。ここでは、二酸化炭素が回収される産業について簡単に紹介する：

CO2回収のメリット

生産コストの削減

CO2回収システムの利用は、産業プロセスにおけるコスト削減を実現する最良の方法のひとつである。CO2を原料として利用する企業にとって、排出されたCO2を回収しリサイクルすることは、ガスを購入する必要がないため、経済的に実行可能である。さらに、エネルギー回収技術をCO2回収と統合することで、エネルギー所要量、ひいてはコストの面でも、さらなるメリットをもたらすことができる。原料やエネルギー源に対するこのような効果は、CO2回収を持続可能なものにするだけでなく、利益を最大化しようとする産業界にとって、収益性が高く費用対効果の高いビジネスモデルにしている。

環境保護

今日の環境保全におけるCO2回収の役割は、強調しすぎることはない。このようにして、産業界は大気中に放出されるCO2の量を減らし、気候変動と闘う役割を担っている。このアプローチは、温室効果ガスの排出量を削減し、二酸化炭素排出量全体を削減するのに有効である。CO2回収は、もはや企業が余分な活動として行うものではなく、環境への配慮を示し、より持続可能な生産への転換を助ける、産業慣行の一部となった活動である。

資源効率の向上

CO2回収は、廃棄物であったものを価値のある流れに変えるので、循環型経済にも合致している。排出されたCO2が廃棄物として捨てられるのに対し、回収技術はCO2を投入資源として再利用することを可能にする。これにより、悪影響の放出が大幅に削減されるだけでなく、工業製品の効率的な利用が可能になる。CO2をリサイクルすることで、産業界は適切な方法で資源を管理していることを示し、以前は廃棄物とみなされていたものから新たな収益と価値を生み出すことにつながる。

CO2市場への依存度低減

CO2回収技術を応用することで、産業界はより柔軟な運営と戦略を行うことができる。したがって、CO2の外部供給源への依存を減らし、CO2価格の変動を抑制することで、企業はより自律的なビジネスモデルを推進することができる。この変化はまた、事業の長期的な実行可能性を高めると同時に、投入コストを維持し、場合によっては削減することにもつながる。したがって、グローバル市場の変動から身を守ることで、企業はより安定的で戦略的に有利な環境を確立することができる。これは、炭素制約と経済的に予測不可能な世界へと徐々に変わりつつある世界において、特に重要なことである。

CO2回収の将来動向とイノベーション

CO2の回収は、ここ数年増加傾向にある。吸着材や高度な膜に関する新たな開発が存在し、回収効率の向上を予感させている。CO2回収と統合の新しく先進的な方法は、工業プロセスにおける道を開くものである。捕捉に加えて、捕捉されたCO2がPower-to-Xプロセスやバイオテクノロジー的手法を通じて有用な化学物質や燃料に変換される、CO2の利用への関心が高まっている。規制政策や市場政策のような新しい政策がますます強化され、導入の強化を可能にしています。これは、持続可能な産業構造を構築するための次世代となるべく、国際的な産業間ネットワークを拡張したマルチメディアCO2回収プロセスである。

結論

CO2を発生源から回収することは、もはや産業界にとって贅沢なことではなく、必要不可欠なことである。特に、強力な技術的背景、適切な政策、そしてもちろん産業界の積極的な関与が必要であるため、容易ではない。これまで述べてきたように、要求に応じてさまざまな技術があるが、モレキュラーシーブ、特にJalonのような経験豊富なメーカーのものが極めて重要である。これらは、ビジネス上のメリットから環境に配慮したものまで、多岐にわたるからだ。産業界は、CO2回収を採用し、最良の解決策を模索し、Jalonのような専門家と協力するよう求められている。今こそチャンスをつかみ、産業と持続可能性を結びつける環境を構築する時なのだ。