地球温暖化を1.5℃に抑えるというパリ協定から10年が経過しましたが、世界は依然として排出削減目標の達成に苦闘を強いられています。温室効果ガス（GHG）排出量は2025年に1.1％増加すると予測され、過去最高を記録し、気候関連の混乱にさらなる影響を与える見込みです。2050年までにネットゼロ排出を達成することはこれまで以上に緊急を要し、包括的な戦略が必要となります。具体的には、再生可能エネルギー源への移行、エネルギー効率の向上、持続可能な土地利用慣行の促進、二酸化炭素（CO2）の回収などが求められます。
CO2排出量の回収は、化石燃料に依存する産業にとって極めて重要な施策です。セメントや鉄鋼製造などの分野では極めて高いプロセス温度が必要であり、グリーン水素のような排出ゼロの代替技術は存在するものの、これらの技術は依然として規模拡大の段階にあり、産業用電力需要を満たすには至っていません。
炭素回収・利用・貯留（CCUS）は既存インフラからの排出削減に不可欠な手段として注目を集めており、直接大気回収（DAC）は大気中のCO2濃度を低減できます。炭素回収技術は世界的な排出削減の重要な構成要素であり、科学情報の人手による世界最大のレポジトリであるCASコンテンツコレクションTMの最近の分析で明らかになったように、現在では商業化がより現実味を帯びてきています。
炭素回収に関する最新の出版物動向
炭素回収技術はすでに数十年にわたり存在しており、以前のCAS Insightsの記事で探ったように、生物学的、化学的、地質学的手法を含む数多くの炭素回収アプローチが存在します。前回の発表以降における重要な進展は、CO2回収関連の特許件数が劇的に増加していることであり、これは近年における高い商業的関心を示しています（図1参照）。
図1：2009年から2025年までのCO2回収に関する特許およびジャーナル、雑誌の出版物数。2025年のデータは5月まで収集。出典：CASコンテンツコレクション。
CAS索引データを用いて炭素回収関連の出版物をマッピングしました。このデータは出版物を内容分野に基づいてセクションに分類します。このマッピングにより、最も研究関心が高く特許活動が活発なトピックが明らかになりました（図2参照）。全体として、エンジニアリングおよび化学変換アプローチがこの分野の商業化を主導しています。
図2：CASセクションに基づくCO2回収関連出版物の分布図と各分野の出版物数。マップ上の各ノードは、当該分野における特許の割合に基づいて色分け。出典：CASコンテンツコレクション。
「大気汚染および産業衛生」のセクションは13,000件を超える論文数を誇り、最も多くの出版物を占めています。しかし、その膨大な量にもかかわらず、特許化率が17％と中程度であることから、多くの研究が依然として基礎研究段階にあることが示唆されています。
一方、「単位操作およびプロセス」と「触媒作用、反応速度論、および無機反応機構」のセクションは、「大気汚染および産業衛生」に比べて出版量は少ないものの、特許活動の割合が高くなっています。「単位操作およびプロセス」は特許の62%を占め、吸収塔、膜分離、圧力スイング吸着システムなどのトピックに対する強い商業的関心を示しています。一方、「触媒作用、反応速度論、および無機反応機構」（特許の37%）は、企業が大きな関心を寄せるCO2を化学品や燃料に変換する新規触媒をカバーしている可能性が高いです。
私たちが行った分析によると、「電気化学テクノロジー、放射テクノロジー、および熱エネルギーテクノロジー」は特許の24％を占めており、CO2の電気化学的還元や固体酸化物電解セルなどの技術が含まれています。
興味深いことに、「肥料、土壌、植物栄養学」（5%）、「植物生化学」（3%）、「微生物・藻類・真菌生化学」（11%）という植物およびバイオベース炭素固定に関連する3分野では、特許の割合が著しく低くなっています（括弧内に記載）。これは、光合成や遺伝子組み換え微生物によるバイオベース炭素固定の可能性を考慮すると、商業的機会を逃しているように見受けられます。
炭素回収の商業化における新たな推進力
特許活動が増加している理由は何でしょう？炭素回収技術の商業化は、深刻化する気候変動への懸念から市場インセンティブ、技術進歩に至るまで、複数の要因によって推進されています。
- 厳格な環境規制：世界各国の政府は、温室効果ガス排出量の削減を目的としたより厳格な規制や政策を実施しています。これには炭素税、排出量取引制度、および炭素回収ソリューション導入の義務化が含まれます。
- 企業の持続可能性への取り組み：企業は、ステークホルダー、投資家、消費者から、環境への影響を削減し脱炭素化を達成するよう、ますます強い圧力を受けています。多くの企業が野心的な目標を設定し、環境・社会・ガバナンスイニシアチブに沿うため、CCUS（炭素回収・利用・貯留）技術への投資を進めています。
- 経済的インセンティブ：政府や国際組織は、CCUS技術の研究開発・展開を支援するために、多額の資金、助成金、税額控除、補助金を提供しています。
- 石油増進回収（EOR）への応用：EORにおける回収CO2の利用は、CCUSにとって重要な市場および経済的推進力となっています。CO2を油井に注入することで、より多くの石油を抽出するのに役立ち、回収と貯蔵に関連する一部のコストを相殺できる収益源を提供します。
- 技術的進歩：継続的な研究開発により、より効率的で費用対効果が高く、拡張性のある回収方法が実現しつつあります。これには、新規材料（溶媒、吸着剤、膜など）の進歩、プロセスの最適化、および炭素回収と他のクリーンエネルギー技術との統合が含まれます。
- 低炭素製品に対する市場需要：様々な産業分野における持続可能で環境に優しい製品・プロセスへの需要の高まりが、CO2回収技術の採用を促進しています。
1トンのCO2を回収するコストは、炭素回収技術の採用と商業的実現可能性を決定する上で極めて重要です。現在のコスト見積もりは、排出源、技術、操業規模によって異なります。エタノール生産や天然ガス処理などCO2濃度が高い工業プロセスでは、コストはCO2 1トンあたり15～25ドル程度となります。しかし、セメント製造や発電で見られるような希釈ガスストリームの場合、コストは高くなり、CO2 1トンあたり40～120ドル程度になると見積もられています。DAC（直接大気回収）の現在のコストは1トンあたり600～1,000ドルですが、専門家は、研究開発とインフラ整備への十分な投資があれば、2050年までにこのコストが低下し、1トンあたり200ドルを下回ると予測しています。
カーボンクレジットは、CO2回収の経済的実現可能性におけるもう一つの要素です。カーボンクレジットとは、大気中から1トンの二酸化炭素換算量（tCO2e）を削減または除去したことを示す、追跡可能な許可証または証明書です。これらのクレジット価格は、産業、プロジェクトの種類、プロジェクトの品質によっても変動します。最近の平均価格の下落（2024年には4.8ドル/トンまで低下）にもかかわらず、高品質で検証済みのクレジットに対する需要は強く、耐久性とプラスの影響が大きいプロジェクトにはプレミアム価格が付けられています。
これらの価格が上昇すれば、CO2を回収・貯留する経済的実現可能性は、排出することに比べてより魅力的になります。炭素回収技術の広範な導入を実現するには、多額の投資、技術的進歩、規制が必要です。世界が野心的な気候目標の達成と気候変動の深刻な影響の緩和に努める中、今後数年間でこれらの重要な技術に有望な未来が示されています。
最も成長率の高い特許コンセプト
炭素回収技術の商業化がどのように進展しているかをさらに理解するため、図2に示す特許件数の多い6つのCASセクションを分析し、それらの中で最も一般的な研究コンセプトを特定しました（図3参照）。
図3：CASセクション内のインデックスされた概念で、特許の割合が高いもの。出典：CASコンテンツコレクション。
「大気汚染および産業衛生」においては、吸着と吸収が主力技術であり、排ガス処理が中心的な焦点となっています。研究者たちは、産業排出物からのCO2回収に向け、高い多孔性と表面積を有する吸着剤の最適化に取り組んでいます。経済性という概念の存在は、商業化においてコスト考慮が極めて重要であることを改めて示しています。
「化石燃料、派生物、および関連製品」のセクションでは、回収と利用のアプローチが興味深い組み合わせで示されています。吸着法が依然として重要である一方、石油増進回収技術が顕著に現れており、回収したCO2を用いてより多くの石油を抽出する研究が進行中であることを示唆しています。これは、回収に対する経済的インセンティブを生み出すと同時に、追加的な隔離（貯留）の必要性を高める要因ともなっています。
「電気化学テクノロジー、放射テクノロジー、および熱エネルギーテクノロジー」は、ババイオマスおよび再生可能エネルギーが主要概念として位置づけられていることから、持続可能なソリューションへのシフトが示されています。電気分解の存在は、電気化学的CO2還元に関する研究が進められていることを示唆しています。また、合成ガスの生成は、CO2を有用な化学品へ転換する研究が行われていることを示しています。
特許比率が最も高い「単位操作およびプロセス」セクションは、流動、分離、熱伝達の最適化といった工学的な側面に焦点を当てています。熱交換器の存在は、プロセスを経済的に成立させるためのエネルギー回収の重要性を示しています。
「廃棄物の処理」ではバイオマス・木炭と廃水処理を組み合わせ、統合的なアプローチを提案しています。「触媒作用、反応速度論、および無機反応機構」セクションには、CO2を環状炭酸塩や貴重な化学製品に変換するためのや有機金属化合物や環状付加反応が含まれています。この結果は、化学変換の重要性が高まっていることを示す、以前の分析（図2を参照）と一致しています。
炭素回収に関する文献で言及される物質を見ると、回収の対象であると同時に利用のための潜在的な原料でもあるCO2が、当然ながら最も多く引用されています（図4参照）。
図4：（A）CO2回収関連文献で最も頻繁に言及される15物質；（B）選定物質を含む文献数と、特許比率・文献数が高い3つのCASセクション内における当該物質の役割。出典：CASコンテンツコレクション。
その他の主要物質には炭素材料が含まれます。例えば活性炭は、高い比表面積と改質可能性から吸着剤として好まれます。その他に頻繁に言及される物質として窒素があり、これは吸着剤の合成および再生過程において不活性ガスとして使用されます。水素は、メタンの水蒸気改質時にCO2と共に生成されるため幅広く言及されています。メタン自体が水蒸気改質の反応物であり、この反応では大量のCO2が生成されます。また、CO2はサバティエ反応による還元反応の生成物でもあります。特定の用途では、主にメタンからなる天然ガスからCO2を分離することも極めて重要です。
図4Bは、特許率が高く論文数も多い3つのCASセクションにおけるCO2捕捉研究における主要物質の役割を示しています。
「大気汚染および産業衛生」のセクションでは、エタノールアミンが燃焼後のCO2吸収システムの主要な人工材料として機能し、カルシウムベースの化合物（炭酸塩と酸化物）がCO2永久貯蔵のための鉱物炭酸化プロセスを可能にします。メタンは主に排気ガス中の汚染物質として現れるため、捕捉されたCO2から分離する必要があります。
「電気化学テクノロジー、放射テクノロジー、および熱エネルギーテクノロジー」のセクションでは、電気化学的還元による合成燃料生産における主要な反応物である水素と一酸化炭素を利用して、CO2を有用な製品に変換することに重点を置いています。このアプローチは、Power-to-Gas技術を用いて回収したCO2をメタンに変換し、再生可能エネルギー貯蔵ソリューションを創出します。このセクションでは、メタン、水素、一酸化炭素を反応物として取り上げ、電気化学的変換などのプロセスに焦点を当てています。
「化石燃料、その派生品及び関連製品」では、CO2利用経路において主にメタン、水素、一酸化炭素が検討されます。これらは、回収したCO2を燃料やその他の化学物質へ変換する反応物としての役割を含みます。このセクションにおいてメタンは二重の役割を果たします。すなわち、水素製造のための水蒸気改質プロセスにおける原料としての役割と、分離対象としての役割です。このセクションにおけるエタノールアミンの存在量の低さは、高圧ガス流に対して圧力スイング吸着法などの代替捕集法が優先されていることを示唆しています。
シリカは、すべてのセクションにおいてエンジニアリング材料として一貫して現れており、CO2吸着用の固体吸着材の開発を反映していると考えられます。物質の役割が分野ごとに異なる点は、炭素回収戦略が、大気排出の処理からCO2の有価化学品への転換、さらには化石燃料処理プロセスの管理に至るまで、さまざまな産業的文脈に適応していることを示しています。
炭素回収技術の実際の応用
特許権利者を通じて、関連概念やIPCコードが現在の産業利用においてどのように形成されるかを確認できます（図5参照）：
図5：（A）特許数の最も多い特許権者。（B）上位の特許権者の特許文献における最も優勢な国際特許分類（IPC）グループとCASインデックス化されたコンセプト。列はIPCグループを示し、正方形はコンセプトを示し、正方形のサイズは文献数に比例します。出典：CASコンテンツ・コレクション。
- 世界的な産業ガス会社であるL'Air Liquide社は、吸着ベースのシステムに基づくガス分離および精製技術に力を入れています。同社の合成ガス関連の特許は、水素生産施設との統合を示唆しています。
- 中国石油化工集団と中国華能集団は、煙道ガス処理に力を入れており、これは中国が石炭火力発電所やその他の産業の脱炭素化を急務としていることを反映しています。両社の酸素含有有機化合物への注力は、化学製品製造のためのCO2利用経路の開発を示しており、廃棄CO2を微細藻類の力で価値ある原料に変換しています。
- ARAMCO社とSchlumberger社は、掘削装置と炭素回収技術を組み合わせた特許を持つ石油サービス会社です。この特許は、回収したCO2を枯渇した油田に注入し、炭素を貯蔵すると同時に石油資源を抽出するEORシステムの開発を示唆しています。
これらすべての企業における固体吸着剤と吸着技術の普及は、従来の液体アミン・システムに比べてエネルギー・ペナルティが低い次世代の捕捉材料への移行を示しています。熱交換のイノベーションは、運用コストの削減に不可欠な熱統合とエネルギー回収に重点が置かれていることを示唆しています。この特許の分布は、異なる産業セクターがどのように炭素回収技術をそれぞれの特定の運用コンテキストとビジネス・モデルに適応させているのかを示しています。
炭素回収技術の次のステップ
CASコンテンツ・コレクションの分析からわかるように、炭素回収技術は多様化と成熟が進んでおり、今後数年間かけて継続的に導入されると予想されます。CO2を含む温室効果ガス排出を抑制する必要性は年々高まっており、これらの重要な技術は、特に排出量削減が難しい産業部門において、その取り組みに重要な役割を果たすでしょう。
国連事務総長が指摘したように、世界は気候変動の影響を緩和するために「あらゆるものを、あらゆる場所で、一度に」というアプローチを採用する必要があります。CO2回収技術の商業化は、この目標を達成するためのもう一つの重要な戦略です。
