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慮しています。温室効果ガス（GHG）の排出量は2025年に1.1%増加し、過去最高に達すると予測されており、気候変動による混乱はさらに深刻化しています。2050年までのネットゼロ達成はかつてないほど緊急の課題となっており、再生可能エネルギーへの転換、エネルギー効率の向上、持続可能な土地利用の実践、そして二酸化炭素（CO2）の回収といった包括的な戦略が不可欠です。
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戦略です。セメントや鉄鋼の製造といった分野では極めて高いプロセス温度が必要とされますが、グリーン水素のような排出ゼロの代替手段が存在する一方で、これらの技術はまだ発展途上であり、産業界の電力需要を十分に満たすには至っていません。
材料研究者はCAS SciFinderを使用して、材料科学の文献を横断的に検索できます。
詳細はこちら二酸化炭素の回収・利用・貯留（CCUS）は、既存インフラからの排出を抑制するための不可欠なツールとして台頭しており、直接空気回収（DAC）は現在の大気中のCO2濃度を低減させる可能性があります。二酸化炭素回収技術は、世界的な排出削減における重要な構成要素です。世界最大の科学情報キュレーションデータベースであるCAS Content CollectionTMの最新分析によると、これらの技術は商用化の普及段階に近づいています。
二酸化炭素回収に関する最新の出版トレンド
二酸化炭素回収の手法は何十年も前から存在しており、以前のCAS Insightsの記事で解説したように、生物学的、化学的、地質学的な手法など、そのアプローチは多岐にわたります。前回の公開以降の大きな進展は、CO2回収に関連する特許数が劇的に増加したことであり、これは近年、高い商業的関心が寄せられていることを示しています（図1参照）。
図1： 2009年から2025年までのCO2回収に関連する特許および学術論文の数。2025年のデータは5月までを集計。出典：CAS Content Collection。
私たちは、CASのインデックスデータを使用して二酸化炭素回収関連の出版物をマッピングし、コンテンツ領域に基づいてセクションに分類しました。このマッピングにより、どのトピックが最も研究の注目を集め、特許活動が活発であるかが明らかになります（図2参照）。全体として、エンジニアリングおよび化学変換のアプローチが、この分野における商用化の取り組みをリードしています。
図2： CASセクションに基づくCO2回収関連出版物のマップと、各分野における出版物数。マップの各ノードは、その分野における特許の割合に基づいて色分けされています。出典：CAS Content Collection。
「大気汚染および産業衛生」のセクションは、13,000件を超える最多の出版数を誇ります。しかし、そのボリュームにもかかわらず、特許の割合は17%と中程度であり、多くの研究が依然として基礎研究段階にあることを示唆しています。
対照的に、「単位操作およびプロセス」や「触媒、反応速度論、および無機反応メカニズム」のセクションは、「大気汚染および産業衛生」よりも出版数は少ないものの、高い特許活動率を示しています。「単位操作およびプロセス」では特許が62%を占めており、吸収塔、膜分離、圧力スイング吸着システムといったトピックに強い商業的関心が寄せられていることがわかります。「触媒、反応速度論、および無機反応メカニズム」（特許の37%）は、企業が大きな関心を寄せる、CO2を化学物質や燃料に変換するための新規触媒を網羅していると考えられます。
私たちの分析では、「電気化学、放射線、および熱エネルギー技術」の特許割合は24%であり、CO2の電気化学的還元や固体酸化物形電解セルなどの技術が含まれています。
興味深いことに、植物およびバイオ由来の炭素隔離に関連する3つのセクション（「肥料、土壌、植物栄養」（5%）、「植物生化学」（3%）、「微生物、藻類、真菌の生化学」（11%））では、特許の割合がかなり低くなっています（括弧内の数値）。光合成や遺伝子組み換え微生物によるバイオ由来の炭素固定の可能性を考慮すると、これは商業的な機会を逃しているように見受けられます。
炭素回収の商業化を促進する新たな要因
なぜ特許活動は増加しているのでしょうか。炭素回収技術の商業化は、気候変動への懸念の高まりから市場のインセンティブ、技術の進歩に至るまで、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、温室効果ガスの排出削減を目指し、より厳格な規制や政策を導入しています。これには、炭素税、排出量取引制度、炭素回収ソリューションの導入義務化などが含まれます。
- 企業のサステナビリティへの取り組み：企業は、環境負荷を低減しカーボンニュートラルを達成するよう、ステークホルダー、投資家、消費者から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掲げ、環境・社会・ガバナンス（ESG）イニシアチブに沿う形でCCUSへの投資を行っています。
- 経済的インセンティブ：政府や国際機関は、CCUS技術の研究、開発、展開を支援するために、多額の資金提供、助成金、税額控除、補助金を提供しています。
- Enhanced oil recovery (EOR) applications: The use of captured CO2 in EOR is providing a significant market and economic driver for CCUS. Injecting CO2 into oil wells is helping extract more oil, providing a revenue stream that can offset some costs associated with capture and storage.
- 技術の進歩：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、拡張性のある回収手法が実現しています。これには、新しい材料（溶媒、吸着剤、膜など）の進歩、プロセスの最適化、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。
- 低炭素製品への市場需要：さまざまな産業において、持続可能で環境に優しい製品やプロセスへの需要が高まっており、これがCO2回収技術の採用を促進しています。
The cost for capturing a ton of CO2 is crucial in determining the adoption and commercial viability of carbon capture technologies. Current cost estimates vary depending on the source, technology, and scale of operation. For industrial processes with high CO2 concentrations, such as ethanol production or natural gas processing, the cost can range from $15-$25 per ton of CO2. However, for diluted gas streams like those found in cement production and power generation, costs can be higher, ranging from $40-$120 per ton of CO2. DAC currently costs $600-$1,000 per ton, but experts believe these costs could drop to below $200 per ton by 2050 with sufficient investments in R&D and infrastructure development.
炭素クレジットも、CO2回収の経済的実現可能性を左右する要因の一つです。炭素クレジットとは、二酸化炭素換算で1トン（tCO2e）の削減または除去を証明する追跡可能な許可証や証明書です。これらのクレジット価格も、業界、プロジェクトの種類、品質によって異なります。平均価格は最近下落傾向にありますが（2024年には1トンあたり4.8ドルまで低下）、高品質で検証済みのクレジットに対する需要は根強く、耐久性が高くプラスの影響をもたらすプロジェクトにはプレミアム価格がついています。
If these prices rise, the economic viability of capturing and storing CO2 becomes more attractive compared to emitting it. Achieving widespread deployment of carbon capture will require significant investment, technological advancements, and regulations. There are indications of a promising future for these critical technologies in the coming years as the world is striving to meet ambitious climate goals and mitigate severe impacts of climate change.
最も高い成長を示している特許コンセプト
炭素回収の商業化がどのように発展しているかをさらに理解するため、図2に見られる特許数の多い6つのCASセクションを分析し、そ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を参照）。
図3： 特許の割合が高いCASセクション内のインデックス化されたコンセプト。出典：CAS Content Collection。
「大気汚染および産業衛生」のセクションでは、吸着と吸収が支配的であり、排ガス処理が中心的な焦点となっています。研究者は、産業排出物からCO2を回収するために、高い気孔率と表面積を持つ吸着剤の最適化に取り組んでいます。コンセプトとして「経済学」が存在することは、商業化においてコストの検討が不可欠であることを改めて示しています。
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ストーリーを読む「化石燃料、誘導体、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を見せています。吸着は依然として重要ですが、原油増進回収が顕著に現れており、回収したCO2を原油の抽出に利用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し、さらなる貯留の必要性を高めています。
「電気化学、放射線、および熱エネルギー技術」のセクションでは、バイオマスや再生可能エネルギーが主要なコンセプトとなっており、持続可能なソリューションへのシフトが明らかです。電解の存在は、電気化学的なCO2還元研究を示唆しています。合成ガス製造は、CO2を有用な化学物質に変換する研究が行われていることを示しています。
特許の割合が最も高い「単位操作およびプロセス」セクションでは、流動、分離、熱伝達の最適化といった工学的側面に焦点が当てられています。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が重要であることを示しています。
「廃棄物の処理および処分」では、バイオマスや木炭と廃水処理を組み合わせるなど、統合的なアプローチが示唆されています。「触媒、反応速度論、および無機反応メカニズム」セクションには、CO2を環状カーボネートや有用な化学製品に変換するための金属有機構造体や環化付加反応が含まれています。この知見は、化学変換への注目の高まりを指摘した我々の以前の分析（図2参照）と一致するものです。
二酸化炭素回収に関する文献に登場する物質を見ると、CO2が最も多く引用されているのは当然と言えます。これは、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ためです（図4参照）。
図4： (A) CO2回収関連の出版物で最も多く見られる15の物質。(B) 特定の物質を含む出版物の数と、特許の割合が高く出版物数も多い3つのCASセクション内でのそれらの物質の役割。出典：CAS Content Collection。
Other key substances include carbon materials — activated carbon, for example, is a favored adsorbent due to its high surface area and ability to be modified. Other commonly cited substances include nitrogen, which is used as an inert gas during the synthesis and regeneration of adsorbents. Hydrogen is widely mentioned as it is generated along with CO2 during the steam-reforming of methane. Methane itself is a reactant in steam reforming, which generates considerable amounts of CO2, and is the product of CO2 reduction through the Sabatier reaction. It is also crucial to separate CO2 from natural gas, which is primarily methane, for certain applications.
図4Bは、特許の割合が高く出版物数も多い3つのCASセクションにおける、CO2回収研究での主要物質の役割を明らかにしています。
「大気汚染および産業衛生」セクションでは、エタノールアミンが燃焼後CO2吸収システムの主要な工学材料として機能する一方、カルシウム化合物（炭酸塩および酸化物）がCO2の永久貯留に向けた鉱物炭酸化プロセスを可能にしています。メタンは主に排ガス流中の汚染物質として現れ、回収されたCO2からの分離が必要となります。
「電気化学、放射線、および熱エネルギー技術」セクションでは、CO2から有用な製品への変換が強調されており、電気化学的還元による合成燃料製造において、水素と一酸化炭素が重要な反応物となっています。このアプローチは、回収されたCO2をパワー・ツー・ガス技術によってメタンに変換し、再生可能エネルギーの貯蔵ソリューションを生み出します。このセクションでは、電気化学的変換などのプロセスに焦点を当て、メタン、水素、一酸化炭素を反応物として取り上げています。
メタン、水素、一酸化炭素は、「化石燃料、誘導体、および関連製品」において、主にCO2の利用経路として研究されており、回収されたCO2を燃料やその他の化学物質に変換する際の反応物としての役割が含まれます。メタンはこのセクションで二重の役割を担っています。水素製造のための水蒸気メタン改質におけるプロセス材料としての役割と、分離の対象としての役割です。このセクションでエタノールアミンの存在感が低いことは、高圧ガス流に対しては圧力スイング吸着のような代替の回収方法が好ま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で工学材料として一貫して登場しており、CO2吸着のための固体吸着剤の開発を反映していると考えられます。物質の役割が多様であることは、大気排出物の処理からCO2の有用化学物質への変換、化石燃料処理流の管理に至るまで、炭素回収戦略がいかに産業の文脈に合わせて適応しているかを示しています。
炭素回収技術の現実的な応用
特許権者を通じて、関連する概念やIPCコードが現在の産業利用においてどのように具体化されているかを確認できます（図5参照）：
図5： (A) 特許件数が多い特許権者。(B) 主要な特許権者による特許公報における、最も一般的な国際特許分類（IPC）グループとCASインデックス概念。列はIPCグループを表し、四角形は概念を表しており、四角形のサイズは出版物の数に比例しています。出典：CAS Content Collection。
- 世界的な産業ガス企業であるエア・リキードは、吸着システムに基づくガス分離および精製技術に重点を置いています。同社の合成ガス関連の特許は、水素製造施設との統合を示唆しています。
- China Petrochemical Corporation and China Huaneng demonstrate a strong emphasis on flue gas treatment, reflecting China's urgent need to decarbonize coal-fired power plants and other industries. Their focus on oxygen-containing organic compounds indicates the development of CO2 utilization pathways for chemical production, transforming waste CO2 into valuable feedstocks using microalgae.
- ARAMCO and Schlumberger are oil service companies with patents combining earth drilling equipment with carbon capture technologies. This suggests the development of EOR systems where captured CO2 is injected into depleted oil fields, simultaneously storing carbon and extracting additional petroleum resources.
すべての企業において固体吸着剤と吸着技術が普及していることは、従来の液体アミンシステムと比較してエネルギー負荷の低い次世代の回収材料への移行を示しています。熱交換の革新は、運用コスト削減に不可欠な熱統合とエネルギー回収への注力を示唆しています。この特許の分布は、さまざまな産業分野が、それぞれの運用環境やビジネスモデルに合わせて炭素回収技術をどのように適応させているかを実証しています。
炭素回収技術の今後の展望
CAS Content Collectionの分析が示すように、炭素回収技術は多様化し成熟しており、今後数年間で継続的な採用が見込まれます。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、特に排出削減が困難な産業部門において、その取り組みの鍵となるでしょう。
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「すべてを、どこでも、同時に」行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、その目標を達成するためのもう一つの重要な戦略です。
