製造業におけるCCU導入：排出CO2を価値に変える事業化事例と戦略的示唆
製造業の脱炭素化におけるCCUの重要性
製造業は、その生産プロセスにおいて多くのCO2を排出しており、脱炭素化の実現は喫緊の課題となっています。エネルギー効率の改善や再生可能エネルギーへの転換に加え、製造プロセス由来の直接排出、特に避けがたい排出（ハード・トゥ・アベート）への対策が不可欠です。そこで注目されているのが、排出されたCO2を回収し、資源として有効活用するCarbon Capture and Utilization（CCU）技術です。CCUは、単にCO2排出量を削減するだけでなく、新たな製品や燃料を生み出し、事業機会を創出する可能性を秘めています。
本稿では、製造業におけるCCU技術の導入・事業化に向けた具体的な取り組み事例を深掘りし、そのプロセス、定量的な成果、直面した課題と解決策、そして他の企業が脱炭素戦略や新規事業検討において参考にすべき戦略的示唆を分析します。
排出CO2を原料とするCCU事業化の取り組み事例
製造業におけるCCUの取り組みは多岐にわたりますが、ここでは製鉄所や化学プラントなどから排出される高濃度CO2をターゲットとし、これを化学品や燃料の原料として利用する事例を中心に解説します。
具体的な取り組み内容とプロセス
典型的なCCU事業化のプロセスは、以下のステップで進められます。
- 排出源特定とCO2回収技術選定: 製鉄所の高炉ガス、化学プラントの副生ガスなど、高濃度かつ安定的なCO2排出源を特定します。排出源の温度、圧力、CO2濃度、不純物などを詳細に分析し、最適なCO2分離・回収技術（例：化学吸収法、物理吸着法、膜分離法など）を選定・設計します。例えば、アミン系溶液を用いた化学吸収法は、様々なCO2濃度に対応可能で広く用いられています。
- CO2利用技術の開発・実証: 回収したCO2をどのように利用するかを決定します。主な利用先としては、合成燃料（メタノール、SAFなど）、化学品（ポリカーボネート、尿素など）、建設資材（コンクリート）などがあります。選定した利用目的に応じた化学反応プロセスや触媒技術を開発・最適化し、ラボスケールからパイロットプラント、そして実証プラントへと段階的にスケールアップを行います。例えば、製鉄所排ガスからのCO2を回収し、水素と反応させてメタノールを合成する技術開発が進められています。このプロセスでは、高効率な触媒の開発や反応器の最適化が重要となります。
- サプライチェーン構築: 回収したCO2をCCUプラントへ輸送する方法（パイプライン、タンクローリー、船舶など）、合成した製品を顧客へ届けるための販売網、必要な副原料（水素など）の調達方法など、事業全体を支えるサプライチェーンを構築します。特に水素の調達については、再生可能エネルギー由来のグリーン水素をいかに安価かつ安定的に確保するかが重要な課題となります。
- 事業性評価と資金調達: 技術的な実現性に加え、経済的な成立性を評価します。必要な初期投資、運転費用、製品の市場価格、政府からの補助金や税制優遇などを考慮した事業計画を策定し、資金調達を行います。大規模な設備投資が必要となるため、複数企業によるコンソーシアム形成や、グリーンボンドなどのサステナブルファイナンスの活用も検討されます。
- 環境評価と許認可取得: CCUプラントの建設・操業に伴う環境影響評価を実施し、必要な許認可を取得します。回収されたCO2がサプライチェーン全体でどの程度削減に貢献するか（ライフサイクルアセスメント）を評価することも重要です。
定量的な成果（計画・目標を含む）
CCU事業化はまだ初期段階の事例が多いですが、以下のような定量的な成果が計画・目標として示されています。
- CO2削減量: 実証プラントレベルでは年間数千トンから数万トンのCO2回収を目指し、将来的には年間数十万トンから数百万トン規模の回収・利用を計画している事例があります。例えば、大規模製鉄所における排ガスからのCO2回収・利用プロジェクトでは、年間50万トン以上のCO2削減ポテンシャルが見込まれると試算されています。
- 製品生産量: 回収CO2量に応じて、例えば年間数万トン規模のメタノールや合成燃料の生産を目指すプロジェクトが存在します。これにより、化石燃料由来の製品の一部を代替することが可能となります。
- エネルギー効率: CCUプロセス全体のエネルギー消費量は重要な指標です。高効率な回収技術や反応プロセスを開発することで、CO2 1トンあたりの回収・利用に必要なエネルギー消費量を低減し、全体のCO2削減効果（ネットでの削減量）を最大化することが目指されています。特定の技術では、CO2回収に要するエネルギーを従来比で〇〇%削減といった目標が掲げられています。
- コスト競争力: 現状では化石燃料由来の製品に比べて製造コストが高いケースが多いですが、技術開発によるコスト低減、大規模化によるスケールメリット、そして将来的なカーボンプライシングの導入による競争力向上を目指しています。製品によっては、既存製品と同等以下のコストでの供給を長期目標として設定しています。
- 新たな収益源: 排出されていたCO2を価値ある製品に変えることで、新たな売上や利益機会を創出します。これにより、脱炭素化がコストセンターではなく、プロフィットセンターとなり得ることが示されます。
直面した課題と解決策
CCU事業化は多くの技術的、経済的、制度的な課題に直面します。
- 課題1：コスト競争力と経済性
- 課題内容: CO2の回収・精製、そして利用（変換）プロセスには多大なエネルギーと設備投資が必要であり、製造される製品のコストが化石燃料由来の製品と比較して高くなりがちです。
- 解決策:
- 技術開発: 高効率な回収材・触媒開発、プロセス一体化によるエネルギー消費削減に取り組みます。
- 大規模化: 実証試験を経て、スケールメリットを追求した大規模プラントの建設を検討します。
- 政策支援: 政府の補助金制度、税制優遇、あるいはカーボンプライシング導入による経済的インセンティブの活用を求めます。
- 市場開拓: グリーン製品へのプレミアム価格設定や、安定的な需要家との長期契約締結を目指します。
- 課題2：サプライチェーン構築の複雑性
- 課題内容: 大規模なCO2源と利用拠点が離れている場合の輸送コスト、利用プロセスに必要な副原料（特にグリーン水素）の安定的な調達、製品の新たな販売チャネル確保などが課題となります。
- 解決策:
- 立地選定: 大規模排出源の近くに利用プラントを設置するなど、地理的な優位性を活かせる立地を選定します。
- アライアンス: 副原料サプライヤー、輸送事業者、需要家など、バリューチェーンを構成する多様なプレイヤーとの連携・コンソーシアム形成を推進します。
- インフラ整備への協力: 政府や自治体と連携し、CO2パイプラインや水素供給インフラなどの整備促進に働きかけます。
- 課題3：技術の成熟度とスケールアップ
- 課題内容: ラボスケールやパイロットスケールで成功した技術も、商用プラント規模での安定稼働や効率維持が困難な場合があります。
- 解決策:
- 段階的な実証: パイロットプラント、デモプラント、そして初期商用プラントと段階的にスケールアップし、各段階で課題を抽出し技術改良を行います。
- データ駆動型最適化: 運転データを収集・分析し、AI等を活用して運転条件の最適化やトラブル予知に取り組みます。
- リスク分散: 複数の技術オプションを並行して検討・開発します。
成功要因と戦略的示唆
CCU事業化事例から抽出される成功要因と、他の企業が学ぶべき戦略的示唆は以下の通りです。
- 強力な技術開発ロードマップと先行投資: 長期的な視点に基づき、基礎研究から実証、商用化までを見据えた技術開発ロードマップを策定し、リスクを恐れずに先行投資を行うことが重要です。特に、回収技術、変換触媒、プロセスインテグレーションなどのコア技術における優位性構築が鍵となります。
- オープンイノベーションと戦略的アライアンス: 自社技術だけでなく、大学・研究機関、スタートアップ企業との連携（オープンイノベーション）を通じて最先端技術を取り込み、スピード感を上げて開発を進めることが成功を加速させます。また、サプライチェーン全体を構築するためには、CO2排出事業者、技術プロバイダー、副原料サプライヤー、製品需要家といった異業種との強固なアライアンス形成が不可欠です。
- 政府の政策支援と市場環境整備への働きかけ: CCUのような新しい技術の事業化には、研究開発支援、実証事業への補助金、税制優遇に加え、製品の国際標準化や、カーボンプライシングによる経済的インセンティブなど、政府による政策支援が極めて重要です。積極的に政府や国際機関へ働きかけを行い、有利な事業環境を整備していくことも戦略的な要素となります。
- 既存事業とのシナジーと脱炭素戦略への統合: CCU事業を既存の製造プロセスや事業インフラ（例：化学プラント、製鉄所、燃料供給網）と連携させることで、コスト効率を高めたり、安定的なCO2供給を確保したりといったシナジー効果が生まれます。また、CCUを単なる新規事業としてではなく、自社の長期的な脱炭素戦略やポートフォリオ転換の中核として位置づけることで、全社的な推進力と資金コミットメントを得やすくなります。排出量削減目標達成への貢献度を明確に示すことも重要です。
- 市場の早期獲得とニッチ市場へのアプローチ: 大規模な市場が成熟する前に、まずは高付加価値用途や特定市場（例：航空燃料としてのSAF、特殊化学品原料など）をターゲットとして製品を供給し、事業の実績を積み上げ、コストダウンを図る戦略も有効です。
結論：CCUが拓く製造業の未来
製造業におけるCCU技術の事業化は、脱炭素化の困難な領域における有効な手段であり、同時に新たな価値創造の機会を提供します。事例分析を通じて、技術開発、サプライチェーン構築、経済性確保、そして政策連携といった多岐にわたる課題が存在することが明らかになりました。しかし、強力な技術ロードマップ、異業種連携、政府支援の活用、そして脱炭素戦略への統合といった要素が成功の鍵となります。
CCUはまだ発展途上の技術・事業ですが、グローバルな脱炭素の潮流の中でその重要性は増していくでしょう。製造業のサステナビリティ担当者は、CCU技術の動向を注視し、自社の排出特性や事業ポートフォリオとの関連性を検討し、戦略的な研究開発投資やパートナーシップ構築を進めることが、将来の競争優位性確保において不可欠となります。排出CO2を単なる廃棄物ではなく、価値ある資源と捉え直す発想の転換が、製造業の持続可能な未来を切り拓く鍵となるでしょう。