炭素隔離とその仕組みとは？ | CLEAR Center

炭素隔離とは、大気中の二酸化炭素を捕獲、固定、貯蔵するプロセスです。これは、炭素を固体および溶解した形で安定化させ、大気を温暖化させないようにするものです。このプロセスは、人間の「カーボンフットプリント」を削減するために非常に有望である。炭素貯留には大きく分けて、生物学的貯留と地質学的貯留があります。

カリフォルニアの牧場で行われている炭素貯留の様子をご覧ください。

炭素とは

いろいろな意味で、炭素は生命体です。水素や窒素と同じ化学元素である炭素は、生体分子の基本的な構成要素です。地球上には、固体、溶存、気体の形で存在しています。

北カリフォルニアの青々とした木々が点在する緑豊かな丘

二酸化炭素は、自然界と人間の活動の両方で発生する熱を閉じ込めるガスです。人為的な二酸化炭素の発生源は、石炭、天然ガス、石油などの化石燃料を発電や輸送のために燃焼させることです。また、土地利用の変化や生物学的には海洋、有機物の分解、森林火災などによっても二酸化炭素が放出されます。

大気中に二酸化炭素やその他の温室効果ガスが蓄積されると、熱が閉じ込められ、気候変動の原因となります。

二酸化炭素を捕獲して貯蔵する方法を学ぶことは、科学者が大気中の温暖化の影響を先送りしたいと考えている一つの方法です。

Types of Carbon Sequestration

濡れた黒っぽい土の塊を片手で持っています。

生物学的炭素隔離

生物学的炭素隔離とは、草原や森林などの植生や、土壌、海洋に二酸化炭素を貯蔵することです。

海洋

海洋は、人間の活動によって排出される二酸化炭素の年間約25%を吸収します。海から二酸化炭素が大気中に放出されると、正の大気フラックスと呼ばれる現象が起こります。負のフラックスとは、海が二酸化炭素を吸収することを指します。

寒くて栄養分の豊富な海は、暖かい海よりも多くの二酸化炭素を吸収することができます。そのため、極地は通常、炭素吸収源として機能します。

土壌炭素は、植物が光合成を行うことで土壌に蓄積され、土壌有機炭素（SOC）として貯蔵されます。農業生態系はSOCレベルを低下させ、枯渇させますが、このような炭素不足は、新しい土地管理方法によって炭素を貯蔵する機会をもたらします。また、土壌は炭酸塩として炭素を貯蔵することもできる。

炭酸塩は無機物で、7万年以上にわたって炭素を貯蔵する能力がありますが、土壌有機物は通常、数十年にわたって炭素を貯蔵します。

森林

世界の炭素排出量の約25%は、森林、草原、放牧地などの植物が豊富な土地で吸収されています。植物の葉や枝が落ちたり、植物が枯れたりすると、蓄えられていた炭素が大気中に放出されたり、土壌に移されたりします。

草原

森林は一般的に重要な炭素吸収源として認識されていますが、カリフォルニアの雄大な緑の巨人は、近年の気温上昇、干ばつや山火事の影響により、炭素源としての役割が大きくなっています。カリフォルニア大学デービス校の研究によると、草原や放牧地は、森林ほど干ばつや山火事の影響を受けないため、現代のカリフォルニアにおいては森林よりも信頼性が高いという。草原は樹木と異なり、炭素のほとんどを地下に蓄えています。草原が燃えると、炭素は葉や木質バイオマスではなく、根や土壌に固定されます。

Geological Carbon Sequestration

Geological Carbon Sequestrationとは、二酸化炭素を地下の地層（岩石）に貯留するプロセスのことです。一般的には、鉄鋼やセメントの生産などの産業界や、発電所や天然ガス処理施設などのエネルギー関連の供給源から二酸化炭素を回収し、多孔質の岩石に注入して長期保管します。

炭素の回収と貯蔵により、別のエネルギー源が大規模に導入されるまで、化石燃料の使用を可能にすることができます。

岩石の形成

技術的な炭素隔離

科学者たちは、革新的な技術を用いて、大気中から炭素を除去・貯蔵する新しい方法を模索しています。

グラフェンの製造

二酸化炭素を原料として使用し、技術的な材料であるグラフェンを製造します。グラフェンは、スマートフォンなどのハイテク機器のスクリーンに使用されています。

Direct Air Capture (DAC)

先端技術のプラントを使って、空気中の炭素を直接回収する方法です。しかし、このプロセスはエネルギーを必要とし、炭素除去量1トンあたり500ドルから800ドルと高価です。

Engineered Molecules

科学者たちは、形を変えることができる分子を工学的に開発し、空気中の二酸化炭素を分離して捕らえることができる新しい種類の化合物を作っています。

炭素隔離の影響

歴史的に見て、私たちが排出する炭素の約25パーセントは、地球の森林、農場、草原によって吸収されてきました。
化石燃料の燃焼によって排出された二酸化炭素の30%は、海の上層部に吸収されます。しかし、これによって水の酸性度が上がり、海洋酸性化によって海洋動物が殻を作るのが難しくなります。科学者と水産業界は、炭素隔離による変化を監視し、漁法を適応させるための積極的な取り組みを行っています

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