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題名は、いささか一般的なタイトルになっています。 それは、この内容でプレゼンを行ったのが、G7の資源循環の担当者会議だったからです。当然、英文でしたが、それを日本語に直したものです。
ヨーロッパでは、このところ、サーキュラー・エコノミーという言葉が資源関係の人々の間では、かなり一般的になっています。
しかし、EUでも局が違うと、他局のことについては干渉しないという考え方なのかもしれませんが、パリ協定におけるNet Zero Emissionとの関連については、関連した考察は行わないことになっているようです。
将来、資源循環とNZEとは深い関係にならざるをえないという主張をするのが、このプレゼン全体の最大の意図でした。
しかし、今回は、その部分は完全カットでして、どう考えても、鉄の生産とリサイクル、そして、セメントの生産、この2つの基盤的な材料をどう取り扱うか、それが重大な要素になるという話です。
一般論では、やはり、徹底的な循環が可能なら、材料供給とNZEの両立がなんとかなる、ということなのですが、セメントの場合には、それも不可能なのかもしれません。 |
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最初に考えなければならないことは、今後、人類には、どのぐらいの鉄が必要なのか、ということです。そして、次に、それらのリサイクルが可能かどうか、ということです。
鉄の需要を考えるよりも、先進国などでは、どのぐらいの鉄をすでに使っているか、すなわち、ストックの量を考えることが良さそうです。
この表のMDC per capita stockという量がそれです。MDCは、Most Developed Countriesの頭文字です。一人あたり7トンから14トンというデータになります。日本でも、一人あたり10トン以上の鉄を使っていますが、日本は地震国であることを考える必要があります。建築物の鉄骨はそれなりの強度が必要だからです。
世界平均としては、一人10トンのレベルになれば、まずまず行けると考えることがもっとも単純です。2050年には、世界人口が90億人になると予想されますので、もし、その時点で、一人あたり10トンの鉄を実現したとすれば、900億トンの鉄が必要になります。
現在、鉄の世界全体でのストック量は150億トン程度だと考えられます。となると、まだ、750億トンの鉄の生産が必要だということになります。 |
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となると、750億トンの鉄を生産するとき、排出されるCO2量はどのぐらいになるか、その推定を行います。
まず、鉄を鉄鉱石から精錬するために必要な二酸化炭素の排出量を1kgの鉄鋼について、2倍の2kgと仮定します。となると、750億トンの鉄を作るのに、1500億トンのCO2の排出量が不可避ということになります。
地球温暖化を2℃までに抑えようとすると、今後、人類が放出可能なCO2の全量は1兆トン程度だと言われています。 ということは、その全量の15%は鉄鋼の生産によって放出されることになります。しかし、これは、現在使っているコークスによる還元プロセスであれば、必要不可欠な発生量であり、改善は、むしろリサイクルプロセスをもっと合理化することであるかもしれません。 |
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なぜか、というと、現在のコークスによる炭素還元プロセスは、非常に合理的な仕組みであって、これに変わる新プロセスは不可能かもしれないのです。
このスライドの最初の反応式が、現在使用されている炭素還元を示しています。実際に鉄を還元しているのは、一酸化炭素だということです。この気体が、高温になった鉄鉱石(酸化鉄)と反応して、銑鉄を作り出します。すなわち、気体が鉄鉱石と接触するために、通気性のある状態が確保される必要があります。
還元されて鉄ができると、融けた状態になり、重い液体ですので、鉄鉱石やコークスの、隙間を通って、下に落ちます。 コークスは固体ですが、一酸化炭素になり体積は徐々に減少しますので、高炉の上部から供給された鉄鉱石とコークスなどの粒状の混合物は、、徐々に下方に移動します。
このような縦型の炉ですので、熱効率も非常に高いのです。
さて、コークスと鉄鉱石を用いた銑鉄の製造法を、水素による還元で実現できるでしょうか。なかなか難しいように思われます。
結局、炭素還元という方法論は、未来永劫変えるのが難しく、その結果として、排出される二酸化炭素の処理は、CCSを適用する以外に方法がないものと考えられるのです。 |
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鉄はリサイクルが可能です。鉄は用途によって、様々な組成のものが作られます。建築物の鉄骨をリサイクルして再び鉄骨にすることは、不可能ではありません。すなわち、リサイクルは可能だと思われます。しかし、元の鉄の品質が、完全に維持された水平リサイクルが必要になります。
自動車用のような薄板のリサイクルは問題です。再度、良質な薄い鉄板にするには、品質の管理が重要です。特に、銅が不純物として鉄に混じると、薄板の成形が難しいと言われています。
銅はどこにあるのでしょうか。昔から、銅線は自動車にとって不可欠でした。ライトのために銅線が必須でしたし、ワイーパーを動かすにも、モーターが必須だったからです。しかし、最近の車には、非常に多くのモーターが使われるようになりました。今では、パワーウィンドでない車の方が希少品になっています。ところが、銅が鉄に混じると、鉄の品質は下がるとされていて、再度、自動車用の薄板用に使うのは難しいと考えられます。
2050年頃になると、そもそも銅の供給は限界を迎えると考えられているのです。すなわち、モーターの巻線もアルミになっているかもしれません。
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それよりも、そもそも2050年では、自動車のボディーは鉄で作られているのでしょうか。あるいは、別の素材になっているのでしょうか。
資源循環の立場から言えば、鉄という材料が非常に優れています。したがって、ある種の自動車、特に、トラック類には、強度も考えて鉄が使われていることでしょう。
燃費が最大の問題になると、乗用車のボディーは軽量な材料になっている可能性もあります。
候補No.1は、炭素繊維強化プラスチックです。GRPと言います。廃車になったとき、ボディーは焼却する以外によい処理法はありません。もしボディーが250kgだとすると、200kgぐらいが炭素で、これを燃やすと、700kgのCO2が発生します。もしもCCSで処理をするとして、CO2の1トンの処理が$30だとすれば、700kgであれば、$20。それほど巨額だと言えません。 |
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となると、GRPボディーも現実味のある選択肢のように思えます。となれば、GRPボディーが使われたときの問題点を考えておく必要があるでしょう。
炭素繊維強化プラスチックは、もしも事故を起こして変形させてしまっても、修理は不可能です。全部交換ということになります。
そのため、廃車になった場合でも、車の外皮のパーツは取り外され保守部品に回されていることでしょう。すなわち、リユースです。
2050年頃になると、資源の重要性がさらに理解されるようになり、循環の優先順位である、リデュース、リユース、リサイクルの順が尊重されるようになるものと思われます。
そして、パーツのリユースが一般的になるということは、自動車のボディーがモデルチェンジごとの今ほど大きく変わるということが普通ではなくなるような気もします。 |
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話変わって、セメントを取り上げます。セメントも、今後、途上国において新たにインフラを作るために必須の素材です。
セメントの製造の将来予測はどのようになっているのでしょうか。実は、余り新しい情報がありません。ここで示すものは、2007年に作られた予測です。しかし、2013年の実績値は、中国の爆発的なセメント製造のために、予測量の2倍ぐらいになっています。この予測では、2040年ぐらいに急成長するとされていましたが、それを遥かに前倒しをしている状況です。
アフリカなどでも、同様に前倒し状況が起きることでしょう。
そのため、2050年の個人的な生産量の予測は、6G-tonとしてみました。
セメントの場合、リサイクルが可能かどうか、という大きな問題があります。
現在、日本においては、建設リサイクル法によって、コンクリート塊などは、リサイクルの対象になっています。砂利などは、骨材として再利用されています。
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さて、2050年には、セメントの製造だけで、6G-tonのCO2を排出するとしたとき、この量は、重大な量なのでしょうか。
実際、相当な量です。2050年には、世界全体で60%削減が目標になるでしょう。2015年の世界でのCO2排出量は、33.5G-tonぐらいですが、その40%しか排出できなとすると、上限が13.4G-tonぐらいの排出量ということになります。そのうち、6G-tonをセメント製造からだけで排出してしまうと、世界全体のあらゆる排出量の44%をセメント製造だけで占めることになります。
鉄鋼業は、セメントに比較すると、CO2排出量の点では、まだ多少とも少ないと言えるようです。
日本におけるセメント業界は、実は、半ば廃棄物処理業になっています。ほぼあらゆる可燃物を社会から集めて、それを熱源にしてセメントを製造しているのです。となれば、その排出するCO2の処理は、社会全体の責任で処理をするということが必要のように思えるのです。勿論、原料である石灰岩から放出されるCO2も勿論多いのですが。
CCSを必須とする場合でも、廃棄物処理の手段でもあると考えれば、その費用のかなりの部分を社会全体で維持することが不可欠という結論になるように思えます。 |
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セメントがリサイクルされて再度セメントだけの粉末になれば、これを高温に加熱することによって、セメントに戻すことができそうです。しかし、これは、実現不可能のように思われます。
コンクリートは、セメントと砂と砂利に水を加えて混ぜたものです。固まるとき、セメント分は、水と反応して、針状になって、砂、砂利を固めます。
砂利とセメントだけでコンクリートができていれば、分離することは不可能とは思えません。しかし、砂を入れます。砂は細かいので、セメントを分離するには、莫大なエネルギーが必要になって、実質上不可能なのでは、と思われます。それは、固体となったコンクリートから、砂利、砂を除くには、莫大なエネルギーが必要だと思われるからです。 |
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結局のところ、人類がこの地球上で今の先進国のような生活をしていくためには、セメント、鉄鋼が必需品だと思われますが、その製造のために排出されるCO2は、なんらかの方法で処理し、大気中に排出しない技術が実用化される必要があります。そして、その方法論はCCSということになります。
エネルギー源としては、自然エネルギー、原子力(現在の原子炉では可能性は低い)がありますが、セメント、鉄鋼の生産に、それらのエネルギーを使ったとしても、鉄鋼であれば、炭素による還元が不可欠、セメントであれば、原料が石灰岩(CaCO3)なので、CO2の排出量をゼロにできる可能性はないからです。要するに、エネルギーだけでは問題は解決しない代表例が、鉄鋼とセメントだということになります。厄介なのは、これらの材料は、他の材料よりも圧倒的に大量利用という目的で使われているということです。それは、地球を構成している物質として、鉄も石灰岩も共に主要成分だからできることなのです。地球上で生存する以上、これらの材料以外に、大量に使える材料は限られているのです。 |
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問題解決にとって、CCSが主要な方法論だと書きました。すなわち、排出されるCO2を回収して、地底・海底に貯留するということです。どのような地底であっても良いということではなくて、天然ガスが溜まっていたところのように、ガスを貯めることができる地形が必要です。このような地形がどこにでもあるというものではありません。
日本全体をチェックすると、可能性としては、1400億トンのCO2を貯留することができるだろうと考えられていますが、本当に実用になるのは、まあ、1/10程度であると思う方が無難です。
それでも、100億トンが貯留できれば、2050年の排出量を2億トンとすれば、その数10年分にはなりますので、今世紀中の排出量はゼロにできる可能性があることになります。
費用は、1トンあたり$30ぐらいと書きました。 余裕をもって、5000円とすれば、2億トンを処理すると、1兆円掛かることになります。
CCSは誰が実施するのでしょうか。とても民間企業には無理だと思われます。なぜなら、地底に貯留したCO2は、100年以内に放出されてしまっては困るからです。100年後の保証ができる民間企業というものは考えられません。 |
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結論です。取り敢えず、2030年のパリ協定での約束を考えてみても、かなり実現は難しいです。約束に比べて圧倒的に遅れているのは、原発の再稼働です。それが国民の意志であるとしたら、いくら原子力規制庁が頑張ったとしても、強行するのは難しいかもしれません。代替するのは、自然エネルギーしか存在しませんが、現在のFITでも不満がでている現状で、どこまで自然エネルギーを増やすことが可能なのでしょうか。
2050年になると、さらに難しいことになります。しかも、エネルギーだけでなく、鉄鋼とセメント生産という基幹産業をどうするのか、CCSを強制するのか、あるいは、CCSは政府系の組織が実施し、その必要額を環境税として徴収するのか、そのあたりも全く議論すらされていません。少なくとも、鉄鋼は、国際的価格から乖離すればその影響が大きいので、国際的ななんらかの協調がなければ、実施不可能のように思えます。
米国も、環境保護局の長官に、温暖化懐疑論者が着任したようですので、温暖化対策は止まりそうです。もともと、共和党の支持者には、温暖化懐疑論者が多いようですので、半ば予想されたことではありますが。石炭回帰だけは、ガスよりコスト高という問題があるので、起きそうもありませんが。
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