日本ゼオライト学会　刊行物 Publication of Japan Zeolite Association

2020年10月に，当時の菅総理が「2050年にカーボンニュートラルを目指すこと」を宣言するとともに，2021年4月の気候変動サミットにおいて，温室効果ガスを2030年度に2013年度比で46%削減することを目標とすることを発表した。さらに，2020年11月には，岸田総理がCOP26世界リーダーズ・サミットにおけるスピーチで，2050年カーボンニュートラルとともに，2030年度に温室効果ガスを，2013年度比で46%削減することを目指し，さらに50%の高みに向け挑戦を続けていくと表明している。

第6次エネルギー基本計画（2021年10月閣議決定）では，目標の実現に向けたエネルギー政策の道筋が示されているとともに，国際的なルール形成を主導することや，これまで培ってきた脱炭素技術，新たな脱炭素に資するイノベーションにより国際的な競争力を高めるとともに，安定供給の確保やエネルギーコストの低減（3E+S）に向けた取組を進めることが示されている¹⁾。

基本計画では，日本のCO₂排出量の2～3割を占める輸送部門におけるカーボンニュートラル化については，乗用車・トラック・バス分野でのEVやFCVの普及拡大とともに，合成燃料の実用化に向けた取組みが重要であること，航空分野ではSAF（Sustainable Aviation Fuel）の実用化に向けた取組みが重要であることが示されている。

厳密にはLCCO₂に（Life Cycle CO₂）よる評価が必要となるが，カーボンニュートラル液体燃料として3つの候補が挙げられる。ひとつは，現在利用されているような石油系燃料にCCS（Carbon Capture and Storage）などによる脱炭素措置（カーボンオフセット）を付与した燃料である。もうひとつは，バイオマス資源から作られるバイオ燃料である。バイオマス資源は，動植物に由来する資源であり，このような資源によるエネルギーは再生可能なエネルギーとして位置づけられている。さらに，一定の要件を満たすCO₂とCO₂フリー水素から作られる合成燃料もカーボンニュートラル燃料となりうる。

ここでは，輸送分野のカーボンニュートラル化につながるバイオ燃料や合成燃料に関する動向について概説する。

カーボンニュートラルを達成するための輸送用燃料として，大きくはカーボンニュートラル液体燃料に加えて，水素，電気（蓄電池）などが候補となる。それぞれの物性から見ると，液体燃料は，重量当たりおよび体積当たりのエネルギー密度が高く，容易な取り扱い性と併せて広く普及している燃料となっている（図1）。水素は，高圧ガスあるいは液化ガスの状態やメチルシクロヘキサンのような水素キャリアの状態で貯蔵・利用されるが，液体燃料に次ぐエネルギー密度を示す。水素の普及には，新たな供給インフラの整備が必要であり，官民協力のもとで燃料電池自動車の普及促進に取り組んでいるところである。電気については，EVの導入拡大に向け，車種の拡充，設備コストの低減，充電インフラの整備，充電時間の削減，次世代蓄電池の技術確立に向けて開発や普及のための施策が取り組まれている。

図1. 燃料のエネルギー密度

これらの特徴を踏まえて，輸送部門における代替燃料の例を表1に示す。前述のように乗用車・トラック・バス分野については，EVやFCVの普及拡大とともに，液体燃料による早期のカーボンニュートラル化が期待される。その一方で，航空機や船舶については，水素や電気の利用については今のところ課題が多く，液体燃料からの代替が難しいと考えられる。そこで，次章にて特に航空部門のカーボンニュートラル化について紹介する。

3.1 航空分野のカーボンニュートラル化に向けた取り組み

前述の通り，航空分野の燃料について，液体燃料から水素や電気の転換は難しい面があり，特に燃料でのカーボンニュートラル化が求められている分野となっている。本分野では，既に国連機関であるICAO（International Civil Aviation Organization）のCORSIA勧告（Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation）において，オフセット義務量設定がなされており，低炭素化・脱炭素化が必須となっている。さらに，2022年10月のICAO総会において，CO₂排出基準量がこれまでの「2019年の排出量」から「2019年排出量の85%」と規制が強化された。

航空分野のCO₂排出削減対策としては，Technology Development（燃費向上，水素などを燃料とするゼロエミ航空機），Operation and Infrastructure Improvements（運行方法の改善など），Offset Credit（CCSなどによる脱炭素措置/カーボンクレジット）が挙げられるが，それぞれの効果には限界があり，直接的，即効的に効果のあるSAFに期待が集まっている（図2）²⁾。

図2. 航空分野のCO₂排出削減目標

ICAOが定めたCORSIA適格燃料はCEF（CORSIA Eligible Fuel）と呼ばれ，①再生可能由来または廃棄物由来原料から作られるSAFと，②CCSなどを活用して低炭素基準を満たす化石由来燃料であるLCAF（Low Carbon Aviation Fuel）がある。ここで，単にCO₂排出量が低ければCEFとして使えるわけではなく，特にSAFとして利用するためには，大きく2つの要件を満たす必要がある³⁾。

1点目は，CO₂排出削減率や原料が，CORSIAが定める基準（CEF（CORSIA適格燃料））に適合していることが必要である。すなわち，CO₂排出削減率が従来の航空燃料の排出量（89 g-CO₂e/MJ）の90%以下であることが求められる。加えて，原料産地の炭素含有量，水，土壌大気保守，廃棄物および化学品，人権および労働者の権利，土地利用の権利，水利用の権利，地域と社会の発展，食料安全保障といった持続可能性基準を，第三者認証のもとで満たすことが求められる。

2点目は，ASTM（American Society for Testing and Materials）が定める性状規格に適合していることである。石油系原料以外の原料から作られるジェット基材については，それぞれの製造法に応じた性状規格を満たす必要がある。

3.2 SAFの製造技術

現時点で，ASTMで定められている燃料規格は，2023年11月にAnnex 8が加わり，全部で8種類となっている（表2）。また，現在，MTJ（Methanol to Jet）を含む新たな製造方法について審査が進められている⁴⁾。このうち，現時点で商用化されている方法はAnnex 2（HEFA）であり，また，商用化検討が進行しているのは，Annex 1およびAnnex 5，6，7，8となっている。次に，主な製造技術について概要に触れる。

Annex 1は，原料のガス化・FT（Fischer-Tropsch）反応により炭化水素を製造する方法である。例えば，Fulcrum BioEnergyは，2022年12月にアメリカネバダ州のプラントにおいて，都市ごみを原料として水蒸気改質で得られる合成ガスからFT反応により燃料製造を開始している⁵⁾。また，FT反応において選択的に欲しい留分を得るための触媒開発も進められている⁶⁾。

Annex 2に該当するHEFA（Hydroprocessed Esters and Fatty Acids）は，脂肪酸や脂肪酸トリグリセリドで構成される油脂類を水素化することによって炭化水素燃料を得る技術であり，現在，SAFの商業生産が行われているのは，このHEFAである。一般に植物油等を構成する脂肪酸は炭素数としてC16，C18が多く，炭素数C11～13からなる炭化水素で構成されるジェット留分とするには，水素化分解によって軽質化する必要がある。また，油脂類を水素化脱酸素して得られるノルマルパラフィンのままでは，低温性能が十分ではなく，異性化が必要となる。このため，一般的なHEFAプロセスは，水素化脱酸素により油脂類をパラフィンに変換する工程と，前工程で得られたパラフィンを分解異性化する工程を組み合わせたものとなっている（図3）。

図3. 油脂類からのHEFAによるSAF製造（オレイン酸の例）

ATJはアルコールからジェット留分を製造する方法であり，ATJ（Alcohol to Jet）と呼ばれる。このうち，製造されるジェット留分がパラフィン主体のものがAnnex 5にあるATJ-SPK（Synthetic Paraffinic Kerosene）である。発酵で得られるイソブタノールやエタノールを原料として，脱水によって得られるオレフィンを低重合することによってジェット燃料を製造する（図4）。アメリカのLanza Tech社などが実用化を進めている⁷⁾。なお，アルコールの脱水で得られるオレフィンの一部を用いて脱水素環化を行う工程を組み合わせたものがAnnex 8にあるATJ-SKA（Synthetic Kerosene with Aroma）である⁸⁾。

図4. エタノールからのATJによるSAF製造

これらのSAF製造技術では，ゼオライトの特徴を生かした開発も進められており，研究開発の進展と実用化に期待したい。

3.3 SAF供給の課題

SAF供給における大きな課題の一つとして，原料調達がある。そこには，燃料製造に必要な量を如何に安定的に確保するかという基本的な問題とともに，その原料を可食原料から非可食原料へシフトしていくことが求められているという課題も存在する。特に欧州ではその傾向が強い。

HEFAであれば，油脂原料を食用油ではなく廃食用油や非可食油脂植物の調達といった取組みが進んでいる。しかしながら，欧州においてもバイオディーゼル原料のうち，廃食用油が占める割合は約19%であり，今後さらなる拡大が求められている⁹⁾。

エタノールであれば，現状のトウモロコシやさとうきびからのエタノールに代えて，木質系セルロースなどの非可食原料から製造することになる。また，そのほかの製造法でも未利用資源や廃棄物の原料化が検討されているが，いずれにせよ1種類の原料・製造法で全ての需要を満たすことは難しく，図5に示すように，製造法を組み合わせることによって安定供給を図る必要がある¹⁰⁾。

図5. 将来のSAF製造技術予測

2023年3月に，欧州委員会が完全なカーボンニュートラルになることを条件として，合成燃料を使用する内燃機関車の2035年以降の並存を認める案に合意したことは記憶に新しい。これと前後して，国内外で合成燃料に関する取り組みが加速している。

産業排ガスや大気から回収したCO₂と，再生可能エネルギー（再エネ）由来の水素を原料として製造される合成燃料は，燃料利用時のCO₂排出量を製造工程で相殺することができるため，製品ライフサイクル全体においてカーボンニュートラル化に貢献することが可能となる（図6）。さらに，合成燃料は既存の石油製品に非常に近い成分で構成されているため，製油所設備，燃料の流通インフラおよび自動車や航空機等について全て既存のものをそのまま使用できる利点があり，早期の普及が可能と期待されている。

図6. 合成燃料の供給スキーム

合成燃料の製造における課題は大きく3つ挙げられる。原料となるCO₂の安価で大量な調達，同様に原料となるCO₂フリー水素の安価で大量な調達，そしてこれらの原料から効率よく燃料を製造できる技術の開発である。

CO₂回収については，様々な分離法による技術開発や実用化が進められている。その例を表3に示す¹¹⁾。材料として，ゼオライトのほかにメソポーラス，MOF（Metal Organic Frameworks）の適用も検討されている。また，グリーンイノベーション基金事業¹²⁾による技術開発・実証やCO₂分離素材の標準評価共通基盤の確立といった社会実装に向けた取り組みも進められている。

CO₂フリー水素についても，大規模水素サプライチェーンの構築プロジェクトとして，国際水素サプライチェーンの大型化等による水素供給コストの低減と，水素ガスタービン発電技術の確立を通じた，液化水素およびメチルシクロヘキサンを用いた海上輸送設備や水素発電分野の競争力強化への取り組みが進められている¹³⁾。

合成燃料の製造については，国内外で取組みが加速している。ENEOSでは，グリーンイノベーション基金事業を活用して，プロセス全体の早期技術確立に向けた技術開発を推進している。現在，1バレル／日規模のベンチプラントの基本設計を終え，詳細設計と建設を開始している（図7） ¹⁴⁾。また，2023年5月には，富士スピードウェイ隣接施設にて，トヨタ自動車の協力の下で合成燃料走行デモンストレーションを実施している（図8）。このような普及活動とともにベンチプラント，パイロットプラントによる技術検証を経て技術の確立と実用化を目指している。

図7. 合成燃料普及ロードマップ

図8. 合成燃料走行デモンストレーション

バイオ燃料や合成燃料による液体燃料のカーボンニュートラル化に関する取り組みについて，その概要を例示した。様々な変換方法により，カーボンニュートラル燃料の製造技術の開発が進められているが，最近のカーボンニュートラルに向けた期待の高まりに合わせて，多くの新技術が提案されてきている。今後の進展に期待するとともに我々も技術開発と実用化に引き続き取り組む。

一方で，従来の石油系燃料の供給と異なる大きな課題は，原料の調達である。バイオマス資源，特に未利用，非可食資源をいかに収集するかは今までにない取組みであり，安定的な確保は極めて困難な命題と言える。社会を巻き込んだ効率的，持続的な収集スキームの構築が必要であるが，新しい取組みやデジタル技術によるシステムの提案もなされつつある。エネルギーの要件である3E+S（Energy Security, Economic Efficiency, Environment, and Safety）を念頭に，時として従来の考えやしがらみにとらわれずにサプライチェーンの構築と技術開発に取り組まなければならない。