二酸化炭素 (CO₂) は自然界の大気中の気体ですが、人間の活動によりその濃度が急激に上昇しています。CO₂ は温室効果ガスとして熱を閉じ込め、大気中での濃度上昇が気候変動や海洋酸性化を通じて生態系を脅かしています [1]。石炭火力発電所のような産業施設では、燃焼後の排ガス（煙道ガス）からCO₂を回収する技術を開発しています。回収されたCO₂は他の分野で活用可能な形に変換することができます。このような炭素回収システムは、産業がカーボンニュートラル、さらには負の排出を達成し、環境への影響を軽減する助けとなります。

この技術資料では、二酸化炭素炭素回収および貯留 (CCS) プロセスにおける二酸化炭素回収プラント (CCP) の苛性吸収溶液中のアミンとCO₂の分析について説明します。アミンを使用したスクラビング技術はエネルギー集約型で、運用コストが高いのが特徴です。そのため、オンライン分析によってアミンの活性と使用量を最適化することは、CO₂回収の効率を測定しつつ、全体的なコストを削減する上で重要なステップとなります。

国際エネルギー機関（IEA）によると、2023年の世界のエネルギー関連CO₂排出量は374億トン（Gt）に達し、過去最高を記録しました [2]。この増加は、効果的なCCS技術の必要性が極めて高いことを強調しています。

CCS（炭素回収・貯留）は、大規模な排出源（例：化石燃料発電所）から排出される廃CO2を回収し、貯蔵施設まで輸送し、大気中に再び戻らないように埋めるプロセスを指します。通常、この貯蔵は地下の地質構造内で行われます。

CCSの最終的な目標は、大量のCO₂が再び大気中に放出されるのを防ぐことです。CCSは、化石燃料由来の排出が地球温暖化や海洋酸性化に与える影響を軽減する可能性を持つ手段の一つとされています。

燃焼後のCO₂回収に最も広く使用されているプロセスは、高度なアミン系スクラビング技術によって可能になります（図1）。例えば発電所の煙道ガスのようなCO₂を多く含むガス流が、アミンを豊富に含む溶液に「泡状」に通されます。この際、CO₂は溶液を通過する中でアミンと結合し、他のガスは煙道を通ってさらに上方へと進みます。このプロセスは反応式1に示しています。

アミンは炭素回収プロセスで再利用可能ですが、このプロセス自体はエネルギー集約型で、運用コストが高いという課題があります。そのため、アミンの活性と使用量を最適化することが重要です。この最適化は、コスト全体を削減するだけでなく、CO₂回収効率を測定するのにも役立ちます。

従来、CO₂回収効率はストリッパー後のサンプルをサンプリングし実験室での滴定によって計算されていました。しかし、この方法にはいくつかの制約があります。プロセスの断片的なスナップショットしか得られず、オペレーターがプロセスを継続的に最適化したり、逸脱を特定したりすることが困難です。また、手動でのサンプリングは誤差を引き起こす可能性もあります。

オンラインプロセスアナライザーはこれらの問題を克服します。アミン濃度を吸収液中でオンラインで連続測定することで、オンラインプロセスアナライザーは炭素回収プロセスのリアルタイム監視を可能にし、効率の向上に貢献します。

炭素回収を最適化するには、主要なプロセスパラメーターをほぼリアルタイムで監視することが重要です。メトロームプロセスアナリティクスは、2060 TIプロセスアナライザー（図3）という強力なソリューションを提供しています。このマルチパラメーターアナライザーは、炭素回収プラントで使用される苛性吸収液中のアミンとCO₂の同時分析を可能にします。

1. Deaconu, A. Carbon Dioxide Capturing Technologies | EPCM.
2. Executive Summary – CO2 Emissions in 2023 – Analysis. IEA. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2023/executive-summary (accessed 2024-05-21).

AN-PAN-1038 Power generation: analysis of the m-number (alkalinity) in cooling water