最新二酸化炭素メタネーション技術 ④

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救
ったと伝えられる"招き猫"と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備
え。（戦国時代の軍団編成の一種で、あらゆる武具を朱塗りにした
部隊編のこと）の兜（かぶと）を合体させて生まれたキャラクタ。

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二酸化炭素除去 (CDR) には、大気から二酸化炭素 (CO₂) を捕捉し、
陸上、海洋、地層、または製品中に数十年から数千年にわたって貯
蔵することが含まれる。CDR におけるイノベーションは、R&D、特
許、設備投資に代表されるように大幅に拡大。CDRは社会の注目を
集めており、査読済みの科学文献は現在 28,000 件を超える研究
で構成されており、気候変動全体よりも速いペースで増加。
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現在のほぼすべての CDR (99.9% または年間 2 GtCO₂) は、主に植
林と再植林による従来の土地管理に由来する。捕捉された炭素リソ
スフェア、海洋、または製品に貯蔵することを含む新しい CDR方法
から生じるのは、ごく一部 (0.1% または年間 0.002 GtCO₂) だけ
である。これを下に図示する。新しいCDRの例には、炭素回収およ
び貯蔵によるバイオエネルギー (BECCS)、バイオ炭、および炭素回
収および貯蔵による直接空気回収 (DACCS) が含まれる。CO2除去量
は2050年までに1,300倍に増加する必要がある 現在の開発状況と予
想される将来の傾向の両方を含む、


図．現在のすべての二酸化炭素除去のうち、新しい方法によるもの
　はごく一部のみ
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　二酸化炭素除去 (CDR) に関する初の包括的かつ世界的な評価が、
オックスフォード大学から公表された。分析の結果、自然手法（樹
木や土壌の修復など）は２倍にする必要がある一方、直接空気捕捉
などの新技術では2050年までに生産能力を1,300倍に高める必要が
ある。 再生可能エネルギーの近年目覚ましい進歩もあり、太陽光
発電と風力発電は業界アナリスト予測を上回ることがあるが、これ
らおよびその他のクリーン技術の急速成長を考慮しても、現在の排
出削減目標を達成できないと考えている。持続可能な未来担保には、
追加の長期戦略を必要とし、二酸化炭素の回収と貯留の劇的な拡大
が前提となる。



１月20日、最初の「二酸化炭素除去の状況」が報告された。オック
スフォード大学は、CDR 分野の 20 人以上の専門家を招集し、最新
の進歩の全体像と、使用される手法および企業や政府の取り組みレ
ベルに応じた 21世紀の潜在的なシナリオを作成。

温暖化を2℃以下に抑えるには、排出削減を加速する必要があるが、
報告書結果は明らか。①生態系の回復と強化、②新しいCDR手法の
急速な拡大によって、炭素除去も増やす必要もあるとオックスフォ
ード大学スティーブ・スミス博士はいう。多くの新しい手法が可能
性を秘めて登場している、１つまたは２つの選択肢に焦点を当てる
のではなく、ポートフォリオを奨励する必要がある。そうすること
で、１つの手法に過度に依存するのではなく、ネット ゼロを迅速
に達成できるようになる。能力への投資、公的資金による研究、お
よび特許によって測定されるように、CDR におけるイノベーション
は過去２年間で劇的に拡大している温暖化を抑えるためには今世紀
半ばまでにCDR産業が桁違いに成長する必要があることを考えると、
成長を促進するための包括的な政策支援が緊急に必要とされている。
 現在 CDR テクノロジーを開発している２つのClimeworks と Bril-
liant Planet社----前者は、年間 4,000 トンのCO2除去能力を備え
た DAC施設を開発し、自然の鉱化プロセスを通じてガスを永久に貯
蔵する。後者は、沿岸の砂漠地帯に屋外の藻類の池をベースにした
システムを開発し、宇宙からも時々見える季節の海のブルームを再
現できる可能性がある。

これらのプロジェクトは試験段階にあり、人類の年間生産量と比較
してほんのわずかな CO2 削減に過ぎないが、Climeworks と Brill-
iant Planetのどちらも、自社のコンセプトにはスケールアップす
る可能性がある。以下の図に示すように、オックスフォード大学の
レポートには、DACCS、Biochar、BECCS に投資しているさまざまな
企業の合計が含まれており、構築された能力 (四角) と将来の拡張
計画 (丸) が示されている。



 「各手法の網掛け部分は、過去1年間の企業の生産能力発表が今世
紀半ばまでにCDR の社会技術的可能性を満たすまでにどのように成
長するかを示す」と報告書の著者らは話す。
2050年の低値と高値のデータポイントは、生物物理学的限界、経済
的コスト、導入による副作用に依存する最大除去可能範囲を表して
いる。」これらのグラフは対数スケールで、すべてが計画通りに進
めば、今後数十年で指数関数的な進歩が期待できる。
DACCS と BECCS はそれぞれ、2050 年までに年間最大 5GtCO2のCO2
除去の可能性を秘めているが、最良のシナリオでは、バイオ炭は年
間 2 GtCO2に達す。この合計 12 GtCO2は、現在年間 37GtCO2である
人類の年間排出量を大幅に削減することになる。排出削減と森林再
生などの自然な方法を組み合わせることで、何世紀にもわたって蓄
積された二酸化炭素の蓄積をついに逆転させることができる可能性
があり、その蓄積は現在、産業革命以来の累計でほぼ 2,000 GtCO2
に近づいている。

　しかし、これらの予測の下限ははるかに低く、DACCS、バイオ炭、
BECCS のそれぞれで年間わずか 0.5 GtCO2 除去です。 CDR 業界の
成長軌道は多くの要因によって決まりますが、成功は決して保証さ
ない。著者（ドイツ国際安全保障問題研究所）のオリバー・ゲーデ
ン博士は、CDRは私たちにできることではないが、パリ協定の気温
目標を達成に絶対にやらなければならないことだと述べる。 120以
上の国政府がネットゼロ排出目標を掲げており、これはCDRの使用
を意味するが、CDRを開発するための実行可能な計画を持っている
政府はほとんどない。これは大きな不足を示し、現在、CDRに関す
る重要な情報は広範囲に分散しており、アクセスが困難。これが進
歩の妨げとなっていると、ベルリンのメルカトル・グローバル・コ
モンズ・気候変動研究所の応用持続可能性科学部門責任者ヤン・ミ
ンクス氏が言う。CDRの研究、開発、政策の状況は25年前の再生可
能エネルギーと同様に遅れている。この分野での適切な決定と加速
させた進歩には適切なデータが欠かせない。この報告書は、より広
範なCDRコミュニティとともにこの状況を段階的改善に役立つ。 欧
州委員会気候行動総局元所長のアルトゥール・ルンゲ＝メッツガー
氏は、今後数年間、この世界的なCDR報告書は、世界各地の膨大な量
のデータと開発状況を系統的に収集・分析することで、政策立案者
に進捗状況を定期的に知らせ続けることになるだろう」と述べる。


図1.1　二酸化炭素除去 (CDR) として定義されるためには、その方
法は大気から CO2 を回収する必要がある (原則 1)、永続的に保管
する (原則 2)。 両方の原則を満たす方法の例、したがって CDR と
して認定されるのは、植林/再植林 (左) 。 これらのうちの１つだ
けを満たすアプローチがいくつかある。したがって、CDRではないが、
二酸化炭素の回収と利用としてカウントされる (例: 炭素への直接
空気回収)。 燃料（中央）または化石としての炭素回収および貯蔵
（右）。 出典: ゼロエミッション プラットフォーム (2020)

※ボリュムが大きく今回はここまで、俯瞰でき、理解しやすいもの
を記載転記する。残件は適宜掲載する。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この項つづく


画像：温室で成長するCRISPR編集ポプラと野生型コントロール

遺伝子編集された樹木はより持続可能であり、
繊維の生産量を増やすことができる

7 月17日、ノースカロライナ州立大学の研究グループは、CRISPR遺伝
子編集を使用してポプラの木のリグニン含有量を50％も削減しより
持続可能できる、効率的な繊維生産方法を提供できる可能性をもた
らしした。同大学の温室で栽培されている、CRISPR で改変された
ポプラの木 (左) と野生のポプラの木 (右)。
ノースカロライナ州立大学（NCSU）の科学者らは今回、CRISPR遺伝
子編集システムを利用して、木材の特性を改善しながら、木質繊維
の持続可能な生産の大きな障壁となるリグニンのレベルを低下させ
たポプラの木を品種改良した。 Science誌に掲載された彼らの研究
は、繊維生産をより環境に優しく、より安く、より効率的にする可
能性がある。 これにより、紙、ボール紙、繊維、衛生用品などを
含む幅広い消費者向けアイテムや材料が改善される。

研究チームは予測モデリングを使用して、ポプラの木におけるリグ
ニンレベルの低下、炭水化物とリグニン（C/L）の比率の増加、２
つの重要なリグニン構成要素であるシリンギルとグアヤシル（S/G
）の比率の増加という目標を設定した。 研究者らによると、これ
らの化学的特性の組み合わせが繊維生産のスイートスポットを表し
ているという。 私たちはCRISPRを利用して、より持続可能な森林
を構築していますとNCSUの食品・生物処理・栄養科学の特別教授で
論文の共同執筆者であるロドルフ・バラングー氏は話す。 CRISPR
システムは、単一の遺伝子や遺伝子ファミリー以上の編集を行う柔
軟性を提供し、木材の特性を大幅に改善することができる。このア
ルゴリズムは、リグニン生産に関連する 21 の重要な遺伝子を対象
とした、約 70,000 の異なる遺伝子編集戦略を予測および分類し、
時には一度に複数の遺伝子を変更して、347 の戦略に到達しました。
これらの戦略の 99% 以上は、少なくとも 3 つの遺伝子をターゲッ
トにしていました。そこから、研究者らはモデリングが示唆する、
化学的スイートスポットを達成する樹木につながると示唆される７
つの最良の戦略を選択しました。つまり、野生の樹木や未加工の樹
木よりもリグニンが 35% 少ないという。野生の木よりも 200% 以上
高い C/L 比。 S/G 比も野生の木より 200% 以上高かった。 木の成
長速度は野生の木と同様でした。 リグニンは、多くの種類の植物、
特に木材や樹皮の細胞壁の構造に不可欠な複雑な有機ポリマー。
これはこれらの壁の一種の結合剤として機能し、木材に硬度と耐腐
朽性を与えます。リグニンはセルロースに次いで世界で２番目に豊
富な天然ポリマーであり、木材の組成の15% ～ 25%を占める。パル
プおよび製紙産業では、望ましいセルロース繊維を抽出するために
リグニンを木材パルプから広範囲に除去する必要があるため、リグ
ニンが大きな課題となっている。このプロセスは、リグニンの分解
と除去に伴う過酷な化学処理と高エネルギーの使用により、費用が
かかり、環境に悪影響を及ぼします。 世界の紙の消費量は過去 40
年間で２倍以上に増加した。

リグニンの除去には、水酸化ナトリウム、硫化ナトリウム、亜硫酸
などの化学薬品が使用される場合がある。これらは廃棄物の流れか
ら漏洩し、生態系や食物連鎖を汚染する可能性がある。国際エネル
ギー機関（IEA）によれば、この部門は産業からの温室効果ガス排
出量のほぼ2%を占めており、IEAの2050年のネットゼロシナリオに
は届かないと予測されている。これら７つの戦略から、チームは
CRISPR 遺伝子編集を使用して 174 系統のポプラの木を生産した。
温室で6か月間保管した後、それらの木を詳しく調べたところ、い
くつかの品種ではリグニン含有量が最大50%減少し、他の品種では
C-L比が228%増加していることがわかった。


画像：温室栽培のポプラの木[Creidt:Ilona Peszlen]の幹材の横断面

興味深いことに、研究者らによると、最も顕著なリグニンの減少は
4～6個の遺伝子編集を施した樹木で示されたという。単一遺伝子編
集ではリグニンを大幅に減らすことができず、CRISPRを使用して複
数遺伝子を変更すると繊維生産に利点がもたらされる可能性がある
ことが示された。この研究にはパルプ生産工場のモデルも含まれて
おり、樹木のリグニンが減少するとパルプ収量が増加し、パルプ化
の主な副産物であるいわゆる黒液が減少する可能性があり、これに
より工場での持続可能な繊維の生産が最大 40% 増加する可能性が
あることが示唆された。工業規模でリグニンの削減とC/LおよびS/G
比の増加が達成されれば、生産効率の向上により温室効果ガス排出
量も最大20%削減されることになる。 この研究に続いて、研究チー
ムは野外試験を利用して、遺伝子編集された樹木が、管理された温
室環境の外で屋外の生命体によってもたらされるストレスに耐えら
れるかどうかを評価したいと考えている。遺伝学、計算生物学、CR
ISPRツール、生物経済学を組み合わせた樹木育種への学際的なアプ
ローチにより、樹木の成長、発達、森林利用に関する知識が大幅に
拡大した、とノースカロライナ州立大学博士研究員（ダニエル・ス
リス氏）は話す。この強力なアプローチにより、樹木の遺伝学の複
雑さを解明し、繊維生産による二酸化炭素排出量を削減しながら、
生態学的および経済的に重要な木材の特性を改善できる統合ソリュ
ーションを導き出す能力が変わった。
多重ゲノム編集は、気候変動やより少ない土地でより持続可能な生
体材料を生産する必要性によって私たちの天然資源がますます困難
になっている現在、森林の回復力、生産性、利用率を向上させる素
晴らしい機会を提供すると ノースカロライナ州森林バイオテクノロ
ジーグループの責任者は語る。
【関連情報】
１．CRISPR ( clustered regularly interspaced short palindromic repeat;
クリスパー)とは、数十塩基対の短い反復配列を含み、原核生物に
おける一種の獲得免疫系として働く座位である。配列決定された原
核生物のうち真正細菌の4割と古細菌の 9割に見出されており、プ
ラスミドやファージといった外来の遺伝性因子に対する抵抗性に寄
与している。
経緯：CRISPRと呼ばれている反復クラスターは、石野良純らによっ
て1987年に大腸菌で初めて記載された2000年になって、類似の反復
クラスターがその他の真正細菌や古細菌で見つけられ、この時はshort
regularly spaced repeats (SRSR)と名付けられたが、2002年にCRISPRと
命名された。またCRISPRリピート近傍にはヌクレアーゼやヘリカー
ゼをコードするCRISPR-associated (cas)遺伝子群が存在することが
示された[7]。この段階においてはCRISPRの機能や役割は不明であっ
たが、その後の2005年に複数のグループが、CRISPRのスペーサー配
列がファージに由来するものであることを見いだす。最終的に
Barrangouらによって、CRISPRの役割として知られるバクテリオフ
ァージへの耐性獲得機能が実験的に証明されたのが2007年である。

Cas9を応用したゲノム編集技術の開発
一方、CRISPRのDNA切断機構は遺伝子工学的応用にも用いられるよ
うになる。2012年にJinekらがII型CRISPR-Casシステムを構成するC
as9がRNA依存性のDNAエンドヌクレアーゼであることを見出し、生
化学的にCas9による標的DNAの切断が可能であることを示すと、翌
年には同グループを含めた複数のグループが哺乳類細胞のCRISPR-
Cas9システムによるゲノム編集に成功する。また、このゲノム編集
技術に関する特許申請はその後の係争へ繋がる。今日ではゲノム編
集技術の他にも転写制御、イメージング、核酸検出法など、様々な
応用法が検討ないし実用されている。 CRISPR-Cas9システムを発表
したエマニュエル・シャルパンティエとジェニファー・ダウドナは
従来より精度が高く使いやすいゲノム編集手法の開発を評価され、
2020年のノーベル化学賞を受賞した。 via Wikipedia

　　

 
  

【再エネ革命渦論 150: アフターコロナ時代 151】
● 技術的特異点でエンドレス・サーフィング
特異点真っ直中  ㉛ 
最新二酸化炭素メタネーション技術 ④



経済産業省が支援する研究プロジェクトが2012年度から始まってお
り、2014年度以降は国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合
開発機構（NEDO）へと引き継がれ、日本を代表する企業、大学、国
立研究機関等、産学官の連携により研究が進められており、特にポ
イントとなるのは、太陽エネルギーによって水から水素と酸素を作
り出す時、どのくらいの効率で作ることができるかという「太陽エ
ネルギー変換効率」。この人工光合成を工業プロセスの一部として
成り立たせるためには、低コストで効率的で大量生産が可能な技術
であることが求められ、植物の光合成における太陽エネルギー変換
効率（一般的に0.2～0.3%と言われる）を大幅に上回る太陽エネル
ギー変換効率を実現する必要がある。このため、光触媒については
太陽エネルギー変換効率の向上に向けて新しい光触媒を探したり、
実際に触媒を使うための形態にする成型加工技術の研究を進めてい
る。水素と酸素を別々の光触媒で生成する「タンデムセル型光触媒
」では、2016年度に植物の光合成の約10倍となる世界最高の太陽エ
ネルギー変換効率3.0％の光触媒を開発。さらに2017年度には、そ
の効率が3.7％に向上しました。今後もさらなる高精度化を進め、最
終的には太陽エネルギー変換効率10％を目指す。また、人工光合成
の低コスト化に向け、世界初の技術である「混合粉末型光触媒シー
ト」の開発も同時に進行。混合粉末型光触媒シートとは、水に沈め
て太陽光をあてると、1枚のシートで水から水素と酸素を生成するこ
とができるというもの。人工光合成の実用化に不可欠な大面積化、
低コスト化に適している。
【関連最新特許技術】
１．特開2021-127521 粉末光電極、半透明粉末光電極並びにその製
  造方法、及び光電気化学セル 国立大学法人信州大学
２．WO2016/136374 光触媒構造体および光電池 国立研究開発法人
　科学技術振興機構


さて、前出のノースカロライナ州立大学の研究グループのポプラを
遺伝子編集しリグニンの木質比率を低下（炭水化物とリグニン（C/L
）の比率の増加、重要なリグニン構成要素であるシリンギルとグア
ヤシル（S/G ）の比率の増加させ持続可能な木質資材を提案してい
るが、その他に応用が可能であると考える。例えば。①バイオマス
燃料としてのメタンをメタン発酵させることで良質で持続可能な廉
価な製造方法の実現が可能であろう。②また、遺伝子編集で適用可
能な樹木の種類増やし、燃料だけでなく、メタンと再エネ電解水素
からら炭化水素化合物、合成プラスチック及び樹脂、各種化学薬品
、新しい土木建築資材の製造、③さらには、パルプのみならずカー
ボンナノフイバー、新しい木質由来繊維などの製造も可能だろう。
参考に最新のメタン発酵技術事例を掲載する。

【最新メタン発酵特許事例】
※特開2023-85043 メタン発酵方法、メタン発酵促進剤およびその
製造 バイオ燃料技研工業株式会社
【概要】
下図３のごとく、メタン発酵系に有機性廃棄物を投入し、メタンを
含むバイオガスを製造するメタン発酵方法において、メタン発酵促
進剤を、有機性廃棄物と組み合わせて用い、メタン発酵促進剤は、
グリセリンを含有し、ｎ－ヘキサン抽出物質が１０，０００mg/kg以
下であることを特徴とするメタン発酵方法。本発明によれば、メタ
ン発酵促進剤およびその製造方法もさらに提供され、グリセリンを
活用しつつ、有機性廃棄物から、メタンを含むバイオガスを効率よ
く製造することのできるメタン発酵方法、およびメタン発酵を促進
することのできるメタン発酵促進剤を提供する。

図３．実施例で用いた実験装置を示す模式図

風蕭々と碧いの時

John Lennon　Imagine

【 J-POPの系譜を探る：2019年代】

● 今夜の寸評：先端技術で世界一をめざし、世界に貢献。