【キーワード定義】
- 電気化学的アプローチ (Electrochemical Approach): 電極反応を用いて海水中の化学種を直接変換し、溶存無機炭素（DIC）を分離・回収する技術。膜分離法とは異なり、物理的な濾過ではなく化学反応を駆動原理とする。
- 水の電気分解 (Water Electrolysis): 水に電圧を印加し、水素（H₂）と酸素（O₂）に分解するプロセス。この反応に伴い、陰極（カソード）で水酸化物イオン（OH⁻）、陽極（アノード）で水素イオン（H⁺）が生成され、局所的なpH変化を引き起こす。
- 二極膜 (Bipolar Membrane): 水を水素イオン（H⁺）と水酸化物イオン（OH⁻）に解離させる特殊なイオン交換膜。これを電気化学セルに組み込むことで、一方の流路を酸性、もう一方をアルカリ性に分離できる。
【導入】
前シリーズでは、海水からCO2を「物理的に濾し取る」という膜分離アプローチの可能性と、バイオファウリングという宿命的課題を深く掘り下げた。本章から始まる新シリーズでは、全く異なる哲学に基づくDOC技術――電気の力で海水中の化学反応を直接制御し、CO2を分離・回収する「電気化学的アプローチ」のフロンティアに足を踏み入れる。この手法は、膜分離法が抱えるファウリングの問題を原理的に回避し、副産物として水素を生成する可能性すら秘めている。本章では、その根幹をなす電気分解応用の基本構造と、その動作原理を解明する。
【1. 科学的原理と国際的文文脈】
電気化学的アプローチの核心は、電極表面で水の電気分解を意図的に起こし、その結果生じる局所的なpH変化を利用して、海水中の炭酸化学平衡を自在に操ることにある。基本構造は大きく二つに分類される。
- pHスイング法（沈殿・再溶解）:
- 海水を電気分解セルに導入し、陰極（カソード）で水の還元反応（2H₂O + 2e⁻ → H₂ + 2OH⁻）を起こす。
- 生成した水酸化物イオン（OH⁻）により、陰極周辺の海水はアルカリ性になる。このpH上昇により、海水中の炭酸水素イオン（HCO₃⁻）が炭酸イオン（CO₃²⁻）に変換され、カルシウムイオン（Ca²⁺）などと反応して炭酸カルシウム（CaCO₃）として沈殿する。
- この炭酸カルシウムを分離し、別のリアクターで陽極（アノード）で生成した酸性の水と反応させることで、高濃度のCO₂ガスとして回収する。
- 二極膜法（酸・アルカリ分離）:
- 二極膜を挟んだ電気分解セルを用いる。電圧をかけると、二極膜が水をH⁺とOH⁻に解離させる。
- これにより、一方の区画は酸性に、もう一方はアルカリ性になる。
- 酸性になった区画に海水を通すと、炭酸水素イオン（HCO₃⁻）がプロトン（H⁺）を受け取り、気体のCO₂に変換される（HCO₃⁻ + H⁺ → H₂CO₃ → H₂O + CO₂）。このCO₂ガスを回収する。
- 一方、アルカリ性になった海水はCO2が除去された状態で海に戻され、大気からのCO2吸収ポテンシャルが高まる。
Global Context (国際的文文脈):
この分野は、米国のEquatic（UCLA発）やEbb Carbon（スタンフォード大学発）といったスタートアップが技術開発を牽引しており、それぞれが独自のアプローチでパイロットプラントを建設・稼働させている。特にEquaticは、水の電気分解でCO2を鉱物化させると同時に、副産物としてグリーン水素を生成するプロセスを実証し、炭素クレジットと水素販売の二つの収益源を追求している。これらの技術は、従来の化学プラントのような高温・高圧を必要とせず、常温・常圧で運転できる点も特徴である。
【2. カーボンクレジット化の論点】
電気化学的アプローチは、エネルギーと物質の変換を直接扱うため、クレジット化の論点も極めて明確である。
- エネルギー消費とリーケージ（最重要論点）: このアプローチは本質的にエネルギー集約型である。CO2除去1トンあたりに消費される電力量（kWh/t-CO2）が、技術の成否を分ける最重要指標となる。この電力が再生可能エネルギー由来でなければ、発電に伴うCO2排出（リーケージ）が除去量を相殺、あるいは上回ってしまう。
- ファラデー効率とMRV: 投入した電流のうち、どれだけが目的の反応（H⁺/OH⁻生成）に使われたかを示す「ファラデー効率」は、除去量を算定する上で不可欠なパラメータとなる。実際のCO2除去量は、処理水量の実測値と、このファラデー効率、そして入口と出口のDIC濃度の差から厳密に計算される。
- 副産物の炭素会計: 水素や酸素、あるいは海水中の塩化物イオンが酸化されて生成する塩素など、副産物の取り扱いは炭素会計を複雑にする。特に、生成した水素を販売する場合、その水素がどの市場で、何を代替するのか（例：化石燃料由来のグレー水素を代替するのか）によって、プロジェクト全体のCO2削減効果の評価が変わってくるため、二重計上を避けるための厳密なLCAが求められる。
【3. 日本市場の展開と政策環境】
日本は、電気化学分野において世界有数の技術的蓄積があり、このアプローチは大きな好機となりうる。
Japan Focus (日本市場文脈):
日本には、ソーダ電解、燃料電池、めっき技術などで培われた高度な電極・電解槽技術が存在する。特に、電極の触媒設計や、イオン交換膜の製造技術（例：旭化成、AGC）は世界トップレベルであり、これらをDOC向けに最適化することで、エネルギー効率を飛躍的に高められる可能性がある。課題は、前シリーズと同様に国内の再エネ電力のコストと安定供給、そして沿岸域でのプラント建設に対する漁業関係者などとの合意形成である。
【4. 経済的実行可能性とリスク】
このアプローチの経済性は、電力コストと副産物の価値という二つの要素に強く依存する。
- OPEXの大部分を占める電力コスト: 事業の採算性は、安価な再生可能エネルギーをいかに大量に確保できるかにかかっている。電力価格の変動が、事業リスクに直結する。
- 副産物による収益モデル: 炭素クレジット収入に加え、副産物であるグリーン水素の販売が、プロジェクトの経済性を下支えする第二の柱となりうる。水素市場の価格動向が、事業計画の重要な変数となる。
- 電極の耐久性とスケーリングリスク: 電極は過酷な環境に晒されるため、触媒の劣化や、海水中のミネラル分が電極表面に付着するスケーリング（析出）が避けられない。電極の寿命と交換コストは、長期的なO&Mコストを左右する主要因である。
【5. 今後の展望と次ステップへの布石】
電気化学的アプローチは、膜分離法のバイオファウリング問題を回避し、水素という高価値な副産物を生み出すという、大きなアドバンテージを持つ。しかしその心臓部は、エネルギーを物質に変換する「電極」であり、その性能と寿命がすべてを決定づける。
このプロセスは、海水からCO2を取り除いたアルカリ性の水を排出する。この「仕事の後」の水をどう管理し、システム全体としていかに連続的かつ安定的に運転を続けるか。その鍵は、電極の性能を維持し、再生する技術、そしてシステム全体の物質循環を最適化する設計思想にある。次章では、この連続運転を実現するための核心技術、「電極再生と連続運転設計」に迫る。
【ブルーカーボンクレジット創出への接続】
- 認証スキームとの関係:
新規方法論（New Methodology）の開発が必須。その際、エネルギー消費量の計測方法、ファラデー効率の算定根拠、そして副産物（特に水素）に関するLCAと二重計上回避のロジックが、第三者機関による最も厳しい審査対象となる。 - クレジット発行プロセスにおける役割:
プロジェクト設計書（PDD）には、電解槽の技術仕様、使用電力の契約書（再エネ由来であることの証明）、そして副産物の販売計画などを詳細に記述する必要がある。**検証（Verification）**では、これらの計画値と実際の運転データ（電力消費量、水素生産量、CO2除去量）との整合性が問われる。
次ステップとの関係:
本章は、電気化学的アプローチの「基本原理」を理解した。次章では、この原理を現実のプラントで「持続的に運転する」ための、より実践的なシステム設計と技術的課題に焦点を移す。
