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Direct Air Capture（DAC）とは｜仕組み・方式比較（1.0/2.0/3.0）・コストと事業化条件を徹底解説

カーボンリムーバル 技術概説
目次

3行サマリー（この記事から分かること）

なぜDACが注目？ ：排出削減だけでは届かない1.5℃目標のため、大気中CO₂の除去が不可欠に。

技術はどう進化？ ：高温型のDAC1.0から、低温・電化型のDAC2.0、複合型のDAC3.0へ。

ビジネスに必要なものは？： 適地選定、貯留インフラ接続、長期契約、信頼性あるMRV。

なぜ「DAC」なのか

世界の平均気温上昇を1.5℃以内に抑えるには、排出削減だけでは足りません。
Direct Air Capture（DAC）は、大気中からCO₂を直接取り除き、地中に恒久貯留したり燃料・素材として再利用できる技術です。
発生源に縛られず、過去の排出にも対応できることから、気候安定化の“最後の切り札”として注目が集まっています。
政策面・資本面での支援も始まり、技術開発と商用化が世界各地で加速しています。

IEAやIPCCは、持続可能なバイオや鉱物化などと並ぶ耐久的なCarbon Dioxide Removal（CDR）の一角としてDACを位置づけています（例：IEA DAC解説）。米国DOEの最新レポートも、DACを国内CDRポートフォリオの重要要素として定義・俯瞰しています（DOE 2025）。

本記事は、DACの世代別（1.0/2.0/3.0）技術分類を軸に、ビジネスと政策の両面から現状と展望を整理し、今後の戦略立案や投資判断に役立つ情報を提供します。

そもそもDACとは？

簡易説明（初心者向け）

Direct Air Capture（DAC）は、屋外の空気（CO2濃度は約420ppm＝0.042%）を装置に通し、CO2だけを選んで捕まえる技術です。捕まえたCO2は濃縮して、①地中に長期貯留（DACCS）するか、②合成燃料・素材などに利用（DAC+U）します。

専門的説明（専門家向けの最小公倍数）

煙突ガスを対象にする従来のCCS（ポイントソース）と違い、発生源の場所に縛られず、削減が難しい残余排出や過去の排出により大気中に蓄積したCO2にも対応できるのが特長です（その分、CO2濃度が薄い空気から集めるため、エネルギー設計が重要になります）。

DACは一般に次のユニット操作で構成されます：
① 吸収／吸着（air contactor）：低圧損設計の接触器で空気と吸着媒体を接触させ、CO2を選択的に取り込む（固体アミン・アルカリ溶液・膜／電気化学など）。
② 再生（release）：媒体からCO2を放出して媒体を回収。ドライバーは熱、真空、電圧、pH、湿度など。
③ 濃縮・圧縮：CO2を乾燥・精製のうえ、輸送・貯留仕様（概ね100–150 bar）まで圧縮。
④ 貯留／利用：深部塩水帯水層などへの地質貯留、または合成燃料・炭酸塩化・素材用途へ。

材料・媒体（固体／溶液／膜）、再生ドライバー（熱・真空・電位・pH・湿度・圧力）、運転（温度・圧力・スイング方式）の組合せで多様なアーキテクチャが成立します。
米DOEはDACを「再生可能な媒体または機械的エアコンタクタを用い、大気からCO2を分離する閉ループ技術」と定義しており、MRVでは正味除去量＝回収量−（エネルギー・輸送等の排出）で評価するのが基本です。

DACの歴史と政策動向

研究・商用化の歴史

  • 2009–2018年：初期のDAC1.0（固体アミン吸着・水酸化物溶液吸収）が確立。Carbon Engineeringが2018年に発表した研究で、長期的な除去コストとエネルギー要件の目安を提示。
  • 2021–2024年：Climeworksが実証運転から商用化へ移行。2024年にはアイスランドでMammothが稼働開始（設計能力36,000 tCO2/年）。
  • 2024–2025年：米DOEがDAC HubsやDAC Prizeを実施、EUのCRCF（Reg. 2024/3012）など制度整備が進展。
  • 2024年：1PointFiveとMicrosoftがDAC由来CDRとして当時世界最大規模の50万t購入契約を締結（価格非公開）。

政策・規制・インセンティブ（JP/US/EU）

US：IRAの45QでDAC地中貯留は最大180$/t。DOEはDAC Hubs・CDR Purchase Pilot等で市場形成を後押し（DOE CDR）。
EU：CRCFが耐久的除去の認証基盤を整備（Reg. 2024/3012）。
JP：2024年に二酸化炭素の貯留事業に関する法律（CCS事業法）成立。海域貯留の許可制度やモニタリング等の枠組みが整備され、将来的なDACCS受け皿となる基盤が整いました（経産省）。

DACの「世代（1.0/2.0/3.0）」とは？

本記事では、Extantiaの整理にならい、以下の定義を採用します。

世代簡単な説明主な特徴主な課題代表企業例
DAC1.0熱再生型 – 溶媒・固体吸着材を高温熱や真空で再生

商用実績豊富、大規模連続運転向き高温熱需要が大きくコスト低減余地に限界Carbon Engineering、 Climeworks、 Heirloom
DAC2.0非熱ドライバー型 – 電圧・pH・膜・湿度で低温再生

再エネ追従、モジュール量産性、低温運転材料耐久性や商用規模での実証データ不足Verdox、 RepAir Carbon、 Mission Zero、 Avnos
DAC3.0ハイブリッド最適化型 – 複数方式を組み合わせBOP簡素化・電化促進再エネ同期や分散配置に適合、量産設計向き商用実績とコスト検証は初期段階Phlair、 Greenlyte Carbon Technologies、 Parallel Carbon、 Yama

各世代における技術概要と代表的な企業

DAC1.0：熱再生（液体/固体/鉱物ループ）

1-1. 液体溶媒吸収（KOH/NaOH）＋Caループ

原理：アルカリ溶液でCO2を吸収→炭酸塩→高温カルシネーション（～900℃）で再生。

1-2. 固体吸着（アミン等）＋TVSA／s‑TVSA

原理：アミン担持固体へ吸着→80–120℃＋真空（必要に応じて蒸気支援）で再生。

1-3. 鉱物ルーピング（石灰系）

原理：水酸化カルシウム等を大気中CO2と反応→炭酸塩→焼成で再生。

DAC2.0：非熱ドライバー（電位・電気化学・膜・湿度）

2-1. エレクトロスイング吸着（ESA）

原理：レドックス活性材料の電位切替で、等温条件でCO2の吸脱着を行う（熱再生不要）。

2-2. 電気化学DAC（イオン選択膜／AEM等）

原理：電気化学セルに電流を流し、イオン選択膜を介して希薄CO2を連続的に濃縮・放出（完全電化・無加熱）。

2-3. 電気化学分離（溶液吸収 × 膜電気透析/BPMED）

原理：溶液でCO2を吸収後、双極膜電気透析（BPMED）などで酸塩基を再生しつつ低温でCO2を放出（熱再生不要）。

2-4. 湿度スイング吸着（MSA）／受動型

原理：乾燥環境で吸着、加湿で脱離。受動通風とも相性が良く、送風動力の低減が見込める。

2-5. 膜分離（ガス分離膜・m-DAC）

原理：ガス分離膜で空気中のCO2を選択的に透過させ、透過側で濃縮（主な動力は送風/加圧の電力）。

DAC3.0：ハイブリッド最適化型

3-1. pHスイング × 電解による吸収液再生

原理：液体吸収法でCO2を取り込み、pHスイングで脱離。吸収液は電解で再生し、BOP（補機）を簡素化しつつ再エネ変動にも追従。

3-2. 低温熱 ＋ 電圧ハイブリッド

原理：低温熱による吸脱着と電位差による濃縮を組み合わせ、エネルギー効率と装置構成の複雑性を最適化。

  • 代表企業：Yama

（参考）Direct Ocean Capture（DOC）

DOC（Direct Ocean Capture）は、海水中に含まれる溶存無機炭素（DIC：溶存CO₂、炭酸イオン、重炭酸イオンの総量）バランスを、 電解や選択透過膜などのプロセスで人工的に調整し、海水と大気の間に存在するCO₂分圧差を拡大します。
これにより、大気中のCO₂が自然に海水へ吸収される速度を高め、最終的に回収したCO₂を耐久的に貯留または利用することが可能になります。

この手法は、DACと同様に場所を選ばずにCO₂を除去できる利点がありますが、処理対象が空気ではなく海水であるため、 水処理技術・海洋化学・エネルギー効率設計などの異なる技術的課題があります。 また、海洋生態系やアルカリ度への影響評価、規制の整備も今後の重要テーマです。

代表企業： Captura ／ Equatic

方式別の要点比較

世代技術分類代表的な再生温度公表エネルギー要件（1tCO2あたり／GJ）代表企業/案件
DAC1.0液体溶媒（KOH）＋Caループ〜900℃天然ガス 5.25 GJ ＋ 電力 1.32 GJ、または 天然ガス 8.81 GJ ※1Carbon Engineering／STRATOS
固体吸着（TVSA）80–120℃熱 3–6 GJ ＋ 電力 1.50 GJ ※2Climeworks（Mammoth 36 kt/年）
鉱物ループ（石灰系）〜900℃総電力 9.00 → 5.40 GJ 目標 ※3Heirloom
DAC2.0エレクトロスイング吸着（ESA）周囲温度0.49–1.00 GJ ※4Verdox
電気化学DAC（イオン選択膜／AEM等）周囲温度< 2.16 GJ ※5RepAir Carbon
電気化学分離（溶液吸収 × BPMED/pH制御）低温（〜周囲）≤ 2.88 GJ ※6Mission Zero
湿度スイング（MSA）／受動型低温（〜周囲）公表定量値は限定的（高純度不要時に低エネ傾向）Carbon Collect／Avnos
膜分離（ガス分離膜・m-DAC）周囲温度N/A（公表定量値不足） ※7Carbon Xtract
DAC3.0液吸収 × 電解再生（pH）／受動接触ハイブリッド低温N/A（商用公開データ不足）Phlair／Greenlyte／Parallel Carbon
低温熱 ＋ 電圧ハイブリッド低温N/A（商用公開データ不足）Yama

注記： すべての数値は GJ（ギガジュール）で統一表示。元データがkWh表記の場合は 1 GJ = 277.78 kWh で換算。
脚注リンク：
※1：Keith et al., Joule (2018)
※2：IEA DAC解説
※3：Heirloom Blog (2023)
※4：Voskian & Hatton, E&ES (2019)
※5：EEPower（RepAir, 2024）
※6：Mission Zero Lab Notes
※7：Carbon Xtract 技術ページ

DAC事業成立の条件：立地・電源・契約・MRVにおける着目点

1）サイト条件×電源・熱源

DAC1.0は、高温熱を利用する方式（例：液体吸収や鉱物ループ）が中心で、大規模・連続運転に適しています。 一方で、高温熱の確保方法やプラント内での熱統合設計が、LCOC（除去コスト）に大きく影響します。天然ガスや工業炉などの安定した熱源を確保できる立地が有利です。

DAC2.0やDAC3.0は、低温熱または電力主体の方式が多く、産業廃熱やヒートポンプの活用、さらに再生可能エネルギーの変動出力に追従する柔軟運転が設計しやすい特長があります。これにより、需要や資金計画に応じて分散配置や段階的なモジュール増設が可能です。

ただし、いずれの世代のDACであっても、回収したCO₂を恒久的に隔離するためには、CO₂輸送・貯留インフラへの接続が不可欠です。具体的には、ハブ型インフラ（複数の回収拠点と貯留拠点を接続する共用設備）の整備や、CO₂パイプライン、深部塩水帯水層（Deep Saline Aquifer）などの地質貯留層へのアクセスが鍵となります。

米国では、DOE DAC Hubsプログラムがこうした拠点整備を推進しており、選定された地域ではDACプラントとCO₂貯留施設を接続する大規模なインフラ開発が進行中です。これらの整備は、プロジェクトの立ち上がり速度やコスト競争力、そして長期的な運転安定性を大きく左右します。

2）オフテイクと金融組成

長期オフテイク契約（CO₂除去クレジットの長期購入契約）は、DACプロジェクトの資金調達において極めて重要です。 例えば、Microsoftと1PointFiveの合意に見られるように、信用格付けの高い企業が10年単位でCO₂除去を購入する契約を締結すると、そのプロジェクトは将来の収益が安定的に確保された状態となります。

このような収益の予見性は、金融機関や機関投資家から見たプロジェクトのバンクアビリティ（融資適格性）を大きく向上させます。結果として、低金利での融資や、より有利な条件でのエクイティ投資が可能となり、最終的に資本コスト（WACC）の低減につながります。

さらに、政府によるCO₂除去クレジットの試験的購入も市場形成において重要です。 例えば、米国エネルギー省（DOE CDR Purchase Pilot）では、一定量のCDRクレジットを公的に購入することで、初期市場における価格の目安（価格シグナル）を提示し、プロジェクト開発者や投資家の信頼性向上に寄与しています。

こうした長期民間契約と政府によるパイロット的購入の組み合わせは、DACを含むCDR市場の価格発見と資金調達環境の改善に直結する重要な施策です。

3）MRV・認証と価格帯の現実

MRV（測定・報告・検証）の標準化は、「信頼できる炭素除去」を担保するための基盤です。 この仕組みが整備されることで、除去量の正確性や恒久性、そして追加性（additionality）が第三者によって確認され、市場や政策当局からの信頼を得やすくなります。

近年では、主要なカーボンクレジット・レジストリがDAC向けの専用方法論やモジュールを整備し始めています。 例えば、VerraはDACを含む直接空気回収技術に適用できる「VM0049」方法論を発表し、これをモジュール化することで異なる技術タイプ間でも共通のMRVフレームワークを活用可能にしました。
また、Puro.earthも独自のCarbon Removal Certificates（CORCs）を発行し、DACを含む複数の除去技術に対応する認証基準を整備しています。

こうした標準化の進展は、プロジェクト開発者がクレジットを発行しやすくし、バイヤーが比較・評価しやすい市場環境を作り出すだけでなく、長期契約や金融調達の信頼性向上にも直結します。

コストは方式・立地・スケールで幅がありますが、ExtantiaはDAC 1.0の$100/t到達は難しい一方、DAC 2.0/3.0では学習率次第で到達可能性を論じ、また“$100/t”は2016年ドル起点でありインフレ調整では$130/t相当である点に注意を促しています（Extantia）。

参考リンク集

基礎・レビュー

企業・プロジェクト

政策・認証

略語集

  • DAC：Direct Air Capture（直接空気回収）
  • DOC：Direct Ocean Capture（直接海洋回収）
  • CDR：Carbon Dioxide Removal（CO2除去）
  • DACCS：DAC＋耐久的貯留（CCS）
  • TVSA：Temperature/Vacuum Swing Adsorption（温度・真空スイング吸着）
  • VSA：Vacuum Swing Adsorption（真空スイング吸着）
  • s-TVSA：Steam-assisted TVSA（蒸気支援型TVSA）
  • ESA：Electro-Swing Adsorption（電気スイング吸着）
  • MSA：Moisture Swing Adsorption（湿度スイング吸着）
  • BPMED：Bipolar Membrane Electrodialysis（二重膜電気透析）
  • MRV：Measurement, Reporting and Verification（計測・報告・検証）
  • CRCF：EU Carbon Removal Certification Framework（EU炭素除去認証枠組み）
  • 45Q：米国税額控除（DAC地中貯留で最大180$/t）
  • IEA：International Energy Agency（国際エネルギー機関）
  • DOE：U.S. Department of Energy（米国エネルギー省）
  • S-DAC：Solid-sorbent DAC（固体吸着型DAC）
  • L-DAC：Liquid-solvent DAC（液体溶媒型DAC）
  • pHスイング：電解でpHを可逆に変化させて吸収・脱離を行う方式
カーボンリムーバル 技術概説
Avnos CDR Climeworks Direct Air Capture Greenlyte Parallel carbon Phlair RepAir 技術概説
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この記事を書いた人

脱炭素メガネのアバター 脱炭素メガネ

・ニックネーム：脱炭素メガネ
・所属：国内大手エネルギー企業
・担当領域：新規事業開発（経験10年以上）
・主なテーマ：次世代再エネ、カーボンリムーバル（DAC/DOC/BECCS/CCUS）、グリーン水素（AEM/PEM等）、LDES、次世代原子力（SMR）、核融合 など
・役割：クライメートテック分野の全社的な戦略策定・実行のリード、スタートアップ出資（スカウティング〜評価〜実行）

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