二酸化炭素とは？わかりやすく解説

二酸化炭素
	IUPAC名二酸化炭素; Carbon dioxide
	別称炭酸ガス; ドライアイス（固体）; R-744 （冷媒）; R744 （冷媒の別表記）
識別情報
CAS登録番号	124-38-9
EC番号	204-696-9
E番号	E290 (防腐剤)
KEGG	D00004
RTECS番号	FF6400000
	SMILES C(=O)=O;
	InChI InChI=1/CO2/c2-1-3;
特性
化学式	CO2
モル質量	44.01 g mol−1
外観	無色気体
密度	1.562 g/cm3（固体、1 atm, −78.5 °C); 0.770 g/cm3（液体, 56 atm, 20 °C); 0.001977 g/cm3（気体, 1 atm, 0 °C）
融点	−56.6 °C, 216.6 K,-69.88°F (5.2 atm, 三重点)
沸点	−78.5 °C, 194.7 K,-109.3°F (760 mmHg, 昇華点)
水への溶解度	0.145 g/100cm3 (25 °C, 100 kPa)
酸解離定数 pKa	6.35
構造
結晶構造	立方晶系（ドライアイス）
分子の形	直線型
双極子モーメント	0 D
熱化学
標準生成熱 ΔfHo	−393.509 kJ mol−1
標準モルエントロピー So	213.74 J mol−1K−1
標準定圧モル比熱, Cpo	37.11 J mol−1K−1
危険性
安全データシート(外部リンク)	ICSC 0021
引火点	不燃性
関連する物質
その他の陰イオン	二硫化炭素
その他の陽イオン	二酸化ケイ素; 二酸化ゲルマニウム; 二酸化スズ; 二酸化鉛
関連する化合物	一酸化炭素; 炭酸
	特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

二酸化炭素（にさんかたんそ、英: carbon dioxide）は、炭素の酸化物の一つで、化学式が ${\ce {CO2}}$

二酸化炭素の状態図 1:固体、2:液体、3:気体、4:超臨界状態、A:三重点、B:臨界点

常温常圧では無色無臭の気体。常圧では液体にならず、−79 °C で凝華して固体（ドライアイス）となる。水に比較的よく溶け、水溶液（炭酸水）は弱酸性を示す。このためアルカリ金属およびアルカリ土類金属の水酸化物の水溶液および固体は二酸化炭素を吸収して、炭酸塩または炭酸水素塩を生ずる。高圧で二酸化炭素の飽和水溶液を冷却すると八水和物 ${\ce {CO2.8H2O}}$

ハワイ島マウナロア火山で観測された二酸化炭素の大気中濃度（Y軸が 310 ppm から始まっていることに注意。また周期的に濃度が上下しているのは、冬と夏とで植物が吸収する二酸化炭素の量が異なるためである。植物が枯れる冬は、夏に比べ植物の二酸化炭素の吸収量は低下する）。

二酸化炭素は赤外線の 2.5 - 3 μm、4 - 5 μm の波長帯域に強い吸収帯を持つため、地上からの熱が宇宙へと拡散することを防ぐ、いわゆる温室効果ガスとして働く。

二酸化炭素の温室効果は、同じ体積あたりではメタンやフロンに比べ小さいものの、排出量が莫大であることから、地球温暖化の最大の原因とされる。

→「地球温暖化の原因」も参照

世界気象機関 (WMO) は2015年に世界の年平均二酸化炭素濃度が400ppmに到達したことを報じたが^[26]、氷床コアなどの分析から産業革命以前は、およそ280 ppm (0.028 %) の濃度であったと推定されている。濃度増加の要因は、主に化石燃料の大量消費と考えられている。

→「IPCC第4次評価報告書」も参照

また、二酸化炭素そのものの海水中への溶存量が増えることによって海水が酸性化し、生態系に悪影響を与える海洋酸性化も懸念されている。

→「地球温暖化の影響」も参照

1997年には京都議定書によって二酸化炭素を含めた各国の温室効果ガス排出量の削減目標が示され、各国でその削減を努力することを締結した。

その手法は多岐に亘る。エネルギーや農業・畜産業など人為起源の二酸化炭素の排出量を抑制する努力、および森林の維持・育成や二酸化炭素回収貯留 (CCS) 技術の開発など、二酸化炭素を固定する努力が進められている。また排出権取引などを活用して、世界的に二酸化炭素の排出量を削減を促進する努力も行われている。

→「地球温暖化への対策」も参照

2013年5月、米国ハワイ州のマウナロア観測所、サンディエゴのスクリップス海洋研究所の観測で日間平均二酸化炭素量が人類史上初めて400ppmを突破したことが発表された^[27]。

2024年7月現在は426 ppm（0.042%）で、産業革命前と比較して50%以上増加している^[28]。

世界平均濃度の算出

二酸化炭素濃度は様々な研究機関によって世界各地で測定されているが、それらは必ずしも統一的な基準で測定されているとは限らない（つまり各測定値の比較可能性が保証されていない場合がある）。世界気象機関 (WMO) の全球大気監視 (Global Atmosphere Watch) プログラムは世界各地で統一した基準や手法で二酸化炭素濃度を含む様々な地球の大気成分の測定を行っている^[29]。そして、それを用いた世界平均された二酸化炭素濃度は、WMO温室効果ガス年報（WMO Greenhouse Gas bulletin）で発表されている。これは気候変動枠組み条約の締約国会議に合わせて毎年1回刊行され、この世界平均濃度は世界の主要メディアによって報道されている。また、全球大気監視プログラムにおける各地の測定データは、WMO温室効果ガス世界データセンター (World Data Centre for Greenhouse Gases) から無償で公開されている（データを利用する場合には利用ポリシーに従う必要がある）。このデータセンターはWMOから委託を受けて日本の気象庁が運営している。

懐疑論

二酸化炭素に関連する地球温暖化に対する懐疑論はいくつか存在し、反論されている。

（主張）植物の生長を促進させる（CO2施肥効果）ため、大気中の二酸化炭素量の増加は有益である。
- （反論）温室では二酸化炭素量に限らず、水・土壌の栄養なども人間に管理されているが、屋外の状況は複雑で、地球温暖化によって引き起こされる旱魃や、より多くの害虫などに対処しなければならない^[30]^[31]。高すぎる二酸化炭素濃度により、光合成の減少と作物の栄養低下も発生するという報告もある^[30]。植物は二酸化炭素だけを利用して生長するわけではなく、総合的に見れば悪影響の方が大きい^[30]^[31]^[32]。
（主張）大気中の二酸化炭素の割合は0.04%だけなので大したことはない。
- （反論）1850年から2022年までの間に人間の活動により1兆トンの二酸化炭素が排出されているため、急速な気候変動が起こっている^[33]。割合ではなく量で見る方が適切である^[33]。
（主張）二酸化炭素による温室効果は「飽和」するため、一定以上の量になると温室効果は強化されなくなる。
- （反論）二酸化炭素は赤外線を絶えず放射・吸収し、事実上無限に温室効果を発揮する^[34]。実際の衛星・地表観測でも、二酸化炭素の増加で温室効果が強化されていることが確認されている^[34]。
（主張）二酸化炭素の増加の主な原因は人間の活動ではなく、自然由来である。
- （反論）自然由来の二酸化炭素は植物の光合成や海などの吸収源で相殺されるが、人間の活動に由来する二酸化炭素の排出は自然による吸収が追いつかないほど大量である^[35]。1900年以降の地球温暖化は、人間の活動による温室効果ガス（主に二酸化炭素）の排出がほとんどの原因である^[36]。

二酸化炭素の回収・資源化・分離

上記のような地球温暖化を抑制するため、二酸化炭素の新たな排出を減らす努力だけでなく、工場・火力発電所などの排気に含まれる二酸化炭素の回収（前述のCCS）のほか、大気からの二酸化炭素回収（DAC=Direct Air Capture, ダイレクト・エア・キャプチャー）により、大気から切り離す技術が開発されている。二酸化炭素の新たな排出抑制だけでは地球温暖化の緩和には不十分で、植林による光合成促進やCCS、DACといった「負の排出」（ネガティブ・エミッション）が必要という危機感が技術開発の背景にある。DACはアメリカ合衆国やカナダ、スイスなど15カ所の施設があり（2021年時点）、日本も『グリーン成長戦略』で2050年の実用化を掲げた。スイスのクライムワークスのように排出権取引を利用して既に商業化した企業も登場している。DACには以下の方式がある^[37]。

溶液を使う化学吸収・吸着法
固体に吸着させる物理吸着法
膜分離法
空気を冷やしてドライアイス化させる深冷法

こうして得られた二酸化炭素は地中に貯留したり、プラスチックや医薬品などの原料として利用したりする。アミンや水酸化カリウムに吸収させる手法のほか、九州大学では大気中の窒素を通しにくく、二酸化炭素を通しやすい膜を開発した^[38]。

東京工業大学などは、電気化学触媒としてレニウム錯体を使うことで、二酸化炭素の濃度が低くても効率よく回収できる手法の開発を2018年に発表している^[39]。東京工業大学ではこれに先立ち、岩澤伸治らが、二酸化炭素を炭化水素と反応させる有機合成反応を開発した。触媒としてロジウムを用い、炭素と水素の結合を弱めて反応させる。大気圧で反応が進むが、特定の化合物やアルミニウムが必要になるなどの実用化に向けた課題もある^[40]。

CCUS/カーボンリサイクル^[41]^[42]
CO₂回収	利用	カーボンリサイクル	化学品含酸素化合物（ポリカーボネート、ウレタンなど）バイオマス由来化学品汎用物質（オレフィン、BTXなど）
			燃料微細藻類バイオ燃料（ジェット燃料・ディーゼル） CO2由来燃料またはバイオ燃料（微細藻類由来を除く）（メタノール、エタノール、ディーゼルなど）ガス燃料（メタン）
			鉱物コンクリート製品・コンクリート構造物炭酸塩など
			その他ネガティブ・エミッション（BECCS, ブルーカーボンなど）
		CO₂の直接利用	溶接用途（シールドガス）食品用途（米麦燻製、冷凍食品製造、ドライアイス）飲料用途（ワイン醸造、炭酸飲料）農業（施設園芸や植物工場における CO2 施肥）溶剤用途（抽出溶媒としての超臨界 CO2）赤泥処理用途（ボーキサイト残渣の中和）など
		増進回収法 EOR (Enhanced Oil Recovery)
	貯留

脚注

[脚注の使い方]

注釈

^ 肥料、清涼飲料製造用の自家使用分は除く。
^ 当該工場で他の製品の原材料用、加工用、燃料用として消費されたものをいう。従って他の工場での生産に消費した量は含まない。

出典

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外部リンク

Carbon dioxide （英語） - Encyclopedia of Earth「二酸化炭素」の項目。
国際化学物質安全性カード二酸化炭素 (ICSC:0021) 日本語版(国立医薬品食品衛生研究所による), 英語版
『二酸化炭素』 - コトバンク

[17] 肥料、清涼飲料製造用の自家使用分は除く。

[18] 当該工場で他の製品の原材料用、加工用、燃料用として消費されたものをいう。従って他の工場での生産に消費した量は含まない。

[Merck-1] Merck Index 12th ed., 1857.

[2] カーボンフリーな水素社会の構築を目指す「水素基本戦略」経済産業省資源エネルギー庁（2018年2月13日）2019年1月27日閲覧

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[4] 玉置元則、正賀充、平木隆年、守富寛「地球温暖化ガス: 亜酸化窒素の人為的排出 (1)」『環境技術』第2巻第9号、環境技術学会、1994年、47-53頁、doi:10.5956/jriet.23.575。

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[6] 2014 年度（平成26年度）の温室効果ガス排出量（確報値）＜概要＞環境省 (PDF)

[7] 二酸化炭素(CO2)の人体における影響沖縄CO2削減推進協議会 (PDF)

[8] 佐藤暢，飯野守男 (2016). “厚労省も陥ったか，ヒューマンエラーと二酸化炭素中毒事故にまつわる謎”. 麻酔・集中治療とテクノロジー 2016: 87-96. https://jsta.net/pic/magic.pdf.

[9] “世界のCO₂濃度危険水準の400ppmにWMOが2015年に過去最高と発表”. Science Portal - 科学技術の最新情報サイト「サイエンスポータル」. 2022年8月17日閲覧。

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[24] Zhang, Shanshan; Sun, Jiahui; Feng, Dandan; Sun, Huili; Cui, Jinyu; Zeng, Xuexia; Wu, Yannan; Luan, Guodong et al. (2023-06-09). “Unlocking the potentials of cyanobacterial photosynthesis for directly converting carbon dioxide into glucose” (英語). Nature Communications 14 (1): 3425. doi:10.1038/s41467-023-39222-w. ISSN 2041-1723.

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[37] Herring, David (2020年10月29日). “Doesn't carbon dioxide in the atmosphere come from natural sources?”. アメリカ海洋大気庁. 2024年9月10日閲覧。

[38] Johnson, Scott (2019年7月9日). “On Fox News, Patrick Michaels falsely claims humans are only responsible for half of global warming”. Science Feedback. Climate Feedback. 2024年9月10日閲覧。

[39] 【サイエンスReport】挑戦カーボンゼロ／CO2削減究極の技術「DAC」海外で商業化『読売新聞』朝刊2021年9月5日くらしサイエンス面

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[42] 「※記事名不明※」『朝日新聞』朝刊2011年1月25日22面

[43] 経済産業省 (7 June 2019). カーボンリサイクル技術ロードマップ (PDF) (Report).

[44] 福田佳之. “資源としてのCO2の利用は温室効果ガス削減の切り札となるか”. 東レ経営研究所. 2021年11月16日閲覧。

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分子式：	CO₂
その他の名称：	二酸化炭素、Carbon dioxide、炭酸無水物、炭酸ガス、Carbonic acid gas、Dry ice、Carbonic anhydride、ドライアイス、Methanedione、Dioxocarbon、Carbon dione、液化炭酸ガス、Liquefied carbondioxide
体系名：	炭素ジオン、メタンジオン、ジオキソ炭素、炭素ジオキシド

表話編歴炭素の無機化合物
酸化物と誘導体	酸化物 CO₂ CO C₃O₂ C₂O CO₃ 金属カルボニル炭酸炭酸塩炭酸水素塩オルト炭酸
イオン化合物	炭化物 [:C≡C:]²⁻ [::C::]⁴⁻ [:C=C=C:]⁴⁻ シアン化物 [:C≡N:]⁻ シアン酸塩 [:O–C≡N:]⁻ チオシアン酸塩 [:S–C≡N:]⁻ 雷酸塩 [:O–N≡C:]⁻ イソチオシアネート [:S–N≡C:]⁻

表話編歴オキソカーボン
通常の酸化物	CO₂ · CO
特殊な酸化物	CO₃ · CO₄ · CO₅ · CO₆ · C₂O · C₂O₂ · C₂O₃ · C₂O₄（1,2-ジオキセタンジオン、1,3-ジオキセタンジオン） · C₃O₂ · C₃O₃ · C₄O₂ · C₄O₄ · C₄O₆ · C₅O₂ · C₅O₅ · C₆O₆（エチレンテトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサンヘキソン） · C₁₂O₆ · C₁₂O₉
酸化物由来の化合物	金属カルボニル · 炭酸 · 炭酸水素塩 · 炭酸塩 · 二炭酸塩 · 三炭酸塩

典拠管理データベース
全般	FAST
国立図書館	スペインドイツイスラエルアメリカ日本チェコ

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二	酸	化	炭	素
に第一学年	さん第五学年	か第三学年	たん第三学年	そ第五学年
呉音	音読み	漢音	音読み	漢音

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