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著者：アスタミューゼ株式会社 金子 亮 博士（農学）
目次
超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体技術とは
超臨界流体とは、物質の温度と圧力をともに「臨界点」以上にたもった状態の流体です。液体と気体の区別がなくなり、液体に近い密度と気体に近い拡散性・低粘性を同時に持ちます。二酸化炭素（CO₂）の臨界点は温度31.1℃・圧力7.38MPa、水の場合は374℃・22.1MPaです。
超臨界CO₂は比較的低い温度・圧力で超臨界状態に達するクリーンな溶媒で、カフェインレスコーヒーの製造やホップ香気の抽出など食品・医薬品分野ではすでに商業利用が確立されています。超臨界水は強力な酸化力を持ち、PFAS（パーフルオロアルキル化合物：フライパンのフッ素加工や防水スプレーなどに使われてきた化学物質群で、自然界で分解されにくく体内に蓄積しやすいため国際的に規制が強化されています）などの難分解性汚染物質を完全に無害化できます。亜臨界水（約150〜374℃・高圧液体水）は条件がゆるやかであつかいやすく、植物・廃棄物からの有用成分抽出やバイオマスの化学的な資源回収（ケミカルリサイクル）に活用されています。
一方、超臨界水を扱うプロセスでは高温・高圧下での装置腐食が設備寿命に影響します。超臨界CO₂発電では高効率タービン・熱交換器の材料確立が商業化の鍵であり、超臨界地熱発電についても坑井掘削技術や耐腐食材料など克服すべき技術課題が残されています。
このような背景から、超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体に関わる技術開発では幅広い分野での研究が進められています。
- 発電・エネルギー変換技術：超臨界CO₂サイクル発電、太陽熱集光（CSP）統合、廃熱回収、超臨界地熱発電など
- CO₂回収・貯留（CCS/CCUS）技術：超臨界CO₂地中圧入・貯留、岩石・塩水層との反応評価など
- 環境浄化・廃水処理技術：超臨界水酸化（SCWO）によるPFAS・難分解性化合物の分解、超臨界流体による廃水修復など
- 材料加工・製造技術：超臨界CO₂発泡成形、超臨界乾燥・エアロゲル製造、超臨界流体含浸・コーティングなど
- 抽出・分析・精製技術：超臨界流体抽出（SFE）、超臨界流体クロマトグラフィー（SFC）、SFE・SFC・質量分析（MS）を組みあわせた連結分析など
- 医薬・バイオ応用技術：超臨界反溶媒法による薬剤の微粒子化とドラッグデリバリー製剤の設計、亜臨界水抽出による機能性成分回収など
本レポートでは、アスタミューゼ独自のデータベースを活用し、特許・論文・グラント（研究プロジェクト）における「超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体」に関する技術動向を分析します。
超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体技術に関連する特許の動向
アスタミューゼが保有する特許データベースから、要旨に「超臨界流体（supercritical fluid）」「超臨界水（supercritical water）」「亜臨界流体（subcritical fluid）」および周辺技術に関連するキーワードを含む特許母集団24,725件を抽出しました。これらを対象に、要旨中にふくまれる特徴的なキーワードの年次推移を分析し、近年進展がみられる技術要素を特定する「未来推定」分析を実施しました。
キーワードの変遷を把握することで、すでにブームがすぎた技術や、今後注目をあつめると予測される技術を定量的に評価できます。さらに、それぞれの要素技術について、技術ステータス（黎明・萌芽・成長・実装）の段階を予測することが可能です。
図1は、2016年以降に出願された超臨界流体関連特許の要約にふくまれる特徴的なキーワードの年次推移です。
成長率（growth）は、2016年以降の文献中における各キーワードの出現回数と、2021年以降の文献中における出現回数の比をあらわしています。値が1に近いほど、直近の文献で多く出現していることを意味します。
2016年以降に出願された超臨界流体関連特許の分析では、「CO₂回収・利用・貯留（ccus）」、「超臨界CO₂と岩石・油層相互作用（co2-rock / co2-saturated / co2-wet / co2-in-oil）」、「CO₂の地中貯留・地質隔離（sequestration / geo-sequestration / geo-storage）」、「超臨界水酸化（scwo）」やPFAS系キーワードなど、エネルギー転換と環境対応技術の高度化に関するキーワードが顕著に増加しています。
「CO₂回収・利用・貯留（ccus）」は超臨界状態のCO₂を地中に圧入・隔離するプロセスを中核とする技術群であり、2021年以降の特許出願が急拡大しています。日本では経済産業省が2023年1月に「CCS長期ロードマップ」を策定し、2030年までに年間600〜1,200万トンの貯留能力確保、2050年までに1億2,000〜2億4,000万トン規模の実現を目標にかかげています。2023年5月にはGX（グリーントランスフォーメーション）推進法が国会で可決・成立し、CCSは同戦略の中核技術と位置づけられました。JOGMEC（エネルギー・金属鉱物資源機構）が選定した9つの先進CCSプロジェクトでは、2030年までに年間最大1,300万トンのCO₂貯留を目指しています。
「超臨界水酸化（scwo）」は超臨界水（374℃・22MPa以上）の強力な酸化力を利用してPFASなどの難分解性汚染物質を完全に分解する技術であり、特許出願件数が2021年以降に大幅に増加しました。日本では化審法に基づきPFOS（ペルフルオロオクタンスルホン酸）の製造・輸入を2010年から、PFOA（ペルフルオロオクタン酸）を2021年から原則禁止しており、2023年2月には水質汚濁防止法の改正でPFOS・PFOAが指定物質に追加されました。同年7月に環境省が「PFASに関する今後の対応の方向性」を公表し、PFAS一斉分析法の開発（2023年度〜）も進行中です。こうした規制強化がSCWOへの特許出願増加の背景にあります。
「超臨界乾燥（fluid-drying / supercritical-dried）」や「超臨界流体微粒子化（micronization）」も特許での増加が顕著であり、超臨界CO₂を利用したエアロゲル製造や医薬品粒子設計といった材料加工用途での技術開発が活発化していることを示しています。
続いて、国別の特許出願動向を見ていきます。 図2は、2016年以降における超臨界流体関連特許の全世界での出願件数の年次推移を示しています。なお、特許データには出願から公開まで一定のタイムラグがあるため、直近の集計値は参考値として扱う必要があります。
超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体関連の特許は、2016年から2024年の9年間で計24,210件が出願されています（2025年は公開ラグのため参考値）。国別では中国が圧倒的多数を占め、米国、国際出願（WO）、韓国、欧州特許庁（EP）、日本が続きます。
中国は2016年以降で高水準を維持しており、2022年に2,127件のピークを記録した後、2023年2,041件、2024年1,923件と、やや減少傾向に転じています。この背景としては、超臨界CO₂発電を中心とした技術の一部が研究段階から実装段階へ移行しつつある可能性があげられます。実際、2025年12月に中国・貴州省六盤水市の製鉄所において、世界初となる超臨界CO₂（sCO₂）を用いた商業発電ユニット「超炭1号」（中国核工業集団[CNNC]が開発）が稼働を開始しており、基礎研究から商業実装への移行が進んでいることがうかがえます。
米国および韓国は2021年に件数のピークを記録した後、2022年から急速な減少が見られました。日本は2016〜2023年を通じて年62〜79件と安定して推移しています。なお、各国で2024年から2025年にかけて出願件数が減少していますが、これは公開ラグによる未公開案件の影響と考えられ、実態の出願数が減少していることを意味するものではありません。
以下に、近年の代表的な特許事例を紹介します。
- WO2023/102120A1 “Supercritical water oxidation system and method for PFAS destruction”
- 出願人：374Water Inc.（米国）
- 公開年：2023年
- 概要：PFAS（パーフルオロアルキル化合物）を含む廃液・汚泥を超臨界水酸化（SCWO）により完全分解・無害化するシステム。374℃・221bar超の超臨界水中で空気（Air）を酸化剤として注入し、有機フッ素化合物を炭素・フッ素・水に完全鉱化する連続処理プロセス（AirSCWO）の特許。
- US11780127B2 “Foaming and dyeing integrated production method for polymer material product”
- 出願人：Fujian Huafeng New Material Co., Ltd.（中国）
- 公告年：2023年
- 概要：超臨界CO₂を発泡剤かつ染色媒体として同一の加圧釜内で使用し、高分子材料の発泡と着色を一工程で完結させる統合プロセスを特許化。最初に超臨界CO₂に染料を溶解させてポリマープリフォームを染色し、次いでCO₂と窒素の混合ガスを用いて発泡工程に移行する。
超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体技術に関連する論文の動向
企業や研究機関が発表する論文は、研究開発段階にある技術を反映しており、特許と比較すると社会実装までに時間を要する中長期的な技術動向をしめします。超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体に関連する特徴的なキーワードをふくむ論文母集団31,279件を抽出しました。図3は、2016年以降に発表された論文の要旨にふくまれる特徴的なキーワードの年次推移をしめしています。
2016年以降に発表された論文の分析では、「PFAS処理（pfas / pfas-loaded）」、「超臨界水冷却型小型原子炉（scw-smr / scw-smrs）」、「CO₂回収・利用・貯留（ccus）」、「sCO₂ブレイトンサイクル発電（sco2-bc / scrbc）」、「sCO₂太陽熱・地熱プロジェクト（solarsco2ol / scarabeus / co2olheat）」など、実証プロジェクトおよびエネルギー転換技術に直結するキーワードが急増しています。
「sco2-bc」「scrbc」はsCO₂ブレイトンサイクル発電（超臨界CO₂でタービン発電する方式）に関する論文に多く出現します。sCO₂ブレイトンサイクル関連語（再圧縮機・蓄熱交換器・部分冷却サイクルを含む広義グループ）の出現件数は2016年から2024年へと増加傾向が見られました。「solarsco2ol」「scarabeus」はEU Horizon 2020が資金提供した大型実証プロジェクト名であり、集光太陽熱発電（CSP）へのsCO₂適用を実証しました。SCARABEUSプロジェクト（2019〜2023年）は最高温度700℃・熱効率51%超のサイクル概念を開発し、従来の蒸気サイクルと比較してCAPEX30%程度の削減可能性をしめしました。
「pfas」は超臨界水酸化（SCWO）による難分解性有機フッ素化合物の処理をあつかう論文に多く出現し、2020年以降に急増しています。EUでは2023年1月に5カ国が欧州化学品庁（ECHA）に対してREACH規制（EU化学品規制：Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals）にもとづく約10,000物質を対象とするPFAS一括規制案を提出しており、科学委員会による評価が継続中です。
日本でも化審法・水質汚濁防止法改正によるPFAS規制強化が進んでおり、超臨界水酸化技術はPFAS処理の有力候補として研究開発が加速しています。
CO₂地中貯留関連語全体（ccus / sequestration / geo-sequestration / geo-storage合算）の出現件数は2021年：53件→2024年：121件と急増しています。「ccus」単独でも2021年以降に件数が大幅に伸びており（2021年：5件→2024年：26件）、カーボンニュートラル政策との連動が顕著です。
亜臨界水・超臨界水関連語（subcritical-water / subcritical等）の論文出現件数も着実な増加が確認されており、亜臨界水による天然物抽出・有機物分解・バイオマス処理の研究基盤が広がっていることをしめしています。農林水産省は2020年度に食品廃棄物・木質バイオマス等を対象とした亜臨界水処理技術の導入検討調査を実施しており、飼料・肥料の高付加価値化や循環型バイオリファイナリーへの応用可能性が評価されています。
超臨界CO₂を染色媒体としてもちいる「超臨界CO₂無水染色（dyeing / waterless）」も論文での増加が確認されました。超臨界CO₂は有機溶媒に近い溶解特性を持ちながら、圧力を下げるだけで繊維から完全に除去されるため、従来の水系染色にくらべて大量の排水や廃液が発生しない点が特徴です。
続いて、論文発表件数の国別動向が図4です。
論文の総件数は2016年の2,902件から2022年に3,856件のピークを迎え、2024年も3,216件と高水準を維持しています。著者所属の国別分布では、以下のような動向がみられます。
中国は2016年の555件から2022年には1,124件と約2倍に急拡大した後、2023年1,079件、2024年892件とやや減少に転じています。2022年の急増は、sCO₂発電・CCUS・超臨界CO₂発泡など複数分野での論文増加が要因のひとつと考えられます。
米国は2016年から2024年にかけて減少傾向にある一方、sCO₂ブレイトンサイクルのタービン・圧縮機・熱交換器といったコンポーネント設計・評価や、超臨界水酸化（SCWO）によるPFAS処理、CO₂地中圧入における岩石・塩水層との反応評価（CCUS）など、実証に近い応用研究が論文の中心を占めています。
EU（特にスペイン、イタリア、フランス、ドイツ）では、超臨界CO₂に少量の添加剤（SO₂など）を混合することで発電効率をさらに高める作動流体の開発や、集光太陽熱発電（CSP）と組み合わせたシステム設計・性能評価に関する論文が多くみられます。
ロシアは2020年の158件をピークに2024年の64件へと急減しています。近年の論文では超臨界・亜臨界水をもちいた有機廃棄物の熱水処理や水熱合成による酸化物材料の調製、超臨界流体抽出（SFE）による薬用植物からの有効成分の回収に関する研究がみられます。
日本は2016年の154件から2024年の62件へと一貫して減少していますが、NEDOが主導する超臨界地熱発電にむけた資源量評価・貯留層モデリング（八幡平・勝負沢・湯沢南部・九重の4地域）や、超臨界流体クロマトグラフィー（SFC）・亜臨界水抽出をもちいた食品・天然物・医薬品分野の研究が継続的に発表されています。
インドは2016年の74件から2021年の150件へと急増した後、2024年は111件と高水準を維持しています。農産物・薬草からの有効成分抽出への超臨界流体抽出（SFE）の応用、亜臨界水による食品廃棄物処理など、農業大国・製薬大国としての強みを生かした応用研究が拡大しています。
以下に、近年の代表的な論文事例を紹介します。
- “Supercritical CO₂ Brayton cycle integration with concentrated solar power”
- 掲載誌：Energy Conversion and Management
- 出版年：2023年
- 概要：集光太陽熱（CSP）システムと超臨界CO₂ブレイトンサイクルを統合した発電システムの熱力学的最適化を検討した論文。再圧縮サイクル構成において太陽熱レシーバー出口温度700℃以上の条件で熱効率50%超が達成可能であることをしめし、蓄熱システムとの組みあわせによる24時間安定出力の可能性を論じている。
- “Supercritical water oxidation of PFAS-laden wastewater: Performance and mechanisms”
- 掲載誌：Water Research
- 出版年：2024年
- 概要：PFAS（PFOS・PFOA）をふくむ廃水を超臨界水酸化で処理した際の分解率、脱フッ素率および反応機構を実験的に解明した論文。400℃・25MPaの条件下で99.9%以上の分解が達成され、フッ化物イオンへの完全分解が確認された。
超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体技術に関連するグラントの動向
グラント（競争的研究資金）の配分額に関する動向分析です。企業や研究機関に付与されるグラントは、研究計画段階にある技術を対象としており、特許や論文とくらべて社会実装までにより長い時間を要する技術と関連する、長期的な研究傾向を反映します。超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体に関連する特徴的なキーワードをふくむグラント母集団653件を抽出しました。
図5は、2016年以降に採択された653件のグラントの概要にふくまれる特徴的なキーワードの年次推移です。
近年に出現が集中しているキーワードとして、「PFAS処理（pfas / pfas-loaded）」、「超臨界水酸化（scwo）」があげられます。いずれも2022年以降に採択が集中しており、EU・米国・日本でのPFAS規制強化を背景に、超臨界水酸化による処理技術の実用化研究への助成が本格化していることをしめしています。また、「超臨界乾燥（fluid-drying / supercritical-dried）」も2022年に集中しており、エアロゲルをはじめとする超臨界乾燥製多孔質材料への研究助成が近年に開始されたことをしめしています。
sCO₂発電分野では、「sCO₂太陽熱・地熱プロジェクト（solarsco2ol / scarabeus / co2olheat）」と「sCO₂柔軟発電・蓄熱統合（sco2-flex / sco2op-tes）」が増大語として抽出されました。これらはEU Horizon 2020が資金提供した大型実証プロジェクトの名称であり、グラント概要中でのキーワード出現が2019〜2021年に集中しています。超臨界CO₂をしめす一般的なキーワード（sco2 / scco2等）も安定した成長をしめしており、2016年から2022年の期間に出現数が増加しています。
エネルギー・環境分野では、「CO₂地中貯留・CCUS（ccus / sequestration）」も出現が増加しています。「超高温地熱流体（superhot）」は2022年を中心に出現が集中しており、超臨界地熱資源の評価・開発に関連する研究がグラント概要にみられます。
以下に、代表的なグラントの事例をしめします。
- SCARABEUS “Supercritical Carbon dioxide/alternative fluids Blends for Renewable Energy Utilization in Supercritical power plants”
- 機関：Brunel University London ほか
- 助成：EU委員会 Horizon 2020
- 期間：2019〜2023年
- 概要：超臨界CO₂に添加剤（ドーパント）を混合した作動流体を用いてブレイトンサイクルの効率を向上させる技術の実証プロジェクト。最高温度700℃・熱効率51%超のサイクル概念を開発し、従来の蒸気サイクルと比較してCAPEXを30%程度削減できる可能性を示した。集光太陽熱発電（CSP）との統合を前提に、腐食特性・タービン設計・熱交換器最適化を包括的に研究した。
- sCO₂-Flex “Supercritical CO₂ Cycle for Flexible and Sustainable Support to the Electricity System”
- 機関：Politecnico di Milano ほか
- 助成：EU委員会 Horizon 2020
- 期間：2017〜2021年
- 概要：石炭・天然ガス火力発電の柔軟運転対応にsCO₂サイクルを適用し、再生可能エネルギーの変動への追従と高効率・低排出の両立を目指したシステム設計・評価を実施した。部分冷却サイクル・再圧縮サイクルなど複数の構成を比較し、熱効率と柔軟運転性能の最適バランスをあきらかにした。
超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体に関連する技術動向のまとめ
本レポートでは、超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体に関連する特許、論文、グラントのデータベースをもちいて、要旨中のキーワードの年次推移を分析しました。
エネルギー分野では、近年に出現が集中している複数の技術が確認されています。sCO₂発電は特許・論文・グラントのいずれにおいても近年に出現が集中しており、実証段階から商業段階への移行がもっとも顕著に進んでいる技術領域です。2025年12月には中国で世界初のsCO₂商業発電（超炭1号）が稼働を開始し、米国でもSTEP Demoフェーズ2（715℃）が進行中であるなど、国際的な商業展開が加速しています。CCUSやCO₂地中貯留に関連するキーワードも特許と論文の双方で急増しており、各国のカーボンニュートラル政策を背景に先進CCSプロジェクトが各地で進行中です。さらに超臨界地熱発電は特許・論文ともに近年への出現集中が確認されており、NEDOが主導する長期目標のもとでの研究開発が国内で継続しています。
環境分野では、超臨界水酸化（SCWO）とPFAS処理に関連する語が特許・論文・グラントのすべてにおいて近年に急増しています。EU・米国・日本での規制強化を背景に技術開発が加速しており、商業プラントの展開もはじまっています。超臨界水が持つ強力な酸化力による難分解性汚染物質の処理は、規制対応の有力手段として需要が急速に拡大しています。
材料加工・製造分野では、超臨界CO₂発泡が特許・論文ともに安定した研究・特許活動を維持しており、射出成形・押出成形への実装が進んでいます。超臨界乾燥・エアロゲル製造も特許出願が近年に集中しており、断熱材・多孔質材料への応用が広がっています。超臨界流体抽出（SFE）は食品・医薬品・天然物分野の基盤技術として定着しながら、近年も論文発表が継続的に増加しています。一方、亜臨界水技術は論文発表が継続的に増加しており、天然物抽出・バイオマス処理への応用研究が広がっています。農林水産省による導入検討調査にもしめされるように、食品・農業分野でも政策的関心が高まっています。超臨界水ガス化（SCWG）はバイオマスからの合成ガスやバイオ原油（バイオクルード）製造を対象とした研究活動が継続しています。また、超臨界CO₂を染色媒体とする無水染色も論文発表が安定的に続いており、DyeCoo社による商業工場稼働やAdidasによる採用など、持続可能な繊維加工プロセスとしての実用化が着実に進んでいます。
以上の分析結果をまとめると、超臨界流体・超臨界水・亜臨界流体に関わる技術は、エネルギー転換・環境浄化・材料製造という三つの方向性で研究開発が並行して進んでいます。とくにsCO₂発電と超臨界水酸化（SCWO）は実証・商業段階への移行が顕著であり、CCUS・亜臨界水・超臨界地熱は政策的支援を背景に中長期にわたって研究活動が継続・拡大すると予測されます。
著者：アスタミューゼ株式会社 金子 亮 博士（農学）
さらなる分析は……
アスタミューゼでは「超臨界流体」に関する技術に限らず、様々な先端技術/先進領域における分析を日々おこない、さまざまな企業や投資家にご提供しております。
本レポートでは分析結果の一部を公表しました。分析にもちいるデータソースとしては、最新の政府動向から先端的な研究動向を掴むための各国の研究開発グラントデータをはじめ、最新のビジネスモデルを把握するためのスタートアップ/ベンチャーデータ、そういった最新トレンドを裏付けるための特許/論文データなどがあります。
それら分析結果にもとづき、さまざまな時間軸とプレイヤーの視点から俯瞰的・複合的に組合せて深掘った分析をすることで、R&D戦略、M&A戦略、事業戦略を構築するために必要な、精度の高い中長期の将来予測や、それが自社にもたらす機会と脅威をバックキャストで把握する事が可能です。
また、各領域/テーマ単位で、技術単位や課題/価値単位の分析だけではなく、企業レベルでのプレイヤー分析、さらに具体的かつ現場で活用しやすいアウトプットとしてイノベータとしてのキーパーソン/Key Opinion Leader（KOL）をグローバルで分析・探索することも可能です。ご興味、関心を持っていただいたかたは、お問い合わせ下さい。
