バイオマス発電とは?必要な燃料は?仕組みやメリット・デメリットを解説!


再生可能エネルギーは、これからの世界にとって必要な発電方法です。
自然環境と共存しつつ、私たちに必要なエネルギーを得るためにはなくてはならない技術でしょう。
しかしそれは必ずしも自然エネルギーから得るものばかりではありません。私たちが生み出し廃棄するものからエネルギーを得て、環境の負担を減らす発電もあります。

この記事では、バイオマス発電の仕組みや燃料、メリット・デメリットを解説します。

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バイオマス発電とは


私たちが生活する中でエネルギーは欠かせないものですが、そのエネルギーを消費するたび、あるいは生み出すたびに二酸化炭素は排出されています。
二酸化炭素は温室効果ガスの主となる気体であり、地球温暖化や気候変動などの原因になっています。

そのため世界では、二酸化炭素の排出量削減のための目標を決め、それに向けた取り組みを進めてきました。
特にエネルギーの生産を行う発電方法の見直しは世界的に行われており、各国で主力となる火力発電や原子力発電に代わる発電方法の模索と導入が進められてきました。
そんな中で注目されているのが、再生可能エネルギーです。

再生可能エネルギーは、二酸化炭素を排出しないだけでなく、火力発電に用いられる石炭や石油、天然ガスなどを必要としないため、純国産のエネルギー源として期待されています。太陽光発電や風力発電が有名ですが、ほかにも地熱発電やバイオマス発電というものもあります。
このバイオマス発電は、資源の再利用の観点でも注目されており、エコでクリーンな発電ができるものとして、研究や技術開発が進んでいます。

発電に用いられる「バイオマス」とは

バイオマス発電はどのようにエネルギーを得る発電なのか、その仕組みを知る前に、まずバイオマスについて知る必要があります。
バイオマスとはバイオ(bio:生物)とマス(mass:量)から作られた合成語であり、素は生物資源量という意味の生態学用語です。
現在は再生可能な生物資源をバイオマスと称し、木材や植物の残さなどから得られる資源を加工し、発電を行う技術がバイオマス発電となります。

注意すべき点は、バイオマス資源の一部である木材や炭を直接燃焼しても二酸化炭素は発生します。
ただその排出量は化石燃料用より少ないこと、そしてバイオマスの元になる植物はその二酸化炭素を吸収して成長し、バイオマスを再生産することから、総合的に見ると二酸化炭素が循環し、大気中の量は増加しないとみなすことができます。
このような観点から、バイオマスを原料にして発電することで、二酸化炭素の排出削減を行えるのではないかと期待されています。

  • バイオマス発電は、資源の再利用の観点でも注目されており、エコでクリーンな発電ができるものとして、研究や技術開発が進んでいる
  • バイオマスとはバイオ(bio:生物)とマス(mass:量)から作られた合成語
  • バイオマス発電は、総合的に見ると二酸化炭素が循環し、大気中の量は増加しないとみなすことができる
  • (出典:経済産業省「なっとく!再生可能エネルギー」再生可能エネルギーとは バイオマス発電)
    (出典:経済産業省「知っておきたいエネルギーの基礎用語~地域のさまざまなモノが資源になる「バイオマス・エネルギー」,2017)

    バイオマス発電の仕組みとは


    バイオマス発電はバイオマスを原料として発電を行いますが、バイオマスを燃焼させれば良いというわけではありません。

    バイオマスにはいくつかの種類があり、それに伴って直接燃焼やガス化したりと適切な方法でエネルギーに変換する必要があります。
    バイオマスの系統は3種類あり、それに伴ってエネルギーに変換する方法も大まかに分かれています。エネルギーの変換方法に沿った分け方で、その仕組みを見ていきましょう。

    直接燃焼による発電

    古くからある木材や炭などを利用する方法で発電するのがこの直接燃焼です。
    乾燥系のバイオマスである林地残材、稲わらやもみ殻などの農業残滓、鶏ふんといった家畜排泄物、建築廃材系がバイオマス資源となります。

    これらを細かく砕いてチップ化やペレット化し、焼却炉を用いて燃焼させる技術です。
    この方法では得られる熱で発電するだけでなく、直接熱源として利用することもできます。

    生物化学的変換による発電

    生物化学的変換にはエタノール発酵とメタン発酵などがあります。基本的には湿潤系のバイオマスを用いますが、食品加工廃棄物や水産加工残滓、牛豚ふん尿といった家畜排泄物、下水汚泥やし尿などが用いられ、これらを微生物の働きによる発酵技術によってバイオマス資源とし、エネルギーに変換します。

    その方法の一つは植物系の原料に微生物が作用して、バイオエタノールを発生させ燃焼し、エネルギーを得るエタノール発酵です。
    海外ではすでに自動車の燃料としても使われていることから、日本でも産業用燃料などの可能性が注目されています。

    もう一つがバイオマスを微生物によって発酵させてメタンを生み出すメタン発酵です。
    有機物がアルコールや低分子脂肪酸などに分解、アルコールなどがメタンに変換される過程を経て作られます。
    メタン発酵は従来、し尿(汚泥)処理で用いられていましたが、近年は食品廃棄物の処理にも利用されています。

    熱化学的変換による発電

    バイオマスには乾燥系にも湿潤系にも分類できない「その他」という振り分けされるものがあります。
    それが黒液・廃材、古紙などのセルロース、糖・デンプン、甘藷、菜種、パーム油、産業食用油です。
    これらは熱化学的変換を行い、バイオエネルギーとして発電に利用します。

    その一つにガス燃料としてエンジンなどに供給して、発電及び熱供給を行うガス化というものがあります。
    目的により適切なガス形成になるように、ガス化炉が選択されます。
    直接燃焼と比較すると仕組みは複雑ですが、発電効率などが有利で、小規模でもある程度の発電効率を得ることができるため、製材所や少量発生の地域で期待されます。

    日本に広がるバイオマス発電所

    バイオマス発電は、利用する資源によって発電方法が異なるという特徴も持っています。
    そのためバイオマス発電所は、様々な場所に、その土地や地域、状況に応じた発電所が建てられています。
    例えば木質系や農業・畜産関係であれば郊外や山のふもとなど、地域・生活系は私たちが住む街から廃棄されることになります。

    バイオマス発電のデメリットは、収集や運搬、管理であり、それぞれの廃棄物が発生しやすい場所に発電所を建設しなければコストが高くなり、また管理などの問題で廃棄物によっては人の密集する地域に建設できないことが挙げられます。
    このような条件を踏まえた上で、バイオマス発電所は山林や牧場、下水処理施設、廃棄物処理施設の内部、あるいは隣接する形で建設されます。

  • 直接燃焼やガス化したりと適切な方法でエネルギーに変換する必要がある
  • バイオマスの系統は3種類ある
  • バイオマス発電は、利用する資源によって発電方法が異なるという特徴がある
  • (出典:経済産業省「なっとく!再生可能エネルギー」再生可能エネルギーとは バイオマス発電)
    (出典:経済産業省「なっとく!再生可能エネルギー」再生可能エネルギーとは バイオマス燃料製造)
    (出典:農林水産省「第3部 資料編」)
    (出典:環境省「熱利用エコ燃料の普及拡大について 参考資料」)
    (出典:農林水産省「バイオマスをめぐる現状と課題」)

    バイオマス発電のメリットとは


    バイオマス発電は、技術の発展による効率の上昇や事業化の確立が徐々に進んでいることも然ることながら、様々な生物資源を有効活用できることが大きなメリットとなっています。
    次に、バイオマス発電のメリットを紹介します。

    二酸化炭素の排出を削減できる

    バイオマス発電を含む再生可能エネルギーに注目が集まり、導入が進められてきたのは、二酸化炭素の排出を削減することが大きな目的の一つとなっていました。
    バイオマス発電も同じように、二酸化炭素を発生させないクリーンな発電である、と言いたいところですが、少々事情が異なります。

    バイオマス発電では発電方法によっては二酸化炭素が発生しますが、その排出量は、火力発電で発生するそれよりも少なく、自然界における植物が吸収し生長して、バイオマスの再生産が行われます。
    これをカーボンニュートラルと言い、化石燃料の代わりにバイオマスを燃焼することで発電を行い、二酸化炭素の排出削減にもつながるのです。

    循環型社会を構築できる

    先述したように、バイオマス発電では様々な廃棄物を利用して発電します。
    バイオマスは本来、廃棄されればそれぞれに合った方法で処理するしかありません。
    しかし廃棄物を再利用することで、コストを抑えられるだけでなく、私たちに必要な電力を生み出すこともできれば循環型社会の構築に大きく寄与することになります。

    地産地消エネルギーになる

    バイオマス発電は小規模分散施設になりがちで、コストが高くなるという問題がありますが、バイオマスの収集と安定供給と立地場所のバイオマスに即した発電システムが構築できるのであれば、分散型であることがメリットとなり、地産地消エネルギーとなる可能性があります。

    実際に各地で実証実験が行われており、事業化やビジネスモデルの構築、コスト面などの補償の問題などをクリアできれば、純国産エネルギーとしてだけでなく、地域ごとに生産できるエネルギーとして期待が高まります。

    バイオマス発電は電力以外も発電できる

    バイオマス発電は、電力だけを生み出す発電方法ではありません。
    先述したガス化発電では、温められた予熱空気は熱風発生炉に送られ、ガス化炉で使う熱風として利用されます。
    つまり発電する過程で発生した熱を、余すことなく利用するシステムです。

    そしてガス改質が完了した気体は、ガスエンジン発電機に送られ、電力を生み出しますが、このときも電力だけでなく熱を利用した温水も同時に発生させます。
    また廃熱ボイラーでは蒸気も生み出すため、熱の供給源としても利用できるメリットがあります。
    このように無駄がないシステムを構築することがバイオマス発電では可能です。

  • カーボンニュートラルとは、自然界における植物が吸収し生長して、バイオマスの再生産が行われること
  • 分散型であることがメリットとなり、地産地消エネルギーとなる可能性がある
  • バイオマス発電では、無駄がないシステムを構築することが可能
  • (出典:経済産業省「なっとく!再生可能エネルギー」再生可能エネルギーとは バイオマス発電)
    (出典:経済産業省「知っておきたいエネルギーの基礎用語~地域のさまざまなモノが資源になる「バイオマス・エネルギー」,2017)
    (出典:農林水産省「第3部 資料編」)

    バイオマス発電のデメリットとは


    バイオマス発電では、バイオマスの素となる資源とコストの問題がデメリットとして挙がります。
    バイオマスはいくつもの廃棄される資源を再利用して生成、あるいは発電に直接用いられます。

    廃棄物は農業や産業、生活が行われる限り排出され続けますが、それを集め、運搬し、さらに利用されるまで管理しなければいけないという問題が発生するのです。
    各地で廃棄されるものの、それを集めるだけで人件費や運搬費用などのコストがかかるため、コスト問題にも直結します。

    加えてバイオマス発電は、その発電方法にも使用するバイオマス資源に合わせていくつかの種類があり、発電施設が異なります。
    そのため、集めたバイオマス資源を適切な場所に運搬しなければいけませんが、これも広い地域に資源が分散しているため、コストがかかる小規模分散型の設備になりがちであるという課題があります。
    地産池消というメリットにつながるものの、まだまだその認識は広まっていないため、今後は普及に向けた取り組みが必要です。

    また事業化に向けた課題が明確化されておらず、経済性が確保されていなかったことから、コストはより高くなってしまう傾向にあります。
    そのため、新たなエネルギー政策や地球温暖化対策の展開方向を踏まえた日本型のバイオマス活用ビジネスモデルの構築と戦略が、今後の改善点として挙がっています。
    そして事業化に向けた入口から出口までの一貫体系の構築のための戦略も課題となっています。

  • 人件費や運搬費用などのコストがかかる
  • 今後の普及に向けた取り組みが必要
  • 事業化に向けた入口から出口までの一貫体系の構築のための戦略も課題になっている
  • (出典:経済産業省「なっとく!再生可能エネルギー」再生可能エネルギーとは バイオマス発電)
    (出典:農林水産省「バイオマスをめぐる現状と課題」)

    バイオマス発電とは環境問題で注目されているエネルギー


    バイオマス発電は、環境問題やエネルギー問題だけでなく、廃棄物の問題も解決できる利点がある発電方法です。
    技術としては発展途上ではありますが、それだけ今後の展開にも期待ができます。
    またガス化発電のように発生する熱エネルギーなども無駄なく使えるシステムが生み出されていけば、高効率の発電として私たちの生活を支えてくれるかもしれません。

    今の世界は解決しなければいけない環境問題が山積しています。そのいくつかを一気に解決できるかもしれない技術として、今後も注目していきましょう。

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