こんにちは、まちエネです。
持続可能な社会に向けて、さまざまな取り組みが進められている中で、欠かせないのが再生可能エネルギーの普及。日本政府も2050年までに温室効果ガスの排出量を全体としてゼロにする「カーボンニュートラル」を掲げており、環境にやさしい再生可能エネルギーの普及は、とても重要な課題になっています。
今回はその再生可能エネルギーの中で、バイオマス発電について取り上げていきます。
バイオマス発電は、木材や動植物などの生物資源（バイオマス）を利用して電力を生み出すシステムであり、その持続可能性と環境への優しさから、エネルギー分野において重要な位置を占めています。
ここからはそもそもバイオマスとは何なのかを理解していくために、バイオマス発電の仕組みと、メリット・デメリットについて解説していきます。
エネルギーの未来を担う重要な技術であるバイオマス発電について、一緒に学んでいきましょう。
バイオマスとは？
バイオマスは、生物資源（bio）の量（mass）を指す言葉です。これは、再生可能な有機資源であり、化石資源を除いたものを指します。具体的には、植物や動物が生産した有機物質や植物の葉や茎、果実の残りカス、動物の排泄物、さらには微生物が分解した有機物質などが含まれます。
バイオマスは、自然界のライフサイクルプロセスの中で生まれることから枯渇しにくく、再生可能なエネルギー源として注目されています。
バイオマスエネルギーの種類
バイオマスから生成されるエネルギーには、さまざまなものがあります。
バイオマスは発酵や燃焼などの過程を経てバイオガスやバイオエタノール、バイオディーゼルなどにも変換され、再生可能なエネルギー源として利用されています。たとえば、とうもろこしから作られるバイオエタノールはそのまま自動車の燃料として利用されています。
バイオマスによるエネルギーは、化石燃料に比べて二酸化炭素の排出量が少ないため、環境への負荷も低いとされています。
バイオマス発電の仕組みと種類
バイオマス発電というのはこれらのバイオマスから生成されたエネルギーを使い、発電機を駆動させるなどして電気を作り出す発電方法になります。その発電方式には大きく分けて以下の3つがあります。
- 直接燃焼方式
- 熱分解ガス化方式
- 生物化学的ガス化方式
直接燃焼方式
直接燃焼方式では、木材や可燃ごみ、廃油などのバイオマスを、燃焼しやすい形に加工し、ボイラーで燃焼させます。このプロセスにより生じる熱エネルギーを利用して水蒸気を発生させ、それを蒸気タービンによって発電します。この方法は燃焼温度が比較的低く、大規模な設備で採用されることが多いです。
熱分解ガス化方式
熱分解ガス化方式では、木材などのバイオマスを高温で処理してガス化し、そのガスを利用してガスタービンやガスエンジンによって発電を行います。この方法は燃焼温度が高く、直接燃焼方式に比べて小規模な設備でも一定の発電効率を実現できます。
生物化学的ガス化方式
生物化学的ガス化方式では、バイオマスを発酵させてガス化し、そのガスをガスタービンやガスエンジンで発電します。具体的には、家畜の排せつ物や食品の残りかす、汚水・汚泥などを発酵させ、メタンガスなどを生成します。この方法は水分が多い廃棄物系バイオマスに適しており、発生するガスの発熱量が高いため、高い発電効率を実現しています。
バイオマス発電は、木材チップや食品の残りかすなどを燃やして電気をつくる、いわゆる火力発電の一種です。そのため、使用する燃料が可燃性であるため、設備内での火災や爆発事故には十分な注意が必要です。
バイオマス発電のメリット
再生可能なエネルギー源
バイオマスは、植物や動物由来の生物資源を利用したエネルギー源です。
自然に存在するライフサイクルプロセスに組み込まれていることが半永続的なエネルギー源としての強みになっています。森林や農業、家畜の排泄物などを利用することで、バイオマス発電は地球温暖化対策や持続可能なエネルギー供給に大きく貢献しています。
CO2の中和効果：カーボンニュートラル
バイオマスとなる植物は、その成長過程で大気中のCO2を吸収しています。また、家畜はその植物を食べ、その一部が排泄物として排出されています。
発電時には、バイオマスを燃料として燃やしたり発生したガスを使ったりするため、再びCO2が放出されますが、この発電時に発生するCO2の量は、植物がこれまでに吸収したCO2よりも少なく、化石燃料の代替にもなることから、大気中における総合的なCO2の量は増えないという考え方ができます。
このようなカーボンニュートラルに貢献できることは、バイオマス発電の大きなメリットとしてあげられます。
廃棄物処理の利用
家畜の排泄物や農業廃棄物、木材くずなどのバイオマスは、通常は廃棄物として処理されることが多いです。しかし、これらをバイオマス発電の燃料として利用することで、廃棄物処理のコスト削減や環境負荷の軽減が実現します。廃棄物の有効活用により、環境への負荷を低減する効果が期待されます。
地域資源の有効活用
バイオマスは地域ごとに特有の資源があります。たとえば、農業地域では農業廃棄物やバイオガス、林業地域では木材くずや間伐材などがバイオマスとして利用されます。これにより、地域にある資源の有効活用が可能になり、地域経済の活性化や雇用の創出にもつながります。
エネルギーの安定供給
バイオマス発電は、他の再生可能エネルギーと比較すると季節や天候に左右されにくい特性があります。
風力や太陽光発電のように天候依存のエネルギー源とは異なり、バイオマスは、原料が確保されていれば安定して発電を行うことができます。そのため、特に地域でのエネルギー自給自足に適しています。
バイオマス発電のデメリット
バイオマスを調達するコストがかかる
バイオマス発電は、その原料となるバイオマスをまず集めてこなくてはいけません。木質燃料では、木材、廃棄物系バイオマスでは生ごみや動物の排泄物を発電所まで収集・運搬しなくてはいけないのです。
広い地域に分散されているこれらのバイオマスを、各地から少しずつ集めてくるということは、かなりの運搬コストがかかってしまいます。太陽光発電や風力発電、地熱発電など他の再生可能エネルギーによる発電では発電のもととなるエネルギーを集めてくるコストはかからないため、バイオマス発電特有のデメリットとして挙げられます。
また、化石燃料を利用して収集・運搬をする場合、CO2を排出することにもなります。
発電効率が高くない
発電方式により異なりますが、バイオマス発電による発電効率は20～25%ほどになっています。他の再生可能エネルギー発電の発電効率と比較してみますと、水力は80%、風力では40%、そして太陽光発電で20%程度とされています。
このようにみると、原料の運搬コストがかかるバイオマス発電は、ほかの発電方法に比べて費用対効果という面で発電効率が高いとは言えないことがわかります。
バイオマス発電で発生する廃棄物の処理とその課題
バイオマス発電では、廃棄物系のバイオマスを燃料として使う場合に、「消化液」と呼ばれる廃液が出ることがあります。この廃液は、きちんと処理しないと環境に悪影響を与えてしまうおそれがあり、公害の原因になることもあります。また、処理にはコストがかかるため、発電の運用コストを押し上げる要因にもなります。
さらに、直接燃焼方式のバイオマス発電では、木質チップなどを燃焼させることにより灰が発生します。これも産業廃棄物として処分しなければならないため、処理の手間や費用がかかり、環境への負担という面でも注意が必要です。
このように、バイオマス発電は再生可能エネルギーとして期待される一方で、燃料の種類や発電方法によっては、こうした廃棄物の処理やコストの問題にも目を向ける必要があります。
設備近隣住民への影響
バイオマス発電所を建設した地域においては、設備稼働による騒音や異臭など、近隣の住民から苦情を受けたり、トラブルが発生してしまう恐れがあります。廃棄物を各地から集積する特性上、近くにお住まいの方たちへの配慮は決して怠ってはいけません。
しっかりとした説明やコミュニケーション、防音やにおいへの対策を講じなくては、設備の稼働も難しいでしょう。
バイオマス発電の今後
環境にやさしいメリットもあれば、運搬コストや発電効率の課題を抱えているバイオマス発電。ここからは、バイオマス発電の将来性について見てみましょう。
まず前提として、日本は再生可能エネルギー普及のための政策として、「GX実現に向けた基本方針」を2023年2月に閣議決定しており、これからさらに、GX（グリーントランスフォーメーション）を加速させるとしています。また第7次エネルギー基本計画ではエネルギーミックス（再エネ比率4割～5割）の実現を目標にしています。
このような状況で、再生可能エネルギーの一つであるバイオマス発電の普及もさらに推進されることとなり、その論点として、
- 燃料の安定調達・持続可能性の確保
- 未利用材や廃棄物の利用促進
- 需給調整が可能な電源としての活用促進
以上の３つがあげられています。
燃料を安定的に調達することでバイオマス発電事業が安定できるような支援、燃料の収集コストの削減推進、また発電量を柔軟にコントロールすることで電力全体の需給バランスの調整力としての価値も期待されています。
なお、燃料調達においては、全体の7割以上を国外からの輸入に頼っている現状を、なんとか国内資源を活用できるよう、将来的にシフトする必要があります。
参考：第7次エネルギー基本計画が閣議決定されました （METI/経済産業省）
参考：「GX2040ビジョン 脱炭素成長型経済構造移行推進戦略 改訂」が閣議決定されました （METI/経済産業省）
参考：今後の再生可能エネルギー政策について 2021年3月1日 資源エネルギー庁【バイオマス】課題：安定供給／持続可能性
参考：今後の再生可能エネルギー政策について 2023年6月21日 資源エネルギー庁 バイオマス発電の現状と導入拡大に向けた論点
バイオマス発電は、カーボンニュートラルな発電方法で、私たちの社会で本来は捨てられてしまうような廃棄物をエネルギーとして再利用することができます。地球環境にやさしい技術として注目されているバイオマス発電含め、環境にやさしい持続可能な社会にむけ理解を深めていきましょう。
