CO2ネガティブエミッションに向けて

SCE・ｎet エネルギー研究会
松宮 紀文

CO2ネガティブエミッション
2020年METI資料

1.BECCUS(BECCS+BESSU)が必要とされる背景
BECCUSとは：Bio-energy with Carbon Capture Utilization and Storage化石燃料発電：現状
Positive emission

バイオマス発電+CCS(BECCS)
Negative emission

CO2

CO2

石炭 石油 天然ガス

ﾊﾞｲｵ燃料貯留

バイオマス発電
Zero emission
CO2

バイオマス発電+CCU(BECCU)
Negative emission

CO2

CO2

ﾊﾞｲｵ燃料

ﾊﾞｲｵ燃料施設園芸

2.日本の森林とバイオマスの現状
・我が国は世界有数の森林国で、国土の2/3が森林である・森林資源には人工林と天然林があるが、人工林・天然林共に増加し近年は毎年6000万ｍ3ずつ増加

林野庁 小島裕章 2021関西バイオマス展資料

木材の自給率・2019年度の我が国の木材供給量は8000万m3、うち国産材は3000万ｍ3程度である。
・木材に自給率は2002年から年々増加しており、2020年度には41.8%に達している。

林野庁

小島裕章

2021関西バイオマス展資料

・木質バイオマスのうち、製材工場等残材と建設発生木材は、製紙原料などとしてほぼ利用済み。
・他方、間伐材等の林地残材(林地に放置される残材)の利用率は少ない。
→木質バイオマスのエネルギー利用を進めるためには、林地残材の活用が不可欠

林野庁

小島裕章

2021関西バイオマス展資料

・ 木質バイオマスについては、カスケード利用*を基本として、未利用間伐材等の利用、熱電併給システムの構築等に取り組む。
新たに、燃料材（ペレット、薪、炭、燃料用チップ）の利用目標を設定。
*木材を建材等の資材として利用した後、ボードや紙等の利用を経て、最終段階では燃料として利用すること。

・2030年における木材利用量の目標は4,200万m3。このうち、燃料材は900万m3。
「森林基本計画」における木材利用量の目標

国産材利用量（単位：万ｍ3）

用途区分

2019
(実績）

2025（目標)

2030
（目標）

製材用材

1300

1700

1900

合板用材

500700700

パルプ・チップ用材

500500500

燃料材

700800900

その他

200200200

合計

3200

3900

4200

林野庁

小島裕章

2021関西バイオマス展資料

図2日本のバイオマス発電所

出典)SBエネルギーホームページ：バイオマス発電の仕組み
https://www.sbenergy.jp/study/illust/biomass/

出典)SBエネルギーホームページ：バイオマス発電の仕組み
https://www.sbenergy.jp/study/illust/biomass/

バイオマス発電所の燃料(現状)
1.国内木材国内の未利用木質等を利用する燃料であり、森林の未利用材を燃料に用いることで、山村地域に経済効果をもたらすメリットがある。ただし、燃料を安定的・持続的に調達する必要があるためその体制作りと資源の再生産に時間を要するため、適切な資源管理・再生を行う必要がある。国内木材を燃料に用いた発電所が完全なCO2ゼロエミッション発電所と考えられる。

2.Palm Kernel Shell(PKS)
植物油であるパーム油の原料であるパーム椰子の殻の部分である。蒸気タービン方式の発電では発電出力が大きくなるほど事業の利益率が向上するが、燃料の消費量も増大する。国内の未利用木材だけでは燃料が不足するケースも生じる。この不足分を補うためにPKSをインドネシアから輸入して用いる。国内木材の補助燃料とするケースとPKSが主材となるケースがある。輸入PKSだけを燃料とすれば国内CO2削減は不可能だが、地球規模で考えるとCO2ゼロエミッション発電所と考えても良い。

3.石炭+木質バイオマス
燃料の調達リスク等により発電量が制限されるバイオマス発電所に石炭を混焼させることにより、発電規模と発電効率の高効率化を図る。
新規石炭火力発電所の燃料にバイオマスを混焼させることにより、発電効率の向上を可能にする。即ち発電効率が発電効率＝(総発電量）/（投入全エネルギー量―投入バイオマスエネルギー量）で算出される。
石炭火力発電所の発電効率向上によりCO2排出を削減させるという考えに基づく。

燃料別バイオマス発電量（含2030年頃稼働予定)

出典：森のエネルギー研究所

バイオマス発電所の例：関西電力朝来バイオマス発電所

国内材による発電可能量(2030年度推定)
国内材燃料体積：900万ｍ3
国内材燃料重量：360万ｔ
国内材発電量：55億kWh（688000ｋＷ）

国内材バイオマス発電CO2排出量推定(2030年度推定)
342,000kG-CO2/hr
年間：27億3600万t＊：関西電力公表のCO2排出係数(0.496kg-CO2/kWh)より

3.BECCS ＆ BECCU
地中貯留

バイオマス
発電所

CO2分離回収

CO2輸送

有効利用

3-1. BECCS

バイオマス
発電所

不透水層帯水層

図3-1.二酸化炭素回収・貯留(CCS)概念図

2022年2月5日 日本経済新聞

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日本製紙バイオマス発電（1）会社名勇払エネルギーセンター合同会社（2）所在地北海道苫小牧市字勇払（日本製紙北海道工場勇払事業所内）（３）設立年月日

2019年2月14日（４）事業内容

バイオマス発電による電力供給事業（5）出資比率日本製紙51％、双日49％（６）使用燃料

輸入木質チップ、パームヤシ殻、国内未利用材（７）発電出力74,950kw （発電端）（８）着工予定

2020年3月（９）運転開始予定

2023年1月

苫小牧バイオマス発電株式会社
事業内容

再生可能エネルギー固定価格買取制度を活用し、三井物産社有林、国有林、民有林などの北海道産の未利用間伐材等を燃料として木質バイオマ
ス発電所を運営

発電端発電出力

6,194kW

運転形態

24時間連続定格運転

発電燃料

全て北海道産間伐材等林地未利用木材

燃料木材供給者（株）イワクラ、三井物産フォレスト（株）、住友林業フォレストサービス（株）、北海道森林組合連合会

電力販売先

北海道ガス株式会社へ販売

主要設備

燃料破砕機、チップ燃料搬送設備、チップサイロ、木質バイオマス流動層ボイラー、蒸気タービン、発電機、特別高圧受変電設備

苫小牧バイオマス発電

苫小牧駅

3km

5.5km

日本製紙バイオマス発電

苫小牧CCS実証試験センター

日経新聞に掲載された日本製紙バイオマス発電だけでなく苫小牧バイオマス発電も苫小牧CCS実証試験センターに近くCO2のBECCS実験に適用が可能と考えられる。
苫小牧CCS実証試験センターには化学吸収法のCO2分離装置があるが、各発電所排ガスすべてを同センターに輸送してCO2の分離回収も行うのか各バイオマス発電所でCO2を分離回収してCO2のみ輸送するかをコスト比較して検討する必要がある。

3-2.BECCU

バイオマス発電所

CO2分離回収装置

一持的にCO2は回収されるが、最終的には大気中に放出される
ためCO2のネガティブエミッションと言えるか疑問？

経産省（2019）カーボンリサイクル技術事例集
https://www.enecho.meti.go.jp/category/others/carbon_recycling/pdf/tech_casebook.pdf

「CO2施肥効果」• CO2は、植物の光合成にとって必須の原料• CO2濃度が2倍上昇すると、生長が促進
堅田 元喜：

2020-01-20 CIGSエネルギー環境セミナー

農作物の収穫増加率CO2濃度：大気中濃度(400ppm)→600ppmに増加

小麦（米国）

増加率(%)
16大豆(米国）

16コシヒカリ（日本）

15じゃがいも（イタリア）

35大麦（ドイツ）

8牧草（ドイツ）

12テンサイ（ドイツ）

8冬小麦(ドイツ）

14

施設園芸
・ガラス室やビニールハウスを利用して野菜などの園芸作物（野菜類類・花き・果樹）を栽培することで、天候や外気温の影響を減らして比較的安定した生産ができる農業形態の1つ。
・雨よけ施設、パイプハウス、天窓やカーテンの開閉を自動でできるもの、ボイラーなどの加温設備があるもの、CO2発生装置や溶液栽培施設など高度な環境制御装置を備えるもの、センサーで計測されたデータを基に複数の機器を組み合わせて環境制御を行うことができる「複合環境制御装置」を備えたもの、施設の形態はさまざま。

現状のCO2発生装置の種類

装置の方式

灯油燃焼

LPガス燃焼液化炭酸ガス

特徴

排ガス利用

排ガス利用

ボンベ供給

供給ガス

混合ガス

混合ガス

CO2メリット

燃料費安価

壊れにくい

熱が少ない

デメリット

燃焼不純物燃料費高価

燃料費高価大普及実態

大部分

灯油に次ぐ大規模施設

日本LPガス協会（2017）「施設園芸におけるLPガス需要の実態把握と拡大に向けた調査」

ハウス栽培用炭酸ガス発生装置の仕様例
唐津プロパンガス

株式会社大晴

ハウス栽培用炭酸ガス発生装置「みのるくん」

型 式

KCH-20Z

CO2発生量（kg/hr）

5

ガス消費量kg/h（kcal/h）1.67（20.000）

標準施用面積1,000㎡

使用燃料

LPG（プロパンガス

供給ガス圧

2.8kPa

電

型式KCH-20Z

イ号以上）

三相200V・50/60Hz

源

消費電力

150W/220W

風 量50㎥（0.14kPa）/60㎥（0.16kPa）

安全装置

フレームロッド方式

点火方式

イグナイター、自動点火

外形寸法

440ф×660H×860Lф

製品重量（kg）

30以上より1000ｍ2の施設に5kg/hrのCO2を供給する前提で検討を行った

有：4%(17,419,000m2)

無：96%(404,224,000m2)

2018年度農水省統計

園芸施設に必要されているCO2量バイオマス発電CO2排出量(2030年推定)
発電所燃料

CO2排出量(kg-CO2/h)

国産材

341,000

PKS

2,640,000

石炭混焼744,000

不明

339,000

合計

4,064,000

結論
国内材バイオマス発電所から排出されたCO2は341,000kG-CO2/hrで、バイオマス発電所排出のCO2の8.4％がネガティブエミッションの対象となる。
燃料用の国産化は増加傾向にありCO2ネガティブエミッション量は今後増加すると推定される。
更に園芸施設には1,680,000kG-CO2/hrのCO2が必要であり、PKS・石炭混焼燃料発電所排ガスの一部(45%)がゼロエミッション化に利用できる。
バイオマス発電所排ガスは国内材の燃料化を増進するとともに、その立地条件に合わせてCCSとCCUとを組み合わせてネガティブエミッションを達成するのが理想である。

園芸施設のCO2活用プロセス
灯油・LPG
燃焼

CO2:15％

現在のCO2供給技術

有効利用
液化CO2ボンベ

バイオマス発電排ガス利用のケース

CO2:100％

CO2:15％

バイオマス
発電所

有効利用
CO2分離回収CO2:100％「液化CO2」 はCO2の純度が高いのでクリーンで 安全という点と食品利用の観点から消費者対策として高額ではあるが持ちいられる。バイオマス発電所排ガスを用いる場合、「CO2分離回収」は現在の「液化CO2」利用と同様のケースになると推測される。

バイオマス発電所排ガスの施設園芸利用 例1：エアーウオター安曇野
特徴：ガス化発電装置の排ガスから、除去すべき微量成分（NOxやCO）を処理した後の排ガス（CO215％程度、残りはN2・O2などAir成分）をCO2濃縮することなく供給し、ハウス内で自然希釈してトマトの成長促進に活用している。ただし吸着法によるCO2の濃縮技術も開発中。

バイオマス発電所排ガスの施設園芸利用

例2：佐賀市

特徴：清掃工場排ガスは厳しい環境基準に基づいて管理されているが、一方施設園芸や藻類培養の事業者
は食品製造の基準を順守しており、食品製造にもちいられる炭酸ガスの基準に準拠する性状の二酸化炭素を供給するため二酸化炭素のみを分離回収している。今後こうした分離回収技術も省力、省スペース化が図られていくことを期待している。

バイオマス発電所排ガスの施設園芸利用 例3：太平電業
特徴：農作物育成だけを考えるのであれば、高純度のＣＯ２を回収する必要は無く、ボイラ排ガスより有害物質を除去した上で農業利用できる。消費者が抱く回収排ガス環境で育った農作物に対するマイナスイメージ（人体への影響）を払拭するためＣＯ２回収装置にて回収したＣＯ２を使用する。
三菱重工エンジニアリングは広島市のバイオマス発電所向けに小型の二酸化炭素（ＣＯ２）回収装置を受注した。装置の回収能力は300kg/dayで、2022年6月の稼働を予定。ＣＯ２排出量を削減量が上回る「カーボンマイナス」を、この発電所が実現できるようにする。
回収装置を設置するのは、広島市北西部に位置する西風新都バイオマス発電所。
回収したＣＯ２は、構内にある農業用ハウスで農作物の育成に活用する。
発電所の出力は7100kW。2019年10月の運転開始で、燃料には木質チップを使用する。
回収装置は、英国の実証で使った試験機をベースに開発。自動運転機能などを追加し、商用機としての利用を可能にした。ＣＯ２を吸収するアミン吸収液に関西電力と共同開発した「KS-1」を用いることで、高い回収率も実現した。三菱重工エンジとして、商用のバイオマス発電所からＣＯ２を回収するのは初となる。
回収装置は、設置に必要な敷地面積が全長５メートル、全幅２メートルと小型で、トラック輸送も可能。量産しやすいモジュール構造も採用することで、多様な排出源に対応できるようにした。自家発電設備や小型発電所、工場などへの展開を目指す。今後は、遠隔監視システムによる運転支援サービスの提供も進める。
電気新聞２０２１年１２月２日