わが国における木質系バイオ燃料の現状と将来展望

坂志朗（京都大学大学院エネルギー科学研究科）

7,000 万トンであり、うち約 7,700 万トン（CO2 換算1 はじめにで約 1 億 2,700 万トン）が有効利用されずに廃棄され、46 億年という地球の長い歴史の中でほんの一瞬にCO2 となって放出されている。これは 1990 年におすぎない 200 年余りの短期間に化石資源が多用され、けるわが国の CO2 排出量の約 11％に相当する 1）。し地球の温暖化で代表されるエネルギー・環境問題をたがって、バイオマスのエネルギー源や有用物質と引き起こしている。その結果、化石資源から得られしての利用は、京都議定書におけるわが国の温室効る化学物質や燃料を循環型、更新型バイオマスから果ガス排出量削減目標の達成に有効であるのみなら造り出そうとする動きが近年活発化し、バイオマスず、今後の地球環境にとっても極めて重要である。

資源によるポスト石油化学が注目されている。そこ

3で本稿では、バイオマスの王者である樹木などのリバイオエタノールエタノールには、バイオマスからのバイオエタノ

グノセルロース系未利用バイオマスからのバイオ燃料（図 1）について紹介する。

ールと化石資源であるエチレンからの合成エタノー
ルがあるが、地球の温暖化抑制に寄与し得るのは前2 わが国におけるバイオマス資源者である。バイオエタノールには、発酵エタノール

わが国で発生するバイオマス資源は年間約 3 億とバイオガスからの合成エタノール、さらに間接変液体バイオ燃料

ｱﾙ ｺｰ ﾙH 2 O バイオマス
CO 2バイオエタノール
間伐材
廃材

古紙

京都大学独自の超臨界流体技術

水

ガソリン車

古紙

バイオメタン小枝

廃油

廃バイオマス

ﾒﾀﾉｰ ﾙ

LPG車

廃油

バイオディーゼル燃料
ディーゼル車図1 環境負荷の小さい超臨界流体技術によるバイオ燃料の創製

環 境 負 荷 の 低 減

廃材

化 石 燃 料 の 代 替ディーゼル車ディーゼル発電留酵化

バイオエタノール

糖木材（セルロース）

前処理

トウモロコシ（デンプン）

図2

蒸発サトウキビ（糖蜜）C6H12O6 + 6 H2 → 3 CH3CH2OH + 3 H2O
糖質 6 個の炭素は 6 個ともエタノールに変換され、上述の発酵エタノールに比べて 1.5 倍のエタノール生産が実現する。
3.4 バイオエタノールの政策とゆくえ
エタノール生産に適する資源は、糖質・デンプン種々のバイオエタノール生産形態

資源および木質系資源であるが、前者は現在、宮古換バイオエタノールがある。

島などでのサトウキビからの廃糖蜜や北海道での規3.1 発酵エタノール

格外小麦が利用の対象となっている。しかし、食糧

発酵エタノールでは、原料として糖蜜やデンプン、問題との関連で、長期的に利用可能な資源は後者のセルロース系資源が利用できる。いずれの場合も、木質系資源であり、森林資源、林産廃棄物、農産廃それらの構成糖 D −グルコースのエタノールへの発棄物などが含まれるが、その利用可能量は年間約酵であり、主として糖密やデンプン資源が用いられ3,000 万トン、そこから得られるエタノールは従来のてきたが、食糧問題との関係もあり、近年セルロー

発酵エタノール生産で約 840 万 kℓと推定される。

ス系資源が注目されている。しかし、セルロースは、日本政府は 2003 年 6 月にバイオエタノールを 3％

図 2 に示すように、糖蜜やデンプンに比べ、単糖へ混合したガソリン（E3）の使用を解禁した。3％との糖化が容易でなく、前処理が不可欠である。

低濃度であるためエンジンの腐食の問題はなく、現いずれの場合も、酵母などの微生物によって嫌気在の自動車をそのまま利用することができる。沖縄、性条件下、糖質（1 モル）はエタノール（2 モル）と宮古島では、全島あげての E3 ガソリン利用が府省

CO2（2 モル）に変換される。

連携の国家プロジェクトとして 2008 年度からスタ

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2ートする。将来 E10 に伸びることを想定した検討もなされるが、そのためにはわが国で利用されるガソ

これより糖質 6 個の炭素は 4 個がエタノールに変

リン約 6,000 万 kℓのうち 600 万 kℓがバイオエタノ換され 2 個は CO2 となり、炭素の利用効率が低い。

ールで代替されなければならない。今後この量をど3.2 バイオガスからの合成エタノールのようにして確保するかが課題である。

バイオガス合成エタノール法 2） は、バイオマスを一方、ガソリンへのエタノール混合にはいくつか水蒸気ガス化して CO、CO2、H2 の合成ガスとし、の問題点がある。その一つはエタノールとの共沸現

これらから嫌気性菌 Clostridium ljungdahlii を用い象により混合ガソリンの蒸気圧が上昇し、蒸発ガスてエタノールを生合成する方法で、糖類のみならずが増加する点にある。さらに、吸水しやすいエタノリグニンも合成ガスとしてエタノールに変換できるールの添加による水分の混入が混合ガソリンの相分点に特徴がある。CO2 へのガス化を極力抑え、より離を招き、燃料品質の劣化を引き起こす恐れがあ

多くの CO をエタノールへと変換することが課題でる。このような視点から、ETBE（エチルターシャある。

リーブチルエーテル）をガソリンに添加することが3.3 間接変換バイオエタノール検討され、昨年（2007 年）4 月 27 日より首都圏中間接変換バイオエタノールでは、①糖の発酵によ

心に 50 のガソリンスタンドで 7％ ETBE（エタノーる酢酸の生成、②得られた酢酸のアルコールによるル 3％に相当）添加ガソリンであるエステル化反応、および③酢酸エステルの水素化分ン解によるエタノール生産の 3 プロセスが関与しておETBE84 万 kℓ（エタノール換算；36 万 kℓ、原油り、それらから以下の反応が導ける 3）。

換算；21 万 kℓ）が利用される予定である。

バイオガソリが販売されている。2010 年度には全国に広げ、今後、バイオエタノールに対する注目は益々大きガスが用いられているが、バイオメタノールへの転くなるものと思われる。とりわけ木質資源からのエ換が望まれる。バイオマスより H2 と CO が得られタノール変換技術の確立は、わが国にとってれば、ジメチルエーテルへの変換もあわせて燃料電のエネルギー国産を産出する点で極めて重要であり、科学技術創造立国を自負するわが国に課せられた大きな課題である 4）。

4 バイオメタノール

池や自動車燃料としての利用が可能となる。

5バイオメタン

一般に、家畜糞尿、水産加工残渣、投棄魚、下水汚泥などがメタン生産に適しており、利用可能量はバイオマスのガス化によるメタノール合成には、年間 2,900 万トンと推定されている 1）。しかし、メタ植物系バイオマスのほとんどが原料（利用可能量約ン発酵に供する資源は他にも多くあり、セルロース4,500 万トン／年）となり、前述のエタノール生産になどの多糖類、タンパク質や脂肪なども対象となる。

比べ原料の範囲が広い 1）。

メタン発酵の初期段階では、セルロースなどの多このメタノール製造では、ガス化プロセスで炭化糖類を単糖に分解する酵素（加水分解菌）が分泌され、物やタール状物質が生成しやすく、効率よくこれら酸生成細菌によって酢酸やプロピオン酸などの低分をもガス化することがポイントである。そこで原料子有機酸や水素に変換される。さらに有機酸はメタを粉砕し浮遊させて分解する噴流床方式が提案されン生成菌によりメタンと二酸化炭素に変換される 5）。ており、バイオマスは H2 、CO および CO2 となる。

さて、木材などのリグノセルロースからは超臨界次にガス精製改質塔にて、得られたガスが精製され、水処理により短時間で効果的に多くの有機酸（ギ酸、ガス組成が調整され、亜鉛系触媒を用いてメタノーピルビン酸、グリコール酸、酢酸、乳酸、レブリンルが合成される。

酸など）が得られるため、これらをメタンに誘導 6）、原料に廃棄物を用いる場合、防腐剤として広く使用されてきた CCA 薬剤（銅（Cu）、クロム（Cr）、ヒ素（As）からなる防腐剤）を含む建築廃材からはAs2O3 などの有毒ガスが発生する。また、ダイオキシンの発生にも注意が必要で、これらの除去機能をもつガス化プロセスの開発が望まれる。

さらにメタンモノオキシゲナーゼによりバイオメタノールに変換が可能である 7）。

6

液体バイオ燃料 8）

近年我々は、木質バイオマスを 20 〜 30 分の超臨界メタノール（350℃／ 43MPa）処理で可溶化し得メタノール製造には現在、経済性の理由から天然ることを見い出した 8）。上述のバイオメタノールを●好評発売中・創立20周年記念出版

謝／願を立てる／合格祝い／巣立ち記念／婚約や木を植えよう

友情／退院・快気祝い／敬老や長寿祝い／故人をしのぶ／成人記念／卒業記念／入学、入社／開業、人生にはさまざまな出会いがあり、別れがある。

開所、開店／創立記念日／安全祈願／豊作、大漁

その時々の思いは忘れ難く、心に深く刻まれてい祈願／昇進、栄転／誉栄をたたえる／出版／ホーる。本書はそんな思いを「木を植える」ことで長ルインワン／優勝、勝利の記念／植樹の基礎知識。

く語り継ぐ縁としてほしいとの願いをこめて「記監修林野庁／指導小林義雄／制作第一プランニ

念樹にふさわしい木とそのいわれ」を出版したもングセンター／ A5 判 64 頁（カラー）、のである。緑化行事の参考図書として広く配布し価格 550 円（1000 部以上 500 円）ていただければ幸いである。

申込先／日本緑化センター／〒 107 − 0052

目次／新築・転居祝い／結婚祝い／結婚記念日／帯祝い／誕生祝い／子供の成長／父や母への感

東京都港区赤坂 1 − 9 − 13 ／三会堂ビル
電話 03（3585）3561

FAX 03（3582）7714

ここに用いることで、100％バイオマスベースの液タノール法（以降二段階法と呼ぶ）を開発した 10）。

体燃料が得られることになる。木質バイオマスは古トリグリセリドを亜臨界水（270℃、10 〜 15MPa）くから燃料として用いられてきたが、固体でかさ高にて加水分解して脂肪酸とグリセリン（反応 1）とし、く取り扱いにくい。しかし、このような液体バイオ水に溶解したグリセリンを脂肪酸から分離する。続

燃料が創製できれば、その意義は大きい。また可溶

いて得られた脂肪酸を超臨界メタノールでエステル化した化合物には多くの有用な化学物質が含まれて化（270℃、10 〜 15MPa）し脂肪酸メチルエステルおり、我々の身のまわりのバイオ材料へと転換する（反応 2）とする。この方法はアルカリ触媒法とは異ことも可能となる。

なり無触媒法であるため、バイオディーゼルの精製が容易でアルカリ石鹸をつくらず、遊離の脂肪酸も7 バイオディーゼル

バイオディーゼルとなり、収率が向上する 10）。

樹木の総体利用を考える上で、樹木由来の油脂資バイオディーゼルは、酸性雨の原因となる硫黄酸源の利用は重要である。特に、アブラヤシ（Elaeis

化物（SOx）や黒煙が軽油に比べて少なく、浮遊粒guineens ）からのパーム油は大豆油に次ぐ生産量子状物質が減少するため、排ガスのクリーン化効果をほこり、近年マレーシアやインドネシアでそのがある。さらにバイオマス起源であるため、地球上プランテーションが拡大している。また、ナンヨの炭素バランスを崩さないなど、環境保全の観点か、 カ タ ワ（Huraウ ア ブ ラ ギ リ（Jatropha curcas ）ら好ましい燃料である。

crepitans ）、 ミ フ ク ラ ギ（Cerbera manghas ） 等 のバイオディーゼルに対し、EU では軽油に 5 〜 30

樹木の種子にも油脂が豊富に含まれている。

％添加して利用しており、358 万トンの生産量に達油脂資源の利活用のひとつにバイオディーゼル燃しているが、わが国では京都市を中心に 0.4 〜 0.5 万料（脂肪酸メチルエステル）があり、商業的にはアトン程度の利用にとどまっている。日本における年

ルカリ触媒法が適用されている。しかし、この方法間の廃油量は 42 〜 56 万トンで 1）現実にはこのうちでは反応後に触媒やアルカリ石ケンを除去する必要数万トン程度の廃油しか回収が見込めない。現在日がある 9）。そこで我々は図 3 に示す二段階超臨界メ本で利用されている軽油約 4,100 万ℓ（2003 年度）

亜臨界水

CH 2−COOR 1│
CH−COOR 2│
CH 2−COOR 3

超臨界メタノール

亜臨界水＋

R1COOH 3
R2COOH 33H2O＋

R3COOH 3

トリグリセリド水脂肪酸

CH2 −OH│
CH−OH （反応−1）│CH2 −OH
グリセリン

超臨界メタノール
R COOH
遊離脂肪酸＋

CH3 OH
メタノール

R COOCH 3＋H2O

脂肪酸メチルエステル（反応−2）

水12

R , R , R3, R ; 炭化水素基

図3 二段階超臨界メタノール法によるバイオディーゼル製造プロセス

古紙
ごみ

SS

ﾊﾞｲｵｴﾀﾉｰﾙ

精油所

液化ﾊ ﾞｲｵ 燃料
木質廃棄物
間伐材など
農林廃棄物

ETBE
プラント

ﾊ ﾞｲｵ ﾒﾀﾉｰﾙ
SSﾊﾞｲｵﾒﾀﾉｰﾙ
SS

廃食油

ﾊﾞｲｵﾃﾞｨｰｾ ﾞﾙ

廃油脂SS
圧縮メタンガス車

ｸﾞﾘｾﾘﾝ
汚泥
糞尿
厨芥ごみ

ﾊ ﾞｲｵ ﾒﾀﾝ

家庭用ガス

熱

農林廃棄物

地域暖房

図4

ゼロエミッション型バイオ燃料生産・利用システムの 0.1 〜 0.2％程度しかまかなうことができない。今生産とその利用システムの構築が可能となる。

後、休耕田を有効に利用して菜種栽培を推進するか、化石資源の枯渇と地球環境の悪化に伴い、今後東南アジアに目を向け、アブラヤシのパーム油やナ益々バイオマス資源の有効利用が進展するものと思

ンヨウアブラギリ（Jatropha curcas ）からのクルカわれる。その際のゼロエミッション型エネルギー生ス油を利用するなど原料の確保が課題である。

産・利用システムのモデルの一つとしてここでの提8 バイオマス資源のゼロエミッション型エネルギー生産・利用システム案が役に立てれば幸いである。
＜引用文献＞
1）南 英治、坂 志朗、バイオマス・エネルギー・環境、アイピー

種々のバイオマス資源からのこれらバイオ燃料製造プロセスは、現在実用化に向けて個々に検討が進められている。しかし、それぞれの製造プロセスを単独で確立するのではなく、それらを相互に融合し、製造過程で排出する副産物も利用するゼロエミ

シー、東京、2001、pp.61−103．
2）Klasson, K.T., Ackerson, M.D., Clausen, E.C., Gaddy,J.L., Enzyme Microb. Technol. 14, 602− 608, 1992.
3）Eggeman, T., Verser, D., Appl. Biochem. Biotechnol.
129−132, 361−381, 2006.

ッション型バイオ燃料製造プロセスを構築すること

4）坂 志朗、化学 61、12−16、2006.

が重要である。その概念を図 4 にまとめて示す。す5）バイオマスハンドブック、日本エネルギー学会 編、オー

なわちバイオメタンはメタンモノオキシゲナーゼ

ム社、東京、2002、pp.152−156．

（MMO）によりバイオメタノールに変換され、バイ

6）吉田 敬、江原克信、坂 志朗、キチン・キトサンの開発

オエタノールとともに固体バイオマスを液体バイオと応用、シーエムシー、東京、2004、pp.51− 61．

燃料に変換する溶媒として利用される。また、油脂

7）京都大学 21 世紀 COE 広報、環境調和型エネルギーの類からのバイオディーゼル製造では、バイオメタノ

研究教育拠点の形成、2003 年度版

ールを反応溶媒とし 100％バイオマスベースの究極8）坂 志朗、南 英治、ECO INDUSTRY 7、5 −13、2002．のバイオディーゼルを製造する。さらに、副生する

9）坂 志朗、Dadan Kusdiana、バイオマス・エネルギー・グリセリンはバイオメタンへの変換の良基質として再利用する。これらの融合、相互乗り入れにより、廃棄物を産出しないゼロエミッション型バイオ燃料

環境、アイピーシー、東京、2001、pp.454−462.
10）坂 志朗、Dadan Kusdiana、Jasco Report 7、10−13、
2003．