令和4年度 廃棄物資源循環学会 春の研究討論会
セミナーB ⼀般廃棄物焼却施設におけるカーボンニュートラルの可能性
2022年5⽉25⽇

⼀般廃棄物処理の中間処理(焼却)におけるカーボンニュートラル化の可能性

廃棄物焼却研究部会
皆川雅志(JFEエンジニアリング(株))目次

１．CO2回収によるカーボンニュートラル化の試算
２．経済性の試算

1．CO2回収によるカーボンニュートラル化の試算
・CO2回収設備導入時にエネルギー的に自立する条件
・2050年におけるCN化に必要なCO2回収設備数
・2050年におけるCO2回収設備導入可能数の試算と効果

CO2回収設備導入時にエネルギー的に自立する条件

CO2回収設備導⼊時にエネルギー⾃⽴可能な条件
外部からエネルギー(熱、電気)供給が不要で、エネルギー的に自立する施設規模を検討。
⾃⽴可能な施設規模[t/⽇]600

中環審モデル
・低位発熱量︓9,354kJ/kg
・蒸気条件︓4MPa,400℃→⾃⽴する施設規模︓300t/⽇

500
400
300
200100

当部会設定シナリオ
・低位発熱量︓6,600kJ/kg
・蒸気条件︓6MPa,450℃→⾃⽴する施設規模︓375t/⽇

6MPa450℃
4MPa400℃

0
6,000

7,000

8,000

9,000

10,000低位発熱量[kJ/kg]

 ベースシナリオでは、エネルギー自立するために施設規模375t/日が必要となる。
 中環審モデルとは、低位発熱量および蒸気条件が異なるため、エネルギー自立可能な施設規模が異なる結果となった。
5

⾃⽴可能条件の検討に⽤いたパラメータ①
中央環境審議会循環型社会部会(第38回)資料の試算モデル（４ケース）を元に検討
項⽬

設定⽅法

処理⽅式・炉数

ストーカ式焼却炉 2炉構成

ごみ低位発熱量 [kJ/kg]

当部会設定シナリオ︓6,600kJ/kg

ごみ中の炭素割合 [%]当部会設定シナリオ︓19.3%

ボイラ効率 [%]

92％で⼀定（中環審資料と同効率）

発電効率 [%]

6MPa,450℃と4MPa,400℃においてタービン⼊⼝蒸気量に応じて設定（図1）
設定シナリオ︓16.5％(375t/⽇,6MPa,450℃)

場内消費電⼒原単位 [kWh/tごみ]（CO2回収設備分除く）

施設規模(t/⽇)に応じて原単位を設定（図2）

消費蒸気原単位 [GJ/tCO2]（CO2回収設備分）

3.08で⼀定（中環審モデル）

消費電⼒原単位 [kWh/tCO2]（CO2回収設備分）

CO2回収量に応じて原単位を設定（図3）※液化に必要な消費電⼒も含む
6

⾃⽴可能条件の検討に⽤いたパラメータ②
発電効率[%]
中環審モデル

6MPa450℃

20.0

500

150
原単位[kWh/tごみ]発電効率[%]

4MPa400℃

100

10.050
中環審モデル

0.0050100

タービン⼊⼝蒸気量[GJ/h]

CO2回収施設消費電⼒原単位[kWh/tCO2]

原単位[kWh/tCO2]

30.0

場内消費電⼒原単位[kWh/tごみ]

00200

400

600

施設規模[t/⽇]

400300200
100
中環審モデル00200
400
CO2回収量[t-CO2/⽇]

600

図1

図2

図3

●6MPa,450℃
中環審モデル3点(施設規模300, 600,1800t/⽇において、CO2回収設備導⼊時の発電効率17.0, 19.1, 22.4%)を基準に近似曲線を設定●4MPa,450℃
中環審モデル1点(施設規模300t/⽇において、CO2回収設備導⼊時の発電効率13.9%)を基準に、6MPa,450℃の近似曲線をスライド

中環審モデル1点(施設規模300t/⽇において100kWh/tごみ)を基準に、プラントメーカの実績の、施設規模による原単位変化率を⽤いて近似曲線を設定

当該施設の運転データが⼊⼿できないため
中環審モデル1点(施設規模300t/⽇において293kWh/tCO2)を基準に、原単位がCO2回収量の0.6乗則で変化するとし、近似曲線を設定

72050年におけるCN化に必要なCO2回収設備数

CN化に必要な施設数
非バイオマス由来のCO2を全量回収できるだけのCO2回収設備を設置した場合のCO2回収設備設置数は、以下の通りとなる。
項⽬

数値

備考

CO22,292kt-CO2/年

CO2吸収率︓90%

ごみ量換算3,240kt-ごみ/年

原単位:0.707t-CO2/ごみt

施設規模（合計）

12,052t/⽇

運転⽇数︓280⽇/年
調整稼働率︓0.96

施設数

33施設

エネルギー⾃⽴可能な施設規模375t/⽇とした場合に必要な施設数

CO2回収対象設備

焼却施設

9

2050年におけるCO2回収設備導入可能数の試算と効果

2050年におけるCO2回収設備導入数の試算と効果
2050年における焼却施設の規模および分布を設定し、 CO2回収設備を導入可能な焼却施設数
ならびにその効果を3ケースで試算した。
2050年における各焼却施設の年間処理量[t/年]の設定方法
ベース：2020年の施設ごとの年間処理量(環境省 廃棄物処理実態調査より) に対して・ 2050年の都道府県ごとに人口減少に応じて施設の処理量を減らす
例）東京都：13,733千人→11,459千人、沖縄県：1,460千人→1,304千人
・ 2050年の総排出量に合わせるよう排出原単位を一律で減らす（×0.63）
・ 稼働日数：280日、調整係数：0.96にて施設規模を設定
Case1

Case2

Case3

施設数維持
（広域化なし）⼤都市圏でのみ広域化

各都道府県内で広域化

全国年間処理量kt/年

16,60016,60016,600

全国施設数

ヶ所

1,090

1,069

190

375t/⽇以上の施設数

ヶ所

738

143

CN化達成率％

30120

450
11

Case1 施設数が維持された場合
600

 2020年時点と同数（同箇所）の施設とする

2020年

2050年

kt/年

34,16916,600

全国施設数

ヶ所

1,090

1,090

375t/⽇以上の施設数

ヶ所

125

7CO2回収設備導入
可能な施設分布●施設所在地→過半数が50t/日未満の施設となる

400
300
200
1000

施設規模[t/⽇]
CO2量[kt-CO2/年]

全国年間処理量施設数

 年間処理量の減少に合わせ施設規模だけ縮小

2050年における施設規模と施設数

500

20,00015,000バイオ由来
⾮バイオ由来10,000
5,000
0

総排出量

総回収量

 CO2回収設備を導入できる施設は7施設のみ
 CN化達成率は30%にとどまる
12Case2 ⼤都市圏においてのみ広域化
複数の焼却施設を保有する大都市（または大都市圏）において広域化を行い、CO2回収設備（375t/日施設）を可能な限り導入。
20,000バイオ由来

15,000

⾮バイオ由来10,000
5,000
0

2020
2050
管内
管内
管内
375t/⽇超
総施設 総施設
施設数の施設数
規模
規模t/⽇t/⽇ヶ所
ヶ所

総排出量

総回収量

CO2回収設備導入可能な施設分布●施設所在地 CO2回収設備導入可能施設は38施設
 CN化達成率は120％

札幌市

32,1007371

仙台市

31,800

6101

さいたま市

41,4306961

千葉市

21,0054351

東京都⼆⼗三区

2212,580 5,327

14

横浜市

55,340 1,750

4

川崎市

31,9507051

名古屋市

64,300 1,379

3

京都市

42,200700

1

⼤阪広域組合

74,400 1,862

4

堺市

41,6604641

神⼾市

32,100822

2

広島市

41,5005511

北九州市

32,130810

2

福岡市

31,651

571

113

Case3 都道府県内で広域化各都道府県内で広域化を行い、CO2回収設備導入可能な施設(375t/日)を可
能な限りつくる （例）北海道
2050年の総施設規模1,987t/日→ 1,987÷375=5.29…
→ 375t/日以上が5施設、375t/日未満が1施設の計6施設とする

2050

全国年間処理量 kt/年

34,16916,600

ヶ所

1,090

190※

全国施設数

※375t/日以上が143施設、375t/日未満が47施設

凡例

施設数

01~56~1011~20,000
CO2量[kt-CO2/年]

2020

バイオ由来
⾮バイオ由来15,00010,0005,0000

総排出量

 CO2回収設備導⼊可能施設は143施設
CO2回収設備導⼊
 CN化達成率は450％可能な施設分布総回収量14まとめ【2050年におけるCN可能性】
 ベースシナリオにおいて、CO2回収設備を設置した際にエネルギー自立する処理
規模は375t/日以上で、非バイオマス由来のCO2を全量回収するためには、33以上の焼却施設でCO2回収設備の導入を行う必要がある。
 広域化を行わなかった場合、2050年にはCO2回収設備設置可能施設は全国7施設に減少し、非バイオマス由来CO2回収率は30％にとどまる。
 大都市圏でのみ広域化を行うと、2050年にCO2回収設備設置可能施設は全国38施設で、非バイオマス由来CO2の約1.2倍のCO2を回収可能。
 各都道府県内で広域化を行うと、2050年にCO2回収設備設置可能施設は全国143施設で、非バイオマス由来CO2の約4.5倍のCO2を回収可能。

15（参考）Case1 プラスチック焼却量が多い場合
プラスチック焼却量がベースシナリオの3倍●施設所在地●施設所在地・低位発熱量：7,393kJ/kg

・低位発熱量：8,423kJ/kg

・ごみ中炭素分：20.9%

・ごみ中炭素分：23.0%

・自立可能な処理規模：319t/日

・自立可能な処理規模：266t/日

CO2量[kt-CO2/年]

20,000バイオ由来

15,000

⾮バイオ由来10,000
5,000
0

総排出量

総回収量

CO2量[kt-CO2/年]

プラスチック焼却量がベースシナリオの2倍

20,000バイオ由来

15,000

⾮バイオ由来10,000
5,000
0

総排出量

総回収量
16

2．経済性試算について
・CO2回収設備設置時の投資回収検討
・CO2回収設備の非設置時の経済性の検討

CO2回収設備設置時の投資回収検討

CO2回収設備を設置した場合の収⼊・⽀出
CO2回収設備の追加により、イニシャル費用・運営費用は増加する一方、CO2排出権の売却や、回収したCO2の販売ができれば、収入を得ることができる。
売電による収入が大幅に減少する（375t/日規模だとほぼ０）。

収入

支出

ごみ処理費⽤
余剰電⼒売却
補助⾦

イニシャル費⽤
down

運営費⽤(⽤役、⼈件費、メンテ費etc.)

ごみ焼却施設

支出

収入

イニシャル費⽤

CO2排出権売却
CO2ガスの販売益

CO2回収施設

運営費⽤(⽤役、⼈件費、メンテ費etc.)
19

施設条件
エネルギー自立ができる施設規模として、ごみ処理施設の規模は375t/日を想定。
排ガス中のCO2を全量回収するため、CO2回収設備の規模は265t-CO2/日とする。
施設

ごみ処理施設CO2回収施設

項⽬

設定条件

施設規模

375 t/⽇

ごみの低位発熱量

6,600 kJ/kg

バイオマス⽐率

82 ％

蒸気条件

6 MPa、450 ℃

発電端効率

16.5 %

売電量

0 MWh/年

施設規模

265 t-CO2/⽇（回収施設⼊⼝）

回収率90 %20

収⼊の検討に必要なパラメータ設定
2050年における単価の予測が難しいため、感度分析を実施する。
なお、ごみ処理費用や補助金の増減については考慮しない。
計算パラメータ
売電単価
CO2排出権売却単価（炭素価格）

設定数値

備考

10 円/kWh• ほとんど売電なしなので、単価変動の影響は⼩さい

10,000 円/t-CO2~• 限界費⽤約60,000円/t-CO2

0 円/t-CO2• 2050年の予想が⽴てにくく、売却できるかも不透明

60,000 円/t-CO2
CO2ガス売却単価• 2050年の予想が⽴てにくい（参考: 23,000 円/t-CO2）• 現状単価は約23,000円/t-CO2（⾼圧ガス）※※)経済産業省 ⽣産動態統計 化学⼯業をもとに試算

CO2排出権売却費⽤
 CO2排出権売却(収益) ＝ (CO2回収量－⾮バイオマス由来CO2排出量) × CO2単価
21（参考）炭素価格
RITEシナリオ分析や三菱総研の記事では、限界費用が約5.3～6万円/t-CO2程度となることが予想されている（1＄=114円として）RITE試算出典︓RITE HP（総合資源エネルギー調査会に提供の2050年カーボンニュートラル分析の追加情報および解説）

三菱総研（HPより 「経済成長にも寄与するカーボンプライシングの提案」）
2030年46%減に見合った電源構成（原子力10%、再エネ35%、石炭火力10%、LNG火力45%程度）が実現される炭素価格の水準として13,000円／t-CO2程度と推計している。さらに、2050年脱炭素化に向けて6万円／t-CO2以上に上昇する可能性が示唆されている。
22

CO2回収設備設置にともなう収⼊の変化
CO２排出権売却単価が10,000円以上であれば、CO2排出権売却による収益がCO2回収施設なしの場合の売電収入を上回る。
CO2ガスを単価23,000円/t-CO2で売却できる場合、約15,000円/ごみtの収益増。
40,000

収益（円/ごみｔ）

35,000

CO2回収施設なしの場合の売電収⼊
2,918円/ごみt(単価10円/kWh)30,00025,00020,00015,00010,000
5,000
00

10,00020,00030,00040,00050,00060,000

CO2排出権売却単価(円/t-CO2）

但し一方で、CO2回収施設のイニシャル費用や運営費が支出として増加。
どのような価格レベルであれば投資回収が可能かを検討。
23

⽀出の検討に必要なパラメータ設定
CO2回収設備設置にともなう収益をすべてCO2回収施設の投資回収に使うと想定。

計算パラメータ

設定数値

備考

投資回収年数15 年• 公共施設を想定

イニシャル費⽤

感度分析• 2050年の予測が困難• 投資回収可能なコストレベルを検討

運営費⽤
利息

イニシャル費⽤の 2 %考慮しない• ⼈件費含む• 検討簡略化のため

24

（参考）イニシャル費⽤
地球環境産業技術研究機構(RITE)試算（2000年価格）※1
 バイオマス発電からの燃焼後CO2回収（CCS）のイニシャル費は1,964-1,728千＄/t-CO2/h→平均約8.8百万円/t-CO2/⽇（1＄=114円として換算）
 想定する施設規模や、イニシャルに含まれる範囲は不明

低炭素社会戦略センター(LCS)試算※2
 CO2回収設備の施設規模691t/h（16,584t/⽇）のイニシャル費⽤4,410億円→約2.7百万円/t-CO2/⽇
 CO2圧縮設備まで含まれる。ただし、施設規模が⼤きく異なる。

項⽬
CO2回収施設単位
施設規模

RITE試算ベース

265

t-CO2/⽇

単価百万円/t-CO2/⽇

設備費百万円

LCS試算ベース

8.8
2,332

2.7716※1)出典︓総合資源エネルギー調査会基本政策分科会(第43回会合 令和3年5⽉13⽇）資料２ 「2050年カーボンニュートラルのシナリオ分析（中間報告）※2)出典︓低炭素社会の実現に向けた技術および経済・社会の定量的シナリオに基づくイノベーション政策⽴案のための提案書
技術開発編 CCS（⼆酸化炭素回収貯留）の概要と展望（平成28年3⽉、国⽴研究開発法⼈科学技術振興機構 低炭素社会戦略センター）

25

CO2回収設備の投資回収検討結果
CO2排出権売却単価が10,000円/t-CO2の場合、イニシャルが62億円程度であれば15年で投資回収可能。
CO2回収設備非設置の場合と比べ、売電収入が約4,600百万円/15年減少※するため、売電収入減少分の補填を考慮すると、排出権売却単価は10,000円/t-CO2以上が望ましい。 ※）年間売電量約30.６6GWh、売電単価10円/kWh

投資可能額（百万円/15年）

50,000

イニシャル

運営
11,17440,0009,311

イニシャル単価
30,000 23.4百万円/t-CO2/⽇相当

7,449
5,587

20,000
3,725
10,000
0

1,862

6,208
10,00012,41520,00018,62330,00024,83040,00031,03850,00037,24560,000

CO2排出権売却単価（円/t-CO2)26

CO2回収設備の非設置時の経済性の検討施設の経済性（CO2回収なしの場合）
CO2回収設備を設置した場合と比べ、余剰電力売却による売電収入は多くなる。
一方、発電によるCO2削減効果がないため、CO2排出施設となり、 CO2排出権の購入が必要となる可能性。

収入

支出

ごみ処理⽤費

イニシャル費⽤

余剰電⼒売却

運営費⽤

補助⾦(⽤役、⼈件費、メンテ費etc.)

ごみ焼却施設支出
CO2排出権購⼊費
28経済性検討（375t/⽇、CO2回収なし）
売電による収入がCO2排出権購入により相殺され、CO2排出権購入単価が２４,000円/t-CO2以上となるとCO2排出権購入費が上回る。
→CO2回収設備が設置できない中小規模の施設は、経済性がより厳しくなる。
(売電単価︓10円/kWh)8,000
CO2排出権購⼊費⽤⽀出・収⼊（円/ごみt）

7,000

売電収⼊

6,000

化⽯由来CO2排出量
0.124t-CO2/ごみt

売電量292kW/ごみｔ

5,000

CO2排出権購入費用の方が多い

4,000
3,000
売電収入の方が多い2,000

中小規模施設の場合

1,000
00

10,00020,00030,00040,000
CO2排出権購⼊単価(円/t‐CO2）

50,00060,000
29

まとめ

まとめ
【経済性試算】 CO2回収設備を設置するケースにおいては、CO2排出権の売却により、売電収入以上の収益を確保することができる。 CO2排出権売却単価が10,000円/t-CO2を超えてくれば、投資回収も可能となる。
 CO2回収設備を設置できない中小規模の施設では、 CO2排出権購入費用が嵩む。
375t/日施設ではCO2排出権売却単価が24,000円/t-CO2を超えると排出権購入費用が売電収入を上回るが、それよりも小さい規模の施設ではより厳しくなる。

31

課題【技術的課題】
 吸収液の劣化を防ぐため、CO2回収設備前で排ガス中硫黄酸化物を除去する必要あり
 適用可能な施設を拡大させるためCO2回収設備のエネルギー効率を上げる
 1炉運転時のエネルギー収支について、成り立つか確認が必要
 CO2回収設備停止による予期せぬCO2排出とならないよう安定稼働を確実にする必要あり【社会的課題】
 CO2排出権の売却/購入費用によって経済性が大きく変わるため、変動リスクを抑えるための対策やリスク負担者を決めておく必要性あり CO2排出権の帰属（責任所掌、費用負担の所掌（施設 or 市町村 or 都道府県 or 国）） CO2回収設備を設置できない中小規模の施設の集約化、処理方式変更等の推進32