ドイツにおけるバイオマス産業用熱の現状と課題
Current Status and Issues of Biomass Industrial Heat in Germany
Dr.-Ing. Volker Lenz

International Symposium on Biomass Industrial Heat, Tokyo
13th January 2023

ドイツバイオマスリサーチセンター -スマート・バイオエネルギー
DBFZ – Smart Bioenergy▪ 統合、自由競争、需要志向のエネルギー供給
Integrated, free competition and demand-oriented energy supply▪ バイオベース燃料の複合的な生産
Combined production of bio-based fuels▪ 高効率でクリーンな技術開発
Development of high efficient and clean technologies▪ 完全な包括的サステナビリティ・モニタリング Fully comprehensive sustainability monitoring▪ バイオマスからの最適なバリューチェーン Optimal value chain from biomass

Bilder: Stefan Rauchhaus / DBFZ,Michael Moser Images / Schulz undSchulz Architekten GmbH

Goal: A carbon-neutral bio-economy based on renewable resources

バイオエネルギーに関わるあらゆる問題を研究 Research on all issues related to bioenergy 2© Fotos: DBFZ, Jan Gutzeit, Pixabay / CC0 Public Domain, DREWAG/Peter Schubert

SEITE 2

私たちは地球を暖めている

引用元: IPCC AG I zum 6.Sachstandsbericht: Klimawandel 2021.自然科学的な基礎。Zusammenfassung für die politische Entscheidungsfindung.20213

急激な気候変動は私たちの世代に責任がある!
これまでに約1.1 ˚Cの気温上昇

急激な気候変動は私たちの世代に責任がある!
••••Quelle: https://www.volker-quaschning.de/datserv/CO2/index.php Zugriff:10.01.2020

SRU：2031年から2040年にかけて、気候中立を達成する必要がある。
遅くとも2040年までに、完全に再生可能な熱供給ウクライナ紛争
洪水災害、干ばつ、熱中症、ハリケーン、森林火災を伴う気候変動

4

行動への圧力 気候保全は世界共通
1.5〜2˚C目標
達成度
早く行動すればするほど、楽になる

5
クエル：WBGU 2018

ドイツにおける気候保護に関する決定事項 2021年
気候保護法2019と連動した2021年3月24日の連邦憲法裁判所判決• 政治家が拘束力をもって達成すべき1.5～2℃目標 → 2020年時点で6.7GtのGHG排出枠を残存させる。
• 気候保全は、他の基本的権利（特に市民的自由）と比較検討する必要がある。

再生可能エネルギーの利用を大規模に推進し、化石燃料による火力発電所の新設を相次いで禁止（例：BEG、BEW・・・）。

化石燃料を使用するエネルギー変換装置の運転禁止は待ったなし• エネルギー転換、特に熱転換は、産業プロセス熱供給の完全転換を含めて、加速しなければならないだろう• バイオエネルギーは、空対水ヒートポンプと並行して、あるいはヒートポンプと共に、すぐに追加的な貢献をす•ることができます。
しかしバイオエネルギーの持続可能性には、もはや量のバランスだけでなく、生物多様性も含まれる

6

エネルギー需給産業
ドイツのGHG排出量-歴史と目標値 連邦気候保護法
廃棄物＋その他

引用：FVEE-Jahrestagung 2022

農業

輸送

建築

工業

エネルギー産業

7

熱部門におけるバイオエネルギーの位置づけ
最終エネルギー消費量の約50％が熱
熱分野の再生可能エネルギー (~16,5%)

エネルギー源別EEV熱量
6000

ミネラレル
ストローム
コーレン

ガス
フェルンベルグ
エルナーバウアー

PJ/a

4000

2000

再生可能エネルギーにおけるバイオマス (~86%)020092010201120122013201420152016201720182019

8ドイツにおけるバイオマスからの熱供給状況
2021年
2021年ドイツにおける冷暖房用再生可能エネルギーの最終エネルギー消費量

産業用熱源：11.7
第3次産業（貿易、商業、サービス業）。10,9%
家庭での木材利用率：40,7%。

9産業用熱の世界的な分類
データはIEA World Energy Balances Highlights 2021に基づく「熱」には、暖房に使用される電気も含まれる

世界のエネルギー消費量

世界の産業用熱消費量
低温プロセス

電力 20％

以下

農 業

産業分野

中温プロセス

熱輸送 30％

建物
高温プロセス

以上
引用：FVEE-Jahrestagung 202210

ドイツにおける産業転換はプロセス熱の転換•

ドイツの最終エネルギー総需要の19％（2020年）が産業プロセス熱に使用された•

このうち、再生可能エネルギーや再生可能エネルギーによる電力供給は、まだほんの一部に過ぎない

11

再生可能熱の利用可能温度と潜在的な適用分野

脱炭素化のための4ステップモデル

12ドイツにおける木材利用
森林伐採（GER）
100
90
80

60
504030

引用元: バイオエコノミーモニタリングのパイロット版

データFAO (2021年)

Mio.m.370

201001991

19962001丸太・燃料用木材

2006

2011

燃木

2016

木から生まれるエネルギー

素材木材の利用量

素材とエネルギーの使用量はほぼ同じ

13

ドイツにおける木材の可能性
ドイツでの幹材伐採の様子。
成長（理論的バイオマスポテンシャル）と利用の比較•

1993年：成長の49％を利用•

2007:成長の112%を利用•

2009年以降：増分の約80％を使用•

2018年～2020年：利用率＞増分（計画外利用）バイオクラフト・プロジェクト（進行中）

木質エネルギーは地域限定で、限られた範囲でしか拡大できない！？ 14

ドイツにおける将来の木質エネルギーポテンシャル
2020 ドイツで木材伐採が成長する水準にある
約50％が直接エネルギーとして使用される

特に最終顧客や薪（熱）発電設備での低温機器向け
今後の変更点

生物多様性の目標は何年も無視されてきた→森林を気候変動に強い混交林に転換しなければならない＋もっと手つかずの地域（最大30％）を計画し、もっと枯れ木を森林に残すべき！？
2045年の気候ニュートラルには、農業と林業からのマイナス排出が必要。ドイツは2030年に2000万トン、EUはドイツから3400万トンを予測⇒新規成長の約20～30％は森林に残すか、それに応じて森林面積を拡大する必要がある（＋200～300万ha）。
木造建築戦略、バイオエコノミー戦略では、材料となる伐採の拡大が必要

ドイツでは、輸入を伴わない一次木材のエネルギー的利用可能量が大幅に減少する（現在約90 TWh/aから、おそらく20 TWh/aに減少する）。
15プロセス熱シナリオ ドイツ KSG45
ドイツにおける温室効果ガスニュートラルなエネルギーシステムでの産業発展

鉄鋼

水素

製紙

電力

石炭

バイオ
ガス

バイオマス

セメント

プロセス残渣

水素とバイオマスはドイツ産業の脱化石化のための重要なエネルギーキャリア
引用元: ユーリッヒ研究センター, FVEE 2022の報告書

ガラス

地域暖房
16

代替燃料
発熱量比較
木材と比較すると、代替バイオマス燃料は。
− 低比重エネルギー密度
− 高灰分
− スラグ
− 腐食の危険性が高い(C-content)− NOx排出量の増加− PM排出量の増加− より不均質な特性− より高い価格

各列のエネルギー量は、燃料油1リットルに相当します
出典TFZ17ドイツにおけるバイオマスの可能性と利用

77
バイオマス

5
セクター数

1.113
計算要素

最小/最大
利用可能な値オンラインデータレポジトリ

最小

http://webapp.dbfz.de602 pj ...

最大

1.037 pj ... 1.471 pj

Quelle: Brosowski et al. (2016), DOI 10.1016/j.biombioe.2016.10.017; Brosowski et al. (2019), DOI 10.1016/j.biombioe.2019.105275; Brosowski et al. (2019), https://www.fnr-server.de/ftp/pdf/berichte/22019215.pdf。

18

革新的な燃料選択
前提状況：一次林バイオマスのエネルギー利用をこれ以上増やすべきではない（資金面でのインセンティブなし）- 連邦環境省、環境保護団体 ...

可能な解決策廃材を高品質燃料に加工する 剪定枝

フローラフューエル社工場

洗浄混合調節コンパクト化19

Torrefaction トレファクション

Source: https://www.holzkurier.com/uebrige_wirtschaft/2012/08/andritz_mit_geschaeftsentwicklungzufrieden.html

20木炭の生産
内温性
endotherm

150 oC
内温性
endotherm

原材料の供給ガスコン
セント

hauptsächlich
Wasser
主に水ストーブ

Hydrolyseund
加水分解・異性化プロセス（CO, CO2 , 酢酸,
Isomerisierungsギ酸,...） (u. a. CO,prozesse
CO 2, Essigsäure,Ameisensäure)275 oC
発熱性
exotherm

石炭排出口

酢酸、メタノール、アセトン
Essigsäure,、木タール、水素、メタン、Methanol,
エチレン Aceton,
Holzteer, Wasserstoff,Methan, Ethylen

350 oC
exotherm
発熱性schwerer
重厚な木質タール
Holzteer

400 oC
Holzkohleチャコール
出典カルトシュミット

出典：www.bestongroup.com

21

エクスカーション：ドイツにおける再生可能エネルギー発電の進展• 2013年以降、資金が大幅に減少したため、バイオマス発電の大幅な増加はない• 最初の木質バイオマス発電所が稼働を停止した• ドイツだけでなく欧州レベル
でも、木質バイオマス発電から脱却する方向へ政治的な変化が見られる
22

ドイツにおける将来のバイオマス利用のシナリオ比較

bioenergy demand in TWh

ドイツの見通し：・電力用木材の使用量削減
・産業用熱の利用が大幅に増加
・中小企業向けの熱利用が若干増加

合計

エネルギー

産業
固体輸送
液体

民生家庭部門 中小企業
ガス

23

プロセス熱シナリオ ドイツ KSG45

引用元: ユーリッヒ研究センター, FVEE 2022の報告書

24

ドイツにおける将来のバイオマス利用のシナリオ
2050年までの様々なシナリオにおいて、長期的かつコスト的に最適なバイオマス利用を実現するための強固な洞察力*。
• 産業界の高温熱利用における木質系残渣• 発酵残渣は、高温産業、地域暖房、ビルディングなど脱炭素化が困難な様々なセクターにおいて、長期的にフレキシ*DBFZ/ UFZ プロジェクト SoBio:ドイツの将来のエネルギーシステムにおけるバイオマスの最適なエネルギ
ブルなバイオメタンとして利ー利用のための戦略。モデルBenOptによるエネルギーシステムのモデル化
仮定：47 Mt 残留物 + 耕作地230万ヘクタール用可能。
• 高温の熱利用だけでなく、電力分野でも柔軟に対応できる栽培バイオマス。
DM25

BeCCSを用いた産業用アプリケーション
エネルギー生成CO2 フローエネルギーフローマテリアルフローCO2

パワー・トゥ・エックス（PtX）

ケミカルインダストリー

温室・藻類生産大 気
CO2 使用（CCU） 1工場あたり10～CO2
CO2150ktのCO2 分離可能。

CO2 -キャプチャ

🌳
🌳
🌳
バイオマス

CO2🏭
🏭

エネルギー
バイオチャー

エネルギー・素材生成
ネガティブエミッション
気候目標

出典Global CCS InstituteとBiorecro 2010から引用。
https://www.globalccsinstitute.com/publications/global-status-beccs-projects-2010 byUFZ/DBFZ

CO2コストがかかる。
100～200US$/tCO2(Fuss et al. 2018)。

地中貯蔵26

バイオマスエネルギー利用によるマイナスエミション• GHG 排出が内在する可能性のある工業的高温プロセスは、バイオマス利用を含むCO2 の捕捉に適している。
• 他の多くの産業でも、水素は有望と思われる• 小型燃焼プラントの分野では、残留コークス（Cリッチアッシュ）の増量と土壌への取り込みにより、マイナス排出（＋土壌改良）につながる可能性がある

図Sarc R, Pomberger R, Lorber KE.廃棄物燃料の比燃費削減のための革新的な技術的解決策
セメント工場における排出ガス。In:Thomé-Kozmiensky KJ, Thiel S, Thomé-Kozmiensky E, Winter F, Juchelková
D,editors.「廃棄物管理」.廃棄物管理.Neuruppin, Germany:TK Verlag Karl Thomé-Kozmiensky; 2017, 475-49727灰回収と石炭回収の比較
熱交換器

サイクロン
燃焼チェンバー
二次空気

灰の除去
Bild:Pyreg https://pyreg.com/de/unsere-technologie/

燃料供給

一次空気
Quelle: カルトシュミット格子28

https://commons.wikimedia.org/wi
ki/File:Prunus_serotina_bark.jpg© KeithWeller© Martin Dotzauer (DBFZ)

エネルギー量（EJ© Craig Wyzik© Sven Schaller (DBFZ)

結論：産業界におけるバイオエネルギーの役割© Martin Dotzauer (DBFZ)

54
3

2
1

熱>
200°C
200℃ま
での加熱と冷却

産業用熱源用バイ
オマス合計
さらなるバイオマ
スの可能性（一…

さらにバイ…

0

産業用冷熱需要
Wärme-Kältebedarf
Biomasseeinsatz für
バイオマスの産業用
der Industrieindustrielle
熱利用Wärme+ ビル暖房

中間的な結論。バイオマスは貯蔵可能で、フレキシブルに利用でき、入手可能である
しかし、量に限りがあり、コストがかかる。

結論：付加価値のある特定の用途にのみ使用する
熱 <200https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Concentrated_solar_power__concentrated_solar_thermal_icon.png

プロセス効果バイオコークス
鉄鋼用
含H2

Ilmari Karonen

CCS + BeCCS
CaCO3 + バイオ熱

バイオエコノミー

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tapping_of _liquid_steel_f rom_BOF.jpg

セメント用灰© DBFZ

ハイブリッド技術© DBFZ+ バイオジェニックシリカ

CO2
José David
Mendoza Terrazas（
ホセ・ダビデ・メンドー
サ・テラサス29

スマートバイオエナジー - 持続可能な社会のためのイノベーション
Prof. Dr. mont.Michael Nelles

DBFZ DeutschesBiomasseforschungszentrum
gemeinnützige GmbH

ダニエラ・スレン博士
ピーター・コルナツ博士（Agr.
フォルカー・レンツ博士
フランツィスカ・ミュラー＝ランガー博士
インゴ・ハルトマン博士（理学博士

Torgauer Straße 116
D-04347 Leipzig
Tel.: +49 (0)341 2434-112
E-Mail: info@dbfz.de
www.dbfz.de

パートナー

写真DBFZ, Jan Gutzeit, DREWAG/Peter Schubert (Titelfolie, rechts), Pixabay / CC0 Public Domain

木材の品質か細い

建築用木材・家具

木材産業における製品または木材の輸出に使用される
出典：Küthe, 2001, 採用

パルプや紙、チップボー
ド、エネルギー用の木材チップに使用されます。

枝条＋根コンポスト（Biomeiler）とエネルギーチップを選別する
31。

エネルギーキャリア固有の特性
木質バイオマス

草本系バイオマス単位

ウッドペレット1トウヒ材（樹皮付き2

ススキ3

麦わら3

アシ4アシ
GlossyGrass4

水分量[重量％（生）］< 10138,3119,513

発熱量,HuMJ/kg(wf)］> 18,018,817,717,017,216,2

灰分含有量[wt% (wf)< 0,500,63,26,44,08,5

パラメー
ター

出典：Bioenergy Guide1 ; DINplus2 ; 内部分析 DBFZ3 ; サブプロジェクト「バイオ燃料「ヨシ」と「ヨコヅナ」の特性評価と分析および燃焼試験」に関する応用科学大学シュトラールズンド校の最終報告、ステータス：2008.06.30.4

32

炭の特性構成

Temperatur
温度(℃)
in °C

出典：カルトシュミット

C (%) H (%) O (%)
Zusammensetzung
C in %
H in %O in %

収量Ausbeutein % 木質乾物換算でder HTS200

52,36,341,491,8250

70,6

5,224,2

65,2

300

73,2

4,921,951,4400

77,6

4,4

18,0

40,6500

89,2

3,1

7,7

31,0

600

92,2

2,6

5,2

29,1

800

95,4

1,1

3,5

26,7

1 000

96,6

0,52,926,533

燃料特性 - 概要と影響
Emissionen, Abbrandverhalten, Korrosionen,
排出量、燃焼挙動、腐食、灰溶融挙動、灰組成
Ascheschmelzverhalten,
Aschezusammensetzung

窒素、硫黄、塩素、アルカリ、重金属

ケミカル

燃料性質

寸法、微粉末含有量、かさ密度、生密度、耐磨耗性

Lager- und保管・輸送性
Transportfähigkeit,Staubentwicklung

水分量、発熱量、灰分量、灰分溶融挙動

エネルギー量、プラント設計、燃焼
Energieinhalt,
Anlagenauslegung,
挙動、粒子状物質排出量、スラグ生
Abbrandverhalten, Staubemissionen,
34
成量
SchlackebildunglongKomplex biorefinery

mediumBtL
Bioethanol
Biomethane from(Lig.)
Bio-SNG
Gasification –Gasification - GTgas motor

Micro-GT, Stirling

Biorefinery

shortTechnology availability - term

技術概要

Biomethanefrom biogas
Bioethanol (Corn)

Heat
Electricity /CHP
Basicchemicals
Biofuels

Heat plant
Heat unit

111010

CHP plant - DT
Biogas-CHP

100
100

1,000
1.000

Biodiesel

10,00010.000100,000
100.000

1,000,000
10,000,000
1.000.000 10.000.000

Biomass demand in t/a

Demand on capital investment
Regional development© IE-Leipzig, 200735

熱市場におけるバイオマス利用のシミュレーション（BioPlanW）

出典：Mathias Jordan, UFZ

52 バイオマスなど再生可能エネルギーによる熱供給の供給シナリオ

不確実な展開下でのバイオエ
ネルギー技術のソリューショ
ンスペース
36

95%REシナリオ - バイオエネルギーの視点

出典：タトバイオレポート（BMWiまたはDBFZのホームページで閲覧可能）

37

再生可能な熱源による達成可能な温度

出典：FVEE年次大会2022年

38

10-20 €/GJ
4-7 €/GY
5-10 €/GJ

約1.3m tTM

2020年までの価格

39

▪ 価格は丸太より若干安い程度。
▪ 森林保護に関するディスカッション▪ 防火上の理由や災害時に有利になる可能性があります。

40

石炭火力発電所におけるコインシネレーションとの競合。
将来的には、特殊なモノ焼却（リン）の可能性もある。
41

ドイツにおけるバイオマスエネルギー使用量
2020
熱発電量（PJ）（2020年時点

発電量（PJ）（2023年見通し

一次エネルギー換算値（PJ）（
2020年時点

一次エネルギー換算値（PJ）（2023年見通し

365
10869394～397
103～11466～69歳464 I
59
4,4b,III,VII,VIII

501～505I
56〜63
4.8～5.4b,III,VII,VIII

10,8b

12.6～14.4 b

11,7 b, II

14～16歳b, II

553
発電量（PJ）（
2020年時点

576～594
発電量（PJ）（2023年見通し

539
一次エネルギー換算値（PJ）（
2020年時点

576から589まで
一次エネルギー換算値（PJ）（
2023年見通し41
2137～43
20～22歳

165 IV37 V

151～175 IV
36～38歳 V

11091,1104から108
9〜10
1.1〜1.4

445 VI;VII
40VII;VIII;IX3VI, X

421～436 VI;VII
38〜41VII;VIII;IX
3〜4VI,X

182

171から184690

649から694

生物起源固体燃料a :熱のみ
CHP熱
バイオガス（主にCHP熱）
液状バイオエネルギー
源
合計
パワー

生物由来の固体燃料。
バイオマス
廃棄物
バイオガス
CHPプロセス
バイオメタン
液状バイオエネルギー源
合計

出典：BWK Status Renewable Energies 2020

a廃棄物の生物起源画分を含むb バイオガスおよび植物油

CHPのバイオマス一次エネルギー換算値は発電量に含まれ、 c CHP熱を含む。 I 燃焼プラントにおける固体バイオマス変換の熱への利用度は、一室炉75およびボイラー80％。 IIIII バイオメタンの熱への変換効率 90% IV
固形バイオマスの熱を伴わない電気への変換効率 31%、木材ガス化 CHP の部分 CHP 25% 35%V 固形有機廃棄物の電気への変換効率 部分 CHP 20%、熱クレジット
i.V.バイオマスボイラーへの変換効率 80%;VI CHP におけるバイオガスの電気への変換効率 38% および植物油
CHP 40%;VII 消化器におけるバイオマス分解効率 65%（バイオガス基質中のバイオマス分のみを考慮）; VIII 変
換効率 バイオメタン改良 90% ; IXCHPにおけるバイオメタンの電力への変換効率 40% ;X バイオ燃料の生産残渣は、動物の飼料として、あるいはエネルギーとして利用されるため、再生可能な一次エネルギーの投入として、製品のエネルギー分のみが考慮されます。

42

冷暖房需要とバイオマス利用の比較（2015～2018年データ）
世界EU

ドイツ

冷暖房の総需要 a)

200 EJ

22.0 EJ

4.3 EJ

工業用プロセス熱需要 (>200°C) a)

῀50 EJ

4.1 EJ

1.2 EJ

バイオマスポテンシャル

56-160 EJ

33 EJa)

1 EJ

暖房用バイオマス

41.7 EJ

3.7 EJ

0.5 EJ

産業プロセス熱に利用されるバイオマス (全体)῀3.5 EJ

῀1 EJ

0.1EJ出典：Volker Lenz, Nora Szarka, Matthias Jordan, Daniela Thrän: Status and Perspectives of Biomass Use for Industrial Process Heat for Industrial Industrialized Countries,
2020, DOI: 10.1002/ceat.202000077.
a)ユーラシア大陸を含む

43