令和２年度石炭現場ニーズ等に対する技術支援事業「石炭資源の長期的かつ安定活用のための石炭との混焼を前提とした新規混合資材の調査検討」
に関する共同スタディ

報告書

２０２１年３月
独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構
出光興産株式会社

1

目次
1.1.

共同スタディの目的 ..........................................................................................................6

1.2.

共同スタディの全体計画 ..................................................................................................9

1.3.

令和２年度の共同スタディ内容 ......................................................................................91.4.

成果の利用や波及などに関する具体的なイメージ ....................................................14

1.5.

実施体制 ............................................................................................................................15

2.1.

支援対象鉱種：石炭 ........................................................................................................16

2.2.

支援対象鉱種：バイオマス ............................................................................................16

3.1.

草本系バイオマスとその活用に向けたアルカリ除去 ................................................173.2.

アルカリ除去試験のまとめ ............................................................................................184.1.

バラ積み荷揚げ試験 ........................................................................................................194.2.

屋外貯蔵試験 ....................................................................................................................31

5.1.

TBP 製造コスト ................................................................................................................36

5.2.

発電コスト試算 ................................................................................................................36

6.1.

本年度の共同スタディの纏め ........................................................................................38

6.2.

3 年間の共同スタディのまとめ .....................................................................................39

6.3.

今後の課題 ........................................................................................................................402

図目次
図 1-1 2030 年電源構成目標（エネルギーミックス） ........................................................6
図 1-2 TBP 及び木質ペレット .................................................................................................7
図 1-3 半炭化バイオマスペレットの製造フロー、エネルギー及び重量バランス .........7
図 1-4 共同スタディの全体計画 ............................................................................................9
図 1-5 デモプラントと Khanon 港 ........................................................................................12
図 1-6 千葉バルクターミナル ...............................................................................................13
図 1-7 バラ積み用内航船 ......................................................................................................13
図 1-8 実施体制図...................................................................................................................15
図 3-1 WP 及び TBP 製造プロセス .......................................................................................17
図 3-2 TBP コストの内訳 .......................................................................................................17
図 3-3 木本系植物と草本系植物のアルカリ成分含有量 ..................................................18
図 4-1 バケットエレベータ式アンローダー（出光バルクターミナル） ......................19
図 4-2 グラブバケット（徳山海陸） ..................................................................................19
図 4-3 スタッカー&リクレーマー（出光バルクターミナル） .......................................20
図 4-4 荷揚げ後、直接出荷されるケース ..........................................................................20
図 4-5 荷揚げ後、貯炭場に一時貯蔵後に出荷するケース（バルクターミナル） ......21
図 4-6 出光バルクターミナルの構内設備配置図 ..............................................................23
図 4-7 フレコン荷解き後の様子 ...........................................................................................24
図 4-8 船の様子 ........................................................................................................................27
図 4-9 バケットエレベータ式アンローダーによる掻き取りの様子 ...............................28
図 4-10 コンベヤ（上: パイプコンベヤ、下: 平コンベヤ） ...........................................28
図 4-11 貯炭場 ..........................................................................................................................29
図 4-12 荷揚げ後の TBP（貯炭場） .....................................................................................30
図 4-13 貯蔵前後の TBP .........................................................................................................32
図 4-14 デュラム試験装置の概要 .........................................................................................33
図 4-15 評価方法の概要 ........................................................................................................33
図 4-16 デュラム試験の結果 .................................................................................................34
図 4-17 新デュラム試験の結果 .............................................................................................34
図 5-1 TBP 製造コスト比較(カロリーベース) ....................................................................363

表目次
表 1-1 電源別 CO2 排出量（kg-CO2/kWh, 送電端） ...........................................................6
表 1-2 アルカリ除去ラボ試験条件 ...................................................................................... 11
表 1-3 輸送・貯蔵試験の詳細内容 .......................................................................................14
表 4-1 出光バルクターミナルの設備（入荷施設） ...........................................................22
表 4-2 TBP の輸送工程 ...........................................................................................................23
表 4-3 TBP の性状① ...............................................................................................................25
表 4-4 TBP の性状② ...............................................................................................................26
表 4-5 荷揚げ試験の結果概要 ..............................................................................................27
表 4-7 デュラム試験の試験条件 ...........................................................................................33
表 5-1 石炭の年間使用量 ......................................................................................................37
表 6-1 2021 年度のまとめ ......................................................................................................38
表 6-2 年度別成果のまとめ ...................................................................................................394

5

1. 共同スタディ概要
1.1. 共同スタディの目的
2015 年 12 月、COP21 において採択された「パリ協定」（Paris Agreement）を契機として温室効果ガスの排出削減に向けた国際的な取り組みが加速化されている。パリ協定以降、石炭鉱山を含む化石燃料の採掘・加工などを行う企業へのダイベストメントを公表する銀行、公益基金等が増えており、特に近年石炭は、その利用において多くの CO2 が排出される（表 1-1）という理由で、利用量抑制を含めて議論の対象となることが多い。
表 1-1 電源別 CO2 排出量（kg-CO2/kWh, 送電端）

出典：電気事業連合会（2017）
一方、政府は、2030 年度の電源構成を、LNG27%、石炭 26%、原子力 22～20%、再生可能エネルギー22～24%、石油 3%とする目標を立てており（エネルギーミックス

図 1-1）、

石炭は引き続き重要な一次エネルギーと位置付けている。

図 1-1 2030 年電源構成目標（エネルギーミックス）
このように、石炭の重要性は認識されているものの、石炭利用設備における CO2 排出削減を同時に進めることが求められている。
6

現在、CO2 排出削減を目的として、木質燃料や PKS（Palm Kernel Shell：パーム椰子殻）を石炭火力発電所に部分的に使用するバイオマス混焼が多くの発電所で行われているが、混焼率は粉砕性等の技術的な課題により、これまで 1～3%程度の低い水準に留まっており、混焼率を高めることができれば、より多くの CO2 排出削減が可能となる。
本共同スタディでは、石炭と新規混合資材である半炭化バイオマスペレット（以下「TBP」という。）との産炭地での混合を将来的な事業スキームとして視野に入れ、石炭利用における CO2 排出削減に寄与すべく混焼に関わる技術的な課題を中心に調査を行うものである。
上記のような石炭利用における CO2 排出削減の努力は、我が国における継続的な石炭利用につながり、既存石炭火力発電所の有効活用（座礁資産化の回避）に資する。また、TBPとの混合による炭鉱の可採年数延長や石炭需給緩和等により、我が国における石炭資源の安定供給への寄与が期待できる。
本共同スタディで用いる TBP は、木質ペレットを低温で熱分解することによって製造される。TBP 及び木質ペレット（ホワイトペレット）の形状を図 1-2 に、製造に関わる概略のフロー、熱分解過程でのエネルギーと重量のバランスを図 1-3 に示す。

TBP

木質ペレット

図 1-2 TBP 及び木質ペレット

図 1-3 半炭化バイオマスペレットの製造フロー、エネルギー及び重量バランス
TBP は、現在微粉炭火力で使用されている木質ペレットと比較し以下のような品質の改善がみられる。
 発熱量の向上
 粉砕性の向上
7 耐水性の向上
 発熱リスクの低下
粉砕性の向上によって、木質ペレットより高い比率で石炭と混合することができ、より多くの CO2 排出削減が可能である。また、木質ペレットは、水に触れると崩壊しハンドリングが困難となる一方、TBP は形が崩れることはなく、雨の日でも荷揚げが可能である。
さらに、木質ペレットは発酵による貯蔵中の温度上昇の事例があるが、TBP はそのリスクが極めて低いことが事前検討により判明している。
本共同スタディでは、TBP と石炭の混合時における石炭単味とのハンドリング性の比較
や混焼時のボイラ挙動等について実験的に検討するとともに、FIT 制度（電力固定買取制度）に頼らない TBP の利用を目指し、コスト低減に向けた調査を行う。
本共同スタディは過去 2 年にわたって、上記調査を実施してきた。初年度（2018 年度）
は、ベンチスケールの装置による粉砕試験及び混焼試験を行い、TBP の粉砕性及び燃焼時の環境特性（NOx、SOx）のデータから、一定の混焼率で問題なく混焼できることが明らかとなった。一方で、ラボスケール試験機による基礎試験から、灰付着性の悪化の可能性が示唆された。
2 年目の昨年（2019 年度）は、実機（出光興産㈱徳山事業所石炭ボイラ）による TBP/石炭の混焼試験を行い、全く装置改造することなく、20wt%-TBP までの混焼を達成できた。
また環境特性を改善しつつ安定運転ができることを確認するとともに、懸念された灰付着性の悪化も観測されなかった。一方で実用時の課題（粉塵飛散等）も明らかになり、今後の技術開発の方向性を確認することができた。
最終年である本年度は、過去 2 年間のスタディ結果を踏まえ、経済性評価を含めた総括を行った。製造、燃焼以外にも実用化に向けて大事な要素であるロジスティックについて、滞りなく TBP が安定供給できるかを確認するため、ある程度の規模のハンドリング試験を実施し、評価を行った。
また TBP のコスト構造の大きな割合を占める原料価格の削減に向け、草木系原料の利用可能性評価を行った。草木系原料ではカリウム等が多く含まれるので、これらの除去が大きな課題となっている。
最終的にこれらを総合して TBP 事業の事業性評価として 3 年間の共同スタディの総まとめを行う。
本共同スタディの検討によって、プラントの大規模改造することなく、石炭火力発電所
等の微粉炭ボイラからの CO2 排出量を従来対比削減可能となることが期待される。また、世界でもトップクラスの効率で運用されている日本の石炭燃焼設備が座礁資産となることを回避することにつながる。さらに、実機混焼試験にて抽出される課題やハンドリング
上の改善点等を上流分野である石炭の選択やバイオマスの製造条件に反映することで、我が国の CO2 排出量削減に寄与しつつ、エネルギーセキュリティに貢献できる技術を提供することが可能となる。

8

1.2. 共同スタディの全体計画
本共同スタディは、産炭地での石炭と TBP との混合を将来的な事業スキームとして想定する。石炭ユーザーへ微粉炭ボイラからの CO2 排出を抑えられる固体燃料を供給することを目指す。石炭・TBP の混焼時に確認すべきハンドリング性、排ガス特性、灰付着性等の挙動を把握するとともに混焼に最適な石炭の炭質条件等を調査する。
（１）1 年目
豪州炭、インドネシア炭を用い、炭種及びペレットの性状の違いよる TBP 混焼時の燃焼プロセスへの影響因子を実験室レベルで評価し、次年度以降に実施予定の大型ボイラでの実証試験における指針を確立する。
（２）2 年目
出光興産が所有する実機微粉炭ボイラにて混焼試験を実施し、ハンドリング性、燃焼性等実用上の課題を抽出する。
（３）3 年目
TBP のコストダウンに関する調査を行う。原料、TBP 製法・輸送プロセスの見直しを含め事業性評価を行う。

図 1-4 共同スタディの全体計画

1.3. 令和２年度の共同スタディ内容
TBP 事業は原料調達、加工・製造、輸送・貯蔵、消費、灰処理などの一連のチェーンがつながり、石炭と同様に、TBP が滞りなく流れていくことが求められる。これまでの 2 年間は TBP の品質（加工・製造）と燃焼性能（消費、灰処理）を中心に評価を行ってきた。
更なる品質向上が求められているものの、現時点で TBP は一定条件では問題なく使用でき
ることが分かっている。
原料は TBP のコストの大きな割合を占めており、原料調達の多様化がコストダウンのキーポイントとなる。昨年、安価な原料調達に向け、草本系の基礎調査を行ったが、技術課
題の解決に向けた検討まで行うことはできなかった。そこで本年度は昨年度の調査で分か9

ったアルカリ成分（K、Na）や塩素の除去技術の関する課題について検討する。
一般に日本では石炭の燃焼灰は、セメント原料として利用されている。セメント中のアルカリ成分は、アルカリ骨材反応により、セメントの機械的強度を低下させるため、セメント会社は引取灰中のアルカリ濃度：R2O（K2O+Na2O）に独自の上限値を設けている。安価な原料である草本系や空菓房等を利用するためには、これまでどおりその焼却灰がセメ
ント原料として受け入れられるレベルまで軽減させることが求められる。
昨年の共同スタディではラボベースで水または温水にてアルカリ成分を容易に減少させることが分かったが、これを工業的に実現するには多くの課題があり、また十分経済的である必要がある。本共同スタディではパームトランクの多量処理で実績がある A 社製の脱アルカリデモプラントにて、処理後の品質及び経済性について評価する。
さらに、輸送・貯蔵についても、石炭のインフラをそのまま使用できることが望ましい
が、TBP の輸送・貯蔵について、実機規模の一連の実績に関する報告はなく、実際に TBPが石炭用アンローダーで荷揚げできるのか、コンベヤ搬送が問題なくできるのか、多量の
TBP を野外貯蔵したときに問題はないのか、など不明点が多い。そこで本年度は実機規模の輸送・貯蔵を実際に行い、そこでの課題を明らかにするとともに、事業化時の改善につなげる。
以下に、実施項目を列挙する。
TBP 生産プロセスのコストダウン検討
バイオマス原料の安定的調達、TBP のコスト低減のため TBP の原料候補について、現在
まだ実用化されていない草本系バイオマス及び農業残渣を対象とし、TBP 中のアルカリ成分の除去技術に関する技術を評価する。
(1) アルカリ除去ラボ試験
・ 原料は草本系バイオマスとしてネピアグラス、農業残渣として稲わらを対象とする。輸入検疫の難しさから原料は国内で調達する。
・ ラボ実験の予備試験として、表 1-2 アルカリ除去ラボ試験条件の条件で最適条件を探索する。
・ 水洗における原料（2種）、粉砕の有無、温度、時間、固液比及び圧搾における圧力をパラメータにして洗浄・搾汁の最適条件を探索する。

10

表 1-2 アルカリ除去ラボ試験条件(2) アルカリ除去大型試験
・ アルカリ除去ラボ試験の結果を元に、デモプラントを用いた大型試験を実施する。
・ 原料はラボ試験と同様にネピアグラス、稲わらを対象とする。
・ 大型試験では、生産性に関わる原料処理速度も検討する。
(3) 除去プロセスの構築と経済性評価
・ 1-2を踏まえ、事業化において目標とするTBP生産量及び生産フローにおいて、A社の有する原料アルカリ除去プロセスを導入した場合のコスト試算を実施する。
輸送方法の改善
出光興産が現地企業と共同でタイ国スラータニー県に設置した TBP 製造デモプラントから TBP を日本に輸送し、出光バルクターミナル㈱の千葉バルクターミナルにて荷揚げ、貯蔵試験を行う。試験内容を（1）～（4）に、その詳細を表 1-3 示す。
(1) バラ積み荷揚試験
・ TBPは約850tを使用
・ フレコン（40ftコンテナ）にてタイ東部のKhanon港にトラック輸送（図 1-5）
・ コンテナのまま日本に海上輸送
・ 横浜にて入管手続き。フレコンから内航船（バラ）に積み替え
・ 千葉バルクターミナルへ内航船にて輸送（図 1-6）・ 石炭用バケットローダー（1,200t/hr）にて荷揚試験
11

(2) コンベヤ搬送性試験
・ パイプコンベヤ、平コンベヤ、乗継部での搬送試験(3) 屋外貯蔵試験
・ 千葉バルクにて長期貯蔵試験(4) 輸送・貯蔵における課題まとめ

図 1-5 デモプラントと Khanon 港

12図 1-6 千葉バルクターミナル

図 1-7 バラ積み用内航船13表 1-3 輸送・貯蔵試験の詳細内容
分類

課題

評価内容

バケット式アンローダーでの荷揚
荷役

粉塵飛散、荷揚速度、散水効果
ツイスト現象、乗継部での TBP 脱落、コンベヤ搬送性

傾斜部での搬送
臭い、BOD/COD（パイル周辺、総合排水への影響排水）、安息角

貯蔵

性状変化・粉塵（荷役時、転圧後）、TBP 性状変化

全水分、機械的強度

総合評価・まとめ
全ての外注先の報告書を取り纏め、スタディ報告書を作成する。
(1) TBP事業モデルの構築
・TBP 事業時の最適モデルをいくつか想定する(2) 経済性評価
・上記事業モデルでの経済性を評価する(3) 総合評価と今後の課題まとめ
・3 年間の共同スタディの総合評価を行う
・事業化にあたり、改善すべき点を明らかにする

1.4. 成果の利用や波及などに関する具体的なイメージ（１） TBP の使用により混焼率が高められることで発電事業者における省エネ法､高度化法クリアに向けた新たなオプションを提供でき､結果的に石炭資源の長期的な有効利用に資する。
（２） 本共同スタディで高混焼率でのバイオマス混焼が確認出来れば､石炭火力発電所に広く活用されることが見込まれるとともに、将来的な事業スキームとして、産炭地での石炭と TBP との混合事業を検討でき､石炭を使用した低 CO2 排出化
石燃料としての燃料供給に資することが期待される。
（３） 混焼率の増加は、石炭需給の緩和及び我が国への石炭資源の安定供給や石炭鉱
山の寿命延長に寄与することが期待できる。
（４） 我が国は世界でもトップクラスの高効率かつ環境に調和した石炭利用技術を持
つが、TBP による高い混焼率を実証し CO2 削減効果を示すことで、固体燃料利用技術の発展・継承につながるとともに、石炭の存在価値を示し、鉱山開発への動機づけの一助となる。
（５） 木質バイオマスは、硫黄、窒素の含有率が低いという特長があり、TBP の使用によって、SOx、NOx の発生が抑えられるため、石炭ボイラにおける環境負荷低減に寄与する。環境装置が整っていない一般産業のボイラにおいては、使用14できる石炭の種類が増え、石炭ユーザーにとって安定調達に資することが期待される。

1.5. 実施体制
独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構（JOGMEC）及び出光興産株式会社石炭事業部が実施主体となり、検討項目に応じて適切な実施先を選定し、試験計画を策定して委託するとともに、TBP の調達、ロジスティックスの評価等は自ら実施し、最終的に 3 年間を通じたスタディの総合評価を行う。
TBP ハンドリング試験は出光バルクターミナル㈱で実施する。またアルカリ除去試験は
A 社で実施する。出光興産㈱石炭・環境研究所は両試験のための資料調整、基礎試験、分析、結果の評価を行う。図 1-8 に実施体制を示す。

図 1-8 実施体制図

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2. 山元情報

検討対象鉱区情報

2.1. 支援対象鉱種：石炭(1) 石炭鉱山
鉱山名はボガブライ鉱山。
石炭鉱山はニューキャッスル港から約 360km 北西に位置する。

2.2. 支援対象鉱種：バイオマス(1) 新規混合資材：半炭化バイオマスペレット（TBP）
TBP 製造工場は、タイのバンコクから南に約 550km のスラータニー県に位置し、スラー
タニー空港から南西約 60km に立地する。TBP の原材料であるゴムの木は製造工場周辺に点在するゴムプランテーションから調達している。なお、ゴムプランテーション農家は FSC
認証*を取得している。
*
FSC 認証制度：木材を切出す森林及びその木材の加工・流通過程の両方に対し適切な管理が行われているかを認証する制度。FSC（Forest Stewardship Council®, 森林管理協議会）が運営する国際的制度。

16

3. TBP 生産プロセスのコストダウン検討
3.1. 草本系バイオマスとその活用に向けたアルカリ除去
TBP 普及に向けた課題の一つとして、その価格が挙げられる。現状、TBP は恒常的な売買取引が行われていないために実際の売買価格は明らかでないが、ホワイトペレット（以下「WP」という。）を半炭化して TBP を得るプロセスでの製造を前提とする場合、WP の製造コストに TBP 製造コスト（半炭化装置費や冷却装置費等）が加わるため、TBP
は WP よりも重量単価で比較すると高価になると見込まれる。そのため、TBP の普及・利用拡大に向けたコストダウンは大きな課題である。

図 3-1 WP 及び TBP 製造プロセス（上：WP 製造プロセス

下： TBP 製造プロセス）TBP の製品コストの内、大きな割合を占めるのが「原材料費」である。使用する原材料
種や TBP の製造方法、輸送距離及び方法によりその比率は異なるが、Beets ら(2017)のケ
ーススタディでは全サプライチェーンコストのうち 42%が原材料費である。

図 3-2 TBP コストの内訳（Beets(2017)らによる試算）
安価な TBP 原料の候補として、草本系バイオマスが考えられる。草本系バイオマスは一般に成長速度が速く、特に乾物生産力（光合成能率）が高いイネ科 C4 植物であるネピア
17

グラス、エリアンサスなどは 1 年間に複数回の収穫が可能である。そのため、現在木質ペレットの原材料として使用されるパインやアカシアなどの木本系バイオマスよりも単位面積当たりの収量が多くなり、低コストで栽培できる可能性がある。また、草本系バイオマスの利用は原料の多様化にもつながり、将来的に TBP の安定供給にも寄与すると考えられる。
一方、草本系バイオマスは木本系バイオマスと比較してアルカリ成分（特にカリウム(K)とナトリウム(Na)）や塩素(Cl)の含有量が多く、TBP 原料としての利用上の課題の一つとなっている。そのため、草本系バイオマスからの経済的なアルカリ成分等除去方法の検討
が草本系バイオマスの利用に向け必要となる。
20,00018,00016,000カリウム含有量 mg/kg

14,00012,00010,000
8,000
6,000
4,000

木本系植物
草本系植物

2,000
0

0

200

400
ナトリウム含有量

600

800

1000

mg /kg

図 3-3 木本系植物と草本系植物のアルカリ成分含有量
草本系バイオマス利用に向けたアルカリ・塩素除去技術に関する調査を実施し、本年度はバイオマスの「洗浄→搾汁」プロセスに着目し、検討を行った。
本試験に使用する草本系バイオマス原料として、「稲わら」と「ネピアグラス」を選定した。

3.2. アルカリ除去試験のまとめ
・ TBPコストダウンに向けた取り組みの一環として、「洗浄→搾汁」プロセスによる草本系バイオマスからのアルカリ除去方法の検討に取り組んだ・ 洗浄処理方法の詳細な検討は必要であるが、今回検討したプロセスは、草本系バイオマスからのアルカリ低減処理方法として有効であると考えられる。
・ アルカリ除去方法の調査には、「洗浄→搾汁」以外のプロセスもあり、今後、各手法の比較検討を行うことで、アルカリ除去方法について総合的な評価を実施する。

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4. 輸送方法の改善
4.1. バラ積み荷揚げ試験
試験概要
TBP を輸入する場合、輸送量や輸送効率の観点から考えると本船にバルクで TBP を積
み込み、港でバケットエレベータ式アンローダー（図 4-1、以下の表記ではアンローダー）
あるいはグラブバケット（図 4-2）、スタッカー&リクレーマー（図 4-3、SR）を用いて荷揚げするケースが想定される。荷揚げした後はトラックを用いて需要家に直接出荷（図4-4）、あるいはコールセンターで貯蔵後、需要家の要望に応じて適宜トラックや船で出荷する（図 4-5）などのケースが想定される。
出光バルクターミナルにおいては、アンローダー（図 4-1）で荷揚げした後、スタッカ
ー&リクレーマーで積み付け、貯炭場で貯蔵し、適宜トラックや船で石炭や石油コークスを出荷する方式となっている（図 4-5）。

図 4-1 バケットエレベータ式アンローダー（出光バルクターミナル）

図 4-2 グラブバケット（徳山海陸）19図 4-3 スタッカー&リクレーマー（出光バルクターミナル）

石炭

本船

需要家
図 4-4 荷揚げ後、直接出荷されるケース

20

受入設備

船出荷設備

貯炭設備

搬送設備
(コンベア)

搬送設備(コンベア)

トラック出荷図 4-5 荷揚げ後、貯炭場に一時貯蔵後に出荷するケース（バルクターミナル）
これまでに TBP を輸送する場合、フレコンバッグでしか取り扱った経験がなく、大量の
TBP を取り扱うためにはバルクでの輸送方法を検討する必要がある。
通常、石炭を大量に取り扱う場合、本船にバルクで積み込み、コールセンターで荷揚げし、貯蔵後に需要家のニーズに応じて出荷するという手法が主流となっている。
今回、TBP でも石炭と同様にコールセンターで荷揚げ、貯蔵した場合、荷揚げ時の粉塵
飛散性、搬送性、及び長期貯蔵時の問題がないかを確認すべく、試験を実施した。

21

設備と能力表 4-1 に示す設備を用いて試験を実施した。
表 4-1 出光バルクターミナルの設備（入荷施設）
設備
受入桟橋
バケットエレベータ式
アンローダー

揚炭系

項目

内容

対象船舶

1,500~95,790（DWT)

桟橋全長317m長×25.5m幅

能力

1,200t/h

揚炭方式

連続バケット式

搬送能力1,500t/h

C-1コンベヤ平コンベヤ

C-2コンベヤ

パイプコンベヤ

C-3コンベヤ

パイプコンベヤ

C-4コンベヤ

平コンベヤ
A貯炭場 100,000t （23,400m2）

貯炭場

貯炭能力

スタッカー&
リクレーマー

能力

B貯炭場 250,000t （56,550m ）2,400t/h

出荷方式

バケットホイル方式

222

図 4-6 に出光バルクターミナルの構内設備配置図を示す。

①事務棟②受入桟橋（バケットエレベータ式アンローダー）③払出桟橋（シップローダー）④貯炭場（スタッカー&リクレーマー）⑤トラックスケール: 受入系コンベヤ: 出荷系コンベヤ

C2/C3
乗継建屋

C1 コ ン ベ
ヤ
（平 コ
ンベヤ
）

C1/C2
乗継建屋

C3コンベ
ヤ
（パイプ
コンベヤ

C4コンベヤ（平コンベヤ））ベヤ
C2コン ンベヤ）
コ
プ
（ パイ

C3/C4
乗継建屋

図 4-6 出光バルクターミナルの構内設備配置図
試験条件（1）試験に使用した TBP について（出光バルクターミナルまでの輸送、TBP 性状）表4-2 に TBP の輸送工程を示す。タイから日本までフレコンバッグで輸送後、フレコンバッ
グを荷解きし、本船へ TBP をバラ積みした。
全ての TBP の荷解き後の船内の状況を図 4-7 に示す。。
表 4-2 TBP の輸送工程
番号

①

②

③

場所

タイ

日本

日本

荷の状態

フレコンバッグ

フレコンバッグ

作業

輸出

輸入

バラ積み
フレコンを荷解きし、本船へTBPをバラ積み

23

④
日本
（バルクターミナル）
バラ積み
荷役、貯蔵

図 4-7 フレコン荷解き後の様子
また、フレコンバッグを荷解きする際、各バッグから 3 検体の TBP をサンプリングして分析を実施した。表 4-3、表 4-4 に今回の試験に使用した TBP の性状を示す。

24

表 4-3 TBP の性状①
分析項目

2019/3/20
0.38
100.0
100.0
0.53
93.8
8.0
0.91
6.5
29.3
5,100
4,780
4,770
4,820
4,490
4,470
21.35
20.01
19.97
20.18
18.78
18.72
6.2
3.5
65.2
25.1
3.7
69.5
26.8
0.38
54.61
5.36
0.33
0.00
35.98
56.73
5.57
0.34
0.00
37.37
0.03
1.06
3
52

微粉率
%
長さ（-40mm）%
長さ（-45mm）
%
嵩密度
物理特性
g/cm3
機械的耐久性%, AR
直径mm
1粒あたりの密度
g/cm3
全水分
wt%
HGI
乾燥 db
kcal/kg
高位発熱量
気乾 adkcal/kg
到着 arkcal/kg
乾燥 db
kcal/kg
低位発熱量
気乾 adkcal/kg
到着 arkcal/kg
乾燥 db
MJ/kg
高位発熱量
気乾 ad
MJ/kg
到着 ar
MJ/kg
乾燥 db
MJ/kg
低位発熱量
気乾 ad
MJ/kg
到着 ar
MJ/kg
水分
灰分
wt%, ad
揮発分
固定炭素
工業分析
水分
灰分
wt%, db
揮発分
固定炭素
燃料比
炭素
水素
wt%, db
窒素
硫黄
酸素
元素分析
炭素
水素
wt%, daf
窒素
硫黄
酸素
全硫黄
wt%, db
灰中硫黄
wt%, ash
フッ素
mg/kg, db
塩素mg/kg, db25

試料名 （タイ品TBP）
2019/5/12
2019/8/7
0.32
0.59
100.0
100.0
100.0
100.0
0.57
0.54
95.5
93.3
8.3
7.8
0.97
0.95
6.9
5.5
23.0
30.5
4,860
5,190
4,550
4,920
4,520
4,900
4,570
4,910
4,250
4,620
4,220
4,610
20.34
21.73
19.05
20.60
18.92
20.51
19.14
20.55
17.78
19.36
17.66
19.28
6.3
5.2
3.0
2.9
70.0
65.7
20.7
26.2
3.2
3.1
74.7
69.3
22.1
27.6
0.30
0.40
52.55
55.47
5.52
5.38
0.28
0.32
0.00
0.00
38.45
35.77
54.29
57.22
5.70
5.55
0.29
0.33
0.00
0.00
39.72
36.90
0.04
0.03
1.09
1.17
2
1
70
92

表 4-4 TBP の性状②
分析項目
JIS 灰溶融温度（酸化）JIS 灰溶融温度
（還元）

灰組成

化学分析
（バイオマス原料）

IDT
HT
FT
IDT
HT
FT
SiO2
Al2O3
TiO2
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
K2O
P 2O5
MnO
V2O5
SO3
As
B
Cr
Hg
Se

2019/3/20
1,265
1,340
1,375
1,305
1,325
1,350
21.18
1.24
0.16
2.16
30.74
5.98
0.09
14.99

℃
℃
℃
℃
℃
℃

wt%, ash

3.30
0.62
0.02
2.65
0.28
5.60
2.20
<0.005<0.1

mg/kg, db

試料名 （タイ品TBP）
2019/8/7
2019/5/12
1,455
1,460
1,470
1,470
1,475
1,475
1,475
1,465
1,480
1,475
>1500
1,485
15.04
12.88
0.33
0.61
0.10
0.14
1.26
1.71
35.99
36.10
7.33
5.05
0.25
0.07
15.54
16.33
2.96
0.72
0.01
2.73
0.13
4.20
1.80
<0.005<0.1※基準についてar: 到着ベース
ad: 気乾ベース（37℃で 1 時間乾燥させ、表面の水分を飛ばした状態）
db: 無水ベース（乾燥した状態）
daf: 無水無灰ベース

26

3.18
0.68
0.01
2.93
0.19
4.90
1.60
<0.005<0.1

試験結果
荷揚げ試験の結果概要を表 4-5 に示す。
表 4-5 荷揚げ試験の結果概要
分類
船

荷

実績

項目

内容

1

1,578t

G/T2

499t

銘柄

TBP

数量

936t

着桟

11/30（月）08:25

開始

11/30（月）09:45

終了

11/30（月）13:25

離桟

11/30（月）13:40

最大風速4.7m/sec

D/W

荷揚げ試験中の様子を図 4-8 に示す。

図 4-8 船の様子

Deadweight Tonnage（D/W）
。満載喫水線の限度まで貨物を積載したときの全重量から
船舶自体の重量を差し引いたトン数。この中には運航に必要な燃料・水・食料などの重量も含まれるが、積める貨物の量を示す目安となり、船舶の新造、売買、傭船契約などの取引の基準として使用される。
2 Gross Tonnage（G/T）
。船全体の大きさ（容積）を表す単位で、外航船においては、
一般的に、総トン数と言えば「国際総トン数」を意味する。単なる「総トン数」は、日
本国内のみで適用され、船舶内の合計容積から除外場所の容積を差し引いたものに一定の係数を掛けて表した数値。総トン数（G/T）は、主として客船などの大きさを示すときに使われるのに対して、「載貨重量トン数」（D/W）は、船が積める貨物の重量を示す数
値で、主として貨物船の大きさを表す場合に使われる。（一般社団法人 日本船主協会 HP
より引用）
1

27

図 4-9 バケットエレベータ式アンローダーによる掻き取りの様子

図 4-10 コンベヤ（上: パイプコンベヤ、下: 平コンベヤ）
28図 4-11 貯炭場

次に、場所毎の荷揚げ時の様子と得られた知見を示す。
①船内（荷役前）
船内へ入槽する際、船内の酸素濃度を確認したところ、問題はなかった。
②アンローダー
粉塵飛散対策で散水を実施すれば、石炭と同等の荷揚げ速度まで上げることができ、問題なく荷揚げすることができた。
③パイプコンベヤ
TBP は問題なく流れており、パイプコンベヤでのツイスト現象はなかった。
④平コンベヤ
傾斜部での荷の逆流はなく、問題なく搬送することができていた。
⑤コンベヤ乗り継ぎ部
散水をしない場合は粉塵が多く飛散しており、散水は必須であった。
⑥スタッカー&リクレーマー
問題なく積み付けができていた。
⑦貯炭場
船とアンローダーで十分に散水を実施すれば、貯炭場のスタッカー&リクレーマー落とし場での粉塵は許容できる範囲であった。
29

貯炭場の TBP 約 900t は直径:28m、高さ:9m、安息角: 31-33°であった（図 4-12）。

図 4-12 荷揚げ後の TBP（貯炭場）
まとめ
・出光バルクターミナルにおいて、バルクの TBP 約 900t の荷揚げ試験を実施した。
・アンローダーで荷揚げ時に粉塵が発生したが、散水をすることで発塵を抑制することができた。
・平コンベヤでは、滑り落ちることなく搬送することが可能であった・パイプコンベヤでは、荷こぼれすることなく搬送することが可能であり、搬送性に問題がないことがわかった。
・貯炭場では、船とアンローダーで十分に散水を実施すれば、貯炭場のスタッカー&リク
レーマー落とし場での粉塵は許容できる範囲であった。
・スタッカー&リクレーマーの積み付けでは高さ 9 m まで高積みすることができた。
・本試験から、石炭と同じように設備改造無しで荷揚げできるということがわかり、今後、
石炭混焼用として TBP の普及を進めていく上で、重要な結果が得られた。

30

4.2. 屋外貯蔵試験
試験概要
大量の TBP を屋外に長期で貯蔵した場合、性状変化がないかを確認すべく、長期貯蔵試験を実施した。
試験結果（1）TBP の性状変化
1 ヶ月に一度、TBP のサンプリングを行い、性状変化がないか確認した。各項目の変化について以下にまとめる。
① 全水分
荷揚げ時に粉塵飛散対応で散水した影響、貯蔵期間中に雨が降った影響、および粉塵飛散対策で散水した影響で全水分は増加する傾向であった。
② 発熱量
貯蔵期間中に水分が変化した影響で気乾状態（ad）及び到着状態（ar）の発熱量は変化した。一方で乾燥状態（db）の発熱量はほとんど変化しておらず、長期貯蔵によって TBP
そのものの性状は変化しなかった。
③ 工業分析（水分、灰分、揮発分、固定炭素）
上述したとおり、気乾状態（ad）の水分は散水した影響と雨が降った影響で変化した。
一方で、乾燥状態（db）の灰分、揮発分、固定炭素を見ると、性状はほとんど変化しなか
った。
④ 燃料比
燃料比は揮発分と固定炭素の比（燃料比 = 固定炭素÷揮発分）で決まる値であることから、工業分析において揮発分と固定炭素が変化しなかったので、燃料比も変わらなかった。
⑤ 元素分析（炭素、水素、窒素、硫黄、酸素）
乾燥状態（db）と無水無灰状態（daf）において、全ての元素において大きな変化はなかった。
⑥ 全硫黄、フッ素、塩素
全ての元素において大きな変化はなかった。
以上をまとめると、長期貯蔵によって水分の量は変化するものの、その他の項目で大きな変化はなかった。
以上をまとめると、長期貯蔵によって水分の量は変化するものの、その他の項目で大きな変化はなかった。
（2）ハンドリングへの影響
荷揚げをした影響と重機で貯炭場に積み付けた影響で、TBP が粉化したため（図 4-13）、
31

TBP のハンドリング性（バンカーからの排出性）に影響がないか評価した。ハンドリング
性の評価にはデュラム試験及び新デュラム試験3を用いた。

図 4-13 貯蔵前後の TBP
デュラム試験だけでなく、より条件の厳しい新デュラム試験も行い、両者で総合的に排出性を評価する。試験装置及び評価方法の概要を図 4-14、図 4-15 に示す。

デュラム試験、新デュラム試験の概要
円錐状容器に試料 12 kg を入れ、デュラム試験は 10 秒間、新デュラム試験では 300 秒
間振動させた後、底振動した後シャッターを開け、落下時間を測定する。付着水分が増加することにより、凝集や設備壁面への付着が起こりやすくなり、排出性が変化することから、水分を変化させて測定を行うことにより、バンカーからの排出性を評価する。
デュラム試験において排出時間が 100 秒（新デュラム試験では 150 秒）を超える石炭では、排出不良が懸念される。
332

図 4-14 デュラム試験装置の概要

図 4-15 評価方法の概要
試験の条件を表 4-6 に示す。石炭は豪州炭の瀝青炭を用いた。
表 4-6 デュラム試験の試験条件

Entry

条件

TBPの状態

備考

1

石炭単味

―

ブランク

2

90wt%-石炭、10wt%-TBP

貯蔵前

3

60wt%-石炭、40wt%-TBP

貯蔵前

4

90wt%-石炭、10wt%-TBP

貯蔵後

560wt%-石炭、40wt%-TBP

貯蔵後

33

図 4-16、図 4-17 にデュラム試験と新デュラム試験の結果を示す。

図 4-16 デュラム試験の結果

図 4-17 新デュラム試験の結果
TBP が粉化してもハンドリング性に大きな変化はなかった。粉化することで、粉塵飛散の問題が発生する可能性があるものの、排出性には悪影響を及ぼさないことがわかった。
まとめ
・長期貯蔵によって水分の量は変化するものの、その他の項目で大きな性状変化はなかった。
・TBP が粉化してもハンドリング性に大きな変化はなかった。粉化することで、粉塵飛散
34

の問題が発生する可能性があるものの、排出性には悪影響を及ぼさないことがわかった。

35

5. 経済性評価
5.1. TBP 製造コスト「３．TBP 生産プロセスのコストダウン検討」で検討したアルカリ除去におけるコスト
試算を基に TBP1t あたりの草本系 TBP と木本系 TBP のコスト比較を行った
草本系 TBP のカロリーを 4,500kcal/kg、木質系 TBP のカロリーを 5,000kcal/kg とし、試算した結果、カロリー等価ベースで草本系 TBP の価格の方が低かった。 （エラー! 参照
元が見つかりません。）
100

80

60

40

20

0
草本系TBP

木本系TBP

図 5-1 TBP 製造コスト比較(カロリーベース)

5.2. 発電コスト試算
アルカリ除去処理をしたネピアグラス TBP と石炭を 50%混焼した際の発電コストを試算した。石炭の発電コストは 10.2 円/kWh、ネピアグラス TBP の発電コストは 12.5 円/kWhとなり、石炭、ネピアグラスのそれぞれの燃料使用量や固定費等を考慮すると、発電コス
トは 13.7 円/kWh となった。
これは LNG 発電コスト 13.7 円/kWh と同等となることが解った。（参考：発電コスト検証ワーキンググループ 2014 年モデルプラント試算結果）

36

草本系 TBP をカロリーベースで 50%混焼した場合の石炭の燃料使用量は 108 万 t とな
り、年間 109 万 t の石炭使用量の削減となる。(表 5-1)
表 5-1 石炭の年間使用量

石炭のみの場合の使用量
50%混焼時の石炭使用量
石炭削減量

217 万t108 万t109 万t

一般炭 1 トンあたりの CO2 排出量を 2.33tCO2/t（参考：環境省

算定・報告・公表制度における算定方法・排出係数一覧）とすると、年間 2,539,700t の CO2 削減効果となる。

37

6. 共同スタディの纏めと課題
6.1. 本年度の共同スタディの纏め
本年度は石炭資源の長期的かつ安定活用のため石炭との混焼を前提とした新規混合資材である TBP のロジスティックス面の確認、TBP のコスト構造で大部分を占める原料価格の削減に向け、草本系植物の利用可能性の評価を実施した。
また、過去 2 年のスタディ結果を踏まえ、経済性評価を含めた総括を実施し、以下のような成果を得た。
①

TBP のロジスティックス、ハンドリング性を確認するために、約 936t の TBP を用い、バラ積船での輸送、石炭揚炭用アンローダーでの荷揚げ、コンベヤ輸送、スタック＆リクレ
ーマーを使った積み付けを実施した。荷揚げ時や段差のあるコンベヤ乗り継ぎ部で発塵が見られたが、散水により対処でき、石炭の荷揚げと同程度の速度での荷揚げが可能であった。TBP の発塵飛散への対応は必要だが、石炭の荷揚げ設備を改造することなく利用可能であることを確認した。

②

昨年度までのスタディ結果より、草本系植物を TBP として利用する場合、木本系植物よりアルカリ分が多く含まれることからアルカリ分の除去が必要である。本共同スタディでは
A 社のアルカリ除去設備を利用し、稲わらとネピアグラスのアルカリ除去実証試験を実施した。アルカリ除去工程の洗浄、搾汁は草本系植物のアルカリ分低減に有効であったが、TBP として利用するにはよりアルカリ分を低減するためのプロセス改良が必要である。

③

草本系植物を使用し、アルカリ除去工程を入れた場合の TBP 製造コストを算出した。WP、
木質系 TBP（5,000kcal/kg）とカロリー等価 TBP の価格の試算を行った結果、木質系 TBPに対し、草本系 TBP の場合は、カロリー等価ベースで草本系 TBP の価格競争力が確認できた。石炭と草本系 TBP の 50%混焼を仮定すると、発電コストはそれぞれ石炭 10.2 円/kWh 、草本系 TBP 12.5 円/kWh となり、使用燃料比率や固定費を考慮した合計発電コス
トは 13.7 円/kWh となった。これは LNG の発電コスト 13.7 円/kWh と同等となった。

表 6-1 2021 年度のまとめ
項目

アルカリ除去結果・水洗、圧搾により草本系バイオマスのアルカリ低減は有効。
・よりカリウムを低減するためのプロセスの改良が必要。

38

輸送・貯蔵・輸送～貯蔵まで石炭と同等の取り扱いが可能である。
・草本系を利用したアルカリ除去 TBP は木質系 TBP より低コスト。

FS

・排水処理を含めたさらなる検討が必要。
・草本系 TBP を 50%混焼することで LNG 発電コストと同等。

6.2. 3 年間の共同スタディのまとめ
2018 年に本共同スタディが開始された段階では、漠然と石炭火力の CO2 排出削減という目標であったが、昨年 7 月の梶山経産大臣の非効率火力停止の発言や、10 月の菅総理大臣の就任演説における「2050 年度までに CO2 排出実質ゼロ」など、石炭を取り巻く環境は急激に進展し、早期に対策を打つことが求められ、明確な目標となった。
フェードアウトの議論においては、省エネ法の特例が継続されるかが注目されたが、たいした議論もなく、アンモニア等、他の燃料同様にバイオマスにおいても特例が継続される見込みのようである。したがって、本共同スタディにおいて、バイオマス燃料が実際の現場における課題を発掘し、その対策を講じることができたのは、社会の流れに即した大変需要な成果であると考える。
特に、本共同スタディにおいて、初年度のラボにおける準備を経て、20%の混焼を実際に、しかも実機ボイラで設備改良なしに、達成できたことは、LNG 相当の CO2 排出量を達成するために求められる 50%混焼の達成に見通しを示すことができ、非常に希望の持てる結果となった。さらに、現在の TBP はまだまだコストが高いが、その大きな割合を占める原料に着目し、草本系での課題であるアルカリ除去の手法について、大型機を用いた試験を行った。まだアルカリの除去量は十分ではないが、アルカリ除去プロセスの OPEX、CAPEX がある程度根拠ある数値を設定できるようになり、これを用いて、草本系と木本系のコスト比較を行うことができた。その結果、LNG に対しても十分競争力がもてる TBPの製造可能性を見通すことができ、今後の開発について、自信をもって進めることができるようになった。
さらに社会実装においては、ロジスティックスも重要であり、既存の石炭輸送・貯蔵イ
ンフラをそのまま利用することが想定されてきたが、これを試験にて実証することで、可能であることを示すことができた。一方でいくつかの課題はあるものの、今後の製造やロジにフィードバックできる貴重な知見になった。これも頭ではわかっていても実際に、また多量に TBP を動かすことで見えてきたことであり、JOGMEC の現場ニーズ支援の仕組
みなしには得られない、大きな成果と考える。

表 6-2 年度別成果のまとめ
年

度

成

果

39

2018 年度
2019 年度

2020 年度

・机上計算や実験的に混焼の結果を予測した。
・実機ボイラにて、TBP20wt%、1 週間の混焼運転ができた。
・原料の多様化を目指し、草本系のアルカリ除去性能を確認した。
・石炭の揚炭・貯蔵設備にて TBP のハンドリングが可能な事を確認。
・大型圧搾機を用いて草本系のアルカリ除去を行い、コスト評価した。

6.3. 今後の課題
3 年間の共同スタディの結果を受け、TBP による石炭火力混焼に関する今後の課題は以下のとおり。
① 技術面
 粉塵飛散対策（ペレットの改良、ハンドリング方法の改良） ペレットの高密度化（輸送効率の向上、ミル容量制約の） 低コスト原料の利用（草本系のアルカリ除去量の増加）② 非技術面 混焼火力への FIT 復活等、バイオマス利用促進のための政策
 草本系、農業残差等の認証付与
 TBP 市場の構築
 数百万 t 規模の TBP 生産拠点の構築
 SDGs が保証された原料確保
現在の非効率石炭火力のフェードアウト議論は、まだ残存簿価の高い石炭火力まで直ちに休廃止せよというような極端な意見も出ているが、我が国が長い年月をかけて整備してきた発電設備は国民の財産とも言える貴重なものであり、大事に使うべきである。容量市
場のテンダー結果を見ても発電設備は不足しており、電力の安定供給の観点でもこれを上手に活用していくことは、エネルギーセキュリティに大に貢献できるものと考える。
一方、非効率火力と称される既存石炭火力を使ってバイオマスを専焼すれば、FIT 制度のもとで建設が進むバイオマス専焼火力よりも高い効率で発電できる他、調整電源としての役割も発揮できることから、廃止を前提とするのではなく、既存非効率石炭火力のバイ
オマス専焼への転換を促していくことも検討の余地がある。
バイオマスは、建築廃材、下水汚泥等の産業廃棄物等、地産地消のエネルギー供給ソー
スも多く含まれており、これらの有効活用は、地域産業の維持、雇用の創出という観点からも望ましいことと考えられる。
TBP は設備改造なしに石炭を代替可能な脱炭素化燃料であり、石炭火力の有効な GHG
削減策となり、また、バイオマス利用は日本の技術開発力が活かせる分野であるので、TBPの需要を喚起する政策の打ち出しが期待される。
こういった政策立案を促進するためにも、技術面、経済性の観点より TBP 事業の実現可能性を具体的に示すことが重要と考え、今後今回指摘した課題を解決すべく、継続して40

TBP の改良・開発を実施していく所存である。
以上

41