廃棄物バイオマスの利用ポテンシャルの将来予測と
温室効果ガス排出削減効果の解析～都市湿系バイオマスと建設発生木材を対象として
荒巻俊也 ・石井＊暁・園田隼也・加用千裕・花木啓祐（東京大学大学院）＊

e-mail：aramaki@env.t.u-tokyo.ac.jp

摘要本研究では、比較的賦存量が多いと考えられている厨芥や下水汚泥といった都市湿系バイオマス、人びとの住まい方による影響が大きいと考えられる建設発生木材を対象として、都市湿系バイオマスについてはバイオガス生産、建設発生木材についてはバイオ燃料化を技術オプションとした場合の超長期的な供給ポテンシャルを日本の社会の将来像を表す 2 つのシナリオの下に推定した。さらに、これらの利用による温室効果ガス排出削減効果を推定した。その結果、2050 年において、都市湿系バイオマスからのバイオガス生産については年間約 1.8 百万 t、建設発生木材からのバイオエタノール製造については約 5.0 百万 t 程度の二酸化炭素排出削減がポテンシャルとして示された。それぞれのポテンシャルの算出において多くの仮定を用いているため、結果の解釈には十分な注意が必要であるが、異なる 2 つの社会像の下でのこれらのバイオマス利用ポテンシャルには大きな差はないことが示された。今後、さまざまなバイオマス資源について、さまざまな技術オプションを利用した場合の将来にわたる利用可能量とその効果や環境影響を推定していくことにより、ある地域においてどのバイオマスをどのように利用していくかについて、戦略的に検討するための材料を提供しうるものと考えている。
キーワード：建設発生木材、湿系バイオマス、住宅、将来予測、バイオエタノール、バイオガス
1．はじめに将来の脱温暖化社会におけるエネルギー源として、バイオマス資源の利用が期待されている。エ
ネルギー源として利用可能なバイオマス資源には、厨芥、下水汚泥、紙系廃棄物、建設発生木材、林地残材、農業廃棄物などの廃棄物系のものと、エネルギー作物やバージン木材などの栽培系のものがあり、直接燃焼によるエネルギー回収、嫌気性発酵によるバイオガス生産、発酵などによる液体燃料化などの技術オプションが考えられている。
これらのバイオマス資源の中でも、廃棄物として排出されるものは有効利用することにより温室効果ガスの削減だけでなく、廃棄物処理の負担軽減にもつながりうる。一方で、これらの廃棄物をマテリアルとして有効利用するという方策も考えられており、エネルギー利用することによって得られる効果を明確にしておく必要がある。
バイオマス資源の賦存量については、個別のバイオマスごとにはさまざまな検討がなされている。日本全体としては、「バイオマスニッポン総1）合戦略 」でさまざまな種類のバイオマスの賦存量の推定がなされている。バイオマスの種類を限っているものもあるが、海外でも同様の試みが行2）－4）われている。しかし、バイオマス資源、特に廃棄物系バイオマスの賦存量は、人口や経済活動、ライフスタイルなど、さまざまな自然的な状況、社会経済的な状況による影響を受け得る。また、賦存量だけでなく、採用されうる技術オプションも経済活動やライフスタイルなどの影響を受ける。よって、持続的なエネルギー源としてこれらのバイオマス資源を考える場合に、超長期にわたる社会経済状況の変化を想定しながら賦存量を検討しておく必要がある。
本研究では、厨芥や下水汚泥といった都市湿系バイオマスと建設発生木材を対象とする。いずれも、人びとの住まい方や社会経済的な状況の変動により利用可能量が変動するバイオマスであり、また、比較的賦存量が多いと考えられるものである。都市湿系バイオマスについてはバイオガス生産、建設発生木材についてはバイオ燃料化を行っ『地球環境』
12：201－207：201－207
201－207－207
207（2007）（2007）
Printed in Japan

2007 AIRIES

201荒巻ほか：廃棄物バイオマスの利用ポテンシャルの将来予測と温室効果ガス排出削減効果の解析た場合の超長期的な供給ポテンシャルを推定するとともに、これらの利用による温室効果ガス排出削減効果を推定する。選択可能な技術オプションとして、都市湿系バイオマスについてはガス化や炭化によるエネルギー生産が、建設発生木材については木材チップとしての固形燃料供給などが考えられ、これらはバイオガス生産やバイオ燃料化と競合することになる。本稿での解析では、それぞれの技術オプションのポテンシャルを推定することを目標としているので、これらの競合関係にある技術の存在は考慮しないこととする。なお、対象とした湿系バイオマスのバイオガス生産については、すでに今日までにも広く導入されており、技術的には成熟したものである。一方で、建設発生木材のバイオ燃料化は技術開発の途上にあるが、化石燃料の主要な消費源である自動車燃料の代替が可能であるという利点をもつ。本稿では
これら 2 つの技術オプションのみを検討するが、将来的には、他のさまざまな技術オプションに対して同様の解析を行うことにより、技術間の競合関係も考慮した温室効果ガス排出削減効果の推定が可能になるものと考えている。
なお、超長期的な供給ポテンシャルを推定する上での人口や世帯数のデータとして、（独）
国立環境研究所他による「脱温暖化 2050 研究プロジェ
5）クト」 が作成した、2050 年にかけての人口・社会・経済に関する超長期シナリオを用いる。ここでは、2 つの将来の社会像を表すシナリオ（以下、A シナリオと B シナリオ）を構築しており、A シナリオでは経済発展・技術志向型の社会を、B シナリオでは地域重視・自然志向型の社会と幅を持った将来像を想定している。これらのシナリオによる 2050 年における全国人口は、A シナリオで約 9.5 千万人、B シナリオは出生率が高くなると仮定されているため約 1 億人となり、A シナリオでは都市への人口集中と地方の過疎化がさらに進むという設定になっている。

将来人口の予測値は都道府県土地分類ごと（都市地域、平野農業地域、中山間地域）にあるため、地域ごとに推計した。
事業系の厨芥については、多く排出する業種として、一般およびその他飲食店、飲食料品およびその他小売店、宿泊業、学校、病院、福祉介護施設を選び、事業所企業統計における中分類別従業員数と夜間人口、昼間人口、老齢人口（65 歳以上）との間で相関解析を行い、最も関連のある項目を抽出した。その結果、一般およびその他飲食店、宿泊業や学校については昼間人口との相関が、飲食料品およびその他小売店については夜間人口との相関が、病院、福祉介護施設については老齢人口との相関が高いことがわかった。これより、羽6）
原ら の方法により、都道府県土地分類ごとに厨芥発生量を予測した。なお、昼間人口については、A シナリオにおいては昼夜間人口移動人数を2000 年レベルで固定した。一方で、地域重視・自然志向型の B シナリオにおいて在宅勤務および職住近接が進むものと考え、昼間人口と夜間人口の比率が 2050 年にかけて 1 に収束すると仮定した。
汚水処理から排出される汚泥量の算出にあたっ
7）ては、平成 15 年度の下水道統計 より一人あたりの汚泥量と有機成分を求め、また将来的な汚水処理率の推移を 2000 年～ 2005 年における実績データおよび各都道府県下水道構想における目標値から回帰直線を求めて、図 1 のように推定した。
汚水処理の普及は各都道府県とも、都市地域、平野農業地域、中山間地域の順で進むものとして、これらの情報から土地類型別に発生汚泥量を算出した。
2.2 バイオガス生産への利用可能量の算出
将来の社会のあり方により、バイオガス製造に利用可能な湿系バイオマス量は変化しうる。具体的には、技術志向型の A シナリオでは湿系バイ

2．都市湿系バイオマスからのバイオガス製造ポ
テンシャルの解析
2.1 湿系バイオマスの賦存量の推定
湿系バイオマスのうち家庭から排出される厨芥については、各シナリオにおける将来人口の予測値を用いて推計した。排出原単位は、平成 16 年度、または 17 年度の家庭ごみの組成調査として事業概要やホームページで報告されている秋田市、仙台市、金沢市、相模原市、京都市、福岡市の平均値 224.8（± 22.1）
g/ 日 / 人を用いた。なお、

202ởỈฎ⌮ேཱྀᬑཬ⋡䠄䠂䠅㻝㻜㻜㻑㻤㻜㻑㻢㻜㻑㻠㻜㻑㻞㻜㻑ᐇ್㻜㻑㻝㻥㻥㻡 㻞㻜㻜㻜 㻞㻜㻜㻡 㻞㻜㻝㻜 㻞㻜㻝㻡 㻞㻜㻞㻜 㻞㻜㻞㻡 㻞㻜㻟㻜 㻞㻜㻟㻡 㻞㻜㻠㻜 㻞㻜㻠㻡 㻞㻜㻡㻜 㻞㻜㻡㻡ᖺ䠄㻞㻜㻜㻜㻙㻞㻜㻡㻜䠅

図 1�������������������
都道府県ごとの汚水処理普及率の予測�������������������．

地球環境Vol.12 No.2

オマスはエネルギー資源と見なされ、集中的な収集・処理のもとにバイオガス生産が行われる。一方で、地域重視・自然志向型の B シナリオでは家庭菜園など堆肥や有機飼料の需要が増え、バイオガス生産はコンポスト化と競合する。このようなことから、湿系バイオマスのうち、特に厨芥の分別回収率とバイオガス生産への利用状況について、表 1 のような仮定をおいて利用可能量を算出した。
2.3 バイオガスによる発電ポテンシャルの推定
このようにして予測された厨芥および汚泥の利8）用可能量から、石井ら を参考に、厨芥系の VS/3TS 比を 0.95、メタン発生原単位を 0.65 Nm /kgVTS、汚泥の強熱減量を 78.6％、メタン発生原単3位を 0.28 Nm /kg-VTS として、メタン生成ポテンシャルの推計を行った。さらに、バイオガス発酵施設においてガスタービン発電をした場合の効率を現状で 25％、技術革新により 2005 年に 30％、2015 年に 40％、2025 年以降 45％に到達するものと仮定して発電可能量を算定した。
図 2 は、全国におけるシナリオ別の年間発電量である。2050 年において、A、B シナリオともに約 3,700 GWh 程度であった。厨芥系に着目すると、2005 年から 2050 年における厨芥系バイオマス由来のエネルギー投入比（例：インプット（メタン生成時）／アウトプット（メタン由来エネルギー）の比率）は、両シナリオにおいて 13％～ 16％であった。ただし、この値はバイオガス生成システムのみに着目しており、輸送等や消化液処理に係るエネルギーを考慮していない。スウェーデン

201－207（2007）におけるバイオマス由来のメタン発酵ポテンシャ
ルの研究では、都市有機系廃棄物由来のエネルギー投入比は、前処理、厨芥輸送、消化残渣輸送な9）どを考慮し、約 20％～ 60％と見積もっている 。
この研究では、乾重量あたりのメタン発生量が本研究の 2.5 ～ 3.5 倍となっていること、エネルギー投入比約 60％の条件において、前処理工程のエネルギー消費量が総インプットの約 50％程度を見積もっていることから、木屑や紙類も含まれているものと考えられる。また、近距離輸送に係るエネルギーインプットはエネルギー回収量と比較して数％と留まっており、本研究で用いた石井5）ら の検討と同様である。日本とスウェーデンとの単純比較には注意が必要であるが、その大きな違いはバイオマスの地域分布およびその特性にあると考えられ、バイオガス生成プロセスは同様であると仮定すると、木屑および紙類も含む前処理工程部分を除いたエネルギー投入比は 18％～30％程度、厨芥系のみの場合、混合系の前処理工程よりもエネルギー需要が低減されるため、メタン発生量の違いを考慮すると、本研究における厨芥類系エネルギー投入比は妥当な範囲であると考えられる。ただし、本研究においても施設消費電力等の計算精度を上げる必要がある。
本研究において、エネルギー回収量は各シナリオにおいて地域差が存在するものの、2005 年時
点における電力およびガス供給を代替すると仮定した場合、二酸化炭素換算で年間約 184 万トンを削減できることがわかった。ただし、将来的には系統電力およびガスの単位あたりの二酸化炭素排表 1���������������������������
厨芥分別回収率およびバイオガス生産への利用率の仮定 .
��������������������������都市地域・平野農業地域
厨芥分別回収率

バイオガス生産への利用率

両シナリオとも，，2000 年時点で 0％，％，年間 1％のスピ％のスピのスピードで上昇し 2020 年で 20％，その後は年間％，その後は年間
その後は年間 2％の％のの上昇で 2050 年で 80％となる．
％となる．となる．
．
＜ A シナリオ＞＞
・事業系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
・家庭系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
・汚泥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
＜ B シナリオ＞＞
・事業系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））飼料・堆肥化→ 50％％
メタン発酵→ 50％％
・家庭系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
・汚泥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％

中山間地域
2000 年で 0％，％，年 1％上昇で％上昇で上昇で 2020 年で 20％，A％，A
Aシ
ナリオはそのまま 2050 年で 50％，B％，B
B シナリオは回収のインセンティブが働かず 2020 年以降は 20％固％固固定．
．
＜ A シナリオ＞＞
・事業系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））飼料・堆肥化→ 20％％
メタン発酵→ 80％％
・家庭系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
・汚泥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
＜ B シナリオ＞＞
・事業系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））飼料・堆肥化→ 50％％
メタン発酵→ 50％％
・家庭系厨芥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））メタン発酵→ 100％％
・汚泥利用方法（回収量のうち）回収量のうち））飼料・堆肥化→ 50％％
メタン発酵→ 50％％

203荒巻ほか：廃棄物バイオマスの利用ポテンシャルの将来予測と温室効果ガス排出削減効果の解析㻠㻘㻜㻜㻜㻠㻘㻜㻜㻜᪋タᾘ㈝㟁ຊởἾ⣔⏤᮶᪋タᾘ㈝㟁ຊởἾ⣔⏤᮶㻟㻘㻡㻜㻜㻟㻘㻡㻜㻜஦ᴗ⣔པⰰ⏤᮶ᐙᗞ⣔པⰰ⏤᮶㻟㻘㻜㻜㻜㻟㻘㻜㻜㻜㻞㻘㻡㻜㻜ᖺ㻞㻜㻡㻜㻞㻜㻠㻜㻙㻡㻜㻜㻞㻜㻟㻜㻜㻞㻜㻡㻜㻜㻞㻜㻠㻜㻡㻜㻜㻞㻜㻟㻜㻡㻜㻜㻞㻜㻞㻜㻝㻘㻜㻜㻜㻞㻜㻝㻜㻝㻘㻜㻜㻜㻞㻜㻞㻜㻝㻘㻡㻜㻜㻞㻜㻝㻜㻝㻘㻡㻜㻜㻞㻘㻜㻜㻜㻞㻜㻜㻜ᖺ㛫Ⓨ㟁㔞䠄㻳㼃㼔䠅㻞㻘㻜㻜㻜㻞㻜㻜㻜ᖺ㛫Ⓨ㟁㔞䠄㻳㼃㼔䠅㻞㻘㻡㻜㻜㻙㻡㻜㻜஦ᴗ⣔པⰰ⏤᮶ᐙᗞ⣔པⰰ⏤᮶ᖺ

図 2�������������������������������
全国におけるバイオガス生産による年間発電ポテンシャルの予測�������������������������������．
（左：�A��������
シナリオ，右：���������B�����
シナリオ）
�����

出原単位が低下する事が考えられるため、二酸化炭素換算の議論は注意が必要である。シナリオ間の比較では、シナリオ B において堆肥化との競合により、家庭系および事業系厨芥回収量は少ないが、人口が多い分だけ汚泥系の発生および回収が進む結果、同様の発電ポテンシャルが期待できることを示している。また 2010 年、2015 年におけるマイクロガスタービンにおける効率の向上がエネルギー回収に大きく影響している。逆に、バイオガスからの発電技術の将来的な効率向上をどのように仮定するかが、将来の供給ポテンシャルの推定に影響を与えているとも言える。
3．建設発生木材によるバイオエタノール生産ポテンシャルの推定
3.1 ポテンシャルの推計手法
建設発生木材からのバイオエタノール生産ポテ
ンシャルの推計手法の概要を図 3 に示す。まず、各シナリオにおける将来世帯数から算出された都道府県ごとの住宅ストック床面積から、各年における新築および解体住宅床面積を建て方別（戸建5）て・集合）、構造別（木造・非木造）に算出する 。
10）
この値から、住宅構造別の木材使用量原単位を用いて新築時・解体時の廃木材発生量を推定した。
木質などのリグノセルロース系バイオマスからのバイオエタノール製造については、高効率化、

204

人口・世帯数の将来シナリオ
住宅延床面積ストック・2050年まで
・A，Bシナリオ
・ 資料5）より

住宅新築・解体延床面積

・ 集合戸建別・ 木造非木造別

発生木材量原単位

・ 資料10）より

建設・解体時発生木材量
バイオエタノール利用率
バイオエタノール転換効率

・ 2008年から利用を開始し，10年間で100％利用と仮定
・ 資料13）よりバイオエタノール製造ポテンシャル
CO2排出係数

・ 資料13）よりCO2削減量図 3����������������������
建設発生木材からのバイオエタノール生産ポ��������������������
テンシャルの推計手法の概要�
．

低コスト化のための技術開発が進んでいる段階で11）－ 13）あるが、いくつかの検討例が存在している。
ここでは、新エネルギー・産業技術総合開発機構
13）（NEDO）の研究プロジェクト で行われた検討例を参考に、バイオエタノールへの転換効率やエネルギー収支を計算した。バイオエタノール製造プ
ロセスの普及については、2008 年から順次製造が行われ、10 年間で 100％の発生木材が利用されるようになるという仮定をおき、バイオエタノー
13）
ルへの転換効率（発生木材 1 t あたり 290 L） を用いて製造ポテンシャルを推定した。

地球環境Vol.12 No.2

バイオエタノール製造システムのエネルギー収支（廃木材の収集プロセスも含む）
については、トウモロコシやサトウキビなど、栽培系バイオマス14）－ 16）
についてさまざまな議論が行われている。
13）
ここでは、前述の NEDO の研究プロジェクトから算出された CO2 排出係数（0.02 kg-CO2/L（＝0.0009 kg-CO2/MJ））と、ガソリン製造プロセスのCO2 排出係数（2.71 kg-CO2/L（＝ 0.0784 kg-CO2/17）
MJ）） を利用して、ガソリン代替で利用した場合の CO2 削減量を推定した。
3.2 住宅ストックの変化と建設発生木材量
戸建て、集合住宅のストック床面積の全国集計
値の将来変化を、シナリオごとに図 4 に示す。また、ストック床面積から推定された新築・解体床面積も図 4 に併せて示す。両シナリオとも、将来の人口および世帯数の減少とともにストック床面積が減少し、解体床面積は 2050 年までの間はさほど減少しないものの、新築床面積は大きく減少している。また、A シナリオではより人口が減少するため、B シナリオより住宅ストック、とりわけ戸建ての住宅ストックが数％のオーダーで少なくなることが予想された。新築・解体床面積についても同様に数％程度の差となる。なお、図 4中の新築床面積については 5 年ごとにやや大きな変化が起こっているが、これは既存の住宅ストック床面積について 5 年ごとのデータとして利用していることによるものである。
これらの床面積から計算される建設発生木材量は、2004 年に 12.0 百万 t であるのに対し、

Bシナリオ













2Aシナリオ2050 年では A シナリオで 10.2 百万 t、B シナリ
オで 10.9 百万 t となる。新築・解体床面積の減少のため、建設発生木材量は徐々に減少することが示された。
3.3 エタノール生産ポテンシャルと CO2 削減量
2050 年の都道府県ごとのバイオエタノール生産ポテンシャルを図 5 に示す。この図で、各都道府県の左側の赤色の棒グラフは A シナリオを、右側の青色の棒グラフは B シナリオの結果を表す。生産ポテンシャルは、住宅ストックが多い三大都市圏などの地域で大きくなっている。また、A シナリオは B シナリオと比べて人口がより減少するばかりでなく地方での人口減少が顕著になるが、バイオエタノール生産ポテンシャルも Bシナリオと比較して小さくなっている。
日本全国での、2050 年までのバイオエタノール生産ポテンシャルの変化を図 6 に示す。
生産ポテンシャルは徐々に減少し、2050 年にA シナリオで 3.0 百万 kL（62.8 PJ）、B シナリオで 3.1 百万 kL（66.7 PJ）となる。これは発熱量換算で、2002 年時点のガソリン消費量 58.4 百万kL（2,020.6 PJ）の約 3％に相当する。つまり、2050 年におけるガソリン消費量が現在と変わらないとした場合、全てのガソリンが E3（エタノール 3％混合ガソリン）と代替可能となるようなバイオエタノールを供給できることになる。
上記の結果から、日本全国でのバイオエタノー
ルによるガソリン代替に伴う CO 2 削減量を試算
すると、2050 年には A シナリオで 4.9 百万 t、Bシナリオで 5.2 百万 t となっており、2000 年の全国排出量 1,190 百万 t の約 0.4％に相当する。

新築・解体床面積（百万m ）2建て方別ストック床面積（百万m ）201－207（2007）
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図 4������建て�
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住宅ストックの変�
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新築・
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体
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図5

2 050 年の都道府県ごとのバイオエタノール
生産ポテンシャル．

（■：�A�����
シナリオ，■：������
B�����
シナリオ）�����．
�205

製造ポテンシャル(百万 kL/年）

荒巻ほか：廃棄物バイオマスの利用ポテンシャルの将来予測と温室効果ガス排出削減効果の解析

引用文献

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（ h t t p : / / w w w. m a f f . g o . j p / b i o m a s s / p d f /略，平成 19 年 8 月．
h18_senryaku.pdf）$ࢩࢼࣜ࢜

2） Forestry Commission England（2007）A Woodfuel%ࢩࢼࣜ࢜図6ᖺ

ᖺᖺ

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ᖺ 本 全国 で の バ イ オ エ タ ノ ー ル 生 産 ポ テ ン日シャルの変化．

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4．まとめ（http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/
application/pdf/hintergrund_zahlen2006_eng.

本稿では、廃棄物系バイオマス資源のうち、厨芥や下水汚泥といった都市湿系バイオマス、および建設発生木材を対象として、都市湿系バイオマ
スについてはバイオガス生産、建設発生木材についてはバイオ燃料化を技術オプションとした場合の超長期的な供給ポテンシャルを、日本の社会の将来像を表す 2 つのシナリオの下に推定した。
都市湿系バイオマスからのバイオガス製造においては、年間約 1.8 百万 t、建設発生木材からのバイオエタノール製造については約 5.0 百万 t 程度の二酸化炭素排出削減がポテンシャルとして示された。都市湿系バイオマスについてはコンポスト製造との競合を含めているのに対し、建設発生木材については木材チップとしてのマテリアルリサイクルを考慮に入れていないなど、それぞれのポテンシャルの算出において多くの仮定を用いているため、これらの数値を単純に比較すべきではないし、その解釈には十分な注意が必要である。
一方で、2 つの社会像の下でのこれらのポテンシ
ャルには、大きな差はないことが示された。
本稿では、バイオマスの賦存量から量的な観点で供給ポテンシャルを解析したが、それぞれの技術オプションの将来における費用の変化を推定することにより、より現実的な導入量の将来予測が可能となる。さらには導入可能と考えられる複数の技術オプションについて同様の解析を行うことにより、ある地域においてどのバイオマスをどのように利用していくかについて戦略的に検討するための材料を提供しうるものと考えている。
なお、本研究は環境省地球環境研究総合推進費
S-3-3「都市に対する中長期的な二酸化炭素排出削減策導入効果の評価」（代表 : 花木啓祐教授・東京大学大学院）の支援により行われた。

pdf）
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地球環境Vol.12 No.2

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16）Blottnitz, H. V. and M. A. Curran（2007）A review

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新規なエタノール発酵技術等により燃料用エタ

transportation fuel from a net energy, greenhouse

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D. Jonesl, M. O’Hare and D. M. Kammenl

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15）Pimentel, D. and T. W. Patzek（2005）Ethanol（受付 2007 年 9 月 3 日，受理 2007 年 11 月 26 日）

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