木質バイオマス利用の現状と課題

久保山裕

史

（森林総合研究所林業経営･政策領域）

1 はじめにの利用が急拡大した。この背景には、建設リサイクル法の制定等によって、建築廃材のいわゆる静脈流

年頭に原油価格が 100 ドル／バレルの大台にのり、が整備され、低価格で大量供給されるようになった

地球温暖化防止だけでなく、重要なエネルギー源とことが大きい。同時に新エネルギー利用促進法（RPSしての木質バイオマスに対する期待も高まる一方の法）により、電力会社に再生可能電力の買い取りが状況にある。しかし、日本における主な木質バイオ義務づけられたことや化石燃料の高騰によって需要マス供給源である、建築廃材 460 万 t（乾重）、製材が拡大したことも影響している。また発電に用いら残材 500 万 t、林地残材 370 万 t のうち、近年利用れた技術は、大型ボイラーで発生させた蒸気で発電が急拡大したのは建築廃材のみである。

用タービンを回すというすでに確立された方法であ一方、近年の欧州では建築廃材や製材残材はすでり、先述の 3 つの条件がすべてそろったからである。に利用が進み、林地残材のエネルギー利用が拡大しこうして建築廃材は、一部では奪い合いとなってている。これは①原燃料の低コスト安定供給、②低いる。この大きな要因は、建築廃材や廃パレット等コスト ･ 高効率変換技術、③高い販売価格と大きなを粉砕して生産される燃料チップ（以下、建廃チッ需要という 3 つの条件がそろって、林地残材利用のプ：ここでは製紙 ･ ボード原料用の高品質チップを経済性が確立していることが大きい。日本では、製除く）の価格が 2,000 円／ t 以下と低いことによる（全材残材はすでになんらかの利用がされているが、チ国木質資源リサイクル協会連合会、2007）。これは、ップ ･ 鋸屑を除けばただ同然の状態であり、林地残含水率 20％（以下、ウエットベース）とすると、熱材はほぼ未利用の状態にある。こうした状態にとど単価は 520 円／ MWh 以下と計算でき、最も安価なまっているのは、①の原料供給システムが未整備で石炭の 1,400 円／ MWh 前後と比べて半分以下でああることもさることながら、②と③の条件が欠如しる。ていることも大きいと考える。

建廃チップの価格上昇によって、利用拡大の見込

そこで本論では、エネルギー利用を中心に、木質みがでてくるのは製材残材といえる。バークや端材バイオマスの現状と可能性について、特に林地残材は引き取り手のない工場も多く、これを無償で引きの利用拡大に必要と思われる課題について、欧州の取って粉砕利用するものとし、その費用が 4,000 円

事例を交えながら述べたい。

／ t−50％（50％は含水率）であるとすると、1,900

2 木質バイオマス利用拡大とチップ価格
建築廃材は、大規模プラントにおける発電用燃料円／ MWh と計算でき、石炭よりもやや高い程度におさまる。それでは、用材丸太はどうであろうか。
最も安価な針葉樹パルプ材から生産したチップでさえも、3,800 円／ MWh と計算され、石炭価格の 3 倍試験から、条件のよい場所であれば、林地残材チッに近く、現実的ではなさそうである。

プを 6,000 円／ t − 50％で供給可能な見通しを得た。

このことから、価格の高い用材（切り捨て間伐材

これによって、約 2,800 円／ MWh までコストを引も含む）のエネルギー利用は現段階では困難である

き下げられるが、それでも石炭価格の 2 倍になってということがわかろう。森林系バイオマス供給を増しまうので、石炭との競争は難しそうである。

加させるには、用材生産を目的とする伐出システムとうまく連係させて、端材や枝葉といった林地残材

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木質バイオマスの発電利用を低コスト収集する必要があるということがいえそ

建廃チップを利用する大規模バイオマス発電は、うである。筆者（2004）は、岩手県遠野市における蒸気タービンの形式等で図 1 のように大きく 3 通りに分けることができる。図の例は、すべてエネル

3MW･･･ボイラーの熱損失

ギー効率 85％のバイオマスボイラーで生産した 17
気圧、240℃の蒸気を利用することを前提としてお1MW･･･電気り、（a）ではすべての蒸気を背圧タービンに通して1MW（＝ 1,000kW）の発電を行い（発電効率 6％）、19MW15MW･･･熱タービン排気口からでてくる 3 気圧の蒸気 15MW 相当を熱利用する熱電併給（CHP）である。総合熱効（a）電熱併給（CHP）：総合熱効率 85％

率は 85％である。
（b）では、蒸気の半分を復水タービンに通して3MW 7MW･･･タービン等の損失1MW の発電を行い（発電効率 13％）、残りの半分の8MW を熱利用するという熱電別給（SHP）とでもいうべき利用方法であり、総合熱効率は 52％となる。

819MW

1MW

88MW

復水タービンは、発電効率は高いが、排気中のエネルギーが小さいため熱利用には適さない。そのため、蒸気をすべて復水タービンに通す（c）の場合、発電（b）電熱別給（SHP）：総合熱効率 52％

量は 2.5MW と最大になる（発電効率 16％）が、総合熱効率は 13％と低い。このように、発電のみを行

3MW 13.5MWう場合、もともと木質バイオマスがもっていたエネルギーのわずかしか利用されないことがわかる（蒸気タービンの発電効率は、大規模なものほど向上す

19MWるので、一般的にもっと規模は大きいが、10 倍の発電規模でも総合熱効率は 25％程度にとどまる。
2.5MW（c）発電のみの場合：総合熱効率 13％

他方、経済的には電気と蒸気の価格を考える必要があろう。電気は様々な仕事や冷暖房にも使えるため質の高いエネルギーである。そして、販売価格も凡例

10 〜 20 円／ kWh と高く、蒸気の価格は圧力や温度ボイラーの熱損失
タービン等の損失
電気熱によって異なるが、重油 35 円／ L、熱変換効率 85

注：木材工業ハンドブック（森林総合研究所監修）
1048P を参考に筆者作成％で計算すると 3.8 円／ kWh と電気の 1 ／ 3 程度と安い。電力価格の高さが、発電プラント建設の要因の一つと考えられるが、売電価格が最大の 20 円／

図1

蒸気式発電の種類と特徴

kWh であったとしても、（c）の収入は 5 万円／時間であるのに対して、（a）は 7.7 万円／時間と大きい。

ジンあるいはガス化 ･ ガスタービン CHP の開発がやはり、総合熱効率の高い利用方法が経済的に有利進められている。ガスエンジンやガスタービンを使になることを示している。電力会社のバイオマス電

えば、数百 kW の発電規模でも発電効率が 30％を力の買い取り価格が平均 7.7 円／ kWh にとどまって越えるので、まとまった熱需要の乏しい日本には適いることや、重油価格が 70 円／ L 以上に上昇してしている。しかし、電力 1kWe あたりの設備費用がいることから、エネルギー効率の重要性は一層高ま100 万円前後と高価（蒸気式は 30 〜 50 万円）であっている。

ることや、売電価格が低いこと、工場等における自この点、欧州の木質バイオマス電力の約 75％は熱家消費とすると夜間需要がなく日中運転（DSS）と電併給プラントにおいて生産されており、電気ととなる等によって経済性が低下し、今ひとつ普及してもに生産される熱は工場や地域熱供給等で利用されいないというのが実態ではなかろうか。一段のコスている（EurObserv' ER、2006）。これに対して、日トダウンと、小型 ･ 高効率化、そして高含水率チッ

本では製紙等の産業以外ではそれほど CHP が普及

プへの対応が進めば、そうした小規模 CHP におけしていない。それは、プラントを大規模にすると発る林地残材利用につながるものと期待している。

電効率が上がって、経済性が高まる一方で、大きな熱需要を確保する必要があるという難題に直面する

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木質バイオマスの熱利用

ここまで発電利用を中心に述べてきたが、発電をからであろう。
このようにして建設された発電のみのプラント

伴わない熱利用はどうであろうか。蒸気や温水は、は、熱販売収入がない等の要因から、林地残材の集先述の通り価格は安いが生産コストも低いことか荷を行える燃料チップ買い取り価格の提示は困難でら、比較的高い燃料価格を提示できる可能性がある。

あると推察される。それでは、製紙会社等のバイオ欧州においても、図 2 の通り、建築廃材や都市ゴミマス CHP はどうであろうか。発電が経済的に成りを除く木質バイオマスエネルギー供給量（石油 5870

立つ規模のプラントで用いられるボイラーは、廃プ

万 t 相当）の 6 割以上が発電を伴わない熱利用となラや廃タイヤ、さらには石炭等の燃料を利用できるっている。それらは、ストーブやボイラーにおけるものが多く、それらとの競争によって価格が抑えら薪利用やチップボイラーを核とした小 ･ 中規模地域れる可能性が高い。

熱供給事業等によるものである。

こうした問題を打開するべく、ガス化 ･ ガスエン

中 ･ 小規模ボイラーの排煙装置は、一般的に簡素なものが多く、廃棄物や石炭の燃焼を念頭においていない。もともと、石炭は公害の問題もあって、地黒液
22%域においては重 ･ 灯油等を燃料とする中 ･ 小規模ボイラーが利用されているのが現状であろう。林地残材はクリーンな燃料なので、中小規模プラントで安発電向け
35%
非木質9%

薪46%
熱利用65%

林地･製材残材
21%

心して利用でき、それらをターゲットとすれば石炭と競争しなくすむのではなかろうか。
北欧で林地残材が石炭と競争できているのは、石炭に半分近い高率の課税がされているからである。

ペレット
2%

図2 EUにおける2005年の固形バイオマス燃料による一次エネルギー生産量（石油5,870万t相当）の内訳
出典：EurObserv ER（2006）
注：発電向けのエネルギー量は筆者推計値

確かに、温暖化防止のためには安易な石炭利用は避けるべきであり、石炭への課税によって建廃チップ以外のバイオマス利用も拡大する可能性は高いと考えられる。しかし、それを待っていては林地残材の利用拡大は遅れるばかりであろう。

これに対して、日本には地域熱供給を背景とする

5

大規模 CHP はないかわりに、出力 500kW 以上（電まとめ

熱面積 10m2 以上）の化石燃料ボイラーは全国に 3

バイオマス利用の拡大を考える上で、その利用価万台以上存在する（日本ボイラ協会、2006）ので、値（エネルギーではエクセルギーあるいは有効エネ

これを高性能チップボイラーで代替していくというルギー）の大きさもさることながら、総合効率を高方法が考えられる。ボイラーの 78％は重 ･ 灯油を使めるエネルギー利用を考える必要性を指摘した。こ用しており、50 円／ L の重油は 4,600 円／ MWh な

れは、ペレットやエタノールの生産に関してもあてので、林地残材でも対抗可能かもしれない。

はまる。つまり、製造に必要なエネルギーが自給でそこで、燃料チップの供給コストがどの程度であきたとしても、それが多く必要であれば、もともとれば採算がとれるかということについて、エネルギバイオマスがもっていたエネルギーをロスし、それー利用形態別に推計を行った。採算性は、初期投資だけ経済性も低下するということになる。ペレット額（自己負担額）を単年度収支（電熱販売収入−支については、発生してしまう製材工場の鋸屑やかん出合計）で除した投資回収年数で評価した。投資回な屑を原料とすればこれを回避することができる

収年数が短いほど採算性が高く、この年数が減価償が、エタノールに関しては、革新的な製造技術の開却期間（耐用年数）よりも短い事業は持続可能と考発が必要といえそうである。

えられる。表 1 に示した通り、燃料チップが無償で発電利用に関しては、売電価格の引き上げも必要手に入る（自給できる）場合には、すべての形態でであるが、やはり CHP が望ましい。そのためには採算がとれたが、価格が上昇すると熱利用を行わな大量の熱需要を確保する必要があり、熱消費企業とい大規模発電事業、ガス化発電小規模、同中規模のの連携や送熱ネットワークの整備を行う必要がある

順に採算がとれなくなった。チップボイラーによると考える。

熱供給事業では、燃料チップが 6,000 円／ t−50％で現時点では、チップボイラーの経済性が最も高く、も回収可能であるという結果となった。また、重油その普及によって林地残材利用の拡大をはかる必要価格が 60 円／ L に上昇すると、9,000 円／ t−50％があることを指摘した。しかしチップボイラーの普でも重油に対抗可能であった。ちなみに、売電価格

及は日本ではほとんど進んでいない。これは、①数が 10 円／ kWh に上昇すると、大規模発電事業の採年前まで重油価格が 40 円／ L 以下と安かったことや、算は燃料チップ 4,000 円／ t−50％でとれるという結②バイオマスボイラーは化石燃料ボイラーの数倍の果であった。

初期投資とスペースが必要になること、さらに、③不定形 ･ 高含水木質燃料に対応した高性能小 ･ 中規
表１

木質バイオマスエネルギー利用の採算性比較結果（○：持続可能、△：持続不可能（単年度黒字）、×：単年度赤字）
利用形態
定格出力
燃料チップ価格

チップボイラー

小規模ガス化電熱併給
電 140kWe＆熱 270kWth

中規模ガス化電熱併給
電 2000kWe＆熱 6800kWth

大規模蒸気発電0 円／㎏− 50wt％

○

○

○

○2円

〃

○

○

○

△4円

〃

○

△

○

×6円

〃○×△×

熱 1400kWth

電 10000kWe

注 1：投資回収年数＝設備コスト×（1 −補助率）／エネルギー販売（収入−支出）
注 2：すべての施設は 1 日 24 時間、年 300 日稼働とし、50％補助、金利 2％、重油価格 50 円／Ｌ、電力 16 円／ kWh とした。また、ガス化電熱併給システムの設備費は 100 万円／ kWe、発電（端）効率 17％、総合熱効率：中 75％、小 50％として計算した。

模ボイラーが存在しなかったことが影響している。

しまうからである。ただし、昼夜 ･ 通年の稼働がよ①については、重油価格が 40 円／ L でも単年度り経済性を高めることから、完全に代替するのでは赤字にはならないので、長期的にはなんとかなりそなく、チップボイラーでベースの熱供給を行い、既うである。②のスペースの問題については、ある程存の化石燃料ボイラーと併用する形で地域に複数台度代替できる化石燃料ボイラーは限られてこよう。

導入するという方法がより現実的かもしれない。こ

初期投資の問題については、欧州においてもボイラのように、需要を確保しながら、用材生産連係型のーを核とする地域熱供給事業費の 50％前後を補助し林地残材供給システムを整備していけば、新たなバており、同様の支援が必要であると考える。③につイオマス需要への対応も可能になるものと考える。

いては、熱出力 300kW 以下の小型ボイラーは、含キーワード：木質バイオマス、林地残材、熱供給、総合熱効率、発電、経済性

水率が 50％以下で定形に切削されたチップにしか対応していないものが多く、それより大きなタイプでは、含水率 60％、長さ 10㎝前後の不定形チップを、総合熱効率 90％前後で全自動無人運転できる装置が欧州では多数開発されている。
熱需要の確保および経済性向上の観点からは、できるだけ規模の大きなボイラーの代替が望ましい。
小規模のものでは、安価な製材残材の供給で足りて＜参考＞全国木材資源リサイクル協会連合会（2007）平成 19 年度
木質チップ等生産会員実 態調査〜結果〜、http: ／／www.woodrecycle.gr.jp ／ H19chousa.pdf
久保山裕史（2004）林地残材の低コスト収集の可能性について、第 13 回日本エネルギー学会大会講演要旨集：
p224 − 225EurObserv' ER（2006）SOLID BIOMASS BROMETER2006