下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

資料２－３

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術

1

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）目次
１．技術開発の動向について①下水道技術ビジョン②B-DASHプロジェクト等③（一社）日本下水道施設業協会アンケート④他分野との連携⑤水処理に伴い発生するN₂O対策⑥エネルギーの観点からみた水処理⑦まとめ
２．技術開発のシナリオと試算①シナリオ②2050年処理水量、汚泥処理量③電力・燃料④水処理に伴い発生するN₂O等⑤汚泥焼却伴い発生するN₂O等⑥創エネによる削減効果（消化）⑦創エネによる削減効果（消化）⑧汚泥肥料（コンポスト）による化学肥料代替効果⑨まとめ

2

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について○エネルギー分科会でのテーマ（第一回資料を一部修正）「2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術」のあり方については、「2030年目標達成のための導入すべき技術」に加えて、「脱炭素小委員会」の主要な論点「地域社会全体を捉えた上で、温室効果ガス排出の徹底した削減とともに、更なる資源集約や連携強化を通じたポテンシャルの最大活用による、新たな利用可能性の追求、貢献拡大をどのように図るべきか？」を踏まえ、下水道分野の他に、他分野の技術開発の動向についても把握しつつ、今後の下水道において期待される技術開発について、議論していくこととしている。

3

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ①下水道技術ビジョン
 下水道技術ビジョンは「新下水道ビジョン」（H26.7）で示された長期ビジョンや中期目標を達成するために、
今後開発すべき技術等について、下水道技術ビジョン検討委員会（委員長：東京大学花木教授）の審議を経てH27.12に策定
 下水道施設の老朽化対策、近年頻発する集中豪雨などに対応した浸水対策、下水道資源の有効利用の推進など、下水道の今後の重要な課題を解決するため、１１の技術開発分野についてロードマップを作成し、課
題、目標、技術開発項目について整理
 国土技術政策総合研究所の設置する「下水道技術開発会議」においてフォローアップ。

１１の技術開発分野①持続可能な下水道システム-1 （再構築）②持続可能な下水道システム-2 （健全化、老朽化対策、スマートオペレーション）③ 地震・津波対策④ 雨水管理（浸水対策）⑤ 雨水管理（雨水利用、不明水対策等）⑥ 流域圏管理⑦ リスク管理⑧ 再生水利用⑨ 地域バイオマス活用⑩ 創エネ・再生可能エネルギー⑪ 低炭素型下水道システム○下水道技術ビジョンに掲げるロードマップの進捗状
況について下水道技術開発会議において文献調査を実施。
○文献調査は平成28年から令和元年度までの下水道研究発表会講演集や下水道協会誌、土木学会年次講演集、水環境学会誌等の論文等を参照。
○技術開発レポート２０１９おいてとりまとめた結果について次ページ以降紹介。

※赤字箇所以外でも地球温暖化対策関連事項あり。

4

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ①下水道技術ビジョン○「⑪1-5活性汚泥法代替の曝気を行わない省エネ型水処理技術」等が多い。
○「⑪2-1標準活性汚泥法等におけるN₂O排出抑制を低コスト・省エネルギーで実現」等の水処理・汚泥処理に伴い発生するN₂O排出抑制技術が少ない。
⑪低炭素型下水道システム
基礎段階

応用段階

実証段階

実施事例および水平展開

改善事例

140
120

80
60
40
20

⑪1

⑪2
技術開発項目

⑪3

他

⑪3-2

⑪3-1

他

⑪2-5

⑪2-4

⑪2-3

⑪2-2

⑪2-1

他

⑪1-7

⑪1-6

⑪1-5

⑪1-4

⑪1-3

⑪1-2

0

⑪1-1

文献数［件］

100

他⑪1 下水道で消費するエネルギーの約１割削減に向けた技術開発⑪1-1 処理場の省エネ・創エネとあわせたエネルギー消費最小化とエネルギー自立⑪1-2 水処理・汚泥処理の全体最適化による省エネ技術（流入有機物の回収による水処理負荷軽減、担体利用技術等）⑪1-3 ICT（センサー、CFD等）を活用した省エネ水処理技術。流入水量・水質の変動にあわせた曝気風量の制御や 酸素溶解効率の向上等によるエネルギー最適化⑪1-4 送風プロセス（送風機、制御システム、散気装置等）の最適化による省エネ技術⑪1-5 活性汚泥法代替の曝気を行わない省エネ型水処理技術（散水ろ床タイ
プ、嫌気性処理、湿地処理等）⑪1-6 汚泥の濃縮、脱水、嫌気性消化等の各プロセスの省エネ性を向上させる
技術⑪1-7 汚泥のエネルギー化により、省エネと創エネを同時に行う技術の高度化（低含水化、汚泥移送、燃料化、焼却発電等）⑪2 下水道から排出される温室効果ガス排出量の約11％削減に向けた技術開発⑪2-1 標準活性汚泥法等におけるN₂O排出抑制を低コスト・省エネルギーで実
現⑪2-2 N₂O発生機構の解明、微生物群衆構造の解析・制御等により、排出抑制
する運転技術を実用化⑪2-3 高温焼却のコスト増加を抑制し、導入を円滑化する技術⑪2-4 N₂O排出量の少ない、より高度な焼却技術(多段吸込燃焼式流動床炉、二段燃焼式循環流動床炉、新型ストーカー炉等)⑪2-5 省エネ・創エネと同時にN₂O排出抑制を達成する技術（汚泥の炭化・乾燥による燃料化技術や脱水汚泥の低含水率化と組み合わせた焼却発電技術等）⑪3 ベンチマーキング手法を活用し、事業主体のエネルギー効率改善促進⑪3-1 エネルギー効率に関する適切な技術的指標の開発、ベンチマーキング手法の導入を支援する技術⑪3-2 省エネ・創エネ・省CO₂性能の合理的な定量化手法・改善技術 5

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ①下水道技術ビジョン○「⑩3下水処理技術と下水資源を活用したエネルギー生産技術の開発」や「⑩5嫌気性消化に関する各種バイオマス受
け入れも視野に入れた運転管理方法や既存システムの改良技術の開発」に関する技術が多い。
○「⑩1 様々な再生可能エネルギー利用技術を組み合わせた中小規模処理場向けエネルギー自立化技術の開発」や「⑩6 熱利用による下水処理場でのエネルギー利用効率化技術の開発」に関する技術が少ない。

応用段階

実証段階

実施事例および水平展開

⑩3-3

⑩3-6

基礎段階

他

⑩創エネ・再生可能エネルギー
改善事例

70

50
40
30
20
10

⑩1

⑩2

⑩3
技術開発項目

⑩4

⑩5

他

⑩6-1

他

⑩5-2

⑩5-1

他

⑩4-1

他

⑩3-5

⑩3-4

⑩3-2

⑩3-1

⑩2-2

⑩2-1

他

0

⑩1-1

文献数［件］

60⑩6⑩1 様々な再生可能エネルギー利用技術を組み合わせた中小規模処理場向けエ
ネルギー自立化技術の開発⑩1-1 中山間地域等の中小規模下水処理場における草木系バイオマスエネ
ルギー利用技術を活用した汚泥処理（乾燥）の導入技術⑩2 低ＬＣＣ化、エネルギー効率の高効率化による導入促進のため、新しい濃縮脱水システムや新しい嫌気性消化リアクターの開発⑩2-1 濃縮工程を省略した新しい脱水処理システム⑩2-2 汎用型等新しい嫌気性消化リアクター⑩3 下水処理技術と下水資源を活用したエネルギー生産技術の開発⑩3-1 多様な植物バイオマスからのエネルギー抽出・回収技術⑩3-2 下水で培養した微細藻類からのエネルギー生産技術⑩3-3 下水処理場での微細藻類由来エネルギー生産量評価技術⑩3-4 微生物燃料電池の活用によるエネルギー生産技術⑩3-5 膜ろ過・嫌気処理による省エネ・創エネ型水処理技術⑩3-6 下水熱の利用技術⑩4 汚泥直接、汚泥由来バイオガスや硫化水素などからメタン、水素、CO₂等の有効利用ガス成分の効率的な分離・濃縮、精製、 回収技術の開発⑩4-1 膜処理を用いたバイオガスからの省エネルギー・高効率・簡易CO₂
分離技術⑩5 嫌気性消化に関する各種バイオマス受け入れも視野に入れた運転管理方法
や既存システムの改良技術の開発⑩5-1 嫌気性消化をモニタリングする技術と既存消化槽の活用技術⑩5-2 既存消化槽の高効率エネルギー生産・回収型への転換技術⑩6 熱利用による下水処理場でのエネルギー利用効率化技術の開発⑩6-1 ガス発電廃熱を利用した乾燥技術

他
6下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ①下水道技術ビジョン
下水道技術ビジョンに掲げるロードマップの進捗状況について○「⑨3-1 下水汚泥構成元素の分離・リサイクル技術の開発」や「⑨４下水道資源・エネルギーを利用した農林水産物の生産に関する技術の開発」に関連した食と下水道に関する技術が多い。
○その他、全体的に下水道関連の文献が少なかった。
⑨地域バイオマス
基礎段階

応用段階

実証段階

実施事例および水平展開

改善事例

60

40
30
20
10

⑨1

⑨2

⑨3

技術開発項目

⑨4

他

⑨5-1

他

⑨4-2

⑨4-1

他

⑨3-2

⑨3-1

他

⑨2-2

⑨2-1

他

⑨1-3

⑨1-2

0

⑨1-1

文献数［件］

50⑨5⑨1 地域の間伐材等の未利用資源を活用して脱水効率、消化効率を向上させる
技術の開発⑨1-1 地域の草木質の脱水助剤への活用技術⑨1-2 様々な状態で発生する、剪定枝、除草刈草の受け入れ、前処理、メタン発酵技術⑨1-3 竹材等の未利用地域バイオマスを活用した食物生産とその廃材利用を組み合わせたメタン発酵効率化技術⑨2 下水処理場における多様なバイオマス利用技術を比較するためのＬＣＣ評
価及びＬＣＡ評価等に関する技術の開発⑨2-1 各種バイオマスのバイオマス有効利用技術のＬＣＣ，ＬＣＡ分析・評価に関する技術⑨2-2 バイオマスから製造する製品、資材等の無害化、安全性確保に関する技術⑨3 下水中の多様な物質の効率的回収に関する技術の開発⑨3-1 下水汚泥構成元素の分離・リサイクル技術の開発⑨3-2 メタン発酵消化液からのリン回収技術⑨4 下水道資源・エネルギーを利用した農林水産物の生産に関する技術の開発⑨4-1 農林水産利用に適した有用微細藻類の下水培養技術と利用技術⑨4-2 処理場内での下水熱、バイオガスからの熱・電気・CO₂を活用した
トリジェネレーション技術の開発⑨5 高品質下水灰の生産・肥料化技術の開発⑨5-1 下水灰（下水汚泥燃焼灰）の肥料化・普及を図る技術

他
7

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ②B-DASHプロジェクト等
・国土交通省が実施する新技術に関する調査・実証事業として、B-DASHプロジェクト等の取組を実施している。
下水道技術ビジョン（H27年12月策定、平成29年2月一部改定）
ロードマップ（新たに開発すべき技術を中心に今後の下水道の技術開発の方向性を提示）
ロードマップ重点課題の選定

行政課題解決に必要な研究課題

新技術導入に必要な要素技術の調査・実証
水平展開

実施設への技術導入

プレーヤー

B-DASH成果

水平展開
地方公共団体技術の開発普及
関連団体

実証段階（パイロットプラント）

マネジメントB-DASH

実証段階（実規模）

独自に技術の発展・導入（実規模実証）採択

B-DASH
民間企業
関連法人（ＦＳ調査） 発※一定水準に達した技術については、所定のプロセスを経て実規模実証へ

発展

展
特性や必要に応じてB-DASHに発展 又は 独自に展開

下水道応用研究

開発段階
研究機関

発
展

研究段階

大学及び学会

GAIA※今年度は実施していない

成果の
反映活用

国
総
研
【
本
省
と
連
携
】

・新技術の評価（評価に必要な情報収集・整理等）
・導入ガイドラインの作成、普及促進【国総研が自ら取り組む課題】
・施設管理に関する研究
・災害対策に資する研究・省エネ・温暖化対策に関する研究・技術基準、国際規格に関する研究等
8下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ②B-DASHプロジェクト等
・2011年よりB-DASHプロジェクトを実施し、３０技術（うち2件は事業中）の脱炭素に資する技術を実証。

採択
年度

実施事業名称

委託研究実施者

超高効率固液分離技術を用いたエネルギーマネジメントシステム技術実
メタウォーター・日本下水道事業団 共同研究体
H23 証事業
神戸市東灘処理場 再生可能エネルギー生産・革新的技術実証事業
神鋼環境ソリューション・神戸市 共同研究体
温室効果ガスを排出しない次世代型下水汚泥固形燃料化技術実証事業 長崎市・長崎総合科学大学・三菱長崎機工 共同研究体
廃熱利用型 低コスト下水汚泥固形燃料化技術実証事業
JFEエンジニアリング
管路内設置型熱回収技術を用いた下水熱利用技術実証事業
大阪市・積水化学・東亜グラウト 共同研究体
H24
固定床型アナモックスプロセスによる高効率窒素除去技術実証事業
熊本市・日本下水道事業団・（株）タクマ 共同研究体
神戸市東灘処理場 栄養塩除去と資源再生（リン） 革新的技術実証事
水ing・神戸市・三菱商事アグリサービス 共同研究体
業
脱水・燃焼・発電を全体最適化した革新的下水汚泥エネルギー転換シス
メタウォーター・池田市 共同研究体
テムの実証事業
H25
和歌山市・日本下水道事業団・京都大学・（株）西原環境・（株）タク
下水道バイオマスからの電力創造システム実証事業
マ 共同研究体
水素リーダー都市プロジェクト～下水バイオガス原料による水素創エネ技
三菱化工機（株）・福岡市・九州大学・豊田通商（株） 共同研究体
術の実証～
メタウォーター（株）・高知市・高知大学・日本下水道事業団 共同
無曝気循環式水処理技術実証事業
研究体
H26 高効率固液分離技術と二点DO制御技術を用いた省エネ型水処理技術 前澤工業(株）・（株）石垣・日本下水道事業団・埼玉県 共同研究の技術実証事業体
ICTを活用した効率的な硝化運転制御の実用化に関する技術実証事業 （株）日立製作所・茨城県 共同研究体
ICTを活用したプロセス制御とリモート診断による効率的水処理運転管理 （株）東芝・日本下水道事業団・福岡県・
技術実証事業（公財）福岡県下水道管理センター 共同研究体
9下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ②B-DASHプロジェクト等
採択
年度

実施事業名称JNCエンジニアリング(株)・吸着技術工業(株)・(株)九電工・シンコー(株)・山鹿都市ガス(株)・熊本県立大学・山鹿市・大津町・益城町(株)東芝・(株)ユーグレナ・日環特殊(株)・(株)日水コン・日本下水道
バイオガス中のCO₂分離・回収と微細藻類培養への利用技術実証事業
事業団・佐賀市（株）西原環境・（株）東京設計事務所・京都大学・糸満市 共同研
下水処理水の再生処理システムに関する実証事業究体
月島機械（株）、サンエコサーマル（株）、日本下水道事業団、鹿沼
脱水乾燥システムによる下水汚泥の肥料化、燃料化技術実証事業
市農業公社、鹿沼市 共同研究体
自己熱再生型ヒートポンプ式高効率下水汚泥乾燥技術実証事業（株）大川原製作所、関西電力（株）、秦野市 共同研究体
三機工業（株）、東北大学、香川高等専門学校、高知工業高等専
ＤＨＳシステムを用いた水量変動追従型水処理技術実証事業
門学校、日本下水道事業団、須崎市 共同研究体
高効率消化システムによる地産地消エネルギー活用技術の実用化に関する 三菱化工機（株）・国立大学法人九州大学・日本下水道事業団・唐実証事業
津市共同研究体
温室効果ガス削減を考慮した発電型汚泥焼却技術の実用化に関する実証事
JFEエンジニアリング（株）・日本下水道事業団・川崎市共同研究体
業
最終沈殿池の処理能力向上技術実証事業
メタウォーター(株)・日本下水道事業団・松本市共同研究体
高濃度消化・省エネ型バイオガス精製による効率的エネルギー利活用技術に
神鋼環境ソリューション・日本下水道事業団・富士市共同研究体
関する実証事業
小規模下水処理場を対象とした低コスト・省エネルギー型高濃度メタン発酵技 大原鉄工所・西原環境・NJS・長岡技術科学大学・北海道大学・長術に関する実証事業
岡市共同研究体
小口径管路からの下水熱を利用した融雪技術の実用化に関する実証事業
東亜グラウト工業・丸山工務所・十日町市共同研究体
ヒートポンプレスで低LCCと高COPを実現する下水熱融雪システムに関する研
興和・積水化学工業・新潟市共同研究体
究
単槽型硝化脱窒プロセスのICT・AI制御による高度処理技術実証事業
メタウォーター・日本下水道事業団・町田市 共同研究体
月島機械㈱・日鉄セメント㈱・高砂熱学工業㈱・室蘭工業大学・室中小規模処理場同士の広域化に資する低コスト汚泥減量化技術の実証事業
蘭市水道部共同研究体
ＡＩを活用した下水処理場運転操作の先進的支援技術に関する実証事業
明電舎・NＪＳ・広島市・船橋市共同研究体
最初沈殿池におけるエネルギー回収技術
深槽曝気システムにおける省エネ型改築技術
10
複数の下水処理場からバイオガスを効率的に集約・活用する技術

H27

H28

H29

H30
H30
H30
H31

事 R2
業
中 R3
R4
案

委託研究実施者

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ②B-DASHプロジェクト等
・B-DASHプロジェクト（FS調査）では、９技術の脱炭素に資する技術の調査を実施。
採択
年度

実施事業名称

委託研究実施者（株）オストランド、（株）アイピーエル、成蹊大学、産業技術総合研究所 共同研究体
下水処理水と海水の塩分濃度差を利用した水素製造システムの実用化に関する調 山口大学、（株）正興電機製作所、日本下水道事業団
査事業
共同研究体
東北大学、カーボンフリーネットワーク（株）、（株）大和
下水汚泥から水素を直接製造する技術に関する調査事業
三光製作所、弘前市 共同研究体
清水建設（株）、積水化学工業（株） 、（株）パワーユナ
下水処理水を利用した水素発電による下水道維持管理コスト低減に関する調査事業 イテッド、大阪狭山市、軽井沢町、 小林市 共同研究体
中小規模下水処理場を対象とした高濃度メタン発酵技術に関する予備調査(株)西原環境、(株)大原鉄工所、北海道大学、浜中町※実規模実証でも実施
共同研究体
稲わらと下水汚泥の高濃度混合高温消化と炭化を核とした地域内循環システムに関 金沢大学・公立鳥取環境大学・明和工業・バイオガスラ
する調査事業
ボ 共同研究体体
下水汚泥の熱分解高純度水素製造プロセス技術研究開発に関する調査事業

H28

H29

アナモックス細菌を用いた省エネルギー型下水高度処理技術の実用化に関する調査株式会社明電舎・神戸市共同研究体
事業
高圧ジェット装置を導入した高度処理における余剰汚泥の減容化

H31

東京農工大学・（株）石垣・土木研究所共同研究体

汚泥の高付加価値化と省エネ・創エネを組み合わせた事業採算性の高い炭化システ
大同特殊鋼・中央大学・気仙沼市共同研究体
ム11

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ②B-DASHプロジェクト等・応用研究では10技術の脱炭素に資する技術の調査を実施。
採択
年度

研究テーマ名共同研究体

炭化・温水抽出による新たなリン回収技術の開発に関する研究

三佳・ケントム・日水コン・滋賀県
H29
鹿児島工業高等専門学校・日水コン・大成建設・霧島
きのこ生産を核とした下水道資源のカスケード利用システムの構築
市
処理場に流入する汚水の原単位を精密・省力的に把握して数学的に最適プロセスを設計 オリジナル設計・北九州市立大学・京都大学・ネクスト
する技術の開発
環境コンサルタント共同研究体
H30
長岡技術科学大学・土木研究所・東亜グラウト工業・大官民連携による下水資源・エネルギーを活かした植物栽培技術の研究
原鉄工所・クリーンリード共同研究体
新規高性能ガス透過膜と高解像度モニタリング技術を導入した膜曝気型バイオフィルム
三菱ケミカル東京農工大学共同研究体
法による排水処理の省エネ化
造水促進センター・北九州市立大学・長崎大学・水ingエ
FO膜を用いた超省エネ型下水処理システムの開発
ンジニアリング・日本水工設計共同研究体
H31
下水処理場における硝化阻害物質の高効率探索システムの開発
鹿児島大学・土木研究所・いであ共同研究体
山形大学・鶴岡市・日水コン・岩手大学・鶴岡市農業協
下水道資源を最大限に活用した飼料用米栽培技術の開発と下水道の新たな役割の創造
同組合
微生物燃料電池を用いた発電型水処理技術の開発

事
業 R3
中
サステイナブルな汚泥焼却のための次世代補助燃料の検討

日本工営(株)・東洋紡(株)・玉野総合コンサルタント(株)・名古屋工業大学 共同研究体
京都大学・土木研究所・月島機械(株)・(株)タクマ 共同
研究体

12

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ②B-DASHプロジェクト等
・GAIAでは１８技術の脱炭素に資する技術の調査を実施。
採択
年度

H26

H27

H28

H29

H30

研究テーマ名共同研究体

好塩古細菌を用いたカリウム資源回収の実用化に関する技術開発
北海道大学大学院工学研究院
下水を利用して培養した微細藻類による漁業飼料生産技術の開発
中央大学理工学部
下水処理水再利用による飼料用米栽培に関する研究
山形大学農学部
下水汚泥を用いた高付加価値きのこの生産技術及びその生産過程で発生する廃培地・炭酸鹿児島工業高等専門学校
ガスの高度利用技術の開発
消化汚泥の肥料利用に関する研究
高知大学教育研究部
グラフェン-酸化グラフェン還元微生物複合体を用いたバイオマス電力生産技術の下水処理施
日本工営(株)上下水道部設への適用検討
微生物燃料電池による省エネ型廃水処理のための基盤技術の開発
岐阜大学流域圏科学研究センター
都市域路面排水の低環境負荷型処理による用途別水資源としての利用可能性の検討
京都大学地球環境学堂
下水道資源・エネルギーを最大限に活かした希少水草栽培および微細藻類培養・エネルギー
長岡技術科学大学環境社会基盤工学専攻
生産
地域の汚水組成とその長期変化に応じて最適処理プロセスを設計するための技術
北九州市立大学国際環境工学部
下水処理施設の高品質資源回収・流域リスク低減拠点化を目指したオゾン処理導入技術開
京都大学大学院工学研究科
発
FO膜とクロラミン耐性メタン発酵を組合せた低コスト・エネルギー生産型下水処理システムの 北九州市立大学国際環境工学部エネルギー循環開発
化学科
微細藻類を用いた下水中でのアスタキサンチン生産技術の開発
岡山大学環境管理センター
長岡技術科学大学産学融合トップランナー養成セン
下水汚泥の有用微生物優占技術と高付加価値農業資材の生産技術の開発
ター
下水処理微生物の遺伝子ビッグデータの構築と迅速・簡便な微生物モニタリングシステムの東北大学・産業技術総合研究所GAIA共同研究体
開発
下水汚泥消化ガスの水蒸気改質反応により高純度水素を製造する膜反応器の開発
学校法人工学院大学
深層学習を活用した流域での人間活動に応じた流入下水負荷変動予測と既往処理システム 国立大学法人京都大学・国立大学法人愛媛大学・
運転管理の最適化
国立大学法人東京大学共同研究体
13
下水汚泥中の有機物を炭素資源としたバイオ燃料製造プロセスの開発
公立大学法人北九州市立大学

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ③ （一社）日本下水道施設業協会アンケート（一社）日本下水道施設業協会へのアンケート結果（2050カーボンニュートラル関連）○会員企業に対してアンケートを実施。13社から回答が得られた（再掲）。
（設問4）2050年脱炭素社会への貢献等中長期的に技術開発に取り組んでいく予定のテーマ等
及び（設問５）開発期間について計4技術の回答が得られた（複数回答あり）。
設備等の分類処理施設等の分類
4

4
3

2

2

3

3

1

2

1

1

0

0

0

1

1
0

0

0

施設

設備

装置

省エネ
対策目的の分類
4
3
2
1
0

創エネ
省エネ・創エネ

2
1

1
0

0

CH₄・N₂O
排出対策
その他

機器

FO膜による水処理
外部バイオマス受け入れ可能な高効率水処理＋高効率消化技術
MBR式メタン発酵システム
メタン発酵技術の改良

10年以内

－

－

－

－

－
10年以内
5年以内

14

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携○エネルギー基本計画（令和3年10月閣議決定）
カーボンニュートラル実現に向けた課題と対応のポイントとして次の位置づけあり。
電力部門では再エネ等の活用と水素･アンモニア発電、CCUS/カーボンリサイクルによる火力発電などのイノベーションを追求すること。非電力部門では、電化推進、電化が困難な部門では水素や合成メタンなどの活用。 等○2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（グリーン成長戦略）（関係省庁 令和3年6月）

・非電力分野において、電化、水素、メタネーショ
ン、バイオマスの活用を行うとされている。

・電源のほとんどが脱炭素化されることとなる。

15

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携○2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（グリーン成長戦略）（関係省庁 令和3年6月）～下水道分野と関連が強い分野～
１．洋上風力・太陽光・地熱・脱炭素電源として、 次世代型太陽電池の技術開発
２．水素・燃料アンモニア
・水素については2030年300万トン、2050年2,000万トン程度の導入量を目指す。
・アンモニアについては2030年300万トン、2050年3000万トンの燃料等としての国内需要を想定。
３．次世代熱エネルギー
・メタネーションなどによる合成メタンを2050年2500万トン供給を目指す。
８．物流・人流・土木インフラ
・下水道の省エネ化、下水熱利用の促進（2025年までに案件形成に集中的に取り組む。）
・建設施工のカーボンニュートラルの実現
９．食料・農林水産業
・有機農業の取組面積拡大、化学農薬・化学肥料の低減

１１．カーボリサイクル･マテリアル
・CO₂吸収型コンクリートの低コスト化を目指す。
・低コストかつ高効率なCO₂分離回収技術の開発。2050年の世界市場
10兆円の3割シェアを目指す。
１３．資源循環関連
・下水道バイオマスの活用拡大（ 2025年までに案件形成に集中的に取り組む。）
・有機性廃棄物の一体処理によるコスト低減策の検討を2040年まで実施。
・排熱利用型地域熱供給、オンライン熱輸送の向上など回収したエネル
ギー利用の高度化･効率化※他にも、自動車の電動化、微細藻類由来のジェット燃料、分散型エネル
ギー、次世代グリッド等に関する取組に関する記載あり。
16

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 水素○グリーン成長戦略において、水素については2050年2,000万トン程度の導入量を目指す。また、カーボンフリー水素の製造コストの削減を図り20円/Nｍ³を目指す。
○水素基本戦略では、2030年水素ステーション900箇所、FCV80万台等を目指す。さらに将来的にはガス火力発電の代替となることを目指していくなど、需要が大きく増加する見通し。

17

水素基本戦略（2017年12月）

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 アンモニア○グリーン成長戦略において、アンモニアについては石炭火力における混焼や専焼のための技術開発を推進。
○今後、石炭火力発電に加えて、船舶や工業炉等への用途拡大も見込まれるため技術開発や大量供給確保のためのサプライチェーン構築が課題。
○2030年300万トン、2050年3000万トンの燃料等としての国内需要を想定。

18

総合資源エネルギー調査会資源・燃料分科会（2020年12月2日）

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 アンモニア○アンモニアについては、国総研の研究において全国の処理場で発生する消化汚泥の脱水ろ液からアンモニアストリッピン
グ法で回収した場合のポテンシャルとして約1.2万t-NH₃/年（2015年輸入量20万t/年の約6.3％相当）であることを試算。
○また、近年の研究※では、下水処理場における窒素収支を調査し、汚泥が有する窒素ポテンシャルを約15.2万t-N/年と試算。また汚泥固形中の窒素を亜臨界水処理によるアンモニア化により、エネルギー利用した際のCO₂削減効果
約56.1万t-CO₂/年と試算。
※出典：小島啓輔、加藤雄大、隅倉光博、川本徹 下水処理場における窒素由来のエネルギーポテンシャルの試算とその利用に関する考察,下水道協会誌,Vol58,No.708,pp.78-86,2021.

下水道由来のアンモニアの有効利用用途（アンモニアストリッピング法）
・高濃度のアンモニア性窒素を含む溶液に空気等を吹き込み、NH4+とOH–を反応させNH₃を発生させる手法。高水温・高pHの条件により反応が進む。
NH4++OH–→NH₃+H2O（亜臨界水処理）・水の気液共存線の臨界点（374 ℃、22.1 MPa）があり、この温度・圧力よりもやや緩和である高温、高圧の水（液体）を亜臨界水という。上記研究※では消化汚
泥中の有機物を分界し、窒素成分をアンモニアに変換することを想定している。

19

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 熱利用○下水道分野における熱利用は、下水熱は32カ所（発熱量約９０TJ）、下水汚泥焼却廃熱利用を実施している施設34カ所（有効利用熱量約3,400TJ）、バイオガス発電のコージェネ廃熱利用等で取り組まれている。
○焼却廃熱は、場内利用だけでは無く、地域の熱供給源としての役割も果たしているケースもある。

下水汚泥焼却廃熱利用状況の内訳

単位：MJ

その他,
73,075,332 ,
28.3%

廃熱発電,
68,385,258 ,
26.5%

地域熱供給
（空調・給湯利用）,
41,360,871 , 消化槽加温,
16.0%
36,920,460 ,
14.3%

焼却熱の温水プールへの活用（川崎市入江崎総合スラッジセンター）
地域熱供給（ロードヒーティング）, 3,497,997 ,
1.4%

空調冷暖房,
18,483,600 ,
7.2%

焼却熱を六甲アイランド共同住
宅地区へ供給（神戸市東部スラッジセンター）

地域熱供給（温水プール）,
16,671,211 , 6.5%

出典 下水汚泥等の資源有効利用状況に関する調査（令和元年度）より作成
20

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 熱・バイオガス利用○グリーン成長戦略において、ガスの脱炭素化とコジェネ導入推進を核として、「ガス事業者が、地方自治体や同業種・他業種と連携し、次世代熱エネルギー供給を主体的に推進。」とされており、下水汚泥由来のメタンガスや処理場で発生した廃熱についても、地域の分
散型エネルギーシステムへの一角として連携・導入が期待される。
※東邦ガスは知多市南部浄化センターの余剰バイオガスを都市ガスの原料として活用している事例有り。
○また、グリーン成長戦略において、合成メタンへ転換の上、コジェネの導入推進を目指しており、「2050年までに合成メタン2500万トンを供給」することとしており、ガスの脱炭素化には大きな需要が見込まれる。

分散型エネルギーシステムのイメージ

メタネーション技術
・太陽光発電を用いた水分解により精製された水素を活用し、消化におけるメタン発
生量の促進等期待。
・また、下水道施設から発生したCO₂を回収し、メタネーション施設での活用も期待。

出典：資源エネルギー庁資料
出典：METI 再生可能エネルギー大量導入・次世代電力ネットワーク小委員会

21下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 地域バイオマス○グリーン成長戦略において、バイオマス資源の拡大やメタン発酵エネルギー回収の向上等について2030
年までに取り組むこととされており、その後の2040年まで有機性廃棄物の一体処理によるコスト低減策の検討を実施するとされている。
○生ゴミ等や下水汚泥由来のバイオマスを一体的に処理をすることで効率よくエネルギー回収をする技術が求められている。

2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（グリーン成長戦略）（関係省庁 令和3年6月）
22下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 農業等利用技術○ 「みどりの食料システム戦略」 において、化学肥料の使用料の30％低減が位置づけられ、その代替として、有機物の循環利用等が位置づけられている。
○技術開発項目として、堆肥の製造コスト低減・品質安定化技術や低コストなペレット化技術、汚泥等からの肥料成
分（りん）の低コスト回収技術が位置づけられている。

23「みどりの食料システム戦略」本体及び参考資料（令和3年5月12日みどりの食料システム戦略本部決定）より

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 農業等利用技術○下水道発食材については「じゅんかん育ち」として処理水や下水汚泥由来肥料等を活用し、米、野菜作り、ノリ等が生産されている。
○汚泥肥料は高温発酵、乾燥、炭化による肥料化が取り組まれH28採択B-DASH（鹿沼市、大川原市）においては乾燥技術による肥料化について実証。
○肥料の栄養素となる汚泥中のリンを回収については、H24採択B-DASH（神戸市）において、消化汚泥から直接リンを回収する技術が実証された。下水道のリンポテンシャルは海外から輸入するリン約１０％に相当。
○効率的に下水・汚泥由来のリン、アンモニア等資源の有効活用を可能とする技術開発が必要。
じゅんかん育ち

リン回収技術（H24採択B-DASH）

24

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ④他分野との連携 ＣＯ₂分離回収利用○グリーン成長戦略において、低コストかつ高効率なCO₂分離回収技術の開発。2050年の世界市場10兆円の3割シェアを目指すとされている。また、「高効率なCO₂分離回収技術を開発し、 コスト低減」を図り2024年から実証事業を行うこととなっている。
○バイオガスや焼却排ガス中のＣＯ₂を分離回収し、場外の農業・工業利用やメタネーションへの活用などカーボンリサイ
クルが期待される。
○下水道分野においては、バイオガス中のCO₂分離・回収技術（H27採択B-DASH 佐賀市）でPSA法（加圧と減圧を繰り返しCH₄,CO₂を連続的に分離・回収する方法）による実施事例がある。

2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略（グリーン成長戦略）（関係省庁 令和3年6月）

固体吸収材

25

分離膜

1350

1200
下水道技術開発会議エネルギー分科会（令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
1250
1200
１．技術開発の動向について ⑤水処理に伴い発生するN₂O対策
1300

1150
1100
1050

1150

1100
○標準法に比較して、高度処理の排出係数が小さいことがわかっているが、標準法の中でも排出量に大き9501050
な差が出ている。
900
1000○調査時期によって大きく排出量が異なることがある。また、標準法を擬似AOとすることで、一定程度排
850
950
800
出量を削減できている可能性がある。
900
750○今後、次の取組を推進することにより、排出係数や抑制対策の検討につなげていく。
850
700
800
・同じ処理法でも排出量が異なる要因や、突発的に発生する要因を微生物解析やリアクターを用いた実650750
験などにより明らかにしていく。
600
700・現行の排出係数が妥当であるかどうか、実態調査行い、データの蓄積を進めていく。
550
650
1000

600

600
350
400

200
300

N=37

N=17

N=19

N2O排出係数(mg-N2O/m3)

N2O排出係数(mg-N2O/m3)

500
3600
1400
3400
1200
450
3200
1000
3000
400
800

250
200
150
100
50
0

窒素除去を行わない
処理法

標準法躯体による工夫運転

窒素除去を行う
処理法

・標準法
・AO法
・担体標準法・疑似AO法・疑似AOAO法
・疑似硝化脱窒法

・A2O法
・ステップ法・MBR法・修正B法・循環脱窒法

550
3500
500
3450
450
3400
400
3350
350
3300
300
3250
250
3200
200
3150
150
3100
100
3050
50
3000
0
2950
2018年7月
2900
2850

原因不明で突発的にN2Oが発生するケースあり

標準法の排出係数

AO法の排出係数
2019年1月

2019年7月

2020年1月

2020年7月

2021年1月

調査時期
埼玉県の疑似AO法を採用している処理場での調査結果

2021年7月

26下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ⑥エネルギーの観点からみた水処理○下水処理の処理水質については、下水道法令に基づく計画放流水質や水質汚濁防止法に基づく一律排水基準や環境基準の達成が 困難な地域（東京湾、伊勢湾、瀬戸内海）における総量規制基準等に従い設定される。
○その具体的な配置計画としては下水道法に基づく流域下水道整備総合計画（流総）に、環境基準達成のための処理方式や処理規模等が位置づけることとなっている。
○流総については下水道法施行規則の改正を受け平成27年10月にその指針と解説の改定がなされ次の事項についても考慮できることとなった。
・水質環境基準の目標に加えて、下水道管理者として地域の実情や特性を勘案し、水質環境基準以外の目標（季節別目標水質、エネルギーに関する目標など）を定めること
・発生源別目標負荷量や計画処理水質は、エネルギー消費量も勘案した上で設定○ 2050年カーボンニュートラルを見据えると、環境基準や経済性だけではなく、社会全体をみた資源有効利用、放流
先、エネルギー消費、GHG削減等の観点からの水処理・汚泥処理の仕組みの将来的なあり方やその評価手法についても今後の研究課題となりうる。
エネルギー消費を勘案した施設計画

地先の状況に応じた水処理

27

出典 四次元流総（概要）下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
１．技術開発の動向について ⑦まとめ
○下水道技術ビジョンに関する文献調査結果から次の技術開発が少ないことから、取組の推進が必要。
・下水道の処理由来で発生するN₂Oに関する研究開発。
・創エネについて中小処理場を対象とした技術や熱利用技術についての研究開発。
・地域バイオマスに関するロードマップについては全体的に下水道に関連する研究開発。
○（一社）日本下水道施設業協会アンケートの結果（2050年カーボンニュートラルの実現に貢献する技術）では・「FO膜による水処理技術」、「MBR式メタン発酵システム」、「外部バイオマス受け入れ可能な高効率水処理技術」、「メタン発酵技術の効率化」についての技術開発に関する提案が見られた。
○他分野における次の動向を踏まえた取組が必要。
・水素、アンモニア、合成メタンなど下水道発資源ともなりうる資源について今後大幅な需要が見込める。
・ガス事業者がコジェネ導入推進をおこない、次世代熱エネルギー供給を主体的に推進することとなっており、下水道で創出したガス、熱、
電気エネルギー等の連携活用が期待される。
・地域で発生する有機性廃棄物の一体処理によるコスト低減策を今後検討することとなっており、地域社会全体でみたバイオマスの有効活用、最適化が図られていくことになる。
・化学肥料を2050年までに使用量を30％削減し、堆肥等への置き換えをすることとなっており、汚泥発酵肥料や汚泥由来のリン等の活用が期待される。
・CO₂の回収技術の実証など技術開発が推進される。
○水処理に伴い発生するN₂Oに関しては、ラボレベルでのメカニズムに関する研究やデータの蓄積を推進していくこととなっている。
○資源利用やエネルギーから見た水処理・汚泥処理の将来的なあり方やその評価手法については今後の研究課題となりうる。

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術の技術開発ロードマップに反映

28

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ①シナリオ○2018年度時点で下水道からは約600万ｔのCO₂が排出されている中で、下水道分野、他分野の技術開発の動向を踏まえ、 2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術について、どの技術が導入されれば、どの程度削減に貢献できるのか、次のシナリオを検討し、削減効果の試算を実施。これにより、有為な技術分野を見える化する。
・現行トレンドシナリオ
・ゲームチェンジシナリオ
下水道分野で創エネ／再エネの取組

下水道からの温室効果ガス発生量16%

汚泥焼 却（N2O）
20.4%

約596万
t-CO 2 電力（処理場 ）水処理（N2O,CH4） 12.7%（2018年度）
54.8%

燃料 5.2%電力（ポンプ場 ）
6.3%

発電量
(kWh)

下水汚泥の持つ有機物量
約187万(t / 年)

その他 0.5%

5%

太陽光:

約0.7億

110

3%

小水力:

約0.02億27

風力:約0.07億

6

発熱量
(千GJ)

導入カ所
数

約90

32

10%
66%
下水道バイオマスリサイクル率：34%
 エネルギー化率：24%
 緑農地利用：10%

消化ガスの有効利用
固形燃料
焼却廃熱として利用
緑農地利用

導入
カ所数

下水熱:

※国土交通省下水道部作成
29下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ①シナリオ
現行トレンドシナリオ○2050年までの人口推計を踏まえ、将来の処理水量（二次処理、高度処理）、汚泥処理量を推定し、ベースとなるエネルギー由来のCO₂排出量やN₂O排出量等を推定。
○「電力、燃料」については現状の省エネ技術が可能な限り普及展開するとして試算。「創エネ」として下水汚泥エネル
ギー化率のトレンドを踏まえた将来の創エネ量を推定。「汚泥焼却に伴い発生するN₂O」については、新型炉に置き換わったとして現状のトップランナー値を用いて排出量を算出。「水処理に伴い発生するN₂O」については未対策。
下水汚泥エネルギー化率：下水汚泥中の有機物のうち、バイオガス発電や固形燃料化等、 エネルギー利用された割合

全国処理場のモデル化
流
入

最初
沈殿池

最終
沈殿池

反応槽

放
流

高濃度濃縮
（B-DASH 技術）

場内利用・外部供給

汚泥非エネルギー化

汚泥エネルギー化

バイオガス(発電、コ
ジェネ、消化槽加温等)

高濃度消化（B-DASH 技術）

脱水機

新型焼却炉

脱水汚泥外部処分

焼却灰の外部処分

廃熱（熱・発電）30

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ①シナリオ
ゲームチェンジシナリオ○基本的な考え方として、「現行トレンドシナリオ」に加えて、例えば、「2030年目標と実現するための技術的課題と取組の方向性」の中で2050年を見据えた課題とされている水処理に伴い発生するN₂Oの抑制対策が可能になることや現行の諸課題が解決し、下水道システムの最適化が図られることで、どの程度の温室効果ガス排出量の削減が可能となるか。さらに2050年を見据えた革新的技術の導入が実現した場合、どの程度削減効果を上乗せできるのか試算。
（諸課題の例）①システム全体としての省エネ化 ②流入有機物の除去・創エネ活用 ③処理水・汚泥のカスケード利用の推進④圧送輸送が困難となる高効率脱水汚泥 ⑤消化を促進するための汚泥濃縮、可溶化設備等前処理施設⑥Ｎ₂Ｏ対策のため補助燃料を増加させる高温焼却 ⑦地域バイオマスやその他の受け入れ 等

具体的な計算方法として○2050年までの人口推計を踏まえ、将来の処理水量（二次処理、高度処理）、汚泥処理量を推定し、ベースとなるエネルギー由来のCO₂排出量やN₂O排出量等を推定。
○「電気、燃料」については現状の省エネ技術が可能な限り普及展開し、流入有機物の除去により反応槽における動力が削減したことも見込む。さらに、燃料は場内利用のバイオガス等でまかなえないポンプ場に要する燃料についてはカーボ
ンフリー燃料に置き換わるとする。
○「創エネ」としては流入有機物の除去・創エネ活用により、有効活用する汚泥量の増加を見込み（水処理・汚泥処理に関わる消費・創エネルギー一体でみたシステムとしての改善）、全量消化されるとする。さらに、地域の有機物一体処理の拠点として地域バイオマス（木質、生ゴミ）の受け入れ効果やカーボンフリー水素を活用した、消化槽内でのメタネーション反応によるメタン生成効果も計上。
○「汚泥焼却に伴い発生するN₂O」については、現在の新型炉の排出量から技術革新によりさらに排出が減少するとして試算。「水処理に伴い発生するN₂O」については、標準法等における抑制対策手法が確立したとして試算。
○消化汚泥については、焼却されないものについては全量汚泥肥料として活用するとして、化学肥料で製造した場合と比べたCO₂削減効果についても試算（社会への貢献）。
31

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ①シナリオ

ゲームチェンジシナリオの処理フロー
流入有機物の除去により送風機の動力削減エネルギー回収型最初沈殿池流
入標準法等におけるN₂O排出抑制
手法が確立

最終
沈殿池

反応槽

（B-DASH 技術）

放
流

生汚泥回収
量を増加

高濃度濃縮
（B-DASH 技術）

場内利用・外部供給

カーボンフ
リー水素

高濃度消化
＋
メタネーション

バイオガス(発電、コ
ジェネ、消化槽加温等)（B-DASH 技術）
バイオガス発生量を増加

脱水機

超新型焼却炉

廃熱（熱・発電）

地域バイオマス（生ごみ・木質）（B-DASH技術)

コンポスト利用
化学肥料を
代替

焼却灰の外部処分

N₂Oをさらに抑制する技術が確立

32

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ②2050年処理水量、汚泥処理量

総人口
下水道人口
下水道人口割合

単位
百万人
百万人
％

2018
126
100
79.3

2050(推計)
102
82
80.1

処理水量
1人当たり処理水量
高度処理水量億ｍ³/年
ｍ³/人/年
億ｍ³/年

146
146.1
32

119
146.1
70

発生汚泥量

千t-DS/年

2,121

1,727

1人当たり汚泥量kg-DS/人/年

21.2

21.2

※１国立人口問題研究所「日本の将来推計人口（平成29年7月推計）出生中位（死亡中位）推計値」から2050年の人口を抽出し、下水道人口割合は2020年度実績の80.1%で推移するとし、また2018年度の人口（実績）と下水道統計・汚泥有効利用調査の実績を入力から1人当たりの処理水量、発生汚泥量を算出して2050年度の処理水量、発生汚泥量を推計した。
なお、高度処理水量については2050年の下水道人口のうち84.9%が高度処理の必要とし※２、高度処理普及率は100%まで到達するとして、その割合を用いて算出。
※２ 2009年～2013年までの下水道人口のうち高度処理の必要な人口割合の平均。
33

下水道技術開発会議エネルギー分科会 （令和３年度第２回 2021.11. 22,26 ）

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ③電力・燃料
電力・燃料使用によるCO₂排出量（万t-CO₂/年）
120.0
100.0

9.8

7.1

97.5

94.2

削減率約5.6%

80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
現行シナリオ

ゲームチェンジシナリオ
※5

電力

燃料

（計算方法）
１．現行シナリオ○ベースとなる使用電力量については、2018年処理水量当りの電力使用量0.51kWh/ｍ³※1と2050年推定処理水量から把握※4 。処理場の使用電力については、36％※2の削減効果を計上。
○ベースとなる使用燃料量は2018年度処理水量当りの燃料使用量と2050年推定処理水量から把握※4 。省エネ効果は未計上。
２．ゲームチェンジシナリオ○現行シナリオに加えて電力については流入有機物の除去技術を用い反応槽の送風に係る電力を15％※3削減する効果を加算。
○燃料は場内利用のバイオガス等でまかなえない場外ポンプ場に係る燃料はカーボンフリー燃料に置き換わるとし、燃料由来CO₂は排出しないこととした。
○エネルギー基本計画に基づく2030年の電源構成を反映した0.25 kg-CO₂/kWhを用いた。
※1
※2
※3
※4

H30年下水道統計
日本下水道新技術機構省エネ診断結果
H23B-DASH技術（超高効率固液分離）
消化ガスの2018年の場内利用に相当する2050年の使用燃料、自家発電電力（消化ガス）に関する数量は消費と創エネ双方からあらかじめ控除する。また、汚泥焼却に必要とする燃料、電力は汚泥の自燃、廃熱利用（自家発電（焼却廃熱発電）含む）により自立するとして、その数量は消費と創エネ双方からあらかじめ控除する。
34※5 下水道統計に記載されている特A重油、A重油、灯油、軽油、ガソリン、都市ガス、プロパンガス、コークス等を考慮。

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ④水処理に伴い発生するN₂O等
水処理からのGHG排出量（万t-CO₂/年）
60.0
50.0

削減率約39%

40.0
26.2

30.0
20.0

10.0

26.2

23.3
4.2

0.0

現行シナリオ

ゲームチェンジシナリオ
N2O由来

CH4由来

（計算方法）
１．現行シナリオ○温室効果ガス排出量計算方法は下記の通り。
「N₂O排出量＝高度処理水量×A2O法のN₂O排出係数+高度処理以外の処理水量×標準法のN₂O排出係数」「CH₄排出量＝処理水量×CH₄排出係数」
２．ゲームチェンジシナリオ○排出抑制手法が確立し、N₂O排出係数が高度処理以外も高度処理並みの排出係数となるとして試算。
「N₂O排出量＝処理水量×A2O法のN₂O排出係数」「CH₄排出量＝処理水量×CH₄排出係数」
35

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ⑤汚泥焼却伴い発生するN₂O等
現行シナリオN₂O排出量（万t-CO₂/年）
25.0

焼却
600 千t-DS

未消化汚泥
642 千t-DS

約55%

20.2

脱水機

20.0

削減率約57%

15.0

8.7

10.0

消化汚泥
434 千t-DS

消化汚泥
690 千t-DS

0.0
現行シナリオ

ゲームチェンジシナリオ

外部処分
476 千t-DS
焼却
385 千t-DS

ゲームチェンジシナリオ

5.0

約45%

約55%

脱水機

約45%

コンポスト
305 千t-DS(計算方法)
1.現行シナリオ○汚泥エネルギー化率※1が62.8％（次ページで説明）と試算したときに、エネルギー化されなかった汚泥と消化汚泥を合わせた量のう
ち一定の割合（55％※2）、焼却されるとして焼却量を試算。
○排出係数については、現在のトップランナー値である下記を採用。
「N₂O排出量＝焼却量×800度の排出係数×0.15※3」
２．ゲームチェンジシナリオ○発生汚泥の全てが消化槽に投入され、消化汚泥のうち一定の割合（55％※2）焼却されるとして試算。
○技術革新によりさらに排出係数が改善されると考え下記を採用。
「N₂O排出量＝焼却量×800度の排出係数×0.1※4」
※1
※2
※3
※4

下水汚泥エネルギー化率：下水汚泥中の有機物のうち、バイオガス発電や固形燃料化等、 エネルギー利用された割合。
2018年の汚泥発生量に対する焼却汚泥量の割合（2018年汚泥有効利用調査より）。
東京都資料（通常焼却の0.15倍のN₂O排出量）を参照。
メーカヒアリング等から0.15倍よりもさらに改善すると見込んだ国総研の推定。

36

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ⑥創エネによる削減効果（消化）
80
汚
泥
エ
ネ
ル
ギ
ー
化
率

70
62.8 (推計)

60
50
40

37

30
23.4

20
14.7

10
0
2010

2020

2030

2040

2050

2060

下水汚泥エネルギー化率：下水汚泥中の有機物のうち、バイオガス発電や固形燃料化等、 エネルギー利用された割合（計算方法）
１．現行シナリオ○2050年の汚泥エネルギー化率はこれまでの実績と2030年目標の37％から外挿し62.8%とする。
○62.8%に対応した汚泥をすべて消化槽に投入することとして、消化率60％※1で発生したバイオガスについて、総合効率75％ ※２で電気、熱利用等としてエネルギー利用されたものとし、創エネ効果を算出。
○その創エネ効果を電力排出係数0.25 kg-CO₂/kWhを用いてCO₂に換算。
※1 H30B-DASH（富士市）の実績データの中での最良値※2下水道事業におけるエネルギー効率に優れた技術の導入について（平成２９年９月 下水道事業課長通知）※3消化ガスの2018年の場内利用に相当する2050年の使用燃料、自家発電電力（消化ガス）に関する数量は消費と創エネ双方から控除する。また、汚泥焼却に必要とする燃料、電力は汚泥の自燃、廃熱利用（自家発電（焼却廃熱発電）含む）により自立するとして、その数量は消費と創エネ双方
37から控除する。

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ⑦創エネによる削減効果（消化）消化創エネによる削減量（万t-CO₂/年）
200.0
149.4

150.0
100.0

ゲームチェンジシナリオ○地域バイオマス（木質、生ゴミ）863 千t-DS（汚泥：木質：生ごみ＝１：0.2：0.3）
15,525 TJ※1○混合生汚泥1,727 千t-DS
31,085 TJ

増加量
約6.1倍

（消化槽）
50.0

24.5

0.0
現行シナリオ

ゲームチェンジシナリオ

○カーボン
フリー水素

消化率 + メタネーション
汚泥 60% + 7%
木質 30% + 7%
生ごみ 85% + 7%

○エネルギー
26,776 TJ○消化汚泥
690 千t-DS（計算方法）
2．ゲームチェンジシナリオ○発生汚泥の全量と地域バイオマスである生ごみ及び木質を消化により一体的処理を行うと想定。さらに、カーボンフリー水素を消化槽に吹き込むことにより、消化槽内のCO₂とメタネーション反応を起こし、メタン生成量が増加すると見込む。
○発生したバイオガスについて、総合効率85％ ※２で電気、熱利用等としてエネルギー利用されたとして、創エネ効果を算出。
○その創エネ効果を電力換算し、排出係数0.25 kg-CO₂/kWhを用いてCO₂に換算。
※1 地域バイオマスの投入割合や消化率はH23B-DASH技術（バイオガスを活用した効果的な再生可能エネルギー生産システム）より引用。また、汚泥消化率やメタネーションによる増分はH30B-DASH技術（高濃度消化・省エネ型バイオガス精製による効率的エネルギー利活用）より引用。
※2（一社）日本ガス協会HPより※3消化ガスの2018年の場内利用に相当する2050年の使用燃料、自家発電電力（消化ガス）に関する数量は消費と創エネ双方からあらかじめ控除する。また、汚泥焼却に必要とする燃料、電力は汚泥の自燃、廃熱利用（自家発電（焼却廃熱発電）含む）により自立するとして、その数量は消費と創エネ双方からあ38
らかじめ控除する。

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ⑧汚泥肥料（コンポスト）による化学肥料代替効果（計算方法）
１．ゲームチェンジシナリオ○消化汚泥の内、焼却されなかった汚泥を全量コンポスト利用する。
○同重量の窒素、リン酸を得る際に発生するCO₂について、下水汚泥発酵肥料の製造等に伴い発生するCO₂排出量と化学肥料製造等に伴い発生するCO₂排出量を比較を行う。

①コンポスト化される汚泥量：305 千t-DS (1,528 千t-wet 含水率80%として）②製造されるコンポスト：コンポスト化される汚泥量1,528千t-wet×0.25※２ ＝ 382 千t③コンポスト製造から輸送に係るエネルギー：382千t×1,907 MJ/t※２ = 728 TJ④コンポスト中の窒素、リン酸含有量
T-N含有量：382千t×0.029 ※１ = 11.0 千t
汚泥肥料化のGHG排出範囲
P₂O₅含有量：382千t×0.047 ※１ = 17.9 千t
処理場⑤汚泥由来コンポストと同量のT-N、P2O5含有量の
輸送
製造・梱包
輸送
汚泥
化学肥料製造・輸送に係るエネルギー
T-N：11.0千t×48.6MJ/kg ※３＝ 533 TJ
発酵促進剤・燃料・電気・ガス
P₂O₅：17.9千t×28.6MJ/kg ※３ ＝ 510 TJ⑥削減エネルギー量＝⑤ー③
化学肥料製造のGHG排出範囲(533TJ + 510TJ) - 728TJ = 315 TJ⑦A重油換算のCO₂削減量（汚泥肥料による化学肥料代替効果）
原料調達
海上
日本製造会社輸送
315TJ × 0.0693kg-CO₂/MJ = 2.2 万t-CO₂
（海外）
輸送
製造・梱包
＊化学肥料の代替として汚泥肥料を1t製造することによる削減効果は次の通り。
2.2万t-CO2÷382千t = 57kg-CO2/t

緑農地

緑農地

発酵促進剤・燃料・電気・ガス※1 佐賀市上下水道 肥料の有料販売（https://www.water.saga.saga.jp/main/104.html）※2 橘 隆一、蒲原 弘継、後藤 尚弘、藤江 幸一：下水汚泥発酵肥料の製造に関するLCA、第３回日本ＬＣＡ学会研究発表会講演要旨集、2008、26-27※3 小林久、佐合隆一：窒素およびリン肥料の製造・流通段階のライフサイクルにわたるエネルギー消費量とCO₂排出量の試算、農作業研究、2001、141-151
39

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ⑨まとめ（CO₂ベース）
万t-CO₂

2050年
現行シナリオ

200.0

約１52万t2050年
ゲームチェンジシナリオ

約-１１万t

150.0

20
9
30

50
100.0
50.0

0.0

107

排出

101

-24
削減

-50.0

-149
-100.0-150.0-2-200.0
コンポスト

創エネ

汚泥焼却(N₂O）

水処理(CH₄、N₂O）

電力、燃料※電力由来の排出係数0.25kg-CO₂/kWhを使用○現行シナリオは約152万ｔの排出量であったものの、ゲームチェンジシナリオでは約－11万ｔの排出量となった。
○シナリオ別の試算から次の取組の効果がカーボンニュートラ
ルの実現への貢献度の高いことが確認できた。
・水処理･汚泥処理のエネルギーをシステム一体で改善すること・生ゴミ等の地域バイオマスを含めて一体的に有機性廃棄物処理を行うこと・消化の促進やCO₂、カーボンフリー水素を活用した徹底的なバイオガス生成を行うこと
・バイオガス発電廃熱などの熱をフル活用すること
・水処理・汚泥処理に伴い発生するN₂Oの抑制対策を行うこと
・コンポスト利用などの他分野のCO₂削減に資する取組を推進すること※その他課題として水処理から発生するCH₄への対策の必要性や下水熱の普及や場内太陽光発電による取組の推進等が考えられる。
※バイオガス製造や熱利用にあたっては、需給の年間変動を考慮した体制が必要。
※その他効果的な水処理・汚泥処理・エネルギー利用形態を排除するものではない。
※個別処理場で見た場合、処理方式や規模、地域社会の状況によって試算は変わりうることに留意が必要。

2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下40
水道技術の技術開発ロードマップに反映

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2050年カーボンニュートラルの実現に貢献するための下水道技術
２．技術開発のシナリオと試算 ⑨まとめ（エネルギーベース）
MJ

25000.020000.0

2050年
現行シナリオ

2050年
ゲームチェンジシナリオ

約12,200TJ

約-６,８００TJ

1,740

1,438

15000.0○エネルギーベースでは、現行シナリオは約12,200TJのエネ
ルギー消費、ゲームチェンジシナリオでは約6,800TJのエネ
ルギー創出となった。

10000.0
14,036

軸ラベル

5000.0排出13,5630.0-3,523-5000.0

削減-10000.0-21,515-15000.0-20000.0-316-25000.0
電力

燃料

創エネ

コンポスト

※本資料の試算は速報値であり精査中です。

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