発電効率を高めるのが困難な点です。

エネルギー供給、電力供給

3.4.5 バイオマス発電

１． バイオマス発電燃料の種類

バイオマス発電は、木材や植物性廃棄物など生物資源を表１に一般的なバイオマス発電燃料の燃料にする発電です。生物資源ですから、燃焼にともなって発生する二酸化炭素は生育段階で大気から吸収した量と同じです。このため、地球温暖化に影響しない再生可能エネルギーとされています。発生電力は、出力と燃料の要件を満たせば国による固定価格買取り制度が適用され、長種類と、燃料としての形態を示します。
広大な森林資源があるスウェーデン、フィンランド、デンマーク、オーストリア
は、木材を発電用に伐採・搬出・集荷しています。日本も森林資源に恵まれてい期間にわたって販売価格が保証されます。

ますが、多くが傾斜した山林にあるのでバイオマス発電は、石油や石炭など化石燃料に伐採と搬出の生産性が低く、発電には使用されてよる発電と比べていくつかの特徴があります。一いません。木材や林地残材（間伐材）を発電に使用

つは燃料が生物資源ですから発生源が広く薄く分する場合は、乾燥して水分を減らし、ペレットま散しており、収集する費用が大きくなります。こたはチップにして使用しています。製材の残材ものため、発電所は燃料源立地の傾向が強く大規模発電に使用しますが、製材所が分散しているので化が困難です。二番目の特徴は利用できる燃料の規模が小さく自家消費が中心です。樹皮は主に貯種類が多く形状や性状が異なるので、燃料の特性

木場で発生しますが、水分が多いので単独での発に応じた前処理が必要です。三番目の特徴は、化電利用は非常に困難と推察されます。農産物残渣

石燃料より水分が多いので発生する熱量が少なく、は稲わらやトウモロコシの残渣で、発電に利用する場合は熱分解でバイオガ

表１.

発電に使用される主なバイオマス燃料の種類と形態

バイオマス資源
木材

燃料の種類
木材

燃料の形態
ペレット・微粉・チップ

スに変換し燃焼させます。牛
豚糞尿は液体なので、発酵させてメタンガスにします。

林地残材（間伐材） ペレット・微粉・チップ
製材廃材

ペレット・チップ

一般廃棄物に含まれてい建設廃材

ペレット・チップ

る紙・繊維・草木・生ごみも樹皮（バーク）直接利用バイオマスですから、清掃工農産物残渣

バイオガス

場のごみ発電がバイオマス

パ－ム椰子殻直接利用・ペレット発電に寄与しています。産業牛豚糞尿

メタンガス

系廃棄物では、製紙工場がパ

生活系廃棄物

一般廃棄物

紙・繊維・草木・生ごみ

産業系廃棄物

パルプ廃液（黒液） 液体燃料

農業廃棄物

ルプ廃液を濃縮して液体燃料に変換し、発電燃料に使用

製紙スラッジ

バイオガス

廃食品

メタンガス

下水汚泥

メタンガス

注１：バイオエタノールは自動車燃料で発電には使われない。
注 2：廃油（植物油）起源のディーゼル油は発電には使われない。

1

しています。出力は 1 工場で6 万 kW の事例があるので、全国では 100 万 kW を超えるかもしれません。従来は工場内の利用を目的にしていましたが、固定価格買取り制度ができたので、発方法と、木材専用の粉砕機を設置し、微粉化して電量を増やして余剰電力を外販する計画を進めてから微粉炭と混合する方法があります。ボイラでいる工場もあります。ホテルや飲食店の主に厨房発生させた高圧蒸気は、タービンを回転させて直で発生す廃食品は、一部ですが回収されて発酵処結している発電機が発電します。石炭と混合粉砕

理され、発生するメタンガスが発電に使用されてして微粉化する場合は、既設の微粉炭ボイラがそいます。これも一部ですが、下水処理汚泥も発酵のまま使えるのが長所ですが、木材の粉砕性に課処理でメタンに変換し、ガスエンジンで電力に変題があるので混焼率は 1～3％程度と言われてい換しています。

ます。ただし、実証事業では 5～10％という例もあります。木材専用の粉砕機を設置すれば粉砕性

２．バイオマス発電方法の種類の課題は解決できますが、新たな設備費が必要になります。石炭との混焼方式はバイオマスの寄与

2.1

石炭混焼方式率が小さく見えますが、大型の火力発電所が採用

バイオマス発電の方法には、主に図１に示す 5しているので、大量のバイオマスを燃焼させるこ種類があります。図中の実戦で囲った枠が発電関とができます。現在、約 15 か所の石炭火力発電所

連物質で、点線で囲った枠が装置です。１番左にが混焼方式を採用しており、出力の合計は約 1500

示すのは石炭混焼方式で、木材や林地残材を石炭万 kW に達しています。したがって、バイオマス火力発電所の燃料に使用します。石炭との混合燃燃焼の寄与率が 3％としても約 50 万 kW になり、焼になるので、石炭と一緒に粉砕して微粉化する

他のバイオマス発電と比べて少なくありません。

図１．バイオマス発電の方法

2

すが、林地残材（間伐材）も対象になります。通常2.2

一般廃棄物混焼方式

は破砕と乾燥を経てセンチサイズの細片（チップ）

図２の左から２番目に示すのが一般廃棄物混焼にするか、または成形機でペレットに加工して専方式です。一般廃棄物は、年に約 3400 万トンが全焼炉で燃焼させます。図 2 に工程を示しますが、国の清掃工場で焼却処理されています。そのうち専焼炉には燃焼効率が高い循環流動ボイラを採用の約 10％(熱量では 20～30％)のプラチックを除くする場合が多いです。ボイラ発生する排熱で高圧紙類・繊維類・生ごみ類・木草類がバイオマスで蒸気を作り、タービンと発電機で電力に変換するす。清掃工場はごみを焼却して発生する排熱で高方法は、石炭混焼方式や一般廃棄物混焼方式と同圧蒸気を作り、タービンを回転させて直結する発じです。近年は輸入木材を使用する事例が増えて電機で電力を得ています。環境省の資料によると、

いますが、その場合は船舶の輸送効率を高めるた

2018 度には全国で約 210 万 kW の発電出力を得

め、輸出国でペレットに加工しています。国産木ています。したがって、プラスチックの熱量寄与材の場合はペレットではなく、安価なチップにし分を除く概ね 150 万 kW がバイオマス発電に相当ている場合が多いです。林地残材や製材の廃材をします。なを、清掃工場のごみ発電効率は 2018 年使用する場合も、小規模な自家用が多いので主に度が平均で約 11％ですが、2000 年度以降に建設チップにして使用しています。木材ペレット・チされた清掃工場は約 20％です。また、欧米諸国のップ発電所に限定した立地状況が不明だったので、ごみ発電効率は 25％～30％です。したがって、日各種のデータから類推すると発電所は全国で 30本の清掃工場も近い将来は発電効率が 20％を超か所程度と思われます。
出力は 0.5kW から 7.5 kWえるでしょう。そうなればバイオマス発電としてに分散しており、日本全体での出力は 50 kW～80

全国で約 300 万 kW の出力を期待できるでしょう。

万 kW と思われます。近年は臨海地区に輸入ペレットを燃料に使う近代的な発電所が増えています。

2.３

木材ペレット・チップ発電方式

図１の左から 3 番目は木材ペレット・チップ発

2.4

熱分解ガス化発電方式

図 1 の右から 2 番目が熱分解ガス化発電方式で、電方式です。燃料は主に林地で伐採された木材で燃料を熱分解炉でガス化し、専焼炉で燃焼させます。発生する排熱で高圧蒸気を作り、タービンに送って発電機で電力に変換するのは多くの発電方式と同じです。対象とする燃料は木くずや樹皮など木質系が多いですが、農産物残渣や製紙スラッジなど広範囲の燃料を
図 2.

循環流動ボイラによる木材燃焼方式による発電工程使用できます。熱分解

出典：NEDO 再生可能エネルギー技術白書

炉には図 3 に示す固定3

床、流動層、噴流床、ロータリーキルンの４種類がすが、炉内温度が高いのでタールが発生しにくいあり、燃料の種類と処理規模に応じて選ばれます。のが長所です。一般的にダウンドラフト式固定床

固定床は構造が単純なので低コストですが、熱分と外熱式ロータリーキルンが小規模向け、アップ解時間が長く炉内温度が 600℃以下と低いので、ドラフト式固定床とバブリング式流動層が中規模タールが発生しやすい点が課題です。流動層では向けです。循環式流動層と噴流床は大規模向けと一般的に砂を流動媒体に利用するので、層内が均されています。

一な状態になるとともに、流動媒体の保有熱でガ2.5ス化が安定します。噴流床はバイオマス燃料の含

図 1 の 1 番右側に示すのがメタン発酵発電方式

水率や性状（1mm 以下の微粉状）に制約がありま

図３.

メタン発酵発電方式

熱分解ガス化炉の種類
出典：NEDO 再生可能エネルギー技術白書4

です。対象とする燃料は主に食品加工施設や飲食55℃で、温度が高いと発酵速度が速くなります。

店で発生する水分の多い廃食品、牛豚糞尿、下水したがって高温操作を採用すれば発酵槽の滞留汚泥などです。メタン発酵発電は図 5 に示すよう時間が短くなり（通常は 30 日～40）、発酵槽を小に、発酵槽に投入した有機物を微生物による嫌気さくできます。発酵槽の形状は円筒形が多いです

性発酵で分解します。分解で発生するのは二酸化が、下水処理汚泥の場合は大型になるので、汚泥炭素が約 4 割、メタンが約 6 割のガスで、ガスエの内部循環効率を高めるために卵型を採用する場ンジンを使って発電させます。ガスエンジンの排合があります（横浜市・神戸市）。一般的な発酵処

熱は温度が高いので、熱交換器で蒸気か温水を発理では、消化液や発酵残渣が残るので、排水処理生させて熱源に利用することもできます（コジェや焼却処理が必要です。海外では消化液を液肥とネレーション）。ガスエンジンを使わずに燃焼させ、して農地に還元することが多いですが、日本では発生する蒸気でタービンを回転させて発電機で電適切な用途がないので廃水として処理する必要が力に変換する方法もありますが、規模が小さいとあり、経済性の阻害要因になっています。日本国

費用対効果が劣るので採用例は少ないです。

内のメタン発酵による発電は数百 kW が多く、1MW 以上の規模は存在しません。このため、発生メタン発酵には液状かスラリー状のバイオマス

電力は自家消費と近隣施設への提供が多く、商用燃料を使用する湿式と、水分が 80％程度で固形状規模の事例は報告を見ていません。の燃料を利用する乾式があります。メタン発酵ではアンモニア濃度が高いと発酵が阻害されますが、日本では主に牛豚糞尿や下水汚泥の処理に湿式

湿式は水分の調整でアンモニア濃度を制御できるのメタン発酵が導入されてきました。しかし最近利点があります。一方，乾式は処理廃水が少なくは設備の維持管理費を軽減する目的で、厨芥類やて済む長所があります。発酵温度は概ね 35℃～廃食品などの原料を組み合わせて処理する事例が増えています。海外のメタン発酵も表 2 に示すように、家畜排せつ物に加えて牧草や厨芥類・農業系残渣など複数のバイオマス燃料を投入し、より多くのバイオガスを得る取り組みが行われています。
２．バイオマス発電の効率
バイオマス発電の効率を図6 に示します。広く採用されている蒸気タービン方式は、規模により概ね 20％～40％です。

図４．メタン発酵発電方式の工程

熱分解ガス化発電方式では蒸

出典：NEDO 再生可能エネルギー技術白書

気タービン以外に、ガスター

5ビンやディーゼルエンジン
図５：も利用が可能バイオマス発電

で、小規模な場の発電効率合はガスエン
ジンも広く採出典：NEDO 再用されていま生可能エネルギ

す。ガスエンジー技術白書

ンやマイクロガスタービン
は、設備がコンパクトで起動と停止が容易
で す が 、100kW 以下の利用が多く発

表２．海外のメタン発酵状況

出典：NEDO 再生可能エネルギー技術白書

電効率は概ね25％～30％です。小規模だと温度の高い排気ガスからの熱回収が困難だからです。
（おわり）
参考：
NEDO 再生可能エネルギ
ー技術白書6