日本エネルギー学会機関誌 えねるみくす，Vol.
101, No. 6, 2022
日本エネルギー学会機関誌
えねるみくす ，101, 660-668（2022）

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特集記事：
［リサイクル・バイオマス・ガス化］三部会（RGB）シンポジウム―カーボンニュートラル社会に向けた注目分野の最新動向―

国内におけるバイオマス小規模ガス化発電の最新の動向と課題
笹内謙一

2 MW 未満バイオマス FIT を契機に，国内における木質バイオマス小規模ガス化発電の普及はめざましいものがあり，200 kW 以下を中心に計画中も含めて約 300 基の小型ガス化発電設備の導入が予定されている。その一方で低迷する稼働率や熱利用先のない熱電併給設備などの課題も明らかになってきた。

キ ーワ ード
小規模，未利用バイオマス，ガス化発電，熱分解，FIT，熱電併給（2022 年 8 月 22 日受理）

Latest Trends and Challenges of Small-Scale Biomass Gasification CHP in Japan
Kenichi SASAUCHI

1.

はじめに

示すように 2021 年 11 月現在で導入済み，導入計画を2016 年に再生可能エネルギーの固定価格買取制度

合わせて国内で累計 298 基の FIT 認定がなされ，急（FIT 制度）の改定があり，未利用木質バイオマスを燃速に伸びている。

料とした買取価格 40 円／kWh の 2 MW 未満の枠がまたその基数ベースでは 95％をガス化発電が占めて新設され，小規模発電が注目を浴びてきた。中でも木いる。その理由は小型でも高い発電効率が得られるこ質バイオマスを対象とした熱分解ガス化発電は図１にとにある。例えば 20 kW 程度の超小型でも発電効率は 20％以上，200 kW 以上では 30％程度と，2 MWの直接燃焼式蒸気タービン発電に比べても高い発電効率が得られ，さらに発電にガスエンジンを使用していることから排ガスからの熱回収も可能で，総合エネルギー効率は 75％以上と高い。
しかし大部分の国内メーカーは 2012 年以前にガス化の分野から撤退しており，現在は欧州を中心とした海外製の装置が輸入・使用されている。
これは FIT 制度を活用した投資事業目的の事業者が，海外ですでに商用稼働実績のある装置を導入し，

図１2 MW 未満未利用バイオマス発電設備の認定基数の推移

燃料バイオマス収集のハードルが比較的低い小型のバイオマス発電分野に参入した結果である。実際 2012年のスタート時の FIT 制度の高い買取額で太陽光発電

株式会社 PEO 技術士事務所〒 650-0012 神戸市中央区北長狭通 4-9-26-10Aに参入した事業者が，太陽光の買取価格の低下と共に，40 円／kWh というバイオマス発電の買取価格に魅せ日本エネルギー学会機関誌 えねるみくす，Vol. 101, No. 6, 2022

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られて，小規模バイオマス発電分野に新規参入する事順で，この３社で８割を占めている。これらは 40 ～例が散見される。

165 kW と小さな発電規模の装置であるが，FIT40 円

しかし日照時間が想定通りであれば計画の発電量がの上限である 2 MW 未満に近づけるために，一箇所得られる太陽光発電と比べて，2 MW 未満の木質バイで 10 基，20 基と大量導入するケースがあるためであオマス発電で当初の目論見通りの発電収入が得られてる。また 50 kW 未満が 1 基だけの場合は低圧連系がいる例は少ない。

可能となるため，系統に空きがない場合でも導入しや図２に最新の設備利用率を示す。エネ庁が想定したすく1 基のみの導入も多い。一方発電出力別で見ると利用率 78.1％に対して 2 MW 未満の実際の平均値は1 基で 400 kW や 800 kW，あるいは 1990 kW など56.1％しかない。この結果には比較的稼動率が高いとの機種もあり，Spanner 等上記３社のシェアが下がっされている 2 MW の直接燃焼式ボイラータービン発電ていることが分かる。が得られる太陽光発電に比べて，も含まれているため，ガス化発電の設備利用率はさら2 MW 未満の木質バイオマス発電で当初の目論見通りに低いことが推定される。の発電収入が得られている例は少ない。

基数におけるメーカー別のシェア（図３）では独の筆者は 2002 年から 10 年以上の間，国産のバイオSpanner，フィンランドの Volter，独の Burkhardt のマスガス化発電装置の開発と普及に携わってきた 3）。

図２

バイオマス発電設備の利用率（2 MW 未満を○印で示す）2）

図３

国内ガス化発電装置のメーカー別シェア 1）

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その後もバイオマスガス化発電技術の動向をウォッチおよびその変形タイプ）が 88％を占めている。

すると共に，海外での視察や調査を行い，現在は中立

燃料種別では木質チップが８割を占め，残りの２割の技術士事務所として事業者や金融機関からの依頼でが木質ペレットを使用している。国産技術も 7％，基ガス化発電技術の技術鑑定や技術サポートを行ってい数にして 17 基あるが，市場で現在主役のダウンドラる。ここでは最新のガス化発電技術の動向について述

フト式ではなく，ロータリーキルン式や２段階ガスべると共に，その課題と対策について報告する。

化，噴流層などの少数派技術である。メーカーの入れ替わりも激しく，今では倒産した欧州の会社や日

2.

バイオマスガス化発電の最新動向

本の販社，撤退した日本の会社もあるため，2018 年

図４に現在国内で導入済み・導入予定のガス化技術

以降に稼働を開始したものとプレスリリースなどでの種類とその導入元（導入国）を示す。技術導入元で明らかになっている今後の導入予定のマップを図５

はドイツを中心とした欧州が 93％を占め，ガス化炉形に，各メーカーを出力別にマッピングしたものを図６

式では固体―ガス並流移動層方式（ダウンドラフト式に示す。

図４

国内導入（含予定）されているガス化炉の内訳 1）

図５2018 年以降に国内に導入されたガス化発電設備 1）

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図６

3.

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ガス化発電装置の規模別マップ

各メーカーの技術の特徴

チューニング技術が向上し，発熱量が低いからと言っ国内で販売，開発中の主なバイオマスガス化技術をて発電効率が低いわけではない。一方燃料バイオマス表１に示す。

をどれだけ可燃ガス化できるかという冷ガス効率の点

ガス化は大きく分けて空気をガス化剤として使用すでは間接式は構造が複雑となる分，熱損失が大きく不る直接ガス化と，水蒸気をガス化剤として使用する間利となる。しかし水蒸気をガス化剤として使用すること接ガス化に大別される。それぞれ一長一短があるが，から水素成分の多いガスが得られ，特にガス化ガスか

直接式は空気中の窒素が生成ガスに入るため，単位容ら液体燃料化を目的とした BTLで水素を得たい場合積当たりのガス発熱量が小さく，間接式はそれがないは有効な技術と言える。

ために発熱量は高い。しかし最近はガスエンジンの表１

ここではメーカーのシェア別に主な技術を紹介する。

ガス化技術の比較

ガス化方式
炉型

アップドラフト

直接式
ダウンドラフト

２段階ガス化

噴流層

原料

湿チップ定形

乾チップ定形

乾チップ

粉体（乾）

異物

間接式
ロータリーキルン
循環流動層
乾～湿チップ定形
乾チップ定形～不定形
50 mm まで OK 大きなものは不可H2 主体2000 ～ 250050 ～ 1000
35 ～ 2000
複雑
複雑

大きなものは不可
不可
CO 主体
ガス（kcal/m3N）
1000 ～ 1200
発電規模（kW）
30 ～ 2000
20 ～ 800
50 ～ 500
50 ～ 450
設備構成
単純
単純
複雑
複雑
炉内で改質
炉内で水蒸気改質 炉外で酸素改質
タール除去方式
湿式除じん機＋スクラバー
改質炉
油洗浄スクラバー＋スクラバー＋スクラバー
または乾式除じん
チャーアッシュ・ チャーアッシュ・ チャーアッシュ・
灰
排出物
灰・廃水（多）
灰
廃水（多）
廃水（少）
廃水（少）
廃水？
Brukhardt
ユア・アネルギー
AHT
GRE（エジソン）
DTU
開発
VφlandSpanner
バイオマスエナRepotec
メーカー
LipRo
鉄建建設
ReGaWatt
Volterジー（トーヨーエネル
Syncraft 他
マイクロエナジー
ENTRENCOギー）
CORTUS
Glock 他

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3.1

ダウンドラフト式ガス化

ダウンドラフト式ガス化（図７）は，数の上で現在日本の木質バイオマスガス化発電の 3/4 を占めるまでにス流れはもちろん，層の懸垂（ブリッジ，チャンネリング），ガス化炉後段配管中の詰まりなどをもたらす普及している。数十 kW クラスから始まる小型に向い⑤上記理由でタールの分解が不十分な場合タール除ていることから，導入のハードルが低いことがわかる。

去装置の容量を超えるタールが生成し，後段のガ

ダウンドラフト式は以下の特徴を持つ 4）。

スエンジンにダメージを与える。
現在国内バイオマス発電で最大のシェアを持つドイ

長所：①タールが炉内の酸化還元ゾーン（高温帯）で分解

ツの SpannerRe2（図８）は 2007 年に販売を開始し，されるため，後段に設けるタール除去装置の容量

その後 900 基を超えるガス化発電装置を欧州を中心が小さくて済むとした世界各地に納入している商用ガス化発電のパイ②ガス化→冷却→除じんという簡単・小規模なプロセスで発電用の熱分解ガスを安価に得ることが可オニアであり，日本には 45，49，66 kWe の３機種が導入されている。

能Spanner に続いて国内展開しているフィンランドの短所：

Volter，イタリアの ESPE，ドイツの ENTRENCO，オー①炉内のガス流れに直交する炉断面内での層の通ストリアの Glock などはすべてこの Spanner をモデ

気性分布を均一にしないと反応帯の制御が困難

ルとした後発の機種である。ただし後発といってもコとなり生成ガス組成が安定しない。しかし燃料のピー品ではなく，独自の工夫を加味したメーカーも存

粒度等により不均一性は容易に発生する在する。

②炉断面内での通気性の不均一分布により炉内ガス

日本では Spanner，Volter の２社で 2/3（基数ベー流速が乱れ，特にガス流速が速くなった箇所ではス）のシェアを占めている。Volter は Spanner に遅十分な滞留時間が得られなくなり，タールの分解れること７年後の 2014 年に創業したフィンランドの会が不十分なガスが生じる社であるが，40 kWe 出力のシステムを美しいパッケー③湿ったチップを使用すると炉内乾燥で生じた水蒸ジ内に一体化したことで世界で 200 基を超える大ヒッ

気で酸化ゾーンの温度が下がりタールが分解できト商品になった。Volter40 の写真とシステムを図９になくなる示す。ガス化システムを評価するときはガス化炉のみな④燃料のサイズや形状を適正に管理しないと上記ガらず，燃料の前処理，ガス化，ガス精製，ガスエンジンを総合的に評価する必要があることは言うまでもないが，それらがバランス良く配置されている。特に近年の日本市場における成長は著しいものがある。
3.2

上向き並行上昇流ガス化

Burkhardt は EN PlusA1 規格のペレット燃料に特化したドイツのガス化炉メーカーである（図 10）。創業

図７

ダウンドラフト炉の断面

図８

Spanner 社の小型ガス化発電装置 5）

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図９665

Volter40 とそのシステムフロー 6）

3.3

２段階ガス化（図 11，12）

２段階ガス化とは，バイオマスを熱分解して揮発分と固定炭素分に分ける熱分解炉と，タールを除去しガスを改質する改質炉に役割を分離した炉形であり古くは 1980 年代から研究されていたデンマーク工科大学（DTU）のバイキング炉が有名である。

図１0

Burkhardt のガス化炉 7）は 2010 年で，ペレットに特化することでダウンドラフ
ト炉の欠点である燃料水分率やチップサイズの課題を克服し，燃料に左右されない安定した稼働が行えるとされている。
日本では CPM ペレタイザーの代理店である三洋貿易が木質ペレットの活用先として 2015 年から販売を開始し，現在約 40 基を国内で納入している。上向き
並行上昇流という特異な炉形であるが，アップドラフト式ではなく，その構造はダウンドラフトを上下逆にした形になっており，原理的にはダウンドラフトとあまり変わらない。
図 11

バイキング炉のフローと写真 8）

日本エネルギー学会機関誌 えねるみくす，Vol. 101, No. 6, 2022666で説明は割愛する。

4.
4.1

国内の小規模ガス化発電の課題

設備利用率（稼働率）の低迷

以上のように活況を呈している国内の小規模ガス化発電であるが，その実際の稼働率は図２に示したように他のバイオマス発電設備と比較して低迷している。
小規模ガス化発電は小規模であるがゆえに事業採算性
図 12は厳しく，稼動率の低迷は致命的となる。

独 LiPRO の２段階ガス化 9）

その理由として 3.1 で述べたダウンドラフト炉の欠点，すなわち燃料チップ粒度や形状の不均一，湿ったDTU では１段目の熱分解炉の熱源に，改質炉の廃チップに原因があると考えられいる。さらに樹種の違熱を利用しているが，電熱ヒーターを使用するものやい，特に日本で一般的に利用されているスギが，欧米固定炭素（チャー）を燃焼するもの，エンジン排ガスのマツやスプルースに比べてかさ比重が低いことなどを利用するものなどがある。いずれも１段目の熱分解が指摘されている（図 13，14）4）。

炉にロータリーキルン炉を採用することで燃料チップ

しかし，2019 年にそれらの要素の影響がまったくなの受け入れ範囲が広く取れるというメリットがあり，ダいはずのペレットを燃料としたガス化炉で稼動率が大ウンドラフト炉では不可能なバークや枝葉を燃料としきく低下する問題が発生し，説明がつかない事態に遭て利用できるとされていることがメリットである。

遇した。

日本では中外炉工業が 2007 年に NEDO の要素

我々は日本各地のスギ，ヒノキ，マツの分析や欧州の技術開発で 25 kWe 規模のものに取り組んでいた 。
10）

近年ではドイツの LiPRO 社の 50 kWe のものが国内５ヶ所に商用機として導入されている。
オーストリアの Syncraft 社は改質炉を噴流層炉としているが，同様の２段階ガス化方式に該当し，こちらは大型の 400 kWe のものが４基，2021 年に和歌山県内に導入された。
3.4

その他のガス化

その他，アップドラフト炉，噴流層炉，循環流動層炉などのガス化炉が国内で商用機として導入，稼働しているが，現状では少数派でありここでは紙面の関係

図 14

図 13

樹種による気乾比重の違い 4）

ガス化炉メーカーのチップ仕様 4）

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図 15667

ガス化炉内に形成されたクリンカ 11）

ペレットの分析を行い，特に日本のスギ，ヒノキにおいて灰分中の K2O の量が多いこと，また酸化雰囲気で

図 16

小型 CHP のコスト構造 12）なく，ガス化のような還元雰囲気下でその灰軟化点が700℃台まで低下すること，さらにこの軟化点の低下は灰分中の K2O の量に比例することを突き止めた 11）。のガス化熱電併給設備では標準附属の熱供給は温水

結果，燃料中の灰は炉内でクリンカ（図 15）を形成のみであり，日本の工業熱利用の多数を占めている蒸し，ガスの流れの均一化を阻害し，タールの生成が生気ではないということにある。しかし，ガスエンジンじさせることが判明した。の排ガスは 400 ～ 500℃あり，ここから貫流ボイラーその後の研究で，ペレット製造時にアルミナ系添加によって蒸気を得ることは容易である。

剤を微量添加することでこの問題は解決できることが既製品である欧州製を使うこととのミスマッチがこわかったが，チップ燃料でも同様の問題が生じている

こでも生じている。FIT で取りあえず売電，という呪ことも想像できる。しかしながらペレットとは異なり，縛から開放される必要がある。また熱利用率向上のた

同じ対策は打てない。

め 22 年度 FIT から採用されている「小規模バイオマス現状では破砕後のチップに微粉が多いとチャー灰の比表面積が増し，灰同士が付着しやすくなることから，発電の地域活用案件における熱利用義務」の厳格運用化も望まれる。

極力微粉を取り除くことで対応するしかない。ガス化
炉側と燃料側双方で新たな技術的なアプローチが必要

4.3

その他の課題である。

前述したように，小規模バイオマス発電は太陽光事業者が新規参入する例が多い。太陽光発電の FIT 買

4.2

熱利用率の低迷

取価格はかつての 1/4 ほどに低下し，40 円／kWh と小規模ガス化発電装置は発電と同時にその 1.5 ～２高額な小規模バイオマス発電は魅力的である。しかし倍程度の熱供給が可能な熱電併給設備である。しかし装置を買って設置するだけで事業ができる太陽光とはながらほとんどは自ら使用するチップ乾燥に熱利用し異なり，バイオマス発電では導入のハードルが大きく上ているのみであり，売熱している例はあまりない。一がる。燃料調達は当然計画していたとしても，稼働後部に温泉や，農業ハウス等に利用している事例があるの維持管理の手間は太陽光の比ではない。

が，夏場など季節変動の要因で熱利用率は必ずしも高くない。

この点，販売する側の代理店のアフター体制も脆弱で，売りっぱなしの会社があることは否めない。また

その結果ほとんどの小規模ガス化事業は FIT 売電の欧州メーカーや代理店も含めて経営基盤の脆弱な中小収入のみであり，熱利用がなければ FIT 期間が終わる企業が多いため倒産リスクもある。特に欧州の会社の20 年後にはほとんどの施設は運休せざるを得ない（図与信調査は十分ではない例が散見する。倒産により保16） 。

守部品が手に入らなくなれば，20 年間の FIT 事業継

12）

熱利用低迷の理由の一つとして，欧州製がほとんど続すらおぼつかない。

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文

導入設備の性能や価格はもちろん重要であるが，設備のみならずその保守管理は事業の両輪であるという認識が事業者には希薄であり，十分なリスク管理が必要である。

献1）エネ庁，再生可能エネルギー固定価格設備認定情報 22/1/31 付けより PEO 作成
2）経産省，調達価格算定委員会 令和４年度以降の調達価格等に関する意見

5.

最後に

3）NEDO 実用化ドキュメント，CO2 排出量削減と地現状の小規模ガス化発電はバブル状態であり，FIT域活性化に貢献するバイオマスガス化発電システの呪縛から逃れ，熱電併給装置が本来備えている熱も含めた高い総合効率を生かした事業とその継続なくして，これが我が国の脱炭素に貢献することは難しい。

ム，20134）笹内，堀尾，第 14 回バイオマス科学会議論文集，1-3, 2019

国産技術が少ないからだとの声も聞くが，筆者は日5）Spanner ホームページ，https://www.holz-kraft.

本に先行した欧州の経験と知識には素晴らしいものも

com/de/holzvergaser/holz-kraft-anlage.html

あり，それを活かさず国産にこだわる意味はないと考6）福士，渡邊，第 12 回バイオマス科学会議論文集，

えている。ただし対象にするのは日本のバイオマスであるため，欧州との差違を明確に認識し，海外メーカーに対して言うべき改善点ははっきりと主張し，受け入れられない場合は導入を断念する勇気も必要であろう。

O-1, 20177）佐藤，二宮ら，第 15 回バイオマス科学会議発表
資料，O-16, 20208）Bentzen ら，Low tar and high efficient

輸入バイオマスに頼らざるを得ない大規模直接燃焼

gasification concept，DTU 2000

式発電とは違い，小規模バイオマス発電は国産資源を9）（株）サナース，LiPRO 社カタログ

地産地消で活用できる唯一の再エネ手段であるという

10）NEDO，平成 17 ～ 19 年度 バイオマスエネルギー

利点と，小規模分散はこれからの SDGs のキーワード

転換要素技術開発／小型ガス化発電システムの開でもあるということを念頭に，筆者も含めた関係者の発成果報告書

努力が望まれる。

11）シンエナジー，中部大学，PEO 技術 士事務所，
2019 年度林野庁地域内エコシステム成果報告会
資料12）笹内，堀尾，第 15 回バイオマス科学会議論文集，
O-5, 2020