研究報告

藻類バイオ燃料は化石燃料の代替となるか？
城内
1. はじめに智行＊・宇野潔＊・大井和之＊

類バイオ燃料に関する研究への取り組み状況と今後

近年，微細藻類（Microalgae）培養による二酸化の展開を紹介する。

炭素の吸収・固定及び藻類バイオマスからのバイオ燃料の生産に関する研究が世界的なブームとなって2. 藻類バイオ燃料開発の歴史いる。藻類バイオ燃料とは，藻類を原料として生産

微細藻類は，陸上植物（穀物類）に比べて 10 ～されたバイオディーゼル，バイオエタノールなどの200 倍と高い生産性を持ち，油分などの燃料成分を液体燃料や水素・メタンなどの合成ガスのことである 。

多く含んでいることは，数十年前から知られていた。

化石燃料である石油はいずれ枯渇する可能性が高い

その高生産性に注目した藻類バイオ燃料の開発の歴ことから，主に自動車や航空機の輸送用燃料の代替

史は，1970 年代の石油ショックにまでさかのぼる 2）。

燃料として期待されている。地球温暖化の進行，原1973 年 10 月中東戦争勃発に伴う石油の原産・禁油と食糧価格の高騰などの背景にあって，穀物類は輸による第一次石油ショック，1979 年 2 月イラン

水や土地利用での農業との競合が生じるのに対し革命に伴う原油価格急騰による第二次石油ショックて，微細藻類は農業との競合がなく，増殖速度，二という世界情勢を背景に，藻類を利用したエネル酸化炭素の固定速度は穀物類の数百倍と速いことがギー開発がさかんに行われ，1 度目のブームを迎え注目点となっている。

た。この頃，アメリカでは，藻類から再生可能な

1）

本稿では，藻類バイオ燃料の日本を含めた世界的運輸燃料を開発するためのプログラムが予算化さな動向と将来展望をまとめるとともに，当協会の藻れ，1998 年までの期間，国立再生エネルギー研究所（NREL）を中心に多くの大学・研究表1

藻類（Algae）研究の歴史所が参加した研究開発がなされた 3）。日
本でも，1990 年には『ニューサンシャ
イン計画』4) として，アメリカ以上の開発経費を投じた世界最大規模のプロジェクトがスタートした。
1990 年代には，京都議定書締結による二酸化炭素等温室効果ガス削減の数値目標が設定されるという世界情勢を背景に，藻類研究は 2 度目のブームを迎えた。
このような中で 1999 年，日本の『ニューサンシャイン計画』には，現実性，市場性，＊一般財団法人九州環境管理協会

環境部― 50 ―

経済性に関する当初の分析が不十分で，トータルシ培養がパイロットレベルにまで進んでいる。

ステムとしての説得力に全く欠けるプロジェクトでこのように，アメリカにおける藻類バイオ燃料のあったと非常に厳しい最終評価が下された 。この開発は，巨額のファンドと活発な動きから，一見，2000 年以降，日本における藻類バイオマスの研究実用化間近であるように錯覚するが，これらの研究はほとんど死滅期に近い状態となった。

が開始されてから 5 年以上が経過した現在でも，実5）

近年では，オイルピークの議論，エネルギー価格用化プラントの建設開始には至っていない。実用化の高騰，食糧生産との調整等から，再び藻類に対間近としていたベンチャー企業が，翌年には倒産しし注目が集まり，3 度目のブームともいえる状態とているのが実状である。アメリカにおける藻類研究なっている。の多くは，投資家へのアピールの要素が強く，正しい資金の使い方がなされていないとの指摘もある。

3. 近年の藻類研究のトピック
3-2. 日本では基礎研究主体

3-1. 世界を先導するアメリカ
藻類の増殖能などポテンシャルの高さが脚光を浴

日本では，『ニューサンシャイン計画』以来，藻び，アメリカを中心として巨額投資が続いている 6）。

類バイオ燃料の利用に関する国の方向が定まってい実用化は未だめどは立っていないにもかかわらず，なかったことから，研究は単発なものが多く，アメ巨額投資が継続されていることからも，その期待のリカに比べ立ち遅れていることは否めない。しかし，大きさがうかがえる。

近年は政府のエネルギー施策，戦略として，『藻類』

アメリカでの研究は官と民が組織的に連携して行われている。エネルギー省（US DOE）は 2010 年 6というキーワードが登場する機会が増え，新エネルギーとして期待が高まっている。

月 28 日に「国家藻類系バイオ燃料技術ロードマッ

独立行政法人科学技術振興機構の戦略的創造研究プ」を発表し，このロードマップに沿って藻類燃料推進事業（JST-CREST）では，2010 年度以降，『藻の商業化に向けた研究を実施する 3 つの研究コン類・水圏微生物の機能解明と制御によるバイオエネソーシアムを選出し，3 年間で 2,400 万ドルの助成ルギー創成のための基盤技術の創出』の研究領域をを行う 7）。

設け，基盤技術創出に関する研究に年間数億円を助

アリゾナ州立大学率いる Sustainable Algal Biofuels成している。日本国内では，このような助成金のもConsortium（持続可能な藻類系バイオ燃料コンソーと大学における基礎研究が主体となっている。そのシアム）は，石油由来燃料の代替として藻類系バ中心をなしているのが，筑波大学のグループと東京イオ燃料がどの程度受け入れられるかを検討して農工大学のグループである。

いる。カリフォルニア大学サンディエゴ校率いる

筑波大学渡邊信教授を中心としたグループでは，Consortium for Algal Biofuels Commercialization（藻類炭化水素生産藻類 Botryococcus braunii（ボトリオ系バイオ燃料商業化コンソーシアム）は，バイオ燃コッカス）のオイル生産効率の 1 桁向上を目標とし料の確実な原料として藻類を使用するための開発にた研究を展開している 1）。オイル生産の最適条件の集中する計画である。ハワイの有限責任会社（LLC）

把握，高度な品種改良の実現，オイル生成物の効率である Cellana 社率いる Cellana.LLC Consortium は，的抽出法の開発と高度利用法の発見，屋外でのプラ海水で培養する微細藻類から燃料や飼料を大規模にントの作成と実証データの取得を行っている。その生産する方法について研究する。アメリカでは，そ他，油分含有量の高い従属栄養性藻類 Aurantiochy-のほかでも SOLIX 社，Algenol Biofuels Inc.，コンチ

trium limacinum（オーランチオキトリウム）を見出

ネンタル航空 ，Chebron Corp.，Cyanotech 社，Exon

し，光に頼らない新たな藻類バイオ燃料の生産方法

Mobil などに相当額が投資され，微細藻類の大規模を提案した。

― 51 ―

東京農工大の松永是教授を中心としたグループ

100 円程度のコストまで下げる必要がある。このレでは，海産の珪藻類の一種で油分含有量が高い Na-

ベルまでのコストダウンは現状では難しく，この点

vicula sp. JPCC DA0580 株（ナビキュラ）の全 DNAが藻類バイオ燃料の事業化が成功しない最大の理由

分析などオイル生産メカニズムの解明に関する研究である。

を行っている 。本種は，油分含量が約 40％，そ8）の粗油分の 80％がバイオディーゼルに変換可能な

5. 当協会における取り組み脂肪酸メチルエステルであることが分かっている。

5-1. 研究のスケジュール

そのほか，デンソー，電源開発，JFE エンジニア

このような背景の中，2008 年，当協会では Algae

リング，ヤマハ，トヨタなどの大手企業からネオモ研究会を立ち上げて，文献調査による実用化の可能ルガン研究所，筑波バイオテック研究所，ユーグレ性の解析を進めてきた。前述のとおり，経済的な課ナなどのベンチャー企業まで，さまざまな民間企業題がネックとなっており，事業化のためには現在のも藻類燃料研究へ参入している。

100 倍程度に経済性を改善する必要があるとの評価を行った。

4. 藻類バイオ燃料生産の課題

経済性の改善のためには，固液分離のプロセスの藻類バイオ燃料を産業として成立させるために簡略化が，技術的に解決が必要な最重要課題と考えは，まだ多くの課題を残している。商業化に向けてられた。当協会では，固液分離を行わず藻類を燃料は現在の培養設備のスケールアップだけでなく，培化する技術として，①微細藻類と石炭との混焼技術，養から油分抽出までの一貫したエンジニアリングも②海藻バイオマスのカスケード利用技術について，必要で，藻類からのバイオ燃料にはまだ多くの課題技術開発に取り組んでいる。

があると言える。
培養方法としては開放型のオープンポンドと閉鎖5-2. 微細藻類と石炭との混焼技術型のフォトバイオリアクターがあるが，コストの面石炭の可採年数は約 160 年で，石油や天然ガスにから燃料用の大量培養にはオープンポンドが適当と比べ豊富ではあるが，発電に伴う CO2 発生量は他されている。しかし，オープンポンドでは，天候にの燃料より多く，その抑制策が求められている。そよる光量・水温などの培養条件の変化や細菌や他ののひとつの方策として，藻類の高い増殖能力を利用藻類などの外部からの生物汚染（コンタミネーショした排ガス中の CO2 の固定・吸収，藻類バイオマン）の影響によって，生産性が大幅に低下すること

スのエネルギーへの活用が注目を集めている。

がしばしば観測されており，増殖速度だけではなく，石炭火力発電所で培養した藻類バイオマスは，発環境変化やコンタミネーションに強い藻類種の開発

電所内で藻体のままエネルギーとして利用することが必要とされている。また，微細藻類と水とを分離が最もエネルギーロスが少ないと考えられる。利用する固液分離や油分などの有用成分の抽出を低コストで行う技術の開発が必要とされている。
このような技術的課題に加えて，最も重要なのはコスト的な課題である。微細藻類を原料とする健康食品，補助栄養剤，飼料は既に商業化されているが，これらは１kgで 1 千円から１万円程度と付加価値が高いが，燃料用や化学原料用としては１kg で

図19）― 52 ―

藻類と石炭の混焼のイメージ図

法の一つとして，発電所敷地内にある貯炭場の自然発火を防止するために散水される水に，藻類バイオマスを混合して散布し，石炭の自家発熱の熱エネルギーを利用して乾燥し，混焼することを提案してきた。 藻類自体もエネルギーをもつため，石炭ともに燃料となる。
なお，微細藻類と石炭の混焼技術については，九州電力技術本部総合研究所との共同研究成果であり，特許出願中である。

図2発電所からの CO2 供給システム

A. 低 pH 耐性株のスクリーニング
火力発電所の排ガス中には，約 15％の CO2 の他，B. 培養システムの検討
藻類の培養のために排ガスを得るためには，生物SOX，NOX などの酸性成分が含まれるため，排ガスが生息可能な温度範囲である必要がある。これを検での培養では低 pH への耐性が求められた。
淡水性藻類 7 種，海水性藻類 5 種のスクリーニ討すると，図 2 のように排煙脱硫装置が合致した。

ン グ 結 果 で は，Euglena gracilis NIES-48，Galdieria
partia NBRC 102759，Dunaliella teriolecta NIES-2258

C. 混焼技術の検討などおよびこれらの近似種が低 pH に耐性があり，藻類の中でも特殊な種については，石炭の熱量に火力発電所管内における培養に適することが分かっ

対しても 9 割以上と，木質バイオマスの 6 割に比べた。て非常に高い熱量を持ち，一般的な藻類についても，比較的高い熱量が期待される。
D．経済性の評価
出力 70 万 kW 発電所（面積 150ha）の 1/10 規模で有望種の培養を行った場合，年間約 2,700t のバイオマスが生産され，排ガス中の約 0.2％の CO2 が削減される。二酸化炭素の回収・地中への貯蔵技術として研究されている CCS（Carbon Dioxide Captureand Storage）と比較して，CO2 の固定費用として 2～ 10 倍程度の差があるが，培養施設の大規模化によっては，その差を埋められるものと考えられ，今後，期待される技術である。
5-3. 海藻バイオマスのカスケード利用技術
A. 有望種のスクリーニング
微細藻類は収穫において固液分離にかかるコストが高いため，ザルなどで容易に分離出来るより大型の海藻類による代替も有効と考えた。海藻類によるシステムを構築するために，藻類燃料に適する海藻― 53 ―

なっているバイオマスの複合利用，カスケード利用類の有望種を検討する必要があった。
有望種には a. 微細藻類に匹敵するほどの増殖速を取り入れて，経済性の向上を図った。当協会では，度の速さ，b. 生育環境が広く培養が容易，c. バイオ高付加価値の生理活性物質の抽出で事業性を確保しエタノール化に適した糖質の質と量および d. 高価つつ，抽出残渣を燃料化するバイオマスのカスケーな有用成分が求められるため，これらに優れた海藻ド利用が最も現実的な手法であると考えられた。

を文献調査と成分分析により検討した。検討した博

具体的には，単価が数十円 /kg のエタノールだけ

多湾近海の 18 種の海藻の中では，オゴノリの増殖でなく，付加価値の高い EPA，寒天を合わせて抽速度が比較的速く，水温，塩分の適応範囲が広く有出し，残渣を固形燃料として石炭と混焼するプロセ望であった。有用成分の分析の結果，オゴノリは，スを検討した。

医薬品，食品添加物など用途が多く単価が数千から乾燥，細断した藻体から溶媒抽出により油分を抽数万円 /kg と高い寒天，βカロテン，エイコサエン出して，EPA を精製する。溶媒抽出後のバイオマスペンタエン酸（EPA），タウリンなどを他の海藻にを，水に入れ替えて煮沸し水溶性成分を抽出し，圧比べ多く含んでいた。よって，有望種として経済的搾脱水により寒天を製造する。残渣は水熱分解によなオゴノリを選択した。

り糖化して，発酵することによりエタノールを製造する。
さらに，糖化と発酵工程で発生する残渣は，石炭B. カスケード利用の検討
固液分離のコストを落とすだけでは事業性は成りの自然発火防止の散水とともに水ごと石炭ヤードに立たたないため，近年の微細藻類の研究で主流と散布して，自然乾燥後混焼する技術を導入した。バイオマス残渣の熱量は石炭の約 5 割のため，散布量の 5 割の重量の石炭を節約することができる。

6. 今後の展開
以上のように，藻類バイオ燃料の研究においては，基礎的な研究の積み重ねから，実証試験レベルに進みつつある段階である。事業化，実用化に関しては，未だハードルは高いものであり，楽観視は出来ないが，10 年後，20 年後の社会的な情勢の変化なども見据えて，ひとつひとつ課題を克服することが重要である。
当協会においても，2 つの研究テーマに関して，Algae 研究を継続し，新規産業の育成等を目指して取り組んでいきたいと考えている。

参考文献
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図3

オゴノリのカスケード利用プロセス

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イシガメ

子亀の時は銭亀と呼ばれる。
川や池で見られるが、近年減少。

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