バイオマス発電とは？種類やメリット、課題まで解説

地球温暖化対策や循環型社会の実現において大きな役割を果たすとして注目を集める、バイオマス発電。国内での導入事例も豊富なことから、導入を検討されている方も多くいらっしゃるのではないでしょうか。 

今回は、バイオマス発電の基礎知識をはじめ、種類やメリット・今後に向けた課題について解説していきます。

バイオマス発電とは

 バイオマス発電とは、動植物などから生まれた生物資源であるバイオマスを原料として発電する発電方法のことです。木材や植物残渣などのバイオマスを燃焼・ガス化することで発電をしていきます。 バイオマス発電の原料には、木質系、農業・畜産・水産系、食品産業系など幅広い有機物を使用できます。

バイオマスの分類

出典：エネルギー庁「バイオマス発電」（最終アクセス　2022/12/16）
 化石燃料と同様、これらの燃料を燃やした際にもCO2が排出されますが、生物由来のバイオマスは生物の成長過程で光合成によりCO2を吸収しているため、大気中のCO2量を増やさないカーボンニュートラルな発電方法であると考えられています。 

またバイオマス発電では廃棄物を活用するため、化石燃料など枯渇性資源の使用量を最小化し循環型社会の構築にも寄与するとされています。 さらに廃食用油は発電への利用だけではなく、持続可能な航空燃料・SAF (Sustainable Aviation Fuel)への利用も検討されています。 

出典：農林水産省「木質バイオマスエネルギー利用動向調査」（最終アクセス　2022/12/19）
 農林水産省の木質バイオマスエネルギー調査によると、木質バイオマスの利用量は、年々増加傾向にあり、2020年は約35%増加しています（2016年比）。 

2020年の木材チップの由来別利用量を見ると、「建築資材廃棄物（解体材・廃材）」の利用が約40%、「間伐材・林地残材等」の利用が約38%を占めています。 バイオマスの利用は発電だけに限りません。バイオマスを熱分解することにより、燃料や化学原料に変換して利用する取り組みも始まっています。 

 ■バイオマスを熱分解することにより、燃料や化学原料に変換して利用する取り組みの詳細は下記からご覧ください。

国内初の森林資源を活用したグリーンリファイナリー事業について

日本におけるバイオマス発電の現状

出典：農林水産省「バイオマスの活用をめぐる状況」（最終アクセス　2022/12/16）
 日本国内では2012年より始まった再生可能エネルギーの導入を支援する「固定価格買取制度」を活用し、各地でバイオマス発電施設の導入が積極的に進められています。2021年3月末の段階では、約265万kWの固定価格買取制度（FIT制度・FIP制度）を活用したバイオマス発電施設が運転を開始しており、今後バイオマス発電施設はさらに全国に拡大していく見込みです。

（※固定価格買取制度（FIT制度・FIP制度）について詳しく知りたい方は以下の記事をお読みください。）

【2022年4月】FIT制度に加えFIP制度も｜二つの制度の違いとは｜サスティナビリティハブ

今回は、再生可能エネルギー普及の背景にある「FIT制度」について説明するとともに、2022年4月に始まる「FIP制度」の概要や変更点についても解説します。

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バイオマス発電施設の導入量目標

出典：一般社団法人バイオマス発電事業者協会「今後のバイオマス発電の導入見通し<一般木質・農作物残さ> 」（最終アクセス　2022/12/16）
 また、一般社団法人バイオマス発電事業者協会の発表している見通しでは、一般木質・農作物残さカテゴリーでは、2030年時点において約484万kWの設備が稼働する見込みとなっており、その導入ペースはさらに加速していくと予想されます。

バイオマス発電の種類

バイオマス発電には大きく分けて「直接燃焼方式」・「ガス化方式（3種類）」の2つがあります。それぞれどのような発電方式なのか、具体的に見ていきましょう。 

直接燃焼方式

「直接燃焼方式」とは、木をボイラーで燃焼して高温高圧の蒸気を発生させ、スチームタービンを回転し発電する方法で、原理は火力発電と同じです。原料として、主に廃木材を加工して製造される木質ペレットが使用されます。 

直接燃焼による発電には、バイオマスと石炭を同時に燃焼させる「バイオマス混焼方式」と、バイオマスを専用のボイラーで燃焼させる「バイオマス専焼方式」があります。 

ガス化方式

「ガス化方式」では、ガス化炉でバイオマスを不完全燃焼させ可燃性ガスを取り出すことで発電します。 ガス化方式には、「熱分解ガス化方式」と「生物化学的ガス化方式」の2種類があります。 

「熱分解ガス化方式」は、木質ペレットなどの燃焼により製造された可燃性物質である炭化水素を燃料にタービンを回し、発電する方式を指します。主な原料は木屑や間伐材、刈草などの木質系・草本系バイオマスです。これらを炭化水素として熱分解することで、化石燃料の代替として都市ガス、ガソリン（ディーゼル）、プラスチックなど、さまざまな製品への加工が可能になります。

ただし熱分解する際にはCO2が発生することから、ライフサイクル全体としてのカーボンニュートラル実現のため、燃焼時のCO2量も計算する必要があるといえるでしょう。（ライフサイクルアセスメント=LCAの評価） 

「生物化学的ガス化方式」は、微生物によって家畜糞尿や生ゴミ、下水汚泥などをメタン発酵させた生物化学的ガスを燃料にタービンを回して発電する方式を指します。

バイオマス発電のメリット

つぎに、バイオマス発電を導入するメリットについてもう少し詳しくご紹介していきます。

地球温暖化対策になる 

バイオマス発電は大気中のCO2を増加させないカーボンニュートラルな発電方式であることから、温室効果ガスの排出を抑制し地球温暖化防止に貢献できます。 1997年に採択された京都議定書においても、光合成によりCO2を吸収して成長するバイオマス資源を燃料とした発電は、CO2を排出しないものだとされています。 

資源を有効活用できる 

バイオマス発電では、製材工場の残材や住宅解体材などの木質バイオマス、排泄物や生ゴミなどの「今までは廃棄されてきた燃料」を資源として有効的に活用できます。 さらに家畜排泄物や生ゴミなどの廃棄量削減により、地域環境の改善にもつながります。 

安定したエネルギー供給が可能 

バイオマス発電は再生可能エネルギーの中でも、太陽光や風力などの自然環境に左右される発電方式と異なり、燃料さえあれば安定して電力を作り出すことが可能です。 特に資源の乏しい日本においては、エネルギー源の多様化や災害時のリスク分散といった意味でも、水力発電や地熱発電と並び、バイオマス発電が安定供給の役割を果たすことが求められています。 

農山漁村の活性化につながる 

地域に存在するバイオマスをエネルギーや製品に活用することで、新しい産業と雇用が創出され、農山漁村の活性化に貢献できます。  未利用となっている林地では、間伐材などの木質バイオマスを収集することで、林業経営に寄与するとともに、森林整備の推進にも繋がることが期待されています。

バイオマス発電の課題

バイオマス発電には多くのメリットがある一方で、さらなる環境改善のために取り組むべき課題もあります。

資源の調達方法

1つ目の課題として、バイオマスの資源は広い地域に分散していることが多く、資源の収集や運搬、管理にコストがかかってしまうことが挙げられます。そのためバイオマス発電設備は小規模分散型のものになりがちです。 

出典：資源エネルギー庁「持続可能な木質バイオマス発電について」（最終アクセス　2022/12/19）
 また木質バイオマス発電所の原価構成の図をみると、燃料費が7割とコストの大半を占めています。木質バイオマスを加工・輸送する過程において化石燃料の使用量が大きいと、結果としてライフサイクル全体で温室効果ガスの排出が大きくなる可能性もあり、資源の調達方法にはまだ課題が残っています。

バイオマスの賦存量と利用可能量

出典：農林水産省バイオマス活用推進会「持続可能な木質バイオマス発電について」（最終アクセス　2022/12/19）
 バイオマスの賦存量（理論的に導き出された資源の総量）と利用可能量については、農林水産省から上の資料が公開されています。 バイオマスは無限に利用できる資源ではないものの、上の図で黄色で示された未使用の資源もあり、その利用はまだまだ限定的です。循環型社会構築の観点からも、未利用バイオマスの利用は今後も進めてゆく必要があります。 

バイオマス発電所の事例

つぎに木質バイオマス発電所とメタン発酵バイオマス発電所の事例を、発電規模とともに見ていきましょう。 

稼働中の木質バイオマス発電所の事例

発電規模：バイオマス分の発電規模 ／PKS（Palm Kernel Shell）：アブラヤシの種の殻 

稼働予定の木質バイオマス発電所の事例

2022年9月現在、建設中の木質バイオマス発電所の例は上の通りです。 特に宮城県仙台市・愛知県田原市の発電施設は、国内最大級の発電出力をほこるバイオマス発電所として注目を集めています。 

稼働中のメタン発酵バイオガス発電施設の事例

生ごみ・下水汚泥・浄化槽汚泥・畜産汚泥・食品廃棄物などを原料とする、メタン発酵によるバイオガス発電設備の発電規模は、平均すると400 kW/設備程度と、木質バイオマスを原料にした場合よりも発電規模が小さくなっています。

これらの原料は回収が難しく運搬コストもかかるため、地産地消のエネルギーとしての活用が期待されています。

まとめ

今回は、バイオマス発電の基礎知識から種類やメリット、課題などをご紹介しました。皆さまのご参考になれば幸いです。