資源循環型の豊かな社会をつくる「バイオマス」

資源循環型の豊かな社会をつくる「バイオマス」

地球規模の環境問題や資源枯渇の危機、そして東日本大震災に伴う福島第一原発の事故の発生などを背景に、自然エネルギーへの注目が集まっています。ここでは自然エネルギーの一つである「バイオマス」について紹介し、バイオマス利活用によって実現できる社会の姿を考えてみます。

バイオマスってなに?

バイオマスとは、動植物に由来する再生可能な資源のうち、化石資源を除いたもののことです。一口に「バイオマス」といっても多種多様で分類方法もいくつかあるので、ここでは形態による分類に沿っておもなバイオマスを紹介します。

【乾燥系バイオマス】

水分をあまり含まない、乾燥しているバイオマスです。林地残材や製材廃材などの木質系バイオマス、稲わらやとうもろこしなどの農業系バイオマスがこれに含まれます。

【湿潤系バイオマス】

水分を多く含むバイオマスです。家畜の糞尿、食品廃棄物や水産加工品の残りかす、一般家庭から出る生ごみ、下水汚泥などがこれに含まれます。

【その他】

黒液、廃材、古紙など製紙工場系のバイオマス、廃油などがこれに含まれます。

<図1>おもなバイオマス

*図出典:資源エネルギー庁「バイオマスの分類」
https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saiene/renewable/biomass/index.html

 

バイオマスを燃料とする「バイオマス発電」

これらのバイオマスを燃やし、その際に発生するエネルギーで発電する方法が「バイオマス発電」です。バイオマスは多種多様で、発熱量、比重、含水率、発生形態や発生量などが異なることから、エネルギー利用のためのさまざまな変換技術が開発されており、大きく分けると次のような3つの方法があります。

【直接燃焼法】

バイオマスを直接燃やして水を沸騰させ、水蒸気でタービンを回して発電します。木くずや建設廃材などの木質系バイオマスをはじめ、可燃ごみ、廃油などを燃料として使うことができます。

【生物化学的変換法】

微生物の働きを利用してバイオマスを発酵させ、ガスを生成して発電します。林地残材や建設廃材などの木質系バイオマス、食品廃棄物などの食品産業系バイオマス、稲わらや家畜糞尿など農業廃棄物系バイオマス、下水汚泥などを燃料にすることができます。

【熱化学的変換法】

バイオマスを高温で蒸し焼きにして生成されたガス(通称バイオガス)や液体を用いて発電する方法です。林地残材や製材廃材など木質系のバイオマスを燃料にすることができます。

 

大きな期待が寄せられるバイオマス発電

上記のような「バイオマス発電」には、今、大きな期待が寄せられています。まずはその背景からご紹介します。

深刻さを増す地球の温暖化

18世紀後半の産業革命以降、人類は石炭や石油等の化石燃料をエネルギーに利用するようになりました。これにより私たちの生活は飛躍的に便利で豊かになったわけですが、化石燃料を燃やした際に出るCO2(二酸化炭素)によって、大気中のCO2濃度が急上昇します。その影響で気温や海水温も上昇し、氷河や氷床が縮小するといった「地球温暖化」が深刻さを増してきました。

世界の平均気温は、1880年から2012年の間に0.85度上昇しています(図2)。このまま気温が上昇し続けると、「高潮や沿岸部の洪水」「大都市部への内水氾濫」「食糧不足」「生態系の変化」「熱波による死亡や疾病の増加」をはじめ、あらゆる分野でリスクが増大すると予測されています。

このような環境危機に対して、世界はCO2排出削減に向けた努力を続けています。1997年、日本のリーダーシップで「京都議定書」を採択。先進国のCO2削減目標を明確にしました。2015年には京都議定書の後継となる国際的枠組「パリ協定」が採択され、「21世紀後半に温室効果ガスの排出量と吸収量のバランスをとる」などの長期目標を掲げました。パリ協定では、先進国だけでなく途上国を含めたすべての参加国にCO2排出削減の努力を求めています。地球温暖化は世界一丸となって早急に取り組まなければならない課題なのです。

<図2>上昇を続ける世界平均気温

*図出典:環境省「STOP THE 温暖化 2015」
https://www.env.go.jp/earth/ondanka/stop2015/stop2015_full.pdf

 

CO2削減につながるバイオマスの利活用

バイオマス発電は、「燃料を燃やして発電する」という仕組みは化石燃料を燃やす火力発電とほぼ同じですが、バイオマスの大元である植物は成長過程で光合成を行い、大気中のCO2を吸収します。この点が大きな違いです。光合成によるCO2吸収量は、燃焼時の排出量とほぼ同等。ライフサイクル全体で見ると大気中のCO2バランスは中立に保たれ、環境に大きな負荷は与えないと考えられています。このような特性は「カーボンニュートラル」と呼ばれ(図3)、バイオマスを利用する大きなメリットです。化石資源への依存を見直してバイオマスを利活用していくことは、CO2の排出削減の貢献となるのです。

また、バイオマスは生物が光合成して作る有機物ですから、地球上に生命がある限り失われることはありません。石油や石炭も生物が生成したものと考えられていますが、これらは何億年もの時間をかけて蓄積されたもの。人類のライフサイクルから見ると、消費し続ければ枯渇してしまいます。持続的に発展可能な社会を実現していくためにも、バイオマスの利活用は大きなカギを握っています。

<図3>カーボンニュートラル

(左図)化石燃料はCO2を排出し地球温暖化を進行させる
(右図)バイオマスは植物が光合成して大気中のCO2を吸収するため、ライフサイクル全体のCO2は増加しない

 *図出典:農林水産省「用語の解説」
 http://www.maff.go.jp/j/wpaper/w_maff/h18_h/trend/1/terminology.html

 

日本のバイオマス市場規模は拡大している

日本は国家プロジェクトとしてバイオマスの利活用を進めています。2002年から本格的に関連する法や制度の整備に取り掛かり、「バイオマス・ニッポン総合戦略」を閣議決定。バイオマスの利活用促進と地球温暖化の防止、さらに循環型社会の形成、産業の戦略的育成、農村や漁村の活性化などの実現を目標に掲げました。さらに2009年に施行された「バイオマス活用推進基本法」で、国、地方公共団体、事業者などの責務が明確化されたことを受け、関係府省が連携して、財政、技術、教育、食料、産業、交通など総合的に施策推進を行っています。

そうした流れの中、2012年に始まったのが「固定価格買取制度(FIT)」です。この制度は、バイオマスなど自然エネルギーで発電した電気を国が決めた一定の価格で買い取るよう、電力会社に義務付けたものです。自然エネルギーで発電した電気は、その他の方法で発電された電気よりも高値で買い取られることになったため、バイオマス発電にも多くの自治体や事業者が着手することとなりました。

バイオマス産業の市場規模の変化を見てみましょう(図4)。FIT導入以前の2010年は経済波及効果を含めて約1200億円規模でしたが、同制度を活用した発電を中心に市場が拡大。2015年時点で約3500億円となっています。2016年に作成された「新たなバイオマス活用推進基本計画」では、バイオマスを活用した新たな産業の創出、進展を前提に、2025年に「5000億円の市場」を実現することを目標に掲げています。

<図4>バイオマス産業の市場規模

*図出典:農林水産省「バイオマスの活用をめぐる状況」平成31年4月」
http://www.maff.go.jp/j/shokusan/biomass/pdf/meguji1.pdf