ゴミをエネルギーに変える 廃棄物発電の技術進化

ゴミをエネルギーに変える 廃棄物発電の技術進化

廃棄物発電とは、燃えるごみを焼却する際の熱を利用した発電方法です。ごみを焼却する熱を有効利用できるだけでなく、エネルギー資源に乏しい日本でも安定した電力を供給できることが期待されています。自然エネルギーにおける供給の不安定さを補うエネルギーとして今、廃棄物発電の技術進化が進められています。

廃棄物発電とは 〜導入の背景とメリット〜

まず初めこの記事で取り扱う廃棄物発電とは燃えるごみなどの廃棄物をエネルギーとして利用する発電方法の総称です。日本国内では、燃えるごみ以外にもプラスチックなどの燃えないゴミを焼却する「サーマルリサイクル」と呼ばれる熱回収も行っています。しかし、サーマルリサイクルは日本独自のもので、海外ではリサイクルや再生可能エネルギーとはみなされていません。サーマルリサイクルにあたる手法は、海外ではサーマルリカバリー、エネルギーリカバリーなどど呼ばれ、あくまで熱回収であって資源を循環させるリサイクルとしては認められていません。

廃棄物発電は、自然エネルギーのひとつであるバイオマス発電に分類されます。廃棄物の種類や質によってさまざまな方法がありますが、廃棄物を焼却する際に発生する熱を利用してボイラーで蒸気を作り出し、発電機のタービンを回す発電方法が一般的です。

 

図1 廃棄物発電の原理
*出典1:一般社団法人 日本環境衛生センター「今後のごみ発電のあり方について」(2014)
https://www.jesc.or.jp/Portals/0/images/activity/pdf/gomihatsuden_houkokusyo.pdf p5

 

廃棄物発電は廃棄物の再利用や減少に繋がり、熱回収をすることでエネルギーの有効利用をすることができます。発電に必要な石油や石炭などの化石燃料の消費量削減になるため、環境負荷の低減やエネルギー自給率を上げることにもつながります。

廃棄物発電も含まれるバイオマス資源を燃料とした発電は、京都議定書においてはCO2を排出しないものとされています。

 

図2 廃棄物の排出量削減と温室効果ガス排出量の関係
*出典2:環境省「平成18年版循環型社会白書 第2章 第3節循環型社会の形成と地球環境問題」(2006)
https://www.env.go.jp/policy/hakusyo/junkan/h18/html/jh0601020300.html

 

図2に示すように廃棄物の処理に関しては、発電によるエネルギー代替以外にも廃棄物発生抑制・再利用・再使用によって焼却や埋め立てが原因の温室効果ガスを削減することを目指しています。廃棄物発電は、どうしても焼却処理しなくてはならない際に、そこで発生するエネルギーを無駄にしなためのものであり、ゴミを減らそうとする意識がいずれにせよ大切です。

次に、廃棄物発電が導入されるようになった背景についてみていきましょう。
廃棄物発電導入の背景にあるのは、大規模焼却施設の増加、ゴミの埋め立て問題やダイオキシン、地球温暖化などの環境問題です。最初のきっかけは1970年代の二度のオイルショックによって、石油に代わる新たなエネルギー源として注目されたことです。その後、発電施設を備えた大規模焼却施設の建設が進んだことや、焼却施設に余熱利用設備を導入する場合に補助金が交付されるようになり導入が促進されました。
さらに導入を後押ししたのは2003年に施行された「電気事業者による新エネルギー利用等利用に関する特別措置法(RPS法)」です。
RPS法では、新エネルギー等の普及を図るために電気事業者に対して新エネルギーの利用を義務づけています。この制度において、廃棄物発電のバイオマス性廃棄物に関しては新エネルギーと認定されています。

さらに、2011年に発生した東日本大震災により、日本のエネルギー事情も大きく変わってきています。現在は化石燃料を使用した火力発電に頼った状況が続いていることから、エネルギー構成の見直しが求められています。電力の安定供給と環境保護を両方を実現する日本の新しい電源構成を検討するうえで、新エネルギーの一つである廃棄物発電の導入拡大も期待されています。
また、震災後の2012年には再生可能エネルギーの固定価格買取制度が施行されています。固定買取制度では、廃棄物発電の設備も対象になっています。なお、廃棄物発電のなかで固定買取制度の対象となるのは、バイオマス分のみです。

 

図3 我が国の電源構成の推移と見通し
*出典3:環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課「廃棄物エネルギー利用高度化マニュアル」(2017) p2
http://www.env.go.jp/recycle/waste/lc_manual/kodokamanyuaru.pdf

 

図3は、環境省が作成した2030年度までの電源構成の推移と長期見通しです。2030年までに再生可能エネルギーの割合を13.4〜14.4%を増やし、石炭や石油などの化石燃料の割合を減らすことを目標としています。廃棄物発電は化石燃料の割合を減らすことだけでなく、地産地消が可能なエネルギーとして期待されています。廃棄物を有効に活用することで、エネルギー資源が乏しい日本においてエネルギー自給率を上げることにもつながります。

海外での廃棄物発電と先進事例

日本では1990年代後半から徐々に普及が始まった廃棄物発電ですが、海外ではどのような位置付けになっているのでしょうか。
まずは主要国の廃棄物発電導入の比較をみてみましょう。
以下の図を見てもわかる通り、廃棄物発電が最も進んでいるのは米国、日本、そしてドイツと続きます。

 

図4 主要国廃棄物発電導入状況比較
*出典4:NEDO 「高効率廃棄物発電技術開発 周辺動向調査」(2002)p19
https://www.nedo.go.jp/content/100087254.pdf

 

次にプラントごとの平均発電容量を比較したのが以下の図になります。日本は小型分散型なのに対して、欧米諸国は大型の廃棄物発電施設を有していることがわかります。市町村規模で廃棄物の処理を行う日本とは異なり、欧米諸国では大規模な発電施設を有していることから発電容量の平均が高いのです。

 

図5 国別平均発電容量比較
*出典4:NEDO 「高効率廃棄物発電技術開発 周辺動向調査」(2002)p20
https://www.nedo.go.jp/content/100087254.pdf

 

欧州では環境問題やリサイクルへの意識も高いことから、廃棄物発電の導入が早くから進められてきました。
導入が進んだ大きなきっかけとして1999年に策定された埋立禁止令があります。埋立禁止令によって廃棄物の埋め立てが厳しく規制されるようになりました。これを機に熱回収やリサイクルへの転換が進みドイツやオランダなどの都市で熱エネルギー回収設備を備えた廃棄物発電施設の建設が進みました。

さらにこれらの発電施設は高効率なごみ発電をするだけでなく、周辺地域を含む広域処理の体制をとっていて、相互に廃棄物のやりとりをおこなっています。ドイツでは焼却施設を持たない自治体は、どの焼却施設で処理するのかを選ぶことができます。この広域処理の体制によって、廃棄物発電の実績が高くなっています。また、施設の点検や故障時などは他の施設と協力して運用を行っています。

表1はEU諸国における2011年と2012年の都市廃棄物からの発電量です。

 

表1 EU諸国における都市廃棄物(再生可能)からの発電量(単位:GWh)
*出典5:国立国会図書館 調査及び立法考査局「廃棄物発電の現状と課題」 鈴木良典(2014)p49
https://dl.ndl.go.jp/view/download/digidepo_8656396_po_076003.pdf?contentNo=1

 

表1を見ると、発電量が上位のドイツ、イギリス、フランス、オランダなど廃棄物発電が多く導入されていることがわかります。。施設建設だけでなく、廃棄物発電の固定価格買取制度や補助制度を導入している国も多く、さまざまな支援策が廃棄物発電の運用を後押ししています。さらに、廃棄物発電の騒音防止や排ガス濃度などの情報公開に力を入れることで、周辺住民への理解や協力を得るための努力を進めています。

米国では、1973年に発生したオイルショックをきっかけに欧州の廃棄物発電技術を取り入れながら廃棄物発電が広まりました。米国はおよそ31もの州でRPS制度や固定買取制度などを導入することで、廃棄物発電の導入を支援しています。
表2は、米国連邦政府が行っている再生可能エネルギー推進のうち、廃棄物発電が支援の対象となっている施策です。

 

表2 廃棄物発電を対象に含む主な連邦政府の再生可能エネルギー支援策
*出典5:国立国会図書館 調査及び立法考査局「廃棄物発電の現状と課題」 鈴木良典(2014)p48
https://dl.ndl.go.jp/view/download/digidepo_8656396_po_076003.pdf?contentNo=1

 

次に紹介するのは、日本の廃棄物発電技術の海外展開です。日本では廃棄物発電の技術普及をめざしてアジア諸国での実証事業や人材育成事業をおこなっています。

アジア諸国への海外展開の中でもベトナムでの実証事業について紹介します。
ベトナムは経済成長や人口増加に伴い、廃棄物の排出量が増え埋め立てや環境汚染などの環境問題が深刻化しています。さらに経済成長を支えるための電力供給量不足も懸念されており、これら両方の問題解決に寄与する廃棄物発電に注目が高まっています。
それらを受けて、2012年から2017年にかけてベトナムと日本の官民が連携して廃棄物発電実証事業を行いました。
この実証事業では、近郊から集められた廃棄物を焼却処理するためにハノイ市近郊に廃棄物焼却発電プラントを建設しました。焼却と同時に熱回収と発電を行い、発電したエネルギーは外部系統に供給されます。

 

図6 再生可能エネルギー/廃棄物発電の制度形成・技術普及に向けた取組
*出典6:経済産業省 資源エネルギー庁 「再生可能エネルギー/廃棄物発電の海外展開について」p8
https://www.env.go.jp/recycle/circul/venous_industry/pdf/symposium/02.pdf

 

この実証事業では、日本のダイオキシン排出基準をクリアする廃棄物発電に成功しています。日本とは気候や生活環境が異なる国においても、日本の廃棄物発電の技術を活かすことができると証明されました。
このように世界規模で廃棄物発電が普及すれば、ゴミ処理や埋め立て、地球温暖化などを含む環境問題の緩和に貢献することができます。

日本の廃棄物発電の歴史と現状

次に日本の廃棄物発電について、廃棄物処理の歴史を紐解きながら解説していきましょう。

日本では1960年代の高度経済成長期をきっかけに廃棄物量の急増や焼却処理に伴う公害問題が顕在化しました。これらの解決のために、ゴミの分別収集や廃棄物処理施設の処理能力の向上に努めていきました。
しかし2000年代に突入しても生産活動や消費増大は拡大の一途をたどり、さらにペットボトルの普及などで廃棄物は量だけでなく種類の複雑化が進みました。

図7は1955年から2011年までの廃棄物排出量の推移です。この図を見るとわかる通り、2005年以降はリサイクル法や循環基本法などの法整備、一般社会への分別回収やリサイクル意識の浸透などから排出量が減少していることがわかります。

 

図7 廃棄物総排出量の推移
*出典7:環境省 「日本の廃棄物処理の歴史と現状」(2014)p15
https://www.env.go.jp/recycle/circul/venous_industry/ja/history.pdf

 

このように日本国内では2000年代以降、大量消費、大量廃棄からの脱却をはかり、発生抑制(Reduce)再使用(Reuse)再生利用(Recycle)という3Rの考え方が広まりました。
3Rを推進しつつも現実問題として焼却処理はゼロにはなりません。この焼却処理の際に生まれるエネルギーを無駄にしないために欠かせないのが廃棄物発電です。
では、現在国内での廃棄物発電の状況はどうなっているのでしょう。2015年時点での発電施設数は348施設、総発電能力は1,934MWです。

図8 廃棄物発電施設数と総発電能力の推移(平成9〜27年度)
*出典3:環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課「廃棄物エネルギー利用高度化マニュアル」(2017) p2
http://www.env.go.jp/recycle/waste/lc_manual/kodokamanyuaru.pdf

 

廃棄物施設の発電設備は焼却方式、ガス化融解方式のどちらも増加傾向にありますが、日本国内は自治体ごとに廃棄物を処理することになっていることから小規模な施設が多くなっています。
そのため課題となっているのが発電効率ですが、図9を見てもわかる通り少しずつ効率化が進んでおり、今後より高効率化を目指しています。

 

図9 ごみ焼却施設の発電効率の推移
*出典3:環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課「廃棄物エネルギー利用高度化マニュアル」(2017) p4
http://www.env.go.jp/recycle/waste/lc_manual/kodokamanyuaru.pdf

 

廃棄物発電で発電したエネルギーは固定買取制度の影響もあり、主に電力会社に売電されていますが、今後はスマートグリッドなどを利用したエネルギーの地産地消も期待されています。また廃棄物焼却の熱利用は発電だけではありません。プールや温泉施設、リサイクル施設などの住民に還元できる施設に利用されています。

 

図10 外部熱供給先の内訳(左:箇所数割合 右:供給量割合)
*出典3:環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課「廃棄物エネルギー利用高度化マニュアル」(2017) p5
http://www.env.go.jp/recycle/waste/lc_manual/kodokamanyuaru.pdf

 

日本では廃棄物処理を自治体ごとに実施していることから、廃棄物発電は地域コミュニティに根ざした発電方法と言えるでしょう。廃棄物エネルギーを有効利用することで、地域活性化や発電や熱利用による地域への還元が期待されています。

これからの廃棄物発電の姿

現在の日本では、廃棄物発電施設の高効率化を目指しています。2013年に閣議決定された「廃棄物処理施設整備計画」においても、廃棄物発電の導入に関しては設備数や発電容量の拡大よりも、発電効率をあげることを目標としています。これは廃棄物排出量が微増にとどまっていることや、廃棄物処理の広域化などが背景にあります。

今後の廃棄物発電の方向性として、先ほどもふれたように地域のエネルギー拠点としての利用が期待されています。廃棄物発電を市役所や体育館などの地域の防災拠点に専用線で連係することで、大規模停電などが起こった際に非常用電源とする構想もあります。

将来的には、自治体の枠組みを超えたネットワークを構築することで、より効率的に活用することを目標としています。

図11 ごみ発電のさらなる高度化利用
*出典1:一般社団法人 日本環境衛生センター「今後のごみ発電のあり方について」(2014)
https://www.jesc.or.jp/Portals/0/images/activity/pdf/gomihatsuden_houkokusyo.pdf p3

 

日本国内では廃棄物発電を利用した自治体でのさまざま検討や取り組みが行われています。

まず、紹介するのは多摩地域において検討されている廃棄物発電ネットワーク化事業です。多摩地域では発電設備を有する約10設備の廃棄物処理施設のネットワークを構築した電力需給管理を検証しています。
この取り組みでは、廃棄物発電施設がある自治体と公共施設などの需要先の自治体が異なる場合においてのネットワーク構築をポイントとなっています。

 

図12 多摩地域おにおける廃棄物発電ネットワーク化事業のイメージ
*出典8:環境省 「平成29年度多摩地域における廃棄物発電のネットワーク化に関する実現可能性調査委託業務報告書」(2018)p1-15
http://www.env.go.jp/recycle/report/h30-10.pdf

 

次に紹介するのは、栃木県宇都宮市の廃棄物発電を含む新エネルギーを利用した地域の電力ネットワーク事業の構想です。
この事業では、宇都宮市の廃棄物発電のエネルギーを利用してLRTや公共施設に供給し、その収益を地域の低炭素化に還元するというものです。LRTとは、栃木県宇都宮市を走る次世代型路面電車のことです。収益として還元することで公共交通ネットワークの低炭素化、固定買取制度からの脱却を目指します。

 

図13 栃木県宇都宮市 地域新電力を活用した低炭素促進事業のイメージ
*出典9:環境省 「栃木県/宇都宮市 地域新電力を活用した低炭素化促進事業」
https://www.env.go.jp/policy/local_re/resilience/mat02.pdf

 

このように、日本のさまざま自治体において廃棄物発電を活用した新たな電力コミュニティの構想が進んでいます。

廃棄物発電は地域の電力ネットワーク形成において重要な役割を担っています。焼却処理をしなければならないゴミをエネルギーに変えることで、エネルギーを有効利用し地域のコミュニティにも新たな可能性をもたらします。

しかしごみの埋立問題や環境問題への根本的な解決としては焼却するごみを減らすことが第一です。3R(発生抑制(Reduce)再使用(Reuse)再生利用(Recycle))のなかでも特にReduceへの働きかけに力をいれていくこと、わたしたち一人一人がごみを減らす工夫や取り組みをすることが重要なのです。

引用・参考サイト一覧
  1. 一般社団法人 日本環境衛生センター「今後のごみ発電のあり方について」(2014)
    https://www.jesc.or.jp/Portals/0/images/activity/pdf/gomihatsuden_houkokusyo.pdf
  2. 環境省「平成18年版循環型社会白書 第2章 第3節循環型社会の形成と地球環境問題」(2006)
    https://www.env.go.jp/policy/hakusyo/junkan/h18/html/jh0601020300.html
  3. 環境省大臣官房廃棄物・リサイクル対策部廃棄物対策課「廃棄物エネルギー利用高度化マニュアル」(2017)
    http://www.env.go.jp/recycle/waste/lc_manual/kodokamanyuaru.pdf
  4. NEDO 「高効率廃棄物発電技術開発 周辺動向調査」(2002)p19
    https://www.nedo.go.jp/content/100087254.pdf
  5. 国立国会図書館 調査及び立法考査局「廃棄物発電の現状と課題」 鈴木良典(2014)
    https://dl.ndl.go.jp/view/download/digidepo_8656396_po_076003.pdf?contentNo=1
  6. 経済産業省 資源エネルギー庁 「再生可能エネルギー/廃棄物発電の海外展開について
    https://www.env.go.jp/recycle/circul/venous_industry/pdf/symposium/02.pdf
  7. 環境省 「日本の廃棄物処理の歴史と現状」(2014)
    https://www.env.go.jp/recycle/circul/venous_industry/ja/history.pdf
  8. 環境省 「平成29年度多摩地域における廃棄物発電のネットワーク化に関する実現可能性調査委託業務報告書」(2018)
    http://www.env.go.jp/recycle/report/h30-10.pdf
  9. 環境省 「栃木県/宇都宮市 地域新電力を活用した低炭素化促進事業」
    https://www.env.go.jp/policy/local_re/resilience/mat02.pdf
  10. 国立環境研究所 環境展望台HP 「環境技術解説 廃棄物発電」
    http://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=72
  11. 環境省 欧州の先進的事例の紹介
    https://www.env.go.jp/recycle/misc/he-wge_facil/ref5.pdf
  12. 環境省 国内外における廃棄物処理技術調査業務報告書 (2011)
    https://www.env.go.jp/recycle/report/h24-03.pdf

国立環境研究所 環境展望台HP 「環境技術解説 廃棄物発電」
http://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=72

国立環境研究所 環境展望台HP 「環境技術解説 廃棄物発電」
http://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=72

 

Photo by Paweł Czerwiński on Unsplash