本当にカーボンニュートラル？　次世代型として注目されるバイオ燃料のメリットと課題

バイオ燃料とは、再生可能な生物資源（バイオマス資源）を原料とした燃料のことです。

燃料を燃焼する際には二酸化炭素を放出しますが、生物の成長過程で二酸化炭素を吸収しているため、大気中の二酸化炭素を増加させないカーボンニュートラルな燃料として注目されています。

それだけでなく、地域の未利用資源の有効活用や、エネルギーの多様化という側面からみても多くのメリットがあります。

バイオ燃料は現在、ガソリンや軽油、ジェット燃料、天然ガスなど化石燃料の代替として国内外で導入され始めており、2030年頃の実用化を目指した開発が進められています。

本記事では、バイオ燃料の国内外での導入状況や事例を紹介しながら、そのメリットと課題を明らかにし、今後の展望を探ります。

バイオ燃料とは

定義とメリット

まず、バイオ燃料とは、バイオマスから作られる燃料のことです。バイオマスとは、生物資源（bio）の量（mass）を示す概念であり、「化石燃料を除く動植物に由来する有機物である資源」を指します。化石燃料のような枯渇性資源を代替する非枯渇性資源として注目されています。

バイオ燃料には、以下のようなメリットや特徴があります。

1)　カーボンニュートラル

バイオ燃料は、化石燃料と同様に燃焼時に二酸化炭素を排出します。しかし原料となる植物およびそれを食べる動物は、生長する過程で二酸化炭素を吸収するため、使用時の排出量はそこで相殺され、トータルで見るとゼロとみなすことができます。[ *1], (図1)。そのため地球温暖化対策に有効なエネルギー資源です。

図1: バイオ燃料・バイオマス発電とカーボンニュートラル
出典: 国立研究開発法人 国立環境研究所環境展望台「環境技術解説　バイオマス発電」
https://tenbou.nies.go.jp/science/description/detail.php?id=2

2)　循環型社会形成・未利用資源の有効活用

木材として利用されない残材や食品廃棄物など、未利用資源の有効利用に繋がります。また、循環型社会の形成、地域活性化、新産業創出などに貢献します[ *2]。

3)　エネルギー資源の安定供給

太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーは天候に左右されやすいという特徴がありますが、バイオ燃料は天候に左右されないため、安定したエネルギー資源の供給が可能です。

これらの特徴から、バイオマスは次世代エネルギー資源としての利用が期待されています。

バイオ燃料の種類と用途

バイオ燃料としては、主に次の3つが使われています[ *3]。

1)　バイオエタノール

形状は液体で、サトウキビなどを発酵・蒸留して製造されるエタノールです。
ガソリンとの混合利用が一般的で、エタノールの混合比率によってE3（3%混合）、E10（10%混合）と表記します。

2)　バイオディーゼル

形状は液体で、菜種油などから製造されるディーゼルエンジン用燃料です。
軽油と混合して使用されるのが一般的で、こちらも混合比率によって、B5（5%混合）、B20（20%混合）などと表記されます。

3)　バイオガス

形状は気体で、家畜排泄物や食品廃棄物を発酵させたときに生じるガスから製造されます。発電や熱供給に使用することができます。
なお、バイオ燃料には様々な分類方法があり、上記の原料となるバイオマス資源の分類以外にも変換技術で分類する場合、製品用途で分類する場合もあります[ *2], (図2)。

図2: バイオマス資源の変換技術
出典: 農林水産省　バイオマス活用推進会議「バイオマスをめぐる現状と課題」(2012)
https://www.maff.go.jp/j/shokusan/biomass/b_suisin/05/attach/pdf/index-3.pdf, p.9

バイオ燃料推進の背景

世界的に低炭素から脱炭素への急速な流れがあり、日本でも菅元首相が2020年10月の所信表明演説で2050年カーボンニュートラル（温室効果ガスの排出量を2050年までに実質ゼロにする）を宣言しました。

日本では最終エネルギー消費量のうち、74%が熱、26%が電力です[ *4], (図3)。

最終エネルギー消費量とは産業部門、民生部門、運輸部門などの各部門で実際に消費されたエネルギーの総量を意味します。エネルギーは一般的に、産出されたままの形で使用される一次エネルギーと電力やガソリンのように加工・転換され使用される二次エネルギーに大別されますが、最終エネルギー消費とは、これら双方のエネルギー消費を合わせたものです[*5]。

カーボンニュートラル実現のためには、日本の最終エネルギー消費量の半分以上を占める熱利用分野において、バイオ燃料などの再生可能エネルギー熱（バイオマス、太陽熱、地中熱、地熱等）を活用することが不可欠です。

図3: 日本の最終エネルギー消費量内訳
出典: NPO法人バイオマス産業社会ネットワーク「バイオマス白書2021 再生可能エネルギー熱普及に向けて」
https://www.npobin.net/hakusho/2021/topix_02.html

海外での取り組み

次に海外におけるバイオ燃料の動向や事例を紹介します。

世界各国のバイオマスエネルギー需要

バイオ燃料は今後どれくらいの需要があるのでしょうか。

国際エネルギー機関（IEA）によると、2008年時点の一次エネルギー全体の需要に占めるバイオ燃料・バイオマスの利用割合は、世界全体で10%でした。そのうち各国の比率は米国4%、EU6%、インド26%、中国10%、ブラジル32%、日本1%でした。

さらにIEAは2008年から2035年に世界の一次エネルギー需要が36%増加する中で、バイオ燃料・バイオマスの割合が10%から11.7%に増加すると予測しています[ *6], (表1)。

表1: 世界のバイオ燃料・バイオマスの需要予測
出典: 農林水産省「バイオマスをめぐる現状と課題」
https://www.naro.affrc.go.jp/archive/nilgs/kenkyukai/files/kachikufunnyo2012_koen01.pdf ,p.16

IEAのバイオ燃料ロードマップ

IEAはバイオ燃料ロードマップを発表しています。2010年から2050年にかけて、バイオ燃料の供給量は13倍に拡大し[*6]、特に2015年以降、セルロース系エタノール、次世代バイオディーゼル、バイオジェットは大幅に増加すると予測しています。セルロース系バイオエタノールはバイオマスの非可食部であるセルロースなどを原料としたもの、バイオディーゼルは砂糖やでんぷん、植物油等のバイオマスの可食部を原料として製造されたもの、バイオジェットとは次世代バイオ燃料をジェット燃料に適用したものです[ *7], (図4)。

図4: 世界のバイオ燃料の需要予測
出典: NEDO 技術戦略研究センター「次世代バイオ燃料分野の技術戦略策定に向けて」(2017)
https://www.nedo.go.jp/content/100870191.pdf, p.5

さらにIEAはバイオ燃料普及に向けて、2011年からの10年で必要と考えられる政策案5つを紹介しています[*6]。

1)　投資家の信頼を得るための安定した長期的な政策の枠組み

2)　先進バイオ燃料技術の商業化のための財政支援メカニズム

3)　農地利用との両立を達成するための持続可能性基準の義務化

4)　財政支援とライフサイクルアセスメント（温室効果ガス50%以上）のリンク

5)　廃棄物系原料の利用促進

ドイツの政策と取り組み状況

バイオ燃料の普及のために各国で様々な政策がとられています。本記事ではドイツの事例を紹介します。

ドイツでは1991年に施行された電力供給法によって、電力会社に再生可能エネルギーによる電力の買取を義務付ける制度が導入されました。また、2000年の再生可能エネルギー法（EEG法）に基づき、基本価格と、菜種等の原料、家畜ふん尿、景観保全等のボーナスの組み合わせによる買取価格を設定しました[*6]。

これらの政策により、ドイツの再生可能エネルギーは促進され、バイオ燃料・バイオマスの導入量も増加しています[*8], (図5)。

図5: ドイツの再生可能エネルギー発電量の推移
出典: 経済産業省 自然エネルギー庁「平成３１年度 エネルギー需給構造高度化対策に関する調査等事業（海外における再生可能エネルギー政策等動向調査）調査報告書」(2020)
https://www.meti.go.jp/meti_lib/report/2019FY/000206.pdf, p.85

国内での取り組み

次に日本国内の動きについて見ていきましょう。

バイオマス活用推進基本計画と推進体制

日本では2010年に閣議決定したバイオマス基本計画に基づき、エネルギー利用を中心にバイオマス産業の市場規模が拡大しましたが、固定価格買取制度を活用した売電の取り組みに太陽光への偏りがみられました。また、売電以外の取り組みでは、経済性の確保や地域が主体となる持続的な事業モデルの確立が課題となっていました。

2016年より新たなバイオマス活用推進基本計画によってこれら課題の解決が目指されています[ *9], (図6)。

図6: 新たなバイオマス活用推進基本計画の概要
出典: 農林水産省「バイオマスの活用をめぐる状況」(2022)
https://www.maff.go.jp/j/shokusan/biomass/attach/pdf/index-13.pdf, p.8

これらの施策は、2009年のバイオマス活用推進基本法に基づいて、関係する7府省で構成される「バイオマス活用推進会議」が連携してバイオマス活用を推進しています[ *9], (図7)。

図7: バイオマス関連施策の推進体制
出典: 農林水産省「バイオマスの活用をめぐる状況」(2022)
https://www.maff.go.jp/j/shokusan/biomass/attach/pdf/index-13.pdf, p.7

事例

続いて具体的な事例を見ていきましょう。経済性の確保、地域主体の持続的な事業モデルの成功例として岐阜県高山市の取り組みを紹介します。

「飛騨高山しぶきの湯小型木質バイオマス発電所」は、地元で発生する未利用木材から製造された木質ペレットを燃料とした小規模ガス化・熱電併給（CHP：Combined Heat and Power）施設です。電力は固定価格買取制度により中部電力に売電し、熱は隣接する市営温浴施設に販売しています。木質バイオマスのガス化にあたっては、含水率10％未満等、燃料の性状条件に注意が必要ですが、燃料製造者との綿密な連携により燃料の品質を維持しつつ、センサー等を用いた運転状況の適切な監視等により、安定した連続運転を実現しています[*9], (図8)。

図8: 岐阜県高山市の事例
出典: 農林水産省「バイオマスの活用をめぐる状況」(2022)
https://www.maff.go.jp/j/shokusan/biomass/attach/pdf/index-13.pdf, p.44

解決すべき課題

バイオ燃料・バイオマス活用は次世代エネルギー資源としての利用が期待される一方で、解決すべき課題があり、自治体や環境保護団体などから提言が発表されています[ *10, *11, *12]。

代表的なものを以下に紹介します。

環境破壊・ライフサイクルGHG

バイオ燃料は、燃焼時の二酸化炭素排出がカーボンニュートラルになると言われていますが、厳密に言えば原料栽培時や燃料製造時にも温室効果ガス（GHG：Greenhouse Gas）を排出しています。この原料の栽培から最終的な燃料利用に至るまでのGHG排出量の総量を「ライフサイクルGHG」と言います[*13], (図9)。

図9: ライフサイクルGHGとは
出典: 経済産業省「バイオマス発電のライフサイクルGHGについて」 (2020)
https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/shin_energy/biomass_sus_wg/pdf/006_03_00.pdf, p.2

ライフサイクルGHG排出量の算定方法・排出基準などを示しているEUの最新制度「EU-REDⅡ」では発電用バイオマスのライフサイクルGHG評価について以下のように規定しています[*13], (図10)。

図10: ライフサイクルGHGとは
出典: 経済産業省「バイオマス発電のライフサイクルGHGについて」 (2020)
https://www.meti.go.jp/shingikai/enecho/shoene_shinene/shin_energy/biomass_sus_wg/pdf/006_03_00.pdf, p.6

食料との競合

バイオ燃料は、主に食料廃棄物などの未利用資源が利活用されている一方で、、農業需要を圧迫し、農産物需要に影響を与えています。

世界のバイオ燃料の原料は、農産物が大部分を占めており、世界全体の農産物需要におけるバイオ燃料の割合は2004年から2016年にかけてほとんどの品目で横這い、もしくは上昇しています[*14], (図11)。

図11: 世界の農産物需要におけるバイオ燃料使用量の推移
出典: 農林水産省「バイオ燃料が世界の食料需給に与える影響」(2018)
https://www.maff.go.jp/primaff/seika/pickup/2018/attach/pdf/pu18_03.pdf

こうした中、世界各国・地域では、食料競合の懸念のないバイオマス燃料を活用していく方向で検討が進められています。

日本でも国の政策として、食料競合の懸念のないバイオマス燃料の判断基準、確認方法の確立を進めています。例えば可食バイオマス種か否かについては、農林水産省が、食料需給の全般的動向、食料消費構造の変化などを把握するために作成している「食料需給表」の品目を元に判断することが検討されています[*15]。

今後の展望

次世代バイオ燃料の開発

このような原料調達に伴う環境破壊・食料問題などの課題を解決すべく、次世代バイオ燃料の研究が進められています。

次世代バイオ燃料とは、バイオ燃料を3つの世代に区分した際、食料と競合しない炭化水素系のバイオ燃料のことを指します[*16], (表2)。

表2: 次世代バイオ燃料の定義と位置づけ出典: NEDO 技術戦略研究センター「次世代バイオ燃料（バイオジェット燃料）分野の技術戦略策定に向けて」(2017)
https://www.nedo.go.jp/content/100870191.pdf, p.2

日本では、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）が「戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業」において、2030年頃の実用化を目指した次世代バイオ燃料製造技術の開発に取り組んでいます。

特に次世代バイオ燃料が有用性を発揮しやすい市場としては、ジェット燃料市場への活用が期待されています。

航空業界では、CO2排出の抜本的な削減対策として、ICAO（国際民間航空機関）が世界的な温室効果ガス排出削減制度を掲げ、低炭素化の動きが活発になっています。

バイオ燃料は、既存インフラ設備をそのまま活用する場合、ガソリン等の化石燃料に混合して利用されますが、ジェット燃料に要求される品質規格は厳しく、従来型バイオ燃料を混ぜることは認められていませんでした。

対して次世代バイオ燃焼は、既存インフラとの親和性が高く、適切に精製することで化石燃料由来の燃料とほぼ同じ燃焼特性を実現でき、ジェット燃料に混合することができます[*7]。

日本を含めた欧米先進国の民間航空会社は、2021年からICAOの制度に参加しており、次世代バイオジェット燃料への需要は、世界的に高まっています。

まとめ

本記事では、バイオ燃料の定義から国内外での導入状況や事例、メリットと課題、今後の展望について紹介しました。

バイオ燃料はカーボンニュートラルであるのは勿論のこと、循環型社会の形成や、エネルギーの安定供給・多様化という側面からみても、多くのメリットがあり、さらなる社会実装が期待されています。そのため、国内・海外で普及のための政策がとられています。

一方で、原料調達に伴う環境破壊や食料問題などの課題を意識することも重要です。利用するバイオ燃料種の判断基準を明確にすることや、次世代バイオ燃料の開発が、バイオ燃料のさらなる普及につながるでしょう。

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