木質バイオマスとは?特徴やデメリット、活用事例など徹底紹介!

地球温暖化をはじめとする気候変動に対する対策として、国内外問わずバイオマスに注目が集まっています。なかでも特に木質バイオマスは、その特徴から利用拡大が望まれています。

とはいえ、木質バイオマスという言葉に聞き馴染みがない方も多いと思います。そこで今回は、木質バイオマスの基本的な知識から原料の種類や燃料の品質規格、利用方法についても紹介していきます!

目次

バイオマスとは

木質バイオマスについて詳しく確認する前に、まずはバイオマスについて見ていきましょう。

生物資源の総称

バイオマスとは動植物などから生まれた「生物資源」の総称です。

ワンポイント

石油や石炭などの化石燃料も植物資源が変化したモノであるため、生物資源の一種ともいえますが、つくられるまでに非常に長い年月を要するため、再生可能資源としてのバイオマス資源には含まれません。

資源エネルギー庁では、バイオマス資源を種類や状態から以下のように分類しています。

バイオマスは、幅広いエネルギー利用先が特徴です。冷暖房用や産業用の熱はもとより、発電、輸送用の燃料を生み出すことができます。

これらの点は、太陽光や風力といった再生可能エネルギーとは明確に違う点といえるでしょう。

>>再生可能エネルギーについては、こちらの記事で詳しく紹介しています。

木質バイオマスとは

ここから木質バイオマスについて踏み込んで見ていきましょう。

木質バイオマスとはバイオマス資源の一種で、その名の通り、木材からなるバイオマス資源です。

木質バイオマスの中には、

  • 樹木の伐採や造材のときに発生した枝、葉などの林地残材
  • 製材工場などから発生する樹皮やのこクズ

など、様々な種類があります。

木質バイオマスの分類

農林水産所が発表した「バイオマス・ニッポン総合戦略」では、木質バイオマスを以下のように分類しています。1

  1. 「廃棄物系バイオマス」
    →本来廃棄される建築発生木材など
  2. 「未利用系バイオマス」
    →収集コストの面から放置されている林地残材など
  3. 「資源作物」
    →木質バイオマスとして利用することを目的とした植林木など
  4. 「新作物」
    →今後、より効率的なバイオマスの生産を可能にする海洋植物や遺伝子組み換え作物など

次に、木質バイオマスの具体的な特徴を紹介していきます。

木質バイオマスの特徴やメリット

木質バイオマスの大きな特徴・メリットは以下の5点が挙げられます。

  • 地球環境にやさしい
  • 資源の有効活用
  • 地域の活性化につながる
  • 貯蔵安定性が高い
  • 生産安定性が高い

それぞれ具体的に見ていきましょう。

カーボンニュートラルに貢献

木質バイオマスの原料となる樹木は、光合成によって二酸化炭素を吸収しています。これにより、エネルギー利用のため木材を燃焼すると、吸収した分の二酸化炭素が排出されてしまいます。

しかし、伐採した分の樹木が新しく更新されると、生長過程で再び二酸化炭素を吸収してくれるのです。このように、木材のエネルギー利用は、大気中の二酸化炭素濃度に影響を与えません。

つまり、日本政府も掲げているカーボンニュートラルへ大きく貢献すると言えるでしょう。

カーボンニュートラルとは

二酸化炭素をはじめとする温室効果ガスの「排出量」 から、植林、森林管理などによる「吸収量」 を差し引いて、合計を実質的にゼロにすることを意味しています。

※人為的なもの

脱炭素ポータル

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資源の有効活用

木質バイオマスは工場廃材や住宅解体材など、本来なら廃棄されるはずの木材も利用します。

そのため、木質バイオマスを利用したエネルギー利用が普及することで、循環型社会の実現にもつながります。

循環型社会

限りある資源を効率的に利用すると同時に、リサイクルなどにより循環させる社会

>>循環型社会について詳しく知りたい方はこちらもご覧ください!

デメリットを抱えるも地域活性化につながる

木質バイオマスは「発電効率が悪い」「地域一帯の電力をまかなうのは難しい」「大規模に木材を収集するのが、現状では困難」などの欠点を抱えています。

そのため、木質バイオマスを利用した大規模な設備は全国でも少なく、中小規模の設備を各地で導入するという形がほとんどです。

しかしその一方で、各地で木質バイオマス設備を運営・維持するための雇用が発生し、地域活性化につながると期待されています。

貯蔵安定性が高い

太陽光や風力などの自然を利用した再生可能エネルギーは、大きなエネルギーを生むことができる反面、自然の状況に左右されるというデメリットを抱えています。

対して木質バイオマスの原料となる木材は、化石燃料と同様に倉庫などで貯蔵でき、さらには気温の変化や多少の衝撃にも強いため、安定して保存することができます。

この特徴は、他の再生可能エネルギーにはないため、大きく異なる点といえるでしょう。

生産安定性が高い

木質バイオマスの原料となる樹木は、安定した生産が可能です。

そのため、自然を利用した再生可能エネルギーはもちろん、資源量に限界がある化石燃料と比較しても、今後の安定した供給が見込めます。

また、遺伝子組み換えを利用した樹木の品種改良も進んでいるため、将来的に見てもより期待できる事業といえるでしょう。

続いては、木質バイオマスの原料について見ていきましょう。

木質バイオマスの原料

木質バイオマスはその供給源によって5種類に分けられます。

  1. 廃材
    →建築解体材、廃パレットなど廃棄物として出てくるもの
  2. 工場残材
    →木材加工場から出てくる木くず類
  3. 林地残材
    →森林伐採に伴って発生する小径丸太など
  4. 補間伐採
    →成長量の範囲内での森林からの木材の収穫
  5. 短伐期植林木
    →成長の早いエネルギー樹木からの木材の収穫

資源としての調達コストも、おおむねこの順番で高くなっていくとされています。

日本は林地残材に移行。補間伐採への注目も

日本では、①の廃材、②の工場残材がほぼ使い尽くされて、③の林地残材に移ってきている現状と言われています。

さらに近年では、④の補間伐採の利用可能性の高さが注目されています。

林野庁の森林資源現況総括表(平成29年3月31日)によると、国内の森林面積は約250,480km²です。2

日本の陸地面積が約370,000km²であることを踏まえると、およそ60%強は森林で占めている計算になります。

こうした観点からも森林の持続可能性に注意をはらいつつ、利用可能性が期待されているのです。

⑤のエネルギー植林は、欧州の一部諸国ですでに始まっているものの、補間伐採の余地が大きい日本ではもう少し先の話になると予測されています。

では、これらの原料はどのように燃料として使用されるのでしょうか。

木質バイオマス原料はどのように使用されるのか?

木質バイオマスの原料はそのまま使用される場合もありますが、利用方法に応じて形の加工や乾燥などの前処理が必要とされるケースも少なくありません。

前処理が施された燃料は以下に分けられます。

  • チップ
  • ペレット
  • その他(おが粉、ブリケットなど)

それぞれ具体的に見ていきましょう。

薪は古来より、ストーブや暖炉の燃料として世界中で利用されてきました。他の燃料に比べて加工するコストが少なくて済むのがメリットです。

その反面、チップやペレットに比べるとかさばり、輸送コストや手間も多くかかるため、広い範囲で流通させるのには向いていません。

こうしたことから、地産地消での利用が基本となっています。

チップ

チップは簡単に言うと木材を細かくしたものです。製造方法によって、切削チップ破砕チップの二つに分けられます。

さらに細かく分類すると、切削チップには、

  • 円盤状のカッターでつくられるディスク式
  • 円筒状容器の中で切削されるドラム式
  • 複数の軸に刃を取り付けて互い利害の方向に回転させ、シュレッダーのように切削するせん断式

があります。

破砕チップはドラム式と同様に、円筒状容器に入れられた後、カッターではなくハンマーで破砕される粉砕ドラム式が挙げられます。

ペレット

日本語では「固形粒状燃料」とも呼ばれており、木材を粉砕して成形した燃料の一種です。

工業生産される固体燃料のため、同質量、体積の薪やチップに比べて含まれる水分は低い傾向にあり、小型の燃焼装置であるペレットストーブなどで利用されています。

また、木材のどの部分が原料となっているかで3種類に分類されます。

  1. 全木ペレット:葉と根を除く木全体(樹皮含む)を原料とする
  2. ホワイトペレット:樹皮を除いた木部のみを原料とする
  3. バークペレット:樹皮のみを原料とする

それぞれの違いは含まれる灰分(燃焼せずに燃えかすとして残ってしまう不純物)の量で、ホワイト、全木、バークペレットの順に多くなっていきます。

(灰分については後ほど、詳しく紹介します。)

おが粉

おが粉は林業や製材工場などから発生した残余物です。粒度も大きさも統一されていないため、従来は廃棄物として扱われていました。

現在では木質バイオマス資源として注目を集め、そのまま粉体燃料として使用されるケースが見られます。

また、圧縮して薪のように成形することで燃料として使用しやすい「オガライト」や「ブリケット」、「ペレット」などの燃料にもなります。

このように木質バイオマス燃料と言っても様々な形態があり、用途によって使い分けられています。また、同じ種類の燃料であっても、その品質によって使用できない場合があります。

では、燃料の品質として何が重要とされるのか、品質規格から見ていきましょう。

木質バイオマス燃料の品質規格

木質バイオマスの品質規格は、それぞれの燃料ごとに細かく規定されています。

以下では、木質バイオマスの品質についてよく注目される「大きさやサイズ」「水分の多さ」「灰分の多さ」について見ていきましょう。

大きさやサイズ

木質バイオマス燃料のサイズは、大きすぎない方が望ましいとされており、これは燃焼する過程に関係してきます。

燃料の燃焼過程は

加熱→ガス化→発火→炭化→赤熱→灰

と進みます。体積の大きい燃料の場合、燃焼過程はゆっくり進行するのに対し、体積の小さい燃料は速やかです。

そのため、発火までに時間がかかる体積の大きい燃料が多数を占めると、一つ一つの燃焼状態が全体へと大きく影響します。反面、チップやペレットのような比較的小さな燃料は、薪燃料を使用する場合よりも、全体の燃焼状態を安定させることができるのです。

一方で、体積が小さすぎるとその分早く燃え尽きてしまい、燃料効率も悪くなるため、適切な大きさのバイオマス燃料が求められます。

また、燃料は均一なサイズであることも望まれています。これは、ボイラーへの自動投入の基準が重量ではなく、体積で定められていることが多いためです。

水分の多さ

木質バイオマス燃料に含まれる水分量は、水分率として示されています。

直接燃焼の燃料として使用する場合であれば、基本的に水分率は低い方が好ましいとされています。なぜなら、燃料の水分を蒸発させるためにも熱が使用されており、水分率が高いほど燃焼によって得られる発熱量が低くなるためです。

一般的には燃料となる前の原木を1年以上自然乾燥させることが効果的です。

燃料の乾燥には長い期間が必要なため、早く乾燥させる技術や水分率が大きくても高い燃焼効果を発揮できる設備が求められています。

また、ボイラーによっても使用する燃料の適正な水分率が定められており、それぞれ製品によって異なります。

例えば、株式会社エンバイロテックが販売している「バイオマス貫流式蒸気ボイラ」では燃料となる木質チップの推奨条件に「水分率30%以下」を挙げています。

補足:水分率と含水率の違いは

水分率と似た言葉に含水率というものがあります。

水分率は「水分を含んだ木材にどれだけ水分が含まれているか(湿潤基準)」を示しています。

一方で、含水率は木材業界で一般的に用いられ、「乾燥した木材にどれだけの水分が含まれているか(乾燥基準)」を示しています。

言葉からは似たような意味合いを感じる方も多いと思いますが、明確に定義が異なるため混同しないよう注意が必要です。

国際的には、「湿潤基準」(水分率)が、バイオマスの計測方法として適切とされています。

灰分の多さ

灰分とは、木質バイオマス燃料に含まれるミネラルや重金属などの不純物です。

基本的に灰は燃焼しないため、同じ種類の燃料であっても灰分が多くなるほど発熱量が減少します。

また、燃料の灰分が多くなると炉内の空気穴をふさいだり、高温条件下で溶けた後燃焼室の内部に固着するといった悪影響を与えます。

この影響を取り除こうとすると、運転中止に伴う効率の減少や灰の処理費用、機器へのメンテナンス費用が増加し、最終的な運営費用がかさんでいくでしょう。

つまり、より灰分の少ない方が、木質バイオマス燃料として良質とされています。

ここまでが木質バイオマスの基本的な内容です。次からは、エネルギー転換方法とその利用先を見ていきましょう。

3種類のエネルギー転換方法と多様な利用先

木質バイオマスが、化石燃料に代わるポテンシャルを持つ資源であると言われる背景には、その多様なエネルギー変換にあります。

様々な供給源から収集された木質バイオマスは、切断、破砕、成型化などの前処理を経てエネルギー変換プロセスに投入されます。

変換のプロセスには「直接燃焼」「熱科学的変換」および「生化学的変換」の3つのコースがあり、最終的には熱、電気、輸送用燃料のいずれかにいきつきます。

それぞれのエネルギー転換方法について簡単に見ていきましょう。

直接燃焼

「直接燃焼」はその名の通り、木質バイオマスを燃焼することによって得られる熱を利用して、発電や熱利用を行うエネルギー転換方法です。

この手法は石炭や石油などの化石燃料にもみられ、長い歴史があることからも、単純明快かつ効果的な手法と言えるでしょう。

一方で、事業として行うならば、木質バイオマス燃料の比較対象は化石燃料となってしまいます。化石燃料を使用しないメリットがあるとはいえ、まったく同条件で事業を行うならば木質バイオマス燃料の性能は化石燃料には到底及びません。

そのため、効率的に運用するには、用途に適した品質の燃料を収集するなど、木質バイオマス燃料の適正化が求められるでしょう。

【ガス化】熱化学的変換

木質バイオマスのガス化とは、原料となる木材に前処理を施した後、熱分解とそれに続く各種化学反応によって、木材をガス化させる技術のことです。

生成したガスの利用先としては、

  • 再び化学反応を続けて液化させBTL燃料として利用する。
  • ガスを燃料として利用し発電を行う

などが挙げられます。

BTL燃料とはBiomass To Liquidsの略で、バイオマスをガス化し、さらに化学反応を行い液化させた燃料油です。BTL燃料は貯蔵性が高く、燃料を使用した排気ガスは、従来の軽油に比べ、粒子状物質や硫黄酸化物が少ないのが特徴です。

木質バイオマスのガス化発電に関しては、小規模なものが欧米において1,000基以上導入され、東南アジアでも盛んに開発、導入され始めているとのことです。

【液化】熱化学的変換

木材を高温で熱処理することで液化させ、木質のバイオオイルを得ることを目的としています。

熱処理の方法でも温度や圧力、触媒、酸素状態などの条件によって、精製されるバイオオイルの種類が異なります。種類によって性質が異なるため、用途に沿ったバイオオイルを精製しなければいけません。

生成したバイオオイルは液体燃料として利用したり、さらに処理を行うことで梱包材料(発泡スチロールなど)、炭素繊維、接着剤、塗料などの材料への利用も可能です。

従来のプラスチック製品は自然によって分解されにくいため、環境面から問題視されていました。対して木質バイオマスを原料としたプラスチック製品は、これまでのものと遜色ない性能を有しながらも、自然によって分解される生分解性も持ち合わせています。

>>生分解性プラスチックについて詳しく知りたい方はコチラもご覧になってみてください!

【メタン発酵】生物化学的変換

メタン発酵とは、酸素の存在しない環境下で働く細菌によって、バイオマス中の有機物を分解することにより、メタンと二酸化炭素からなるバイオガスを生成する方法です。

長い間、木質バイオマスはガスの発生量が期待できないという理由から、メタン発酵には向かないと考えられていました。

ところが、近年の研究開発により、木材を主原料としたメタン発酵の実現が可能になり、木質バイオマスの新たな利用方法として期待されています。

木材から生成されたメタンはそのまま燃焼できる気体燃料として、メタンガス燈ガスコンロなどに使用されます。

【アルコール発酵(エタノール発酵)】生物化学的変換

もともと、サトウキビやトウモロコシなどのバイオマス資源を発酵させてつくるアルコールとして、バイオエタノールは注目されてきました。

しかし、これらのバイオマス資源は食料としての用途もあるため、大量に使用するわけにもいかず、研究者の間で新たなバイオエタノールの原料が模索されていました。

そこで新たに注目されたのが、廃木材などの木質バイオマスです。

従来、農作物と比べ硬くて分解しづらい木材は、エタノール発酵の原料として適さないと考えられていました。

しかし、近年の研究開発によって商用利用できるほどの生産体系が整い、燃料用エタノールの製造元として期待されています。

次はより具体的な利用法についても見ていきましょう。

【木質バイオマスの利用方法①】熱電併給|メリット・デメリットも

木質バイオマスの利用方法には熱電併給と熱利用の2種類があげられます。

熱電併給とは発電で得られる電力だけでなく、発生した廃熱も回収して利用するシステムです。また、熱電併給コージェネレーションとも呼ばれ、発電と熱供給を同時に行うという意味の英語”Combined Heat & Power”の頭文字をとってCHPと呼ぶこともあります。

とはいえ、発電して電力を生み出すことができるにもかかわらず、なぜ発生する熱も利用する必要があるのでしょうか。

その理解を深めるためにまずは、熱電併給のメリットについて紹介していきます。

熱電併給のメリット

熱電併給のメリットは主に以下の2つです。

  • 燃料の節約
  • 低い発電力をカバー

それぞれ具体的に見ていきましょう。

燃料の節約

熱電併給という考え方自体は、木質バイオマスを利用した発電のみならず、様々な場面で有用とされています。

その理由の一つが「燃料の節約」であり、それぞれを別々に生産するやり方に比べて、15~40%程度の燃料を節約できると言われています。

従来の発電システムでは、大規模な火力発電や原子力発電で集中的に電力を生産し、広い地域に送電する方式でした。

これらの発電設備では、燃料を燃焼した際に発生する熱を利用して発電を行っています。その過程で、設備の運転効率を維持するために、40~60%程度の熱を外部に放出する必要があります。

つまり、投入した燃料の40~60%程度が無駄になっているという欠点を抱えているのです。

そのため、大規模な発電設備を抱えるのではなく、熱の需要がある場所に小型のCHPプラントを設置して、電力と発生した熱を回収したほうが、燃料のロスを小さくすることができると言えるでしょう。

低い発電力をカバー

木質バイオマスを利用した熱電併給のメリットは、木質バイオマス燃料の特性とも関係しています。

基本的に発電設備は、規模を大きくすることで効率的に運転することができ、発電量も大きくなります。

一方で、先述した通り、木質バイオマスを利用した発電設備の大規模化は難しいとされています。

こうしたことから、木質バイオマス発電では発電量が小さくならざるを得ません。

しかし、熱電併給での利用なら、熱の同時回収によって燃料効率を高くできるため、発電効率の悪さや発電量の低さといったデメリットを補うことができるのです。

熱電併用できるバイオマスの発電技術一覧

現在、日本で熱電併用目的で利用されているのは以下の8種類です。

これらの技術は、まだまだ発展途上のものが多いため成熟した技術とは言えず、実際に実用化が進んでいるのは

  • 「蒸気タービン発電」
  • 「ORC(オーガニック・ランキン・サイクル)発電」
  • 「ガスエンジン発電」

の3種類です。

そこで次では、この3つについて発電方法や熱利用について具体的に見ていきましょう。

蒸気タービン発電

蒸気タービン発電は高温、高圧の水蒸気でタービンを回して発電しており、木質バイオマスを燃料とした発電方式です。

※蒸気タービンとボイラーから構成される一連の基本サイクルから「ランキン・サイクル方式」に分類されています。

蒸気タービン方式は一般的に採用されている方式ですが、発電出力が下がると、発電効率が著しく下がるというデメリットを抱えています。しかし、発電の際に排出される廃熱を回収し利用することで、小規模でも採算の取れる運営が可能です。

一方で、設備規模が大きくなると今度は排熱量が多くなり、適切な熱利用先が見つかりにくくなるため、注意が必要です。

環境意識の高いヨーロッパでは、熱電併給での利用が基本とされていますが、日本では熱回収をしない形で蒸気タービン発電を行っている事業者も少なくありません。

今後、どれだけ熱回収も同時に行っていけるかが重要になってくるでしょう。

ORC(オーガニック・ランキン・サイクル)発電

ORC発電は蒸気タービン発電同様、ランキン・サイクル方式の発電方法です。

蒸気タービンとは異なり、熱媒として水ではなく、有機媒体(シリコンオイルなどのオーガニックなモノ)を利用しています。

メンテナンスの負担が少なく、ヨーロッパでは無人運転が行われるなど、運用負担も少ないのが特徴的です。

また、小規模であっても高い発電効率を実現でき、含水率の高い木質バイオマス燃料も使用できるため、運営のハードルも比較的低いと言えるでしょう。

日本では目立った導入事例がないため、これからの普及が期待されます。

ガスエンジン発電

木質バイオマスのガス化とは、木質チップまたはペレットを空気の少ない中で熱を加えることによって、一酸化炭素や水素などの可燃性ガスに転換する熱化学反応です。

熱を加える過程で生成したガスを、空気と反応して点火する前に取り出すことが重要とされています。

発電規模としては10~400kW程度の小さいモノがほとんどです。一方で、発電効率は20~30%と高く、発電される電気量の2~2.5倍に相当する熱の回収ができます。

発電量と熱の回収量を合わせると、燃料のエネルギー効率は70~80%という非常に高い割合を実現可能です。

発電規模も相まって、小規模な地産地消型の熱電併給設備としての運転が適しているでしょう。

【木質バイオマスの利用方法②】熱利用|メリット・デメリットも

木質バイオマス燃料は熱電併給だけでなく、熱利用単体でも燃料として利用されます。しかし、発電と同時に回収できる熱を単体のみで利用するメリットはどこにあるのでしょうか。

まずは、なぜ熱利用が注目されているのかを紹介していきます。

なぜ熱利用が注目されているのか

現在、電力供給だけでなく、熱供給の面でも化石燃料から再生可能エネルギーへの移行が求められています。しかし、従来の個別暖房や給湯を行うには石炭、石油などの化石燃料を利用することでしか供給できませんでした。

その理由として、太陽光や風力などの再生可能エネルギーでは発電は行えても、熱を回収することはできないためです。

※発電の際に発生した熱を回収する手法はいくつか見られる

そこで、熱を生み出せる再生可能エネルギーとして、木質バイオマスの熱利用が注目されているのです。

実際、日本ではエネルギーの最終消費先の半分を熱が占めており、熱需要の高さがうかがえます。

では、木質バイオマスの熱利用には、どのような機器が使用されているのでしょうか。

熱利用にどのような機器が使用されているのか

木質バイオマスの熱利用には専用のボイラーが利用されています。ボイラーは焼却炉と熱交換器で構成される装置です。

引用:木質バイオマスボイラー 導入・運用にかかわる実務テキスト p64

燃料が投入される火格子(火床)が動くものを「移動床式ボイラー」、動かないものを「固定床式ボイラ―」と呼びます。

例えば、「振動火格子」を採用している移動床式ボイラ―では、火格子を揺り動かすことで燃料と空気の反応性を高め効率化が図れます。

木質バイオマス燃料は、原料となる樹木の種類や供給先(林地残材、建築廃材など)、保管状態によって品質(形状、水分、灰分)がバラバラなため、使用する燃料に適したボイラーが採用されます。

では、より具体的にボイラーの特徴を見ていきましょう。ボイラーは使用される燃料の種類によって

  • 薪ボイラー
  • チップボイラー
  • ペレットボイラー

の3種類があげられます。

薪ボイラー

薪ボイラーはその名の通り、使用する木質バイオマス燃料に薪を採用しており、家庭用ボイラーの中でも最も主流と言えるでしょう。

薪はチップやペレットと比べても形状がバラバラなため、基本的には手動で薪を投入する必要があります。

そのため、業務用や産業用といった大規模な熱供給よりも、家庭などの小規模な熱供給を目的とした製品が多いのが特徴です。

樹種に注意

薪ボイラーは、燃料として使用する薪そのものの樹種に注意しなければいけません。

例えば、同じ針葉樹であってもヒノキよりもスギの方が燃料として優れていると言われており、それぞれの樹種によって「熱量」や「燃焼速度」「着火性」が異なります。

また、建築廃材の薪を使用する場合、廃棄方法が異なる場合があります。

というのも、建築廃材には塗料や接着剤などの処理が施されている場合があり、該当する廃材を燃焼したならば、燃焼灰を産業廃棄物として廃棄しなければいけません。

薪ボイラーは家庭用としても使用される敷居の低いものですが、効率的に運用するには工夫が必要なため、事前にいくつかの要点を調べておく必要があるでしょう。

チップボイラー

チップボイラーでは、センサによる燃料の自動投入を採用しているものが多く、施設や工場などへの熱供給を目的にした中規模のものから、地域一帯の熱利用をまかなえる大規模のものまで見られます。

これには、チップボイラーの品質が上がると導入にかかる初期費用も高くなり、効率的に費用を回収するために大量に熱供給しなければならないという事情もあります。

また、薪ボイラー同様、使用する燃料の供給先に注意が必要です。

建築廃材や産業廃棄物を原料としている破砕チップには、不純物となる土石や砂利、釘、プラスチックなどが混入する可能性があります。

その場合、ボイラーの内部を損傷させ、熱供給システムに大きな損害を与えるため、燃料の供給はより正確に行う必要があるでしょう。

ペレットボイラー

ペレットは、薪やチップに比べても世界的に規格化が進んだ木質バイオマス燃料です。

そのため、欧州にて2000年中ごろからペレットボイラーの開発が進んでおり、

  • 家庭用の小型ボイラーから施設での使用を考慮した業務用ボイラー
  • 地域一帯への熱供給を目的にした産業用ボイラー

など様々な種類が存在しています。

日本でも直接温風へと転換できる「温風ボイラー」が製造されており、主に農業用に使用されています。

日本の木質バイオマスの利用状況から見る問題点や課題

では、現在の日本における木質バイオマスの利用状況から課題や問題点について見ていきましょう。

【日本】木質バイオマスを利用した発電

経済産業省資源エネルギー庁が公表している電力調査統計表(2020年度)によると、燃料別の発電量のうち、木質バイオマスの割合は全体の1%程度でした。5

ワンポイント

正確には「バイオマス」の中に木質系以外にも、サトウキビや稲わらなどバイオマス利用を目的とした作物資源も含まれています。しかし、それらの割合は少ないため、今回は「バイオマス」の項目を木質バイオマスとして扱いました。

画像:経済産業省資源エネルギー庁「電力調査統計表(2020年度)」をもとに筆者作成

木質バイオマスを利用した発電設備自体は増えてきているものの、全体の割合としてはまだまだ少ないのが現状です。

とはいえ、木質バイオマス発電は大規模化が難しいため、一概に悪い状況であるとは言えないでしょう。

【日本】木質バイオマスを利用した熱利用

株式会社三菱総合研究所が、エネルギー管理指定工場に対してアンケート調査を実施し、産業部門における熱需要を把握した報告書を2018年に公表しました。

報告書では業種別の蒸気・温水供給における使用燃料の割合が示されています。

蒸気供給では都市ガス、重油・灯油・軽油がほとんどを占めており、温水供給においては蒸気の割合が多くを占めています。

この表では木質バイオマスは「その他」に分類されると推測されます。

もちろんアンケートの実施先に、利用していた事業主が少なかったという可能性もあるものの、熱利用における木質バイオマスの割合はまだまだ低いと言わざるを得ないでしょう。

世界の木質バイオマスの利用状況

続いて世界での木質バイオマスの利用状況について見ていきましょう。

ワンポイント

木質バイオマスに限らず、再生可能エネルギーの導入に関してはその国独自の事情が大きく影響してくるため、データだけで判断するのはやや強引かもしれません。

そのため今回は環境意識が高く、再生可能エネルギーを積極的に取り入れているEUに絞っています。

【EU】木質バイオマスを利用した発電

EUの様々な統計情報をとりまとめているEU statistics によると、2020年度における燃料別の発電量のうち、再生可能エネルギーが全体の約40%を占めていました。

再生可能エネルギーのうち、木質バイオマスの発電量割合は約8%を占めています。

画像:EU statisticsをもとに筆者作成

全体の割合に換算すると、木質バイオマスはEUの燃料別発電量に関して、約3%程度を占めている計算になります。

一見すると、あまり導入が進んでいないように感じます。しかし、木質バイオマスの発電規模の小ささや発電効率の関係を考慮すると、地産地消的な利用が進んでいると考えられます。

【EU】木質バイオマスを利用した熱利用

同じくEU statistics によると、2020年度における燃料別の熱生産のうち、再生可能エネルギーの割合が約31%を占めていました。

再生可能エネルギーのうち、木質バイオマスの熱生産の割合は約70%を占めています。

画像:EU statisticsをもとに筆者作成

全体の割合に換算すると、木質バイオマスはEUの燃料別熱生産に関して、約20%以上を占めている計算になります。

複数の加盟国によって構成されているにもかかわらず、これだけの高い割合を実現していることからも、EUにおいて木質バイオマスが普及していると分かります。

日本と世界の状況を確認したところで、実際にどのような利用事例があるのかを見ていきましょう。

【日本】木質バイオマス利用事例

ここでは、熱電併給と熱利用に分けて日本の利用事例を紹介していきます。

【燃料調達を100%国内でまかなう熱電併給】島根県津和野町

津和野町は町内の90%程度が森林に囲まれており、豊富な木質バイオマス資源に恵まれている地域です。

この特性に注目した、木質バイオマス発電事業を行っているフォレストエナジー株式会社が、国内バイオマス100%で運営する発電事業の建設工事に着手しており、2022年6月の稼働を目指しています。

発電設備に関しては、フィンランドの会社Volter Oy製の熱電併給設備「Volter 40 Indoor」を12台導入する予定と発表しています。

Volter 40 Indoorは世界中での導入実績のある熱電併給設備ですが、一つの箇所に12台導入するのは国内外問わず初めての事例です。

100%国内バイオマスを使用したバイオマス熱電併給

木質バイオマスの利用促進が望まれる中、日本では燃料の輸入量が増加していることが課題に挙げられていました。

日本は国土の70%程度が森林に囲まれており、木質バイオマス資源の豊富な国として考えられているものの、林業の衰退や人材不足の点から海外に比べて燃料の価格が高価になっています

そのため、木質バイオマスを利用した事業では国産の燃料よりも輸入品に依存する傾向にあります。

これは輸入の際に、輸送船から二酸化炭素が排出される点から、「環境への影響を小さくする」という本来の目標から逸脱していると指摘されていたのです。

その点、津和野町の木質バイオマス事業では、町と連携することで、原料の調達から燃料への加工を効率化し、国内の木質バイオマスを100%利用した事業体制を実現しています。

津和野町と同様、町内面積のうち森林が大きな割合を占めている市町村は日本に数多く存在し、そうした自治体のロールモデルになることが期待できるでしょう。

【熱利用によって限界集落を立て直す】北海道下川町

下川町は、町域の88%が森林に囲まれている町です。居住している町民のうち約50%が高齢の少子高齢化、基幹産業として機能していた林業や農業の衰退によって、町は限界集落の状態でした。

その中で、危機感を抱いた自治体職員たちによって2010年より「活性化プラン」が策定され、様々な施策に取り組んでいます。

町内公共施設への熱供給もその一つです。

下川町では、町の森林資源を燃料として熱供給を行い、燃料代の削減、その分を施設の更新費用と行政サービスの向上に費やしています。

経済産業省の発表した資料によると、2020年時点で直接的な燃料費約3,800万円の削減に成功しています。

これにより、下川町では中学生までの医療費無料、学校給食費を2割軽減を実現しました。

また、国から正式に「SDGs未来都市」や「自治体SDGsモデル事業」としても認定され、年間1,200人の視察者が訪れています。

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【世界】木質バイオマス利用事例

続いて、世界での木質バイオマスの利用事例を見ていきましょう。

【大規模な熱電併給設備によって二酸化炭素大幅削減】カナダ

本社をイタリアに構えるターボデン社は、2020年2月カナダのサスカチュワン州にて、木質バイオマスを燃料とする8,000kW級のORC発電設備を納入しました。

※ターボデン社:イタリアのORCタービンメーカー。ヨーロッパを中心にバイオマスプラント向けのORCシステムを世界各国に導入している。現在は三菱重工のグループ会社となっている。

これにより、地域全域の約5,000世帯に対して環境への影響が少ない電力供給を実現する予定です。

もし、計画が順調にいけば、今後25年にわたって二酸化炭素の排出量のうち約100万トン(※)が削減される見通しが立っています。

※自家用車約5万台が1年間に排出する二酸化炭素量に相当する

また、発電設備で発生する熱は回収され、木質バイオマス燃料を製造する施設の乾燥室や、ビルの暖房などの目的で熱供給されます。

その結果、熱供給のために使用されていた天然ガスの消費量も削減しています。

【国単位での積極的な木質バイオマス利用】オーストリア

最後に、国単位で木質バイオマスの熱利用を積極的に行っている事例を見ていきましょう。

オーストリアは国で行っている熱生産のうち、約半分が木質バイオマス燃料によって賄われています。

比較的小規模な市町村でも、木質バイオマスを利用した地域熱供給に取り組んでおり、木質チップや薪が暖房や給湯を担っています。

このような体制を実現できた背景には、オーストリア政府の政策が大きく影響しています。

オーストリアは国土面積のうち、およそ半分を森林が占めているため、林業や木質バイオマスが国の産業政策として重要視されているのです。

薪や木材チップの輸出にはじまり、それらを生産するための雇用創出も促され、GDPへの影響も大きいと言います。

また、政府が長期的な視点や目標を持っており、小規模な村に対しても、木質バイオマス利用への支援や各種制度が充実しています。

SDGsとの関係

最後に、木質バイオマスとSDGsの関係についても紹介します。

SDGsとは、2015年9月の国連サミットで加盟国の全会一致で採択された、2030年までに持続可能でよりよい世界を目指す国際目標です。

17の目標(ゴール)と、それらを達成するための具体的な指標を示している169のターゲットによって構成されています。

木質バイオマスが普及することは目標13「気候変動に具体的な対策を」の達成に深く関係します。

目標13「気候変動に具体的な対策を」

目標13では地球温暖化やそれに伴う台風、干ばつなどの気候変動への対策を目標にしています。

気候変動、特に地球温暖化は、化石燃料を利用すると発生してしまう大量の二酸化炭素が原因の一つとされています。

そのため、世界中で化石燃料から再生可能エネルギーへの代替が望まれているのです。

木質バイオマスは、太陽光や風力といった自然エネルギー同様、発電の燃料にできるというだけでなく、熱利用や輸送燃料など様々な使い道があります。

まだまだ技術や制度的に採算をとるのが難しい木質バイオマスですが、今後も研究が進められていく中で、さらなる効率化が期待できるでしょう。

木質バイオマスは、様々な場面で化石燃料への代替が可能とされているため、普及していくことで気候変動への対策につながっていくと考えられます。

>>目標13についてさらに詳しく

まとめ

木質バイオマスは他の再生可能エネルギーとは異なり、化石燃料の代替燃料としての活用が期待されています。

日本では普及に対しての課題がまだまだ残っているものの、発電・熱利用ともにさらなる利用拡大が望まれています。

今後、日本でも木質バイオマスが普及していくには、海外の事例や研究、支援制度を参考にしつつ、どのように応用できるかを考えていく必要があるでしょう。

<参考文献>
1 農林水産省 バイオマス・ニッポン総合戦略,
2 林野庁 森林資源現況総括表(平成29年3月31日現在)
3 資源エネルギー庁 火力発電の高効率化に向けた 発電効率の基準等について p9,
4 地域型バイオマスフォーラム第2回政策提言 バイオマス熱利用の本格的な普及拡大の実現に向けて
5 経済産業省資源エネルギー庁 電力調査統計表 2020年度)
6 EU statistics,

株式会社エンバイロテック バイオマス貫流式蒸気ボイラ,http://www.envirotec.co.jp/f_boiler.htm
林野庁 木質バイオマスボイラー導 入・運用にかかわる実務テキスト p35
日本木質バイオマスエネルギー協会
特集『木材を溶かす技術と利用』
https://www.ffpri.affrc.go.jp/pubs/seikasenshu/2018/documents/p26-27.pdf
https://www.jiwet.or.jp/quarterly/n001/pdf/n001-011.pdf
バイオマス発電事業の現状と課題 p3

この記事の監修者
阪口 竜也 フロムファーイースト株式会社 代表取締役 / 一般社団法人beyond SDGs japan代表理事
ナチュラルコスメブランド「みんなでみらいを」を運営。2009年 Entrepreneur of the year 2009のセミファイナリスト受賞。2014年よりカンボジアで持続型の植林「森の叡智プロジェクト」を開始。2015年パリ開催のCOP21で日本政府が森の叡智プロジェクトを発表。2017年には、日本ではじめて開催された『第一回SDGsビジネスアワード』で大賞を受賞した。著書に、「世界は自分一人から変えられる」(2017年 大和書房)