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。
バイオマス発電では、この生物資源を「直接燃焼」したり「ガス化」するなどして発電します。
近年、石炭や石油といった化石燃料による火力発電のCO2排出が問題視され、世界的に再生可能エネルギーへのシフトが加速しています。
太陽光発電や風力発電と同じく、バイオマス発電も再生可能エネルギーの一つです。
しかし太陽光と風力はイメージしやすいと思いますが、バイオマス発電と聞いても、どのように発電をするのかいまいちピンとこない人も多いかと思います。
本記事では、バイオマス発電の仕組みやメリット・デメリットについて解説させていただきます。
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仕組み
バイオマス発電の燃料としては
- 廃棄物（建築廃材、家畜糞尿、食品廃棄物など）
- 作物（サトウキビ、トウモロコシなど）
などが挙げられます。
これらの生物資源を燃やしたりガス化したりして発電を行います。
バイオマス発電は「直接燃焼」による発電と「ガス化」による発電の2つに分類することができます。
直接燃焼による発電には、石炭火力発電所における混焼方式と、小規模のバイオマス専焼ボイラを用いた方式があり、いずれもボイラで発生した蒸気でタービンを回して発電します。
ガス化による発電には、バイオマスを熱分解するガス化炉で可燃性ガスを発生させ、ボイラで燃焼させて蒸気タービンにより発電したり、ガスエンジンやガスタービンなどで発電する方式と、バイオマスや廃棄物などの発酵によってメタンガスを作り、ガスエンジンなどで発電する方式があります。
直接燃焼方式
バイオマスを直接燃焼し、熱に変換して発電する技術を直接燃焼方式と呼びます。
原料となるバイオマスをボイラで燃焼し、得られる水蒸気を蒸気タービンに送り、電力を得ます。
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で燃焼させるバイオマス専焼方式があります。
出典：バイオマスエネルギー | NEDO
ガス化方式
熱分解ガス化
熱分解ガス化による発電では、原料となる木質系バイオマスなどを前処理した後、ガス化炉に投入してガス化し、得られたガスを用いて発電する方法。
熱分解ガス化は、空気（酸素）や蒸気などのガス化剤を利用して高温下で行います。
ガス化の原料となるバイオマスには、木質系バイオマス、草本系バイオマスのほか、紙ごみなど乾燥したバイオマスが適しています。
メタン発酵
メタン発酵による発電は、微生物による嫌気性発酵によって有機物を分解し、その過程で発生するCH4などを、ボイラ設備、発電設備に供給して発電する技術。
原料となるバイオマスを受け入れた後、前処理設備で不純物を取り除き、メタン発酵槽に投入することによって、メタンを主成分とするバイオガスが発生します。
発生したバイオガスは、ガスホルダに蓄えられた後、ガスエンジンによるコージェネレーション発電が行われ、熱交換器を通して温水利用（熱利用）に供されます。
出典：バイオマスエネルギー | NEDO
メリット
クリーンエネルギー
バイオマス発電は発電時にCO2を排出します。
しかし化石燃料を燃やす火力発電と大きく異なるのは、カーボンニュートラルであるという点です。
バイオマス資源の植物が成長過程で光合成をし、大気中からCO2を吸収しているからです。
ですから、バイオマス発電によってCO2が排出されても、大気中の二酸化炭素は増加していないというわけです。
再生可能エネルギー
火力発電でつかわれる石炭や石油といった化石燃料は、地球上に存在する数に限りがあります。
エネルギーとして人間が使い続ければ、いつか枯渇することになるでしょう。
しかしバイオマス発電は植物などの生物資源を用いるため、枯渇することがありません。
サーキュラーエコノミー
バイオマス発電は廃棄物の有効活用をすることができるため、サーキュラーエコノミー（循環経済）の実現に大きく貢献します。
安定発電が可能
太陽光発電は日照時間に、風力発電は風の吹く強さによって発電量が左右されます。
一方、バイオマス発電は天候や季節の影響を受けることがなく、安定して発電することが可能です。
エネルギー自給率の向上
日本のエネルギー自給率は非常に低く、約9.6%しかありません。
石油、石炭、天然ガス、ウランなど、すべて輸入に頼っています。
一方、バイオマス発電は自国でエネルギー資源を調達することが可能です。
そのため、エネルギー自給率の向上に繋がります。
デメリット
輸入依存
バイオマス発電の原料の国内調達割合は、一般木材やバイオマス液体燃料でたった24%しかありません。
残りの76%は輸入由来の原料を使用しています。1
森林・林業基本計画により国内で間伐採できる木材量に制限があるため、輸入依存度が高いのが現状です。
資源の分散
石油や石炭は埋蔵されている場所が限定的です。
そのため、採掘する場所さえ分かっていれば安定して資源を入手することが可能です。
しかしバイオマス資源は、広く薄く点在しているため、収集や運搬にコストがかかります。
さらに光合成により成長する時間を要するため、資源を入手するのに時間がかかります。
食料と競合
サトウキビやトウモロコシといった作物系のバイオマス資源は、食料生産との競合が懸念されます。
可食部ではなく非可食部を利用すれば競合しないため、非可食部の活用が期待されています。
最後に
バイオマス発電は、太陽光や風力といった自然エネルギーとは異なり、燃料の調達コストがかかります。
この調達コストバイオマス発電普及の足かせとなっているのが現状で、バイオマス関連施設の多くが赤字など厳しい状況にあります。
また、燃料として使う木材の多くを国内ではなく海外から調達しているのも問題です。
輸送距離が長いと、それだけ排出するCO2量が増えるため、カーボンニュートラルとは言えないからです。
ただ、課題があるのは太陽光も風力も同じことです。
いずれにしてもこれ以上火力発電に頼ることは出来ないわけですから、バイオマス発電も課題を解消して普及させる必要があります。
今後、日本はどのようにバイオマス発電と向き合っていくのか注目したいと思います。
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【参照】
・バイオマス発電 | 経済産業省
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