バイオマス発電とは？ メリットやデメリット、仕組みを解説！

バイオマス発電とは、農業残渣や建築廃材などの「バイオマス」を用いた発電方法のことです。

しかしながら、「エコな発電方法」「地球にやさしい電力をつくる」などのイメージは持っていても、仕組みやメリット・デメリット、普及の状況まではよく知らないという方も多いのではないでしょうか。

バイオマス発電は、カーボンニュートラルでありエコな発電方法ですが、普及が進まないデメリットも存在します。

本記事では、バイオマス発電の特徴や、メリット・デメリットを簡単に解説します。仕組みや現状を知り、今後どのように普及・拡大が進められるのかを見ていきましょう。

バイオマス発電とは？

バイオマス発電は、農業残渣や建築廃材、家畜の排せつ物など、動植物由来の生物資源を燃料として利用し、電力を生み出す発電方法です。

これらの生物資源は、主に焼却やガス化、微生物による発酵によりエネルギーに変換されます。発電時は化石燃料と同様にCO2を排出しますが、そのCO2は植物が吸収して再度バイオマスを生産するため、バイオマス発電はカーボンニュートラルといえます。

カーボンニュートラルとは、温室効果ガスの排出量と吸収量が釣り合っている状態のことです。バイオマス発電では、発電時に排出されるCO2が、成長過程に大気中から吸収されるCO2と相殺されます。

バイオマス発電はカーボンニュートラルという特徴を持つため、環境への影響が少ない持続可能な再生可能エネルギーの一種として注目されています。また、廃棄物の有効活用や循環型社会の構築にも寄与し、環境負荷を軽減できる点も魅力です。

さらに、地域で発生する農業残渣や林産廃材を活用することで、燃料の地産地消が可能となり、地域活性化にもつながります。このように、バイオマス発電は環境面だけでなく経済面でも多様なメリットを持つことから、国内外で導入が進められています。

バイオマス発電の方法と仕組み

バイオマス発電にはさまざまな発電方法があり、それぞれ仕組みも異なります。本記事では、以下の3つの発電方法を解説します。

1. 直接燃焼

直接燃焼は、バイオマスを燃料としてそのまま燃焼させ、蒸気を発生させて蒸気タービンを回す発電方法です。

原料には、木材チップやバーク（樹皮）、サトウキビの搾りかすであるバガス、下水汚泥など、さまざまな固形バイオマスが利用されます。燃焼の仕組みは石炭や石油を用いる火力発電に似ており、焼却炉を使用して発電されます。

直接燃焼は、化石燃料を用いた発電方法と似た方法を取るため技術が確立しており、比較的安定した発電が可能です。ただし、燃料の形状や水分含有率に合わせて燃焼を制御する必要があります。また、燃焼時に発生する有害物質を除去するための設備投資が必要です。

直接燃焼は、大規模な施設での導入や地域の農業ごみの処理に適しており、既存の火力発電に用いられる技術を応用できるため導入しやすい利点があります。

2. 熱分解・ガス化

熱分解・ガス化は、酸素を制限した環境下でバイオマスを加熱してガスに変換し、ガスエンジンやガスタービンを動かして発電する方法です。原料には、木材チップやペレット、食品残渣などが利用されます。

熱分解・ガス化は、直接燃焼に比べて燃焼効率が高いという特徴があります。さらに、燃焼時に発生する有害物質が少なく、環境にやさしい発電方法です。小規模な設備でも高い発電効率を実現できるため、燃料となる木材の収集が困難な地域でも効率よく電力を生み出せます。

3. 生物化学的ガス化

生物化学的ガス化は、微生物の働きを利用してエネルギーを生み出す発電方法です。代表的な発電方法にはメタン発酵があり、嫌気性発酵の過程で発生するメタンを利用します。原料には、食品残渣や家畜の排せつ物、下水などが使用されます。

生物化学的ガス化は、含水率の高い燃料を使用できる特徴があります。燃料として、含水率が90%を超える下水やし尿などが利用可能です。

一方で、廃棄物の成分によって発酵の進行が遅くなったり、発酵液や発酵残渣が発生したりします。また、燃料の収集や運搬にコストがかかり、化石燃料を使用した発電方法よりも高コストになりやすいという問題もあります。

バイオマス発電の3つのメリット

バイオマス発電には、以下のようなメリットがあります。

1. 環境負荷が低い

バイオマス発電は、カーボンニュートラルな発電方法であるため、環境への負荷が低いというメリットがあります。燃焼や発酵により、発電時にはCO2が排出されますが、バイオマスの生育過程で大気からCO2を吸収するため、長期的にCO2の増加を抑えることが可能です。

しかし、発電時だけでなく、燃料の収集や運搬、加工、などの発電プロセスでも温室効果ガスが排出されます。

特に、燃料の輸送距離が長い場合や加工の工程が多い場合は、温室効果ガスの排出量が増加するため、バイオマス発電をしたからといって環境負荷は必ずしも小さくなるわけではありません。

環境負荷を最小に抑えるためには、地元で調達した燃料を使用し、発電施設の効率を上げる工夫が必要です。

2. 廃棄物や排せつ物を処理できる

バイオマス発電では、廃棄物や動植物の排せつ物を燃料に使用することが可能です。これにより、可燃ごみや事業で生じた廃材を処理しながら、発電もできます。

バイオマス発電の燃料として活用できる例として、都市部で発生する食品残渣や下水、農村地域で発生する廃材や家畜の排せつ物が挙げられます。これらの資源を有効利用することで、廃棄物の処理コストや環境負荷の低減が可能です。

また、廃棄物をエネルギー資源として再生利用するのは、循環型社会の実現や埋立処分場の不足などの解決策としても注目されています。

3. 発電量を調節しやすい

バイオマス発電は、太陽光や風力発電とは異なり、天候に左右されずに発電できます。生物資源は計画的に収集・貯蔵・供給できるため、需要に応じた電力供給が可能です。

たとえば、太陽光発電による発電量は日照時間や気象条件に依存し、風力発電も風量に左右されます。このように再生可能エネルギーの生産は、天候に左右されやすいという弱点があるのです。一方でバイオマス発電は、燃料を適切に調整することで出力を容易に調節できます。

バイオマス発電の3つのデメリット・課題

バイオマス発電は、カーボンニュートラルな地球にやさしい発電方法ですが、以下のようなデメリットや課題も抱えています。

1. エネルギー変換効率が低い

バイオマス発電のエネルギー変換効率は約30％と高くはありません。30%という値は、他の再生可能エネルギーの中でも高いとはいえない水準です。

効率が低い原因として、バイオマス燃料の不均一性や燃焼プロセスの熱損失などが挙げられます。これらの課題を技術的に解決することでさらに効率向上が期待されています。

しかし、発電時に発生する排熱を熱として活用するシステムを用いると、全体の利用効率を60％程度まで向上できます。技術進歩により発電方法は向上しているため、将来的にはバイオマス発電でも高い効率で発電できるシステムが構築される可能性はあります。

2. 発電コストが高い

バイオマス発電は、燃料や運搬費が高額な場合があり、現在主流の発電方法よりも発電コストが高い傾向があります。

燃料の価格は地域や調達方法によって差が大きく、バイオマスが多く生産される地域での調達が重要です。また、燃料の品質や供給の安定性を確保するコストも無視できません。また、燃焼設備やガス化装置などの機器もそろえる必要があるため、高額な初期投資もかかります。

さらに、発電に適した燃料にするためには、備蓄のための施設や品質管理のための設備投資も必要です。たとえば、燃料の水分含有率を調節するには、乾燥加工や選別のためのコストがかかります。

これらの理由から、他の再生可能エネルギーよりも発電コストは高めであり、経済性の改善が求められています。現状は、政府の補助金や固定価格買取制度（FIT）などの補助が普及のために重要です。

バイオマス発電の活用方法・導入事例

日本国内では、地域で発生する木材や食品残渣、家畜の排せつ物を燃料としたバイオマス発電が行われています。地域の産業や特色を活かした発電方法を取ることが一般的です。

大分県では、地域の主要な産業となっている林業や製材業で発生する間伐材や木くずを利用して発電しています。

加えて、発電の過程で発生する熱を排温水にして、園芸ハウスに安価で提供するなど、熱を有効活用する施策も取られています。発電するだけでなく、排熱を利用して地域にも貢献する事例です。

また、岩手県には、飼育する牛の排せつ物を発酵させた際に出るメタンガスを使用して発電する牧場があります。燃料である牛の排せつ物は牧場内で確保でき、生産した電力や熱はプラントの稼働に充てられるため、燃料の調達から発電、消費までの流れにムダがありません。

出典：経済産業省 資源エネルギー庁「バイオマス発電」

バイオマス発電の現状・将来性

日本政府は、2030年の再生可能エネルギーの比率を電源構成の36～38％に引き上げ、そのうち約5％にあたる800万kWをバイオマス発電が担う目標を設定しています。

2023年12月末時点でのバイオマス発電の導入容量は約740万kWに達しており、2030年には達成の可能性が高いといえます。

バイオマス発電の普及・拡大には、燃料調達の効率化や発電コストの低減が必要です。低コスト化に向けては、発電方法の改良や設備の低価格化が進められています。

また、政府の補助や政策もバイオマス発電の普及には欠かせません。現状、バイオマス発電の導入自体が進んでいないため、設備が高額な傾向にあります。政府の補助により導入が進めば、設備の低価格化が進み、普及しやすくなると考えられます。

出典：経済産業省「エネルギー基本計画の概要」「再生可能エネルギーの導入状況」

バイオマス発電にはメリット・デメリットどちらもある

バイオマス発電は、カーボンニュートラルで廃棄物の有効利用が可能であり、安定した発電量の調節ができるなど多くのメリットがあります。

一方で、エネルギー変換効率が約30％と再生可能エネルギーの中でも低いことや、燃料の調達・加工・運搬にコストがかかるという課題もあります。

このような課題を解決するには、技術革新による発電効率の向上や低コスト化、地域に根ざした燃料供給体制の構築が不可欠です。

アスグリ編集部

株式会社ＧＲＩＴＺ

運営元である株式会社GRITZは、野立て太陽光発電所を土地取得－開発－販売まで自社で行っています。自然環境に影響が出ないように、耕作されていない農地（休耕地）に野立て建設しています。自然エネルギーの普及は、脱炭素社会を目指すうえでは欠かせません。当社のビジネスを通じて、カーボンニュートラルな地球に貢献することをミッションとしています。