|
話題一覧へ |
バイオマス利活用の技術
柚山 義人
9. バイオマス多段階利用の実証研究の成果と教訓
1．バイオマス多段階利用実証研究の成果
■前回は，話題提供者らが行っている実証研究の概要について述べた。山田地域を想定して作成した地域モデルを基に，山田バイマスプラントの全体システムと各単位装置・設備の設計を行い，これらを山田地域全体の最大バイオマス発生ポテンシャルの約1/100の規模で試作・設置した。この際，数多くの諸手続を実施した。 バイオマス変換の要素技術としては，メタン発酵，メタン吸蔵，メタン車両用燃料化，コジェネ，炭化，消化液のRO膜分離による濃縮，水蒸気爆砕，堆肥化を用い，これらを連動稼動させることができた。これらにより，燃料としてのメタンガス，電気，熱，液肥，工業原料等を製造した。また，物質・エネルギー収支，環境への影響をとりまとめた。表1は，メタン発酵槽への投入原料バイオマスと生成物の物質収支の例である。原料バイオマスのほとんどは固液分離した固液（夾雑物＝堆肥の原料となる）と消化液へ仕向けられ，炭素についてもメタンガスとしての生成物は13％にとどまっている。原料バイオマスと生成物の高位発熱量を比較すると，図1の例では，メタンとしての回収は約20％であった。バイオガス中のメタンは，98％以上に精製する過程で90％以上を回収できた。これにより，メタン発酵槽へ原料バイオマス液体分を5ｔ/日投入すると，98％以上に精製したメタンガスを約65Nm3/日生成できた。 また，精製メタンガスを燃料として使用する車両として，軽トラック，吸着式燃料メタンガスタンクを装備したフォークリフト及び構内作業車を実用化した。自前の輸送用燃料の一部が確保されたのである。山田バイオマスプラントで製造される各種液肥，爆砕物，炭化物については，利活用試験を行った。消化液については，ホウレンソウやコマツナ等の良好な栽培結果を得た。また，チャンバ付モノリスライシメータによる，農地へ施用した消化液の動態解明方法を確立した。 ■本実証研究の成果や経験は，農林水産バイオリサイクル研究「システム実用化千葉ユニット」編の「アグリ・バイオマスタウン構築へのプロローグ」（ISBN 978-4-9902838-4-1）*1として公表されている。地方自治体が地域特性を活かし創意工夫によりバイオマスタウン構築に取組む際の先駆的なモデルになる。送料の負担により，入手できる。 2．バイオマスリファイナリーとバイオマスタウン ■実証研究の技術面におけるキーワードは，「バイオマスリファイナリー」*3である。この用語は，東京大学生産技術研究所の迫田章義教授の造語といわれている。石油を燃料と物質に分配して余すところなく使う巧みな仕組みは「オイルリファイナリー」と呼ばれている。これに対して，バイオマスの全てを余すところなく，物質とエネルギーとして使う仕組みが「バイオマスリファイナリー」である。すなわち，バイオマスリファイナリーは，再生可能な資源であるバイオマスをカスケード利用，繰返し利用を行って物質とエネルギーとして利用し尽くす生産システムである。 バイオマスを余すところなく使う仕組み自体は，決して新しい発想ではない。例えば，稲作の副産物である稲わらを例にすると，江戸時代には稲わらからさまざまな製品が作られており，使用後も物質（マテリアル）－物質，物質－エネルギーのカスケード利用が確立されていた。このシステムは，石油化学の発展に伴い，ほとんどの製品は便利で品質の高い石油化学製品に取って替わられた。石油化学製品は基本的には使い捨てであり，石油の埋蔵量が無限でないことから，現在のような石油の利用を前提とした社会が持続可能ではないことは明らかである。しかし，便利な製品やエネルギーの使用を捨て，過去に立ち返ることは現実的には不可能である。バイオマスリファイナリーは，物質循環は江戸時代のそれを模し，提供される機能や利便性は今日のそれを目指そうとするものである。 バイオマスリファイナリーを導入・運営していくための基盤としては，地方分散型の小規模なシステムと位置づけられるバイオマスタウンとの連動が必然的である。すなわち，地域内で利用可能なバイオマスの質や量を把握した上で，そのバイオマスを余すところなく物質やエネルギーとしてカスケード利用，循環利用する地域バイオマス利活用システムの構築が重要となってくる。バイオマスタウンでは，地域で発生するバイオマスを，主としてその地域で必要とされる製品へと変換し，その地域で消費して可能な限り循環利用する。また，同時にそれらのバイオマスからエネルギーも取り出して，「モノ」づくりとバイオマスの「収集・輸送」に利用し，余剰の出る場合には地域エネルギーに補給することも視野に入れる。このようなコンセプトに基づき，バイオマス利活用が計画されている地域が真のバイオマスタウンといえる。 バイオマスの「分散型」利用という捕らえ方には注意が必要である。一般に，バイオマスは広く薄く存在しているため分散型の利用が好ましいといわれる。広い地域から原料となるバイオマスを集めるためには大きなエネルギーが必要となるからである。しかし，工業プロセスの原則として，小規模の生産はエネルギー効率が低くなる。すなわち，同じ量の製品を得るために必要なエネルギー（コスト）が増大するので，この意味では，できるだけ大量生産を行う方が有利であるといえる。したがって，バイオマスタウンは，この相反する両面を考慮して設計されなければならない。具体的には，①バイオマスの発生地点の分布およびそれぞれの地点での発生量，②収集・輸送，③原料バイオマスの貯蔵・保管，④再資源化プロセス（工業生産），⑤バイオマス由来製品の需要・市場，⑥石油削減効果や地域環境への影響などを総合的に検討し，適正な規模やシステムを決定する必要がある。バイオマスタウンは必ずしも市町村単位での運用が好ましいとはいえず，既存の枠組みにとらわれない柔軟な計画立案が大切である。 3．実証研究からの教訓 ■バイオマスの利活用は，自然の恵みを活かし，地域の絆を深めながら，循環型社会の形成につながる取り組みである。「本物の学問に裏付けされた変換技術」の採用を前提とすると，成功のポイントは，地域に存在するバイオマス資源の持続的な管理，信頼で結ばれた運営組織，再生資源の確実な需要，輸送・貯蔵である。原料バイオマスの生産（発生）・収集・貯蔵，変換，再生資源の貯蔵・利用，廃棄を適切に組み込み，ライフサイクルでのコスト，環境負荷，化石資源使用量，最終処分量をできるだけ小さくすることが大切である。 バイオマスの多段階利用は，システム全体が順調に動くと理想的になるが，システムは必然的に複雑となり，バッファー機能のある施設整備と関係者間の信頼関係が重要になる。再生資源の利活用先が農業分野となる場合には，土壌・作物のモニタリングを通して，安全性の確保，環境負荷の低減を図っていく必要がある。施肥設計につながる土壌診断システムの構築がポイントと言える。 本実証研究から，農村型バイオマスタウンを意識した場合に，システム化を着実に機能させるための方策としては次のようなものが考えられた。(1)バイオマス利活用を通して新しい循環型社会システムをつくるという地域活性化の視点を強める。(2)バイオマス利活用の各プロセスを，どの機関がどの場所で担うかを整理し，求められる環境負荷排出制限条件下で，全体としての効率向上を達成する。(3)再生資源の需要の時期的変動に対応するバイオマスリファイナリーシステムを構築する。(4)メタン発酵消化液については，液肥化における低コスト化・高付加価値化，養液栽培や資源作物栽培での利用などの新用途開発，現場適用型の効率的な輸送・散布方式の開発を行う。(5)再生資源の利用先が農地になる場合には，土壌・作物のモニタリングを通して，土壌・農業生産の持続性，安全性の確保，環境負荷の低減を図る農作業体系を整備する。また，日本型GAP（適正農業規範）を推進する。(6)バイオマス利活用システムの評価軸として，LC（ライフサイクル）化石資源消費量，LC環境負荷排出量，LCコストを組み込む。(7)計画～事業実施～管理運営～新たな計画からなるPCM（プロジェクト・サイクル・マネージメント）を着実に実行する*4。 4．新規プロジェクト ■農林水産省農林水産技術会議事務局は，2007年1月に，委託プロジェクト研究「地域活性化のためのバイオマス利用技術の開発」を4つの課題に分けて公募した。話題提供者らは，研究課題「バイオマス利用モデルの構築・実証・評価」に企画提案書を提出し，ヒヤリング等を経て，一部修正の上で，採択された*5。研究期間は平成19年度からの5年間，平成19年度の予算は約3億円／年で，総勢約120名が参画している。 この研究課題では，地域に賦存するバイオマスの特徴に応じ，バイオマスをエネルギー（バイオエタノール，バイオディーゼル，メタンガス等）やマテリアルとして利活用する技術を適切に組み合わせたバイオマス利用モデルの構築・実証を全国6つの地域を対象に実施している。また，それぞれの地域モデルを想定した環境影響評価手法を開発している。 研究の全体像は図2，「関東都市近郊農業地域」を想定した研究の概要は図3のとおりである。千葉県香取市を舞台とした実証研究では，展示効果の発揮も意識して，各種原料バイオマスの生産（発生）・収集，メタン発酵など複数のプロセスを組み合わせた変換，再生資源の需要の時期的変動に対応した運転方法，再生資源の貯蔵・利用について実践的な調査研究を展開している。 考えて頂きたいこと ■実証研究を研究で終わらせないで，社会技術に仕上げ，事業化に結びつけるために必要なことは何でしょうか。 次回予告 ■次回は，大きな懸案事項となっているメタン発酵消化液をどのように使いこなすかについて紹介します。
柚山 義人 H20.5.14
*1 農林水産バイオリサイクル研究「システム実用化千葉ユニット」編：アグリ・バイオマスタウン構築へのプロローグ，（独）農業・食品産業技術総合研究機構農村工学研究所．（ISBN 978-4-9902838-4-1），2007 *2 http://nkk.naro.affrc.go.jp/kenkyu/section/sougou/shigen_junkan.htm *3 迫田章義・望月和博・柚山義人：バイオマス利活用の展望，講座「バイオマス利活用」（その8），農業土木学会誌，74(1)，pp.53-58，2006 *4 高橋順二：バイオマスタウン構想実現のためのシステム整備技術，Techno Innovation，16(3)，STAFF，pp.18-23，2006 *5 柚山義人ほか：プロジェクト研究「バイオマス利用モデルの構築・実証・評価」の概要について，ARIC情報，87，pp.11-15，2007 |
|
