バイオマス発電は、再生可能エネルギーの1つとして注目されている発電方式です。木材や農作物の残さ、家畜排せつ物など、これまで廃棄されていた有機資源を活用し、安定的に電力を生み出せます。特に、二酸化炭素の排出量を実質的に増やさない「カーボンニュートラル」な仕組みが評価され、地球温暖化対策の一翼を担う存在となっています。
当記事では、バイオマス発電の仕組みやメリット、課題、国内外の導入事例などを詳しく解説します。環境に優しい発電方法について知りたい方はぜひ参考にしてください。
1. バイオマス発電とは？
バイオマス発電とは、生物由来の資源を利用して電力を生み出す発電方法です。木材や農作物の残さ、家畜排せつ物などの有機物を燃料として使用します。
バイオマスを燃焼または分解してエネルギーを取り出し、発電機を動かします。方式は、直接燃焼・熱分解によるガス化・微生物の働きによるガス化などが主流です。
化石燃料とは異なり、再生可能な資源であり、持続的な発電が可能です。光合成によって成長した植物は、大気中のCO2を吸収しています。その植物を燃やしてCO2が排出されても、もともと大気中にあったものと考えられるため、CO2を新たに増やすことにはなりません。この考え方を「カーボンニュートラル」と言います。
太陽光や風力とは異なり、天候や時間に左右されず安定した電力供給が可能な点もバイオマス発電の特徴です。安定性と環境配慮の両立を目指せる発電方式として、企業や自治体から注目されています。
1-1. バイオマス発電の燃料になるものは？
バイオマス発電で使用される燃料は、利用元によって分類されます。以下のように、多様なバイオマスが活用可能です。
- 木質系
林地残材や製材廃材などが含まれます。森林管理や木材加工時に発生する端材などが主な例です。 - 農業・畜産・水産系
稲わら・もみ殻・トウモロコシ残さ・バガス（サトウキビの搾りかす）などの農業残渣や、家畜排せつ物、水産加工残渣が該当します。 - 食品産業系
食品加工工程で出る廃棄物、水産加工残さなどが燃料になります。廃棄物の減少にもつながるバイオマスです。 - 製紙工場系
木材パルプの製造時に発生する黒液や廃材、古紙由来のセルロースなどが利用されます。 - 建築廃材系
解体工事などで発生する建築廃材が主な燃料です。不要となった木材などが活用されます。 - 生活系
下水汚泥やし尿、厨房ごみなどの生活系廃棄物も燃料になります。都市部で発生するごみも有効利用が可能です。
これらの燃料は「乾燥系」と「湿潤系」に分けられます。木質系や農業系残さなどは乾燥系に分類され、比較的扱いやすいのが特徴です。一方、家畜排せつ物や下水汚泥などは湿潤系で、水分量が多く処理方法に工夫が必要です。
燃料の種類や性質によって最適な発電方式が異なるため、導入時には地域資源の特性を考慮した設計が求められます。
2. バイオマス発電の仕組み
バイオマス発電は、バイオマス燃料を燃焼させた際に発生する熱エネルギーでタービンを回し、電力を生み出す仕組みです。発電に使われる技術にはいくつかの種類がありますが、代表的な方式は「直接燃焼方式」「熱分解ガス化方式」「生物化学的ガス化方式」の3つです。ここでは、各方式の仕組みと特徴を紹介します。
2-1. 直接燃焼方式
直接燃焼方式は、乾燥したバイオマスをそのまま燃焼させて発電する方法です。ボイラーでバイオマスを燃やして高温の蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを回します。火力発電所と仕組みが似ており、比較的単純な構造です。
主に用いられるバイオマス燃料は、廃木材やバーク（木皮）、バガスなどの乾燥系バイオマスです。原料を加工して燃えやすくした後、ストーカー炉や流動床炉などで燃焼します。得られた熱は発電に加え、工場の熱源としても利用されます。
この方式は、技術が確立されていることから導入しやすい反面、エネルギー変換効率はそれほど高くありません。また、バイオマス燃料の水分が多すぎると効率が下がるため、燃料の前処理が必要です。規模の大きなバイオマス発電施設に向いており、乾燥バイオマスを安定的に供給できる環境で効果を発揮します。
2-2. 熱分解ガス化方式
熱分解ガス化方式は、バイオマスを空気や酸素をほとんど使わずに高温で加熱し、可燃性ガスを生成します。得られたガスを燃焼させてガスタービンやガスエンジンを動かし、発電する方法です。
加熱温度は400～600℃程度で、燃焼を行わずに分解反応を進めるため、生成されるのは木ガスやタールなどのガス状・液状の物質です。この方式では、木材や農作物の残さ、食品廃棄物などを燃料とします。
生成されたガスはエネルギー密度が高く、ボイラー式より高効率な発電が可能です。反応制御が難しく、ガスの性質や生成物が安定しにくいという課題はあるものの、最新のプロセス技術により改善が進められています。
2-3. 生物化学的ガス化方式
生物化学的ガス化方式は、微生物の働きでバイオマスを分解し、発生したガスで発電する方法です。主に嫌気性発酵によってメタンガスを生成し、そのガスを燃焼させてタービンを回します。
代表的な燃料は、家畜排せつ物・生ごみ・下水汚泥などの湿潤系バイオマスです。これらは直接燃焼が難しく、発酵によりガス化する方法が適しています。水分を多く含むバイオマスでも、加工せずに利用できるのが大きな利点です。
ただし、微生物による分解には時間がかかるため、即時性では劣ります。また、反応が不完全な場合に発生する発酵残さの処理も必要です。それでも、水分を多く含む廃棄物を資源化できる上、発電と熱利用を組み合わせた高効率なシステム構築も可能です。比較的環境負荷が少ない持続可能な発電手段とされています。
3. バイオマス発電が注目される背景
バイオマス発電は、地球温暖化対策や循環型社会の形成を目指す中で注目を集めています。植物などの再生可能な資源を活用することにより、燃焼時に発生する二酸化炭素の排出量を実質的に増やさない「カーボンニュートラル」の実現が期待されているためです。
日本では2009年に「バイオマス活用推進基本法」が制定され、国としてバイオマスの利活用を計画的に進める体制が整いました。2010年には同法にもとづく基本計画が策定され、バイオマスの導入が政策的に推進されています。これにより、地域資源の活用や農山漁村の活性化にも貢献する仕組みづくりが進められました。
2012年からは「固定価格買取制度（FIT）」が導入され、バイオマス発電もその対象となっています。この制度は、再生可能エネルギー発電による電力を国が一定価格で買い取る仕組みです。バイオマス発電事業者の採算性が高まることから、新規参入が増え、発電施設の整備が進められました。
また、近年では大規模・集中型のエネルギー供給から、自立・分散型のエネルギー体制へと転換する動きも見られます。バイオマス発電は地域で得られる資源をもとにエネルギーを生み出すため、地域主導の再生可能エネルギーとしての役割も期待されている方法です。
4. バイオマス発電のメリット
バイオマス発電には、環境面や社会面で多くの利点があります。代表的なメリットが、以下の4つです。
- 再生可能エネルギーである
バイオマス発電は、再生可能な生物資源を活用した発電方法です。木材や農作物の残さなど、自然の中で繰り返し生産される有機物を燃料とするため、資源が枯渇する心配がありません。化石燃料とは異なり、持続可能な形でエネルギーを得る手段として注目されています。さらに、燃焼によって排出される二酸化炭素も燃料となる植物が成長時に吸収するため、地球全体の炭素バランスを崩さないカーボンニュートラルな発電とされます。 - 燃料があれば安定して発電できる
バイオマス発電は、燃料さえ確保されていれば、天候や昼夜に左右されずに発電が可能です。太陽光や風力のように自然条件に依存しないため、安定した電力供給が可能で、発電量の調整も比較的容易であり、需要に応じた柔軟な運用ができます。災害時など、エネルギー供給が不安定になる状況でも活躍が期待されています。 - 廃棄物を活用できる
本来は処分される廃棄物を燃料として活用できる点も、バイオマス発電の大きな強みです。食品残さ・家畜排せつ物・建築廃材など、さまざまな資源がエネルギーに変換されることで、廃棄物の削減と同時にエネルギーの創出が実現します。廃棄コストの削減に加え、ごみ処理場との連携による効率的な運用も可能です。間伐材や枝葉などの利用は、森林整備や林業の活性化にもつながります。 - 循環型社会に向けた取り組みになる
バイオマス発電は、エネルギーを生み出すと同時に資源を循環させる仕組みにも貢献する発電方法です。本来であれば焼却や埋立てによって処分される資源の再利用により、資源循環の仕組みが強化されます。また、燃料の収集や加工、発電設備の運営に地域の人材や企業を積極的に活用すれば、雇用の創出や地域活性化にも寄与するでしょう。
このように、バイオマス発電は環境負荷を軽減しながら、地域の資源を有効活用できる発電方式です。エネルギーの安定供給と循環型社会の構築を同時に目指せる手段として、今後の展開が期待されています。
5. バイオマス発電の課題
バイオマス発電には多くのメリットがありますが、実用化や普及の面ではいくつかの課題も残されています。現時点で特に指摘されているのは、コスト・燃料確保・発電効率に関する問題です。以下では、それぞれの課題と対策について解説します。
5-1. コストがかかる
バイオマス発電は、発電コストが高くなりやすいという課題があります。理由の1つは、燃料の大部分を占める木材チップや廃棄物の購入費です。さらに、燃料の多くが小規模で分散して存在するため、収集・運搬・管理にかかる手間も大きく、それがコスト増につながっています。
加えて、発電所が小規模になりやすく、設備投資に対する採算が取りにくい点も課題であり、ほかの再生可能エネルギーに比べて経済的な導入ハードルが高いとされます。
解決策として挙げられるのは、バイオマス資源が多く得られる地域に発電所を設置する「地産地消型」のモデルです。輸送距離の短縮により燃料コストが削減できれば、地域資源を効率的に活用する体制を整えられるでしょう。
5-2. 燃料の確保が難しい
バイオマス発電に使用される燃料は、林業や農業、畜産業などの副産物系や廃棄物系バイオマスが中心です。これらの供給量は季節や地域によって変動しやすく、安定した確保が難しいのが課題です。特に木質系バイオマスは、国内林業の規模縮小により燃料の供給体制が十分とは言えません。
燃料調達の多くは海外からの輸入に頼っているものの、海外由来のバイオマス燃料の価格は国際情勢によって変動しやすく、安定供給が難しい状況です。
そのため、地域内での資源循環や一次産業の振興とあわせて、燃料の安定確保できる体制の構築が求められています。たとえばFIT制度の認定を受けるには、第三者による認証制度を通じて燃料の持続可能性を確認する必要があります。
5-3. 発電効率が低い
バイオマス発電は、燃焼温度を高くできない構造的な特性から発電効率が約20%にとどまることが多く、火力発電などと比較して低水準です。特に、水分を多く含んだ燃料が使用される木質バイオマス発電所では、十分に乾燥させなければ燃焼温度が下がり、効率も下がります。また、蒸気タービンを用いる方式では、排熱のロスが大きくなりがちです。
発電効率を高める方法としては、燃料の乾燥や燃焼プロセスの最適化、高性能なバイオマス発電設備の開発・導入が挙げられるでしょう。さらに、発電時に生じる熱を給湯や暖房に再利用する「バイオマス熱利用」も有効とされ、全体としてのエネルギー活用効率を高める工夫が求められています。
6. バイオマス発電にかかわる取り組み
2023年、日本国内における全発電電力量のうち、バイオマス発電割合は5.7%に達しました。これは前年の4.6%から1ポイント以上の増加であり、自然エネルギー全体に占める割合の中でも、バイオマス発電が着実に拡大している現状を示しています。
バイオマス発電は、ほかの自然エネルギーよりも比較的安定して発電可能な点が評価されており、今後はさらに導入が拡大するでしょう。以下では、バイオマス発電普及を支える国内外の取り組みを紹介します。
6-1. 日本の取り組み
バイオマス発電の普及に向けて、日本では政策と技術開発の両面から支援が行われています。
- FIT制度
FIT（固定価格買取制度）は、再生可能エネルギーによって発電された電力を、電力会社が国の定めた価格で一定期間買い取る制度です。バイオマス発電もこの制度の対象となっており、使用する燃料の種類や発電規模に応じて、1kWhあたり13円～40円の範囲で価格が設定されています。太陽光発電や風力発電よりも高めに設定されており、導入を後押ししています。 - NEDOによる技術開発
バイオマス発電に関連する多角的な技術開発を進めているのが、国立研究開発法人NEDOです。たとえば、木質バイオマス燃料の安定供給体制の整備や燃料品質の規格化、さらには早生樹の活用による「エネルギーの森」実証事業などです。現場の課題を踏まえた実践的な取り組みが進められており、こうした技術の進展が将来的なコスト削減と持続可能な資源活用に直結します。
これらの制度や技術開発は、バイオマス発電の導入を経済的にも実行可能なものにするための基盤です。FIT制度の下では、導入前に比べて設備導入量が2倍以上に拡大しており、今後もさらなる支援策や技術革新による発展が期待されます。
6-2. 世界の取り組み
世界各国でも、脱炭素社会の実現に向けてバイオマス発電の導入が進められています。
2023年、EU27か国の自然エネルギーによる発電割合は44.3%に達し、バイオマスもその一翼を担いました。たとえばデンマークでは、麦ワラや木質ペレットを活用したバイオマス発電が進み、自然エネルギー全体で発電の87%を賄っています。
中国では、稲わらや家畜ふん尿などを活用したバイオマス発電が農村地域を中心に広がっています。2023年には自然エネルギーが全体の30.9%を占めるまでに成長しました。風力や太陽光に加えて、バイオマスも安定供給源として重視されています。
一方、欧州では森林資源の保全の観点から、2022年に木材由来バイオマスの補助金適用除外など、新たな規制も導入されました。これにより、持続可能性の確保がバイオマス発電の国際的なテーマとなっています。
各国は、それぞれの地域資源や政策目標に応じた方法でバイオマス発電を推進しており、今後もこの流れは続くでしょう。日本においても、世界の取り組みを参考にしながら、より持続可能なエネルギーの供給体制を確立していく努力が求められます。
まとめ
バイオマス発電は、カーボンニュートラルな特性や安定した電力供給能力から、再生可能エネルギーの中でも実用性の高い手段として注目されています。ただし、燃料の確保やコスト、発電効率といった課題も抱えているので、今後の技術開発や制度整備が求められています。
地産地消型のモデルやバイオマス熱利用などを組み合わせ、より持続可能なエネルギー社会を築く動きがさらに加速していくでしょう。