【バイオマス発電のメリットとデメリット】仕組みと今後の課題・将来性をわかりやすく解説

政府が掲げている「脱炭素化社会」を目指す取り組みの一つとして、バイオマス発電が注目されています。

バイオマス発電は動植物からの資源を燃料としており、地球環境に優しく安定した供給が可能な再生可能エネルギーのひとつです。

バイオマス発電が普及することで、地球温暖化を抑制や、廃棄物を有効利用といったメリットが得られます。しかし、発電コストが高い点や、森林破壊に繋がる場合がある点など、気を付けるべきデメリットもあるのが実状です。

今回はバイオマス発電の特徴やメリット、残されている課題について解説します。

バイオマス発電の仕組みと特徴

バイオマス発電とは、動植物から生まれた資源を燃焼したりガス化したりすることで発電する再生可能エネルギーのひとつです。

平成14年に「バイオマス・ニッポン総合戦略」が閣議決定してから、バイオマス発電の導入がスタートしました。

さらに平成21年には「バイオマス活用推進基本法」が制定され、さらに導入が加速しています。

バイオマス発電を活用することで、

• 地球温暖化対策
• 循環型社会の構築
• 農山漁村の活性
• 地域環境の改善

などが期待できます。

地球温暖化対策

二酸化炭素は温室効果ガスの1つであり、地球温暖化の原因と考えられており、排出量の削減が急務となっています。

バイオマス発電は再生可能エネルギーの1つです。火力発電と同じ仕組みで発電しますが、例えば木質バイオマス発電の場合、燃料となる木材が二酸化炭素を吸収し光合成によって成長しているため、燃焼して二酸化炭素を放出してもプラマイゼロと考えられ、カーボンニュートラルとみなされるのです。

既存の火力発電所を活用しながら、再生可能エネルギーを利用して発電できるため、今後の脱炭素社会の実現に大きく貢献すると期待されています。

循環型社会を構築

生ごみ・食品加工残渣・家畜の糞尿・汚水・汚泥などを利用する発電を「廃棄物系バイオマス」と言います。

廃棄物を直接燃焼したり、発酵を通してメタンガスを発生させて燃料としたりして、発電する方式です。

本来廃棄されていたものを資源として再利用できるので、廃棄物の量が減り、循環型社会の構築が期待できます。

燃焼した際にでた排熱を、温水プールや温浴施設で有効利用している場合もあります。

農山漁村の活性化

バイオマス発電は、これまで捨てられていただけの家畜の排泄物や産地残材などの廃棄物を活用して発電を行い、売電収入を得たり自家消費して電気代を削減したりできます。

農山漁村にバイオマス産業を導入すれば、環境に優しく災害に強い自治体を目指すこと可能です。新たな雇用を生み出すこともでき、人口過疎化の対策としても期待できます。

地域環境の改善

前述のとおり、バイオマス発電は家畜排泄物や生ゴミなどの廃棄物を再利用することもできます。

廃棄物は排出事業者の責任で処理する必要があり、廃棄するだけでコストがかかります。しかし、バイオマス資源として活用できれば、廃棄物の排出量が減らせるため、地域環境の改善に繋げられるでしょう。

バイオマス発電の仕組みと種類

バイオマス発電は、燃やす燃料と燃焼方法によって、下記3種類にわけられます。

1. 直接燃焼方式
2. 熱分解ガス方式
3. 生物学的ガス化方式

①直接燃焼方式

直接燃焼方式は、バイオマス燃料を直接燃焼させて蒸気タービンを回して発電する方法です。

燃料としては木くずや間伐材、可燃性ゴミなどが利用されています。

発電できる温度は比較的低めなので、大型設備を活用して効率を上げる必要があります。

しかし設備の大型化には大量の燃料材料を準備しなければならず、そのための運搬・加工費用や人件費がかかってしまうことがデメリットです。

②熱分解ガス化方式

熱分解ガス方式は、木材を高温で蒸し焼きにして発生したガスを燃料にしてタービンを回し発電する方法です。

木材を蒸し焼きにすると炭が作られ、その際に「熱分解ガス」が発生します。

このガスは燃焼温度が高く直接燃焼方式に比べて効率の良い発電が可能です。

③生物化学的ガス化方式

生物化学的ガス化方式は、家畜の糞尿や生ごみ、下水汚泥などを発酵させることで発生するメタンガスをタービンに回して発電する方法です。

水分量が多く燃えにくいバイオマスを使用できることや、廃棄物を有効活用できることが大きなメリットだと言えます。

バイオマス発電のメリット

バイオマス発電には、以下の5つのメリットががあります。

1. FIT制度の対象である
2. 安定的な発電が可能
3. カーボンニュートラルである
4. 燃料を輸入する必要がない
5. 地域環境が改善する

①FIT制度の対象である

前述したように、バイオマス発電は再生可能エネルギーの一種であるため、FIT制度の対象です。

FIT制度とは固定価格買い取り制度のことで、発電した電力を国が定める価格で一定期間買い取ってもらえます。

現在生物化学的ガス化方式で発電した電力は、1kWhあたり40.95円での売電が可能です。

燃料や発生方式により価格は異なるので、詳しくはこちらをご覧ください。

②安定的に発電が可能

バイオマス発電の燃料は木材や糞尿など、天候や災害に左右される可能性が少ないものばかりです。

そのため太陽光発電や風力発電のように環境によって発電量が変わることがなく、安定して供給できます。

発電量をコントロールできたり予想できたりすることから、現在最も注目されている再生可能エネルギーだと言っても過言ではありません。

③カーボンニュートラルである

バイオマス発電は、「カーボンニュートラル」といわれる発電方法です。

木材を燃焼させると、二酸化炭素が発生します。

しかし植物は成長過程における光合成で二酸化炭素を吸収しているため、結果的にバイオマス発電による二酸化炭素排出量はこれらと相殺されてゼロになっているといえます。

このような炭素循環を「カーボンニュートラル」といい、二酸化炭素を排出も吸収もしない発電が可能です。

④燃料を輸入する必要がない

これまでは石油や石炭を利用した発電が多く、これらの資源は外国から輸入する必要がありました。

バイオマス発電は、輸入に頼ることなく国内の木材や廃棄物を燃料として発電することが可能です。

また国内の木材を消費することで、山林の再生や地方の発生化など国内の他の事業にも役立つというメリットもあります。

⑤地域環境が改善する

バイオマス発電には、廃棄物や動物の糞尿などを燃料とすることも多いです。

これらの「捨てるしかない」と思われていたものを発電に活用することで、地域環境の改善にも繋がっています。

バイオマス発電のデメリット・課題

バイオマス発電には多くのメリットがありますが、デメリットや課題もいくつか考えられます。

1. コストがかかる
2. 発生効率が低い

上記2つの課題について解説していきます。

①コストがかかる

バイオマス発電の燃料となる木材や廃棄物、糞尿などはさまざまな場所に分散して保管されているため、発電所までの運搬や管理などにコストがかかります。

また木材を燃料とする場合は、木材チップを生成するためのコストも発生します。

太陽光発電や風力発電は、自然発生する太陽光と風を材料としているためこれらは不要です。

このような問題を解決するために、

• 木材を燃料とする場合は、他の木材産業と共有できる発電設備を作る
• 家畜の糞尿を燃料とする場合は、牛舎の近くに初線設備を作る

など発電設備の場所を工夫して、コスト削減を図る必要があります。

②発生効率が低い

バイオマス発電の発生効率は約20％と、やや低めです。

水力発電の発生効率は約80％、風力発電や太陽光発電は約20～40％であり、他の再生可能エネルギーの方がまだまだ効率よく電力を供給できるといえます。

バイオマス発電の課題として、「発生効率を上げること」は避けられないでしょう。

バイオマス発電の日本での普及率と発電効率

参考：環境エネルギー政策研究所 2022年の自然エネルギー電力の割合（暦年・速報）

日本の全発電電力量に占めるバイオマス発電の割合は2022年時点で4.6％です。

2016年の1.9％から普及率は徐々に上がってきており、今後もその割合は上昇すると考えられます。

またバイオマス発電効率は約20％と、他の再生可能エネルギーに比べてもやや低めです。

今後は供給量を増やし、発生効率を上げることが課題になるでしょう。

日本でのバイオマス発電を活用した事例

日本で実際にバイオマス発電が活用されている事例を、いくつかご紹介します。

木くずを利用したバイオマス発電

引用：日田市

林業や製材業が活発に行われている日田市では、残材や製材過程で発生する木くずを利用したバイオマス発電が行われています。

「バイオマス資源化センター」は、生ごみや家畜排泄物などをメタン発酵処理し、発生したメタンガスで発電を行う施設です。平成18年に稼働し、平成25年からは全量売電を開始しました。

発電所の隣にある園芸ハウスに排温水を安価で提供するなどして、複数の産業や事業にとっての利益にも繋げています。

汚泥を利用したバイオマス発電

引用：豊橋市

豊橋市バイオマス利活用センターでは、下水処理過程で活性する汚泥や地域で発生する生ごみを集めてバイオガス化し、ガス発電で得られるエネルギーを活用しています。

電力が得られるだけでなく、焼却・埋め立てするしかなかった廃棄物を大幅に減らし、下水汚泥と生ごみをなどを集約処理することでコストも削減可能です。

メタン発酵後の残渣は固形燃料にし、石炭代替燃料として利用。完全エネルギー化を実現しています。

生ごみを利用したバイオマス発電

引用：株式会社神鋼環境ソリューション

生活協同組合コープこうべ直営の食品工場は、生産過程で発生する豆腐、麺、パンなどの生ごみと排水処理場からの汚泥をメタンガス化して、電気や熱エネルギーとして工場内で再利用しています。

その結果、廃棄物のリサイクル率96%、産業廃棄物処分費90%削減(年間8,700万円)を実現。環境問題に貢献するだけでなく、経済的メリットも生み出しています。

日本のバイオマス発電所

日本国内でバイオマス発電所は増加傾向です。ここでは、実際に稼働しているバイオマス発電所を紹介します。

相生バイオマス発電所

引用：相生バイオエナジー株式会社

所在地	兵庫県相生市
主燃料	木質ペレット
認可出力	200,000kW
運転開始	2023年3月24日
詳細情報	公式サイト

相生バイオマス発電所は2023年に運転を開始したバイオマス発電所で、年間発電量は約13.5億kWhと国内最大です。これは、年間約55万トンの二酸化炭素削減に相当します。

元は石油を燃料としていた相生火力発電所をバイオマス発電所に転換したもので、関西電力と三菱商事クリーンエナジーが出資する企業「相生バイオエナジー」が運営しています。

下川発電所

引用：北海道バイオマスエネルギー株式会社

所在地	北海道下川町
主燃料	木質ペレット
認可出力	1,815kW
運転開始	2019年5月
詳細情報	公式サイト

未利用間伐材を活用する、小型分散型の木質バイオマス発電事業です。出力は1,815kWと小規模ですが、エネルギーの地産地消を実現できます。

間伐材とは、森林を管理する際に間引いた立木のことで、これまで有効利用できていませんでした。

道内から集めた木材を発電所に隣接する工場で均一なペレットに加工し、効率よくバイオマス発電を行います。

下川町はこのバイオマス発電所の設置で、第1回ジャパンSDGs推進本部長(内閣総理大臣)賞を受賞しました。

バイオマス発電の問題点と将来性

安定的した発電ができるだけでなく、環境改善も期待できるバイオマス発電は今後も大活躍するはずでしょう。

とはいえ、問題点はまだ多く少しずつ改善していく必要があります。

ここではバイオマス発電の問題点と、今後の見直しについて解説します。

発電量の増加

エネルギーギー白書によると再生可能エネルギーにおける発電量は、一次エネルギー国内供給量の約8.8％です。

少しずつ割合は増えてきているものの、全体の3割を超える火力発電に比べると比べ物になりません。

バイオマス発電は再生可能エネルギーの中で占める割合も小さい方ですから、今後は「発電量を増やす」ということは大きな課題になるでしょう。

（参考：国内エネルギー動向｜資源エネルギー庁）

固定価格買取制度（FIT制度)

前述したように、バイオマス発電はFIT制度の対象となり1kWhあたり13～40円程度で売電することが可能です。

これは太陽光発電よりも高い価格設定となっており、今後もFIT制度の活用によりさらなる供給量増加が期待できるように思えます。

しかしこのように高い価格設定となっているのは、燃料の不足や管理などにかかるコストが高騰していることが原因です。

生産者への利益が十分に還元されているとは言い難く、発電にかかるコストと買取価格のバランスの見直しは今後も検討するべき課題のひとつです。

再エネ比率の増加

政府は2050年までに、温室効果ガスの排出を全体としてゼロにする「2050年カーボンニュートラル、脱炭素社会の実現」を目指すことを宣言しています。

カーボンニュートラルの実現には、温室効果ガスを発生させるエネルギーの供給量を減らし再生可能エネルギーの供給量を増加させる必要があります。

そのためにも安定したエネルギー供給を期待できるバイオマス発電は、課題実現のための大きなポイントになるでしょう。

バイオマス発電に関するよくある質問

バイオマス発電について考える時、疑問に思う方が多い点についてまとめました。

バイオマス発電はどういう意味？発電の仕方は？

バイオマスとは、動植物由来の生物資源のことです。具体的には、木材や、農業・畜産・水産からでる廃棄物、一般家庭から出る可燃ごみなどを指します。

これらの生物資源を燃やしたり、ガス化させて燃やしたりして、水蒸気でタービンを回して発電するのが、バイオマス発電です。

バイオマス発電はなぜ環境に優しい？

バイオマス発電は火力発電と同じ仕組みで発電しており、発電時に温室効果ガスを排出します。

しかし、廃棄物を燃料として活用するので、廃棄物の量を減らすことができます。

また、木質ペレットを燃料とする場合、木材は成長する過程で光合成により二酸化炭素を吸収していることから、発電時に発生する二酸化炭素量とプラマイゼロとなるため、カーボンニュートラルのエネルギーとされています。

バイオマス発電は環境に悪い？

バイオマス発電は再生可能エネルギーです。確かに、地域の廃棄物を有効活用する小規模バイオマス発電は、廃棄物削減・地域活性化といったメリットがあります。

しかし、大規模なバイオマス発電は環境破壊につながっているという指摘もあります。

具体的には、バイオマス発電に使用する木質ペレットのために森林が伐採されて再生されなかった例や、木質ペレット工場の粉塵・騒音による健康被害などが挙げられます。

また、日本のバイオマス発電に使用されるパーム油や木質ペレットは、輸入に頼っています。燃料生産地の環境破壊に繋がるだけでなく、燃料を輸送する際の二酸化炭素の排出量も多い点を見ると、環境に優しい発電方法とは言えないでしょう。

このような問題を受け、バイオマス発電の一部を再生可能エネルギーとしない動きが、世界的に広がっています。例えばEUでは、森林から直接採取された一次木質バイオマスを原料とするバイオマス発電を補助金対象から外すことが決定しています。

参考：バイオマス白書2023

バイオマス発電が多い国は？

2021年のバイオマス発電容量は、中国が最も多くなっています。

次いで、ブラジル・アメリカ・インド・ドイツと続きます。

参考：バイオマス白書2023

バイオマス発電の将来性は？

バイオマス発電はFIT制度の対象となっており、今後もその発電量を増やしていく見通しです。

国は、2050年までのカーボンニュートラル実現を目指して、再生可能エネルギーの普及促進しています。国や自治体から、バイオマス発電所に対して補助金がでる制度もあります。

まとめ

今回はバイオマス発電の概要やメリット、今後の課題について解説しました。

地球温暖化への取り組みや地域の環境改善に大きく役立つバイオマス発電は、今後さらに注目される再生可能エネルギーのひとつだといえます。

しかし「燃料管理のコストがかかること」や「発生効率が低いこと」が課題として残っています。

これらを解決することで政府が掲げている「2050年カーボンニュートラル」の実現に近づくはずです。

バイオマス発電がさらに活躍するためには、発電事業だけでなく林業や廃棄処理事業などさまざまな方面からの協力が必要になるでしょう。