バイオマス発電の仕組みと3種類の方式とは?メリット・デメリットまで解説

コラム

世界中でエネルギー問題は重要視されており、化石燃料に頼らない「バイオマス発電」はこれらから特に重要度が増すと考えられています。そんなバイオマス発電は、どのような仕組みなのでしょうか。この記事では、3種類の発電方法と併せて、バイオマス発電のメリット・デメリット、発電可能な場所について解説します。

バイオマス発電の仕組み

バイオマス発電は、動植物などから生まれた生物資源である「バイオマス」を燃料とした発電方式を表します。バイオマスを直接燃やしたり発酵したりすることでタービンを回し、電気を生み出す仕組みです。発電の仕組み自体は火力発電などと同じといえるでしょう。

主なバイオマス発電の燃料

バイオマス発電はその名の通り生物資源「バイオマス」を燃料とする点が大きな特徴です。バイオマスは従来ゴミや廃棄物となっていたものを再利用することから、再生可能エネルギーとして注目を集めています。具体的な燃料の例としては、次のようなものが挙げられます。

  • 間伐材
  • サトウキビ、てん菜、トウモロコシなどの農作物
  • 生ゴミ、ふん尿などの廃棄物

など

将来的に枯渇することが危惧されている石油や石炭などの化石燃料の代わりになり、地球環境にもやさしいため徐々にバイオマス発電は浸透し始めてきています。

バイオマス発電方法の種類

バイオマス発電はバイオマス燃料の種類によって主に次の3種類の方式に分かれます。

直接燃焼方式

バイオマス燃料を直接燃焼してタービンを回すことで発電する方式です。間伐材や木くずを木質ペレットや木質チップに変えて燃焼したり、可燃ごみや廃油を使って燃焼したりすることでエネルギーを取り出します。直接燃焼方式は構造が単純であるため、他の方式に比べて燃料の加工プロセスが少ない点が特徴です。直接燃焼方式の場合、タービンを回転させる媒体は水蒸気となります。

熱分解ガス化方式

熱分解ガス化方式は、バイオマス燃料をそのまま燃焼するのではなくガスに変換し、そのガスを燃焼することで発電する方式です。ガスに変換することで直接燃焼するよりも燃焼効率が良くなり、発電効率が向上する点が特徴として挙げられます。おもに間伐材や木くず、野菜くずなどをガスに変換することで実現しています。熱分解ガス化方式におけるタービンを回転させる媒体はガスです。

生物化学的ガス化方式

生物化学的ガス化方式も同じくガスを利用する方式ですが、熱分解ガス化方式と異なり発酵することで発生するメタンガスをおもに利用する点が違いです。メタンガスは燃えやすい点が特徴であり、生物発光は水分を含んだままでも可能であるため、その他の方式と異なり水分除去などの加工が必要ありません。主なバイオマス燃料は家畜のふん尿や生ゴミ、汚泥汚水などです。生物化学的ガス化方式におけるタービンを回転させる媒体はバイオガスになります。

バイオマス発電のメリット・デメリット

バイオマス発電はさまざまなメリットがある反面、デメリットも存在します。ここでは、それぞれの代表的なメリット・デメリットについて簡単に解説します。より詳しく知りたい方は、こちらの記事も併せてご覧ください。

メリット

バイオマス発電のおもなメリットとしては、次のような点が挙げられます。

  • 二酸化炭素排出量の削減
  • 廃棄物、未利用資源の有効活用
  • 循環型社会の構築、地域の活性化

など

バイオマス発電は地球環境にやさしいだけでなく、循環型社会の構築や地域の活性化にも効果が期待できます。

デメリット

反対にデメリットとしては次のような点が挙げられます。

  • 燃料の安定的な調達の難しさ
  • 小規模分散型の設備になりやすい
  • 発電コストが高い

など

多くのメリットをもたらすバイオマス発電ですが、これらのデメリット・課題もあり2020年の発電割合は3%程度となっています。今後、課題をどのように解決するのかが重要になってくるでしょう。

バイオマス発電可能な場所

バイオマス発電は前述のメリット・デメリットの兼ね合いから、山林や牧場・下水処理施設・廃棄物処理施設内、または隣接する形で建設されることが多くなっています。実際に林業や製材業などの木材産業を主とする地域の山林に「木質バイオマス発電所」を建設し、エネルギーの供給を行っている事例があります。

その他にも、日本一高いビルとして有名な「あべのハルカス」では、ビル内にバイオガスシステムを導入しました。ビル内の飲食店などから出る生ゴミを集め、メタン発酵することでエネルギーを生み出しています。バイオガスシステムによって厨房設備の7割程度のエネルギーを担うことができ、年間250トンの二酸化炭素削減ができるとされています。

現在のバイオマス発電所は、大規模な発電所よりも局所的な発電所として利用されることが多いといえるでしょう。

まとめ

バイオマス発電はバイオマスを燃料した発電方式です。バイオマス燃料には間伐材や農作物、生ゴミ、ふん尿などの廃棄物が利用されます。燃料の種類によって「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種類に分けられます。

化石燃料を用いた発電よりも二酸化炭素の排出を抑えられ、地球環境にやさしいと注目されていますが、覚えておくべきデメリットも存在します。化石燃料は枯渇の問題も抱えていることから、今後バイオマス発電は重要性が増すと考えられるでしょう。

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