地域循環によるバイオエネルギー普及を目指して

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地域循環によるバイオエネルギー普及を目指して

大学院工学研究院・大学院工学院准教授

石井

いしい

一

かず

英

えい

（工学部環境社会工学科衛生環境工学コース）

専門分野：環境システム，バイオマス利活用，廃棄物管理，リサイクル，環境修復研究のキーワード：地域循環，リサイクル，バイオ燃料，自然エネルギー，社会技術システム HP アドレス：http://kanri-er.eng.hokudai.ac.jp

何を目指しているのですか？

期限切れの食品や食べ残した生ごみの多くは無駄に捨てられています。森林伐採（木材生産や森林育成のための間伐）の際に発生してしまう林地残材も、森林内に取り残されたまま、ほとんど利用されていません。酪農地域で大量に発生する牛ふんも、その多くは草地へ散布されていますが、散布量が多いため地下水が汚染された地域もあります。

これら生ごみ、林地残材、牛ふんは、「バイオマス」と呼ばれており、そのまま放っておくと「ごみ」ですが、うまく利用（リサイクル）すれば「資源」となります。私達は、地域で発生するバイオマスから、エネルギー（バイオエネルギー、バイオ燃料）を取り出し、温暖化防止に寄与する再生可能エネルギー（自然エネルギー）として、その地域で利用するための技術と社会の仕組み作り（社会技術システム）の研究をしています。そして、エネルギー資源の少ない日本の各地域で、地域特性やバイオマスの種類に応じた物質循環

（地域循環）による地域分散型バイオエネルギーの普及を目指しています。

例えば、生ごみや牛ふんから、微生物の力（嫌気発酵）により、バイオガス（メタン約_60%）を取り出すことができます（図１）。メタンは天然ガスの主成分なので、バイオガスを電気や熱に変換することができ、さらに自動車やバスの燃料とすることもできます（図２）。また林地残材は、砕いてチップにしたり、さらに細かくしてからペレットにして、工場や温泉のボイラや家庭用のストーブの燃料として利用できます（図３）。最近では稲わらもペレットとして利用されています。

再生可能エネルギーと言えば、日本では太陽光、風力、地熱の次にバイオマスと言われていますが、欧米ではバイオエネルギーの利用割合が飛び抜けて多いのが現実です。国土面積や森林の形状（日

顔写真

出身高校：北海道札幌南高校最終学歴：北海道大学大学院工学研究科

環境系／エネルギー

図２身近な生ごみや牛糞からバイオガスを作るシステム生ごみ（調理くず、食べ残し）牛ふん

バイオガスプラント（メタン発酵施設）

自動車やバスの燃料

（スウェーデン）電気

バイオガス

（メタンガス）有効利用

＜バイオマス＞

＜バイオエネルギー＞図１バイオガスプラントの仕組み

メタン醗酵槽生ごみ

牛ふん

空気を遮断した反応槽微生物

（嫌気発酵）バイオガス

メタン（天然ガスの主成分）

・電気

・熱

・ガス（天然ガス）変換

液肥（肥料）畑

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本は急勾配）といった地域特性もありますが、工夫次第で現在利用されていないバイオマスをもっと有効に使えるはずです。しかし、これがなかなか難しいのです。太陽光発電パネルや風車は適当な土地に設置してしまえば、発電は可能です。それに比べてバイオエネルギーを生産するには、図４のように、₍₁₎バイオマスを収集・運搬するインプット、₍₂₎エネルギー利用や残渣の処理といったアウトプット、₍₃₎インプットの性状に応じた変換技術の選択、₍₄₎事業採算性（事業主体）、そして₍₅₎地域特性のすべてを一体として考える必要があります。つまり、バイオエネルギー生産には多くの人の関与が必要であるため、その立ち上げは難しいですが、一度、その地域にあった仕組みとして完成してしまうと、新たな地域振興につながるのが最大の魅力です。

どんな装置を使ってどんな実験をしているのですか？

私達は、バイオリアクター（_10L程度）を用いたバイオガス化実験による効率的発酵条件の探索やその機構解明、生産されたバイオ燃料の性状分析といったラボ実験から、実現場でのペレット生産や燃焼実験などのフィールド調査、社会調査（ヒアリング、アンケート）に基づく住民や事業者のニーズ分析、事業採算性を考慮し温暖化ガス削減効果などの環境評価を行うデスクワークまで、工学をベースとして理学、経済学、社会学（理系と文系の考え方）を融合して、バイオエネルギー普及のための研究を行っています。

次に何を目指しますか？

再生可能エネルギーといえば、バイオエネルギーと言ってもらうように、研究成果とその重要性を社会に発信し、持続可能な事業として社会に根付かせることが重要です。そのためには、海外の先進的事例を参考にしつつ、国内でバイオエネルギー事業化を阻む要因や問題を明らかにし、その問題を一つずつ総合的に解決していくことが私達の役目です。水素などバイオエネルギー効率的生産のための新規技術開発も次のターゲットです。さらに、被災地での除染と安全なエネルギー確保のためのバイオエネルギー生産も目指します。

参考書

(1)石井一英分担執筆：古市徹監修，有機廃棄物資源循環システム研究会編著：『循環型社会の廃棄物系バイオマス－利活用事業成功のためのシステム化－』，環境新聞社（₂₀₁₀）

( 3 ) 変換技術

（堆肥化，飼料化，バイオガス化など） ( 1 ) バイオマス

・分別方法（品質）

・収集形態・方法

・収集物の量 Input

( 4 ) 事業主体

Output ( 2 ) 受入先

・製品のクオリティ

・需要先の確保

・農家企業の理解飼料堆肥バイオガスバイオ燃料など ( 0 ) バイオマス利活用の目的

＜廃棄物管理の観点＞

･焼却効率の向上

・焼却処理量の減量化

・有機性以外の廃棄物の管理容易化

＜資源循環，環境負荷の観点＞

・未利用資源としての活用

・エネルギー回収，利用

・_CO₂､硝酸態窒素の削減

技術的側面

リサイクルしやすい循環資源資源・エネルギーの活用

社会的側面

市場原理公共の関与，市民の自発性（教育）エネルギー（電力・熱）、農作物（堆肥）

( 5 ) 地域特性

図４バイオマス利活用システム構築で考慮すべき要素図３林地残材や稲わらを熱利用するシステム

＜バイオマス＞

林地残材（フィンランド）稲わら

有効利用

木質チップ木質ペレット稲わらペレット woodhood.jp

熱

＜バイオエネルギー＞

ペレットストーブ

電気・熱回収プラント

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