CO₂排出量削減と地域活性化に貢献するバイオマスガス化発電システム

原料調達から発電・熱供給までを実証システムで

バイオマスガス化発電システムの基本構成が決まり、システム設計に必要なデータを採取するための実験を進めていきました。また、その一方で、このようなシステムを実用化するための検討を始めました。

まず、実証試験に必要なバイオマスをどこから調達してくればいいのか、それすら簡単には解決できない難題でした。ところが、資源エネルギー庁の呼びかけで当時、各地方自治体に策定が奨励されていた「地域新エネルギービジョン」で、山口県が森林バイオマスの活用を掲げ、間伐材の有効活用先を探しているという情報が伝わってきました。そこで、山口県にアプローチしたところ、無償で間伐材を提供してもらえることになりました。

さらに、NEDOが2002～06年度に、「バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業」プロジェクトを実施することを発表。そこで、中外炉工業では山口県の協力を仰ぎ、同プロジェクトに応募しました。その結果、NEDOプロジェクトの下、バイオマスガス化発電システムの実証試験機の開発に取り組むことになりました。

笹内さんは、「5年間のNEDOプロジェクトでは、山口県で1日間に集めることができるバイオマス量から換算して、処理量5トン/日、発電能力176kWのシステムを設計、開発、実証運転することに決めました。 実証システムは、山口県による原料供給からガス化発電、隣接製材所への熱供給までを行う一連のシステムを構築しており、当時は画期的な取組みであったことから注目を集め、全国から年間2,000人以上の見学者が訪れました。しかしながら、見学に来られた多くの方々の声は、1日に収集できるバイオマス量はせいぜい1～2トンとのことでした。そのため、システムのスケールやコストが折り合わず、商用化には至ることはできませんでした」と話します。

海外製特注エンジンから、自動車のガソリンエンジン利用で開発コストを大幅節減

コスト高の大きな要因の一つに、海外から調達したガスエンジンがありました。プロジェクト当初、日本のエンジンメーカーにも打診しましたが、メーカーから「何台売れるのか」と尋ねられた笹内さんが、「頑張って年間10台」と返答すると、「数が3桁違います」との反応が返ってきたと言います。

加えて、バイオマスから発生する可燃性ガスは、いわば「得体の知れないガス」であることもエンジンメーカーが難色を示す理由でした。精製されたメタンガスやLPガスを燃料とする製品を展開するエンジンメーカーにとって、不純物が混じっているかも知れないガスを使って、故障せず、正常に稼働するか、予想がつかなかったからです。

結局、国内で開発を引き受けてくれるメーカーを見つけることができませんでした。そんな中、ドイツのエンジンメーカーが細かい要望に応じてくれるというので発注した結果、予想を超える請求を受けてしまったのです。

「言い値で買わざるを得ず、コストが嵩んでしまいました。しかも、メンテナンスに必要な部品はその都度、ドイツに問い合わせなければならず、かなりの時間とコストを要してしまうため、大変苦労しました。そこで、何とかガスエンジンを簡単に安価で調達できる方法がないかと検討を始めました」と笹内さんは打ち明けます。

その後、中外炉工業では、大阪大学、東京大学と産学連携の研究開発体制で臨んだ「バイオマスエネルギー転換要素技術開発／小型ガス化発電システムの開発」（2005～07年度）において、ガスエンジンに、市販されている自動車のガソリンエンジンを採用した試験にトライしました。

その結果、エンジンに少し改造を加えるだけで、50kg-wet/ｈの処理量、25kW規模の発電システムが正常に稼働。コストの大幅な削減に成功しました。この2号機をスケールアップした実証機（処理量：130kg-wet/ｈ、発電量：50kW）も開発し、岐阜県高山市に設置しました。

雑草の処理にバイオマスガス化発電システム
地産地消型エネルギーとして高まる期待

バイオマス発電システムが、従来の大型火力発電システムと決定的に違う点は、地産地消型の分散型エネルギーであるという点です。

発電システムは、コスト面からも信頼性からも、長期間の連続運転が欠かせません。それを実現するにはバイオマスの収集と安定供給が必須です。それには、立地場所のバイオマス（森林／林業等）資源に即したバイオマス発電システムが必要となります。その点、資源の適応範囲が広い中外炉工業のバイオマスガス化発電システムは、地域それぞれの悩みや実情に対応しやすいという特長を持っています。

NEDOが、2005～09年度に実施した「バイオマスエネルギー地域システム化実験事業」プロジェクトでは、「バイオマス等未活用エネルギー実証試験事業」での成果をみた山口県の岩国市と、熊本県の阿蘇市が中外炉工業との共同研究開発に名乗りを上げました。

熊本県阿蘇市は、年間2,000万人の観光客が訪れる観光地。その呼び物の一つが、阿蘇山のカルデラに広がる大草原でした。かつては牛の放牧により草原が維持されていましたが、安価な輸入牛肉により、畜産農家がすっかり減少してしまいました。その結果、放牧牛も減り、草原の雑草が伸び放題になってしまったのです。

阿蘇市では観光資源を維持するため、定期的に雑草を刈っていたものの、今度は刈った雑草の処分が問題となってしまいました。そこで、阿蘇市が考えついたのが、刈った雑草をバイオマス発電に利用できないかと言うことでした。

笹内さんは、「ロータリーキルンは幅広いバイオマスに対応できるのが強みだとお話しましたが、まさか、雑草を燃料に使うとは夢にも思ってもいませんでしたね」と驚いて見せます。

木材チップとは異なり、草はとても軽くて供給系にトラブルが起きやすいことや、中に空き缶や屑鉄、プラスチック類などが紛れていて、その分別法にも手間取りましたが、改良を加えてどうにか、処理量7トン/日、180kW規模の発電システムを完成させることができました。

「阿蘇市の場合は、近くに九州最大の温水プールもあり、排熱の有効活用にも最適でした。地域の実情を生かしたバイオマスエネルギーシステムとしては、重要な成功事例と言えるのではないでしょうか」と笹内さんは言います。

阿蘇市の発電システムは、その後、2012年4月に宮城県南三陸町に貸し出されました。東日本大震災の被災地での瓦礫処理に使用するためです。瓦礫の中には木材チップ以外にも色々なものが含まれていましたが、阿蘇市での知見が生かされ、瓦礫処理とエネルギー（電力と熱）の安定供給を両立させることができました。そして、2013年9月にはその役割を終え、阿蘇市に返還されました。

次は、林業と豪雪の地域にバイオマスガス化発電システムを最適化

一方、同時並行で取り組んだ山口県岩国市とのプロジェクトでは、近くの森林の間伐材を原料に、処理量8.5トン/日、180kW規模の発電システムを完成させました。ここでは、排熱を近くの養護老人ホームの温水加熱用に使う計画でした。しかしながら、温水の利用が予想に反して少なかったことから採算が合わず、実証試験後に撤去・解体することになりました。

ところが、一般財団法人石炭エネルギーセンター（JCOAL）と秋田県横手市森林組合からの依頼で、環境省低炭素地域づくり集中支援モデル事業委託業務（降雪山間地域の未利用バイオマスを利用したトリジェネレーションシステム実証事業） の助成の下、2012年から、岩国市で開発した発電システムをベースに、バイオコークスの製造を併設したバイオマスガス化トリジェネレーション発電システムの開発、建設に着手することになりました。そして、2013年2月、処理量7～9トン/日、180kW規模の発電システムが稼働を開始しました。

成果報告会に向けて目標クリアに努力、その結果、開発に集中、学位も取得

2002年度から約10年間にわたり、バイオマスガス化発電システムの設計と開発に携わってきた谷口さんは、NEDOプロジェクトをこう振り返ります。

「NEDOプロジェクトでは、年に二度、委員会があり、成果報告を行わなければなりません。そのため、委員会に向けて設定した目標をクリアしていくのが大変で、委員会直前になると眠れない日々が続きました。一方で、NEDOプロジェクトでご一緒させていただいた多くの方々や会社からもこのバイオマスガス化発電システムの研究で博士号を取るように勧められ、大学院に通わせていただきました。両立することは大変でしたが多くの方に助けていただきました。貴重な体験をさせていただいた10年間でした」

一方、笹内さんはこう話します。「私も委員会での成果報告は大きなプレッシャーになりましたが、逆に、NEDOが厳しく、期限付きの成果報告を求めて下さったので、プロジェクトに邁進することができました。また、委員会では、普段お目にかかれないような学識者による的確なアドバイスをいただくことができ、技術開発に軌道修正をかけることもできました。加えて、NEDOプロジェクトだからこそ、日本の産官学各界のバイオマス分野におけるトップ研究者に共同研究を快く引き受けていただけたとも思っています。バイオマスとは縁遠かった当社が、バイオマス発電システムの開発を成し遂げられたのも、NEDOプロジェクトがあってこそだと思います」

再生可能エネルギー固定買い取り制度の対象拡大とガス化の応用展開に期待

一方、笹内さんは、「しかしながら普及拡大については、いま大きな課題にも直面しています」と言います。2012年7月に施行された再生可能エネルギーの固定価格買い取り制度（FIT）は、電気のみが対象で熱は含まれていないため、熱電併給型のバイオマスガス化発電システムの強みを発揮しにくい状況になっているからです。

電力を売るために大量の輸入木材チップを燃料とする直接燃焼式の大型バイオマス発電システムの建設が進み、小規模分散と言う日本のバイオマス事情に合わせて開発した熱電併給型の小型発電システムは、採算面で見劣りがしてしまうからです。「エネルギーの地産地消という観点からも、近い将来、熱にも固定買い取りのような評価をしていただけることを期待しています」と笹内さんは語ります。

中外炉工業では、そうした制度改正への期待もかけながら、これまでの実績を生かし、今後さらなるエネルギー変換効率の向上と、建設・運営コストの削減を目指して改良を重ね、日本の地域の実情に柔軟に対応することができる、バイオマスガス化発電システムの普及に尽力していく予定です。

さらに熱分解ガス化は何も発電向けだけに限られた技術ではありません。ガスを合成して液体燃料化することも可能です。ロータリーキルンは間接式のガス化であるため、液化合成に適した水素分の高いガスを作ることも可能です。この観点からNEDOの戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発の中で、2010年度に独立行政法人産業技術総合研究所と、2011年度には大阪大学と共同でBTL用（Biomass To Liquid）ガス化技術の開発を行いました。当社の発電システムからガスエンジンを除いた基本システムがそのまま使えることから、大変有望な技術だと考えています。バイオマス発電とバイオマスからの液体燃料の製造という新たなトリジェネレーションシステムにも取り組みたいと思います。 （2013年10月取材）