東京大学

エネルギー工学連携研究センター

望月 和博 （生産技術研究所）

持続可能社会と再生可能資源

バイオマス資源

バイオマスリファイナリーの考え方

バイオマス利活用システムの考え方

地域での実証と評価

再生可能

太陽光、風力、水力、バイオマス、etc

地球上の物質・エネルギー循環の過程を経て持続的に利用可能

リサイクル

金属製品、紙製品、プラスチック製品、etc

人間社会の中で再生利用

バイオマスとは生物(bio)＋量(mass)＝生物量(biomass)

バイオマス資源：炭素循環と光合成に基づいて生産される生物由来の資源

形のある再生可能資源太陽光など：エネルギー

バイオマス：マテリアル

バイオマスは、マテリアル資源とエネルギー資源の双方のポテンシャルを持つ

ただし、穀物や木材のように価値の高いものから生ゴミや汚泥などの廃棄物まで、多種多様である

食糧、飼料、肥料

素材

建材などの木材、紙・パルプ

化学製品

基礎化学原料、バイオプラスチック

燃料

バイオエタノール、バイオガス

電力、熱

バイオマス発電、コジェネレーション

マテリアルやエネルギーとして無駄のないバイオマス資源の利用

コンバージョンからリファイナリーという発想へのシフト

リファイナリーバイオマス有用物質

エネルギー

再生可能資源

カーボンニュートラル

化石資源の代替

自立持続社会の実現に寄与

未利用バイオマスの有効利用

バイオマス資源の計画生産・収集

無駄（用途のない副産物や残渣）のない資源利用

マテリアル資源とエネルギー資源のバランス

小宮山・迫田・松村 編著：「バイオマス・ニッポン」〃日刊工業新聞社（2003）

物理化学的物質変換

分離・精製

リサイクル材料合成

エネルギー変換

残渣

有価物

化学原料

プラスチック

炭化物残渣

バイオガス ・アルコール

液肥

コンポスト 生物化学的物質変換

肥料

燃料化

バイオマス

CO2

水・太陽光

○反応・分離システムの開発- バイオマス化学工学の概念- 反応と分離の融合による処理の高効率化- 高温高圧水＋PV

○プロセスの統合・バイオマスリファイナリーシステムの設計

○反応残渣からのエネルギー回収技術の開発- 高温高圧水によるバイオマスの炭化- 炭化物・水スラリー燃料のエネルギー利用

○バイオマス化学製品- 新規バイオマス由来素材の合成・成型加工- リサイクルプロセス

○エネルギー自立可搬式システム- モバイルファクトリー- 過熱水蒸気

○バイオマス生産システム- 高効率生産･収穫･収集技術- 資源作物の生産

○コンポスト化技術の開発- 集団微生物機能による高効率コンポスト化- 集団微生物相の挙動解析

○コンポスト化技術の開発- 集団微生物機能による高効率コンポスト化- 集団微生物相の挙動解析

○バイオガス・アルコール発酵技術の開発- 集団微生物機能による高効率発酵- 集団微生物相の挙動解析

○バイオガス・アルコール発酵技術の開発- 集団微生物機能による高効率発酵- 集団微生物相の挙動解析

再生可能と持続可能 生長量（再生量）と採取量（消費量）のバランスを維持しないと、長期的に再生可能（＝持続可能）とはならない

賦存量と利用可能量 地球上の現存バイオマス量はエネルギー換算で世界の年間消費量の約80倍（33,000 EJ）と推計

ただし、一方的な環境破壊を避け、アクセスできる利用可能なバイオマスには限りがある

加えて、近年は食糧などとの競合が大きな問題となっている

大規模集約型バイオマスリファイナリー プランテーションや大規模農園でのバイオマス生産

スケールメリットを生かしたプロセス

土地利用、水資源、環境影響への配慮

小規模地域分散型バイオマスリファイナリー（バイオマスタウン） 地域で利用可能なバイオマスを有効利用

廃棄物系バイオマス、未利用バイオマス、森林バイオマス、資源作物などの総合利用

地域密着型の事業展開

乳酸発酵

アルコール発酵堆肥化 メタン発酵

直接燃焼・発電

ＢＤＦ製造炭化 ガス化

基礎化学製品製造

要素技術群

持続可能なバイオマス変換プロセス

技術の選択およびシステム化・多段・カスケード利用、バイオマスリファイナリー・無駄のない資源化 ・他の自然エネルギーとの調和

農業 畜産業

水産業

林業

バイオマス生産

＋

持続可能なバイオマスの供給 持続可能な需要・市場

健全な土壌適正な水利用

⇔

合理的なバランスを保ったリンク

サービス・情報

生活

地域経済・社会

地元ニーズとのマッチング・地域適合性・モノやエネルギーだけでなく雇用拡大も

新たな価値観ライフスタイルの創出

⇔

生産システムの見直し・循環型・環境保全型への転換・飼料作物・資源作物生産の推進

有機性廃棄物の再資源化

持続可能社会への貢献

農地・林地への還元

商工業

バイオマス利活用システムの計画

新規技術開発既存技術の高度化・低コスト化周辺技術の整備

収集・輸送方法の確立

迫田・望月・柚山：農業土木誌 74（1）〃2006

地域バイオマスエネルギーを地産地消する「地燃料」システム構想の提案と実証

科学技術振興調整費（科学技術連携施策群課題）「地域完結型地燃料システムの構築と運営」採択（2006～2008年度）

現地にある四季折々のバイオマスを対象に、

原料の集荷は、地元の人のご協力を得て、

地元の人で動かせる技術で、

95％エタノールを生産し、

そのままの形で、農作業用自動車や農機具に利用し、

残渣は、ボイラーの燃料や堆肥として用いる。

稲作

行政（役場関係）

観光産業ホテル・旅館レストラン地ビール他

牧場

山林（11,000 ha）

わら：4,500㌧籾殻：1,200㌧

非食用部トマト：1,400㌧ソバ：120㌧他・・・

間伐材林地残材

ガソリン： 130 kL軽油： 223 kL灯油： 3,680 kL

ガソリン： 43 kL軽油： 26 kL灯油： 162 kL

農業（輸送を除く）

ガソリン： 23 kL軽油： 45 kL灯油： 8 kL

民生

ガソリン： 5,030 kL軽油： 1,420 kL灯油： 5,550 kL

糞尿：17,000㌧ 地燃料基地

わら・籾殻の半分を原料に

原料バイオマス2,850㌧

⇒ エタノール570 kL

プロセス熱源も自給

燃料消費量（総量）ガソリン： 5,230 kL軽油： 1,710 kL灯油： 9,400 kL

春

夏

秋

りんご剪定枝

トマト非収穫部

とうもろこし非収穫部

稲わら

もみ殻

地域から得られるバイオマス

通年

ソバ非収穫部

大豆非収穫部

資源作物

資源米など（休耕田での生産）

エタノール車両（ローカルビークル）バイオマスの

収集・輸送

エタノール（地燃料）

でんぷん系・セルロース系バイオマス

蒸留スロー糖化・

エタノール発酵

ホールバイオマス バイオマスボイラー

公用車利用地元観光産業

地域エネルギー（地燃焼）生産基地

モルト粕

余剰麦汁

地域でのエネルギーの活用

収集・輸送

残さの農地還元

H18 11月30日 研究実験棟の竣工12月21日 研究実験棟の内覧会（関係者）

H19 5月8日 研究実験棟のお披露目式

糖化・発酵装置

バイオマスボイラー

蒸留装置

バイオマス軟化装置

事務室

作業室

研究実験棟： 延床面積 351 m2 （106坪）

LPGボイラー

汎用発酵タンク

スロー糖化用タンク

バイオマス破砕機

玄関 シャッター

エタノール保管庫 H19年度導入

H18年度導入

バイオマスストック

スペース

エタノール自動車（FFV）

バイオマス破砕機

膨張軟化装置

糖化・発酵装置

蒸留装置（モロミ塔）

蒸留装置（精製塔）

バイオマスボイラー

必要に応じたバイオマスの細粒化

セルロース系原料の前処理

エタノールの生産（濃度：数％～十数％）

製品バイオエタノール（濃度：95 vol％）

50 vol％前後

プロセスへのスチーム供給

もみ殻、稲わら、果樹選定枝、モルト粕、資源米、他・・・地域バイオマス

＜バイオマス膨張軟化装置＞処理量：250 kg/hr仕様：原料ホッパー、クレーン

粒径分級用篩、など用途：リグノセルロース系原料の前処理

稲わら、もみ殻、剪定枝、農作物非食部など

＜糖化・発酵槽＞容量：容積:800L（最大仕込量:480L）仕様：撹拌機、pH調整、保温ジャケット

スチーム式（加熱・滅菌）、電気ヒーター式保温、他

用途：デンプン質原料(コメ)の糖化、エタノール発酵

＜モロミ濃縮塔（右）＞生産力：もろみ：650kg/day

→ 濃縮液：150kg/day※エタノール濃度:10％ → 40～60％

蒸発缶：仕込量：100L（容量：100L)運転方式：バッチ式

＜エタノール精留塔（左）＞生産力：もろみ濃縮液：150kg/day

→ 製品エタノール：60kg/day※エタノール濃度:40～60％ → 93％

蒸発缶：仕込量：50L（容量：100L）運転方式：バッチ式

ガス：炭＝ 60：40

炭化/ガス化炉ホッパー 燃焼炉 ボイラー

バイオマス：50 kg/h

熱分解ガス

炭化物

スチーム100 kg/h

排ガス燃焼ガス

効率70％

研究実験棟（信濃町実証プラント） モロミ 粗蒸留 精製エタノール

日付 原料 原料の重量 水の量 濃度 量 濃度 量 濃度 量

[kg] [L] [wt%] [kg] [wt%] [kg] [wt%] [kg]

2007/05/08 カリフォルニア製精米 90 310 7.1 266 68.1 30.57 95.8 20.67

2007/05/21 カリフォルニア製精米 90 310 10.4 353 61.0 49.22 90.0 33.34

2007/06/04 信濃町産古古米 141 259 9.9 349 60.8 65.27 94.1 37.62

2007/06/20 信濃町産古古米 118 282 9.6 357 60.8 63.74 87.6 42.48

2007/07/25 信濃町産古古米 118 282 9.4 360 61.0 68.06

2007/10/23 信濃町産資源米 93 307 11.4 373 50.5 66.36 91.6 34.52

2007/10/22 信濃町産アキタコマチ稲わら 45 360 0.44 289 23.1 8.61

2007/11/07 資源米千葉産 93 307 8.2 371 55.8 57.02 91.6 33.38

2007/11/14 資源米千葉産 93 307 11.2 388 61.2 52.75 92.0 35.48

2007/11/27 もみ殻 114 320 0.38 228 19.0 4.46

研究実験棟分室 モロミ 粗蒸留 精製エタノール

日付 原料 原料の重量 水の量 濃度 量 濃度 量 濃度 量

[kg] [L] [wt%] [kg] [wt%] [kg] [wt%] [kg]

2007/07/09 稲わら 5 27 0.91 22.78 13.9 1.16 94.04 0.15

2007/08/05 モルトカス 9.2 32 0.82 30.3 14.17 1.74 93.49 0.26

2007/08/24 もみ殻 10 30 1.00 15.16 31.08 2.19 92.81 0.15

2007/08/28 ろ紙 6 19 6.85 26.74 5.88 31.08 94.97 1.67

2007年度は約250kg（310 L）のエタノール（含水）を試験生産

エタノール車（FFV）に含水エタノールのまま給油

各種民生利用（レストラン卓上調理用、イベントで使用する灯油への混合等）

＜エタノール自動車(FFV)＞車 種：フォード・フォーカスFFV

（5人乗･5ドア･5速MT)排気量：1.8 L燃 料：ガソリンのみ、

エタノール/ガソリン(任意混合)、エタノールのみ(含水エタノール可)

バイオマスの収集・運搬 資源米の栽培試験

残渣の堆肥化 炭化物の農地還元

資源米生産

未利用バイオマス

エタノールプロセス

バイオマスボイラー

糠精米わら・もみ殻

間伐材果樹剪定枝

バイオエタノール

（飼料）

堆肥

炭化物

糖化残渣・蒸留残渣

スチーム（＋電力）

地域実証試験を通して「地域にとって地燃料とはなにか」を評価

持続可能な理にかなった仕組みかどうか 健全な資源循環、需要と供給のバランス、適正なコスト・・・

地元のメリットは何か 農林業の活性化、地元産業の発展、新規事業の創出・・・

地域環境の保全 環境調和型の生産プロセス、クリーンな燃料の利用

バイオマスの適正利用による土壌・河川環境の維持

地球環境問題への寄与 石油への全面依存からの脱却、二酸化炭素削減、温暖化対策

• 評価軸と評価法について– テクニカル指標、マテリアル・エネルギーフロー、他

⇒ 数理モデル化が可能な評価軸 ・・・ ソフトウェア研究からのサポート

– 地域適合性、地域経済、他⇒ 数理モデル化が困難な評価軸 ・・・ テストサイトでの実証データに基づく評価

– 持続可能性、環境インパクト、他⇒ 地域システムの総合的検証 ・・・ ソフト・ハード両者の相互連携により推進

• 地燃料システムのコンセプト明示および評価– 実際に構築・運営するシステムの総合的検証

合理的なマテリアル・エネルギー・キャッシュのフロー

地域で無理なく運用可能なプロセス・システム

エタノール生産量と地域需要のバランス（E(x)ガソリン相当の生産 ⇒ 燃料自給率）

具体的な実証運営データに基づいて評価する

地域完結型「地燃料」システムとしてのバイオエタノールの実証

都市近郊農畜産地域におけるバイオガスを中心とする実証

東南アジア型バイオマスタウンの構築に向けた国際共同研究（ベトナム）

持続可能なバイオマス利活用システムの設計・評価手法の開発

高温高圧水を用いたバイオマスの物質変換

高温高圧水メンブランリアクターの開発

高効率バイオマス炭化技術の開発と炭化物のマテリアル・エネルギー利用

小規模エタノール生産プロセスの開発

リグノセルロースからのエタノール生産技術の開発

センターのミッションとのリンク生産・利用・再生の循環