バイオガスとは？自作の装置が世界各国で普及している注目のエネルギーを紹介

バイオマスとは、化石資源を除いた生物由来の再生可能な資源で、「廃棄系バイオマス」「未利用バイオマス」「資源作物」の3種類があります。バイオマスの主な原料は、以下のとおりです※。

※出典：九州農政局「バイオマスとは？」
※出典：一般社団法人 日本ガス協会「バイオマスと都市ガス」

バイオマスは、バイオガスを発生させる資源としての価値があるだけでなく、プラスチックの原料などにも活用されており、2050年カーボンニュートラル実現に向けて注目されている資源です。

なお、バイオマス発電に関してより詳しく知りたい方は、以下の記事もあわせてご覧ください。

▶関連記事：バイオマス発電とは？メリット・デメリットを解説！仕組みや将来性、国内の事例も紹介

バイオガスが生み出される仕組みは、以下のとおりです。

1. バイオマス（生ごみや古紙、家畜の糞尿など）を原材料とし、嫌気環境（酸素のない状態）でメタン発酵させる
   
2. メタンとCO2（二酸化炭素）、発酵残渣（微生物の食べ残し）が生じる
   
3.  発生したメタンを発電やガスとして利用し、発酵残渣を肥料として活用する

バイオガス変換は、水分が多く腐敗しやすい生ごみや食品廃棄物などの有機性廃棄物を活用します。

発生したバイオガスの主成分はメタンガスであり、そのまま燃焼できる点が特徴です。そのため、燃料電池やボイラー、ガスタービンなどに活用できます。

また、発酵後の残渣は肥料・堆肥として利用し、バイオマスの生産に役立てられるため、資源の調達・利用を循環させることで無駄なく活用可能です。

本来、バイオガスを発生させるためにはプラントが必要ですが、簡易的な装置であれば自作が可能です。

事実、メタン発酵による仕組みを活用した一般家庭用の装置は、日本ではあまり普及していませんが、中国や途上国を中心に世界中で広く使用されています。

例えば、中国では2010年に家庭用のバイオガス施設が4,000万基に達したともいわれており※、ドイツなどの先進国でも個人用の小規模バイオガス施設の普及推進の動きが見られています。

※出典：国立研究開発法人 国立環境研究所「アジア農村地域の家庭用バイオガスシステム---中国の事例紹介」

バイオガス施設は自作が可能です。なかでも、ポリチューブを活用したメタン発酵装置は比較的低コストで作成できるといわれています。

ポリチューブ製メタン発酵装置の大まかな自作方法は、以下のとおりです。

1. チューブをまるごと収めるための穴を掘る
   
2. 投入するバイオマスの量に応じて発酵装置の大きさを決める
   
3. 穴とガス利用機器へ接続するために、塩ビ管継手やホースを使った配管を繋ぎ、先にはバケツを重ねて作ったガス貯留機を設置する

家庭用のバイオガス施設は主に中国を中心に普及していますが、日本でも少数ですが住民主体で作成されたバイオガス施設がいくつか存在します。

日本ではまだ普及が進んでいない小型バイオガス発生装置ですが、多くのメリットがあります。以下では、バイオガスを導入する主なメリットを紹介します。

• 廃棄物を資源として利用できる
  
• 環境に優しくカーボンニュートラル実現に貢献できる
  
  

バイオガスを導入するメリットは、本来廃棄する生ごみや古紙、家畜の糞尿などをエネルギー資源として活用できることです。

バイオガスの資源となる廃棄物を処理する際は、焼却時にCO2が発生するだけでなくコストがかかります。その点、バイオガスを導入すると廃棄物を有効活用できるため、環境への負担を減らしてコスト削減の可能性にも繋がります。

また、バイオガス生成後の発酵残渣は、農地での肥料や焼却施設での燃料として活用可能なため、循環型社会の形成が可能です。

さらに、バイオガスは再生可能エネルギーのため、化石燃料とは違い枯渇する心配がなく、エネルギー問題の解決にも繋がります。

バイオガスを導入すると、カーボンニュートラル実現に貢献できるメリットがあります。

日本では2050年までにカーボンニュートラル実現を目指しています。カーボンニュートラルとは、排出量から吸収量と除去量を差し引いた合計をゼロにする意味です。

バイオガスは生成の過程でCO2を排出しますが、資源となるバイオマスは草木類も含まれており、草木類の成長の過程で行われる光合成によってCO2を吸収するため、CO2の排出量は相殺され環境負荷に影響を与えないといわれています。

また、CO2を分離・回収する技術（CCS）と組み合わせることで、バイオガス発生時のCO2も大幅に削減できるため、純粋にCO2を削減することも可能です。CCSなどの技術はまだ発展途上ですが、今後のさらなる進歩が期待されています。

CCSの詳細は以下の記事で解説しているため、ぜひこちらもご一読ください。

▶関連記事：CCS・CCUSとは？違いやCO2排出量削減に向けた国内外の取り組みを紹介

バイオガスには、廃棄物を有効活用できることやカーボンニュートラル実現に貢献できるなどのメリットがありますが、事業化に向けてはいくつかの課題があります。以下では、バイオガスの事業化に向けた主な課題を紹介します。

• 時間とコストがかかる
  
• 燃料となる資源の安定的な確保が必要
  
• 発酵後の残渣（ざんさ）の扱いが確立されていない
  
  

大量のバイオガスを作るためには、以下のような様々な設備が整ったバイオガス発電プラントが必要です。

• メタン発酵設備
  
• 発酵前段階の適物を分別する前処理設備
  
• メタン発酵後の消化液の液肥利用設備
  
• 消化液排水処理設備
  
• 脱臭設備

一般家庭用のバイオガス施設とは違い、バイオガス発電プラントは規模が大きくなるため完成までに時間がかかる他、初期費用やランニングコストの負担も大きくなります。

バイオガスの利用拡大には、燃料（バイオマス）の質と量の安定的な確保が必要になるため、資源供給に携わる各業界の発展が必要不可欠です。

例えば、木質バイオマスを確保する場合、おがくずや木の皮などの燃料に利用できる部分以外は建材などとして利用が必要になり、木材の需要拡大を図る必要があります。そのため、安定的に木質バイオマスを確保するには林業の発展が必要不可欠です。

また、食品廃棄物を資源とするのであれば、一般家庭や商業施設などから食品廃棄物を回収できる仕組みの構築も必要になるでしょう。

バイオガスを発生させた後の廃棄物の取り扱いにも課題があります。通常、発酵残渣は廃棄物として環境処理後に排出されますが、廃棄物を肥料などに活用できる場合があるため検討を行います。

しかし、残渣によって所轄官庁が異なるので手続きが煩雑です。例えば、バイオマスの種類によって以下のように所轄官庁が異なります。

また、残渣の扱い方法も確立されておらず、活用できるものでもそのまま廃棄される場合がある点も問題です。

バイオガスは廃棄物を無駄なく活用できることがメリットですが、まだ仕組みが統一されていないことも事業化の課題でしょう。

バイオガスは、新たなエネルギーとして様々な活用が期待されています。

• 精製ガスとして活用
  
• CHPによる発電
  
• 燃料電池として活用
  
• 水素ガスに改質

日本でも国策としてバイオガスの普及には力を入れています。例えば、バイオマス発電は、再生可能エネルギーで作った電気を固定価格で買い取る「FIT制度」の対象です。

また、2013年度からは「地域の特色を活かしたバイオマス産業を軸としたまちづくり」を目指す地域を対象に、経済産業省や農林水産省をはじめとした7府省が認定する「バイオマス産業都市」を推進しています。

バイオガスは、すでに様々な業界で活用されています。最後に、バイオガスの活用事例を2つ紹介します※。

このようにバイオガスを活用した事例は増えており、今後も幅広い業界・企業で導入されることが予想されます。

※出典：経済産業省 資源エネルギー庁「バイオマス発電 再生可能エネルギーとは」

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バイオガスは、バイオマスを燃料とする環境に優しいエネルギーです。日本ではまだ導入事例がそれほど多くありませんが、脱炭素社会の実現に向けて今後の普及が期待されています。

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