アメリカのバイオガス産業の現状と動向

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アメリカのバイオガス産業の現状と動向1　概要　アメリカのバイオガス技術は、ヨーロッパや中国と比べて全体的に発展が遅れている。 70年代には石油価格の上昇により、いくつかのバイオガス施設の建設が促されました。1970年から1990年にかけて、エネルギーを主な目的として、約140基のバイオガスプラントが建設されました。しかし、設備が簡素で、設計が不適切、設置が合理的でなく、管理も悪いといった問題から、これらの初期のバイオガス発酵タンクのほとんどは既に廃棄されたか、使用を停止している。過去5年間で、地球温暖化や化石燃料の不足に伴い、バイオガス技術への注目が高まり、関連する研究や実証プロジェクトの推進も徐々に活発になってきている。アメリカ環境保護庁（EPA）の統計によると、2007年時点で正常に稼働していたバイオガスプラントは約111か所あり、そのほとんどが家畜農場でのバイオガス発電プラントで、年間で2億1,500万Kwh相当のエネルギーを生み出していました。2007年のバイオガスプロジェクトによるエネルギー生産量は、2003年の3倍でした。2 バイオガス技術の発展を支える主な要因 2.1 環境・エネルギー面での利点が、アメリカにおけるバイオガス技術の発展を促す主要な要因である。アメリカ環境保護庁（EPA）の調査によると、1990年から2005年にかけて、エネルギーや工業分野から排出される二酸化炭素などの温室効果ガスの量は減少傾向にあった。一方、畜産場でのふん尿処理によって放出されるメタンなどの温室効果ガスの量は34％増加した。というのも、アメリカの農場では養殖と栽培が基本的に連携しているため、かつては養殖によって生じた汚泥がほとんどが屋外の貯蔵池に保管され、その後土壌に還元され肥料として使用されていました。この保管過程で大量のメタンや二酸化炭素といった温室効果ガスが発生していたのです。バイオガスプロジェクトは、温室効果ガスの排出を最大限に削減し、悪臭の発生を抑制し、糞便の流出による水資源の汚染を防ぐなど、さまざまな環境上の利益をもたらす；同時に、利用可能なバイオガス（メタン50～70％）というエネルギー源や、栄養価の高い肥料が生産され、衛生状態が改善される。これらのバイオガスプロジェクトの効果とますます厳しくなる環境規制により、**や農家、再生可能エネルギー企業がバイオガスプロジェクトを建設する意欲が高まっている。 2.2 動機付け策
近年、家畜・家禽のふん尿を利用したバイオガスプラントの建設を推進し、エネルギー消費と排出ガスの削減を実現するため、アメリカ農務省（USDA）、アメリカ環境保護庁（EPA）、アメリカエネルギー省（DOE）は共同でAgSTARプロジェクトを立ち上げました。このプロジェクトにより、バイオガスプラントの建設に関する政策的、法的、技術的、設備面、市場面の情報が提供されています。アメリカ合衆国連邦政府および各州も、バイオガスプロジェクトの推進を奨励するためのプログラムを策定し、財政的支援を行っている。したがって、ほとんどのバイオガスプロジェクトはアメリカ連邦政府から支援を受けている。例えば、2002年の「農務省と各州が異なるインセンティブ政策を設けるための財政補助法」における再生可能エネルギー及びエネルギー効率に関する9006条では、バイオガスプロジェクトへの支援が規定されており、2003年以降、米国農務省は嫌気性消化システムに合計で3100万ドルを拠出してきました。ミネソタ州農業局の「メタン発生型消化槽融資プログラム」は、バイオガス発電施設を建設する農家に無利子融資を行っている。3 アメリカの代表的な3つの嫌気性消化プロセス 3.1 膜付き嫌気性タンク 既存の家畜糞便貯蔵タンクの上に膜を設置してバイオガスを回収し、有機負荷は低く、一般的に0.05～0.2KgCOD/M3.dである。水力滞留時間は60～360日で、施設の管理方法によって異なります。中温で35～40.5℃で発酵し、有機負荷は1～10KgCOD/M3・dである。水力滞留時間は5～20日で、汚水のTS濃度は3～10％です。現在、ドイツで開発されたガス生成・貯蔵を一体化した新しい嫌気性タンク技術は、アメリカのウィスコンシン州などの農業州にある牧場で導入されています。コストが低く、技術的にも信頼性が高いため、徐々に主流のタイプとなってきています。3.3 セルフロー式嫌気性消化槽は、細長い形状をした地下の鉄筋コンクリート構造物で、温度を上昇させるためのものであり、通常、上部にはメンブレンが設置されてバイオガスを回収する。中温35～40.5℃で発酵し、有機負荷は1～6KgCOD/M3.dとする。水力滞留時間は18～20日で、汚水のTS濃度は5～13％です。牛舎の糞尿によく使用されますが、砂分を含む糞便には適していません。800頭の乳牛を飼育する農場用の汚泥用流動式嫌気性消化装置。工事費が安く、管理が容易であるため、これはアメリカにおける主流の嫌気性処理法となっており、塞流式、全混式、覆膜嫌気性池の数は、それぞれ沼ガス処理プラント全体の58％、27％、19％を占めている。その他にも、個別の農場でASBRやUASBプロセスを用いて豚糞の汚水を処理しているところがある。 4 アメリカにおけるバイオガス事業の発展が直面する主な障害 現在、アメリカのバイオガス事業の発展は、経済的、技術的、政策的、社会的な面でいくつかの障害に直面している。 4.1 経済的側面：化石燃料を利用した発電コストは非常に低く（平均0.09ドル/Kwh）、バイオガスを利用した発電の場合は0.05～0.11ドル/Kwhとなり、投資収益率が低い。また、投資額が大きくなりすぎ、**財政的なインセンティブも不十分である。さらに、電力会社との契約期間にも問題がある。 4.2 技術面において：汚泥を牛舎の敷料や堆肥として再利用する際に、衛生基準を継続的に満たすための管理上の課題がある。また、技術的なリスクも大きく（農家が複雑なバイオガスシステムの運用やメンテナンスの能力を欠いていること、還元された発酵液に含まれるリンの削減、ガス生成率の向上といった問題がある）。4.3 制度面において：アメリカの牧場が分散しており、独立しているため、効率的に運営できる集約型のバイオガスプラントを建設することが難しい。また、炭素やグリーンクレジットの取引制度も十分に機能していない。5、バイオガスの新技術の進展 5.1 バイオガスの開発と利用の新しいモデル。8600頭分の豚糞汚水を処理する被覆型嫌気性池の滞留時間は短い。汚泥TS濃度は0.5～3.0％。主に豚糞の汚水処理に使用される。 科学的研究 Scientific Research アメリカにおける有機廃棄物からのバイオガス利用の新しいモデルundefinedemsp;5.2 再生天然ガス技術 アメリカの天然ガス価格は、依然としてバイオガスを生産するコストの3～5倍も高い。 したがって、メタン含有率50％～70％のバイオガスを、メタン含有率94％～98％の天然ガスに精製・昇格させることは、商業的に利益を得られる可能性がある。現在、北米で最大規模の再生天然ガスプロジェクトであるテキサス州のハッカベイ・リッジでは、沼気が高純度のメタンに精製・圧縮された後、天然ガスパイプラインに供給されている。このプロジェクトは2008年10月に運用を開始した。1万頭の乳牛の糞便を処理するためのプロジェクトで、総投資額は1200万ドルです。年間20万トンの炭素クレジットが生み出される見込みです。5.3 高濃度嫌気性乾式発酵技術：カリフォルニア大学デービス校の張瑞紅教授が研究開発した、1日あたり8トンの食廃などの有機廃棄物を処理する嫌気性乾式発酵プラントのパイロットプラントが、2007年10月に運用を開始した。高濃度の多種多様な有機物質に対して高温嫌気性段階発酵システムを用いると、ガス生成率が高く、発酵後の物質量が少ないという利点がある。現在、生産規模の嫌気性プロセスが開発中です。5.4 バイオガス燃料電池発電技術　ミネソタ大学のPhilip. Goodrich教授は、2005年にハウベンシルドにあるバイオガスを利用する乳牛農場で、5KWの水素燃料電池発電機を開発することに成功した。この発電機は騒音が少なく汚染がないという利点があるが、発電コストが高く、サイズが大きいという欠点がある。 6 いくつかの提言　以上のことから、中国におけるバイオガスプロジェクトの発展状況を踏まえ、我が国のバイオガス産業のより良く、より迅速な発展を促進するために、筆者はいくつか取り組むべき点があると考えている。一つ目は、再生可能エネルギーの奨励策を充実させることであり、バイオガスプロジェクトがもたらす省エネ・排出削減の公益性や環境面での効果に着目し、財政的な補助や低利融資の支援を強化することです。同時に、国内のバイオガスプロジェクトにおける炭素クレジット削減市場の取引政策を策定する。二つ目は、バイオガスプロジェクトにおける新技術や新しい設備の研究開発を強化し、産業化、規模化、標準化を実現することで、発酵タンクの組立てを容易にし、品質を向上させつつ工事コストを削減することです。三つ目は、複数の原料を用いた高濃度での共同発酵技術の研究を行い、ガスを生成するための原料が十分に確保されるようにし、装置のガス生成効率を高めることです。バイオガスプロジェクトを集約化・大型化の方向へと発展させ、プロジェクトの経済性とエネルギー効率を向上させる。四つ目は、バイオガスの商品化能力を向上させることです。バイオガス発電の送電障壁を解消し、電力価格補助を実施する。バイオガスを精製・圧縮して高純度のメタンにし、天然ガス管に供給したり車両用燃料として利用するための技術開発を推進し、バイオガスの高度な活用を実現し、エネルギー効率を向上させる。五つ目は、養殖業と農業の産業配置を改善し合理的に計画することで、栽培と養殖のバランスを実現し、汚泥や沼渣の総合的な活用を確保し、輸送コストを削減して効率を向上させることである。