バイオマスとは：生態学・エネルギーにおける定義と利用

バイオマスの基礎と活用法をわかりやすく解説。生態学的意義からバイオガス・エネルギー利用、廃棄物循環まで実践的に学べる入門ガイド。

バイオマスとは、エコロジーやエネルギー生産の基本用語です。植物や動物の死骸、動物の糞、生ゴミなどの有機性廃棄物は、バイオガスと呼ばれるガス状の燃料に変換することができます。有機性廃棄物は、バイオガス消化器でバクテリアによって分解され、本質的にメタンと二酸化炭素の混合物であるバイオガスを排出する。

生態学では、バイオマスとは生物の蓄積を意味する。これは、与えられた地域、または生物群集やグループ内の総生物量である。バイオマスは、所定の面積（平方メートルまたは平方キロメートル）あたりの重量または乾燥重量で測定される。エネルギー産業では、燃料や工業生産に使用できる生物学的物質を指す。バイオマスには、バイオ燃料として使用するために栽培された植物性物質が含まれ、繊維、化学物質、熱の生産に使用される植物性物質や動物性物質も含まれる。バイオマスには、燃料として燃やすことができる生分解性廃棄物も含まれる。地質学的過程で石炭や石油などの物質に変換された有機物は除く。通常は乾燥重量で測定される。

バイオマスの主な種類

• 木質バイオマス：森林残材、製材所の端材、ペレット用の木質チップなど。
• 農業残渣：稲わら、トウモロコシの茎・葉、畜産副産物（敷料や糞など）。
• 作物由来のエネルギー作物：ミスカンサス、スイッチグラス、サトウキビなど、エネルギー用に栽培される植物。
• 藻類：海藻や微細藻類はバイオ燃料や高付加価値素材の原料となる。
• 有機性廃棄物：家庭ごみ（生ごみ）、下水汚泥、食品加工残渣など。
• 工業副産物：紙パルプ廃材、食用油の廃油（バイオディーゼル原料）など。

変換技術（代表例）

• 直接燃焼：暖房や発電のためにバイオマスをそのまま燃やす。シンプルだが効率化や排ガス対策が課題。
• 嫌気性消化（メタン発生）：微生物による分解でバイオガス（主にメタンとCO2）を得る。消化残渣は肥料として利用可能。
• 発酵：糖質を酵母で発酵させてバイオエタノールを生産する（例：サトウキビ、トウモロコシ）。
• 熱化学処理（ガス化・熱分解・パイロリシス）：高温でガスや液体燃料、固形炭化物（バイオ炭）を生成する。高度な処理で合成ガスやバイオオイルが得られる。
• 油脂の転換：廃食用油や植物油を化学処理してバイオディーゼルを得る（トランスエステル化）。

用途と利点

• 熱供給・発電（単独またはコージェネレーション＝熱電併給）
• 輸送燃料（バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオガス由来の圧縮・液化メタン）
• 化学品やバイオプラスチックの原料
• 廃棄物の減量とリサイクル（特に有機性廃棄物）
• 地域の雇用創出やエネルギー自給の促進

環境影響と持続可能性のポイント

バイオマスは「カーボンニュートラル」と説明されることが多いですが、実際の温室効果ガス（GHG）削減効果は供給源や土地利用、管理方法、輸送、変換プロセスによって左右されます。主な留意点は次の通りです。

• ライフサイクル排出量：植林から収穫、加工、燃焼までを通した全体（LCA）で評価する必要があります。
• 土地利用変化：森林の伐採や自然生態系の転換を伴うバイオマス生産は、全体としてGHG排出を増やすことがあります。
• 生物多様性：単一作物の大規模栽培は生態系に悪影響を及ぼす可能性があります。
• 食料・水との競合：食糧生産用地や淡水資源との競合を避ける配慮が必要です。
• 有害物質と大気汚染：直接燃焼時の微粒子やNOxなどの排出管理が重要です。

測定と評価

生態学的なバイオマスは通常、所定面積あたりの総生体量として表され、乾燥重量（g/m²、t/haなど）で報告されることが多いです。生産性を評価する際には年当たりのバイオマス増加量（t/ha/年）も使われます。エネルギー分野では、バイオマスの発熱量（燃焼時に得られるエネルギー量）や転換効率、ライフサイクル温室効果ガス削減量が重要な指標です。

政策・技術動向と今後

先進的なバイオ燃料（第2世代のリグノセルロース系、藻類由来の第3世代など）やガス化・電化学的変換技術の研究開発が進んでいます。持続可能な供給チェーン構築、土地管理の改善、廃棄物利用の拡大が、バイオマスを気候対策や循環型経済に役立てる鍵となります。

まとめ

バイオマスは生態学的には「ある場所に蓄えられた生物の総量」を指し、エネルギー分野では再生可能な有機資源として熱・電力・燃料・化学原料になる重要な資源です。一方で、持続可能性を確保するためには供給源の選定、土地利用や生態系への影響評価、全体のライフサイクル評価が欠かせません。適切な管理と技術革新により、バイオマスは脱炭素社会の一部分を担う有力な選択肢になり得ます。

エネルギー産業

バイオマスという用語は植物にとって特に有用であり、樹木の木材（二次木質）のように、内部構造が必ずしも生きた組織とは限らない場合もあります。

バイオ燃料には、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオガスなどがあります。

バイオマスは、スイッチグラス、ヘンプ、トウモロコシ、ポプラ、ヤナギ、サトウキビなど、いくつかの植物から栽培されています。使用される特定の植物は、通常、最終製品にはあまり重要ではありませんが、原料の処理には影響を与えます。バイオマスは再生可能な燃料ですが、その使用は地球温暖化の一因になる可能性があります。これは、森林伐採や緑地の都市化など、自然の炭素平衡が乱された場合に起こります。

バイオマスは炭素循環の一部です。光合成は、大気中の炭素を植物に変換します。植物が腐ったり燃えたりすると、炭素は大気中に戻ります。これはある程度迅速に行われ、燃料として使用される植物質は、新たな成長のために植えることで常に交換することができます。したがって、大気中の炭素の量はあまり変わらない。

化石燃料はずっと前に死んだものから来ていますが、彼らは非常に長い時間のために炭素循環の「外」にあった炭素を含むので、一般的に受け入れられている定義ではバイオマスとは見なされません。したがって、それらを燃焼させることは、大気中に多くの二酸化炭素を追加します。

燃料以外のバイオマスの用途

• 建築材料
• 紙（セルロース繊維を使用
• 生分解性プラスチック

海水で分解するためになされるいくつかのような生物量からのプラスチックは、石油基づかせていたプラスチックと同じようになされる、製造し、ほとんどの性能基準に会うか、または超過するために実際により安い。しかしそれらは慣習的なプラスチックの防水に欠けている。

バイオガス発電所

質問と回答

Q: バイオマスとは何ですか?

Q: バイオガスとは何ですか、また、どのように製造するのですか?

Q:バイオマスはエネルギー産業と関係があるのでしょうか?

Q: 生分解性廃棄物もバイオマスの一種と考えることができますか?

Q: 石炭とバイオマスの違いは何ですか?

Q:バイオマスはどのように測定するのですか?

Q: バイオガスの成分は何ですか?

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