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藻類バイオ燃料:バイオマスの基礎知識6

バイオマスの基礎知識

更新日:2020年3月12日(初回投稿)
著者:公立鳥取環境大学 環境学部 特任教授 横山 伸也

前回は、バイオディーゼル燃料について説明しました。最終回の今回は、藻類バイオ燃料を解説します。微細藻類を原料として、航空機用燃料などを製造する技術が世界的に注目を集めています。微細藻類は、陸上バイオマスに比較して成長速度が速く、炭化水素や脂肪酸のような燃料に相応しい成分を含有するものもあります。一般には食料と競合せず、水の温度の影響を受けにくい環境で生育するので、エネルギー資源としては大きな魅力があります。いずれにしても、陸上植物に比べて生産性が高いことが大きな長所です。微細藻類の特質、培養システム、燃料製造法、課題などについて解説します。

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1. 微細藻類の特質

微細藻類がエネルギー源として有望であることは古くから指摘されていました。ニュージーランドのMassey大学のChistiは、表1に示すように、藻類の生産量を陸上バイオマスと比較し報告しています。

これによると、アメリカの輸送用燃料需要の50%を満たすためには、各種バイオマスからのオイル生産量を考慮すると、コーンで15億4千万ha(ヘクタール)、大豆で約6億ha、パームやしで4,500万haの面積が必要となります。一方、炭化水素含有率が30%の微細藻類では450万ha、70%であれば200万haとなります。これを見ると、微細藻類の生産性は、陸上植物と比較して桁違いのポテンシャルを持っていることが分かります。ただし、実際に培養した場合は多くの課題があり、この値はあくまで理想的な条件下で得られたものであることに、留意する必要があります。

表1:各種バイオマスの生産量の比較 引用:Y. Chisti、Biodiesel from Microalgae、Biotechnology Advances、Vol.25、2007、P.294-306

表1:各種バイオマスの生産量の比較

代表的な微細藻類としては、炭化水素を生産するボトリオコッカス(Botryococcus braunii)、低酸性に耐性のあるシュウドココミクサ(Pseudococcomyxa)、クロロフィルを持たず生産性の高いオーランチオキトリウム(Aurantiochytrium)などが代表的です。さらに、食品添加物としても実用化されているユーグレナ(Euglena)、海水で培養できる珪藻のクラミドモナス(Chlamydomonas)などもあります。いずれも、輸送用燃料の原料として有望とされています。

2. 培養システム

日本では、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の実証試験として、最大規模の培養システムが鹿児島県の七ツ島で行われています。ここでは、1,500mの屋外設備でボトリオコッカスが培養されており、大規模培養技術の確立に向けて、課題の克服や運転スケジュールの把握など、コスト削減に必須となる微細藻類大量培養体制の構築を目指しています。資源エネルギー庁は、2020年の東京オリンピック・パラリンピック開催時の国産バイオジェット燃料導入検討を推進しており、大きな効果が期待されているところです。

これまでの報告では、培養段階だけでも大きなエネルギー投入が必要とされています。淡水の場合は蒸散による水の補充、栄養源としての炭素や栄養分の添加などが不可欠です。発電設備が近くにあれば炭素源として排ガス利用や、下水処理場からの処理水利用による栄養分の補給なども考える必要があります。

培養システムに関しては、大別してクローズドのバイオフォトリアクター方式と、オープンポンド方式があります。一般的には、オープンポンド方式が経済的には有利と考えられています。前者のEPR(エネルギー生産量を投入量で割った値)は1以下であり、後者がエネルギー収支では有利であることが報告されています。経済合理性があり、かつ環境負荷の低い方法で微細藻類から液体燃料を製造するためには、システム全体としてEPRをできるだけ向上させることが求められます。

3. 藻類からの燃料製造法

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

4. 今後の課題

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