山地憲治０８１００６

地球環境問題とエネルギー－バイオマスの役割－

山地憲治

for 環境の世紀１４

～バイオマスから「環境問題」を考える～

2008年10月6日＠駒場18号館ホール

山地憲治０８１００６

私のエネルギー政策研究

世界エネルギーモデルDNE21とその発展形

世界土地利用-エネルギーモデルGLUE→物質

エネルギー統合モデル

種々の需要家エネルギーモデル

電力市場モデル（マルチエージェントモデル）

AGS（東京大学ほか）

IPCC

世界エネルギー会議（１９９５）、世界ガス会議（２００３）

総合資源エネルギー調査会(新エネ法改正、RPS法、新・国家エネルギー戦略)

ICSU（IAC)、日本学術会議

グローバルエネルギーシナリオ、地球温暖化対策

バイオマス供給力評価

RPS（新エネ導入政策）

省エネルギー技術評価（コージェネ、HP・・・)

Tokyo Half Project

＜手法＞ ＜テーマ＞ ＜出口＞

核燃料サイクルモデルFCOMとその発展形

電源構成最適化モデル＋送配電系統モデル

再処理vs使用済燃料

貯蔵

分散電源評価

原子力委員会(原子力政策大綱)

中央環境審議会(CO2原単位問題)

産業構造審議会・地球環境部会（CO2回収・貯留技術開発計画）

総合科学技術会議(エネルギー分野、温暖化対策分野)

バイオマスニッポン総合戦略

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研究から政策まで －バイオマスエネルギーのケース－

バイオエネルギーに関する論文・著書 研究の契機：物質フローを取り込んだエネルギーモデルの拡張

群馬県宮城村(現前橋市）における自然エネルギー導入検討（人口8000人、豚60000頭、牛10000頭）→バイオガス利用

総合資源エネルギー調査会・新エネルギー部会（1999－2001年）

「バイオエネルギー」出版（2000年）

新エネルギー法改正（2002年）

バイオマスニッポン総合戦略（2002年）

新エネルギー導入目標改訂（2001年、2005年）

日本エネルギー学会バイオマス部会

燃料政策小委員会(バイオ燃料) 日伯バイオエタノール委員会

GLUEモデル開発、バイオマスバランス表の考案

地域新エネルギービジョン

バイオマスタウン構想

NEDOグラント(バイオエタノール)、etc.総合科学技術会議(バイオマス連携施策)バイオマスアジアフォーラム

その後の展開：

JSTバイオマス基盤技術

年

研

究

論

文

国際会

議

論

文

電

中

研

報

告

解

説

論

文

著

書1994 1 119951996 2 2 21997 2 31998 3 21999 3 1 12000 1 4 1 12001 1 3 12002 2 2 32003 1 42004 120052006 1 1

山地憲治０８１００６

「バイオエネルギー」

出版社：ミオシン出版

発行年：2000年12月

価格：2,500円（税別）

ISBN4-88701-861-4

[著者]

編著 山地憲治（東京大学）

共著 山本博巳（電力中央研究所）

藤野純一（国立環境研究所）

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太陽（核融合エネルギー）

直接反射(30％)

173,000兆Ｗ

短波長放射

熱へ直接変換（46％） 81,000兆W

長波長放射（赤外線）

月

蒸発・降雨など(23％) 40,000兆Ｗ風・波など 370兆Ｗ光合成 80兆Ｗ→植物

潮汐・潮流8兆Ｗ

熱伝導32兆Ｗ

火山・温泉0.3兆Ｗ

地熱自然エネルギー

核エネルギー

化石エネルギー

人類のエネルギー消費（約13兆Ｗ）

リサイクルエネルギー

生産・廃棄物

食料・原材料

地球のエネルギーバランスと各種エネルギー資源 山地憲治、「エネルギー・環境・経済システム論｣より

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Energy Technology Perspectives 2008 (IEA)

２０５０年までに温室効果ガス半減を実現する技術シナリオ

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Energy Technology Perspectives 2008 (IEA)

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日本における現状と現行目標日本における現状と現行目標～再生可能エネルギーの位置づけと我が国の現状～～再生可能エネルギーの位置づけと我が国の現状～

再生可能エネルギー

熱分野 電力分野

新エネルギー

大型水力等

太陽光発電

風力発電

バイオマス発電

中小水力・地熱等

RPS対象

太陽熱

バイオマス熱利用

その他

自家消費分 系統流入分８．９％１３．３％９．９％合計

０．０１％０．０２％０．０９％太陽光

０．２８％１．６２％０．０９％風力

１．３４％１．３８％１．２１％バイオマス

０．３７％０．２０％０．３３％地熱

６．９％１０．１％８．２％水力

米国欧州(EU15)

日本

再生可能エネルギー（電力分野）の導入比率（三極比較）

・電力分野における再生可能エネルギー全体で見た場合、現状において、我が国は、欧州、米国と比較して、遜色のないレベルで導入されている。

（出典）日本のみ資源エネルギー庁データ。その他は IEA, “Energy Balances of OECD Countries, 2003-2004”

（注）発電量は自家消費分を含む。

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2005年度

実績現状固定ケース・努力継続ケース

最大導入ケース現状固定ケース・努力継続ケース

最大導入ケース

太陽光発電 35 140 350 669 1300

風力発電 44 164 200 243 269

廃棄物発電＋バイオマス発電 252 476 393 338 494

バイオマス熱利用 142 290 330 300 423

その他※ 687 663 763 596 716

合計 1160 1733 2036 2146 3202

※「その他」には、「太陽熱利用」、「廃棄物熱利用」、「未利用エネルギー」、「黒液・廃材等」が含まれる。

　「黒液・廃材等」の導入量は、基本的にエネルギー需給モデルにおける紙パの生産水準に依存するため、モデルで内生的に試算する。

2030年度2020年度

単位：石油換算万kL

需給部会資料（２００８年３月）より

非常に大きな2030年の太陽電池目標

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570 563 631 562 679

1,732 1,931 1,931 1,931 1,931

1,160

1,7332,036 2,146

3,202

0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

実績

現状

固定

ケー

ス・

努力

継続

ケー

ス

最大

導入

ケー

ス

現状

固定

ケー

ス・

努力

継続

ケー

ス

最大

導入

ケー

ス

2005年度 2020年度 2030年度

［万

ｋｌ］ 新エネルギー

水力地熱等

注）括弧内は、一次エネルギー国内供給に占める割合。

※は努力継続ケースの場合の値。

需給部会資料（２００８年３月）より

（5.9%）

（7.0%※）

（8.2%） （7.7%※）

（11.1%）

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新エネルギー部会資料（０８年４月４日）

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バイオマス生産・消費システムの基本構造

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バイオマス資源とエネルギー転換技術の対応マトリックス

農業残渣

糖・

でんぷん

植物油

Ｄ Ｄ Ｄ Ｄ Ｗ Ｄ Ｗ Ｗ Ｗ Ｗ Ｗ林地残材・間伐材

製材残材

建築廃材

古紙

牧草

ネピアグラス

アオサ

ホテイアオイ

トウモロコシ

稲藁・もみ殻、

麦藁

家畜糞尿

下水汚泥

屎尿浄化槽汚泥

食品加工廃棄物

厨芥、

水産加工残渣

甘藷

廃食用油、

菜種油、

パー

ム油

直接燃焼ボイラ ◎ ◎ ◎ ○ ◎

直接燃焼発電 ◎ ◎ ○ ○ △ ◎

固形燃料化 ◎ ◎ ○ ○ ◎

混焼発電 ◎ ◎ ○ △ ○ ◎

溶融ガス化 ○ ◎ ○

固定床ガス化 ◎ ○ ◎

低温流動層ガス化 ○ ○ ◎

噴流床ガス化 ○ ○ ○ ◎

高カロリーガス化 ○ ○ ○ ◎

急速熱分解 ◎ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○

スラリー燃料化 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○

直接液化 ○ ○ ○ ○ ○ △ ○ ○

超臨界水ガス化 ○ ○ △ ○ ○

超臨界ﾒﾀﾉｰﾙ処理 ○ ○ ○

炭化 ◎ ○ ○ △ △ ○ ○

エステル化 ◎

メタン発酵 △ △ ◎ ◎ ◎ ◎

エタノール発酵 ○ ○ ○ ○ ○ ◎

ｱｾﾄﾝ･ﾌﾞﾀﾉｰﾙ発酵 ○ ◎

水素発酵 ○ ○ ○ ◎ ○ ○ ○ ○

バイオマス資源

その他木質系バイ

オマス

製紙系バイ

オマス

牧草・水

草・海草

Dry/Wet

例示

転換技術

燃焼

熱化学的変換

生物化学的

変換

草本系バイオマス 糞尿・汚泥

食品廃棄物

出典）「新エネルギー等導入基礎調査出典）「新エネルギー等導入基礎調査バイオマスエネルギーの利用・バイオマスエネルギーの利用・普及政策に関する調査」普及政策に関する調査」((社社))日本エネルギー学会日本エネルギー学会平成平成1414年年55月月

◎：実用化実績のあるもの○：実験的研究段階のもの

（パイロット規模の実証試験を含む）

△：フィージビリティスタディ段階のもの

◎：実用化実績のあるもの◎：実用化実績のあるもの○：実験的研究段階のもの○：実験的研究段階のもの

（パイロット規模の実証（パイロット規模の実証試験を含む）試験を含む）

△：フィージビリティスタディ△：フィージビリティスタディ段階のもの段階のもの

注）本マトリックスは下記出典の調査に注）本マトリックスは下記出典の調査における導入事例、研究開発事例のとおける導入事例、研究開発事例のとりりまとめ結果であり、この表で無印まとめ結果であり、この表で無印等になっていることをもって資源等になっていることをもって資源//技術の適合性がないという短絡的な技術の適合性がないという短絡的な判断は避けるべきである。判断は避けるべきである。

各種バイオマス資源をエネルギー各種バイオマス資源をエネルギーに転換する技術の対応状況を、に転換する技術の対応状況を、マトリックスとして示すとマトリックスとして示すと左表のとおり。左表のとおり。

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バイオマスの発熱量(LHV)

・通常の範囲：18-21GJ/BD-t （脂質の場合33GJ/BD-t, 42GJ/TOE)

しかし水分があるので

・木材：15GJ/AD-t（含水率２０％）：石炭の約半分

しかも比重が軽い

・木材の容積重：パルプ用木材：0.65AD-t/m3（針葉樹）, 0.75AD-t/m3（広葉樹）

チップ：0.40BD-t/m3（カナダ産針葉樹）から

0.80BD-t/m3（マレーシア産広葉樹）まで

⇒木材の燃料としての価値は容積あたりでは石炭の約４分の１

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バイオマス・バイオエネルギー生産コスト

(1) バイオエネルギー生産コスト

新規生産 $1.9-5.9 /GJ残渣利用 $0.5 /GJ参考 １GJ＝２４ｋｇ-oil＝280kWh

(2)木材の用途別価格の目安

原木 8,000円/ m3

用材 45,000円/ m3

製紙用チップ 8,000円/ m3

肥料・エネルギー 1,000円/ m3

(バイオマス利用の5F:Food,Fiber,Feed,Fertilizer,Fuel)

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図2-7 発電プラントのＣＯ2排出原単位（LCA評価）

0

50

100

150

200

250

300

石炭

火力

石油

火力

LNG火

力原

子力

中小

水力

地熱

風力

波力

潮流

海洋

温度

差太

陽熱

太陽

光バ

イオ

マス

火力

発電

プラ

ント

のＣ

Ｏ2原

単位

（g-

C/kW

h）

燃料

運用

設備

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図3-1 検討した木材系バイオマスフロー

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図4-18 バイオマス残渣の究極エネルギー供給可能量

0

50

100

150

200

250

300

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

究極

エネ

ルギ

ー供

給可

能量

（EJ/年

）南アジア

東南アジア

旧ソ連東欧

ラテンアメリカ

サハラ以南アフリカ

中東北アフリカ

中国等

オセアニア

日本

西欧

北米

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図4-20 バイオマス残渣の実際的エネルギー供給可能量

0

20

40

60

80

100

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140

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100実

際的

エネ

ルギ

ー供

給可

能量

（E

J/年

）南アジア　

東南アジア

旧ソ連東欧

ラテンアメ

アフリカ　

中東北アフ

その他アジ

計画アジア

オセアニア

日本　　　

西欧　　　

北米

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土地利用モデル

天然ガス原油石炭

ウラン

化石エネルギー化石エネルギー

再生可能エネルギー

再生可能エネルギー

バイオエネルギー

エネルギー転換技術

気体燃料液体燃料固体燃料

電力

核燃料サイクルモジュール

バイオエネルギーモジュール

植林モジュール CO2処分・固定

大気へ

需要需要

水力・地熱

風力太陽光

図5-13 LDNE-BNモデルの構造

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0

5 , 0 0 0

1 0 , 0 0 0

1 5 , 0 0 0

2 0 , 0 0 0

2 5 , 0 0 0

3 0 , 0 0 0

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

一次エネルギー生

産量

(MTO

E/yr

)

原 子 力

太 陽 光

風 力

水 力 ･ 地 熱

バ イ オ マ ス

石 炭

原 油

天 然 ガ ス

0

5 , 0 0 0

1 0 , 0 0 0

1 5 , 0 0 0

2 0 , 0 0 0

2 5 , 0 0 0

3 0 , 0 0 0

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

一次エネルギー

生産量

(MTO

E/yr

)原 子 力

太 陽 光

風 力

水 力 ･ 地 熱

バ イ オ マ ス

石 炭

原 油

天 然 ガ ス

図5-17 一次エネルギー生産量（BAU、550ppm）

BAU

550ppm

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図5-21 各技術オプションのCO2排出削減効果

-5,000

0

5,000

10,000

15,000

20,000

25,000

30,000

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060

2070

2080

2090

2100

CO

2 排

出量

と削

減・貯

留量

(Mt-C

)植林

省エネルギー

燃料転換

バイオマス

太陽光

風力

水力＆地熱

原子力

海洋貯留

帯水層注入

廃ガス田注入

石油増進回収

排出量（550ppm）

排出量（BAU）

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05 0 0

1 , 0 0 01 , 5 0 02 , 0 0 02 , 5 0 03 , 0 0 03 , 5 0 04 , 0 0 04 , 5 0 0

2000

2020

2040

2060

2080

2100

バイオエネルギー

生産

量 (M

TOE/

yr)

エ ネ ル ギ ー 作 物

人 糞

台 所 ゴ ミ

家 畜 糞

バ ガ ス

サ ト ウ キ ビ 収 穫 時 残 渣

穀 物 収 穫 時 残 渣

用 材 ス ク ラ ッ プ

製 材 残 渣

紙 ス ク ラ ッ プ

黒 液

丸 太 収 穫 時 残 渣

05 0 0

1 , 0 0 01 , 5 0 02 , 0 0 02 , 5 0 03 , 0 0 03 , 5 0 04 , 0 0 04 , 5 0 0

2000

2020

2040

2060

2080

2100

バイオエネルギー

生産

量 (M

TOE/

yr)

エ ネ ル ギ ー 作 物

人 糞

台 所 ゴ ミ

家 畜 糞

バ ガ ス

サ ト ウ キ ビ 収 穫 時 残 渣

穀 物 収 穫 時 残 渣

用 材 ス ク ラ ッ プ

製 材 残 渣

紙 ス ク ラ ッ プ

黒 液

丸 太 収 穫 時 残 渣

図5-22 種類別バイオエネルギー生産量（BAU、550ppm）

BAU

550ppm

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05 0 0

1 , 0 0 01 , 5 0 02 , 0 0 02 , 5 0 03 , 0 0 03 , 5 0 04 , 0 0 04 , 5 0 0

2000

2020

2040

2060

2080

2100

バイオエネルギー

用途

(MTO

E/yr

)固 体 燃 料 需 要

S T I G 発 電

B I G / G T 発 電

直 接 燃 焼 発 電

バ イ オ ガ ス 生 成

バ イ オ マ ス 液 化

バ イ オ マ ス ガ ス 化

05 0 0

1 , 0 0 01 , 5 0 02 , 0 0 02 , 5 0 03 , 0 0 03 , 5 0 04 , 0 0 04 , 5 0 0

2000

2020

2040

2060

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2100

バイオエネルギー

用途

(MTO

E/yr

)

固 体 燃 料 需 要

S T I G 発 電

B I G / G T 発 電

直 接 燃 焼 発 電

バ イ オ ガ ス 生 成

バ イ オ マ ス 液 化

バ イ オ マ ス ガ ス 化

図5-23 バイオエネルギー用途（BAU、550ppm）

BAU

550ppm

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追加資料（最近の研究など）

バイオ燃料の現状と展望

エネルギー作物の展開は、食糧生産との競合だけでなく熱帯林保護との競合も深刻な問題として予想される。

今後の研究テーマ：

土地利用変化に伴う土壌からの温室効果ガス排出

施肥（特に窒素肥料）からのN2O排出

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ブラジルの総栽培面積：約６０００万ha；内サトウキビ：537万ha

セラードの可能性：１億３０００万haの追加農地

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なお、バイオディーゼルの原料として、熱帯地域ではパーム油が注目されている。

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川島博之：「世界の食糧生産とバイオマスエネルギー」（東大出版会、２００８）

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パームの実

パームやしの樹

パームやし林とパーム油工場の廃液処理池