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1 資料 2-2 第 1 回バイオマス事業化戦略検討チーム資料 バイオマス利活用技術の現状と課題 平成 24 年 2 月 10 日

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3 - 目次 - 1. 生物化学変換のうち糖 澱粉質系発酵技術 ( 第 1 世代 ) 1 2. 生物化学変換のうちソフトセルロース系発酵技術 ( 第 2 世代 ) 熱化学変換のうち液体燃料製造技術 ( エステル化 )(1) 熱化学変換のうち液体燃料製造技術 ( エステル化 )(2) 6 ~BDF 製造装置の開発 ~ 4. 熱化学変換のうち液体燃料製造技術 (BTL) 8 ~ 農林バイオマス3 号機の開発 ~ 5. 資源作物の開発 9 ~ 高バイオマス量さとうきびの開発 ~ 6. 農山漁村におけるバイオ燃料等生産基地創造のための技術開発ロードマップ 10

4 1. 生物化学変換のうち糖 澱粉質系発酵技術 ( 第 1 世代 ) 平成 19 年度より 糖 澱粉質系エタノール発酵技術 ( 第 1 世代 ) を用いた国産バイオエタノールの原料生産から製造 販売に至る一貫技術 利用体系を確立するための大規模実証事業を 3 地区で実施 北海道バイオエタノール株式会社 ( ホクレン JA 北海道中央会など道内企業等の出資で設立 ) 設置場所 : 北海道上川郡清水町 施設能力 : 1.5 万 KL/ 年 原料 : てん菜 小麦 製造開始 : 平成 21 年 4 月 ~ オエノンホールディングス株式会社 ( 北海道の酒造会社 ) 全国農業協同組合連合会 (JA 全農 ) 設置場所 : 新潟県新潟市 施設能力 : 0.1 万 KL/ 年 原料 : 米 製造開始 : 平成 21 年 2 月 ~ 設置場所 : 北海道苫小牧市 施設能力 : 1.5 万 KL/ 年 原料 : 米 製造開始 : 平成 21 年 5 月 ~ 1

5 これまでの取組により 原料生産から燃料製造 販売 副産物の飼料利用に至る技術 利用体系は構築されたが 事業化に向けた課題 ( 原料調達の多様化 安定化 製造コストの更なる削減 販売方法の多様化等 ) が明確化 これまでの成果 1. 国産バイオ燃料の原料生産から製造 販売に至る一貫技術 利用体系の構築 1 製造量 : 約 3 万 KL の目標達成 (21 年度 1.5 万 KL 23 年度約 3 万 KL) 2 製造効率 : 概ね目標達成 (A 社 : てん菜目標 0.094KL/t 実績 0.102KL/t) 3 品質適合度 : 目標達成 (100%) 4 製造コスト : 目標には至らずも大幅に向上 (B 社 22 年度 201 円 /L( うち原料費 65 円 ) 23 年度上期 163 円 /L( うち原料費 68 円 )) 5 製造技術の確立 ( 第 1 世代 ): 多様な原料に対応した製造技術 酵母を複数回使用する発酵技術 季節ごとに異なる酵母の使用技術等 2. エネルギー生産への農山漁村資源の活用促進 1 農村地域における雇用創出 (3 社で約 100 名 + 関連産業 ) 2 未利用 食用不適農産物のエネルギー利用 ( 余剰てん菜 規格外小麦等 ) 3 米以外の作物をつくることが困難な地域での転作の定着化 ( 新潟県 多収穫バイオ燃料用米 ) 事業化に向けた課題 1. 原料調達の多様化 安定化 需給事情の変化により当初計画していた余剰てん菜の確保が困難化 原料の多様化 安定化による製造設備のフル稼働の実現 ( てん菜 小麦 米のほか チーズ製造残さ 資源用コーン等 ) 2. 製造コストの更なる削減 発酵残さ等の飼料販売の拡大 熱回収効率の改善 輸送管理コスト削減等 3. 温室効果ガス削減義務への対応 熱回収効率の改善等による達成 ( 温室効果ガス排出量をガソリン比で 50% 削減 ) 4. 販売方法の多様化 国産バイオ燃料の販売エリア拡大 地産地消の推進 E10 試験導入等 本年 4 月に E10 対応ガソリン規格施行予定 北海道 2 社は バイオ燃料を JBSL( バイオマス燃料供給有限責任事業組合 ) に全量販売 バイオ燃料は北海道から横浜市根岸製油所に輸送 ETBE に加工され首都圏等の SS で販売 全農 ( 新潟県 ) は同県の石油基地でバイオ燃料をガソリンに直接混合し E3 として県下の SS で販売 2

6 2. 生物化学変換のうちソフトセルロース系発酵技術 ( 第 2 世代 ) 食料供給と両立できる稲わら 麦わら等のソフトセルロース原料の収集 運搬から燃料製造までの一貫技術を実証するため 平成 20~24 年度にベンチスケールの実証事業を 4 地区で実施 兵庫では 酵素製造コストの大幅な低減や酵素性能向上等を勘案した場合に収集運搬費と製造費で 90 円 /L ( 原料費は含まず ) の目標は達成可能との結果 他の 3 地区は 平成 24 年度に実証結果を評価 ソフトセルロースについては 前処理 糖化 発酵等の技術はほぼ確立しているが 最大の課題は製造コスト 国内での事業化には 製造コストの更なる削減のほか 原料面の制約から もみ殻等集積原料の活用や付加価値の高い製品の製造等の工夫が必要 ( 米国は 2012 年に 1,045 万ガロン (3,950 万 L) のセルロース系バイオ燃料を製造見込み ) ソフトセルロース利活用技術の実証地区 北海道ソフトセルロース利活用プロジェクト 実施主体 : 大成建設 ( 株 ) 設置場所 : 北海道恵庭市製造技術 : アルカリ剤を用いた前処理及び同一槽での糖化 発酵製造能力 : 3.7L/ 日原料 : 稲わら ( 北海道南幌町及び長沼町 ) 事業実施期間 : 平成 20~24 年度 兵庫県ソフトセルロース利活用プロジェクト 実施主体 : 三菱重工業 白鶴酒造 関西化学機械製作実証共同企業体 ( 財 ) ひょうご環境創造協会設置場所 : 兵庫県明石市製造技術 : 水熱分解による前処理及び糖化 発酵製造能力 : 16L/ 日原料 : 稲わら 麦わら ( 兵庫県加西市及び稲美町 ) 事業実施期間 : 平成 20~22 年度 秋田県ソフトセルロース利活用モデル地区 実施主体 : ( 社 ) 秋田県農業公社 川崎重工業 ( 株 ) 設置場所 : 秋田県潟上市製造技術 : 酵素を用いない熱水処理による糖化 発酵製造能力 : 200L/ 日原料 : 稲わら ( 秋田県南秋田郡大潟村 ) 事業実施期間 : 平成 20~24 年度 柏の葉ソフトセルロース利活用プロジェクト 実施主体 : 柏の葉ハ イオエタノール生産実証有限責任事業組合設置場所 : 千葉県柏市製造技術 : アルカリ蒸解による前処理及び遺伝子組換酵母を用いた C5 C6 糖同時発酵製造能力 : 100L/ 日原料 : 稲わら 麦わら ( 千葉県柏市 ) 事業実施期間 : 平成 21~24 年度 3

7 ( 参考 ) 米国のセルロース系バイオ燃料の年間計画生産量 (2012 年 ) ( 単位 : 百万ガロン ) 企業名 ( 所在地 ) 原料燃料の種類施設能力 / 年製造開始時期年間計画生産量 エタノール換算年間計画生産量 American Process Inc. (Alpena, ミシガン州 ) Fiberight (Blairstown, アイオワ州 ) 廃木材エタノール 年初頭 都市固形廃棄物エタノール 年初頭 INEOS Bio(INP Bioenergy) (Vero Beach, フロリダ州 ) 農業残さ 都市固形廃棄物 エタノール 年 5 月 KiOR (Columbus, ミシシッピ州 ) KL Energy (Upton, ワイオミング州 ) ZeaChem (Boardman, オレゴン州 ) 1 ガロン =3.78L パルプ材 ガソリン ディーゼル 年半ば バガスエタノール 1.5 製造開始済 木材エタノール 年初頭 合計 ( 資料 )2012 年 1 月 9 日米国連邦官報 4

8 3-1. 熱化学変換のうち液体燃料製造技術 ( エステル化 )(1) 我が国のバイオディーゼル燃料 (BDF) は 主に自治体や NPO 等が廃食用油 菜種等から生産し 自治体の公用車等の燃料に利用 農水省は 地域レベルの菜種等の原料生産からエステル化技術を用いた BDF 製造 利用までの取組を支援 BDF はカーボンニュートラルで温室効果ガス削減に貢献 また 東日本大震災直後の救援物資輸送や被災者救援に活用 BDF の生産量は約 1.4 万 KL/ 年 年間発生する廃食用油 43~45 万 KL のうち家庭系 9~10 万 KL 事業系 6~8 万 KL が廃棄 ( 推計 ) ( ) 富山県富山市 ( 年間 250KL 程度製造 ) ごみ収集車等 ( 約 120 台 ) に B100 利用 京都府京都市 ( 年間 1,500KL 程度製造 ) ごみ収集車 ( 約 160 台 ) に B100 市バス (93 台 ) に B20 利用市内 BDF 製造会社は欧州航空会社にバイオジェット燃料の原料として販売 主な取組事例 北海道帯広市 ( 年間 210KL 程度製造 ) ごみ収集車 (2 台 ) コープさっぽろ ( 約 300 台 ) コカコーラ (4 台 ) の配送者に B100 及び B5 利用 宮城県塩釜市 ( 年間 330KL 程度製造 ) 水産加工業共同組合員の配送車 市公用車 循環バス等 ( 約 190 台 ) に B100 利用 福島県いわき市 ( 年間 500KL 程度製造 ) トラック等 (16 台 ) に B100 利用 B100 B20 B5とは 軽油へのバイオディーゼル燃料の混合率を示す B100 :100%BDF B20 : 20%BDF B5 : 5%BDF 原料 廃食用油の回収システムや菜種等の生産体制の整備 技術 エステル交換技術は実用化 製造コスト削減 副産物のグリセリン等の利用 除去技術の開発 販路 バイオディーゼル燃料普及の課題 高品質の BDF 製造法の普及 ( 平成 20 年 5 月全国 BDF 利用推進協議会ガイドライン ) 販路確保 ( 現状は公用車等利用が主で SS での販売は限定的 ) 市場形成 ( 混和軽油の軽油取引税 32.1 円 /L の減免 B10 B20 規格の制定等 ) 副産物のグリセリン等の有効利用 BDF 生産量は農水省調べ 廃食用油発生量は全国油脂事業協同組合連合会の推計 5

9 3-2. 熱化学変換のうち液体燃料製造技術 ( エステル化 )(2) ~BDF 製造装置の開発 ~ アルカリ触媒を用いずに バイオディーゼル燃料を効率よく製造できる方法として 1 副産物として高純度なグリセリンを生成する無触媒過熱メタノール蒸気法 ( 大規模向き ) 2 廃棄物をほとんど生成しない STING 法 ( 小規模向き ) を開発 ( 課題 ) 無触媒過熱メタノール蒸気法 常圧での反応であるため 設備費が安価だが 反応速度がやや遅い STING 法 ランニングコストがやや高価 高圧下で反応させるため 設備費が高価 無触媒過熱メタノール蒸気法 STING 法 廃食用油 加熱 ( 投入 ) グリセリンの分離 蒸留 メタノール ( 回収 ) BDF BDF 6

10 ( 参考 ) 東日本大震災直後のバイオディーゼル燃料の活用事例 牛久市 BDF 車の救援物資輸送 茨城県牛久市の BDF 車が震災直後に 救援物資を輸送 牛久市 ~ 色麻町間往復 820km を 5 往復 BDF 車による被災者救援 岩手県を旅行中だった BDF 精製装置を車に積んだボランティアが地震発生時に地元の農家や商店街と協力し 救援物資をバイオディーゼルカーで運搬 北は岩手県宮古市から南は宮城県東松島市まで 食料や靴を運搬 釜石市における BDF 発電 岩手県釜石市の大松学園では 廃食用油から BDF を製造 震災直後の停電の間 施設の照明や暖房 洗濯機やテレビ等の電源を BDF 発電で賄う BDF は 通常 大松学園 釜石市役所 生協の車両等の燃料として活用 宮城県色麻町 茨城県牛久市 震災後の 3 月 17 日までに 往復 820km の距離を 5 台が 5 往復 災害時の燃料不足に対応 牛久市は 親善友好都市である宮城県色麻町に BDF 車で 8,600 食分の米やおむつ 寝具等を提供 塩釜市の BDF による災害時の緊急対応 宮城県塩釜市では 震災直後 塩釜市団地水産加工業協同組合が市からの要請を受け 給水や救援物資の輸送車両へ BDF を給油 当時保有していた BDF14,800L のうち 3 月 29 日までに延べ 85 回 計 4,800L を使用 また BDF 発電機を使って 水をくみ上げ市民に提供 BDF は 通常 組合員の配送車や市公用車 循環バスなど計 190 台に使用 また 市のごみ焼却場の燃料としても使用 7

11 4. 熱化学変換のうち液体燃料製造技術 (BTL) ~ 農林バイオマス 3 号機の開発 ~ 稲わらや木質バイオマスを 我が国における発生状況に適した小規模でガス化を可能とし 発電や液体燃料合成を行う世界最高水準の効率を持ったシステムを開発 50kWh の規模で発電効率 21% を達成 現在 250kW 規模 ( 一部 30kW) で発電効率 30% 達成に向けた実証事業を全国 3 箇所で実施中 ( 課題 ) 製造コストの削減 ( 設備が高額 ) 本ガス化法を活用したエタノール化学合成技術の実証 農林バイオマス 3 号機 浮遊外熱式ガス化法 従来のバイオマス発電方式より高い発電効率 バイオマス 木質 草本バイオマス 粉体 チップ 熱 合成ガス多 (H 2 約 50% CO 約 25%) 輻射熱 従来のバイオマス発電 :10~20% 農林バイオマス 3 号機 :30~40% (1,000kW 以上規模 ) 従来方式との発電効率の比較 ガス化反応炉 生成ガス貯蔵タンク 生成ガス合成ガス ガスエンジン発電 化学合成装置 電力 液体燃料 熱 反応管を外部から加熱し 無酸素下でバイオマスと水蒸気を化学反応させてガス化 水蒸気 ( 参考 ) 石炭火力発電の発電効率 :40% ディーゼル発電の発電効率 :40% 8

12 5. 資源作物の開発 ~ 高バイオマス量さとうきびの開発 ~ 砂糖生産を維持しつつエタノール原料も同時に確保する高バイオマス量さとうきびを開発するとともに これを原料とした砂糖 エタノール複合生産技術を開発 ( 課題 ) 省力的な多回株出し栽培技術の確立 砂糖 エタノール複合生産技術の実用化に向けた 要素技術の統合等 高バイオマス量さとうきび 高バイオマス量の収量 糖量 繊維量 高バイオマス量さとうきび 製糖用品種 収量 10.5t/10a 7.0t/10a 多回株出し栽培での生産力 ( 右 ) 高バイオマス量サトウキビ ( 左 ) 製糖用サトウキビ ( 従来種 ) 糖量 1.6t/10a 1.2t/10a 繊維量 2.8t/10a 1.6t/10a 砂糖 エタノール複合生産技術の開発 ( 右 ) 高バイオマス量サトウキビ ( 左 ) 製糖用サトウキビ ( 従来種 ) ( 右 ) 高バイオマス量サトウキビ ( 左 ) 製糖用サトウキビ ( 従来種 ) 11 9

13 6. 農山漁村におけるバイオ燃料等生産基地創造のための技術開発ロードマップ 要素技術開発 (~H23) 新規委託プロジェクト研究による技術開発 (H24~27) 研究期間を短縮するため 国内外の知見 民間企業が有する技術やノウハウ等を積極的に導入 実証 (H27~30) 産業利用 (H31~) アウトカム (H32(2020 年 )) 既往成果 ( 知見 ) 収穫量が高い資源作物を選抜するとともに 燃料変換に必要な糖化発酵等の要素技術を開発 1.( セルロース系発酵技術 ) 草本を利用した燃料安定供給技術の開発 < 取り組むべき課題 > エタノール製造コストを実用化が可能な 100 円 /L 程度まで引き下げる技術の開発 コスト高の原因となっている 原材料費 固定費 等の低減 ( 現状のエタノール製造コスト試算 : 150 円 /L 程度 ) 草本 エタノール製造コスト目標 : 150 円 /L(H22) 120 円 /L(H25) 100 円 /L(H27) < 実施する主な研究 :( 対応の方向 )> 原材料費の低減に必要な技術の開発 エタノール製造に適した 高収量の資源作物等の作出 栽培や収集技術の開発複数の資源作物の効率的な燃料化が可能な 汎用性の高い前処理技術の開発 固定費の低減に必要な技術の開発 燃料変換システムの簡素化等によるプラントの設置 運転コスト低減の検討 ( 原材料の周年安定供給の確立による燃料変換プラントの稼働率向上 ) コスト低減に向けた最新のエタノール変換技術の実証と一部改良 国内外の最新の研究成果の中から安価かつ効率的な糖化 発酵工程等燃料変換技術の選定 既存の変換プラントでの技術の実証と一部改良 技術の早期実用化に必要不可欠な 産学官連携の一層の促進 稲わらや麦わら等の確保が比較的容易な大規模化を達成した農村地域等における実用化 木質の液化と改質を同時に行うために必要な要素技術の開発 木質チップからガス化 発電 液体燃料製造システム ( 農林バイオマス 3 号機 ) の開発 木質リグニンから接着剤等の各種マテリアルを製造するために必要な要素技術の開発 資源作物等の作出 栽培や収集 前処理技術の開発を重点的に行い 糖化 発酵工程等は既存の国内外の技術開発成果の活用 オープンイノベーション化を徹底する 2.( 熱分解液化技術 ) 木質を利用した燃料等安定供給技術の開発 3.( 微細藻類からの液体燃料製造技術 ) 微細藻類を利用した燃料等安定供給技術の開発 木質 石油代替燃料製造コスト目標 : 200 円 /L(H25) 80 円 /L(H27) < 取り組むべき課題 > < 実施する主な研究 ( 対応の方向 )> 林地残材のほか 耕作放棄地や 林内で利用可能な液化 改質システムの開発里山 里地の雑木 竹等からの 我が国の山の実情に配慮し 山土場と麓を行き来でき また 麓では 耕作放棄石油代替燃料製造コストを80 円 /L 地や里山 里地の雑木 竹等を一括で効率的に液化する可搬式直接液化 改質程度まで低減させる技術の開発システムの開発 リグニンの産業利用を推進する 木質リグニンからの材料製造技術の開発ため 低コスト材料製造技術の開発 木質リグニンの用途を拡大するため コンクリート混和剤 化学繊維に代わる炭素繊維原料等として木質リグニンを利用する低コスト製造技術の開発 ( 現状のコスト試算 : - ) 技術のユーザーが参画するコンソーシアムに研究を委託し 産学官連携で実用化に必要な技術の開発を実施する 微細藻類 石油代替燃料製造コスト目標 : 800 円 /L(H20) 200 円 /L(H25) 80 円 /L(H27) 林業現地 里地 里山で豊富に得られる木質バイオマスを原料に 地域で効率的にエネルギー変換し利用するシステムの事業化 リグニンを利用した新産業の創出 農山漁村において 500 億円 / 年以上の新産業を創出 微細藻類の燃料利用に必要な有望系統の選抜等要素技術の開発 < 取り組むべき課題 > 微細藻類からの石油代替燃料製造コストを 80 円 /L 程度まで低減させる技術の開発 ( 微細藻類からの燃料製造コスト試算 :800 円 /L 程度 ) < 実施する主な研究 ( 対応の方向 )> 微細藻類利用コストの低減 油脂を多く生産する微細藻類の増殖及び増殖後の藻類の回収 油脂の抽出等に係るコストを大幅に低減する技術の開発 木質バイオマス発電等から生じる廃熱 廃 CO2 等を微細藻類増殖 燃料製造に利用するシステムの開発 副産物利用の推進 微細藻類からの燃料製造コストを低減するため 搾油後の藻体残さを畜産 水産飼料 肥料として利用する技術の開発 日照条件に恵まれた地方 ( 東日本の太平洋岸や瀬戸内海沿岸等 ) の遊休地 耕作放棄地での藻類増殖 利用システムの開発 廃熱 廃 CO2 を活用しつつ微細藻類を利用する技術を開発し 産業利用につなげる 10

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