バイオガス

バイオガスの概要

バイオガス（Biogas）は、有機物の発酵または嫌気性消化によって生成される再生可能なエネルギー源の一種です。主な原料には、生物の排泄物、有機質肥料、生分解性の物質、さらには家庭や工業から出るゴミまで幅広く使用されており、主にメタンと二酸化炭素が含まれています。このような発酵プロセスは、気密性のある発酵槽で行われ、例えばサトウキビの搾りかすや下水処理場の活性汚泥などが利用されています。

得られたメタンは、そのまま利用されたり、燃焼して電力を発生させるなど多様な用途があります。バイオガスは非枯渇性の資源であり、エネルギーの新たな供給源として期待されています。

日本では、バイオガス利用促進センターが設立され、バイオガスの利用を推進する活動が行われています。また、国や自治体の政策によって化石[[燃料]]に炭素税が課せられる議論が進む中、バイオガスはカーボンニュートラルな特性から、この税がかからない可能性もあるとされています。

バイオガスの歴史

バイオガスの研究は歴史があり、イタリアの物理学者アレッサンドロ・ボルタが1770年ごろに沼からガスを取り出し、その燃焼実験を行ったのが起源とされています。その後、1821年にはアメデオ・アヴォガドロがそのガスの成分がメタンであることを確認しました。1884年には、フランスのパスツールが家畜の糞からバイオガスを取り出し、街灯に使用することを提案しています。

19世紀後半には、嫌気性発酵を通じて汚水の浄化が認識され、1897年にはインド・ボンベイに初のバイオガスプラントが設置され、1907年にはそのプラントで発電が行われました。日本国内では1940年代末に、競馬場で集めた馬糞を用いてメタンガスを生成した例が記録されています。

バイオガスの生成に適した物質

バイオガスを効率よく生成するためには、有機乾物の含有比率が5%から15%、かつ炭素と窒素の比が20:1から40:1の廃棄物が適しています。具体的な物質には、家畜の糞尿、食品の残差、下水汚泥などがあります。一方で、刈り草や木屑などは好気性発酵による堆肥化が好まれます。

特に家畜糞尿では、豚の糞尿は消化管が短く未消化の有機物が多いものの、水分が多いという欠点があります。牛の糞尿は栄養分が豊富である一方、有機乾物の比率が適しています。鶏の糞尿は栄養が豊富ですが、乾物の比率が高すぎるため、混合することで各種の欠点を補うことが求められます。

メタン発酵

メタン発酵は、多種多様な微生物によって行われ、炭水化物やタンパク質を効果的に分解します。このプロセスは嫌気的条件下で行われるため、空気を通すための動力が不要で、周囲への悪臭の影響も小さいです。メタンは水に溶けにくく、分離や回収が容易なため、商業的利用が進んでいます。

バイオガスの商業的利用に際しては、メタンの排出比率が重要視されます。一段プラントではガスが混合状態で生成されるのに対し、二段式プラントでは、初段で低価値ガスが発生し、二段目で高濃度メタンが生成されます。

バイオガスの普及状況

発展途上国では、バイオガスは手頃な燃料として調理用の熱源として広く利用されています。日本においても、バイオガスを精製して供給する試みがあり、企業間でのコラボレーションも進んでいます。2007年から2008年にかけて、国内で初のバイオガス発酵プラントのプロジェクトが立ち上がり、複数の企業が共同で実施しました。この動きはその後、正式な株式会社へと移行し、事業化が進みました。

バイオ水素の可能性

また、バイオ水素は水素生成に特化した微生物によって生成されるバイオガスの一形態で、特にエネルギー供給の新たな選択肢として期待されています。水素を利用する場合、燃料電池への供給に際し、硫黄を取り除く処理が鍵となります。

バイオガスの生産技術やその利用は、持続可能なエネルギー社会の実現に向け、今後ますます重要となるでしょう。

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