バイオマス暖房システム

貯蔵ホッパーに木材チップを入れ、中央に攪拌機を設置してスクリューコンベアでボイラーまで材料を輸送します

バイオマス暖房システムは、バイオマスから熱を発生させます。これらのシステムは、直接燃焼、ガス化、熱電併給（CHP）、嫌気性消化、または好気性消化を利用して熱を生成します。バイオマス暖房は、全自動または半自動で、ペレット燃焼式、あるいは熱電併給システムのいずれかです。

種類

オーストリアのバイオマス暖房プラント。熱出力は約1000kW
オーストリアの全自動 140 kW ウッドチップ暖房システム。35 年経過。

バイオマスをボイラー加熱に利用する暖房システムには、主に4つの種類があります。バイオマス暖房の種類は、全自動、半自動、ペレット燃焼、熱電併給の4種類です。[ 1 ]

完全自動化

完全自動化システムでは、チップ化または粉砕されたバイオマスがコンベアを介して管理された速度でボイラーに供給されます。この速度はコンピュータ制御によって管理され、ボイラー内の圧力と温度を維持します。完全自動化システムは、システムのオペレーターがコンピュータを制御するだけで済むため、操作が非常に簡単です。[ 2 ] [ 3 ]

半自動または「サージビン」

半自動システム、または「サージビン」システムは、全自動システムと非常によく似ていますが、運用維持により多くの人手が必要です。貯蔵タンクが小さく、コンベアシステムもはるかに簡素であるため、システムの運用維持には人員が必要です。全自動システムからの変更点は、システムの効率性です。燃焼器で発生した熱は、空気を直接加熱するために使用することも、熱伝達媒体として機能するボイラーシステム内の水を加熱するために使用することもできます。[ 4 ]薪燃料ボイラーは、最大出力で稼働しているときに最も効率が高く、年間のほとんどの日に必要な熱量は、年間のピーク時の熱量要件とはなりません。システムは年間のうち数日しか高出力で稼働する必要がないため、高い効率を維持するために、年間の大部分の期間の要件を満たすように設計されています。[ 3 ]

ペレット燃焼

バイオマス暖房システムの3つ目の主要なタイプはペレット燃焼システムです。ペレットは木材を加工したもので、そのため高価です。高価ではありますが、ペレットはより凝縮され均一であるため、より効率的です。さらに、ボイラーへのペレットの自動供給も比較的容易です。これらのシステムでは、ペレットは穀物貯蔵サイロに貯蔵され、重力を利用してボイラーまで移動します。ペレット燃焼システムは凝縮性が高いため、貯蔵スペースがはるかに小さく、これもコスト削減に役立ちます。これらのシステムは様々な施設で使用されていますが、貯蔵スペースや搬送システムのスペースが限られており、ペレットが施設の比較的近くで製造されている場所では、最も効率的で費用対効果の高いシステムです。[ 3 ]

農業用ペレットシステム

ペレットシステムのサブカテゴリの一つは、灰分率の高いペレット（紙ペレット、干し草ペレット、わらペレット）を燃焼できるボイラーまたはバーナーです。この種の一つに、回転する円筒形の燃焼室を備えたPETROJETペレットバーナーがあります。[ 5 ] 効率の点では、高度なペレットボイラーは、より安定した燃料特性のため、他の形態のバイオマスよりも優れています。高度なペレットボイラーは、凝縮モードで動作し、燃焼ガスを煙道に送る前に120℃ではなく30～40℃に冷却することもできます。[ 6 ]

熱電併給

熱電併給システムは、木材チップなどの木材廃棄物を発電に利用し、発電システムの副産物として熱も発生する、非常に有用なシステムです。しかし、高圧運転のため、非常にコストが高くなります。この高圧運転には、高度な訓練を受けたオペレーターが必須であり、運転コストの上昇につながります。また、発電と同時に熱も発生するという欠点もあります。年間を通して熱の発生が望ましくない時期には、冷却塔の設置が必要となり、これもコストの増加につながります。

CHPが適切な選択肢となる状況もあります。木材製品メーカーは、廃木材の供給量が多く、熱と電力の両方を必要とするため、熱電併給システムを採用しています。また、エネルギーと温水用の熱を必要とする病院や刑務所も、熱電併給システムに最適な場所です。これらのシステムは、平均的な熱負荷に対応するのに十分な熱を生産できるように設計されているため、追加の熱や冷却塔は必要ありません。[ 3 ]

利点

暖房システムにおけるバイオマスの使用は、農業、森林、都市および産業残渣および廃棄物を使用して熱および/または電気を生成するため、化石燃料よりも環境への影響が少ないという利点がある。[ 7 ]バイオマス中の炭素は自然の炭素循環の一部であるのに対し、化石燃料中の炭素はそうではなく、燃料として燃やされると環境に恒久的に炭素を追加するため、このタイプのエネルギー生産は環境に長期的な影響が限られている。[ 8 ]歴史的に、化石燃料が大量に使用される前は、木材燃料の形のバイオマスが人類の暖房の大部分を供給していた。[ 9 ]

森林由来バイオマスは一般的に商業価値の低い木材から得られるため、他の木材伐採作業の副産物として収穫されることが多い。バイオマス暖房は、より低価値の木材の市場を提供し、健全で収益性の高い森林管理を可能にする。[ 10 ]

欠点

農業バイオマスの大規模な利用は、農地を食料生産から遠ざけ、持続可能な方法で管理されていない森林の炭素隔離能力を低下させ、土壌から栄養分を抽出します。バイオマスの燃焼は大気汚染物質を発生させ、大気中に大量の炭素を放出しますが、これは何十年も土壌に戻らない可能性があります。[ 11 ]バイオマスが燃焼してから、植物や樹木が成長してそれを補うために大気から炭素が引き出されるまでの時間差は、炭素負債として知られています。炭素負債の概念は議論の対象となっています。実際の炭素への影響は、哲学、収穫規模、土地の種類、バイオマスの種類（例えば、草、トウモロコシ、新木、廃木、藻類）、土壌の種類、その他の要因に左右される可能性があります。[ 12 ]

バイオマスを燃料として使用すると、一酸化炭素、NOx（窒素酸化物）、VOC（揮発性有機化合物）、粒子状物質、その他の汚染物質の形で大気汚染が発生し、場合によっては石炭や天然ガスなどの従来の燃料源よりもレベルが高くなります。[ 13 ] [ 14 ] 化石燃料、バイオ燃料、バイオマスの不完全燃焼によって生成される汚染物質であるブラックカーボンは、地球温暖化に2番目に大きな原因である可能性があります。 [ 15 ] 2009年にスウェーデンが、南アジアの広い地域を定期的に覆う巨大な茶色の煙霧を調査し、主にバイオマスの燃焼によって生成され、化石燃料の燃焼によるものは少ないことが判明しました。[ 16 ]研究者らは、化石燃料よりも最近の植物に関連する14Cのかなりの濃度を測定しました。 [ 17 ]現代のバイオマス燃焼器具は、酸素調整システムなどの先進技術により有害な排出物を劇的に削減しています。[ 18 ]

バイオマス由来の炭素は燃焼時に二酸化炭素（CO2 ）として大気中に放出されます。乾燥木材に貯蔵される炭素量は、重量比で約50%です。[ 19 ]農業由来のバイオマスの場合、燃料として使用される植物質は、新規成長のための植林によって代替可能です。森林由来のバイオマスの場合、貯蔵された炭素を回収するのにかかる時間は一般的に長く、破壊的な林業技術が採用されると、森林全体の炭素貯蔵能力が低下する可能性があります。[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

1990年代初頭に提唱された「森林バイオマスはカーボンニュートラルである」という提案は、成熟した手つかずの森林は伐採地よりも炭素をより効果的に固定するという認識に基づく最近の科学によって取って代わられました。樹木が放出する炭素が一気に大気中に放出されると、数十年かけてゆっくりと腐朽していく森林の木材よりもはるかに気候変動に寄与します。 [ 24 ]一部の研究では、「50年経っても森林は初期の炭素貯蔵量まで回復していない」ことや、「最適な戦略は現存する森林を保護することである可能性が高い」ことが示されています。[ 25 ]他の研究では、炭素貯蔵量は森林と伐採されたバイオマスの利用方法に依存していることが示されています。森林は多くの場合、複数の樹齢を持つ樹木のために管理され、成熟した樹木の伐採はより頻繁かつ少量で行われます。これらの森林は、皆伐された成熟した森林とは異なる方法で炭素と相互作用します。また、木材からエネルギーへの変換効率が高ければ高いほど、使用される木材は少なくなり、炭素循環はより短くなります。[ 26 ]

規模

スペイン・バスク地方の1つの建物群向けのバイオマス暖房システム

2003年以降の原油価格の上昇と、それに伴う天然ガスおよび石炭の価格上昇により、熱生成のためのバイオマスの価値が高まっています。森林レンダリング、農業廃棄物、そしてエネルギー生産専用に栽培された作物は、エネルギー密度の高い化石燃料の価格上昇に伴い、競争力を高めています。この潜在能力を開発する取り組みは、不適切に管理された耕作地を再生させる効果をもたらし、分散型で多次元的な再生可能エネルギー産業の歯車となる可能性があります。これらの手法を促進・発展させる取り組みは、 2000年代を通じて欧州連合（EU）全体で一般的になりました。世界の他の地域では、バイオマスから熱を生成する非効率的で汚染物質を排出する手段と、不適切な森林管理が相まって、環境悪化を著しく促進しています。

参照

参考文献

  1. ^ 「バイオマス暖房システム」Energypedia。2025年9月9日閲覧
  2. ^ 「オートメーション：燃焼制御とバーナー管理システム」 Sigma Thermal . 2016年10月18日閲覧。
  3. ^ a b c d「バイオマス暖房システムの種類」ハーストボイラー。
  4. ^ 「バイオマスシステム設計 - Selected Eco Energy」 . Selected Eco Energy . 2016年10月18日閲覧。
  5. ^ 「スウェーデンの試験機関から素晴らしい結果が得られました | Petrojet Trade sro」。Petrojet 。 2012年10月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  6. ^ 「Okofen 凝縮ペレットボイラー」。
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  26. ^ 「過去のプロジェクト：木質バイオマスエネルギー」Manom​​et . 2019年5月15日閲覧。
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