バイオコークス - 再生可能エネルギー社会の礎となる新しい固体バイオエネルギー -

バイオコークス - 再生可能エネルギー社会の礎となる新しい固体バイオエネルギー -

持続可能な社会の実現に貢献する次世代固体バイオエネルギー「バイオコークス」を解説。

ジャンル
発行年月日
2022/01/20
判型
A5
ページ数
136ページ
ISBN
978-4-339-06661-6
バイオコークス - 再生可能エネルギー社会の礎となる新しい固体バイオエネルギー -
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定価

2,200(本体2,000円+税)

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★書籍の特徴★
 地球環境を取り巻く現状は、気候変動枠組条約締結国会議(COP)等の議論に見られるように厳しさを増しつつあります。特に、エネルギー源の枯渇や地球汚染問題は、深刻化しています。エネルギーを巡る諸問題、化石燃料を主体とする環境汚染問題などは、極めて喫緊の課題として国際的にも議論されていますが、決定的な解決策が見出されていない過酷な情況と言えます。
 なかでも再生かつ持続可能な新エネルギーであるバイオマスを一次エネルギーとする固体バイオエネルギーに関する研究開発は、遅れています。本書で述べている現状でのバイオコークス性能では、石炭コークス利用分野で30%程度の代替燃料として活用可能と考えていますが、完全には代替できません。消費燃料が変わり、燃焼特性が変わるわけですから、大きな技術転換を決断する必要があります。今まで石炭コークスで鉄を溶解し、ビルディングや橋や自動車、さらにはマンホール、錨、フライパンなどのあらゆる身近な生活に必要な製品を製造するのに必要な固体燃料だったので、溶解メカニズムそのものの変化を受け入れる必要があります。
 本書では、種々のバイオマス原料(廃棄物を含む)からのバイオコークス化の基礎特性、基礎燃焼特性から長期エネルギー備蓄に関する展望を述べています。
 さらに、バイオコークスによる世界的な脱化石かつ二酸化炭素削減のための普及活動として、シンガポール事業、タイ事業などがありますが、特に、バイオコークスを用いて難民キャンプや農村地域生活の質を強化し、新しいエネルギー産業を創出する取り組みが進んでいます。このパートナーシップは、ヨルダン大学、国際連合UNHCRの協力を得ながら進めていますが、政治や民族、文化などの違いから導入の難しさを感じざるを得ません。
 これらのプロジェクトでは、世界的な大きな困難を克服し、不安定なエネルギー情況からの脱却を目指して、SDGsフラッグ1、4、7、8、9、13、16、17番に対応する目標を達成することを目的としています。
 バイオ炭素備蓄型再生可能エネルギー社会を実現するには、エネルギーを安定的に確保し、経済成長と環境保全の3Eを進めるのは、至難の業であります。産官学が連携して、やがて訪れるエネルギー危機を乗り越えることを期待してやまみません。この書がこれらの次世代エネルギー開発の礎になることを祈念します。

★各章について★
第1章
 バイオエネルギーの位置づけについて、多面的に説明しています。エネルギーは、すべての活動を支えるもとであり、持続的に営みを続けるための原動力であります。バイオエネルギーは、生合成と分解・燃焼反応作用を介して分子構造を変えながら炭素循環と炭素備蓄をほぼ永遠に繰り返す「自然システム」から得られる炭素中立性を有し、持続可能かつ再生可能なエネルギーとして位置づけ、その基本特性について述べています。
第2章
 植物由来のバイオマスはその植生により、陸上で生育する陸生バイオマスと水中・海中で生育する水生バイオマスとに分類できます。ここでは、固体バイオ燃料の固形化についての基礎的な特性を述べています。
第3章
 バイオコークスは、固体バイオ燃料の一つである。そして、その特殊性は、すべてのバイオマス原料から形成できることと、その形成条件にあります。バイオコークス化は、バイオマスの骨格を構成する三つの主成分の三つの成分を有する粒子間の結合反応により形成され、ほぼすべてのバイオマスを資源として利用することができます。ここでは、バイオコークスの基本特性を述べています。
第4章
 1970 年代のオイルショックにより着目されたエネルギー備蓄の重要性、エネルギー資源の枯渇危機、地球規模での環境破壊などを原因とするエネルギー問題は、1997 年のCOP3 から再生可能エネルギーによる解決が試みられているが、各国の思惑が食い違い、まとまりきれていません。ここでは、エネルギー基盤としてのバイオコークスの開発意義を研究成果を基に多面的に述べています。
第5章
 2011 年3 月11 日に発生した東北地方太平洋沖地震に伴う福島第一原子力発電所の事故により、放射性物質が森林、町などへ広域かつ多量に拡散されてバイオマス由来の建築材や枯れ葉、草、樹木、樹皮などに付着し、空間線量が上昇する被害が拡大しました。ここでは、バイオコークス化を活用した減容化、放射性物質の閉じ込め効果などを述べています。
第6章
 わが国のバイオエネルギー発展の起点は、2002 年12 月に閣議決定された「バイオマス・ニッポン総合戦略」であります。これに基づき、関係省庁によりさまざまな計画的な施策の推進が図られてきました。地球温暖化の防止、循環型社会の形成、競争力のある新たな戦略的産業の育成、農林漁業,農村漁村の活性化、これらの実現に向け,産官学が一体となって各施策を推し進めています。ここでは、固体バイオ燃料の変遷から長期エネルギー備蓄の必要性、標準規格化について述べています。
第7章
 エネルギー資源は、ストック(備蓄量)とフロー(消費量)のバランスにより、その循環性が担保されます。このバランスは太陽エネルギーを起源とし、光合成に起因する炭素循環や体内での消化活動に起因する窒素循環などが地球システムの一環を形成している事実からも、エネルギー資源備蓄の重要性が理解できます。ここでは、これから訪れる世界の大きなエネルギー問題を克服するためには、永遠かつスパイラルのように続く研究者が抱える試練と、平和への強い想い、さらにそれらの礎である確固たる理念や哲学を後世に伝える必要性について述べています。

★著者からのメッセ―ジ★
 エネルギー資源枯渇が視野に入りつつあるなか、地球規模での環境保全が急務となっています。この2つの課題は、1つの解で解決するはずなのですが、この解を実現する難しさにジレンマを感じずには入られません。持続可能なバイオエネルギーの開発と備蓄に向けた取り組みについての議論が活発になることを祈念しています。

★読者対象★
再生可能エネルギー、カーボンニュートラル、エネルギー備蓄などに興味を持っている学生、技術者、研究者

★キーワード★
バイオマス、再生可能エネルギー、炭素中立性、持続可能性、再生可能性、固体バイオエネルギー、ゼロエミッション、循環型社会、放射性物質、閉じ込め効果、減容化効果、エネルギー備蓄

未来エネルギーについて,悩み,悲愴感に苛まれたことはあるだろうか?

著者がエネルギーについて考え始めたのは,日本で初めてのエネルギー工学に関する学部が豊橋技術科学大学に創設され,故・大竹一友教授のエネルギー変換工学講座への配属が決まったことがきっかけである。まだ,再生可能エネルギーやトレファクション,カーボンニュートラルという言葉すら存在しない時代であった。

大竹教授は当時,石炭燃焼の先導的研究開発者であった。1995年に論文の中で,「これまでの燃焼技術の研究は,燃料を完全に燃焼させることと,派生的に生じる環境汚染物質を極力低減すべく新しい燃焼法や在来技術の改善を精力的に行ってきた。…(中略)…完全燃焼の最終目標物質であった二酸化炭素が,大量燃料消費により自然の炭素循環量を超える排出をきたすことになり,大気中の二酸化炭素濃度が年々高くなり,地球温暖化という広域汚染問題を引き起こす可能性が懸念されるに至った。また,未燃の炭化水素や亜酸化窒素などによる温暖化効果もこれを助長している」と時代の最先端から燃焼工学を通して数々の環境問題に警鐘を鳴らし,「近い将来にあらゆる技術活動に必要なエネルギー消費を極少化し,環境により調和する工業活動・日常生活の推進を迫られるときが必ずやってくるはずである。そのときに備えて,この件について,今から十分な検討を行っておく必要がある」と未来を切り開く指針を述べている。

その2年後,1997年国連気候変動枠組条約第3回締約国会議(COP3,京都会議)が開催され,先進国および市場経済移行国の温室効果ガス排出の削減目標を定めた京都議定書が採択された。長期的な将来を見据えた全世界的な取り組みが始動し,環境問題解決への糸口が見えたときの感動が想起されるが,一方で世界各国の思惑,特に自国優先主義(home country priority)や正義(justice)等により,その取り組みや各国の連携が継続しない事実には愕然とさせられる。大竹教授は,論文の中で,「自国に存在しない環境汚染源にどれだけ関心を持ち続けられるかが問題となる。つねに環境に配慮し,使命感をもって絶えず世界に目を向けなければならない」と,自身の微粉炭火力発電開発研究を通して,地球規模での環境保全の必要性を強く訴えられていた。

著者ら門弟が大竹教授から最後に託された言葉は,「これからの技術者は,自分の専門分野はもとより政治・経済は当然として,哲学・倫理学にも精通した全人格的な素養をそなえたスーパーマンでなければならない」というものであった。後世を鼓舞しつつ,エネルギーの研究開発を通じて,地球規模でのエネルギー供給と環境保全の限界に苛立ちを感じておられたのではないかと回顧している。最先端の石炭燃焼研究開発に取り組んだ大竹教授の研究室で著者が学んだことは,「最大のエネルギー資源埋蔵量を誇る石炭による石炭火力発電依存比率の増加の一方で,それに伴い石炭が最大の二酸化炭素排出源となっている」というエネルギーと環境が相反する課題を同時に打破するには,カーボンニュートラルかつ持続可能な再生可能エネルギーにより産業分野(電力と鉄鋼産業など)のパラダイムシフト(paradigm shift)を引き起こすことが必要不可欠と感じる姿勢と地道な行動力である,と信じてやまない。

さて,近い将来発生するであろうエネルギー争奪からの回避を鑑みて,哲学を掘り下げ踏み込むと,「公共哲学」へと導かれる。公共哲学とは,『広辞苑』第6版(岩波書店,2008年)において「市民的な連帯や共感,批判的な相互の討論にもとづいて公共性の蘇生をめざし,学際的な観点に立って,人々に社会的な活動への参加や貢献を呼びかけようとする実践哲学」と定義されている。

桂木は,公共哲学において民主主義と市場の新しい見方を紹介し,その中で健全な市場の概念として三つの動態的バランスと二つの局面を指摘している。そして,これらの動態的バランスと局面は,第2次世界大戦後に自由貿易体制が志向されて世界経済の市場経済化が進められたものの,グローバリゼーションの進展によって,南北問題の深刻化や民族主義の反発と過激化を生み出しているという。このような見方から,市場がその健全な姿を維持するには,①異なる共同体をつなぐ「平和」,②異なる市場共同体をつなぐ「平和」,そして③普遍的な市場と,そのもともとの基盤である生活共同体との「平和」,という三つの動態的なバランスを認識しながら,全体としての市場平和を模索する必要があると警告している。また,二つの局面として「平和」と「紛争」を挙げ,異なる共同体をつなぐ「平和的な」関係があるとき,一定期間のうちはその関係が継続して「平和」が続くが,しばらくするとおたがいに関係が崩れる,あるいは離れるふるまいが生じるようになり,「紛争」へと事態は進むという。人類は,いくら表面上は「平和的な」ふるまいをしていても,その基礎が侵食される事態を何度も繰り返してきた歴史を経験しており,争いが避けられない状態,いわゆる「トゥキディデスの罠」がまさに近づきつつあるのではないかと危惧している。これから訪れる大きな新しい罠を回避したくとも,公共哲学が共通規範とされない限り,エネルギー資源の争奪を回避できないのではないかと憂慮する。

世界を見つめながら,未来を見つめながら国家や産業,生活の基盤であるエネルギーの安定供給を実現するには,人々の社会的な連携による「平和的な」活動が不可欠であることはいうまでもない。吉永は,環境保全の公共哲学から「資源エネルギーの公共哲学」の必要性とその発展を指し示している。さらに,2016年にはCraig Morris & Arne Jungjohann により“Energy Democracy”が発刊され,自然エネルギーの在り方が民主主義の深化とエネルギーの民主化から議論されている。世界的に広がりつつある新しい概念であるエネルギー・デモクラシーは,国際関係~労働・雇用~教育・文化~ライフスタイル~政治・経済~産業が繋がり,基盤とするエネルギーを変えることによって,社会全体が変わることを教示している。

本書は,再生可能エネルギーとしての次世代固体バイオエネルギー:バイオコークスの創出の必要性について,包括的かつ多角的に書き記した最初の書物である。「バイオコークス」については,『現代カタカナ語辞典』(旺文社,2006年)において「茶殻やジャガイモなど台所から出る植物性廃棄物をリサイクルして作った固形燃料。近畿大の研究グループが鉄を溶解する大型鋳造炉で,石炭コークスと混ぜて燃焼させる実験をした結果,炉内温度は石炭だけより高温となり,不純物の混入も起きないことを確かめた。原料の100%を活用できる高いリサイクル性と,二酸化炭素の排出量削減につながり,注目を集めている」と記されており,これはプライマリー・エネルギーとしての本質をよく説明している。

本書では,バイオエネルギーの炭素収率性,持続可能性,再生可能性に基づく基本特性から実用化への課題,将来展望のビジョンまでを,これまでの研究成果をもとに書き記した。バイオコークス化技術は,生合成に起因するバイオマスすべてを資源の対象にしているため,その構成物質であるセルロース,へミセルロース,リグニンの主骨格成分を対象としたうえで,木本系,草本系,農産系,厨芥系および果樹系バイオマス資源の特性を熱・物理学的観点から説明している。

固体バイオエネルギーの歴史は深く,環境保全と化石資源とのジレンマの中で浮き沈みが激しい。しかし,近い将来,再生可能エネルギーが普及した世界・社会・日常が到来することを切望する。

著者は,バイオコークス化技術は次世代固体バイオエネルギー開発の開闢をもたらすものであると考えている。数千万~数十億年にも及ぶ地球システムで創成された化石資源を超えることは至難の業である。しかし,このバイオコークス化技術から,石炭/石炭コークス燃焼を超える固体バイオエネルギーの開発へと発展したり,新エネルギーとしての多様性が広がったりするものと信じてやまない。人類がその未来について悲観的にならないよう,今後もつねに先を見つめた研究開発が継承されていくことを祈願する。

本書の編集にあたり,コロナ社には根気よく多大なご支援・ご配慮をいただき,こうしてまとめられたことを深く感謝申し上げる。

また,本書はいまの研究成果をもとにしているが,時代とともにその考え方も発展的に,ときには飛躍的に変遷することを期待している。読者より未来へのご教示,ご意見を受け賜れれば幸いである。

2021年11月
井田民男

1.バイオエネルギーとは
1.1 バイオエネルギーの基本特性 
 1.1.1 バイオエネルギーの炭素中立性 
 1.1.2 バイオエネルギーの持続可能性 
 1.1.3 バイオエネルギーの再生可能性 
 1.1.4 バイオエネルギーの実用化 
1.2 バイオマスの 熱分解・炭化 
 1.2.1 バイオマス の熱分解と熱エネルギー特性 
 1.2.2 バイオマスの熱分 解・炭化特性 
 1.2.3 バイオマスの熱特性相関  

2.固体バイオエネルギー
2.1 固体バイオエネルギーの利用  
2.2 圧密固形化と熱処理技術  

3.バイオコークスの基本特性
3.1 バイオコークス原料としてのバイオマスの性質  
3.2 バイオコークス成形手法  
3.3 バイオコークス成形温度  
3.4 バイオコークスの熱エネルギーとしての位置づけ  
 3.4.1 バイオコークスの基本特性  
 3.4.2 バイオコークスの基本燃焼特性  
 3.4.3 バイオコークスによる緩慢燃焼の指標  
3.5 草本系バイオコークスの基本特性  
3.6 農業系バイオコークスの基本特性  

4.バイオコークス開発の意義
4.1 エネルギー基盤としてのバイオコークス開発  
4.2 バイオ炭素型社会実現に向けたバイオコークス開発  
4.3 循環型社会実現に向けたバイオコークス開発  
 4.3.1 コーヒー滓バイオコークスによる循環システム  
 4.3.2 花びらバイオコークスによる循環システム  
 4.3.3 クロスバイオコークスによる循環型システム  
 4.3.4 汚泥バイオコークスによる循環システム  
 4.3.5 バイオコークスによる加温ハウス循環システム  

5.バイオコークスによる放射性汚染バイオマスの抑制とエネルギー化
5.1 バイオコークスによる減容化効果  
5.2 バイオコークスによる重金属等の閉じ込め効果  
5.3 バイオコークスによる放射性セシウムの閉じ込め効果  

6.バイオコークス研究の発想の起点
6.1 バイオコークスによる超長期エネルギー備蓄  
6.2 海外でのバイオコークス事業への期待  
6.3 固体バイオ燃料の国際標準化(ISO/TC238)への期待  

7.バイオコークスが目指すところ

付録:バイオコークス研究所創設の理念
引用・参考文献
索引

井田 民男

井田 民男(イダ タミオ)

1962年(大阪府)生まれ。学部の卒業研究は、レーザ計測を開発し、乱流拡散火炎構造の実験的研究に携わり、研究の面白さ、奥深さを体験し、師の導きもあり研究者への道へと進んだ。研究では、レーザ診断による乱流拡散火炎構造の解明で博士号を取得し、マイクロフレームと言うミクロな燃焼科学へと発展していった。が、人生の岐路を契機にバイオエネルギーの研究開発に従事し、バイオコークスへと導かれ、国内初の固体バイオエネルギーを研究する近畿大学バイオコークス研究所創設に至った。大学時代は、ヨット部に所属し、セーリングとバイクツーリングを楽しんだ。座右の銘「堪え難きを耐え、忍び難しを忍ぶ」「脱常識」を尊び、自然の中にある真理を見つめる研究を楽しんでいる。

「給排水設備研究」2022年1月号 掲載日:2022/02/03

「読売新聞」夕刊READ&LEAD(2022年2月15日) 掲載日:2022/02/15

日刊工業新聞 技術科学図書(2022年1月28日) 掲載日:2022/01/28

掲載日:2022/04/12

日本エネルギー学会機関誌「えねるみくす」2022年3月号広告

掲載日:2022/03/31

日刊工業新聞広告掲載(2022年3月31日)

掲載日:2022/02/07

読売新聞広告掲載(2022年2月7日)

掲載日:2022/01/31

日刊工業新聞広告掲載(2022年1月31日)

掲載日:2022/01/06

「化学工学」2022年1月号

・2022年2月16日

書籍のダイジェスト記事を配信されている 

「SERENDIP(株式会社 情報工場)」様に

本書をお採り上げいただきました。ありがとうございます。

https://www.serendip.site/20220216/