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都市廃棄物からの最も費用対効果の高い資源・エネルギー回収に関する研究(平成 28年度)
A study on cost-effective energy and resource recovery systems from municipal solid wastes

予算区分
BE 環境-推進費(補助金) 3K143016
研究課題コード
1416BE003
開始/終了年度
2014~2016年
キーワード(日本語)
都市廃棄物,廃棄物処理計画,エネルギー回収,費用対効果分析
キーワード(英語)
municipal solid waste,municipal waste disposal plan,energy recovery,cost-benefit analysis

研究概要

 廃棄物からの効率的な資源・エネルギー回収による低炭素社会への貢献は、これまでにも重要な課題であったが、東日本大震災以降その重要性が増大し、分散型のエネルギー供給手段としても注目されている。一方、とりわけ地方部においては少子高齢化等による人口減少が予測され、将来の廃棄物量変化にも備えた無駄のないリサイクル・廃棄物処理システムの計画が求められる。
 そこで本研究では、大小の各都市において発生する廃棄物から、経済的かつ極めて効率的に資源・エネルギーを回収する発電・熱供給と廃棄物収集のシステムについて提案するとともに、自治体が計画作成・評価に利用可能なモデルを作成することを目的とする。具体的には、マテリアルの回収や原燃料化のための前処理施設、バイオガス発電や焼却発電の施設は、規模の増大とともに効率の向上が見込まれるため、規模に対する発電・エネルギー回収効率、経済性の関係を示す施設のプロセスモデルを作成する。一方、収集は広域にするほど高コストとなるが、分別収集のモデルを作成し、施設と収集のバランスから、エネルギー効率と経済性の両面で望ましい分別数や今後整備すべき施設の種類や規模を示す。その際、既存施設の耐用年数などの制約条件を踏まえた上で、効率向上のための選択肢として、分別収集したプラスチックや雑紙類等の素材産業利用、焼却とバイオガス化を複合させた高効率発電、周辺の工場や病院、住宅等への熱供給のオプションについても評価可能なモデルを作成し、都市の規模や様々な地域条件に合わせて、高度なエネルギー利用の計画作成を可能とする。これらの成果を統合して、人口変化に合わせた経年的シミュレーションを実施可能なモデルを作成し、自治体等において中長期的にも最適な計画作成・評価を行う支援ツールとすることを目的とする。

研究の性格

  • 主たるもの:技術開発・評価
  • 従たるもの:政策研究

全体計画

 主として一般廃棄物を対象として(同様な処理施設が利用可能な産業廃棄物を含む)、廃棄物からのエネルギー回収効率を最大化する技術・システムの選択・評価に必要な施設規模別のプロセスデータを整備し、その建設・運転及び収集を含めた費用を算出して、その費用対効果を自治体の政策担当者等が評価可能なツールを作成する(参考図参照)。
 具体的にはまず、従来型の焼却発電、メタン発酵に加えて、エネルギー回収を大幅に高効率化するオプションについて検討し、その効果を算定可能なモデルを作成する。焼却とメタン発酵を複合して発電量の増加を図る複合廃棄物発電施設では、プロセス設計を行い、適切なシステム構成について検討する。廃棄物の組成別、規模別に設計を行うことで、各都市の廃棄物組成や人口規模に合わせた検討が可能なプロセスモデルを整備する。
 施設周辺への熱利用や、比較的高品質な廃棄物(高発熱量、低塩素濃度)の産業利用のモデルについては、既存の知見を活かしながら、費用対効果を総合的に評価可能なツールへの組み込みを可能な形で整備する。
 また、収集と施設の総合的な費用を最小化する、最適な施設規模について評価可能なモデルを作成する。収集モデルは、自治体担当者が容易に利用可能な簡易なモデルと、地理情報システム(GIS)を利用して、地域特性をより精密に反映するモデルを併用する。
 これらのサブモデルを組み合わせ、今後の人口変化、生産や消費パターンの変化、市民の3Rへの協力度合いなどを勘案しながら、廃棄物処理計画に直接的・間接的に関わる中長期(施設の耐用年数である30年程度)のシナリオを作成する。このシナリオを基に、都市規模別にエネルギー回収効率が高く、費用面でも優れたシステムを提案・評価する。その際、国内の異なる規模の都市や、アジア地域へも適用可能な汎用性を持たせる。更に、自治体担当者等が独自に利用して評価可能なシミュレーションツールのプロトタイプを作成する。

今年度の研究概要

(1)複合発電施設のプロセス設計と評価
提案する複合施設や、廃棄物の産業利用のための前処理施設を含め、施設の建設、運転費用に関する推計を施設規模やパターン別に行い、モデル化する。これにより、費用対効果の算定を可能とする。
(2)資源・エネルギーの地域利用モデルの作成
施設の建設や運転に関する費用の情報を整理し、モデル化する。類似の実施例の費用情報等を参照しながら、現実を反映した費用構造の推定に努める。また、これら地域利用の推進に向けた関係主体間の費用便益の配分のあり方について整理する。
(3)施設と収集の総合的最適化モデルの作成
収集コストと、施設の建設・運転コスト(売電収入を含む)を比較し、総合的に正味の費用(売電益を差し引いたもの)を最小化するシステムなど、費用や化石燃料代替量などの目的関数別に、最適なシステムの提案を行う。
(4)中長期の時間スケールで、都市廃棄物処理に影響する要素を盛り込んだシナリオを作成し、想定する条件下において、各サブモデルを組み合わせて、都市の条件別に廃棄物からのエネルギー回収の効果(売電量や熱供給量)の評価方法の構築を進める。

外部との連携

豊橋技術科学大学、神戸大学、東京理科大学と連携して研究を進める。

課題代表者

藤井 実

  • 社会環境システム研究センター
    環境社会イノベーション研究室
  • 室長
  • 博士(工学)
  • 化学工学,システム工学
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担当者

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    藤田 壮社会環境システム研究センター
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    田崎 智宏資源循環・廃棄物研究センター
  • portrait
    稲葉 陸太資源循環・廃棄物研究センター
  • 大西 悟
  • Dong Liang
  • 牧 誠也社会環境システム研究センター