脱炭素化を目指した汚染バイオマスの先進的エネルギー変換技術システムの開発と実装シナリオの設計及び評価（令和 4年度）
Development of Advanced Energy Conversion Technology Systems for Utilization of Radioactively-contaminated Biomass and Implementation Scenarios towards Decarbonized Society

予算区分: 3

研究課題コード: 2123BA012

開始/終了年度: 2021~2023年

キーワード(日本語): バーク混焼,放射性セシウム挙動,湿潤バイオマス,炭素利用・隔離,地域創生,再生可能エネルギー

キーワード(英語): bark co-combustion,behavior of radiocesium ,we biomass,carbon utilization and sequestration,regional renovation,renewable energy

研究概要

事故由来放射性物質汚染という特殊事情からの脱炭素まちづくりへの貢献を目指して、バイオマス利活用技術の開発と開発技術の実装のために、三つの研究課題（サブテーマ）を行う。サブテーマ1では、汚染樹皮(バーク)を含む木質バイオマスの発電技術の確立を目指し、実施設試験調査及びラボ流動床炉等を用いてバークと木質チップとの混合燃焼やガス化の二種類のエネルギー変換技術を開発し、両変換過程における放射性セシウムの挙動を明らかにする。また、残渣利用や技術特性の数値化も検討する。サブテーマ2では、家畜糞尿等の廃棄物系バイオマスの利活用を目指し、サブテーマ1のガス化と連携した炭素利用・貯留（CCUS）付き連携発電システムの核となる先進的メタン発酵技術を開発する。また、放射性セシウムを含めて物質・エネルギー収支モデルを構築する。サブテーマ3では、福島県浜通りの自治体を対象に、サブテーマ1-2の研究開発を踏まえた地域将来シナリオと、バイオマス生産・サプライチェーン整備に資する地域資源データベースを開発する。また得られた成果から創生される地域循環共生圏における持続可能性等を評価し、社会実装における課題を整理し施策を提言する。

研究の性格

主たるもの：技術開発・評価
従たるもの：応用科学研究

全体計画

サブテーマ1では、汚染バークと木質チップから高温熱処理により発電するための安定燃焼及びガス化技術を開発し、放射性セシウムの挙動を明らかにして安全な熱処理技術を確立する。加えて、処理残渣の安全性の評価を通して残渣の適正処分法もしくは炭素貯留法を提案する。これらの熱処理技術に対して放射性物質を含めた物質・エネルギー収支モデルを提示する。
サブテーマ2では、バイオマスのメタン発酵技術に、CCUS技術として金属触媒等を利用しつつ、ガス化や発酵において副生成するCO2等をメタンへ変換する技術（バイオメタネーション）を付加した新技術を開発するとともに、炭素収支を明らかにする。また、物質・エネルギー収支解析に加えて、放射性セシウムの挙動を解明し、放射性セシウムを安定的に制御する手法を構築する。
サブテーマ3では、上記の開発技術をキーとして、具体の対象地域において、脱炭素化に資するバイオマスエネルギー転換を中心とした復興実装シナリオを開発する。社会実装を検討するための地域資源データベースを構築し、サプライチェーンを提案する。新産業創出も含め復興の進展に伴う段階的技術導入シナリオを提案する。地域協働により導入計画を検証しつつ、脱炭素化がもたらす総合的な地域創生効果を検討し、災害からの復旧の際にバイオマスエネルギーを導入するための方法論を整理する。

今年度の研究概要

サブテーマ1では、類似施設調査を行って昨年度の成果も併せて実燃焼発電施設における物質・エネルギー収支モデルや残渣の適正処理・処分法を提示する。また、ラボガス化流動床等試験により、バーク等のガス化特性と放射性セシウムの挙動を把握する。さらに、炭素系残渣の性状及び安全性等評価を行いつつ、それらの土壌貯留法を検討する。
サブテーマ2では、CO2バイオメタネーションの不安定化要因となる水素分圧に起因する発酵阻害問題を解決するため、水素に依存しない脂肪酸発酵経路の促進を最大化する金属賦活化炭化物の作成条件を明らかにする。また、その炭化物を用いたラボバイオリアクターによる実験において、脂肪酸の蓄積回避の効果を検証する。ガス化生成物のメタン発酵では、汚染バイオマスガス化における放射性セシウムのガス、タール、固形残渣への分配を把握するとともに、ガスをバイオメタネーションへ導入する際にバイオリアクターにおける放射性セシウムの挙動に関するデータも取得する。
サブテーマ3では、バイオマス地域資源データベースをもとに、対象地域におけるステークホルダー分析を行い、持続可能なバイオマスサプライチェーンの候補を推定する。段階的復興を想定し時空間的エネルギー需要を推定し、エネルギー転換施設導入スケジュールを含む将来地域社会システムのシナリオ(復興パスウェイ)開発をさらに推進する。この際に、サブテーマ1-2開発技術のメリットと復興初期段階からのエネルギーインフラ建設、公共化を考慮した事業経済収支の査定により、現実的なパスウェイを絞り込み、このパスウェイに沿った社会システム実装の概略を設計する。引き続き成果について地域住民を含め復興まちづくり関係者に脱炭素に係る委員会や協議会などに提示し、討議内容の分析を通して地域ニーズを調査する。