バイオマス発電(4)－乾式メタン発酵は都市部のごみのメタン化の切り札となるか？

　前回は廃棄物系バイオマスの湿式メタン化事業の事例を通して、エネルギー利用面で最も効果的なメタン化システムの検討を行ってきました。今回はもう１つの技術である乾式メタン化の事例を整理し、その効果的なシステムの検討を行います。

　前回取り上げた湿式メタン化システムのエネルギー利用効率から見た理想的な姿は、ごみのバイオマス成分を分別収集してメタン化し、発酵残渣である消化液を液肥として利用するというものでした（詳細は「バイオマス発電(3)-ごみの湿式メタン発酵による究極のエネルギー利用とは？」を参照ください）。このシステムの課題は液肥の需要が地域内に存在する必要があるということです。

　都市部においては液肥となるメタン化後の消化液を受け入れる農地が近くにないのが一般的です。そのためメタン化事業は都市部では余り普及してきませんでした。しかし近年、都市部においてもメタン化システムを導入する事例が見られるようになりました。そのメタン化技術は乾式メタン発酵です。

　日本ではヨーロッパで開発された2つの乾式メタン発酵技術を導入してメタン化事業を行っています。その2つの技術とはKOMPOGAS（スイス）とDRANCO（ベルギー）です。技術の基礎的情報は既に「バイオマス発電(2)-ごみのメタン化の概要と焼却との比較」で説明していますので参考にしてください。

　日本での乾式メタン化事業は可燃ごみを排出者に分別することを求めず、選別機で発酵が可能なバイオマスと発酵不適物に分け、前者をメタン化、後者を焼却するという手法をとっています。従ってごみの処理システムはメタン化設備と焼却設備の組合せによって構成されます。

　このことから乾式メタン化システムでは、プラスチックの焼却による二酸化炭素の排出を防ぐことはできません。しかし、最も分別収集が難しい廃棄物系バイオマスを確実に収集・処理できるメリットがあります。そして、都市部では難しい消化液の農業利用という制約がなくなります。

　さらに、紙ごみを発酵の対象にできることや焼却の対象から水分を多く含む生ごみを除くことで焼却での発電効率を向上させるというメリットがあります。乾式メタン化システムではメタンの燃焼排ガスを焼却炉に吹き込んで焼却での発電効率を向上させる（メタン化設備では発電機を持たない）という手法も開発されています。

　本報告では、乾式メタン化の実際の事例を分析することで、そのシステムの特徴を整理します。また、乾式メタン化システムにおける物質収支、エネルギー収支を整理して、そのエネルギー利用面での効率性を把握します。

　さらにこれらの分析に加えて、湿式メタン化との比較も行って乾式メタン化のメリット、デメリットを整理します。そして、都市部における乾式メタン化システムの普及に向けたいくつかの提言も示しましたので、報告します。

　最後の提言では、脱炭素化社会では単なる省エネ、創エネだけでなくごみの適正な処理（リサイクルも含めて）が重要であることを示します。それは一般家庭におけるごみの適正な分別が基礎であり、本サイトでバイオマス発電を取り上げた意義はそこにあることをご理解いただけると思います。

＜本報告のコンテンツ＞ ■乾式メタン化の事例分析 （１）乾式メタン化システムの事例とパターン分類 （２）乾式メタン化システムの事例の概要 （３）乾式メタン化システムの分析の視点 ■南但クリーンセンターの事例 （１）全体システムの構成 （２）物質収支 （３）エネルギー収支 ■防府市クリーンセンターの事例 （１）全体システムの構成 （２）物質収支 （３）エネルギー収支 ■乾式メタン化事業の事例分析のまとめ （１）湿式メタン化との比較 　（ａ）バイオガス発生量／（ｂ）発電量、使用電力量、売電量 （２）乾式メタン化システムのメリットとデメリット 　（ａ）メリット／（ｂ）デメリット （３）乾式メタン化システムの普及のための提言

乾式メタン化の事例分析

　乾式メタン化の施設は、可燃ごみ全体を処理するため、メタン化に加えて焼却も同時に行います。そのため、ここではこれらの2つの処理を含む施設であることを意味する「乾式メタン化システム」という言葉を使います。

（１）乾式メタン化システムの事例とパターン分類

　乾式メタン化システムの日本での導入場所を地図に落としたものを図-1に示します¹⁾。ここでは処理能力10t/日以上の施設を対象としています。既に廃止された施設を除き、文献作成時になかったオリックス資源循環（株）を追加しています。

　これらの乾式メタン化システムは以下のようなパターン分類が可能です。分類の指標の１つは、乾式メタン化に使われる２つの技術（KOMPOGAS、DRANCO）です。2つ目の指標は、乾式メタン化は焼却設備との併用でシステムが構成されますが、発電をどの設備で行うかによるものです。

　すなわち、焼却設備とメタン化設備の両方で発電を行う場合、メタン化設備のみで行う場合、焼却設備のみで行う場合の3ケースです。技術による２分類と発電を行う設備での3分類から６つのパターンが想定されます。実際の事例がどの6パターンに該当するかを示したものが表-1です。

　表-1に示すように、KOMPOGASを導入している事例は全て自治体の可燃ごみ処理事業であり、環境省の補助金を受けて建設した施設です。一方、DRANCOの事例は少なく民間企業の（株）富士クリーンとオリックス資源循環（株）が導入しています。

表-1　乾式メタン化システムのパターン分類別の事例

メタン化技術	メタン化、焼却両方で発電	メタン化のみで発電	焼却のみで発電
KOMPOGAS	京都市南部クリーンセンター	南但クリーンセンター	防府市クリーンセンター注1)
	町田市バイオエネルギーセンター	宮津与謝クリーンセンター	鹿児島市南部清掃工場注2)
DRANCO	オリックス資源循環（株）	（株）富士クリーン

注1）独立加熱器によりメタン化からの熱を受けて焼却設備で発電している
注2）バイオガスを精製して販売している
出所）各事業の公式Webサイト

　メタン化と焼却の両方で発電設備を設置しているのは、京都市南部クリーンセンター（京都市南部CCと略称）と町田バイオエネルギーセンター（同じく町田BEC）です。一方、メタン化のみに発電設備を設置しているのは南但クリーンセンター（南但CC）と宮津与謝クリーンセンター（宮津与謝CC）です。これらは焼却量が非常に少ないために焼却による発電ができない（発電効率が小さく経済的でない）ことによります。

　防府クリーンセンター（防府CC）は焼却設備でのみ発電しています。メタン化により発生したバイオガス（メタンと二酸化炭素が主成分）を独立加熱器で燃焼させ、その燃焼ガスを焼却炉に吹き込んで発電効率を増加させています。また、鹿児島市南部清掃工場も焼却のみで発電を行い、メタン化で回収したバイオガスを精製して販売しています。

　一方、（株）富士クリーンとオリックス資源循環（株）は民間の廃棄物処理事業者です。（株）富士クリーンは香川県綾川町にある企業で、日本で初めて実規模（73t/日）の竪型乾式メタン発酵施設（DRANCO）を導入しています。NEDOの実証事業プロジェクトでプラントを整備し、様々な廃棄物系バイオマスを処理した実験データを提供しています。

　また、オリックス資源循環（株）は埼玉県寄居町に立地し、埼玉県がPFI事業で整備した施設の運営事業者です。PFI事業では焼却設備とメタン化の両設備を整備、運営しています。竪型乾式メタン発酵施設としては日本で最大（100t/日）の処理施設です。焼却設備は2006年から営業を開始していますが、メタン化設備は2022年に建設されたばかりですので、処理状況等についての情報はありません。

（２）乾式メタン化システムの事例の概要

　乾式メタン化システムの事例のうち、自治体で導入しているものの概要を表-2に示します。対象廃棄物は自治体の可燃ごみ（一般廃棄物からし尿を除いたごみのうち、燃やすことができるもの）が多いですが、防府市と鹿児島市はそれに加えて汚泥も対象としています。

表-2　自治体の乾式メタン化の事例

自治体名		南但広域行政 事務組合	防府市	京都市	宮津与謝 環境組合	町田市	鹿児島市
施設名称		南但CC	防府市CC	京都市南部CC	宮津与謝CC	町田市BEC	南部清掃工場
運転開始年月		2013年7月	2014年4月	2019年9月	2020年7月	2021年4月	2022年1月
対象となる 廃棄物		可燃ごみ	可燃ごみ 下水汚泥 し尿汚泥	可燃ごみ	可燃ごみ	可燃ごみ	可燃ごみ し尿汚泥
処理能力 (t/日）	メタン化	36	51.5	60	20.6	50	60
	焼却	43	150	500	30	258	220
	合計	79	201.5	560	50.6	308	280
発電容量 (kW)	メタン化	382	－	1,000	270	750	－注）
	焼却	－	3,600	14,000	－	6,220	4,710
	合計	382	3,600	15,000	270	6,970	4,710
処理量当り 発電容量 （kW/t)	メタン化	10.6	－	16.7	13.1	15.0	－
	焼却	－	24.0	28.0	－	24.1	21.4

注）鹿児島市のメタン化は回収したバイオガスを精製してガス会社に販売しています。
出所）自治体の公式Webサイト、パンフレットを参考に作成。

　乾式メタン化システムのメタン化と焼却設備の処理能力を図-2に示します。また同図では焼却能力に対するメタン化能力の比も示しています。焼却能力は京都市が500t/日と大きく、町田市、鹿児島市も200t/日以上の能力を有しています。

　人口の少ない南但広域と宮津与謝の焼却能力は50t/未満です。一方、メタン化能力は京都市と鹿児島市で60t/日、町田市と防府市では50t/日程度です。焼却能力が小さい南但広域や宮津与謝でも比較的大きな能力（36、20.6t/日）を有しています。

　その結果、京都市の焼却能力に対するメタン化能力の比は0.12と小さく、南但広域のそれは0.84と大きくなっています。どの地域でも生ごみと紙ごみの割合は3割～4割程度はあるはずですので、京都市では全ての生ごみと紙ごみをメタン化の対象とせず、メタン化能力の範囲内で投入し、残りは焼却しているものと考えられます。

　次に、発電設備に着目してメタン化と焼却の発電容量を示したものを図-3に示します。前述のように、防府市と鹿児島市は焼却のみ、南但広域と宮津与謝はメタン化のみで発電しています。メタン化と焼却の両方で発電している京都市と町田市の発電容量は、焼却の方がメタン化より大きいことが分かります。

　京都市と町田市のメタン化と焼却の発電容量の比は、図-3よりそれぞれ0.07と0.12です。ごみ処理能力の比は図-2に示すようにそれぞれ0.12と0.19ですので、発電容量の比はごみ処理能力の比に比べて小さくなっています。

　この結果を明確にするため、ごみ処理量当りの発電容量を算定したものを図-4に示します。焼却のごみ量当たり発電容量は20～30kW/ｔの範囲であり、メタン化のそれは10～17kW/ｔの範囲です。明らかにごみ量当たりの発電容量は焼却の方が大きくなっています。

　京都市と町田市の結果からも、焼却のごみ量当り発電容量が大きいことが分かります。ごみ量当りの発電容量は、焼却がメタン化の1.6倍以上（京都市1.7倍、町田市1.6倍）です。これは、焼却では処理の対象にプラスチックという発熱量の大きなごみが含まれているため発電電力量が大きくなるためです。

　プラスチックを焼却することは発電する上では非常に効果的ですが、二酸化炭素排出量を考慮すると非常に問題が多いことは既に報告しています（「バイオマス発電(2)-ごみのメタン化の概要と焼却との比較」を参照ください）。脱炭素社会に向けてプラスチックを焼却することによる二酸化炭素の排出を抑制することが大きな課題です。

（３）乾式メタン化システムの分析の視点

　乾式メタン化システムの焼却とメタン化の処理能力や発電容量の傾向は把握できましたが、乾式メタン化に着目してさらに詳しい分析を加えていきます。その分析の視点を列挙すると以下の通りです。

・選別方式
・バイオガスの発生量
・排水処理施設の規模、その使用電力量
・物質収支
・エネルギー収支

　事業概要では発電容量を把握したのみでしたが、実際のメタン化設備からのバイオガスの発生量を把握することで、その性能を確認することが必要です。これにより、湿式メタン化との比較をすることも可能となり、発電効率も考慮した場合のシステムのエネルギー利用性能の推計が可能となります。

　また、乾式メタン化の特徴として湿式メタン化に比して選別の条件が緩い（厳しくない）とされています。どの程度の選別条件が許容されるのか、またそのために必要な選別機はどのようなものなのかを整理することが重要です。

　さらに、乾式メタン化のメリットとして排水処理設備を小規模または不要にできるとされており、そのことにより使用されるエネルギー量（使用電力量）が大幅に軽減されます。その軽減量を把握することで、乾式メタン化のメリットを定量化できると考えられます。

　上記の特性を把握するためには、システム全体の物質収支とエネルギー収支を把握することが重要です。既に稼働してから10年程度が経過した南但CCと防府市CCの乾式メタン化システムについて様々な実務的な報告がされており、それをまとめることで上記の項目を整理することとします。

南但クリーンセンターの事例

（１）全体システムの構成

　南但CCは自治体での乾式メタン化システムとしては日本で初めて建設・運営された施設です（2013年7月稼働開始）。稼働後10年が経過し順調にメタン化と焼却による可燃ごみの処理が行われています。

　南但CCのメタン化、焼却設備の全体構成を図-5に示します。メタン化は上部に、焼却は下部に設備内容を示しています。メタン化における可燃ごみからバイオマスへの選別は、図-5の左上に示すように破砕装置と破砕選別装置の組み合せが採用されています²⁾。

　この選別機の仕様は、乾式メタン化にとって効率的・効果的な選別機を分析する実証試験によって決定されたものです。具体的には、環境省の調査事業で主要メーカーが参加して選別機と乾式メタン発酵槽を設置して実験が行われました³⁾。

　実験の目的は選別に不要なエネルギーをかけることなく、乾式メタン化に適した選別機を開発することにありました。その結果、破砕機（50cm程度に破砕）と破砕選別機の組合せで十分であるとの結論を得ました。

　そして、スクリーンは前後2段に設置され、選別ごみ中の発酵不適物が20％以下になるよう、2段のスクリーン径の大きさが決定されました。この実験に基づき、乾式メタン化システムの選別機はこの簡易的な選別機が採用されることになりました。

　選別機による可燃ごみの選別の状況を見ると図-6の通りです。発酵に適している生ごみはほぼ100％選別され、紙類も65％が選別されています。紙類は湿ったものは細かくなり選別されますが、乾いたものはスクリーンを通過せず選別残渣となります。一方、発酵不適のビニール類と布類は選別率がそれぞれ20％と15％です。乾式メタン発酵ではこの程度の発酵不適物の混入は許容されるということです。

　選別ごみはミキサーで水分調整された後、バイオガス原料としてメタン発酵槽へ送られます。メタン発酵槽は横型円筒型のCOMPOGAS発酵槽であり、寸法が直径6.4m、長さ32m、有効容量875m³です。

　発酵槽は水平方向の押出し流れとなっており、低速攪拌によるガス抜きを行う程度で必要とする動力が小さいという特長があります。メタン発酵槽で発生したバイオガスは、ガスエンジン発電機(最大出力382kW) による発電に利用され、さらにガスエンジンの排熱をメタン発酵槽の加温に用いています。

　一方、焼却設備はストーカ式焼却炉であり、処理能力は43 t/日（1系列、24h運転）となっています。規模が小さいため焼却では発電は行いません。

（２）物質収支

　本システムでの標準的なごみ処理量における物質収支を図-7に示します²⁾。図-7より乾式メタン化システムの特徴を知ることができます。その特徴を箇条書きにすると以下の通りです。

● 収集された可燃ごみ（45.2t/日）のうち、メタン化の選別設備に投入されるのは29.4t/日で、その割合は65％です。図-7での「その他の可燃性ごみ」とは、事業系可燃物の一部と粗大ごみとして収集されるごみの可燃部分を指します。

● 投入された可燃ごみの選別により、発酵槽に投入されるのは選別量の約7割（20.2t/日）です。発酵不適物として除外されるのは選別量の約3割（9.2t/日）で、これらはプラスチック、布、木質類です。

● 発酵槽に投入する前の混合槽では、投入可燃ごみとほぼ同量の水（発酵後の脱水ろ液）を加えて希釈されます。可燃ごみの固形分を30％とすると発酵槽内の固形分は15％程度となります。

● メタン発酵槽で分解された有機物は4.9t/日であり、投入された有機物の約8割（=4.9/6.0）が分解されたと判断されます（投入可燃ごみの有機物分が30％と仮定）。

● ごみ量当りのメタン発生量は192Nm³/tであり、湿式メタン発酵のメタン発生量と比べるとやや多いことが分かります（詳細は後述）。

● 発電量は6,080kWh/日であり、発電効率は31％と非常に高い効率です（メタン濃度53.7％のバイオガスの熱量を19.2MJ/Nm³と仮定して推計）。

● メタン発酵後の消化液は37.2t/日で、これを脱水することで、脱水ろ液25.3t/日、脱水残渣11.9t/日となります。脱水残渣は焼却炉に送られます。

●脱水ろ液のうち21.9t/日が発酵槽の希釈水として利用され、残りの3.4ｔ/日が排水処理されます。湿式メタン化と比較して排水処理量は非常に少ない量です。

● 脱水残渣と選別機から発生する残渣（9.2t/日）を加えて21.1t/日が焼却設備で処理されます。投入された可燃ごみ29.4t/日の約7割が焼却処理されることになります。

● 実際の焼却量は、その他の可燃ごみ（粗大ごみの可燃分等）を加えて約37t/日であり、全可燃ごみ（45.2t/日）の約8割です。

（３）エネルギー収支

　南但CCでのエネルギー収支を図-8に示します²⁾。まず、電力会社からの買電量（購入電力量）は9,570kWh/日です。これは焼却設備とメタン化設備で使用された電力量です。また、前述の通りメタン化による発電電力量は6,080kWh/日です。

　ごみ処理量当り買電量（使用電力量）は121kWh/t（=9,570/79）であり、前報で示した湿式メタン化の250～270kWh/t（メタン発酵量16～55t/日）と比較すると大変少ないことが分かります¹⁾。さらに、ストーカ式焼却設備における一般的なごみ処理量当り使用電力量160kWh/t（ごみ焼却量300t/日を想定）よりも少ない値となっています⁴⁾。

　ここで、南但CCが稼働した2013年は既にFIT制度（電力の固定価格買取制度）が開始されています。売電量はFIT制度により発電設備で使用した量は除くこととされており、発電設備とは「発酵槽以降の設備」とされていました。発酵槽以降の設備を図-5の赤い破線で示します。

　図-8より発電設備で使用した電力は1,320kWh/日（37kWh/t）であり、売電可能な電力量は4,760kWh/日（=6,080-1,320）と発電量の約8割（4,760/6,080）を占めています。この時のFIT制度での買取価格は41円/kWhであり、仮に売電量を4,760kWh/日とすると売電収入は195,000円/日となります。

　南但広域行政事務組合では毎年のごみ処理量や電力量、電気代などを公表しています。公表資料より買電量と売電量、さらに買電単価と売電単価を図-9に示します⁵⁾。買電量は10,000kWh/日程度でほぼ一定ですが、売電量は変動しており平均は約4,000kWh/日でした。

　図-9に示すように売電量は買電量の半分以下ですが、売電単価は買電単価の2倍以上となっています。その結果、購入電気代と売電収入は図-10に示す通りであり、売電収入の方が購入電気代を上回っている年度があります（2016～2020年度）。FIT制度によって優遇されている売電単価の効果が表れています。

防府市クリーンセンターの事例

（１）全体システムの構成

　防府市CCは南但CCに続いて2014年4月に運転を開始しました。施設の構成を図-11に示します⁶⁾。焼却炉はストーカ式で、処理能力は75t/日が2基設置（合計150t/日）されています。メタン化設備は処理能力25.75t/日の発酵槽が2基（合計51.5t/日）が設置されています。

　可燃ごみは1次破砕機、磁選機を経て、振動スクリーンによって発酵槽に投入される廃棄物系バイオマスを選別します。選別ごみはさらに2次破砕機にて細かく破砕され、ミキサーで希釈水と汚泥（下水・し尿汚泥）と混合され、発酵槽に送られます。

　メタン化設備で発生したバイオガスは脱硫処理後ガスホルダに貯留され、独立加熱器に送られて燃焼されます。独立加熱器とはバイオガスを燃焼させる熱風炉であり、ごみ焼却で発生した365℃の加熱蒸気をさらに415℃まで加熱します。

　この加熱蒸気を蒸気タービンに送って発電することで単独焼却より高効率な最大発電量3,600kW、基準ごみ時の発電効率23.5 %という高効率の発電が可能になります。独立加熱器はメタンガス主体のガスを燃焼させているため、排ガスは腐食性がなく独立加熱器での腐食対策が不要とされています。

　本施設もFIT制度の認定を受けており、ごみ焼却排熱とバイオガス燃焼熱の2 種の熱源を用いて発電しているため、余剰電力のうちバイオガス由来分はメタン化の売電単価で、ごみ焼却分は焼却の売電単価で売電しています。

　メタン発酵後の消化液は脱水され、脱水ろ液は排水処理後に下水道放流され、脱水残渣は焼却炉に投入されます。この脱水残渣の含水率が高いと焼却炉で燃焼悪化を引き起こすため、脱水はスクリュープレス2段で行い、投入するごみと汚泥の量を調整して、脱水性能を安定化させています。

（２）物質収支

　防府市CCの物質収支を図-12に示します⁶⁾⁷⁾。参考文献では明確な数値を公表していないため、一部推計値が含まれています。この物質収支から以下のことが分かります。

● 選別設備に投入された可燃ごみ（56.6t/日）のうち、メタン化設備に投入されるのは約6割（34.4t/日）です。
● 発酵槽に投入する前の混合槽では、投入したごみ量の約6割に当たる水（20.7t/日）を加えて希釈されます。南但CCと比較して少なめなのは、水分の多い下水汚泥が加わっているためと考えられます。
● メタン発酵槽で分解される有機物は8.7t/日であり、投入された有機物の約8割（=8.7/10.3）が分解されたと判断されます（投入可燃ごみと汚泥の有機物分が20％と仮定）。
● ごみ量当りのメタン発生量は175Nm³/t（メタン濃度50%換算）であり、湿式メタン発酵のメタン発生量と比べるとやや多いことが分かります（後述）。
● 脱水後の脱水ろ液は36.7ｔ/日であり、これが排水処理されます。図-11では脱水ろ液を再利用しているように書かれていますが、物質収支図からは希釈水として使用していないように見受けられます。
● 脱水後の残渣は26.8t/日であり、焼却設備ではその他の可燃ごみ及び選別機から発生する残渣（22.2t/日）を加えて150t/日が処理されます。

（３）エネルギー収支

　エネルギー収支に関する詳細なデータは公表されていません。環境省調査（2021年実績）による公表資料によると、防府市クリーンセンターのごみ処理量、発電量、売電量（外部供給量）は表-3と報告されています⁸⁾。

　これによると焼却量、メタン化量ともに施設能力の半分程度の処理量です。発電量は焼却設備43,266kWh/日、メタン化設備7,866kWh/日です（このメタン化設備の発電量は、焼却設備での発電分をメタン化による熱量をもとに換算して割り出したものです）。

　それぞれの発電設備からの売電量は6,797kWh/日、7,866kWh/日であり、その発電量に対する割合は15.7％と100％です。メタン化に相当する分の発電量を全量売電していることが分かります。設備全体の売電率は約3割となっており、南但CCの約8割に対して外部へのエネルギー利用率としてはやや低いようです。

表-3　防府市クリーンセンターのごみ処理量、発電量、売電量

処理設備	ごみ処理量 t/日	発電量 kWh/日	売電量 kWh/日	売電率 ％
焼却設備	85.5	43,266	6,797	15.7
メタン化設備	15.6	7,866	7,866	100.0
合　計	101.1	51,132	14,663	28.7

注）メタン化設備では発電していないが、焼却炉に投入されたバイオガスの熱量から発電量を割り振った値を表記。
出所）環境省：一般廃棄物処理実態調査結果、2021年度調査結果、施設整備状況、焼却施設、燃料化施設

乾式メタン化事業の事例分析のまとめ

（１）湿式メタン化との比較

　これまでの乾式メタン化事業の実際の運転データを基にした分析結果を湿式メタン化の事例と比較します。比較する湿式メタン化の事業は、北空知、中空知、砂川地区（以上北海道空知支庁）、長岡市（新潟県）のメタン化事業です（事業の詳細は前回の報告「バイオマス発電(3)-ごみの湿式メタン発酵による究極のエネルギー利用とは？」を参照ください）。

（a）バイオガス発生量

　まず、乾式メタン化の特徴は生ごみに加えて紙ごみも対象にできるため、メタンガスの発生量を増加させることができるということでした。ごみ量当たりのバイオガス発生量を湿式メタン化と乾式メタン化で比較したものを図-13に示します。

　図-13はメタンガス濃度を50％として換算したバイオガス発生量で比較しています(メタンガス濃度が不明の長岡市のデータは除外しています）。この結果、最もバイオガスの発生量が多かったのは湿式メタン化の砂川地区のメタン化施設でした（211Nm³/t）。

　ただし、湿式メタン化はバイオガス発生量が少ない施設もあり、全体的には乾式メタン化の値が多いことが分かります（図-13）。湿式メタン化では大きなばらつきがみられますが、これは発酵温度の相違（中空知は中温37℃）や生ごみの水切り状態が影響しています。自治体のPRにより水切りを徹底している地域では生ごみの水分が少なくなり、ごみ量当りのバイオガス発生量は大きくなります。

（ｂ）発電量、使用電力量、売電量

　次に、一般的な乾式メタン化の特徴として発酵槽内の固形物濃度が低いことで発酵後の消化液が少なく、そのため排水処理にかかるエネルギーを少なくできる利点があるとされていました。そこで、各施設のごみ量当り電力量（発電量、使用電力量、買電量）を図-14に示します。

　まず、発電量は防府市は焼却も合わせた発電量であり、他はメタン化のみの発電量です。図-14を見ると予想通り防府市が最も発電量が多くなっています。ごみ量当りの使用電力量についてはデータが少ないですが、湿式メタン化のそれはごみ量当りの発電量を上回っているのに対して、南但広域の使用電力量（焼却とメタン化の両方の使用電力量を両方の処理量の和で除した値）は発電量より少なくなっています。

　これは、南但広域は発酵後の消化液を発酵槽の希釈水として使用しており、そのため排水処理量は非常に少なく（図-7参照）、排水処理にかかる電力量の少なさが全体の使用電力量に影響を与えたものと考えられます。

　次に、売電量については北海道の3事業はゼロであり、長岡市、南但広域、防府市は130～160kWh/tと多くなっています。これは、後者の事業がFIT制度の開始後に稼働しているため、発電した電気をできるだけ多く売電することで、収益を得ようとした結果といえます。これは湿式と乾式の種類には関係ないと言えるようです。

　ただし、乾式メタン化の２つの事例から分かるように、発電量に対する売電量は南但広域は8割、防府市は3割となっており、エネルギー利用の効率性を考えるなら、希釈水として発酵後の消化液を利用することが効率的と考えられます。

（２）乾式メタン化システムのメリットとデメリット

（ａ）メリット

乾式メタン化システムのメリットをまとめると以下の通りです。

●メタン化と焼却の組合せにより可燃ごみ全体を処理できる
●排出者に分別を求めず選別機により処理が可能（異物の混入条件が緩い）
●消化液の肥料利用を前提としていないため、都市部でも導入が可能
●バイオガス発生量が比較的多い（紙ごみを対象としているため）
●排水処理量が少なく排水処理にかかるエネルギーが少ない
●焼却炉で発電する場合は、焼却発電の効率が上がる（生ごみの水分が減るため）
●上記のため、発電した電力の多くを売電できる

　乾式メタン化システムは湿式メタン化に比べて可燃ごみ全体の処理ができるという大きなメリットがありました。また、排出者に分別を求めず選別機により処理が可能（異物の混入条件が緩い）であるため、発酵対象物を集めやすいということも非常に大きなメリットです。そして、発酵残渣の農業利用ができない都市部でも導入が可能です。

　次に、紙もメタン化できることでバイオガスの発生量が大きいという利点があります。ただし、実際のデータの分析結果からは乾式メタン化が湿式よりもバイオガス発生量が大きいという明確な傾向を得ることはできませんでした。それは、排出される生ごみの水切りやごみ種別の構成割合によって変わってくるためと考えられます。

　また、排水処理については乾式メタン化が発酵槽内の固形物濃度を上げることができることから排水量が少なくなり、排水処理にかかるエネルギーは低減できることは事実のようです。なお、今回の乾式メタン化の事例から発酵後の消化液（脱水ろ液）を発酵槽の希釈水に使用することで、さらに排水量を軽減できることが重要と考えられます。

　さらに、乾式メタン化システムとして焼却設備のメリットとしては、生ごみをメタン化に回すことにより焼却発電の効率が上がることがあげられます。ただし、紙をメタン化に回すことによる熱量の減少や、今後のプラスチックの焼却への抑制を考慮すると、脱炭素社会での乾式メタン化システムの周到な計画が求められます。

（ｂ）デメリット

　乾式メタン化システムのデメリットを上げると以下の通りです。

●発酵槽の脱水残渣を焼却炉に投入する際の焼却への悪影響（高い含水率の場合）
●可燃物に含まれるプラスチックの焼却による化石燃料由来の二酸化炭素の排出

　一番目の問題は防府市のメタン化の対象が可燃ごみと下水汚泥であったことから、その組成によって脱水残渣の性状が変わり、焼却への悪影響があったという事例から示唆されたものです。脱水機の機種や基数、細かな脱水機の調整などにより改善は可能とされています。

　焼却とメタン化のごみ量当たりの発電量は焼却の方が大きくなっていました。これは、発熱量の高いプラスチックを焼却しているためです。プラスチックの燃焼による二酸化炭素排出の問題については既報で指摘した通りです。

　今後、脱炭素社会においてプラスチックの分別が進む場合は、焼却での発電量は低下していくと考えられます。その場合は、ごみの処理規模に応じて乾式メタン化システムの焼却とメタン化の処理量のバランス、及び発電設備の最適な能力設定を検討していくことが必要になります。

　

（３）乾式メタン化システムの普及のための提言

　これまで見てきたように、乾式メタン化システムは都市部における普及の大きなカギを握るごみ処理システムです。その普及を促進するためにはいくつかの政策的な戦略を必要とします。それをまとめると以下の通りです。

　●経済的な支援（補助制度、FIT制度）
　●焼却とメタン化を安定的・効率的に行えるシステムの設計
　●プラスチックの分別による二酸化炭素排出の抑制（分別の徹底）
　●情報の公開とメタン化への理解の増進

　以下、それぞれの意義と対策について示していきます。

（ａ）経済的な支援

　経済的な支援の柱は補助制度とFIT制度における普及促進のための買取価格の設定です。まず、補助制度については、環境省や経済産業省がこれまでも優遇した補助でのシステムの導入施策を実施してきました。

　今回、事例を紹介した南但CCでは、環境省が制度化した循環型社会形成推進交付金制度における「高効率原燃料回収施設」の交付条件に適合し、施設整備における交付率1/2の補助（一般的な交付率は1/3）を活用したものでした。

　環境省は現状においても同様の補助制度を維持しており、「エネルギー回収型廃
棄物処理施設」の一つとしてメタン化施設を高率の交付要件としているようです（詳細は環境省の循環型社会形成推進交付金交付要綱等を参照ください）。

　さらにFIT制度ではバイオガス発電による電力を高額で買い取っています。図-9に示したように、南但CCの買取価格は40円/kWhを超える価格です。また、FIT価格が低下していく中にあって現在でも35円/kWhの高額な買取価格を維持しています（「バイオマス発電(1)-これでよいのか？日本のバイオマスのエネルギー利用！」の表-5を参照ください）。

　当初、施設整備に国の補助が入っている施設にはFIT制度が適用されないという情報がありましたが、実際にはFIT制度が適用されました。FIT制度の原資は国民からの電力料金上乗せ分（再生可能エネルギー促進賦課金）ですから、補助の重複とはなっていないはずで、両者を併用することができるはずです。

　メタン化の普及を促進するためには、この施設整備への補助とFIT制度の適用が必須です。国はメタン化に対して経済的なメリットを最大限にした補助制度を提供して、資源循環型社会を構築することを宣言することが必要ですし、それが脱炭素社会への移行に役立つことをもっと強調すべきと思います。

（ｂ）焼却とメタン化を安定的・効率的に行えるシステムの設計

　これは、メタン化と焼却の組合せにおける技術的な課題を解決することを意味します。乾式メタン化システムはメタン発酵槽から排出される消化液を脱水した後、焼却炉に投入することが一般的です。防府市の事例で説明したように、脱水残渣の焼却炉への投入は焼却炉での安定な運転を妨げるという可能性があります。

　これを防止するためには消化液の脱水処理における含水率の低減が重要であり、性能の高い脱水機を選択することが必要です。さらに、焼却とメタン化の対象ごみ量のバランスが重要となります。メタン化の対象ごみを多くすると、脱水残渣が多くなり、焼却での安定運転が困難になります。

　また、乾式メタン化システムの場合は紙も対象となり、焼却されるごみの中心はプラスチックや布、木質類です。後述するようにプラスチックの焼却による二酸化炭素排出を防止するためにプラスチックの分別回収を進めていった場合には、最も発熱量の高いごみが除去されて焼却が不安定化し、焼却発電が非効率なものとなります。

　プラスチックの使用は今後さらに大きく変わる可能性もあります。例えば、バイオプラスチックの普及などです。乾式メタン化システムではバイオプラスチックのメタン化での分解速度を確認して、焼却とメタン化のどちらでエネルギーを回収するのが有利かを、見極める必要があります。

　京都市の事例で、焼却能力500t/日に対して、メタン化のそれは60t/日でした。これは、他の事業に比べてメタン化の割合が非常に小さく、焼却の安定性を考慮してそのバランスを決定した可能性があります。

　京都市は日本でのごみ処理をリードする自治体ですので、それらを考慮していることは間違いないでしょう。他の地域での計画においても、プラスチックのリサイクル率を向上していく過程での焼却とメタン化のバランスについて適正に計画することが大変重要です。

（ｃ）プラスチックの分別による焼却からの二酸化炭素排出の抑制

　前述したように、プラスチックの焼却による二酸化炭素排出は、脱炭素社会では焼却発電の売電による相殺という理屈が成り立ちません（電力の二酸化炭素排出係数がゼロになるため）。そのため、日本ではCCUS（二酸化炭素を回収して、利用、貯蔵すること）が想定されています。しかし、これはさらにエネルギーを必要とすることであり、どこでも採用できるわけではありません。

　そのため、プラスチックは脱炭素社会ではサーマルリサイクル（焼却発電）からマテリアルリサイクルに変わっていくものと考えられます。マテリアルリサイクルをするためには、排出者において適正な分別を行うことが重要です。

　乾式メタン化システムの特徴として排出者に分別をさせずに機械選別をするとしていますが、この場合でも排出者が分別ルールに従わないごみの排出をした場合にはトラブルになることがあります。排出者のちょっとした配慮によってメタン化システムの効率が上がることも指摘されています⁶⁾。

　バイオプラスチックの普及によって分別に気を使わなくても良くなるという見方もありますが、当面全てがバイオプラスチックになるとは考えられません。その過程で、バイオプラスチックか普通の化石燃料由来のプラスチックかを見分けて適切に分別することが求められます。

　脱炭素社会においては、一般家庭では単に省エネ、創エネを実施するだけでなく、ごみの分別基準に従って排出を適切に行うことが二酸化炭素排出の削減に貢献することになると強調しておきます。それが本サイトでバイオマス発電を取り上げた理由なのです。

（ｄ）情報の公開とメタン化への理解の増進

　最後に、情報の公開とメタン化への理解を深めることをあげました。今回の報告で示したように、新しく乾式メタン化システムが都市部でも整備されてきましたが、まだ実際の運転データに基づく技術的な報告が少ない状況です。

　整備・運転されている乾式メタン化システムに関する技術的な分析結果を公表し、そこで得られた知見を次のシステム構築に役立てることが重要です。技術の発展とは客観的なデータの分析と、得られた知見を総合化することで進んでいくものだからです。

　以前の報告で示したように、日本では「ごみは焼却するもの」という通念が固定化されています。多くの自治体ではメタン化を計画しても一部の住民の反対や議会等での議論により、焼却施設の維持という結果になってしまうことが多かったと思われます。

　その反対理由のほとんどがメタン化の実績が少ないことでした。住民のメタン化に対する不安を払拭するためにも、メタン化システムの情報公開が必須です。初めから完全な技術は存在せず、ごみの焼却施設も技術改良を繰り返してきました。メタン化についても脱炭素化に向けて技術改良を期待したいと思います。

＜参考文献＞

1）環境省：メタンガス化施設整備マニュアル（改訂版）、2017年3月
2）高岡好和、河村公平、角田芳忠：南但地域における可燃ごみのバイオガス化と焼却のコンバインドシステム、廃棄物資源循環学会誌、Vol.25、No.1、2014
3）河村公平、他：乾式メタン発酵に適した選別システムの開発、廃棄物学会研究発表会講演論文集、No.17、2006
4）環境省：廃棄物処理部門における温室効果ガス排出抑制等指針マニュアル、2012年３月
5）南但広域行政事務組合：公式Webサイト、南但ごみ処理施設ごみ処理量等の実績
6）菊池昭二美：ごみ焼却・バイオガス化複合施設「防府市クリーンセンター」の運営事業、廃棄物資源循環学会誌、Vol.27、No.3、2016
7）環境省：廃棄物処理部門における温室効果ガス排出抑制等指針マニュアル、2012年３月
8）環境省：一般廃棄物処理実態調査結果、2021年度調査結果、施設整備状況、焼却施設、燃料化施設