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バイオリファイナリーとは
バイオリファイナリーとは、動植物などから生まれた再生可能資源であるバイオマスを原料として、バイオ燃料やバイオ化学品を生産する技術や産業のことを指します。
これまでのエネルギー資源における課題を解決し、地球環境の保全や循環型社会の構築に貢献する技術として期待されています。
過去のエネルギー資源の課題
現代の豊かな生活を支えている製品の多くは、石油や石炭などの化石資源から作られています。石油から薬品や塗料、化学繊維、プラスチック、ガソリン・灯油といった素材や燃料を製造する技術を「オイルリファイナリー」と言いますが、石油などの化石資源は以下の課題に直面しています。
- 化石資源には限りがあり、枯渇する恐れがある
- 化石資源の利用により排出される二酸化炭素が地球温暖化の原因となる
そこで注目されているのが、再生可能かつ地球環境に影響を与えないバイオマス資源から化学品や素材、燃料などを製造する「バイオリファイナリー」です。
バイオリファイナリーの特徴
バイオリファイナリーで用いられる木や草などの植物、畜産糞尿、食品廃棄物といったバイオマス資源は、光合成反応で二酸化炭素と水から作られる物質です。
もともと大気中に存在していた二酸化炭素から作られているため、使用や廃棄に伴って二酸化炭素が排出されても、炭素の絶対量を増やすことなく地球環境の中で循環されます。また、これらのバイオマス資源は太陽光がある限り再生可能だと言われています。
そのため、従来のオイルリファイナリーが抱える課題をクリアし、地球環境への負荷を減らせる技術として注目されているのです。
バイオリファイナリーの効果
バイオリファイナリーでは、植物や農産廃棄物、食品廃棄物や古紙などの原料から、バイオ燃料や付加価値の高いバイオ化学品を生産することができます。こうした製品の代表例として、バイオプラスチックや産業用酵素などが挙げられます。
バイオリファイナリーで生産される燃料や化学品には、以下のようなものがあります。
| バイオ燃料 | バイオエタノール | サトウキビなどの作物を発酵、蒸留させて作られるエタノール。ガソリンと混ぜて車や飛行機の燃料として使われる。 |
| バイオディーゼル | 菜種油などの廃食用油から製造され、軽油車などのディーゼルエンジン用の燃料として使われる。 | |
| バイオガス | 家畜の排泄物、生ごみなどの有機物を発酵させて作られる気体燃料。主な成分はメタンで、発電や熱供給などの用途で用いられる。 | |
| バイオ化学品 | 芳香族化合物 | |
| 有機酸 | ||
| アミノ酸 |
バイオリファイナリーの市場規模
現在、世界各国でカーボンニュートラルに向けた脱炭素の取り組みが急速に進展しています。そんな中、より地球環境への負荷が少ないバイオリファイナリーへの転換が注目され、世界的に市場規模が拡大しています。
バイオリファイナリーの市場動向
バイオリファイナリーの市場規模はCAGR8.2%で成長し、2027年には2022年の約1.5倍となる2103億米ドルに達すると予測されています。
特に最大シェアを占めると予想されているのが「産業用バイオテクノロジー」です。産業用バイオテクノロジーには、バイオマス資源による燃料やプラスチックなどバイオベース製品の生産に加え、従来の工業プロセスにバイオテクノロジーを応用する「バイオプロセシング」が含まれます。産業用バイオテクノロジーで実現する環境にやさしい製品、経済的優位性、高性能といった要素は、バイオベース製品の市場浸透につながると言えるでしょう。
地域別に見ると、アメリカ、カナダ、メキシコなどでは森林由来のバイオリファイナリー開発への取り組みが進んでおり、バイオ燃料の生産に関するプロジェクトに多額の投資が行われています。技術が進歩していることに加え、人口や所得の増加、都市化などによりバイオベースの精製所が増加していることも南北アメリカがで市場拡大が予測される要因となっています。
バイオリファイナリーの課題
地球環境の保全や循環型社会の構築に貢献する技術として期待されているバイオリファイナリーですが、バイオ燃料においては製造コストが高いために導入が進まないという課題も抱えています。
セルロース系バイオエタノールが高コスト
車や飛行機の燃料として活用されるバイオエタノールですが、製造コストの高さが問題視されています。
IEA（国際エネルギー機関）の発表した見積もりによると、セルロース系バイオエタノールの製造コストが高いことがわかります。そのためバイオリファイナリーへの導入が進んでおらず、思うように普及していないのが現状です。
セルロース系バイオエタノールとは、非可食の草木や廃棄物などのセルロース系バイオマスから製造されるエタノールのことで、第二世代エタノールとも呼ばれています。可食バイオマスを原料とする第一世代バイオエタノールのように食糧と競合する恐れもないため、早期普及が期待されていました。
セルロース系バイオエタノールは草木や廃棄物を原料としているため、原料コスト自体は低く抑えられます。しかし、製造過程でセルロースをグルコースに分解するために使用するセルラーゼという酵素が高コストであるため、製造コストが上がってしまうのです。
【参考】IEA｜Advanced Biofuels – Potential for Cost Reduction
セルラーゼコスト削減が解決策に
上記の課題を解決し、セルロース系バイオエタノールを活用していくためには、セルラーゼコストを削減し全体的な製造コストを抑える必要があります。
セルロース系バイオエタノールを製造する過程で必要となるセルラーゼを、メーカーから購入するのではなく自社で内製化できれば、セルラーゼコストを大きく削減することができます。
現在はカビの仲間である菌体が生産するセルラーゼを分離回収したものが工業用として広く使用されていますが、セルラーゼはその他の身近なところにも存在しています。
例えば、ウシ・ウマなどの草食動物やシロアリは、人間には消化できないセルロースを消化することができます。これは、体内に存在する腸内細菌がセルラーゼを生産し、セルロースを分解しているためです。
こうしたメカニズムに注目し、企業や大学などではセルラーゼのコストを低減するための研究や技術開発が進んでいます。セルラーゼコストを削減できればセルロース系バイオエタノールの製造コストが下がり、より広く普及することが期待されます。
バイオリファイナリーの取り組み事例
各企業におけるバイオリファイナリーの取り組み事例を紹介します。
Green Earth Institute（双日）
公益財団法人地球環境産業技術研究機構発のバイオベンチャー企業であるGreen Earth Institute株式会社。
同社は、コリネ菌を用いたバイオリファイナリーをコア技術に、これまで処理が困難だった非可食バイオマス原料に含まれる糖類の効率的な利用や、発酵阻害物質による影響の排除を実現しました。その結果、低コストかつ高効率での製品製造を可能としたのです。また、遺伝子組み換え技術を用いて目的製品に合わせた菌体を開発することで、幅広いバイオ化学品製造への応用が期待されています。
革新的な発酵生産技術を誇るGreen Earth Instituteは、総合商社である双日株式会社の出資を受け、バイオ化学品分野での新たな事業の構築を目指しています。独自の技術に加えて、双日がこれまでに培ってきた化学業界での膨大なネットワークや既存事業の強みを活用することで、低炭素社会・循環型社会に貢献する環境ビジネスの持続的成長を目指しています。
積水バイオリファイナリー
積水化学工業株式会社と株式会社INCJの合弁会社である積水バイオリファイナリー株式会社は、微生物触媒を活用して可燃性ごみをエタノールに変換する技術を活用した事業展開を目的として設立されました。
同社は、廃プラスチックを含む可燃性ごみを都市油田に変える「ごみの資源化」に取り組み、2017年に可燃性ごみをプラスチック等の原材料となるエタノールに変換する技術を確立しました。2022年4月には岩手県に新設した実証プラントの稼働を開始し、この技術の実用化・事業化に向けた最終段階の実証を行っています。
実証プラントでは、既存のごみ処理施設から譲り受けた実際のごみを原料としてエタノールを生産し、着実に実証を進めています。
アメリカエネルギー省
アメリカエネルギー省（DOE）は、これまで数多くのバイオ燃料開発を支援し、バイオリファイナリー施設を設計、建設、運営するプロジェクトに多額の助成を行うなど積極的に取り組みを進めてきました。
バイデン大統領は、公平でクリーンなエネルギーの未来を実現するために、2050年までに経済全体でネットゼロ排出を達成する道筋をつけるという目標を掲げており、アメリカエネルギー省はバイオエネルギーとバイオリファイナリーの研究開発に、過去2年間で5億ドル以上を投資しています。
2023年には、バイオ燃料生産を加速する17のプロジェクトに1億1,800万ドルの資金提供を行うことが発表されました。
選ばれたプロジェクトでは、バイオリファイナリーの開発を進めることによりバイオ燃料とバイオ製品の国内生産を促進し、化石燃料からの温室効果ガス排出を削減する持続可能な燃料の製造を目指しています。こうした高度なバイオ燃料の商業化に際して、新たな精製システムへの資金調達が障壁となっていましたが、アメリカエネルギー省からの資金提供により展開が可能となる見込みです。
米国大手石油メーカー
アメリカでは、大手石油メーカー各社が再生可能燃料に対応するなどバイオリファイナリーへの取り組みを進めています。
大手石油メーカーでは、再生可能燃料で生産実績のあるメーカーとの提携や企業買収を通じて、再生可能燃料への対応を加速化させています。例えば、Valero はすでに年間7 億ガロンの再生可能ディーゼルを生産しており、カリフォルニア州、カナダ、欧州に供給、輸出しています。
Marathon Petroleum でも2022年に最終投資が決定し、保有する製油所において再生可能ディーゼルの生産を始めています。また、ExxonMobil は再生可能燃料で実績のあるGlobal Clean Energy と提携し、再生可能燃料のビジネスを開始しました。
廃油の水素化処理プロセスを用いる再生可能燃料の生産においては、水素を入手しやすい既存の製油所を改良することが効率的です。今後化石燃料の消費量低下が予測される中、一部石油メーカーは製油所の設備改造に大きく舵を切り始めています。
まとめ
今回は、バイオリファイナリーの概要や課題、市場動向や企業の事例について解説しました。バイオリファイナリーを活用することで従来のエネルギー資源における課題を解決し、地球環境の保全や循環型社会の構築につなげられます。
今後ますます拡大していくことが予想されるバイオリファイナリー市場において、より研究開発が進めば、持続可能な社会を実現するための新たな可能性やビジネスチャンスがさらに広がるでしょう。
