バイオマスを中心とした自然エネルギーの 利用と展望について １．バイオマス資源と地震 ２．生態系とバイオマスについて ３．バイオマスの潜在量について ４．里山ってなに？ （伝統的なバイオマス利用方法） ５．バイオマスと関連技術 「バイオマスって何？」 バイオ（生物）＋マス(量・物質） ＝生物体(有機物量）≒主に植物体 ＣＯ２ エネルギー 燃焼 適切に利用すれば、 ＣＯ２増加につながらない 光合成 バイオマス （植物体） 分解 １．バイオマス資源と地震 モンスーン気候 ＋ 急峻な地形 ⇓ 豊かな降水量 ⇓ 豊かな植物資源（森林、稲作など） ⇓ 世界トップレベルの人口密度 日本の水平分布と垂直分布 植物群落の群系 （亜）熱帯多雨林 照葉樹林 降 水 量 夏緑樹林 針葉樹林 雨緑樹林 熱帯草原 （サバンナ） 寒地荒原 (高山帯） 砂漠 温帯草原 （ステップ） 平均気温 ２、生態系とバイオマスについて 生態系（エコ・システム） • 水槽の中のミニ生態系 無機的環境 水 温度 生物群集 植物 （生産者） CO２ O２ 魚 (消費者） NO３ NH4+ 微生物 (分解者） － ２、生態系とバイオマスについて ●生産者の物質(バイオマス）収支 総生産量 ＝全光合成量（有機物量） 純生産量 ＝総生産量ー呼吸量 成長量 ＝純生産量ー（被食量＋枯死量） 一次消費者の摂食量へ 生態系の物質収支（北アメリカの比較的若い森林） より上位の消費者へ 地 １９％ 上 成長量 純生産量４５％ 地 下 枯死量 分解量 蓄積量（２％） 被食量（１．５％） 呼吸量５５％ 総生産量 ２５％ 分解者の呼吸量（２３％） 生態系のおけるエネルギーの流れ 熱 熱 熱 熱 生 産 者 一 次 消 費 者 二 次 消 費 者 三 次 消 費 者 太陽 エネルギー 有機物の流れ （バイオマス） 遺体・排出物 呼吸の流れ 太陽エネルギー➟地球（食物連鎖）➟熱➟宇宙へ 熱 分解者 ●炭素の循環 約０．０３９％ 大気中のＣＯ2 燃焼 植物 動物 遺体・排出物 化石燃料 分解者 海洋中のＣＯ2 生物 サンゴ等 それは、石油資源の枯渇と その争奪戦だ! 石油発見量と消費量 ←発見 消費 ↓ ２、バイオマスの潜在量について ●地球生態系における炭素貯蓄量 引用）食料・農業・農村白書（ H21・農林水産省編）← OECD「土壌有 機炭素･専門会議報告書｣（2003年）エネルギー経済統計要覧(2007) 森林系バイオマスはどの程度利用できるか? • • • • • 森林系バイオマス量 光合成量 純生産量（②×４０％） 化石燃料の燃焼量 ④／③＝６．７倍 炭素量 ５０００億トン １２００億トン ４８０億トン 72億トン ・・・① ・・・② ・・・③ ・・・④ 【純生産量③】の１５％を利用するだけで 【化石燃料使用④】をすべてまかなうことができる。 データー；①～③啓林館「高等学校生物Ⅱ改訂版」 ④エネルギー経済統計要覧(2007) 日本国内のバイオマス 廃棄系バイオマス(約10%) ＋ 未利用バイオマス(約２％） ＋ 資源作物(約２％） の合計で 原油輸入量の１４％を代替できると試算している。 データ 「バイオマスニッポン」（日刊工業新聞）より 森林での 蓄積量 日本の森林伐採量と成長量 2500 伐採量 成長量 2000 1500 1000 500 0 昭和30年 40年 建築ブームに よる需要増 50年 60年 輸入材の増加 7年 ３、里山ってなに？ （伝統的なバイオマス利用林） 狭 義 の 里 山 • • • • • 極相林(原生林） 二次林（遷移の途中） スギ・ヒノキ林（植林） 竹林 果樹園 広 義 の 里 山 遷移て、なに？ 陰樹林 陽樹林 低木林 裸地 荒原 草原 極相 時間 一 次 遷 移 陰樹の幼樹 が成長 数百年 以上 里山って、なに？ 里山 陰樹林 陽樹林 低木林 裸地 荒原 草原 極相 時間 一 次 遷 移 陰樹の幼樹 が成長 数百年 以上 極相 二次遷移 天理市仁興町 二次林 （里山） 10～20年 サイクル １年後 里山多様性 アカマツ スギ・ヒノキなどの植林 クヌギ コナラ な ど の 落葉樹 カシ類 ソヨゴ などの 常緑樹 冬の寺社林（鎮守の森） 里山の春 初夏 秋 日本の伝統的な森林利用 治山治水 里 里 鳥 奥 里山を積極的に 有効利用するこ とで奥山を伐ら ずにすむ 山 燃料 建築材 人糞 肥料 作物 田畑 魚 山 里海 里山の土地利用 北 南 乾燥に強い 用材， マツタケ 用材 成長がはやい アカマツ林 ヒノキ スギ 北側斜面の方が 年輪がつまり良 材を得やすい 竹林 クヌギ・コナラ林 果樹 鎮守 の森 薪炭 遷移と物質生産の概念図 CO2 極相 光合成量 里山 成長量 新たな 二酸化炭素 吸収量 呼吸量 遷移の 時間 森林系バイオマス利用の概念図 カスケード (繰り返し)利用 廃棄系バイ オイオマス 建築材 パルプ 樹脂 など 燃料 燃焼 有効 利用 CO2 自動車 発電 暖房など 成長量 里山、人工林、 竹林、など 遷移の 時間 ４、バイオマスと関連技術 ・セルロースの糖化、エタノール(メタノール）化 ・バイオマス由来のプラスチック合成 ・燃料電池 ・スーパーゴミ発電 バイオエタノールってなに？ 炭水化物（糖） 光合成 エタノール 燃焼など ＣＯ２ 石油 NHK爆問学問より 「永久エネルギー誕生！」 石油の枯渇問題を一挙に解 決するものとして期待されて いるのが、硫酸を固体化した 「カーボン固体酸」だ。 原 亨和 (はらみちかず) １９６５年生まれ。東京工業大学教授 機能セラミックス・触媒カーボン固体酸の開発により、 ２００６年サイエンス・アメリカ誌によって 「世界で注目される研究者５０人」に選ばれる。 カーボン固体酸(触媒）とは？ ・何度でも再利用が可能 ・雑草や木くずも糖に分解 ・糖⇒バイオエタノール ほとんどの石油化学物質を 石油枯渇後も安価 に生産することが可能 バイオマス発電所建設のイメージ図 二酸化炭素 夜間･余剰電力 の利用 出資・運営 電力会社 電力 廃熱 バイオマス 発電所 地域暖房等 農・工業で 利用 出資・協力 地方自治体 土木業者等(緑の雇用創出) 民間ボランティア 林業関係者・製材業者 木質バイオマス資源 (森林、廃材など 光合成 廃棄物発電(ごみ発電） メリット 技術が進み、エネルギー変換率が２０～３０％になる。 排熱を利用できる。 デメリット スケールメリットが必要 ３Rが進めば、スケールメリットが生かされない。 解決策 間伐材や竹材を燃やし、稼働率を安定 させる。 スーパーごみ発電 ごみ焼却炉のボイラー から出る蒸気をガスター ビンの排熱でさらに加熱 して発電効率を高めた 複合型ごみ発電。発電 効率は３０～３４％。通常 のごみ発電の発電効率 は２０％以下。 ネットワーク・バイオマス発電システム 間伐材など 森林保全 農産物系バイオマス 生産緑地保全 廃棄物（ゴミ） ゴミ問題の解決 雇 用 の 創 出 一般電力 スーパーごみ発電 夜間電力の利用 高性能バッテリー 排熱の利用(家庭、農・工業） その他の発電 電気自動車など ゴミ発電＋バイオマス発電のイメージ図 二酸化炭素 夜間･余剰電力 の利用 電力 一般利用 廃熱 スーパーゴミ 発電所 出資・運営 電力会社 土木業者等(緑の雇用創出 地域暖房等 農・工業で 利用 出資・協力 地方自治体 家庭ゴミなど 林業関係者・製材業者 ) 木質バイオマス資源 (森林、廃材など） 光 合 成 将来的な技術課題 燃料電池 →発電効率の向上 →夜間電力などの余剰電力を利用して生産 される水素を利用できる。 →バイオマスを直接利用できる 燃料電池開発のヒント →生物は燃料電池で生きている?! →好気(酸素）呼吸の電子(水素）伝達系(ミトコンドリアの膜上の反応） 燃料電池のしくみ 電気エネルギー ⇓ ２Ｈ２Ｏ → ２Ｈ２＋O2 水の電気分解 ２Ｈ２Ｏ ← ２Ｈ２＋O2 燃料電池 ⇓ 電気エネルギー 燃料電池のしくみ バイオマスなど ＣＨＯ ご清聴ありがとうございました。
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