埋立ガスの基礎知識

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埋立ガス（LFG）は、埋立地の有機物が分解される際に発生する自然副産物です。LFGは、約50％がメタン（天然ガスの主成分）、50％が二酸化炭素（CO2）、少量の非メタン系有機化合物で構成されています。メタンは、気候変動に関する政府間パネル（IPCC）の最新の評価報告書（AR5）によると、100年間にわたり大気中の熱を捕捉する効果がCO2の28～36倍もある強力な温室効果ガスです。

米国におけるメタン排出量について詳しくはこちら。

埋立地からのメタン排出量

円グラフは、2019年の米国の発生源別メタン排出量です。天然ガス・石油系30％、腸内発酵27％、MSW埋立地15％、その他埋立地2％、糞尿管理9％、石炭採掘7％、その他9％です。

注：すべての排出量は、Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks（米国の温室効果ガス排出と吸収源の目録）による。1990-2019.

都市固形廃棄物（MSW）埋立地は、米国における人為的なメタン排出源の第3位で、2019年にはこの排出量の約15.1%を占めています。2019年のMSW埋立地からのメタン排出量は、2160万台以上の乗用車が1年間走行した際の温室効果ガス（GHG）排出量、または約1200万世帯の1年間のエネルギー使用によるCO2排出量にほぼ相当します。同時に、ごみ焼却場からのメタンガスの排出は、重要なエネルギー資源を回収し利用する機会を失うことになります。

MSWが埋立地に最初に堆積されたとき、好気性（酸素を含む）分解段階を経て、メタンガスはほとんど発生しません。その後、通常1年以内に嫌気状態が確立され、メタン生成菌が廃棄物を分解してメタンを発生させ始めます。

有機廃棄物の管理に関する代替案はこちら。

次の図は、廃棄物を設置した後の典型的なLFG組成の変化を示しています。埋立地の廃棄物はバクテリアによって4つの段階で分解されます。ガス組成は各段階ごとに変化し、埋立地の廃棄物は一度にいくつかの分解段階を経ることがあります。埋立後の時間スケール（総時間と相の持続時間）は埋立地の条件によって異なります。

図はATSDR 2008より引用。第2章 埋立地ガスの基礎知識。『埋立地ガス入門-環境衛生専門家のための概要』にて。図2-1, pp.5-6. https://www.atsdr.cdc.gov/HAC/landfill/PDFs/Landfill_2001_ch2mod.pdf (PDF)

詳しくは、LMOPのLFGエネルギープロジェクト開発ハンドブックの埋立地ガスエネルギーの基本の第1章をご覧ください。

2009年10月、米国環境保護庁は米国内の大規模な排出源および供給者からの（GHG）排出量の報告を義務付ける規則（40 CFR Part 98）を発行しました。将来の政策決定に資する正確かつタイムリーな排出量データの収集を目的としています。

米国環境保護庁は毎年、1990年以降の各年における米国内の人為的な温室効果ガスの排出量および吸収量に関する米国政府の推定値を示すインベントリーレポートを発行しています。このインベントリには、廃棄物部門およびその他の部門からの排出量も記載されています。

埋立地ガスの回収と処理

LFGは大気中に放出されることなく、回収・変換され、再生可能なエネルギー資源として利用することができます。また、メタンガスが大気中に放出され、地域のスモッグや地球温暖化の原因となるのを防ぎます。さらに、LFGエネルギープロジェクトは、地域社会やそれ以外の場所でも収益を上げ、雇用を創出します。LFGを利用するメリットについて、詳しくはこちらをご覧ください。

この図は、LFGを回収して処理し、複数の用途に使用できるメタンを生産している様子を示す。 まず、LFGはMSW埋立地に埋設された垂直・水平配管を通して収集される。その後、LFGは使用するために処理される。この図では、産業・施設用途、美術・工芸品、パイプラインガス、自動車燃料など、LFGの最終用途の可能性を示している。
この図は、LFGの処理の3つの段階を示す。一次処理は、ガスがノックアウトポット、フィルター、ブロワーを通過する際に水分を除去するもの。二次処理では、アフタークーラーやその他の水分除去（必要に応じて）、シロキサン/硫黄除去、圧縮（必要に応じて）が行われる。二次処理で不純物が除去されたLFGは、発電や美術工芸品やボイラー用の中熱量燃料として利用できる。高度処理では、さらに不純物（CO2、N2、O2、VOC）を除去し、LFGを圧縮して高Btのガスにし、自動車の燃料やガスパイプラインに注入して使用できる。廃棄物/テールガスは、フレアまたは熱酸化装置に送られる。

基本的なLFG回収・処理システムのフローチャート

LFGは、一連の井戸とブロワー/フレア（または真空）システムを使用して埋立地から抽出されます。このシステムは、回収されたガスを、ガスの最終的な用途に応じて処理できる中央地点に誘導します。この地点から、ガスはフレアリングされるか、LFGエネルギープロジェクトで有益に利用されます。フローチャートはLFG回収・処理システムを示します。

埋立地ガスエネルギー事業の種類

LFGをエネルギーに変換するためには、様々な選択肢があります。以下では、様々なタイプのLFGエネルギープロジェクトを、発電、中圧ガスの直接利用、再生可能天然ガスの3つの大きなカテゴリーに分類しています。プロジェクト技術の説明は、各プロジェクトの種類に含まれています。LFG エネルギープロジェクトの技術オプションとそれぞれの利点と欠点に関する詳細は、LMOPの LFG Energy Project Development Handbook の Chapter 3 Project Technology Options を参照してください。

LFG発電プロジェクトのオーナーは、LMOPのToolkit for Expiring LFG Electricity Power Purchase Agreementsを読むことで、発電を継続するか、他のプロジェクトタイプに変更するかの選択肢を評価するのに役立つでしょう。

発電

現在、米国で稼働しているLFGエネルギープロジェクトの約69％が発電を行っています。発電には、レシプロ内燃機関、タービン、マイクロタービン、燃料電池など、さまざまな技術が使用され、自家用および系統への売電に利用されています。レシプロエンジンは、その比較的低コスト、高効率、多くの埋立地のガス出力を補完するサイズ範囲から、LFG電力アプリケーションに最もよく使用される変換技術です。ガスタービンは、一般的に大規模なLFGエネルギープロジェクトで使用され、マイクロタービンは、一般的に少量のLFGとニッチなアプリケーションで使用されます。

熱電併給（CHP）事業では、LFGを利用して電気と熱エネルギー（通常は蒸気または温水）の両方を生成します。エンジンやタービンを使用したコージェネレーションプロジェクトが、産業、商業、施設運営でいくつか設置されています。発電に加えて熱エネルギーも取り込むことで効率が上がるため、この種のプロジェクトは非常に魅力的なものとなります。

中沸点ガスの直接利用

他の燃料（例えば、天然ガス、石炭、重油）の使用を相殺するためにLFGを直接使用することは、現在稼働中のプロジェクトの約17%で見られます。LFGは、ボイラー、乾燥機、キルン、温室などの熱利用設備で直接利用することができます。これらのプロジェクトでは、ガスは、代替燃料または補助燃料として燃焼装置で使用するために、近くの顧客に直接配管されます。既存の燃焼装置の改造が必要な場合もありますが、必要なのは限られたドレン除去やろ過処理だけです。

LFGは、浸出水の蒸発に直接使用することもできます。LFGを用いた浸出水の蒸発は、水資源回収施設での浸出水処理が不可能、あるいは高価である埋立地にとって良い選択肢となります。LFGは、浸出液を蒸発させ、より濃縮された、より廃棄しやすい排水量にするために使用されます。

中温ガスの革新的な直接利用法としては、陶器やガラス吹き窯の焼成、温室への電力供給と暖房、廃塗料の蒸発などがあります。現在、自動車製造、化学製造、食品・飲料加工、医薬品、セメント・レンガ製造、廃水処理、家電・製品、製紙・鉄鋼、刑務所・病院などでLFGが利用されています。

再生可能天然ガス

LFGは、処理工程でメタンガスを増やし、逆にCO2、窒素、酸素を減らすことで、高BtuガスであるRNG（再生可能天然ガス）に改良することができます。RNGは、化石天然ガスの代わりに、パイプライン品質のガス、圧縮天然ガス（CNG）、液化天然ガス（LNG）として利用することができます。現在稼働中のLFGエネルギープロジェクトの約14パーセントがRNGを製造しています。

RNGの利用方法としては、熱利用、発電、自動車用燃料などがあります。RNGは、ガスが生産された場所で使用することも、天然ガスの送電または配電パイプラインに注入して別の場所に供給することも可能です。

出典：https://www.epa.gov/lmop/basic-information-about-landfill-gas


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