バイオ炭って、なんだか心配
『炭』なら分かるんだが、それに「バイオ」をつけて『バイオ炭』・・・なんだか怪しい。こんな記事を目にした。
A New Way Forward: Improving the Economics of Gasification
本文を少しずつ、翻訳して読んでいきます・・・
Shielding our eyes from the sun in Western India, we look up to the operator on a platform atop a black metal column two stories high. From a woven sack, the man pours wood chips into a funnel, feeding the column which radiates heat on an already warm day. At the bottom, hot, black biochar piles on a rotating grate. At the far end of a maze of pipes, gas burns into a flare. “It takes several hours for the wood to pass through the whole system,” he states, showing us a handful of the wood he just poured. The operator is demonstrating a gasifier made by Ankur Scientific, one of the largest manufacturers of gasifiers in the world. The Carbon Containment Lab’s Associate Director, Puneet Chhabra, visited Ankur Scientific’s facility in Vadodara, India in October 2024 to learn more about the gasification of woody biomass and its potential to produce clean bioenergy, a critical–and at times controversial–energy source.
西インドの日差しを避けながら、私たちは2階建ての高さの黒い金属柱の上にある作業台を見上げる。袋から木くずを漏斗に入れ、すでに暖かくなっている日に熱を放つ柱に供給している。底部では、高温の黒いバイオ炭が回転格子の上に積み重なっている。迷路のようなパイプの奥では、ガスがフレアーの中で燃えている。「薪がシステム全体を通過するのに数時間かかります」と彼は言いながら、今注入したばかりの薪を一掴み見せてくれた。このオペレーターは、世界最大級のガス化炉メーカー、アンカー・サイエンティフィック社製のガス化炉を実演している。炭素封じ込めラボのアソシエイト・ディレクター、プニート・チャブラは2024年10月、インドのヴァドダラにあるアンクール・サイエンティフィックの施設を訪れ、木質バイオマスのガス化と、クリーンなバイオエネルギーを生産する可能性について学んだ。
Bioenergy refers to energy, heat, or fuel derived from recently living biological material. The gasifier we’re standing below is just one type of technology amongst many that can be used to create it. Until now, commercial-scale bioenergy from gasification has struggled to economically compete with natural gas and other renewable energy sources when viewed for electricity production. At the Carbon Containment Lab (CC Lab), we believe that the economics of gasification can be improved by incorporating the marketable value of all of its outputs, including hydrogen and biochar as well as federal tax credits (like 45V for green hydrogen). By further integrating carbon storage of the biochar and sustainably sourced feedstocks, bioenergy production from gasification has the potential to be both profitable and carbon negative.
バイオエネルギーとは、生物由来のエネルギー、熱、燃料を指す。私たちが下に立っているガス化炉は、それを作り出すために使用できる数ある技術のうちの一種類に過ぎない。これまで、ガス化による商業規模のバイオエネルギーは、天然ガスや他の再生可能エネルギー源と経済的に競合することは困難だった。炭素封じ込めラボ（CCラボ）では、水素やバイオ炭、連邦税控除（グリーン水素に対する45Vのようなもの）など、ガス化のすべての生産物の市場価値を取り入れることで、ガス化の経済性を改善できると考えている。バイオ炭と持続可能な原料の炭素貯蔵をさらに統合することで、ガス化によるバイオエネルギー生産は、収益性が高く、かつカーボン・マイナスになる可能性を秘めている。
Gasification occurs when dried organic material is heated in an oxygen-starved environment to temperatures exceeding 700°C. The resulting volatilization and reaction of organic compounds with oxygen and steam produces a mixture of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and methane called “syngas.” The name stems from its potential to be processed further; purification of syngas can yield hydrogen while Fischer-Tropsch synthesis produces heavier fuels.
ガス化は、乾燥させた有機物を酸素のない環境で700℃を超える温度まで加熱することで起こる。その結果、有機化合物が揮発し、酸素や水蒸気と反応することで、「合成ガス」と呼ばれる一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタンの混合物が生成される。合成ガスを精製すれば水素が得られ、フィッシャー・トロプシュ合成ではより重い燃料が得られる。
Gasification has been proven out over time; it dates back to the 1800s when English cities used coal to create syngas for factories and street lamps. The process has fluctuated in use, depending on oil prices and production needs, with a peak during World War II in Germany. Facing a coal surplus and oil shortage, Germany gasified coal into syngas and used Fischer-Tropsch synthesis to produce diesel fuel. In its modern incarnation, gasification has been adapted to process waste biomass instead of coal.
ガス化の歴史は古く、1800年代にイギリスの都市が工場や街灯のために石炭を使って合成ガスを製造したことに遡る。このプロセスは、石油価格と生産ニーズによって使用量が変動し、ドイツでは第二次世界大戦中にピークを迎えた。石炭余剰と石油不足に直面したドイツは、石炭をガス化して合成ガスを作り、フィッシャー・トロプシュ合成でディーゼル燃料を生産した。現代では、ガス化は石炭の代わりに廃棄物バイオマスを処理するために適応されている。
Back in Ankur Scientific’s analytical laboratory, rows and rows of successfully tested feedstocks, including wood, agricultural residue, and municipal waste, are proudly displayed in labeled jars. Of particular interest to the CC Lab is the potential gasification of waste wood from forest thinning used to mitigate wildfire risk. Fire prevention activities in U.S. forests could generate approximately 1.2 billion tons of low-value wood by 2032. If this wood is left to decompose or burn, over 2 billion tons of carbon dioxide equivalent would be released into the atmosphere.[1] Finding technologies that incentivize productive use of this material is vital and gasification could play a role.
アンクール・サイエンティフィックの分析ラボに戻ると、木材、農業残渣、都市廃棄物など、テストに成功した原料がラベル付きの瓶に何列も誇らしげに陳列されている。CCラボが特に関心を寄せているのは、山火事のリスクを軽減するために使用される間伐材のガス化の可能性である。米国の森林における防火活動によって、2032年までに約12億トンの低価値木材が発生する可能性がある。この木材を分解や燃焼のまま放置すると、二酸化炭素換算で20億トン以上が大気中に放出されることになる[1]。このような材料の生産的な利用を促す技術を見つけることが重要であり、ガス化がその役割を果たす可能性がある。
【挿入文】
Although gasifier geometries and designs vary based on feedstock and output requirements, the fundamental process remains consistent. Post-processing involves chemical procedures to separate and purify gases or modify the overall composition to create the necessary components for heavier fuels. Waste "tail gas" with excess heat can be recycled within the system to dry incoming biomass or generate electricity for auxiliary systems.
ガス化炉の形状や設計は、原料や出力要件によって異なるが、基本的なプロセスは一貫している。後処理には、ガスを分離・精製したり、全体的な組成を変更してより重い燃料に必要な成分を生成したりする化学的手順が含まれる。余分な熱を持つ廃棄物「テールガス」は、入ってくるバイオマスを乾燥させたり、補助システムのために発電したりするために、システム内で再利用することができる。
In addition to syngas, a useful byproduct of gasification is biochar. Predominantly elemental black carbon, biochar is essentially charcoal that is not bound for further combustion. It is porous with a high surface area, making it an excellent adsorbent for pollutants and nutrients. It has also been shown to improve soil fertility and water retention.[2] Importantly to us, it is highly resistant to decomposition, making it an effective carbon store and thus a prominent way to generate high-quality carbon removal credits.[3]
合成ガスに加えて、ガス化の有用な副産物はバイオ炭である。主に元素状黒色炭素であるバイオ炭は、本質的に、それ以上燃焼しない木炭である。多孔質で表面積が大きいため、汚染物質や栄養素の吸着剤として優れている。また、土壌の肥沃度や保水性を向上させることも示されている[2]。私たちにとって重要なのは、バイオ炭が非常に分解されにくいことで、効果的な炭素貯蔵庫となり、高品質の炭素除去クレジットを生み出す有力な方法となっている[3]。
【本文に戻る】
So can this technology be carbon-negative? The CC Lab is conducting Life Cycle Assessments (LCA) to evaluate the carbon impact of potential feedstocks and to compare the carbon intensity of forest thinning to gasification. By modeling the material flows, LCAs can determine the environmental effects of a given process, especially the greenhouse gas emissions “embedded” in the outputs. Considering the current costs and environmental issues associated with conventional forest management practices, such as pile burning[4], we hope to demonstrate that woody biomass generated from forest thinning can serve as a cost-effective and carbon-negative bioenergy source. The economics become even more attractive if gasification can take advantage of renewable fuel tax credits in addition to revenues from product sales and carbon removal credits.[5]
では、この技術はカーボン・マイナスになり得るのだろうか？CC研では、潜在的な原料の炭素への影響を評価し、間伐とガス化の炭素強度を比較するために、ライフサイクル・アセスメント（LCA）を実施している。マテリアルフローをモデル化することで、LCAはあるプロセスの環境影響、特に生産物に「埋め込まれた」温室効果ガス排出量を決定することができる。杭焼き[4]などの従来の森林管理手法に関連する現在のコストや環境問題を考慮すると、間伐材から生成される木質バイオマスは、費用対効果が高く、カーボン・ネガティブなバイオエネルギー源として機能することを実証したい。ガス化が、製品販売や炭素除去クレジットからの収入に加えて、再生可能燃料税控除を利用できれば、経済性はさらに魅力的になる[5]。
Peering into an open side port of a second gasifier, we spy the burning glow of pyrolysis and combustion taking place. Our hosts note that interest has grown from Asian and European private and government entities interested in turning agricultural residues and landfill waste into electrical power. Could the same technology, not yet proven successful in the U.S., be deployed across the fire-prone American West? As part of a system, we think it potentially could. We imagine a decentralized network of gasifiers taking in forest residues and producing syngas, hydrogen, and biochar for nearby industry and agriculture. But partners are needed, and a pilot could help demonstrate and de-risk this technology. We’ll keep you updated on our progress.
もうひとつのガス化炉の開いている側面のポートを覗き込むと、熱分解と燃焼の燃えるような光が見える。ホストによれば、アジアやヨーロッパの民間企業や政府機関が、農業残渣や埋立廃棄物を電力に変えることに関心を寄せているという。アメリカではまだ成功が証明されていないこの技術を、火災の多いアメリカ西部で展開することは可能なのだろうか？システムの一部として、私たちはその可能性を考えている。森林残渣を取り込み、合成ガス、水素、バイオ炭を生産し、近隣の産業や農業に利用する分散型ガス化炉のネットワークを想像している。しかし、パートナーは必要であり、パイロットはこの技術の実証とリスク軽減に役立つだろう。私たちの進捗状況については、またお知らせします。
【文章はここまで】
私自身、ガス化の専門家ではないが、大学で木材化学を専攻したため幅広に木材の化学利用プロセスを講義で学習した。ガス化が石炭分野で利用された技術であることは知っているし、木材へ利用を試みる歴史も知っている。しかしながら、その残渣・・・炭を、バイオ炭と呼んだ歴史を聞いたことがない。もちろん原料が木であるだけなら、それを農地に蒔くのは歓迎したい。
ただ、そこには様々な条件がつく。
生木を焚べた時に残る、カリウムやマグネシウムの含有量が作物にどう影響を与えるかを調べておいた方がいい。Carbon Containment Lab (CC Lab)が期待するのは、先ごろ大騒ぎになったアメリカはカリフォルニアでの森林火災に対し、火災を起こす前に細い若木を伐採してこれに供するというもの。恐らく、カリウム、マグネシウム含量が高いはず。その地域の土壌成分にもよるが。
ロサンゼルス山火事、原因は？ 上空からまかれているピンクの物質は何？
また、それ以外の重金属成分も気になるところ。
土壌中には、薄く重金属が含まれている。
どの国のどこの土壌でも、当然含まれている。
その薄い濃度が、『バイオ炭』となった時に濃縮されて、単位重量あたりの重金属濃度は高くなる可能性もある。そうなると、地域の環境規制に引っ掛かることにもなりかねないし、ましてや土壌還元した時に作物や植生に直接与える影響も懸念されることになるわけだ。
『炭』なら分かるんだけれども、それになんだか環境に優しそうなワードとして「バイオ」をつけて『バイオ炭』と呼ぶ・・・なんだか怪しい。
これって大丈夫なんだろうか？？
今日はここまで