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木質が原油になる夢の技術が実現？
ベンチャーが開発する最新熱化学
2012年10月25日（木） 山家 公雄
米国では、再生可能燃料使用義務（RFS2）により、セルロースを含む革新技術によるバイオマス由来輸送用燃料の使用量が定められており、穀物以外の原料を利用した様々な技術がベンチャーにより開発されている。
前回は、木質を含むセルロース類を原料にバイオ燃料や特殊化成品を生産する生物化学（バイオケミカル）技術を紹介した。今回は、もう1つの革新技術である、熱化学（サーマルケミカル）技術とそのベンチャーを紹介する。
バイオマスをガス化して液化燃料に
熱化学技術を応用してバイオマスを利用する技術は一般に、高温・低酸素の環境下でガス化し（蒸し焼きにし）、発生した一酸化炭素、水素などの合成ガスを、触媒を利用して炭化水素からなる液体燃料に変える。いわゆるバイオガス・ツー・リキッド（BTL）である（資料1）。熱によりバイオマスの組織を分解し、一酸化炭素（CO）、水素（H2）を主とする分子状態にする。合成ガスから二酸化炭素（CO2）や不純物質を分離し、COとH2の純度を高める。
資料1．熱化学変換（BTL）の概要
（資料）バイオマスタウンアドバイザー育成テキスト（社)日本有機資源協会）
（出所）農林水産省
BTLのベースは、もともと石炭を原料に液体燃料を作るためにドイツで開発された技術である（CTL：Coal-to-Liquid）。発明者の名前をとりフィッシャー・トロプシュ反応（FT反応）と言われ、出来た燃料はFT油とも称される。80年におよぶ歴史があり、商業化もされている。特に南アフリカで発達した。アパルトヘイト政策による経済制裁で石油が輸入できなくなり、豊富な国内石炭を利用して自前で作らざるをえなかったからだ。
十数年前、ゴミ焼却の世界ではダイオキシン問題への対応策として、ガス化溶融炉がブームになったことがある。高温・低酸素の環境下で生ゴミやプラスチックなど有機物をガス化する。これを燃焼すると高温となり、ダイオキシンを分解するとともに発電に利用できる。流動床式、高炉式、キルン式、サーモセレクト式などの様々な技術が登場した。
熱化学技術の利点と課題
熱化学技術のメリットは、バイオマスの種類を選ばないことである。有機物であれば、COとH2に分解できる。初期投資はかかるものの、自動化・大規模化で操業コストを下げられる。アウトプットも、COとH2の組み合わせで色々なものを製造できる。原油生成や石油精製システムとも似ており、石油製品と親和性がある。
しかし、課題も多い。石炭液化から発達した技術だが、石炭に比べて、バイオマスは不純物が多く、品質（COとH2の割合）にばらつきがある。小規模モデルではうまく動いても規模を大きくすると不都合が生じる場合が多い。ターゲットとする燃料を作るのに、COとH2のバランスをとる必要がある。ガス化の過程で生じる液体（タール）の処理が難しいなどの問題もある。
また、石炭液化との競合も厳しい。石炭はバイオマスよりも品質が安定しており、取り扱いが容易である。化石燃料なので持続性という観点で問題はあるが、炭素を排出するための費用を上乗せしたコスト比較でも、競合相手として手強いと言われている。
バイオ燃料のソリンドラ
米国などでも、多くのベンチャーが挑戦してきたが、苦戦している。レンジフューエル社（Range-Fuels）は、米国でセルロース系バイオ燃料開発ベンチャーとして先陣を切ったこともあり、大きな注目を集め、多額の補助金もついた。2006年にブッシュ大統領が一般教書演説で「石油中毒の状態からの脱却、セルロース系バイオ燃料の開発促進」を唱えたこともあり、2007年に商業設備建設を始めた同社は、一躍時代の寵児になった。
ジョージア州にて、松林や製材所から出る木質を原料に、年産2000万ガロン（7600万リットル）の商業プラントの建設を始めた。最終的には1億ガロンに拡張するとしていた。しかし、いつまでたってもプラントがうまく動かず、液体燃料が生産されなかったため、結局2011年秋に倒産した。同社のプラントは補助金だけでも5000万ドルを投入されていたことから、「バイオ燃料におけるソリンドラ」として批判を受けたりもした。
しかし、こうした事態を予想する専門家は少なくなかった。理由は前述の諸課題になるが、要はスケールアップしたときに生じる様々な課題を克服するのに時間や資金が不足したのである。コーンプラントは2000万ガロン規模で4000万ドルの建設費を要する。倒産時のCEOは、最大の要因として金融危機が起こり、資金援助が続かなくなったから、と悔しさを隠さなかった。
ガス化技術の本場であるドイツでも、苦戦している。コーレン社（Choren）は、1998年に環境都市で有名なフライブルグ市に、パイロットプラントを建設し、FT反応によるバイオマス由来の液体燃料生産に取り組んだ。1000kW規模のプラントで2004年まで稼働し、ダイムラークライスラー、フォルクスワーゲンに供給した。2003年には、シェルのFT技術を導入し、パイロットプラントを4500kWにスケールアップすることを発表し、建設を開始した。2005年にはシェルが株主となり、ダイムラーとクライスラーも参加する。しかし、課題を克服できないまま2011年7月倒産した。
予期せぬ新しい課題が次々と現れ、時間とコストを費やすなかで、金融が続かなくなった。これだけの規模のプラントは前例がなく、試行錯誤を続けた。ガス化自体はさほどではないが、COとH2の比率や純度を得るのが難しかった。同社の技術は、2012年2月にドイツのエンジニアリンググループのリンダが買収した。
これまでのところ、BTLは苦戦を強いられており、商業化には時間がかかりそうである。しかし、前述のようにかなり前からこうした事態を予想していた専門家は多い。国立再生可能エネルギ−研究所（NREL）でも、大規模化するとプロセスがうまく回らない経験を積んでいる。
ただ、BTL技術自体を否定する専門家は少ない。技術開発とは時間と費用がかかるものであり、いつかは実現するとのコメントも多い。レンテック社（Rentech）をはじめとして、この技術に取り組むベンチャーはまだ存在する。
サーマルと奇跡の微生物を組み合わせる
BTLの苦戦を尻目に、熱化学技術で注目されているのがランザテク社（LanzaTech）である。熱化学とバイオ化学の融合技術（合わせ技）を採用している。同社の特徴は、バイオマスをガス化した後で、触媒ではなく、同社が開発した微生物を使って、液体燃料を作ることである。微生物が触媒のような役割を果たすことになる。
この微生物は、自ら水素を作ることができ、阻害物質への抵抗力も強い。したがって、BTLで苦労している、合成ガスの成分割合の調整が容易になる。水素のないガスも利用できる。
熱化学技術は、様々なバイオマスを原料にできる特徴があるが、同社の技術は特にそのメリットを享受できる。COとH2の割合は自由であり、阻害物質による影響も小さい。この微生物は天然に存在し、リスクについてもパンのイースト菌と同列に位置付けられている。
また、バイオマスに限らず、COとH2を含むオフガス（副生ガス）が工程から出る製鉄や石油精製、石油化学工場においても、その威力を発揮することになる。熱化学変換の課題は、初期投資がかさむことであるが、有機ガスを排出する既存の工程を利用すれば、大幅に投資を削減できる。バイオマスのガス化だけでなく、既存産業の副生ガスの利用を併せて進めれば、トータルコストの削減も可能になる。
同社は、2005年にニュージーランドで創設され、2008年にパイロットプラントを同国の製鉄所内に設置する。完全自動化された500リットルのガス発酵反応機2つで実験を行い、その有効性を実証した。その後本社をシカゴに移し、米国のベンチャーキャピタルや中国石油資本の支援を受けつつ開発を進めている。年産10万ガロン以上のエタノールを作るデモプラントを建設しており、2012年に稼働し、2013年にはフルスケールに達する予定である。プロセスエンジニアリングの専門家を集め、すばやくスケールアップする。
2012年1月に、最初の商業生産を行う設備をジョージア州に確保した。前述のレンジフューエル社のプラントで、そのガス化工程の設備を520万ドルで落札した。両者のメイン投資家は、著名なベンチャーキョピタルであるコスラ・ベンチャーズである。
数百万年の原油熟成を数秒で実現する直接液化
BTLはガス化した後に液化するが、バイオマス原料から直接液体燃料を製造する方式がある。重質油を原料に付加価値の高いガソリン製品などを作る接触分解プロセス（FCC：Fluid Catalytic Cracking）と、特殊な触媒を結びつけたものである。中間的な温度と圧力のなかで（高温・高圧ではなく）、数秒間触媒を通すことで、低炭素の再生可能原油や天然ガスを製造できる。自然界の中では、150度程度の温度で数百万年かけて熟成させるが、これを数秒で実現する。
FCCは、約60年間石油業界で使用されている。したがって、石油精製と似ており、石油業界にも馴染みがある。石油製品や石油化学品と無理なく混合でき、既存の設備やインフラもそのまま使用できる。また、リグニンを含めあらゆるバイオマスを原料として利用できる。これを開発したベンチャーがキーオア社（KiOR）である。
キーオアは、2007年にコスラ・ベンチャーズと触媒化学者のグループにより設立された。木質や農業廃棄物を原料にガソリン・ディーゼルの代替燃料（炭化水素の混合燃料）を製造する。触媒以外は、長年石油精製で確立された技術を利用する。同社は、ガソリンやディーゼルに比べて温室効果ガス排出は80％削減されると試算している。
2010年1月に、1日当たり10トン（乾燥トン）の木質を処理し、15バレルの燃料を生産するデモプラントを設置した。最初の商業生産設備は、ミシシッピー州のコロンバスに建設され、2012年下期に稼働する予定である。成長の早い松類であるサザンイエローパインを原料に使う。1日当たり500トンの原料を処理し、年間1100万ガロンの燃料を生産する。投資額は1億9000万ドルである。同社の再生可能ガソリンは2012年7月、再生可能ディーゼルは8月にEPA燃料登録が完了した。全米初のセルロース系燃料として認知された。
同社は、さらにコロンバスの3倍（1500トン）のプラントを複数計画しているが、この規模が標準となり、再生燃料はもとより海洋油田やタイトサンド原油に対しても競争力を持つと見込んでいる。2012年中にも、ミシシッピー州ニュートンにて建設を始める。投資額は3億5000万ドルに上る。同社は、2011年6月にナスダック市場に上場し、1億5000万ドルを調達し、この事業に充当する。なお、2011年7月にコンドリーザ・ライス前国務長官が役員として就任している。
類似の技術では、Envergent Technologiesが、ハワイの石油精製工場内に、デモプラントを建設している。2011年8月に着工して、2012年中に生産を開始し、2014年にフル稼働となる予定。同社は、ハネウェル社（Honeywell）傘下でFCCを含む石油精製技術を持つUOP社と、FCCプロセスを利用してバイオマスを瞬時に液化する技術を持つEnsyn社の合弁会社である。Ensyn社の技術が生む燃料は、発電・コジェネ用として商業化されている。実績のある両者が協力することで、液体燃料の商業生産を目指している。
藻類油は長期的な研究課題
日本でも話題になっている微細藻類（マイクロアルジェ）については、中長期的な研究開発課題という位置づけが強まっている。油脂分の多い藻類を大量に培養し、油脂分を分離する。CO2と太陽光を利用して成長・増殖させるSTF（Solar to Fuel）である。
課題は、まずはコストが高いことだ。面積当たりのコストをみると、現状では栽培作物が1平方メートル当たり1ドルであるのに対して、数百ドルになる。コストを下げるにはスケールアップを進めなければならないが、これが容易でない。
商業生産は、オープンポンド（池や沼）で行われるが、巨大な池での藻類培養の実績はなく、GOM（遺伝子組み換え）評価を含め環境リスクの評価が予想しにくい。膨大な量の油脂を効率的に分離する技術も、確立には時間がかかりそうだ。政府や大企業の研究開発としてはあり得てもベンチャーには馴染まない、という見方が多い。
バイオ燃料は再生可能エネルギ−の主役
2回にわたり、米国のバイオベンチャーの動向を見てきた。グリーンニューディール政策により、風力発電、太陽光発電への積極投資が話題になっているが、米国で再生可能エネルギ−といった場合は、バイオ燃料のことを指す場合が多い。ガソリンなどの輸送用燃料は、安全保障を含めて圧倒的な存在感を持つ。20年近い期間の使用義務を設けて、政策として市場を作り、民間の技術開発を喚起する。主にベンチャーが活躍し、予想もしなかった技術がこれまでの常識を乗り越える。
短い期間でガソリン使用量の1割がエタノ−ルに代替された。非穀物を原料とする夢の燃料も実現が見えてきている。革新バイオ燃料の生産能力は、2012年は4億ガロン（約15億リットル）で、2013年から2015年にかけてさらに17億ガロンが追加されると予想されている。2022年の目標である210億ガロンの1割強が見えている。
資料2、3は、ブルームバーグと国際環境計画（UPEP）がまとめたグリーン技術ファイナンスに係る報告書を基に整理したものである。プロジェクトへの融資は、第一世代投資の一段落で減少している。しかし、貸し渋りの最中にもかかわらず、株式市場での調達やベンチャーキャピタル・プライベートエクイティ投資は活発であり、革新バイオ燃料に対する期待は強い。研究開発も水準としては高い。
次回は、日本のバイオマス技術の現状と見通しについて、解説する。
資料2．バイオ燃料の開発・投資状況（2011年）
（出所）Bloomberg、UNEP資料を基に作成
資料3．次世代バイオ燃料への投資（2011年）
（出所）Bloomberg、UNEP資料を基に作成
山家 公雄（やまか・きみお）
1956年山形県生まれ。1980年東京大学経済学部卒業。日本開発銀行入行、新規事業部環境対策支援室課長、日本政策投資銀行環境エネルギー部課長、ロサンゼルス事務所長、環境・エネルギー部次長、調査部審議役を経て現在、日本政策投資銀行参事役、エネルギー戦略研究所取締役研究所長。近著に『今こそ、風力』
再生可能エネルギーの真実
今年7月1日から固定価格買い取り制度（日本版FIT：Feed In Tariff）が導入されるのをはじめ、日本が再生可能エネルギーの普及に本腰を入れ始めている。この連載では、風力や太陽光などの発電の種類ごとに、その実力と課題を解説する。
http://business.nikkeibp.co.jp/article/report/20121022/238392/?ST=print
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