バイオマス暖房システム

バイオマス暖房システムはバイオマスから熱を生成します。システムでは、直接燃焼、ガス化、熱電併給(CHP)、嫌気性消化、または好気性消化を使用して熱を生成します。バイオマス暖房は完全に自動化されている場合もあれば、半自動化されている場合もあります。ペレット燃焼の場合もあれば、熱電併給システムである場合もあります。

バイオマスを使用してボイラーを加熱する暖房システムには、主に 4 つの種類があります。バイオマス暖房の種類は、完全自動、半自動、ペレット燃焼、熱電併給です。

完全自動化システムでは、チップ化または粉砕されたバイオマスがコンベアを介して管理された速度でボイラーに供給されます。この速度は、ボイラー内の圧力と温度を維持するためにコンピュータ制御によって管理されます。完全自動化システムでは、システムのオペレーターがコンピュータを制御するだけで済むため、操作が非常に簡単です。^{[1] [2]}

半自動または「サージ ビン」システムは、完全に自動化されたシステムと非常に似ていますが、運用を維持するためにより多くの人手が必要です。これらのシステムには、より小さな貯蔵タンクとはるかに単純なコンベヤ システムがあり、システムの運用を維持するために人員が必要です。完全に自動化されたシステムから変更された理由は、システムの効率です。燃焼器によって生成された熱は、空気を直接加熱するために使用することも、熱を伝達する媒体として機能するボイラー システムで水を加熱するために使用することもできます。^[3]薪を燃料とするボイラーは、最大容量で稼働しているときに最も効率的であり、年間のほとんどの日に必要な熱は、年間のピーク熱要件ではありません。システムは、年間で数日だけ高容量で稼働する必要があることを考慮すると、高効率を維持するために、年間の大部分の要件を満たすように作られています。^[2]

バイオマス暖房システムの 3 つ目の主なタイプはペレット燃焼システムです。ペレットは木材を加工したもので、そのため高価です。高価ではありますが、はるかに凝縮され均一であるため、より効率的です。さらに、ペレットをボイラーに自動的に供給することは比較的簡単です。これらのシステムでは、ペレットは穀物貯蔵サイロに保管され、重力を利用してボイラーに移動します。ペレット燃焼システムは凝縮されているため、保管要件がはるかに小さく、コスト削減にも役立ちます。これらのシステムはさまざまな施設で使用されていますが、保管スペースとコンベア システムのスペースが限られており、ペレットが施設のかなり近くで製造されている場所では、最も効率的で費用対効果が高いです。^[2]

ペレットシステムのサブカテゴリの1つは、灰分率の高いペレット（紙ペレット、干し草ペレット、わらペレット）を燃焼できるボイラーまたはバーナーです。この種の1つは、回転する円筒形の燃焼室を備えたPETROJETペレットバーナーです。^[4] 効率の点では、より安定した燃料特性のため、高度なペレットボイラーは他の形態のバイオマスを上回ります。高度なペレットボイラーは凝縮モードで動作し、燃焼ガスを煙道に送る前に120°Cではなく30〜40°Cに冷却することもできます。^[5]

熱電併給システムは、木材チップなどの木材廃棄物を使用して発電し、発電システムの副産物として熱が生成される非常に便利なシステムです。高圧操作のため、コストが非常に高くなります。この高圧操作のため、高度な訓練を受けたオペレーターが必須となり、運用コストが高くなります。もう 1 つの欠点は、電気を生成すると同時に熱も生成することであり、年間の特定の時期に熱の生成が望ましくない場合は、冷却塔の追加が必要になり、これもコストを上昇させます。

CHP が適している状況もあります。木材製品メーカーは廃木材の供給量が多く、熱と電力の両方が必要なため、熱電併給システムを使用します。このシステムが最適な他の場所は、エネルギーと温水用の熱を必要とする病院や刑務所です。これらのシステムは、平均熱負荷に一致するのに十分な熱を生成できるようにサイズが決められているため、追加の熱は必要なく、冷却塔も必要ありません。^[2]

暖房システムにおけるバイオマスの使用は、農業、森林、都市および産業の残渣や廃棄物を使用して熱や電気を生産するため、化石燃料よりも環境への影響が少ないため有益です。^{[6]バイオマス中の炭素は自然の}炭素循環の一部であるのに対し、化石燃料中の炭素はそうではなく、燃料として燃やされると環境に永久に炭素を追加するため、このタイプのエネルギー生産は環境に長期的な影響を限定しています（カーボンフットプリント）。^{[7]歴史的に、}化石燃料が大量に使用される前は、木材燃料の形のバイオマスが人類の暖房の大部分を提供していました。

森林由来のバイオマスは、通常、商業価値の低い木材から得られるため、他の木材伐採作業の副産物として収穫されるのが一般的です。バイオマス暖房は、価値の低い木材の市場を提供し、健全で収益性の高い森林管理を可能にします。^{[引用が必要]}

大規模な農業バイオマスの使用は、農地を食料生産から遠ざけ、持続可能な方法で管理されていない森林の炭素隔離能力を低下させ、土壌から栄養分を抽出します。バイオマスの燃焼は大気汚染物質を生成し、大気中に大量の炭素を追加しますが、これは何十年も土壌に戻らない可能性があります。^[8]バイオマスが燃焼してから、植物や木が成長して炭素が大気から引き出されてバイオマスが補充されるまでの時間差は、炭素負債として知られています。炭素負債の概念は議論の対象となっています。実際の炭素の影響は、哲学、収穫規模、土地の種類、バイオマスの種類（草、トウモロコシ、新木、廃木、藻類など）、土壌の種類、およびその他の要因に左右される可能性があります。^[9]

バイオマスを燃料として使用すると、一酸化炭素、NOx（窒素酸化物）、VOC（揮発性有機化合物）、粒子状物質などの形で大気汚染が発生し、場合によっては石炭や天然ガスなどの従来の燃料源よりも高いレベルになります。^{[10] [11]} 化石燃料、バイオ燃料、バイオマスの不完全燃焼によって生成される汚染物質であるブラックカーボンは、地球温暖化の2番目に大きな原因である可能性があります。 ^[12] 2009年にスウェーデンで行われた、南アジアの広い地域を定期的に覆う巨大な茶色の煙霧に関する研究では、主にバイオマスの燃焼によって生成され、化石燃料の燃焼によって生成されたものは少ないことが判明しました。^[13]研究者は、化石燃料ではなく最近の植物に関連する14Cのかなりの濃度を測定しました。^[ 14 ^{]現代のバイオマス燃焼器具は、酸素調整システムなどの高度な技術により、有害}な排出物を劇的に削減します。^[15]

燃焼すると、バイオマス由来の炭素は二酸化炭素（CO2 _）として大気中に放出されます。乾燥木材に貯蔵される炭素の量は、重量で約50％です。^[16]農業由来の場合、燃料として使用される植物質は、新しい成長のための植林によって置き換えることができます。バイオマスが森林由来の場合、貯蔵された炭素を回収するのにかかる時間は一般的に長く、破壊的な林業技術が採用されると、森林の炭素貯蔵能力が全体的に減少する可能性があります。^{[17] [18] [19] [20]}

1990 年代初頭に提案された森林バイオマスはカーボン ニュートラルであるという提案は、伐採された地域よりも成熟した手つかずの森林の方が炭素をより効果的に隔離するという最近の科学によって置き換えられました。樹木の炭素が 1​​ 回のパルスで大気中に放出されると、数十年かけてゆっくりと腐っていく森林の木材よりもはるかに気候変動に寄与します。 ^[21]一部の研究では、「50 年経っても森林は最初の炭素貯蔵量まで回復していない」ことや、「最適な戦略は、現存する森林を保護することである可能性が高い」ことが示されています。^[22]他の研究では、炭素貯蔵量は森林と伐採されたバイオマスの使用に依存していることが示されています。森林は、多くの場合、複数の樹齢の木のために管理され、成熟した樹木の伐採はより頻繁かつ少量で行われます。これらの森林は、皆伐された成熟した森林とは異なる方法で炭素と相互作用します。また、木材をエネルギーに変換する効率が高ければ高いほど、使用される木材は少なくなり、炭素循環は短くなります。^[23]

2003 年以降の石油価格の上昇と、それに伴う天然ガスおよび石炭の価格上昇により、熱生成用バイオマスの価値が高まっています。エネルギー密度の高い化石燃料の価格が上昇するにつれ、森林レンダリング、農業廃棄物、およびエネルギー生産専用に栽培された作物は競争力を持つようになります。この潜在能力を開発する取り組みは、管理が不十分な耕作地を再生する効果があり、分散型で多次元の再生可能エネルギー産業の歯車となる可能性があります。これらの方法を促進し推進する取り組みは、 2000 年代を通じて欧州連合全体で一般的になりました。世界の他の地域では、バイオマスから熱を生成する非効率的で汚染物質の多い方法と不適切な森林管理が相まって、環境の悪化に大きく貢献しています。

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