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木質燃料（または薪）は、薪、木炭、チップ、シート、ペレット、おがくずなどの燃料です。使用される具体的な形態は、供給源、量、品質、用途などの要因によって異なります。多くの地域では、木材は最も入手しやすい燃料形態であり、枯れ木を拾う場合は道具が不要、またはほとんど必要ありませんが、どの産業でもそうであるように、生産を機械化するためにスキッダーや油圧式薪割り機などの特殊な道具が開発されています。製材所の廃棄物や建設業界の副産物には、さまざまな形態の木材残渣も含まれます。世界中の森林から採取される木材の約半分が薪として使用されています。[ 1 ]
暖房や調理のために火を起こし、制御する方法を学ぶことは、人類の最も重要な進歩の1つと考えられています。暖房用の燃料源として木材を使用することは、文明よりもはるかに古く、ネアンデルタール人が使用していたと考えられています。今日、木材の燃焼は、固体燃料バイオマスから得られるエネルギーの最大の用途です。木材燃料は、調理や暖房に使用できるほか、発電用の蒸気機関や蒸気タービンの燃料としても使用されることがあります。木材は、屋内では炉、ストーブ、暖炉で、屋外では炉、キャンプファイヤー、焚き火で使用できます。
木材は何千年もの間、燃料として利用されてきた。歴史的に見ると、その利用を制限していたのは、火花を起こすための技術の普及状況だけだった。木材から得られる熱は、今でも世界の多くの地域で広く利用されている。初期の例としては、テントの中で火を起こすことが挙げられる。地面に火を起こし、テントの上部にある煙突から対流によって煙を逃がしていた。
恒久的な建造物や洞窟では、炉が建設または設置された。炉とは、火を焚くための石やその他の不燃性材料の表面のことである。煙は屋根の煙突から排出された。
比較的乾燥した地域（メソポタミアやエジプトなど）の文明とは対照的に、ギリシャ人、ローマ人、ケルト人、ブリトン人、ガリア人は皆、燃料として利用できる森林を利用できた。数世紀にわたり、極相林は部分的に伐採され、残りの森林は萌芽更新林へと変化し、標準林が主要な薪源となった。これらの森林では、7年から30年の周期で、古い切り株から新しい幹が伐採されるという継続的なサイクルが維持されていた。
英語で書かれた森林管理に関する初期の印刷本のひとつは、ジョン・エヴリンの『シルヴァ、あるいは森林樹木論』（1664年）で、森林地主に対し森林地の適切な管理について助言している。HLエドリンは、1949年の著書『英国の森林工芸』の中で、ローマ時代以前から管理された森林から生産されてきた、用いられてきた並外れた技術と木材製品の範囲について概説している。そして、この時代を通して、好まれた薪は、切り倒した萌芽更新樹の枝を束ねた薪であった。森林職人にとって他に使い道のない、太くて曲がったり変形したりした枝は、木炭に加工された。
ヨーロッパのほとんどの地域と同様に、これらの管理された森林は第二次世界大戦終結まで市場に燃料を供給し続けました。それ以降、これらの森林の多くは大規模農業に転換されました。産業革命により燃料の総需要は大幅に増加しましたが、この増加した需要のほとんどは、よりコンパクトで新しい産業の規模拡大に適していた新しい燃料源である石炭によって満たされました。
日本の江戸時代には、木材は多くの用途に使われ、木材の消費は、その時代に日本が森林管理政策を発展させるきっかけとなった。 [ 2 ]木材資源の需要は、燃料だけでなく、船舶や建物の建設にも増加し、その結果、森林破壊が広範囲に及んだ。その結果、森林火災、洪水、土壌侵食が発生した。1666年頃、将軍は伐採を減らし、植林を増やす政策をとった。この政策では、木材の使用を許可できるのは将軍または大名のみであると定められた。18世紀までに、日本は林業と植林に関する詳細な科学的知識を発展させた。
煙突と暖炉の発達により、煙の排出がより効率的に行えるようになった。さらに、石造りの暖房器具やストーブは、火と排気の熱を大きな蓄熱体の中に蓄えることで、暖炉単体よりもはるかに効率的な暖房器具となった。
金属製のストーブは、産業革命と同時期に発展した技術です。ストーブは、火を四方から囲み、通風量（火に届く空気の量）を調節できる装置として製造または製作されました。ストーブは様々な素材で作られてきました。鋳鉄は最も一般的な素材の一つです。滑石（タルク）、タイル、鋼鉄なども使用されてきました。金属製のストーブは、薪を燃やす際の最も高温の部分が数年の使用で鋼鉄を焼き尽くしてしまうため、耐火レンガなどの耐火材で内張りされることがよくあります。
フランクリンストーブは、ベンジャミン・フランクリンによってアメリカで開発されました。ストーブというよりはむしろ暖炉に近い構造で、前面が開放されており、背面には地下室から空気を吸い込み、加熱してから側面から放出する熱交換器が備えられていました。しかし、この熱交換器は普及せず、後のバージョンでは省略されました。現在では、いわゆる「フランクリン」ストーブは様々なスタイルで製造されていますが、オリジナルのデザインに似たものは一つもありません。
1800年代は鋳鉄製ストーブの全盛期でした。各地域の鋳物工場が独自の設計でストーブを製造し、居間用ストーブ、箱型ストーブ、キャンプ用ストーブ、鉄道用ストーブ、携帯用ストーブ、調理用ストーブなど、無数の用途のストーブが作られました。精巧なニッケルやクロムの縁取りを施したモデルは、鋳造の装飾、脚、扉など、デザインを極限まで高めていました。ストーブでは薪や石炭を燃やすことができたため、100年以上にわたって人気を博しました。しかし、火の作用と灰の腐食性により、ストーブは時間の経過とともに徐々に劣化したりひび割れたりしました。そのため、ストーブの安定供給が必要でした。ストーブのメンテナンス、煤の付着、薪割りといった手間を考えると、石油や電気暖房が好まれるようになりました。
もともと鋼鉄製だった気密ストーブは、当時の他のストーブよりも密閉性が高く、燃焼をより細かく制御することができた。気密ストーブは19世紀に普及した。
薪暖房は、より手間のかからない燃料が普及するにつれて人気が低下した。薪暖房は徐々に石炭に取って代わられ、その後、森林資源のある農村地域を除いて、重油、天然ガス、プロパンによる暖房へと移行していった。
1967年の石油禁輸後、米国では多くの人々が初めて燃料として木材を使用するようになった。EPAは、はるかに効率的に燃焼するクリーンストーブに関する情報を提供した。[ 3 ]
1973年のエネルギー危機の間とその後、化石燃料が高価になりすぎて使用できなくなると考える人もいたため、ストーブの人気は一時的に再燃した。その後、多くの小規模メーカーが新旧のデザインに基づいてストーブを製造するなど、イノベーションの時代が続いた。この時代の注目すべきイノベーションとしては、サーモスタット制御のストーブで、オプションで高温面への偶発的な接触を防ぐ穴あき鋼板製の囲いを備えたアシュリーヒーターが挙げられる。この10年間には、ダクトと配管を利用して家屋やその他の建物全体に熱を供給するデュアル燃料炉やボイラーも数多く製造された。
薪暖房の人気が高まるにつれ、薪の切断、分割、加工のためのさまざまな機器の開発と販売も進みました。家庭用油圧式薪割り機は、電気、ガソリン、または農業用トラクターのPTOで駆動するように開発されました。1987年、米国農務省は、水分含有量の低い薪を使用することで、より高い熱出力と燃焼効率が得られるという根拠に基づき、窯乾燥薪の製造方法を発表しました。 [ 4 ]
雑誌「ウッドバーニング・クォータリー」は数年間発行された後、「ホーム・エナジー・ダイジェスト」と改名し、その後廃刊となった。
多くの低所得国および中所得国は、エネルギー目的（特に調理）に木材に依存している。最大の生産国はすべてこれらの所得グループに属し、エネルギーとして木材に大きく依存する人口を抱えている。2023年には、インドが2億9800万m3（総生産量の15％）で1位となり、次いで中国が1億4800万m3、ブラジルが1億3200万m3（それぞれ世界生産量の8％と7％）となっている。[ 5 ]
ペレットストーブは、圧縮木材またはバイオマス燃料ペレットを燃焼させる暖房器具です。薪が豊富な地域では、薪による暖房が今もなお利用されています。本格的な暖房を目的とする場合（暖炉など）、単に雰囲気作りのためではなく、ストーブ、暖炉用インサート、炉などが現在では最も一般的に使用されています。アメリカの森林地帯の農村部では、独立型ボイラーがますます普及しています。これらは屋外に設置され、家から少し離れた場所に設置され、地下配管を使って家の中の 熱交換器に接続されます。
木材、樹皮、煙、灰などの汚れは屋外に保管されるため、火災のリスクが軽減されます。ボイラーは一晩中火を保つのに十分な大きさで、より大きな木材を燃やすことができるため、切断や薪割りの手間が少なくて済みます。家の中に煙突を後付けする必要もありません。ただし、屋外用薪ボイラーは、他の薪燃焼器具よりも多くの木材の煙とそれに伴う汚染物質を排出します。これは、燃焼室を囲む水で満たされたジャケットなどの設計上の特徴によるもので、このジャケットは火を冷やし、不完全燃焼を引き起こします。また、屋外用薪ボイラーは、他の薪燃焼器具に比べて煙突の高さが低いため、地上の微粒子の大気中濃度の上昇につながります。ますます人気が高まっている代替案は、木材を非常に高い効率（85～91％）で燃焼させ、屋内または離れに設置できる木材ガス化ボイラーです。
木質燃料の加工方法は数多くあり、現在でも多くの地域で、ストーブや焚き火を使って調理に利用されています。また、肉の燻製やメープルシロップの製造など、多くの工業プロセスでも燃料として使用されています。持続可能なエネルギー源として、木質燃料は、森林資源や副産物が容易に入手できる地域では、発電にも有効な燃料となり得ます。
メートル法では、薪は通常、立方メートルまたはステール（1 m 3 ≈ 0.276コード）単位で販売されます。
米国とカナダでは、薪は通常、コード（128立方 フィート、3.62立方メートル）単位で販売されます。これは、長さ4フィートの丸太を幅8フィート、高さ4フィートに積み上げた薪の山に相当します。コードは、米国のほとんどの州で法律で定義されています。「スローコード」とは、積み上げられていない薪のことで、幅4フィート、高さ4フィート、長さ10フィートと定義されています。この追加体積は、空隙が少ない標準的な積み上げコードと同等にするためです。また、「フェイスコード」単位で販売される薪もよく見られますが、これは通常、法律で定義されておらず、地域によって異なります。たとえば、ある州では、長さ16インチの丸太を幅8フィート、高さ4フィートに積み上げた薪の山が「フェイスコード」として販売されることがよくありますが、その体積はコードのわずか3分の1です。別の州、あるいは同じ州の別の地域では、フェイスコードの体積は大きく異なる場合があります。したがって、このような方法で販売される木材を購入するのは危険である。なぜなら、取引は法的に強制力のある単位に基づいていないからである。
オーストラリアでは、薪は通常トン単位で販売されますが、手押し車1台分、バケツ1杯分（一般的なスキッドステアローダーの1立方メートルのバケツの3分の1 ）、ピックアップトラック1台分、または袋1袋分（約15～20kg ）で販売されていると宣伝されることもよくあります。
一般的な広葉樹であるレッドオークは、 1キログラムあたり14.9メガジュール（1ポンドあたり6,388 BTU）のエネルギー含有量（発熱量）を持ち、70%の効率で燃焼させた場合、10.4メガジュールのエネルギーを回収できます。[ 6 ]
西オーストラリア州政府の持続可能なエネルギー開発局（SEDO）によると、木材のエネルギー含有量は1キログラムあたり16.2メガジュール（4.5 kWh/kg）である。[ 7 ]
バイオエネルギー知識センターによると、木材のエネルギー含有量は、樹種よりも含水率と密接に関係している。含水率が減少するにつれてエネルギー含有量は向上する。[ 8 ]
2008年、燃料用木材の価格は100万BTUあたり15.15ドル（1kWhあたり0.041ユーロ）でした。[ 9 ]
あらゆる火と同様に、薪を燃やすと多くの副産物が生じる。その中には有用なもの（熱や蒸気）もあれば、好ましくないもの、刺激性のあるもの、危険なものもある。
木材燃焼の副産物の一つに木灰があり、適量であれば肥料（主にカリウム）としてミネラルを供給するが、水酸化カリウム（苛性ソーダ） [ 10 ]を含むため強いアルカリ性を示す。木灰は石鹸の製造にも使用できる。
煙には、水蒸気、二酸化炭素、その他の化学物質、腐食性アルカリ飛灰などのエアロゾル粒子が含まれており、部分的に燃焼した薪の刺激性（そして潜在的に危険な）副産物となる可能性があります。薪の煙の主な成分は微粒子であり、地域によっては粒子状大気汚染の大部分を占める可能性があります。オーストラリアのメルボルンでは、涼しい時期には薪の暖房が微粒子の最大60%を占めています。[ 11 ]
薪の燃焼からは、かなりの量の揮発性有機化合物が放出される。燃焼過程では、フェノール類、フラン類、フラノン類などのリグニンの解重合反応によって生成される有機物だけでなく、より小さな酸素含有化合物も大量に放出される。[ 13 ]薪の燃焼は、エアロゾル相に多くの有機化合物を放出することも示されている。[ 14 ]薪の燃焼は、10 1～ 10 11 μg m −3の有効飽和濃度C * を超えるさまざまな揮発性で有機成分を放出することが示されている。インドのデリー地域で採取された薪サンプルからの排出物は、液化石油ガスからの排出物よりもヒドロキシルラジカルとの反応性が 30 倍高いことが示されている。さらに、デリーの同じ薪サンプルから放出された21種類の多環芳香族炭化水素を比較すると、薪からの放出物は液化石油ガスからの放出物よりも約20倍毒性が高かった。[ 12 ]
最も効率的なバーナーの中には、煙の温度がそれ自体を燃焼させるほど高温になるものがあります（例えば、一酸化炭素ガスに着火する609 ℃（1,128 °F）[ 15 ] ）。これにより、煙による危険性を大幅に低減できるだけでなく、燃焼プロセスから追加の熱も得られます。触媒コンバーターを使用することで、よりクリーンな煙を得るための温度を下げることができます。米国の一部の地域では、触媒コンバーターを組み込んでいないストーブの販売や設置を禁止しています。
人口密度、地形、気候条件、および使用される燃焼装置によっては、木材暖房は、特に粒子状物質による大気汚染に大きく寄与する可能性があります。木材が燃焼される条件は、排出物の含有量に大きく影響します。粒子状大気汚染は、人間の健康問題や喘息および心臓病による入院の増加につながる可能性があります。[ 11 ]
木材パルプをペレットや人工丸太に圧縮する技術は、排出量を削減できる。燃焼がよりクリーンになり、木材密度の増加と水分含有量の減少により、輸送時のかさばりをある程度減らすことができる。輸送時に消費される化石エネルギーは削減され、暖房油やガスの生産と流通で消費される化石燃料のごく一部に過ぎない。[ 16 ]
木質燃料の多くは、世界中の原生林から得られます。植林木は、木材や木材パルプとしての価値が高いため、薪として使われることはまれですが、一部の木質燃料は、農林業としても知られる作物の間に植えられた木から採取されます。[ 17 ]この木材の収集または収穫は、収集地域に深刻な環境影響をもたらす可能性があります。懸念事項は特定の地域に特有のものであることが多いですが、通常の伐採が引き起こすすべての問題が含まれる可能性があります。森林からの大量の木材の除去は、生息地の破壊や土壌の浸食を引き起こす可能性があります。しかし、ヨーロッパやカナダなど多くの国では、森林残渣が収集され、環境への影響を最小限に抑えながら有用な木質燃料に変換されています。土壌の栄養と浸食の両方が考慮されています。燃料として木材を使用することによる環境への影響は、燃焼方法によって異なります。高温になると、より完全な燃焼が起こり、熱分解の結果として有害ガスが少なくなります。持続可能な供給源からの木材の燃焼は、カーボンニュートラルであると考える人もいるかもしれません。樹木は、その生涯を通じて、燃焼時に放出するのと同量の炭素（または二酸化炭素）を吸収する。
薪は、その目的のために管理された「林地」で伐採されることもありますが、森林が密集している地域では、自然林の副産物として伐採されることが多いです。腐り始めていない倒木は、すでに部分的に乾燥しているため好まれます。立ち枯れ木は、乾燥していて腐りが少ないため、さらに良いと考えられています。このタイプの木材を伐採すると、山火事の速度と強度が低下します。薪用の木材の伐採は通常、チェーンソーを使って手作業で行われます。そのため、長い木材は、手作業が少なく、チェーンソーの燃料も少なくて済むため、安価で、燃焼室の大きさによってのみ制限されます。価格は、林地からの距離と木材の品質によっても大きく異なります。薪は通常、建築や建設に適さない木材または樹木に関連しています。薪は、消費率が持続可能なレベルに制御されていれば、再生可能な資源です。一部の地域では、適切な薪が不足しているため、地元住民が広大な森林地帯を破壊し、さらなる砂漠化につながる可能性があります。
木材の燃焼は、森林での木材の生分解（一定期間内）よりも多くの大気中の CO 2を発生させます。これは、枯れた木の樹皮が腐る頃には、丸太はすでに他の植物や微生物に占拠されており、それらが木材の炭化水素を生活環に取り込むことでCO 2を隔離し続けているからです。木材の伐採と輸送作業は、さまざまな程度の温室効果ガス汚染を引き起こします。木材の非効率的で不完全な燃焼は、CO 2以外の温室効果ガスの濃度上昇につながる可能性があり、副産物の二酸化炭素換算値が大きい場合は、正の排出につながる可能性があります。[ 18 ]
電力や家庭用暖房の生産における CO 2の相対的な排出量に関する定量的な情報を提供するために、英国エネルギー・気候変動省 ( DECC ) は、33 のシナリオに基づいて、木材 (ウッド チップ) と他の燃料の燃焼を比較する包括的なモデルを公表しました。[ 19 ]このモデルの出力は、供給されるエネルギー 1 メガワット時 (MWh) あたりに生成される CO 2のキログラムです。たとえば、シナリオ 33 は、放置された広葉樹林を再生して生産される英国の小径丸太から生産されるウッド チップからの熱の生産に関するもので、石油の燃焼では377 kg (831 lb)の CO 2が放出されるのに対し、ウッド チップの燃焼では 1 MWh あたり1,501 kg (3,309 lb)の CO 2が放出されることが示されています。しかし、同じ文献のシナリオ32（パーティクルボードに加工されるはずだった木材チップから熱を生成する場合）では、1MWhあたりわずか239kg （527ポンド）のCO2しか排出されないことが示されています。したがって、バイオマスエネルギー生産の相対的な温室効果は、利用モデルによって異なります。
木材を意図的に、かつ制御された方法で炭化させ、それを土壌に混ぜ込むことは、炭素隔離に効果的な方法であると同時に、特に森林地帯において農業のための土壌条件を改善する重要な技術でもある。これは、テラプレタとして知られる肥沃な土壌の基礎を形成する。
薪を燃やすことによる環境への影響については議論の余地がある。いくつかの都市では、薪暖炉の使用基準の設定や禁止に向けて動き出している。例えば、ケベック州モントリオール市は、新築住宅への薪暖炉の設置を禁止する決議を可決した。
薪燃焼の支持者は、適切に伐採された木材はカーボンニュートラルであり、燃焼過程で放出される副産物粒子の悪影響を相殺すると主張している。森林火災の文脈では、薪燃料として使用するために森林から伐採された木材は、規制された条件下で残りの材料を燃焼させながら、野外で燃焼する木材の量と燃焼の深刻度を減らすことで、全体的な排出量を削減することができる。2018年3月7日、米国下院は、新しい住宅用薪ストーブに対するより厳しい排出基準の実施を3年間延期する法案を可決した。[ 20 ]
ヨーロッパの一部の国では、電力需要のかなりの部分を木材または木材廃棄物から賄っています。スカンジナビア諸国では、薪を加工するための人件費が非常に高いため、人件費と天然資源が安い国から薪を輸入するのが一般的です。スカンジナビアへの主な輸出国はバルト三国（エストニア、リトアニア、ラトビア）です。フィンランドでは、圧縮ペレットの形で木材廃棄物を家庭用および産業用暖房の燃料として利用することへの関心が高まっています。
多くの低所得国および中所得国は、エネルギー目的（特に調理）に木材に依存している。最大の生産国はすべてこれらの所得グループに属し、エネルギーとして木材に大きく依存する人口を抱えている。2021年には、インドが3億m³（総生産量の15％）で1位となり、次いで中国が1億5600万m³、ブラジルが1億2900万m³ （世界生産量の8％と7％）となっている。[ 21 ]
米国では、木質燃料は（水力発電に次いで）2番目に多い再生可能エネルギー源である。[ 22 ]
オーストラリアでは約150万世帯が薪を主な暖房手段として使用している。[ 23 ] 1995年時点で、ビクトリア州では年間約185万立方メートルの薪（1立方メートルは約1台の自動車用トレーラーに相当）が使用され、その半分はメルボルンで消費された。[ 24 ]この量は、ビクトリア州の製材用丸太とパルプ用丸太の林業事業全体で消費される木材（190万立方メートル）に匹敵する。
薪の原料として利用される樹種には、以下のようなものがある。
2014年、バルト海地域最大のペレット工場の建設が エストニアのヴォルマー県ソメルパルで開始され、年間11万トンのペレット生産が見込まれています。ペレット製造工程では、さまざまな種類の木材（薪、木材チップ、削りくず）が使用されます。Warmeston OÜ工場は2014年末までに操業を開始しました。[ 27 ] [ 28 ] 2013年、ヨーロッパにおけるペレットの主な消費国は、EUのバイオ燃料に関する年次報告書によると、英国、デンマーク、オランダ、スウェーデン、ドイツ、ベルギーでした。デンマークとスウェーデンでは、ペレットは発電所、家庭、中規模消費者が地域暖房に使用していますが、オーストリアとイタリアでは、ペレットは主に小規模の個人住宅用および産業用ボイラーの暖房に使用されています。[ 29 ]英国は工業用木質ペレットの最大の消費市場であり、その大きな理由は、 Drax、MGT、Lynemouthなどの主要なバイオマス燃料発電所があるためである。[ 30 ]
日本と韓国はどちらも工業用木質ペレットの成長市場であり、2017年時点では、発電におけるバイオマスの利用を促進する政府の政策により、木質ペレットの世界第2位と第3位の市場になると予想されていた。[ 30 ]
米国における木質燃料の需要は、主に住宅用および商業用暖房顧客によって牽引されている。カナダは2017年時点では工業用木質ペレットの主要消費国ではなかったが、比較的積極的な脱炭素化政策を実施しており、2020年代までに工業用木質ペレットの重要な消費国になる可能性がある。[ 30 ]
この記事は、無料コンテンツ作品のテキストを組み込んでいます。CC BY-SA IGO 3.0 ライセンス（ライセンスステートメント/許可）に基づき使用しています。テキストは、 FAO 発行の「世界食糧農業統計年鑑 2023」から引用しています。
この記事は、無料コンテンツ作品からのテキストを組み込んでいます。CC BY 4.0ライセンス（ライセンスステートメント／許可）に基づき使用しています。テキストは、国際連合食糧農業機関（FAO ）発行の「世界食糧農業統計年鑑2025」から引用しています。
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