ペレット燃料

ペレット燃料（またはペレット）は、圧縮された有機物から作られる固体燃料の一種です。^{[ 1 ]}ペレットは、産業廃棄物および副産物、食品廃棄物、農業残渣、エネルギー作物、未処理木材の 5 つの一般的なバイオマスのいずれかから作ることができます。^{[ 2 ]}

木質ペレットは最も一般的なペレット燃料であり、一般的に圧縮されたおがくず^{[ 3 ]}や、製材、木製品や家具の製造、建設から発生する関連産業廃棄物^{[ 4 ]}から作られています。その他の産業廃棄物源には、空の果房、パーム核殻、ココナッツ殻、伐採作業中に廃棄される木のてっぺんや枝などがあります^{[ 5 ] [ 6 ]} 。いわゆる「ブラックペレット」は、バイオマスから作られ、硬質石炭に似せて精製され、既存の石炭火力発電所で使用するために開発されました^{[ 7 ]}。ペレットは、発熱量、水分と灰分含有量、寸法によって分類されます。発電、商業用または住宅用暖房、調理用の燃料として使用できます^{[ 8 ]}。

ペレットは非常に高密度で、水分含有量が10%未満と低く製造できるため、非常に高い燃焼効率で燃焼させることができます。^{[ 9 ]}ペレットの形状が規則的でサイズが小さいため、非常に細かい調整で自動供給が可能です。スクリューフィーダーまたは空気圧搬送によってバーナーに供給できます。高密度であるため、コンパクトに保管でき、長距離輸送も可能です。タンカーから顧客の敷地内の貯蔵バンカーやサイロへ簡単に吹き込むことができます。^{[ 10 ]}

1980年代半ば以降、ペレットストーブ、セントラルヒーティング炉、その他の暖房器具が幅広く開発され、販売されてきた。 ^{[ 11 ]} 2005年以降の化石燃料価格の高騰に伴い、ヨーロッパと北米ではペレット暖房の需要が増加し、大規模な産業が出現している。国際エネルギー機関タスク40によると、木質ペレットの生産量は2006年から2010年の間に2倍以上に増加し、1400万トンを超えた。^{[ 12 ]}バイオマスエネルギー資源センターは2012年の報告書で、北米における木質ペレットの生産量は今後5年間で再び2倍になると予想している。^{[ 13 ]}

ペレットは、まずハンマーミルで均一な生地状の塊に加工した木材を圧縮して作られます。 ^{[ 14 ]} この塊はプレス機に送られ、必要なサイズの穴（通常は直径6mm、場合によっては8mm以上）のあるダイを通して押し出されます 。プレス機の高圧により木材の温度が大幅に上昇し、リグニンがわずかに可塑化して、冷却中にペレットをまとめる天然の「接着剤」が形成されます。^{[ 9 ]}

ペレットは、リグニンを含まない草やその他の非木質バイオマスから作ることができます。2005年のコーネル大学ニュースの記事では、草ペレットの生産は北米よりもヨーロッパの方が進んでいると示唆されました。同記事では、原料としての草の利点として、生育期間が短いこと（70日）、栽培と加工が容易であることを挙げています。同記事は、同大学の農業教授であるジェリー・チェルニー氏の言葉を引用し、草は木材の96%の熱を発生させ、「どんな種類の草でも混合して使用でき、夏の中旬から下旬に刈り取り、畑に放置してミネラルを浸出させ、その後ベールにしてペレット化できる。ペレット化には干し草の乾燥は必要ないため、木材ペレット化よりも加工コストが低くなる」と述べています。^{[ 15 ]} 2012年、ノバスコシア州農業省は、実証プロジェクトとして、研究施設で石油燃焼ボイラーを草ペレットに転換することを発表しました。^{[ 16 ]}

籾殻燃料ペレットは、稲作の副産物として田んぼから得られる籾殻を圧縮して作られます。木質ペレットと似た特性を持ち、原料が廃棄物であるため、より環境に優しいと言えます。エネルギー含有量は約4～4.2kcal/kgで、水分含有量は通常10%未満です。ペレットのサイズは一般的に直径約6mm、長さ約25mmの円筒形ですが、より大きな円筒形やブリケット状のものも珍しくありません。同様のエネルギーペレットよりもはるかに安価で、農場で籾殻から安価な機械を使って圧縮・製造できます。一般的に、木質ペレットよりも環境に優しいと言えます。^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}小麦が主要な食用作物である地域では、小麦の殻を圧縮して、米殻ペレットと同様の特性を持つエネルギーペレットを製造することもできます。  

CORRIM （再生可能な工業材料研究コンソーシアム）による木質ペレット製造および利用のライフサイクルインベントリの報告書では、乾燥済み工業用木材廃棄物を使用する場合、ペレットの乾燥、ペレット化、輸送に必要なエネルギーはペレットのエネルギー含有量の11%未満と推定されています。ペレットが森林材料から直接作られる場合、木材の乾燥に最大18%のエネルギーが必要となり、輸送と製造にさらに8%のエネルギーが必要となります。イタリアのボローニャ大学化学鉱物工学部とブリティッシュコロンビア大学クリーンエネルギー研究センターが2009年に発表した輸出木質ペレットの環境影響評価では、カナダの木質ペレットをバンクーバーからストックホルム（パナマ運河経由で15,500 km ）まで輸送するのに消費されるエネルギーは、木質ペレットの総エネルギー含有量の約14%であると結論付けられています。^{[ 24 ] [ 25 ]} 

ペレット規格

ヨーロッパで一般的に使用されている規格 (DIN 51731 またはÖ-Norm M-7135) に準拠したペレットは、水分含有量が 10% 未満で、密度が均一で、1 トン/立方メートル以上であるため、水に沈みます。 (対照的に、閉じ込められた空気を含むペレットの塊の嵩密度は、約 0.6 ～ 0.7 トン/立方メートルです)。 ペレットは構造強度が高く、粉塵や灰分含有量が低いです。^{[ 8 ]}木材繊維はハンマーミルで粉砕されるため、完成したペレットは木材の種類によって実質的に違いがありません。ペレットはほぼすべての種類の木材から作ることができます。ペレットプレスに適切な計測機器が備わっていれば、供給材料の違いはプレス制御で補正できます。ヨーロッパでは、主な生産地域は南スカンジナビア、フィンランド、中央ヨーロッパ、オーストリア、バルト諸国です。^{[ 26 ] [ 27 ]}

再生木材や外部汚染物質を含む欧州規格に適合するペレットは、クラスBペレットとみなされます。^{[ 8 ]}パーティクルボード、処理済みまたは塗装済みの木材、メラミン樹脂コーティングパネルなどの再生材料は、有害な排出物やペレットの燃焼特性の制御不能な変動を引き起こす可能性があるため、ペレットに使用するには特に不向きです。

米国で使用されている規格は、ペレット燃料協会によって策定されたもので、ヨーロッパと同様、義務付けられてはいません。しかし、米国で製造または輸入された燃焼機器の保証は、規制に適合しないペレットによる損傷をカバーしない可能性があるため、多くのメーカーがこれに準拠しています。米国のペレット価格は、2007年から2008年の化石燃料価格高騰時に急騰しましたが、その後大幅に下落し、石炭を除くほとんどの化石燃料よりもエネルギー量あたりの価格が一般的に低くなっています。

ヨーロッパと北米の規制当局は、木質ペレットやペレットストーブを含むあらゆる形態の木質暖房の排出基準を厳格化する過程にある。これらの基準は義務化され、遵守を確実にするために独立した認証試験が行われる。^{[ 28 ] [ 29 ]}米国では、2009 年に開始された新しい規則はEPA の規制審査プロセスを完了し、^{[ 30 ]} 2014 年 6 月 24 日に最終的な新しい規則が意見募集のために発行された。 ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}アメリカ木材規格委員会が新しいペレット規格の独立した認証機関となる。^{[ 34 ]}

木質ペレットは、保管中に自動酸化により大量の有毒な一酸化炭素を放出する可能性がある。個人の倉庫^{[ 35 ]}や船舶^{[ 36 ] [ 37 ]}で死亡事故が発生している。

木質ペレットは取り扱う際に微細な粉塵を発生させ、深刻な粉塵爆発を引き起こす可能性がある。^{[ 38 ]}

木質ペレットは通常、大型サイロに大量に貯蔵されます。ペレットは自然発火し、消火が非常に困難な奥深くのくすぶり火を引き起こす可能性があります。くすぶり火は有毒な一酸化炭素と可燃性の熱分解ガスを生成し、サイロの爆発につながる可能性があります。^{[ 39 ]}

ペレット暖房器具には、大きく分けて3つの種類があります。自立型ペレットストーブ、ペレットストーブインサート、ペレットボイラーです。

ペレットストーブは現代の暖房炉と同じように機能し、燃料、木材、またはその他のバイオマス燃料ペレットはホッパーと呼ばれる貯蔵容器に保管されます。ホッパーは、機器の上部、側面、または離れた場所に設置できます。機械式スクリューがペレットを自動的に燃焼ポットに供給します。そこから、ペレットは最小限の排出物で高温で燃焼します。熱交換チューブは、火で加熱された空気を室内に送ります。対流ファンは、熱交換チューブを通して空気を循環させ、室内に送ります。ペレットストーブ内部には、サーモスタットのように機能し、温度を調節する回路基板があります。^{[ 40 ]}

ペレットストーブインサートとは、既存のレンガ造りまたはプレハブ式の木製暖炉に挿入するストーブで、暖炉インサートに似ています。

ペレットボイラーは、住宅、商業施設、公共施設における従来の化石燃料システムに代わるものとして設計された独立型のセントラルヒーティングおよび給湯システムです。自動または自動ペレットボイラーには、ペレットを大量に貯蔵するためのサイロ、サイロからホッパーに燃料を移動させる燃料供給システム、複数の暖房ゾーンの温度を制御するロジックコントローラー、および長期自動運転のための自動灰除去システムが含まれています。^{[ 41 ]}

ペレットバスケットを使用すると、既存のストーブや暖炉でペレットを使用して家を暖めることができます。^{[ 42 ]}

木質ペレットのエネルギー含有量は約 4.7 ～ 5.2 MWh /トン^{[ 43 ] [ 44 ]} (約 7450 BTU/lb)、14.4 ～ 20.3 MJ/kg です。^{[ 45 ]}

近年、高効率の木質ペレットストーブやボイラーが開発され、一般的に85%を超える燃焼効率を実現している。^{[ 46 ]}最新世代の木質ペレットボイラーは凝縮モードで動作できるため、12%高い効率値を達成できる。^{[ 47 ]}

木質ペレットボイラーは、液体燃料またはガス燃料システムに比べて、燃焼速度と燃焼の有無を制御する能力が限られています。そのため、熱を蓄える能力が高い温水暖房システムに適しています。石油燃焼ボイラーに後付けできるペレットバーナーも利用可能です。^{[ 10 ]}

ペレット燃焼装置からのNO _x、SO _x、揮発性有機化合物などの排出は、一般的に他の燃焼暖房方式に比べて非常に少ない。^{[ 48 ]}問題として認識されているのは、特にペレット暖房システムや石炭または石油暖房システムが密集している都市部での微粒子状物質の大気への排出である。古いペレットストーブやボイラーからのPM _2.5排出は、特に天然ガス（または再生可能なバイオガス）と比較すると、近距離では問題となる可能性があるが、大規模な設備では、静電集塵機、サイクロン分離器、またはバグハウス粒子フィルターが適切に維持および運用されていれば、微粒子を制御できる。^{[ 49 ]}

木質ペレットを燃焼させて熱や電気を作ることが地球温暖化にどの程度寄与しているか、また、その気候への影響が他の熱源を使用した場合の影響と比べてどうなのかについては不確実性がある。^{[ 9 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}不確実性の要因には、木材の供給源、生産や輸送、最終燃焼による二酸化炭素排出量、検討に適した時間スケールなどがある。^{[ 9 ] [ 50 ] [ 53 ]}

2010年の報告書^{[ 9 ]}は、木質ペレットや木片などのバイオマスを燃焼させると大量のCO2_が大気中に放出され、20～25年間解消されない「炭素負債」が生じ、その後純利益が生じると結論付けた。^{[ 9 ]}他の研究者はこの結論に異議を唱えており^{[ 54 ] [ 55 ]}、科学者たちは報告書の見落としを指摘し、気候変動の影響は報告されているよりも深刻であると示唆している。^{[ 50 ] [ 56 ]}

2008 年頃までは、科学論文でさえ、バイオマスエネルギー (木質ペレットを含む) はカーボン ニュートラルであると一般的に考えられていました。これは主に、植生の再生によって大気中に放出された炭素が回収され貯蔵されると考えられていたためです。^{[ 57 ]}その後、バイオマスの気候への影響を研究した科学論文が現れ始め、その単純なカーボン ニュートラルという仮定を否定しました。^{[ 53 ] [ 58 ]}バイオマス エネルギー リソース センターによると、カーボン ニュートラルという仮定は、「バイオマスの炭素への影響は、燃料がどのように収穫されるか、どのような森林タイプから収穫されるか、どのような森林管理が適用されるか、そしてバイオマスが時間とともに景観全体でどのように使用されるかによって決まるという認識に変化しました。」^{[ 49 ]}

木材製品業界は、木質エネルギーの大規模な利用が導入されると、建設や製造用の原材料（木材）の供給が大幅に減少することを懸念している。^{[ 9 ] [ 65 ]}

2005 年以降、ペレットの人気が急速に高まったため、ペレットの入手可能性と価格が問題になる可能性があります。^{[ 66 ]}これは、ペレットストーブ、炉、ペレットバスケット、または業界でブラッドリーバーナーとして知られるその他の装置を購入する際に重要な考慮事項です。^{[ 67 ]}しかし、現在のペレット生産は増加しており、2008～2009 年に米国でいくつかの新しいペレット工場を稼働させる計画があります。^{[ 68 ]}

ペレットのコストは、建設サイクルによって影響を受ける可能性があり、その結果、おがくずや端材の供給に変動が生じる。^{[ 69 ]}

ニューハンプシャー州エネルギー・計画局が2015年10月5日に更新した燃料価格に関する発表によると、2号燃料油の配送コストは、BTU換算値を用いてバルク配送される木質燃料ペレットのコストと比較できます。ペレット1トン＝2号燃料油118.97ガロン。これは、ペレット1トンが16,500,000 BTU、2号燃料油1ガロンが138,690 BTUの熱量を生み出すと仮定した場合です。したがって、2号燃料油の配送コストが1ガロンあたり1.90ドルの場合、ペレットの損益分岐価格は配送1トンあたり238.00ドルとなります。

• バイオ炭
• バイオマスブリケット
• 薪
• ペレットミル
• 再生可能な熱
• 固体燃料
• ウッドチップ

• IPCC（2014）。Edenhofer, O.、Pichs-Madruga, R.、Sokona, Y.、Farahani, E.、他 （編）。気候変動2014：気候変動の緩和：気候変動に関する政府間パネル第5次評価報告書第3作業部会の貢献。ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1-107-05821-7OCLC 892580682。 2017年1月26日にオリジナルからアーカイブされました。 
• スミル、ヴァーツラフ（2017a）。エネルギー転換：グローバルおよび国家の視点。プレイガー出版。ISBN 978-1-4408-5324-1OCLC 955778608​​ 
• テスター、ジェファーソン W.、ドレイク、エリザベス M.、ドリスコル、マイケル J.、ゴレイ、マイケル W.、ピーターズ、ウィリアム A. (2012).持続可能なエネルギー：選択肢の中から選ぶ. MIT Press . ISBN 978-0-262-01747-3OCLC 892554374。​ 
• 世界保健機関（2016）。燃えるような機会：女性と子供の健康、持続可能な開発、幸福のためのクリーンな家庭用エネルギー（PDF ）。ISBN 978-92-4-156523-32021年6月13日にオリジナルからアーカイブされた（PDF）。

• 欧州バイオマス協会
• ペレット燃料協会
• バイオマスエネルギー