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バイオマスエタノール (Biomass Ethanol) 、またはバイオエタノール (Bioethanol) は、産業資源としてのバイオマスから生成されるエタノールを指す。一般には内燃機関の燃料としての利用を意識した用語である。

◆ 概要

バイオマスエタノールとは、サトウキビやトウモロコシなどのバイオマスを発酵させ、蒸留して生産されるエタノールを指す。エタノールは石油や天然ガスから合成することもでき、そうして生産されるエタノールを合成エタノールと呼ぶが、合成エタノールに対する概念は発酵エタノールまたは醸造エタノールであり、バイオマスエタノールという語は、エネルギー源としての再生可能性やカーボンニュートラル性を念頭において使われる。

バイオマスエタノールは、再生可能な自然エネルギーであること、および、その燃焼によって大気中の二酸化炭素量を増やさない点から、エネルギー源としての将来性が期待されている。他方、生産過程全体を通してみた場合の二酸化炭素削減効果、エネルギー生産手段としての効率性、食料との競合、といった問題点も指摘されている。

◆ 原料

バイオマスエタノールの原料は、理論的には炭水化物を含む原生生物由来の資源であれば何でもよい。しかし、生産効率の面から糖質あるいはデンプン質を多く含む植物資源が選好されており、現在では主に次のような農産物が原料として利用されている。ブラジルではサトウキビに由来するモラセスが、米国ではトウモロコシが、欧州では甜菜が主な原料となっている。

・ 糖質原料

  ・ サトウキビ

  ・ モラセス

  ・ 甜菜

・ デンプン質原料

  ・ トウモロコシ

  ・ ソルガム(モロコシ、こうりゃん)

  ・ ジャガイモ

  ・ サツマイモ

  ・ 麦

なお、スイッチグラス(イネ科の一年草)、パルプ廃液、バガス、廃材木、もみ殻・稲藁など、多様な植物由来資源に含まれるセルロースなどの多糖類を分解して原料とする研究が進められているが、2007年の時点では実証プラントが操業を開始した段階であり、商用化には至っていない。また日本では東京農業大学において残飯等からバイオマスエタノールを抽出する研究がなされている。また、2008年には宮崎大学により、非食料系で入手が容易なクズ属植物からバイオマスエタノールを抽出する技術が開発された雑草として刈り取られる事が多いクズであるが、その葉、茎、根から濃度11.38パーセントのエタノールが出来たという(トウモロコシの場合は8パーセントぐらい)[外部リンク] 大島淳教授 クズからバイオ燃料。。いずれにせよこれらの原料は、使用価値の低い物から燃料を作ることができるので、今後の展開が注目される。

最近では、(不要となった)芝から生成する技術も成立するようになってきた。

◆ 製造工程

まず、植物由来の原料に水と硫酸を加えて酵母が代謝できる糖を得た後、酵母によるアルコール発酵で低濃度のエタノール溶液を生成する。その低濃度溶液を濃縮・蒸留して95%程度のエタノール濃度とし、さらに分子篩などを使って精製(脱水)することで(ほぼ)純粋なエタノール(無水アルコール)が生産される。なお、燃料として利用される場合には、飲料への転用を防ぐため出荷時にガソリンなどが添加される。

エタノール製造工程から生じる副産物には二酸化炭素や発酵滓などがあるが、これらの副産物の活用が進められており、原料がほとんど無駄なく活用できるようになっている。

◇ サトウキビを原料とした製造工程

サトウキビは酵母が代謝できる糖を多く含んでいるため、バイオマスエタノールの原料として適している。もっとも、一般的にはサトウキビの絞り汁をそのまま発酵させるのではなく、精糖を分離した後のモラセス(廃糖蜜)が発酵原料となる。

サトウキビを原料としたエタノール生産工程において特筆すべきは、副産物であるサトウキビの絞り滓(バガス)と蒸留廃液(ビナス)の利用である。バガスは主として植物繊維であるが、サトウキビの処理工場では熱源として活用されている。バガスの燃焼によって得られるエネルギーは精糖およびエタノール生産工程に必要なエネルギーを超えており、自家発電装置を備えたエタノール工場の中には地元の電力会社への余剰電力の売電によって収入を得ているところもある。また、バガスを製紙原料として活用したり、それ自体を分解してエタノールの原料とする研究も進んでいる。

ビナスは高温、強酸性かつ高BODの廃液であるため、河川に投棄されると深刻な公害問題を発生させる。これを防止するため、最近ではこれを他の工場排水と混合して希釈し、サトウキビ栽培の肥料として活用する努力がみられる。

◇ トウモロコシを原料とした製造工程

トウモロコシをバイオマスエタノールの原料とする場合、トウモロコシの実に含まれるデンプンを酵母が代謝できる糖に糖化する工程が必要になる。トウモロコシの実からはもともと高純度のデンプンを効率よく取り出すことができるが、最近では乾式製法(下記参照)によるエタノールの生産により適したハイブリッド品種が開発され、エタノール生産の効率性向上に貢献している。

トウモロコシを原料としたバイオマスエタノールの生産には湿式製法(wet milling)と乾式製法(dry-grind process)とがある。湿式製法は、トウモロコシの実を水と亜硫酸ガスに浸した後で粉砕し、デンプン、グルテン、繊維質、胚などに分離し、それぞれを加工する方法で、加工工程で得られるデンプン溶液が糖化され、発酵原料となる。これに対し、乾式製法ではとうもろこしの実を乾燥した状態で丸ごと製粉し、その粉に水を加えたマッシュを糖化・発酵させる。最近では工程の標準化もあって乾式製法のコストが下がっている結果、米国で新設されるトウモロコシを原料とするバイオマスエタノール工場はすべて乾式製法の工場である。

湿式製法にせよ乾式製法にせよ、副産物として飼料などが生産されるので、バイオマスエタノールと食料との競合という場合にはどのように競合しているか注意が必要であるという意見もある。たとえば、トウモロコシから生産される飼料はトウモロコシに含まれるタンパク質(グルテン)が主な原料となっており、エタノール生産のためにトウモロコシの処理量が増えれば自動的に増産される。また、食用油(トウモロコシの胚芽油、いわゆる「コーン油」)についても、湿式製法でエタノールを生産する場合には、副産物として生産され得るので、エタノールの増産が食用油の増産につながる可能性がある。他方、乾式製法においても、食用油のような有用成分を発酵滓から分離する研究が進められている。

一方でそれは詭弁であり、上記の例で言えば、飼料グルテン生産の結果、副生されたデンプンをエタノール醸造ではなく食料に回せば貧困者の食料難が緩和されるように、可食部分を醸造原料に使う限りエタノールは食料と競合するので、バガスや麦わら、稲わらなどを使った第二世代エタノールでなければ、貧困国の食料難を悪化させるという意見や、環境政治家が農民票を稼ぐためにメタノールよりコストの高いエタノール醸造に補助金をばらまき、国税収入を浪費して、穀物相場を押し上げて貧民の食料を奪っているという批判もある。

なお、湿式製法においては発酵滓が「distillers grains」と呼ばれる飼料として利用されており、これがエタノール生産の採算向上に貢献している。反面、飼料としての鮮度保持のために滓を乾燥させる過程で多くのエネルギーが消費され、最終的なエネルギー収支を悪化させている。

◆セルロースを原料とした製造工程

バイオマスからセルロースを分離し、セルロースを酵素を用いて糖分に分解し、微生物によってアルコール変換する方法である。

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