バイオジェット燃料の実用化：航空業界のCO2削減への取り組み

序章：航空産業の新たな飛躍

航空業界は今、大きな転換点に立っています。地球温暖化対策が世界的な課題となる中、航空機からのCO2排出削減は避けて通れない問題となっています。その解決策として注目を集めているのが、バイオジェット燃料です。

国際航空運送協会（IATA）によると、航空業界は世界のCO2排出量の約2%を占めています。一見少ないように思えるこの数字ですが、航空需要の増加に伴い、2050年までに排出量が現在の3～7倍に増加すると予測されています。この予測は、業界に大きな警鐘を鳴らしています。

バイオジェット燃料は、従来の石油由来のジェット燃料に代わる、植物油や廃食用油、藻類などのバイオマス資源から製造される燃料です。その最大の特徴は、ライフサイクル全体でのCO2排出量を大幅に削減できる点にあります。一部の研究では、バイオジェット燃料の使用により、CO2排出量を最大80%削減できるとの結果も出ています。

本記事では、バイオジェット燃料の種類や特徴、製造方法、既存機体での使用可能性、世界各国の導入状況と目標、主要航空会社の取り組み、そしてコスト課題と解決への道筋を包括的に分析します。航空業界が直面する環境問題への革新的なソリューションとして、バイオジェット燃料がどのような可能性を秘めているのか、深く掘り下げていきます。

バイオジェット燃料の種類と特徴：多様性がもたらす可能性

バイオジェット燃料は、その原料や製造方法によって複数の種類に分類されます。それぞれが独自の特徴を持ち、環境への影響や生産効率が異なります。ここでは、主要なバイオジェット燃料の種類とその特徴について詳しく見ていきましょう。

植物油由来のバイオジェット燃料

植物油を原料とするバイオジェット燃料は、最も一般的な種類の一つです。主に大豆油、菜種油、パーム油などが使用されます。

特徴：

1. 高い生産性：既存の農業インフラを活用できるため、比較的大量生産が可能です。
2. 安定した供給：季節や天候の影響を受けにくく、安定した原料供給が期待できます。
3. 食料との競合：食用作物を原料とするため、食料供給との競合が懸念されています。

この種類の燃料は、特に初期のバイオジェット燃料開発において重要な役割を果たしました。しかし、食料生産との競合や土地利用の問題から、近年では次世代の原料への移行が進んでいます。

廃食用油由来のバイオジェット燃料

家庭や飲食店から出る廃食用油を再利用して製造されるバイオジェット燃料です。

特徴：

1. 資源の有効活用：廃棄物を原料とするため、資源の循環利用に貢献します。
2. 食料との非競合：食用作物を直接使用しないため、食料供給との競合がありません。
3. 原料供給の制限：廃食用油の回収システムの整備が必要で、大量生産には制限があります。

廃食用油の活用は、資源の有効利用という観点から注目を集めています。日本では、全日本空輸（ANA）が廃食用油を原料としたバイオジェット燃料の実用化に向けた取り組みを進めています。

藻類由来のバイオジェット燃料

微細藻類を培養し、その油分を抽出して製造されるバイオジェット燃料です。

特徴：

1. 高い生産性：単位面積あたりの油脂生産量が非常に高く、効率的な生産が可能です。
2. CO2吸収能力：培養過程でCO2を吸収するため、環境負荷の低減に貢献します。
3. 技術的課題：大規模培養や効率的な油分抽出など、技術的な課題が残されています。

藻類由来のバイオジェット燃料は、次世代の有力候補として注目を集めています。日本では、IHI、ユーグレナ社などが研究開発を進めており、将来的な実用化が期待されています。

セルロース系バイオマス由来のバイオジェット燃料

木材や農業廃棄物などのセルロース系バイオマスを原料とする燃料です。

特徴：

1. 豊富な原料：非食用の植物性バイオマスを使用するため、原料が豊富です。
2. 食料との非競合：食用作物を使用しないため、食料供給との競合がありません。
3. 技術的課題：セルロースの分解・変換技術の向上が必要です。

セルロース系バイオマスの活用は、食料問題や土地利用の観点から注目されています。しかし、効率的な分解・変換技術の確立が課題となっています。

これらの多様なバイオジェット燃料は、それぞれに長所と短所があります。実用化に向けては、原料の安定供給、製造コストの低減、環境への影響など、多角的な視点からの検討が必要です。次のセクションでは、これらのバイオジェット燃料の製造方法について詳しく見ていきます。

バイオジェット燃料の製造方法：技術革新がもたらす効率化

バイオジェット燃料の製造方法は、原料の種類や目的とする燃料の性質によって異なります。ここでは、主要な製造方法とその特徴、そして最新の技術動向について詳しく解説します。

水素化処理（Hydrotreating）

水素化処理は、植物油や廃食用油を原料とするバイオジェット燃料の製造に広く用いられる方法です。

プロセス：

1. 原料油の精製：不純物を除去し、品質を均一化します。
2. 水素化脱酸素：高温・高圧下で水素と反応させ、酸素を除去します。
3. 異性化・分解：分子構造を調整し、ジェット燃料に適した性質を持たせます。

特徴：

• 高品質な燃料が得られる：既存のジェット燃料と同等の性能を持つ燃料を製造できます。
• 既存の石油精製設備の転用が可能：導入コストを抑えられる利点があります。
• 水素の大量使用：製造過程で大量の水素が必要となり、コストや環境負荷の課題があります。

水素化処理は、現在最も実用化が進んでいる製造方法の一つです。フィンランドのNeste社や米国のWorld Energy社など、複数の企業が商業生産を行っています。

ガス化-FT合成（Gasification-Fischer-Tropsch Synthesis）

ガス化-FT合成は、主にセルロース系バイオマスを原料とする製造方法です。

プロセス：

1. ガス化：バイオマスを高温で部分酸化し、一酸化炭素と水素を主成分とする合成ガスを生成します。
2. ガス精製：合成ガスから不純物を除去します。
3. FT合成：触媒を用いて合成ガスから液体炭化水素を合成します。
4. 精製・分離：得られた液体炭化水素を精製し、ジェット燃料留分を分離します。

特徴：

• 多様な原料に対応：木材、農業廃棄物など、幅広いバイオマスを利用できます。
• 高品質な燃料生産：FT合成により、高純度の炭化水素燃料が得られます。
• エネルギー効率の課題：プロセス全体のエネルギー効率向上が課題となっています。

ガス化-FT合成は、特に木質バイオマスの活用において注目されています。スウェーデンのGoBiGas社やアメリカのRed Rock Biofuels社などが、商業化に向けた取り組みを進めています。

アルコール・トゥ・ジェット（ATJ: Alcohol-to-Jet）

ATJは、バイオエタノールやバイオブタノールなどのアルコール類を原料とする製造方法です。

プロセス：

1. アルコール生産：糖質やデンプン、セルロースからアルコールを生産します。
2. 脱水：アルコールから水を除去し、オレフィンを生成します。
3. オリゴマー化：オレフィンを重合させ、より長鎖の炭化水素を生成します。
4. 水素化：得られた炭化水素を水素化し、ジェット燃料の規格に適合させます。

特徴：

• 多様な原料に対応：糖質、デンプン、セルロースなど、幅広い原料から製造可能です。
• 既存のバイオエタノール産業との親和性：既存のインフラを活用できる利点があります。
• エネルギー効率の改善が必要：複数の変換ステップを経るため、効率向上が課題です。

ATJ技術は、特に米国を中心に開発が進められています。Gevo社やLanzaTech社などが、商業生産に向けた取り組みを行っています。

直接糖化-発酵（Direct Sugar to Hydrocarbon）

直接糖化-発酵は、糖類を微生物の力を借りて直接炭化水素に変換する方法です。

プロセス：

1. 糖化：バイオマスから糖を抽出します。
2. 発酵：遺伝子組み換え微生物を用いて、糖を炭化水素に変換します。
3. 精製：生成した炭化水素を分離・精製します。

特徴：

• 高効率な変換：微生物の代謝を利用するため、理論上高い変換効率が期待できます。
• 低環境負荷：穏和な条件下で反応が進行するため、エネルギー消費が少ないです。
• 技術的課題：安定した生産性の確保や大規模化に課題があります。

この技術は比較的新しく、まだ研究段階にあります。アメリカのAmyris社などが開発を進めています。

これらの製造方法は、それぞれに長所と短所があり、原料の種類や地域の特性に応じて適切な方法が選択されています。技術革新により、製造効率の向上やコスト削減が進んでいますが、さらなる改善が求められています。

次のセクションでは、これらのバイオジェット燃料が既存の航空機でどのように使用可能なのか、その実用性について詳しく見ていきます。

既存機体でのバイオジェット燃料使用：実用化への道のり

バイオジェット燃料の実用化において、既存の航空機での使用可能性は極めて重要な要素です。新しい燃料を導入するために航空機の大規模な改修や新型機の開発が必要となれば、コストと時間の面で大きな障壁となるからです。幸いなことに、バイオジェット燃料は既存の航空機エンジンでも使用可能であり、これが実用化を加速させる大きな利点となっています。

バイオジェット燃料の規格と認証

バイオジェット燃料が既存機体で使用可能となるためには、厳格な規格と認証プロセスをクリアする必要があります。国際的な燃料規格を定めるASTM International（米国材料試験協会）は、バイオジェット燃料に関する規格「ASTM D7566」を策定しています。

ASTM D7566で認められているバイオジェット燃料の主な種類：

1. FT-SPK（Fischer-Tropsch Synthetic Paraffinic Kerosene）
2. HEFA-SPK（Hydroprocessed Esters and Fatty Acids）
3. HFS-SIP（Synthesized Iso-Paraffins）
4. ATJ-SPK（Alcohol-to-Jet Synthetic Paraffinic Kerosene）
5. CHJ（Catalytic Hydrothermolysis Jet）

これらの燃料は、従来の石油由来ジェット燃料（Jet A-1）と混合して使用することが認められています。現在の規格では、最大50%までのバイオジェット燃料の混合が許可されています。

既存機体での使用実績

バイオジェット燃料の実用化に向けて、世界中の航空会社が試験飛行や商業運航での使用を進めています。

1. ルフトハンザ航空：2011年に世界初の定期便でのバイオ燃料使用を開始
2. KLMオランダ航空：2013年からニューヨーク～アムステルダム間の定期便で使用
3. 全日本空輸（ANA）：2012年に国内線での試験飛行を実施、その後も継続的に使用
4. 日本航空（JAL）：2009年に試験飛行を実施、2017年からは定期便での使用を開始

これらの実績は、バイオジェット燃料が既存の航空機エンジンと互換性があり、安全に使用できることを実証しています。

技術的課題と解決策

既存機体でのバイオジェット燃料使用には、いくつかの技術的課題も存在します。

1. 燃料の品質安定性：
   バイオジェット燃料の品質が一定でない場合、エンジンの性能や耐久性に影響を与える可能性があります。この課題に対しては、厳格な品質管理システムの導入や、燃料の均質化技術の開発が進められています。

2. 低温特性：
   一部のバイオジェット燃料は、高高度での低温環境下で凝固しやすい特性があります。この問題に対しては、低温特性を改善した新たな製造プロセスの開発や、適切な混合比率の調整が行われています。

3. シール材との適合性：
   従来の石油由来燃料と異なる化学組成を持つバイオジェット燃料は、エンジンや燃料系統のシール材に影響を与える可能性があります。この課題に対しては、バイオ燃料に適合した新しいシール材の開発や、既存のシール材の耐性評価が行われています。

4. 長期使用による影響：
   バイオジェット燃料の長期使用がエンジンや燃料系統に与える影響については、まだ十分なデータが蓄積されていません。この課題に対しては、継続的なモニタリングと長期的な実証試験が進められています。

これらの課題に対する取り組みにより、バイオジェット燃料の既存機体での使用はますます安全かつ効率的になっています。

各国の導入状況と目標：グローバルな取り組み

バイオジェット燃料の導入は、世界各国で積極的に進められています。各国の政府や航空業界は、野心的な目標を掲げ、様々な政策や支援策を打ち出しています。ここでは、主要国の導入状況と目標について詳しく見ていきます。

アメリカ合衆国

アメリカは、バイオジェット燃料の研究開発と実用化において世界をリードしています。

導入状況：

• 複数の空港（ロサンゼルス国際空港、サンフランシスコ国際空港など）でバイオジェット燃料の供給体制を整備
• 米軍も積極的にバイオ燃料の導入を推進

目標：

• 2050年までに航空部門の温室効果ガス排出量を2005年比で50%削減
• 2030年までにバイオジェット燃料の年間生産量を30億ガロン（約114億リットル）に増加

政策支援：

• 再生可能燃料基準（RFS）プログラムによる導入促進
• 研究開発への資金提供（エネルギー省、農務省、国防総省などが支援）

欧州連合（EU）

EUは、気候変動対策の一環として、バイオジェット燃料の導入に積極的です。

導入状況：

• 複数の加盟国（オランダ、フランス、スウェーデンなど）で商業フライトへの導入が進行
• ノルウェーが2020年から国内線でのバイオ燃料使用義務化を実施

目標：

• 2050年までに航空部門のCO2排出量を1990年比で75%削減
• 2025年までにEU域内の全空港でバイオジェット燃料を利用可能に

政策支援：

• 「Fit for 55」パッケージの一環として、持続可能な航空燃料の使用義務化を提案
• Horizon Europeプログラムを通じた研究開発支援

日本

日本は、技術開発と実証実験を中心に、バイオジェット燃料の導入を進めています。

導入状況：

• 2020年の東京オリンピック・パラリンピックに合わせて、成田空港でのバイオジェット燃料供給を開始
• ANAやJALが定期的にバイオジェット燃料を使用したフライトを実施

目標：

• 2030年までにバイオジェット燃料の商用化を実現
• 2050年までに航空分野のCO2排出量を2005年比で50%削減

政策支援：

• NEDOを通じた技術開発支援
• バイオジェット燃料の製造・供給体制構築に向けた官民協議会の設置

その他の国々の取り組み

1. ブラジル：

   • サトウキビを原料としたバイオジェット燃料の開発に注力
   • 2050年までに国内航空のCO2排出量を100%相殺する目標

2. インドネシア：

   • パーム油を活用したバイオジェット燃料の開発を推進
   • 2025年までに航空燃料の5%をバイオ燃料に置き換える目標

3. 中国：

   • 国産の大型旅客機C919でのバイオジェット燃料使用試験を実施
   • 2030年までに商業航空でのバイオ燃料使用率を30%に引き上げる目標

これらの各国の取り組みは、グローバルな航空業界のCO2削減に大きく貢献することが期待されています。しかし、目標達成に向けては、技術開発、インフラ整備、コスト削減など、多くの課題が残されています。

主要航空会社の取り組み：業界をリードする先駆者たち

世界の主要航空会社は、バイオジェット燃料の導入に積極的に取り組んでいます。これらの企業の先進的な取り組みは、業界全体の変革を促す原動力となっています。ここでは、特に注目すべき航空会社の取り組みを詳しく見ていきます。

KLMオランダ航空

KLMは、バイオジェット燃料の導入において世界をリードする航空会社の一つです。

主な取り組み：

1. 2011年に世界初の商業フライトでバイオジェット燃料を使用
2. 2013年からニューヨーク～アムステルダム間の定期便でバイオ燃料を継続使用
3. 「KLMコーポレートバイオ燃料プログラム」を立ち上げ、企業顧客と協力してバイオ燃料の使用を促進
4. 2022年1月、世界初のバイオ燃料による大西洋横断フライトを実施

KLMの目標：2030年までにバイオ燃料使用率を10%に引き上げる

ユナイテッド航空

ユナイテッド航空は、バイオジェット燃料の大規模導入に向けて積極的な投資を行っています。

主な取り組み：

1. 2021年、バイオ燃料メーカーのEco-Skies Allianceに15億ドルを投資
2. 2021年12月、100%持続可能な航空燃料を使用した旅客フライトを世界で初めて実施
3. 2050年までにネットゼロ排出を達成する目標を設定

ユナイテッドの目標：2030年までに年間30億ガロン（約114億リットル）のバイオ燃料を調達

全日本空輸（ANA）

ANAは、日本の航空会社の中でバイオジェット燃料導入の先駆者となっています。

主な取り組み：

1. 2012年に国内線での試験飛行を実施
2. 2018年から「サステナブル航空燃料（SAF）」の導入を本格化
3. 2020年10月、国内線定期便で初めてSAFを使用
4. ユーグレナ社と協力し、微細藻類由来のバイオジェット燃料の開発を推進

ANAの目標：2030年度までにSAF使用量を2019年度比約10倍の約10万キロリットルに増加

日本航空（JAL）

JALも、バイオジェット燃料の導入に積極的に取り組んでいます。

主な取り組み：

1. 2009年に世界で初めてカメリナ油を原料としたバイオ燃料による試験飛行を実施
2. 2017年から国際線でのバイオ燃料使用を開始
3. 2020年、国内線でのバイオ燃料使用を開始
4. 廃食用油を原料としたバイオジェット燃料の実用化に向けた取り組みを推進

JALの目標：2030年までにSAF使用率を10%に引き上げる

これらの航空会社の取り組みは、バイオジェット燃料の実用化と普及に大きく貢献しています。しかし、業界全体での導入を加速させるためには、さらなる技術革新とコスト削減が必要です。次のセクションでは、バイオジェット燃料の実用化に向けた課題と解決への道筋について詳しく見ていきます。

コスト課題と解決への道筋：実用化に向けた障壁

バイオジェット燃料の実用化において、最大の障壁となっているのがコスト問題です。現状では、バイオジェット燃料は従来の石油由来ジェット燃料と比べて2～5倍程度高価であり、この価格差が大規模な導入を妨げています。ここでは、コスト課題の詳細と、その解決に向けた取り組みについて分析します。

コスト高の要因

1. 原料調達コスト：

   • 植物油や廃食用油などの原料の安定的な調達が困難
   • 食用との競合による価格上昇リスク

2. 製造プロセスのコスト：

   • 複雑な製造工程による高いエネルギー消費
   • 専用の製造設備の必要性

3. スケールメリットの不足：

   • 現状では生産規模が小さく、量産効果が得られていない

4. 輸送・貯蔵コスト：

   • 専用のインフラ整備が必要

5. 研究開発コスト：

   • 新技術の開発や既存技術の改良に多額の投資が必要

解決への道筋

1. 技術革新による製造効率の向上：

   • 新しい触媒の開発や製造プロセスの最適化
   • 例：IHIの「直接液化技術」による製造コスト削減の取り組み

2. 原料の多様化と安定供給：

   • 非食用作物や廃棄物の活用
   • 例：ユーグレナ社の微細藻類を活用したバイオ燃料開発

3. 大規模生産体制の構築：

   • 生産設備の大型化によるスケールメリットの追求
   • 例：Neste社のシンガポールでの大規模生産施設建設

4. 政策的支援の拡充：

   • 税制優遇や補助金制度の導入
   • 例：EUの「Fit for 55」パッケージによる持続可能な航空燃料の使用義務化

5. 業界横断的な協力体制の構築：

   • 航空会社、燃料メーカー、政府機関の連携強化
   • 例：日本の「バイオジェット燃料導入に向けたロードマップ」策定

6. カーボンプライシングの導入：

   • CO2排出に対する課金制度の導入により、バイオ燃料の相対的な競争力を向上
   • 例：国際民間航空機関（ICAO）のCORSIA（国際民間航空のためのカーボン・オフセット及び削減スキーム）の実施

これらの取り組みにより、バイオジェット燃料のコスト競争力は徐々に向上しています。国際再生可能エネルギー機関（IRENA）の予測によると、2030年までにバイオジェット燃料の価格は従来の石油由来ジェット燃料の2倍程度まで低下する可能性があるとされています。

しかし、コスト削減の実現には時間がかかるため、短期的には政府の支援や業界の自主的な取り組みが重要になります。例えば、カーボンオフセットプログラムの活用や、航空会社による自主的なバイオ燃料使用の拡大などが考えられます。

結論：持続可能な航空産業への飛躍

バイオジェット燃料は、航空業界のCO2削減に向けた重要な解決策の一つとして、着実に実用化への道を歩んでいます。技術開発、各国の政策支援、主要航空会社の積極的な取り組みにより、その導入は加速しています。

しかし、大規模な普及に向けては依然として課題が残されています。特にコスト面での障壁は大きく、技術革新や政策支援、業界全体での協力が不可欠です。また、持続可能な原料調達や製造プロセスの確立など、環境面での配慮も重要です。

バイオジェット燃料の実用化は、単に航空業界のCO2削減だけでなく、エネルギー安全保障の強化や新たな産業の創出にもつながる可能性を秘めています。例えば、日本では廃棄物を活用したバイオ燃料製造が地域の循環型経済の構築に貢献することが期待されています。

今後、バイオジェット燃料の実用化を更に推進するためには、以下の点が重要になるでしょう：

1. 継続的な研究開発投資：
   より効率的で環境負荷の低い製造技術の開発に向けた投資を継続する。

2. 国際的な協調と標準化：
   バイオジェット燃料の品質基準や持続可能性基準の国際的な統一を進める。

3. サプライチェーンの整備：
   原料調達から製造、供給までの一貫したサプライチェーンを構築する。

4. 消費者の理解と支持の獲得：
   バイオジェット燃料の重要性と環境への貢献について、広く社会に周知する。

5. 他の環境技術との連携：
   電動航空機や水素燃料電池など、他の環境技術との相乗効果を追求する。

バイオジェット燃料の実用化は、航空業界のサステナビリティ向上に向けた重要な一歩です。しかし、これはあくまでも包括的な取り組みの一部であり、機体の軽量化、運航効率の改善、代替推進技術の開発など、多面的なアプローチが必要です。

航空業界は今、大きな転換点に立っています。バイオジェット燃料の実用化を通じて、環境負荷の低減と経済成長の両立を実現し、持続可能な未来の空の旅を創造することが求められています。この挑戦は困難を伴いますが、業界全体の協力と革新的な取り組みにより、必ずや実現可能なものとなるでしょう。

私たちは今、航空の歴史に新たな1ページを刻む瞬間に立ち会っています。バイオジェット燃料の実用化は、単なる技術革新にとどまらず、地球環境との共生を目指す人類の意志と創造力の証となるのです。