固体燃料とは？7種類の特徴・燃焼方式と貯蔵、選び方を図解

固体燃料とは、石炭・木材・成形した廃棄物など、固体の状態で取り扱う燃料です。燃やして得た熱を、ボイラーの蒸気、工場の加熱、暖房、発電などに利用します。

同じ固体でも、石炭と木質ペレットでは水分や灰分、崩れやすさが異なります。燃料の名前や購入単価だけで選ぶと、貯蔵設備や燃焼炉に合わず、必要な熱を安定して得られないことがあります。

この記事では、代表的な七つの燃料と三つの燃焼方式を整理します。貯蔵・搬送・燃焼・灰処理を一つの系統として捉え、燃料を変更するときに確認する条件も説明します。

固体燃料とは

固体燃料は、石油のような液体燃料、都市ガスのような気体燃料と、取り扱うときの状態で区別した呼び方です。発生源が一つに決まる名称ではなく、化石資源、木質バイオマス、廃棄物由来の燃料が含まれます。

石炭は自然に形成された資源ですが、コークスや木質ペレットは原料を加工して作ります。RPFやRDFも選別・成形などの工程を経るため、全ての固体燃料が自然界にそのまま存在するわけではありません。

設備では、燃料が燃える性質と、機械で送りやすい性質の両方が重要です。同じ熱量を持つ燃料でも、粒径やかさ密度が違えば、必要な貯蔵容積や搬送機の能力は変わります。

図1：固体燃料は、炉に入る前後の設備まで含めて考える

上から下へ燃料の流れを追います。右向きの枝は、燃焼後に別の設備へ送るものです。

茶：燃料の流れ／橙：熱と排ガスの行先／灰：灰の流れ。灰の回収位置や前処理の有無は、設備によって異なります。

燃焼で得た熱から蒸気を作り、その蒸気で発電する場合には、燃料の熱量が全て電力になるわけではありません。ボイラーで熱を回収する効率と、発電設備全体の効率を分けて考えることが基本です。

固体燃料の特徴

固体燃料の特徴は、貯蔵できること、燃焼残さを扱うこと、燃料費と付帯設備の関係に現れます。それぞれ利点になる条件と、管理が必要になる条件があるため、液体・気体との優劣を一括りにはできません。

貯蔵が簡単

袋やヤード、サイロなどに在庫を持ち、使用量に合わせて払い出せる点は固体燃料の利点です。ただし、専用容器が不要、乾いた場所なら長期間安全、保管しても劣化しないという意味ではありません。

木質ペレットは水分を吸いやすく、吸湿による品質変化に加え、条件によって発酵熱や酸化による発熱が問題になります。大量に積まれた燃料は内部の熱が逃げにくくなるため、表面の見た目だけでは状態を判断できません。

図2：貯蔵中は、燃料の内側と周囲の両方を確認する

木質燃料の貯蔵を例にした概念図です。温度の確認、雨水の侵入防止、粉じんの管理は、それぞれ異なる課題です。

また、搬送や荷下ろしで細かい粉が生じる燃料では、粉じんの飛散や着火源への対策が必要です。消防庁も木質ペレットの貯蔵施設向けに保安資料を公開しており、「固体だから漏れず安全」とは扱っていません。

実務では、入荷した日とロット、保管場所、払い出しの順番を追えるようにします。燃料を変える場合には、貯蔵容量だけでなく、排出しにくさや搬送時の崩れ方も、設備メーカーの許容条件と照合します。

燃焼時に灰が発生する

一般的な石炭や木質燃料、廃棄物由来燃料には灰分が含まれ、燃焼後には灰の回収と搬出が必要です。ただし、灰の多さは燃料ごとに異なり、灰が発生することを固体だけに特有の性質と決め付けるのは適切ではありません。

炉底側で回収する灰と、排ガスに運ばれて集じん設備で回収する灰では、回収場所も性状も異なります。燃え残った可燃分や、処理のために加えた薬剤なども関係するため、燃料の灰分と実際の搬出量を同じ値とは見なしません。

回収経路の違いは、主灰と飛灰の違いで詳しく整理しています。再利用できる灰もありますが、成分や受入先の条件を確認せず、肥料や建材へ一律に転用できるわけではありません。

コスト効率が良い

地域で発生する木くずや、用途に合う再生燃料を安定して調達できれば、燃料費を抑えられる場合があります。しかし、固体燃料なら必ず安価で、簡単な設備だけで利用できるとは限りません。

購入費に加え、輸送、受入、保管、乾燥や破砕、搬送、集じん、灰処理などの費用がかかります。同じ一トンでも含水率や発熱量が異なれば取り出せる熱量が違うため、有効に使える熱量当たりの費用で比較します。

ここで使う熱効率は、対象にした熱利用設備の効率であり、発電所全体の発電効率ではありません。計算の意味はボイラー効率の入出熱法、数値を比べる前提は高位発熱量と低位発熱量の違いで確認できます。

発熱量が乾燥状態の値なのか、受け入れた水分を含む値なのかも、見積書や分析表でそろえます。熱量と出力を混同しないためには、J・W・kWhなどの単位と換算を区別することも必要です。

さらに、燃料の品質が変動すると、同じ蒸気量を維持するための投入量や調整作業が増える場合があります。単価が低い燃料へ替える計画でも、停止時間や清掃、補機の電力まで含めて採算を確かめます。

固体燃料の種類

代表的な固体燃料を、由来と加工の違いから見ていきます。名称が同じでも産地や原料、製造条件で性状は変わるため、以下の特徴を個々の製品の保証値として使わないことが大切です。

石炭

石炭は植物由来の有機物が長い時間をかけて変化した化石燃料で、発電や産業用ボイラーなどに使われます。無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭などがあり、炭種に応じた設備と運転条件が求められます。

確認するのは発熱量だけでなく、水分、灰分、揮発分、硫黄分などです。着火や燃え切り、粉砕のしやすさにも違いがあるため、調達できる石炭なら全て同じ炉で同じように燃えるわけではありません。

分析値から燃焼性を考える際は、石炭の燃料比と分析基準も関係します。ただし、燃料比一つだけで運転性能を判断せず、受入仕様や燃焼試験の条件と合わせて確認します。

コークス

ここで扱うコークスは、石炭を空気の供給を抑えた状態で加熱し、乾留して作るものです。石炭の揮発分などを分離して得る炭素分の多い固体で、製鉄をはじめとする工業用途に使われます。

高炉では熱源になるだけでなく、鉄鉱石を還元する働きや、炉内でガス・溶けた鉄の通路を保つ役割も担います。このため強度や粒度などが重要で、「高温で燃える燃料」という説明だけでは用途の違いを捉えきれません。

乾留したからといって灰や硫黄などが全て取り除かれるわけではなく、石炭より常に発熱量が高いとも限りません。具体的な比較は、コークスと石炭の違いを参照し、同じ分析基準で性状を比べます。

木くず

木くずには、製材や木材加工で生じる端材、おがくず、樹皮などが含まれます。燃料として利用する際には、その形のまま使う場合も、チップ化などの加工を行う場合もあります。

原料の形状や水分のばらつきは、貯蔵・搬送と燃焼の両方に影響します。長い木片が搬送を妨げたり、想定より湿った燃料で所定の熱量を得にくくなったりするため、燃やせることと設備へ安定して供給できることを分けて確認します。

また、未処理の製材残材と、接着剤や塗料などを含み得る使用済み木材を、同じ原料として扱うことはできません。発生元や混入物を確かめ、燃焼設備の設計条件と適用される取扱いを確認して受け入れます。

木質系の燃料を使う設備については、バイオマスボイラーの燃料と仕組みも関連します。燃料名だけで小型用・大型用を決めるのではなく、設備が許容する寸法や性状を照合することが必要です。

木質ペレット

木質ペレットは、木材を細かくし、乾燥や圧縮成形などを経て作る燃料です。形状を整えることで自動供給に使いやすくなりますが、木の種類や樹皮の割合、製造・保管条件によって品質は異なります。

購入時には、水分や灰分、寸法に加え、運搬中に崩れて微粉になりにくいかも確認します。ペレットであること自体が、どのストーブやボイラーでも高効率に燃焼できるという保証にはなりません。

農林水産省の木質ペレット燃料のJASには、非産業用の品質分類と仕様が定められています。ただし、2023年制定の規格は産業用ペレットを適用外としており、工場や発電所の燃料へそのまま同じ基準を当てはめないようにします。

PKS

PKSはPalm Kernel Shellの略で、パーム油の生産に伴って得られるパーム椰子の殻です。木質ペレットとは原料も製品の形も異なり、バイオマス発電などで燃料として使われます。

副産物を利用できる点に意義がありますが、全てのPKSが安価、高効率、低環境負荷というわけではありません。調達経路や水分・灰分・異物の管理、輸送条件などを、受入設備と契約仕様に合わせて確認します。

輸入燃料を用いる場合は、発生元から利用先までの追跡可能性や、持続可能性の確認も重要です。発電の仕組みと燃料供給の課題は、バイオマス発電の特徴と合わせて整理できます。

RPF

RPFは、主に産業廃棄物の紙や廃プラスチックなどを選別し、圧縮・成形して作る固形燃料です。回収した廃棄物をそのまま投入する呼び名ではなく、燃料として利用するために性状を整えた製品を指します。

紙とプラスチックなどの配合は発熱量に関係し、塩素などの成分は設備側の受入条件にも関わります。日本RPF工業会が示す品質基準では、発熱量による品種や、全塩素分による等級が区分されています。

そのため、RPFという名称だけで同じ品質とは判断せず、製品の分析値とロットの管理方法を確認します。プラスチック由来の化石炭素も含むため、廃棄物を再利用したことと、燃焼時の化石由来CO₂がなくなることも区別します。

RDF

国内でRPFと比較する際のRDFは、生ごみを含む一般廃棄物などを原料に、選別・乾燥・成形して作る固形燃料を指します。RDFという語は広く廃棄物由来燃料を指す使い方もあるため、ここでは国内の一般的な比較として説明します。

原料に水分や不燃物などが含まれるため、製造工程と品質管理が重要です。RPFとの違いは単に製品の大きさではなく、原料の集め方や組成、乾燥・選別に必要な設備などにあります。

国立環境研究所の解説では、RDFの貯蔵時の発熱事故と、利用施設での排ガス対策の必要性も示されています。運びやすい形に固めたことを理由に、長期保管の安全性や燃焼設備への適合を省略してはいけません。

固体燃料の燃焼方式

燃焼方式は、燃料をどのような形で炉へ入れ、空気と接触させるかで異なります。ここでは火格子、微粉炭、流動層を取り上げますが、一つの方式が全ての燃料や規模に適するわけではありません。

火格子燃焼装置

火格子燃焼は、燃料を格子状の支持部の上に載せ、空気を供給して燃やす方式です。ストーカ式には燃料を移動させる構造もあり、燃料の供給と燃焼の進み方に合わせて火格子や空気供給を設計します。

図3：火格子では、燃料床を支えながら空気を供給する

移動する火格子の概念です。燃料の投入、空気、排ガス、灰の四つの経路を分けています。茶の横矢印は火格子上の燃料の移動です。

茶：燃料／青：空気／橙：排ガス／灰：火格子・灰の排出。火炎形状と燃焼速度は再現していません。

燃料の大きさや水分、発熱量によって、適切な火格子の形や冷却方法は異なります。メーカーには水冷火格子を使う技術もあり、昔からある方式だから効率が低い、構造が単純だから保守が不要とは判断できません。

保守では、燃料を均等に送れるか、空気の通り道を灰などが妨げていないか、火格子が適切に冷却されているかを確認します。燃料の変更時には、炉へ入る前の供給装置と、燃えた後の灰処理能力も合わせて検討します。

微粉炭燃焼装置

微粉炭燃焼は、石炭を細かく粉砕し、空気とともにバーナーから炉内へ送り込む方式です。燃料を細かくすることで燃焼を進めやすくしますが、全てが瞬間に燃え切るという意味ではありません。

図4：微粉炭は、粉砕・乾燥・分級を経て炉へ送る

ミルと燃焼炉は役割が異なります。粉の細かさをそろえる工程と、炉内で燃やす工程を順に見ます。

茶の粒：微粉炭／青：搬送する空気／橙：燃焼後の流れ。縦配置は工程の順で、実際の機器の上下関係ではありません。

ミルには、粉砕だけでなく乾燥と分級の機能があります。粗い粒を分け、適切な細かさの燃料を送ることが重要で、炉側でも空気との混合や燃焼に使える時間などを確保する必要があります。

大きな発電設備で使われる方式ですが、高い効率は微粉化だけで決まりません。炭種に合うミル・バーナー、未燃分や排ガスの管理、補機動力などを含めたシステムとして性能を評価します。

燃焼用空気を増やせば、必ずよく燃えて省エネになるわけでもありません。過不足の考え方は空気比の意味と管理方法で確認し、炉の設計と燃料に合った運転条件を用います。

流動層燃焼装置

流動層燃焼は、下から空気を送り、砂などの粒子を流動させた層で燃料を燃やす方式です。高温の流動媒体と燃料が混ざり、粒子が持つ熱を使って燃焼を進めます。

図5：流動層には、層内で混ぜる方式と粒子を循環させる方式がある

下の二つは別の炉です。青は空気、茶は燃料、橙はガスの出口です。灰の層や点は砂などの粒子、灰の破線は粒子を含む流れ、実線は機器の輪郭を示します。

気泡流動層（BFB）の概念

循環流動層（CFB）の概念

BFBは流動する層、CFBは炉外で捕集した粒子の戻りに注目します。CFBの戻し経路は燃料の投入線とは別です。

気泡流動層では、流動している砂などの層へ燃料を入れて混合します。循環流動層では、炉から出る粒子をサイクロンなどで捕集し、再び炉へ戻す循環を組み合わせます。

比較的低い燃焼温度で運転する設計により、温度に関係して生じるNOxを抑えられる利点があります。ただし燃料由来の窒素なども関わるため、流動層なら排ガス対策が不要になるという意味ではありません。

多様な燃料に対応できる設計例がありますが、燃料を無条件に入れ替えられるわけではありません。水分や粒径、灰の性状、異物などが流動状態と保守に影響するため、許容する燃料の範囲を事前に確認します。

また、熱回収を改善する際は燃焼炉だけでなく、排ガスから給水へ熱を回収する部分も関係します。エコノマイザの仕組みを含む設備全体で、汚れや運転条件に合わせた効率管理を行います。

火格子・微粉炭・流動層の三つの燃焼方式の違いを、燃料の入れ方や確認点ごとに表で整理すると次のとおりです。

観点	火格子燃焼	微粉炭燃焼	流動層燃焼
燃料の入れ方	格子状の支持部の上に載せる	粉砕し、空気とともにバーナーから送る	流動する砂などの層へ投入する
燃焼の進め方	燃料床へ空気を供給して燃やす	炉内で空気との混合と燃焼時間を確保する	高温の流動媒体が持つ熱で燃焼を進める
前処理・付帯設備	燃料の供給装置と灰の排出設備	粉砕・乾燥・分級を担うミル	循環流動層では粒子を捕集して炉へ戻す
主な特徴	燃料に合わせた火格子・冷却の設計がある	大きな発電設備で使われる	比較的低い燃焼温度でNOxを抑えやすい
燃料変更で確かめる点	燃料の大きさ・水分と灰処理能力	炭種に合うミル・バーナーと未燃分	水分・粒径・灰の性状と許容範囲

固体燃料の今後の展望

今後の固体燃料を考える際は、再生可能な原料や廃棄物を使うという名称だけで環境性を評価しないことが重要です。供給元から利用後までの範囲を決め、燃料を安定して使い続けられるかも確認します。

持続可能なバイオマス燃料の普及

木質燃料やPKSは、生物資源に由来するバイオマス燃料です。ただし燃やすときにはCO₂が発生し、植物が吸収した炭素との関係を考えることと、煙突からの排出がゼロであることは同じではありません。

森林などの持続可能性に加え、収集・加工・乾燥・輸送で使うエネルギーも評価に含めます。発電所やボイラーの入口だけを見ると低く見える排出でも、供給経路全体を含めた評価では結果が異なり得ます。

したがって、導入時は原料の由来、供給者の管理、輸送条件などを記録し、必要な情報を継続して得られるかを確認します。再生可能な資源を使うことと、資源の更新や供給が持続可能であることを、同じ言葉で済ませないようにします。

廃棄物再利用型燃料の開発

RPFやRDFは、廃棄物からエネルギーを回収する利用方法です。ただし、回収した物を全て燃料にすることが最適とは限らず、原料としての再利用と、燃料利用の条件を踏まえて用途を検討します。

燃料化では、原料の分別と、製品の品質を安定させる工程が重要です。受入先が必要とする発熱量や成分の範囲から外れると、製造できても継続して利用できないため、作る側と燃やす側の仕様をつなぎます。

設備へ導入する際には、燃料を何トン使えるかだけでなく、保管、燃焼、排ガス、灰の処理まで対応できるかを確かめます。廃棄物量の削減を目指す場合にも、別の工程で増える負担を含めて評価することが必要です。

政策と規制の影響

燃料の導入条件は、利用する設備、原料の由来、事業の制度区分によって異なります。将来の規制が一律に厳しくなると予測するより、計画時点で適用される制度と、必要な記録・確認先を明らかにすることが実務では重要です。

例えば林野庁の2026年4月改正ガイドラインでは、FIT・FIP制度に関連する木質バイオマスの由来の証明や、国内木質バイオマスのライフサイクルGHG算定に必要な情報の管理が扱われています。これは全ての固体燃料に同じ証明義務を課す説明ではありません。

同じ木材由来でも、発生元や利用方法によって確認する区分は異なります。具体的な認定条件や補助額、貯蔵量に応じた手続きは変わり得るため、契約前に最新の公式資料と関係窓口で確認します。

よくある質問

固体燃料と固形燃料は同じ意味ですか？

固体燃料は、石炭や木材を含め、固体の状態で扱う燃料を広く指します。固形燃料は成形した燃料などを指す場合もあるため、製品を選ぶ際には名称だけでなく、原料と用途を確認することが確実です。

木質ペレットなら長期間そのまま保管できますか？

形がそろっていることと、長期貯蔵の安全性は別です。吸湿や崩れ、条件による発熱などを考え、燃料の性状、貯蔵量、設備に応じた保安手順と品質管理を確認して保管します。

安い燃料へ替えれば、蒸気の費用も必ず下がりますか？

購入単価だけでは決まりません。受入状態の発熱量と設備の効率をそろえて有効熱量を比べ、輸送、前処理、補機、灰処理、保守などを含めて、必要な蒸気を作る費用を評価します。

RPFとRDFは同じ炉で使えますか？

どちらも廃棄物由来ですが、原料や水分、塩素などの性状が異なります。同じ炉で使えると一律には言えず、燃料の分析値、供給装置、燃焼炉、排ガスと灰の処理設備の許容範囲を照合します。

バイオマス燃料ならCO₂を排出しないのですか？

燃焼時にはCO₂が発生します。植物の成長による吸収との関係に加え、資源の持続可能性や加工・輸送の排出も含めて評価するため、バイオマスという名称だけで環境負荷が小さいとは決められません。

まとめ

固体燃料には、石炭・コークス・木くず・木質ペレット・PKS・RPF・RDFなどがあり、原料と加工方法によって性状が異なります。火格子、微粉炭、流動層の燃焼方式も、対象にする燃料と運転条件に合わせて選びます。

選定では燃料単価だけでなく、水分や発熱量、貯蔵と搬送、排ガスと灰処理まで確認することが重要です。バイオマスや再生燃料の利用でも、由来と供給経路、設備に合う品質を確かめ、必要な熱を安定して得られるかを判断します。

出典・参考資料

• 消防庁：木質ペレット等の貯蔵施設における保安対策の調査等報告書（2025年）
• 電力中央研究所：木質ペレット貯蔵時の自然発火性に関する調査（概要）
• 日本RPF工業会：RPFとRDFの違い／品質基準
• 国立環境研究所：RDFとRPF（2009年、原料・工程と貯蔵課題の参考）
• タクマ：バイオマス燃焼技術／水冷火格子
• 三菱重工：ミル／石炭の種類
• 三菱重工：気泡型流動床ボイラー／循環流動層ボイラー
• 日本鉄鋼連盟：鉄鋼の原料（コークスの役割）
• 農林水産省：木質ペレット燃料 JAS0030:2023（非産業用）
• 林野庁：発電利用に供する木質バイオマスの証明のためのガイドライン（2026年4月改正）