バイオ炭とは何か ― 炭にして土に戻すという考え方

執筆：笹内謙一（PEO技術士事務所）

はじめに

先日開催されたFORESTRISE2026では、バイオ炭についてのご質問を数多くいただきました。「木炭と何が違うのですか」「炭を畑に入れると、本当に二酸化炭素が減るのですか」「ガス化発電から出てくる炭も同じように使えますか」といった内容です。ご質問の多さは、そのまま関心の高さだと受け止めています。

バイオ炭は、ここ数年で急に注目されるようになった言葉ですが、やっていること自体は新しくありません。木を炭にして土に入れる。それだけです。新しいのは、その炭に「炭素を大気に戻さないための入れ物」という役割が与えられ、その量を数え、値段をつけて取引する仕組みができたことです。

本稿は、その全体像を一度に見ていただくための概説です。個々の話題は後日あらためてシリーズとして取り上げる予定ですので、今回はその予告編とお考えください。専門的に立ち入るところは意識して抑え、初めてバイオ炭に触れる方が「何がどうつながっているのか」をつかめることを目標にしました。

バイオ炭とは何か ― 木炭とどこが違うのでしょうか

バイオ炭は、国際的には「燃焼しない水準に管理された酸素濃度の下、350℃を超える温度でバイオマスを加熱して作られる固形物」と定義されています。噛みくだいて言えば、空気をほとんど入れない状態で植物などを蒸し焼きにしてできた炭のことです。

原料は木材だけではありません。竹、もみ殻、稲わら、果樹の剪定枝、木の実の殻、家畜ふん尿、下水汚泥なども原料になります。日本語では「バイオ炭」、英語では biochar（バイオチャー）と呼ばれ、欧州の資料ではほぼ後者が使われます。本稿では日本語の「バイオ炭」で統一しますが、同じものだとお考えください。

空気を絶って有機物を加熱すると、原料は三つに分かれます。固体として残るのがバイオ炭、気体として出ていくのが可燃ガス、そして冷やすと液になるのが凝縮液（木酢液やタール分）です（図1）。この三つの分かれ方は、加熱の温度と速さで大きく変わります。ゆっくり長く加熱すれば固体が多く残り、速く高温で加熱すればガスや液が増えます。

では、昔からある木炭とは何が違うのでしょうか。物としては、木炭もバイオ炭の一種です。違うのは呼び名よりも目的のほうにあります。木炭は燃料として使うために作られてきました。バイオ炭は、土に入れて炭素を長くとどめておくこと、そして土を良くすることを目的に作られます。目的が違うと、求められる条件も変わります。後ほど述べるように、炭素を数えて取引の対象にする場合には、製造温度や原料について具体的な条件が課されます。

ついでに、混同されやすい言葉を並べておきます。活性炭は、炭をさらに水蒸気や薬品で処理して孔を発達させたもので、吸着性能を高めた別の製品です。くん炭は、もみ殻などを低い温度で蒸し焼きにしたもので、これもバイオ炭に含まれます。いずれも「炭化したもの」という点では同じ仲間ですが、作り方と狙いが違うと理解していただければ十分です。

なぜバイオ炭にすると、炭素が土に残るのでしょうか

植物は光合成によって大気中の二酸化炭素を取り込み、体の中に炭素として蓄えます。ところが、その植物をそのまま土にすき込んでも、土の中の微生物にどんどん分解され、数年のうちに大半が二酸化炭素として大気に戻ってしまいます。落ち葉が数年で消えてなくなるのと同じことです。

ここで私がよく使うたとえ話があります。キャンプファイヤーの薪の煙は目にしみますが、バーベキューの炭は煙が出ず、目も痛くなりません。　炭は、揮発分がすべて飛んでしまった残りだからです。同じことが土の中でも起こります。分解されやすい成分は熱分解の段階で抜けてしまい、あとに残るのは分解されにくい炭素です。

もう少し踏み込むと、加熱によって炭素どうしのつながり方が変わります。もとの植物にたくさんあった水素や酸素が抜け、炭素が環状に連なった安定な構造が発達していきます。この「どこまで安定になったか」を表す実務的な指標が水素と炭素の比（H/C比）で、この値が小さいほど安定した炭とされます。欧州で流通させる際の品質基準では、有機炭素あたりの水素比が0.7未満であることが求められています。

ちなみに、炭が土の中で長くもつことは、実験室だけの話ではありません。アマゾン川流域には、先住民が残した炭や有機物を含む黒い土（テラプレタ）が知られており、周囲のやせた土に比べて肥沃な状態が保たれていると報告されています。バイオ炭の研究が広がるきっかけのひとつになった事例です。

では、どれくらい残るのでしょうか。IPCCの整理では、バイオ炭を土に入れてから100年たった時点で、製造温度に応じて65〜89%の炭素が分解されずに残るとされています。100年というのは、あくまで数え方を決めるために置かれた区切りであって、そこで急に分解が始まるという意味ではありません。それでも、数年で消えてしまう生の有機物とは桁が違う、というのが炭にすることの意味です（図2）。

炭化温度と収率 ― どこまで炭にするかという設計の問題

ここまで読まれた方は、「では、できるだけ高い温度で焼けばよいのではないか」と思われるかもしれません。ところが、そう単純ではありません。

木質バイオマスの熱分解では、温度を上げるほど炭の収率は下がる一方で、炭素含有率と安定性は上がります。　おおまかには、350〜450℃では収率が高く、550〜650℃では品質の高い炭が得られる、という整理になります。炭素除去を目的とする場合には、550〜600℃で20〜30分程度の滞留時間をとる条件が代表的な設計値とされています。どこを狙うかは、その炭を何に使うかで決まります（表1）。

表1　加熱温度とバイオ炭の性格（目安）

加熱温度の目安	炭の収率	炭素含有率・安定性	100年後の炭素残存率	主に向く用途
350〜450℃	高い	相対的に低い	0.65	土壌改良（保水性・保肥性）
450〜600℃	中程度	中〜高	0.80	土壌改良と炭素貯留の両立
600℃を超える	低い	高い	0.89	炭素貯留、産業用の炭素材料

※ 100年後の炭素残存率はIPCCの既定値です。収率と安定性の傾向は一般的な整理であり、実際には原料や装置によって変わります。

ここで、数字の読み方をひとつ整理させてください。木質バイオマスの「固定炭素は15〜20%」という数字と、「バイオ炭の収率は22〜28%」という数字を並べて、矛盾していると感じられることがあります。これは別々の概念で、矛盾していません。前者は工業分析という決まった手順で測った指標であり、後者は熱分解したあとに固体として回収できた重さの割合です。熱分解の過程では揮発分が抜けて炭素が固体側に濃縮されるため、原料の元素分析上の炭素含有率がおよそ50%であるのに対し、できあがったバイオ炭では70〜85%程度まで高まります。ですから、収率が25%前後であっても、原料に含まれていた炭素の相当部分を安定な固体として保持することができるわけです。

もうひとつ、日本の事情として押さえておきたいのは、同じ木材でも、熱分解で作った炭とガス化炉から出てきたチャーとでは扱いが違うということです。この点は、炭素を数える話と直結しますので、次の節でまとめて触れます。

土の中で何をするのか ― 土壌改良と、その限界

バイオ炭は、無数の微細な孔を持つ多孔質の材料です。比表面積は原料や製造条件で大きく変わりますが、数十〜数百m²/gの範囲にあるものが多いとされています。吸着材として使われる活性炭が500〜3,000m²/g程度ですから、活性炭ほどではないけれども、土の材料としては十分に大きい、という位置づけです。

この孔が、土の中でいくつかの働きをします。水を抱え込んで乾きにくくする、隙間をつくって通気性を上げる、養分を吸着して流れ出しにくくする、そして微生物のすみかになる、といった働きです。また、原料によってはアルカリ性を示すため、酸性土壌を中和する効果や、リンなどの養分を供給する効果もあります。

ただし、ここは冷静に見ておく必要があります。どの効果が出るかは、原料と製造温度、そして相手の土によって変わります。　農研機構の整理によれば、たとえば木質チップや竹から作った炭は保水性の改良に向く一方、高温で作ったものは保肥性の改良にはあまり効きません。もみ殻由来の炭は土壌の酸性改良に、鶏ふん由来の炭はリンの供給に向く、といった具合に、得意分野が原料ごとに分かれます。「バイオ炭を入れれば土が良くなる」という一般論は、あまり役に立ちません。

収量への効果についても、欧州委員会の研究機関による解析では、平均すると約10%の増収という結果が示される一方で、ばらつきが非常に大きいことが報告されています。平均が正なのは心強い話ですが、自分の畑で同じ結果が出るとは限らない、と読むのが正しい受け止め方だと思います。

入れすぎにも注意が必要です。バイオ炭の多くはアルカリ性であるため、過剰に施用すると土壌の酸性度が変わりすぎて、かえって作物に影響が出ることがあります。農林水産省は施用量の上限の目安を示していますので、実際に取り組まれる際はそちらをご確認ください。また、施用の直後は孔に養分が吸着されて一時的に肥効が落ちる場合がある、という指摘もあります。

炭素除去としてのバイオ炭 ― 数え方のルール

ここからが、近年バイオ炭が注目されるようになった直接の理由です。

日本では2020年9月に、J-クレジット制度の対象として「バイオ炭の農地施用」の方法論が定められました。炭素の貯留量は、次のように数えます。

最後の44/12は、炭素の重さを二酸化炭素の重さに換算する係数です。炭素含有率と残存率には、バイオ炭の種類ごとに決められた既定値を使います（表2）。

表2　J-クレジット制度で参照する炭素含有率と100年後の炭素残存率

分類	種類／原料	炭素含有率 （熱分解／ガス化）	100年後の炭素残存率
インベントリ報告書 算定対象のバイオ炭	白炭・黒炭・オガ炭	0.77	0.89
	粉炭	0.77	0.80
	竹炭	0.778	0.65
自家製造品等 その他のバイオ炭	木材由来	0.77 ／ 0.52	0.65
	草本由来	0.65 ／ 0.28	0.65
	もみ殻・稲わら由来	0.49 ／ 0.13	0.65
	木の実由来	0.74 ／ 0.40	0.65
	家畜ふん尿由来	0.38 ／ 0.09	0.65
	製紙汚泥・下水汚泥由来	0.35 ／ 0.07	0.65

※ 上段の白炭・黒炭・オガ炭・粉炭・竹炭は、製法による区別がなく一つの値です。複数の種類のバイオ炭が混在している場合は、最も小さい値を使います。実際に適用される際は、最新の方法論と算定ルールをご確認ください。

この表で、初めてご覧になる方がいちばん驚かれるのが、熱分解とガス化で値が大きく違うことです。木材由来であれば、熱分解による炭は0.77であるのに対し、ガス化による炭は0.52とされています。ガス化炉から出てくるチャーには未反応分や灰が混ざりやすく、炭素の純度がどうしても下がるためです。ガス化発電の副生物を炭素除去に使おうとする場合、この差はそのまま評価額に効いてきます。

しかしFORESTRISEに出展していたオーストリアのFloyd社のように、灰分が0.5%程度と低い木質バイオマスの場合は炭素含有量が90%以上という炭化を重視したガス化炉も最近登場しています。

制度の適用にも条件があります。農地または採草放牧地の鉱質土壌に施用すること、燃焼しない水準の酸素濃度の下で350℃を超える温度で焼成されていること、木材を使う場合は国内産であること、原料は未利用の間伐材など他に用途のないものであること、塗料や接着剤を含まないこと、などです。

では、経済的に成り立つのでしょうか。農林水産省の資料に、わかりやすい試算が載っています。黒炭を100円/kgで調達し、10aあたり300kgを施用する場合、調達コストは30,000円/10aです。一方、貯留量は0.73t-CO₂/10a程度になりますから（図3）、このコストをクレジットの売却収入だけでまかなおうとすると、41,000円/t-CO₂以上で売る必要があるという計算になります。現在のクレジット価格の水準を考えると、これは決して容易な条件ではありません。だからこそ農林水産省の資料も、クレジット収入だけでなく、土壌改良による営農上のメリットや、地域の未利用バイオマスを使うことによる調達コストの低減を合わせて考えるべきだ、と整理しています。

もう一点、数え方について申し添えておきます。上の算定式で差し引かれるのは、原料やバイオ炭の運搬等にともなう排出です。製造過程そのもので発生するメタンや一酸化二窒素は、この式には入っていません。これらを含めて全体で評価すると、正味の貯留量は目減りするという試算もあります。ただし発生量は炭化の方式によって大きく変わりますので、「どの範囲を数えているのか」を意識して資料を読むことが大切だと思います。

なお、クレジット以外の支えもあります。環境保全型農業直接支払交付金では、令和7年度から「炭の投入」が全国共通の取組として位置づけられ、10aあたり50kg（または500L）以上の施用に対して5,000円/10aが交付されます。このほか、炭化設備の導入やバイオ炭の購入・運搬、施用効果の実証に使える国の支援策がいくつも用意されています。制度の全体像を先に押さえておくと、事業の組み立て方がずいぶん変わってきます。

バイオ炭の使い道 ― 土だけではありません

日本ではバイオ炭といえば農地施用がほとんどですが、欧州では用途がかなり広がっています。私は2025年のブリュッセル大会（第5回欧州バイオチャーサミット）と2026年のオーストリア大会に参加してきましたが、土壌改良の話は全体の一部にすぎませんでした。

第一に、コンクリートや建材への混和です。炭を骨材や混和材として建築物の中に固定してしまえば、土に入れるよりも長い期間、炭素をとどめておくことができるという考え方です。第二に、製鉄や鋳造の分野でのコークス代替です。石炭コークスに含まれる固定炭素が80〜90%であるのに対し、バイオ炭にもこれと同等以上の品質が求められますが、化石由来でない炭素源として期待されています。国内でも自動車メーカーが鋳造工程での活用に取り組んでいることが公表されています。第三に、水処理や土壌浄化です。PFASのような分解されにくい物質を吸着・固定する材料としての報告もありました。

そして、私自身の本業に近いところでは、木質ガス化熱電併給（CHP）の副生チャーがあります。これまで多くの現場で産業廃棄物として処理費を払って捨てていたものですが、これを農地施用してクレジット化すると事業の採算が変わる、という試算も出ています。前の節で述べたとおり、ガス化由来のチャーは炭素含有率の評価が低く設定されているという不利はありますが、「捨てるもの」から「売るもの」に変わる意味は小さくありません。この話題は、シリーズの中であらためて取り上げたいと考えています。

気をつけること ― 品質、安全、そして法律

最後に、実際に取り組まれる場合に確認していただきたい点を挙げておきます。

品質と安全性です。　原料や製造条件によっては、重金属や多環芳香族炭化水素（PAH）が炭の中に残ることがあります。欧州では肥料製品として流通させる際の基準として、PAHの合計で6mg/kg（乾物）以下といった上限が定められています。日本には現時点でバイオ炭そのものを対象とした一律の含有量基準はありませんので、原料の素性を確かめること、そして用途に応じて分析を行うことが実務上の備えになります。

なお、最近の弊所と中部大学の研究で、CHP由来のバイオ炭からシアンが検出される場合があることがわかりました。日本の土壌環境基準では全シアンは「検出されないこと」とされていますので、農地に入れる用途では、含有量よりもまず溶出試験で評価するのが実務的です。弊所と中部大学ではこの問題解決のための研究開発に取り組んでいますので、詳細はお問合せください。

廃棄物処理法です。　廃棄物に該当する原料から炭を作る場合、廃棄物処理法の焼却禁止規定に触れないよう注意が必要です。燃焼をともなわず加熱により分解するのであれば「熱分解」として扱われますが、簡易式炭化器のように燃焼をともなう方式は「焼却」と判断される可能性が高いとされています。原料が廃棄物にあたるかどうかの判断は自治体が行いますので、事前の協議が欠かせません。

肥料法です。　バイオ炭のうち、もみ殻くん炭などのくん炭肥料や鶏ふん炭は都道府県への届出が、汚泥肥料に該当するものは農林水産大臣への登録が必要になります。作って売る段階で関わってくる話ですので、こちらもあらかじめご確認ください。

おわりに ― 次回から

バイオ炭は、炭素を減らすための特効薬ではありません。ある調査レポートは「カーボンニュートラルの切り札というより、地域の資源循環の知恵として捉えるほうが成功の早道ではないか」と述べていますが、私も同じように感じています。地域で出る未利用のバイオマスを、無理なく集められる範囲で炭にして、近くの農地に入れる。その積み重ねが、結果として炭素を土にとどめ、土を良くし、廃棄物の処理費を減らしていく。そういう地に足のついた話だと思っています。

一方で、欧州では設備の数が年々増え、2025年には250基近くに達する見込みとの報告もあり、炭素除去の産業として立ち上がりつつあります。日本は森林率が67%と高く、林地残材や竹、果樹の剪定枝といった原料には恵まれています。制度の面でもJ-クレジットが使えます。それでも欧州との間に差があるとすれば、それは原料でも制度でもなく、原料を集めて炭にし、使い先まで届ける道筋をだれが組み立てるかという点にあるのだろうと考えています。

国内でも、2009年に日本バイオ炭普及協会が設立され、現在は立命館大学の日本バイオ炭研究センターと日本バイオ炭コンソーシアムを中心に、規格づくりや品質証明、地域モデルの検討が進められています。もう少し詳しくお知りになりたい方は、こうした団体の公開資料をご覧になるとよいと思います。

今後、シリーズとして次のような話題を取り上げていく予定です。

• 炭化炉のしくみ ― どうやって空気を絶ちながら熱を与えるのか
• バイオ炭の品質をどう測るか ― H/C比、固定炭素、そして規格
• ガス化発電の副生チャーは、バイオ炭になれるのか
• クレジット化の実務 ― 何を記録し、何を証明するのか
• 欧州のバイオチャー事情 ― サミットで見てきたこと

ご質問やご要望がありましたら、お問い合わせフォームからお寄せください。取り上げる順序の参考にさせていただきます。

参考文献

• IPCC「2006年IPCCガイドラインの2019年改良」（2019 Refinement to the 2006 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories）, 2019
• 欧州委員会 肥料製品規則 (EU) 2019/1009 附属書II CMC14（熱分解・ガス化材料）、および欧州委員会共同研究センター (JRC) によるバイオ炭の批判的レビューとメタ分析
• 農林水産省 農産局農業環境対策課「バイオ炭の農地施用をめぐる事情」令和7年4月
• J-クレジット制度 方法論「バイオ炭の農地施用」（2020年9月策定）
• 笹内謙一「バイオチャーによる循環型炭素経済と脱炭素戦略」生産と技術, 第78巻第3号 (2026)
• 笹内謙一「第5回欧州バイオチャーサミット参加報告」技術の話題2, 大阪技術振興協会誌 2025年8月号
• 矢野雅人「『バイオ炭』はカーボンニュートラルの切り札か？ ～そのポテンシャルとビジネス化成功の条件～」三菱UFJリサーチ&コンサルティング, 2023年8月
• 二宮善彦・奥田篤史・笹内謙一「CHP由来炭化物および模擬炭化物のシアン溶出挙動に関する基礎研究」第35回日本エネルギー学会大会 講演要旨集, 3-4-3, p.65 (2026)
• 窪田碧唯ほか「木質ガス化CHPのバイオ炭リサイクルスキームを考慮したエネルギー・農業複合システムのコスト分析」（東京理科大学 大学院理工学研究科・森林総合研究所）