■太陽エネルギーを受けて,炭素という形でエネルギーを固定する効率は約0.2%と言われている。デンプンを食べたときに私たちの体の中では,デンプンが分解されてエネルギーに変わるが,これは光合成の逆方向の反応である。光合成の反応式は次のように表わされる。6O2■植物とその食物連鎖に関係するバイオマスは,このように太陽エネルギーを貯蔵できる。英語では,家畜のことを“livestock”(生命の貯蔵)と言う。人間がエネルギーを必要な時に使えるよう,生きた形で貯蔵させておくものという発想なのであろう。産業革命以降の化石エネルギーの利用は,農業と工業を発展させたが,人口増加と経済合理主義と相まって,健全な物質循環を破綻させた。このことが地球環境問題を引き起こした。地球環境問題を解決する大きな要素が光合成機能の活用である。ホイッタカー(Whittaker)らによる推定*15によると,地球上のバイオマスの現存量は乾燥重量ベースで,陸地で1兆8,370億t,海洋で約40億tである。このうち,樹林が1兆7,000億tと全体の92%を占めている。バイオマスには約45%の炭素が含まれているので,地球上のバイオマス総量を炭素に換算すると8,400億tということになる。この量は,石油,石炭,天然ガスの確認埋蔵量にほぼ等しく,世界の年間エネルギー消費量(約100億t)の約80倍に相当する。バイオマスの年間光合成量は,乾燥重量ベースで,陸地で1,150億t,海洋で約550億tである。陸地では年間の純生産量は現存量の6.4%に過ぎないのに対し,海洋では約14倍にも達している。丸材の生産量は年間約17億tであり,農畜産物の生産量は年間約56億tである。このように,我々が年間に利用しているバイオマスは,生産量の数十分の1のオーダーである。エネルギーとしては,薪,木炭,メタン,エタノールなどの形で年間約9.3億t(石油換算)が利用されており,これは全エネルギー消費量の14%に相当している。発展途上地域ではバイオマス由来のエネルギー比率が大きい。光合成によってどのくらいのエネルギーが獲得できるかは,植生の賦存量ではなく,成長量で予測する必要がある。成長に伴う炭素固定量は,人間が利用可能なポテンシャル量である。実際に利用できるエネルギーの形態にまでできる量は,我々のエネルギー消費量に比べて,それほど大きいとは言えない。現在のわが国の化石エネルギー大量消費状態にあっては,今後の技術革新にも期待し大きく見積もったとしても3%をまかなうのが限界と思われる。表6は,各種の原料バイオマスから燃料等がどの程度できるかという目安を例示したものである。光合成により生産された玄米1tから効率よくバイオエタノールをつくると約430Lできるという数値である。玄米1tは約14,700MJ,バイオエタノール430Lは約9,120MJに相当する。このような数値から,原料バイオマスから人間が使いやすい形のエネルギーへ変換する効率のポテンシャルが理解できる。■わが国の光合成によるエネルギー獲得は,国土面積の67%を占める森林の保全を抜きには考えられない。森林,草地,湿地の植生は,その成長量に応じてCO2を吸収・固定している。森林の生産量は,一定期間内に光合成により生産された総生産量から呼吸消費量を差し引いた,実際に有機物として貯えられる純生産量で評価される。熱帯林は,総生産量が大きいが,呼吸量も大きい。草木の成長量,炭素固定速度については色々な評価がなされている。純生産量には幅があり,1年当たり3~30t-dry/haである。木の容積密度は,300~650kg/m3である。針葉樹は小さく,広葉樹は大きい。炭素の含有率は約50%である。草木のエネルギー密度は,約18MJ/dry-kgである。エネルギーや製品の原料として栽培される作物であり,糖質資源として,さとうきび,ソルガム,てんさい等,デンプン資源として,米,イモ類,トウモロコシ等,油糧資源として,ナタネ,大豆,落花生等があげられる*16*17。糖質資源及びデンプン資源はエタノール発酵による燃料への変換,油糧資源は食用油としての利用後のバイオディーゼル燃料(BDF)等への変換が期待され,実証が進められている。デンプン資源は,バイオマスプラスチックの原料としても注目されている。作物生産には,人間の食用,家畜のエサ用,各種資材用,そしてエネルギー用という優先順位がある。資源作物の生産は,食料や飼料と競合しない場所及び時期でという制約条件が付けられる場合が多くなると思われる。わが国では,自ずと条件不利地での栽培になる。資源作物の栽培が耕作放棄地や休耕田の対策とリンクされるのはこのためである。我が国において本格的な資源作物の生産はこれからである。粗放・低コスト栽培が条件となる。なるので,どこかで折り合いをつける必要がある。作物の収量と施肥量の例を表7に示す。現時点で,資源作物に対する施肥基準なるものはない。資源作物の候補にもなる水稲の飼料用多収量品種と食用のコシヒカリを比べると,前者は収量が多い分,施肥量も多い。120(注)水稲収量は,稲わら及びもみ殻等を含む収穫全量,栽培期間は本田のシロカキから収穫まで。(平成15年)(左記+元肥として堆肥緑肥20t/ha)■資源作物は,投入エネルギーをできるだけ小さくして,年間で単位面積あたり,いかに多くの炭素(C)を安定的に回収できるかを考えて栽培計画を立てる必要がある。このため,高収量品種の選定,作物の成長速度を考えた収穫時期の設定,複数年を考えての作付け体系,場合によっては永年性資源作物との組み合わせ等がポイントとなる。願わくは,スケールメリットを発揮できるよう,空間的まとまりがほしいところである。生産物の全てを利用するのか部分を利用するのか,主産物をどこにするのかも重要な視点である。米収量を多く確保する場合と,わら部分を多く確保する場合では,品種の選択が異なる。作目や品種にもよるが,高収量を得るため水の消費量が増大する場合があること,優良条件下での栽培試験結果がそのままあてはまらないこと,排水対策など基盤整備が必要な場合があることに留意する必要がある。エネルギーの獲得を目的とする多収量稲(米)の生産には,既存の技術とインフラを使えること,環境保全に資すること,いざという時に容易に食用米の生産に再転換できることという魅力がある。一農家(経営体)で食用米と多収量稲(米)を同時生産する場合には,労働ピークの軽減のための作付け体系,水利権の確認・確保が必要である。資源作物には,高収量という目標を犠牲にして,超粗放・低コスト栽培に徹するという考え方もある。クリーニング作物,カバー作物,景観作物としての役割もある。現在の経済価値基準からは採用しづらくとも,環境保全につながるのであれば,シニア世代の活躍の場の確保,耕作放棄地対策等として導入する意義は大きい。表8は,油糧作物などから油がどれくらいとれるかをまとめたものである。熱帯地方で生産されているアブラヤシは,油含有率は相対的に大きくないが,20mくらいの高さまで葉っぱを延ばして立体的に太陽エネルギーを吸収するので,面積当りの油収量が多くなっている。2005年FAOSTATをもとにした岡田謙介ら17)によるとりまとめ。■水圏で成長する藻類は,エネルギー獲得の大きな可能性を持っている。表8に示したボトリオコッカスという藻類の単位面積当りの油収量は,油糧作物に比べて2オーダー大きい。光合成能力を最大限に発揮できるような技術開発によって,大量のバイオディーゼル燃料の製造が期待できる*18*19。図4は,その可能性を示した全体システム図である。研究開発は急ピッチで進展しており,克服すべき課題は多いが,10年後に実用化され選択肢の1つになることが期待される。エネルギー生産だけで採算性を確保することは困難と思われる。図4に示したように,付加価値のあるマテリアル(資材)を生産・利用できることが重要である。話題提供者サイトマップこのサイトについて。