バイオ炭による炭素除去

バイオ炭による炭素除去（熱分解炭素回収・貯留とも呼ばれる）は、負の排出技術です。残留バイオマスの熱分解によるバイオ炭の生産と、その後の土壌または耐久性のある材料（セメント、タールなど）へのバイオ炭の適用が含まれます。バイオ炭の生産に使用される植物によって隔離された二酸化炭素は、それによって数百年にわたって貯留され、炭素吸収源を形成します。

この用語は、持続可能な方法で調達されたバイオマスからバイオ炭を生産し、それを長期間保存する実践を指します。この概念は、植物が成長中に大気から CO2 を除去する光合成プロセス_を活用します。この二酸化炭素は、生産プロセス中にバイオ炭内で安定化され、その後数百年または数千年にわたって保存できます。

バイオチャー炭素除去は二酸化炭素除去（CDR）技術のカテゴリーに分類されます。 ^{[1] [2]}これは、農家などの小規模な施設に最適で、開発途上国の農村の多様化にも役立つ、迅速に導入でき、資本効率の高い負の排出技術であると考えられています。^{[3] [4] [5] [6]}これは、科学的根拠に基づいた目標イニシアチブのガイダンス文書にも反映されています。^{[7] [8]}

科学的には、このプロセスはしばしば熱分解炭素回収貯留（PyCCS）と呼ばれます。^{[9] [10]}バイオ炭炭素除去という用語は、2023年に欧州バイオ炭産業コンソーシアムによって導入され、 ^[11]それ以来、さまざまな機関や専門家によって採用されてきました。

バイオチャール炭素除去はバイオマス炭素除去・貯蔵（BiCRS）の一種としても分類される。^[12]

バイオ炭の施用は、炭素隔離以外にも、収量や根のバイオマスの増加、水利用効率、微生物活性など、さまざまな潜在的な利点がある。^[13]

バイオ炭は熱分解プロセスによって生産されます。バイオマス（例：造園や農業プロセスからの残留植物材料）は小さな断片に粉砕され、酸素欠乏状態で350〜900°C（662〜1,652°F）に加熱されます。これにより、固体のバイオ炭と副産物（バイオオイル、パイロガス）が生成されます。^{[14] [10]}炭素貯蔵の可能性を最大化するために、通常、燃焼を最小限に抑え、パイロガスが大気中に失われるのを防ぐバイオ炭技術が使用されます。^[9]

低酸素条件下では、有機物（バイオマスを含む）の熱化学変換により、熱分解ガス（パイロガーゼ）と呼ばれる揮発性物質と、バイオチャーと呼ばれる固体の炭素質副産物の両方が生成されます。パイロガーゼは主に液体のバイオオイルに凝縮され、エネルギー源として使用できますが、バイオチャーは土壌に炭素を隔離するためのツールとして提案されています。^[15]

世界のバイオ炭市場は2028年までに3億6,885万米ドルに達すると予想されている。^[16]

国際的には、バイオ炭の生産プロセスと製品の品質を規制する自主基準がいくつかあります。これには次のものが含まれます (網羅的なリストではありません)。

• イサカ研究所が開発した欧州バイオチャー証明書（EBC）と世界バイオチャー証明書（WBC）^[17]
• 米国環境保護庁 ( EPA )
• 国際バイオチャールイニシアチブ^[18]

熱分解中に生成される炭素質生成物は主に3つあり、これらはその後さまざまな方法で貯蔵して負の排出を生み出すことができます。さまざまな用途に使用できる固体バイオ炭、枯渇した化石油貯蔵庫に注入される熱分解液（バイオオイル）、および燃焼後にCO ₂として地中貯蔵に移送できる永久熱分解ガス（可燃性ガスのCO、H ₂、CH ₄が主成分）です。^[1]

2022/2023年には、バイオ炭による炭素除去は、実施された炭素除去全体の87～92％を占めました。^[19]

バイオ炭による炭素除去の潜在的範囲は、現在も研究が進められている。世界中の農林業から現在排出されている廃棄物を利用すると、100年間で年間30億トンのCO2に相当する、世界の排出量の6%を除去できると推定されている。_[ ^20]より広い意味では、その潜在的範囲は年間3億～49億トンのCO2（GtCO2 _{yr −} 1）と定量化されている。^[21]

炭素製品における永続性は、材料の品質や耐久性を示す良い指標です。また、炭素が材料内に保存できる時間の長さも表します。バイオ炭は、有機物を急速に炭化してマセラルにすることで生成されます。^{[22] 600 °C (1,112 °F) を超える熱分解温度で生成されるバイオ炭は、}不活性炭に似ており、非常に安定しているという証拠があります。 ^{[23] [24]}

二酸化炭素が固定され貯蔵されるレベルは、バイオ炭の製造プロセスとその後の用途の両方に依存します。特定の条件下で製造された場合、バイオ炭に含まれる全有機炭素の97％は高度に難分解性の炭素、つまりほぼ無限の安定性を持つ炭素です。これは、バイオ炭が二酸化炭素貯蔵の点で非常に高い永続性を持つ可能性があることを意味します。^[25]バイオ炭の永続性は非常に高いですが、このプロセスの最大の障害は、熱分解が効率的に達成されていることを確認することです。

CO2_を長期間 貯蔵すると考えられる用途はいくつかあります。

• 土壌への施用：バイオ炭は、非発熱性バイオマスよりも_CO2とCH4_への再鉱化の影響を受けにくく、土壌に混ぜると^[26]マイクロ粒子やナノ粒子に分解され、より深い土壌層、地下水、または分解からさらに保護する他の区画に運ばれます。複数の研究により、発熱性炭素は100年単位のタイムスケールで安定していることが実証されています。^{[15] [27]}土壌肥沃度への影響は状況によって異なりますが、大部分はプラスです。 [15] バイオ炭を土壌に施用すると、年間2.5ギガトン（Gt）の_CO2を隔離できると推定されています。 [ ^{16 ]}
• 建設資材用添加剤
  • セメントパーティクルボード：セメント混合物にバイオ炭を加える作業はまだ進行中であり、正確な計算を導き出すには時間がかかるでしょう。一般的に、セメントと混合した場合、バイオ炭はセメント混合物の有用性に影響を与えません。^{[28]バイオ炭は}多孔質材料であり、セメントと混合すると多くの利点があります。軽量で、断熱性が高く、湿度調節特性があります。^[28]
• アスファルト添加剤
  • バイオ炭材料の特性についてさらに詳しく調べるために、現在も研究とさまざまなテストが行​​われていますが、これまでのところ、アスファルトにバイオ炭を混ぜることによる結果は有望です。アスファルトは、風雨にさらされるとすぐに劣化し、摩耗により耐久性が低くなることが知られています。バイオ炭添加剤は、アスファルトの全体的な耐久性だけでなく、耐熱性も向上させることが証明されています。提案されているアイデアの 1 つは、作物のわらなどの農業副産物をアスファルトのバイオ炭添加剤として使用することです。これにより、作物の経済的価値だけでなく、影響を受けるアスファルトの耐久性も向上します。^[29]
• プラスチック、紙、繊維の添加剤
  • バイオ炭をプラスチックに加えると、マトリックスとフィラー相からなる複合材料が作られます。プラスチックが複合材料の主材料となり、バイオ炭は熱安定性と耐湿性を高めるための補強材として追加されます。^[30]バイオ炭をリサイクルプラスチックに加えると、強度と剛性が向上します。^{[31]プラスチックとバイオ炭の}共熱分解により、コストが削減され、生産効率も向上します。^[32]

バイオチャール炭素除去は、オフセットや炭素市場に適した有望な負の排出技術としてますます注目されています。バイオチャール炭素クレジットは、それを主張する企業の経済的実行可能性を高め、バイオチャールは数百年、場合によっては数千年も土壌に留まり、炭素が大気から隔離されることを保証するため、最良のタイプの炭素クレジットであると考えられています。^[33]

バイオ炭炭素除去クレジットの取引は、依然として少数の供給者とクレジットのオフテイカーに限られている。2022年には、自主炭素市場で購入された592,969の二酸化炭素除去クレジットのうち、40％がバイオ炭炭素除去プロジェクトに基づいていた。^[34]

炭素クレジットを生成する目的で、国際的に認められた自主的なバイオ炭の基準と方法論がいくつかあります。これには以下が含まれます（網羅的リストではありません）：^{[35] [36]}

• ヴェラ VM0044
• Puro.Earth バイオチャール方法論 (フィンランド)
• CSI グローバル アーティジナル C-シンク
• ノリ（アメリカ）
• MoorFutures(ドイツ)
• マックス・ムーア（スイス）
• 補償（フィンランド）

いくつかのバイオ炭生産およびカーボンクレジット規格では、バイオ炭による炭素除去に許容されるバイオマス原料の基準を定義しています。たとえば、欧州バイオ炭証明書 (EBC) には、バイオ炭生産に許容されるバイオマスのポジティブリストが掲載されています。このリストには、農業残渣、栽培バイオマス、林業および製材所からの残渣、造園活動からの残渣、リサイクル原料、厨房廃棄物、食品加工残渣、繊維、嫌気性消化、廃水処理からの汚泥、動物副産物が含まれています。^[37]クレジットが認証されるためには、サプライヤーはカーボンネットネガティブでなければなりません。これは、バイオ炭の製造および配布で使用するよりも多くの炭素を隔離していることを示しています。^[38]

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• ドイチェ・ヴェレ（2023） - バイオチャー：刈り株を燃やすことで大気汚染と戦う方法