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バイオベース経済、バイオエコノミー、バイオテクノミーは、商品、サービス、またはエネルギーの生産にバイオテクノロジーとバイオマスを使用する経済活動です。これらの用語は、地域開発機関、国内および国際組織、バイオテクノロジー企業で広く使用されています。これらは、バイオテクノロジー産業の発展と、科学研究と技術開発により可能になった遺伝物質の研究、理解、操作の能力に密接に関連しています。これには、科学技術開発の農業、健康、化学、エネルギー産業への応用が含まれます。[1] [2]
バイオエコノミー（BE）とバイオベース経済（BBE）という用語は、互換的に使用されることがあります。しかし、これらを区別する価値はあります。バイオベース経済は非食品の生産を考慮しますが、バイオエコノミーはバイオベース経済と食品および飼料の生産と使用の両方をカバーします。[3] 60を超える国と地域がバイオエコノミーまたはバイオサイエンス関連の戦略を持っており、そのうち20の国と地域がアフリカ、アジア、ヨーロッパ、オセアニア、アメリカで専用のバイオエコノミー戦略を発表しています。[4]
定義
バイオエコノミーには多様な定義があります。バイオエコノミーは、農作物、森林、魚、動物、微生物など、陸と海の再生可能な生物資源を使用して、食料、健康、材料、製品、繊維、エネルギーを生産する経済の部分で構成されています。[5] [6]ただし、定義と使用法は世界のさまざまな地域によって異なります。[7]
バイオエコノミーの重要な側面は、遺伝子、分子、ゲノムレベルでのメカニズムとプロセスを理解し、それを産業プロセスの作成または改善、新製品やサービスの開発、新しいエネルギーの生産に応用することです。バイオエコノミーは、化石天然資源への依存を減らし、生物多様性の損失を防ぎ、持続可能な開発の原則に沿った新たな経済成長と雇用を創出することを目指しています。[8]
以前の定義
「バイオテクノミミー」という用語は、 1997年のAAAS会議のゲノミクスセミナーでフアン・エンリケスとロドリゴ・マルティネスによって使用されました。この論文の抜粋はサイエンス誌に掲載されました。」[9]
2010年にアルブレヒトらが発表した報告書「欧州における知識ベースのバイオエコノミー（KBBE）：成果と課題」では、バイオエコノミーは次のように定義されています。「バイオエコノミーとは、食品、健康、繊維、工業製品、エネルギーなど、さまざまな用途のバイオマスの持続可能な生産と変換であり、再生可能なバイオマスには、原材料として使用されるあらゆる生物学的材料が含まれます。」[5]
2013年の研究によると、「バイオエコノミーは、材料、化学物質、エネルギーの基本的な構成要素が再生可能な生物資源から得られる経済として定義できる」とされている。[10]
2015年11月にベルリンで開催された第1回世界バイオエコノミーサミットでは、バイオエコノミーを「すべての経済セクターにわたって商品やサービスを持続的に提供するための、生物資源、生物学的プロセス、原理の知識ベースの生産と利用」と定義しています。サミットによると、バイオエコノミーには、再生可能なバイオマス、実現技術と収束技術、一次生産（すべての生物天然資源）、健康（医薬品と医療機器）、産業（化学物質、プラスチック、酵素、パルプと紙、バイオエネルギー）に関するアプリケーション間の統合という3つの要素が含まれます。[11]
歴史
エンリケスとマルティネスが2002年にハーバードビジネススクールで発表した研究論文「バイオテクノミー1.0：バイオデータフローの大まかな地図」は、遺伝子物質が3大公共遺伝子データベースであるGenBank、EMBL、DDBJに出入りする世界的流れを示した。著者らは、こうしたデータフローが特許の創出、バイオテクノロジー新興企業の発展、ライセンス料に与える経済的影響について仮説を立てた。[12]この論文の改訂版が2003年にWired誌に掲載された。[13]
「バイオエコノミー」という用語は、2000年代半ばから、欧州連合と経済協力開発機構が、バイオテクノロジーを利用してバイオマスの新しい製品、市場、用途を開発することを促進する政策課題および枠組みとして採用したことで、一般的に知られるようになりました。 [14]それ以来、EU（2012年）とOECD（2006年）の両方が専用のバイオエコノミー戦略を作成し、世界中のますます多くの国が同様の戦略を作成しました。[15]これらの戦略では、バイオエコノミーと「バイオベース経済」という用語が混同されることがよくあります。たとえば、オランダは2005年以来、バイオベース経済の創出を促進しようとしています。[16]レリスタット（Zeafuels）などでパイロットプラントが開始され、中央組織（Interdepartementaal programma biobased economy）が存在し、支援研究（食品およびバイオベース研究）が行われています。[17]他のヨーロッパ諸国もバイオエコノミーまたはバイオベース経済の政策戦略と枠組みを開発し、実施している。[10]
2012年、アメリカのバラク・オバマ大統領は、国家バイオエコノミーブループリントで生物学的製造方法を奨励する意向を発表しました。[18]
目的
世界の人口増加と多くの資源の過剰消費は、環境への圧力と気候変動の増大を引き起こしています。バイオエコノミーはこれらの課題に取り組んでいます。バイオエコノミーは、食糧安全保障を確保し、より持続可能な天然資源の利用を促進するとともに、化石天然資源や鉱物などの再生不可能な資源への依存を減らすことを目的としています。ある程度、バイオエコノミーは経済による温室効果ガスの排出削減にも役立ち、気候変動の緩和と適応を支援します。[19]
遺伝子組み換え
細菌から酵母、植物に至るまでの生物が酵素触媒の生産に利用されている。遺伝子組み換え細菌はインスリンの生産に利用されており、アルテミシニン酸は遺伝子組み換え酵母で作られている。一部のバイオプラスチック（ポリヒドロキシ酪酸またはポリヒドロキシアルカノエートをベースとする）は、遺伝子組み換え微生物を使用して砂糖から生産されている。[20]
遺伝子組み換え生物はバイオ燃料の生産にも使われています。バイオ燃料はカーボンニュートラル燃料の一種です。
合成代謝経路を用いたCO2固定に関する研究も行われている。大腸菌を遺伝子組み換えしてCO2を消費できるようにすることで、この細菌は将来の再生可能な食品やグリーン燃料の生産のための基盤となる可能性がある。[21] [22]
PET（プラスチック）を他の物質に分解できる生物（Ideonella sakaiensis ）の1つは、PETをさらに速く分解し、PEFも分解するように遺伝子組み換えされています。プラスチック（通常は生分解性ではありません）が分解され、他の物質（つまり、 Tenebrio molitorの幼虫の場合はバイオマター）にリサイクルされると、他の動物の投入物として使用できます。
遺伝子組み換え作物も使用されています。例えば、遺伝子組み換えエネルギー作物は、関連コスト（製造プロセス中のコストなど）の削減や水使用量の削減など、いくつかの追加の利点をもたらす可能性があります。一例として、遺伝子組み換えによってリグニンの量を減らしたり、化学的に不安定な結合でリグニンを発現するように木が作られています。[24] [25]
しかし、遺伝子組み換え作物に関しては、依然としていくつかの課題（規制当局の承認、市場での採用、国民の受容へのハードル）が残っています。[26]
フィールド
2018年に更新された欧州連合バイオエコノミー戦略によると、バイオエコノミーは生物資源（動物、植物、微生物、有機廃棄物を含む派生バイオマス）とその機能および原理に依存するすべてのセクターとシステムをカバーしています。農業、林業、漁業、養殖業からの生物資源の使用、生産、または加工に基づくすべての一次生産、経済、産業セクターが対象です。バイオエコノミーの産物は通常、食品、飼料、その他のバイオベース製品、バイオエネルギー、生物資源に基づくサービスです。バイオエコノミーは、持続可能性、循環性、環境保護を推進し、生物多様性を高めることを目指しています。[27]
いくつかの定義では、バイオエコノミーは二酸化炭素の固定やレクリエーションの機会など、環境が提供する生態系サービスも含みます。バイオエコノミーのもう一つの重要な側面は、天然資源を無駄にせず、効率的に使用し、リサイクルすることです。[28]
EUバイオエコノミーレポート2016によると、バイオエコノミーは再生可能な生物資源（農業、林業、漁業、食品、バイオベースの化学物質と材料、バイオエネルギー）を生産、加工、再利用する経済のさまざまなセクターを統合します。[29]
農業
細胞農業は、バイオテクノロジー、組織工学、分子生物学、合成生物学を組み合わせて細胞培養から農産物を生産することに焦点を当て、従来の農業で得られるタンパク質、脂肪、組織を生産する新しい方法を開発および設計します。業界のほとんどは、有害な環境への影響（肉の生産など）、動物福祉、食糧安全保障、および人間の健康という重大な世界的問題に関連する家畜の飼育と屠殺ではなく、細胞培養で生産される肉、牛乳、卵などの動物製品に焦点を当てています。細胞農業はバイオベース経済の分野です。最もよく知られている細胞農業の概念は培養肉です。（記事全文...）
しかし、合成栄養製品はすべて肉や乳製品などの動物性食品というわけではなく、例えば2021年現在、商品化が近いと報告されている合成コーヒーの製品もある。 [30] [31] [32]バイオエコノミー農業に基づく同様の研究・生産分野は以下のとおりである。
- 微生物による食品培養および遺伝子組み換え微生物生産（例えば、クモの糸[33] [34]または太陽エネルギーベースのタンパク質粉末）[35] [36]
- 植物性タンパク質の制御された自己組織化（例えば、クモの糸のような植物性タンパク質ベースのプラスチック代替品）[37] [38]
- 無細胞人工合成（例：デンプン[39] [40]）
- バイオ生産された模造食品（肉の類似品や牛乳の代替品など）
バイオエコノミーのツールや方法を用いて生産される食品の多くは、人間の消費を目的としたものではなく、家畜飼料、昆虫由来のペットフード、持続可能な養殖飼料など、人間以外の動物を対象としている場合があります。世界中には、合成生物学を利用して動物飼料を生産するさまざまなスタートアップ企業や研究チームがあります。[41]
さらに、作物は、例えば安全に収穫量を増やしたり、農薬の必要性を減らしたり、屋内での生産を容易にしたりする方法で 遺伝子組み換えされる可能性があります。
バイオエコノミーに特化しており、広く入手可能な製品の一例としては、藻油が挙げられます。藻油は、持続可能性が低く、市場シェアが大きい魚油サプリメントの代替となる可能性のある栄養補助食品です。[42] [43]
垂直農法
垂直農法とは、作物を垂直と水平に積み重ねて栽培する方法である。[44]植物の成長を最適化することを目的とした環境制御農業や、水耕栽培、アクアポニックス、エアロポニックスなどの無土壌農法が組み込まれることが多い。[44]垂直農法システムを収容する構造物の一般的な選択肢としては、建物、輸送コンテナ、地下トンネル、廃坑などがある。
垂直農法の現代的な概念は、コロンビア大学の公衆衛生および環境衛生学の教授であるディクソン・デスポミエによって1999年に提唱されました。 [45]デスポミエと彼の学生は、5万人を養うことができる超高層農場の設計を考案しました。 [46]この設計はまだ構築されていませんが、垂直農法のアイデアを普及させることに成功しました。[46]現在の垂直農法の応用は、特殊なLEDライトなどの他の最先端技術と相まって、従来の農法で得られるよりも10倍以上の作物収穫量をもたらしました。[47]ペイントン、[48] 、 イスラエル、[49] 、 シンガポール、[50] 、 シカゴ、[51] 、 ミュンヘン、[52] 、 ロンドン、[53] 日本、[47]、リンカンシャーなどのコミュニティに垂直農法を導入するさまざまな方法がありました。[54]
垂直農法技術を利用する主な利点は、必要な土地面積が小さくても作物の収穫量が増えることです。[55] [56]作物が同じ土地を共有せずに生育するため、一度に多種類の作物を栽培できる能力が高まることも、もう一つの求められている利点です。さらに、作物は屋内で栽培されるため天候の影響を受けにくく、異常気象や予期せぬ天候による作物の損失が少なくなります。最後に、土地の利用が限られているため、垂直農法は在来植物や動物への影響が少なく、地元の動植物のさらなる保護につながります。[57]
垂直農法の技術は、従来の農場に比べて初期費用が高く、経済的な課題に直面しています。あらゆる種類の作物を栽培できるわけではありませんが、サラダ野菜などの高付加価値製品には費用対効果が高い可能性があります。[58]垂直農場では、LEDなどの補助照明を使用するため、大きなエネルギー需要も発生します。建物では、温度、湿度、給水を適切に制御する必要もあります。さらに、これらのエネルギー需要を満たすために再生不可能なエネルギーを使用すると、垂直農場は従来の農場や温室よりも多くの汚染物質を排出する可能性があります。菌類栽培
例えば、屋内での高収量メカニズムの研究開発が進行中である。[67]
単細胞菌類のパン酵母、サッカロミセス・セレビシエは、パンやピザ生地、餃子などの小麦由来の製品の製造に使用されます。[68]サッカロミセス属の酵母種は、発酵によるアルコール飲料の製造にも使用されます。 [69]醤油麹菌（アスペルギルス・オリゼ）は、醤油や日本酒の醸造、味噌の調製に不可欠な原料であり、[70]リゾープス属の菌はテンペの製造に使用されます。[71]これらの菌類のいくつかは、非常に近縁のアスペルギルスによって生成される有害なマイコトキシン（下記参照）を生成せずに食品を発酵させる能力に応じて育種または選択された家畜種です。[72]肉代替品のクォーンは、フザリウム・ベネナタムから作られています。[73]
マイコプロテイン
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藻類養殖
藻類養殖は、藻類の種の養殖を含む水産養殖の一種である。[76]
意図的に栽培される藻類の大部分は、微細藻類（植物プランクトン、微小植物、またはプランクトン性藻類とも呼ばれる）のカテゴリーに分類されます。一般に海藻として知られる大型藻類も、商業的および工業的に多くの用途がありますが、その大きさと生育に必要な環境の特定の要件のため、栽培にはあまり適していません（ただし、新しい海藻栽培機の登場により、これは変わる可能性があります。これは基本的に、小さな容器内で上昇気泡を使用して藻類を洗浄する装置であり、タンブル培養として知られています）。 [77]
商業的および工業的な藻類栽培には、オメガ3脂肪酸（藻類油として）[78] [79] [80]などの栄養補助食品や天然の食品着色料や染料、食品、肥料、バイオプラスチック、化学原料（原材料）、タンパク質を豊富に含む動物/養殖飼料、医薬品、藻類燃料[81]などの生産を含む多くの用途があり、汚染制御や天然の炭素隔離の手段としても使用できます。[82]
養殖水生植物の世界生産量は、圧倒的に海藻類が占めており、1995年の1,350万トンから2016年には3,000万トン強、2022年には3,780万トンに増加した。[83] [84]この増加は、中国が主導し、マレーシア、フィリピン、タンザニア連合共和国、ロシア連邦がそれに続いた生産拡大の結果である。[83]
培養された微細藻類は、すでに新興バイオエコノミーの幅広い分野に貢献しています。[85]研究によると、藻類養殖には将来の健康的で持続可能な食料システムの開発に大きな可能性と利点があることが示唆されています。[75] [82]廃棄物管理、リサイクル、バイオマイニング
バイオベースのアプリケーション、廃棄物管理の研究開発は、バイオエコノミーの一部を形成する可能性があります。バイオベースのリサイクル（電子廃棄物、[86] プラスチックリサイクルなど）は、廃棄物管理、および生産と製品の関連基準と要件に関連しています。廃棄物のリサイクルの一部はバイオマイニングである可能性があり、一部のバイオマイニングはリサイクルを超えて適用される可能性があります。[87]
例えば、2020年にバイオテクノロジストは、PETとPEFのより速い脱重合のための相乗酵素（2016年に初めて発見されたPETaseとIdeonella sakaiensisのMHETase ）の遺伝子工学的改良と機械的記述を報告しました。これは、他のアプローチとともに、混合プラスチックの脱公害、リサイクル、アップサイクルに役立つ可能性があります。 [88] [89] [90]このようなアプローチは、機械的および化学的PETリサイクルよりも環境に優しく、費用対効果が高く、遺伝子操作された株に基づくシステムを介して循環型プラスチックバイオエコノミーソリューションを可能にします。[91]さらに、微生物を使用して、バイオリーチングを介して玄武岩から有用な元素を採掘することもできます。[92] [93]
医学、栄養科学、医療経済
「グランドビューリサーチ」の分析によると、2020年の世界の栄養補助食品産業の価値は1,403億ドルでした。[94]健康経済の特定の部分はバイオエコノミーと重複する可能性があります。 [95] [96]これには、アンチエイジングや寿命延長関連の製品や活動、衛生/美容製品、[96] 機能性食品、[96]スポーツパフォーマンス関連製品、バイオベースの検査（微生物叢など）とバンク（経口「スーパー便」カプセル[98]を含む便バンク[97]など）、データベース（主にDNAデータベース）が含まれ、これらはすべて、個別化された介入、モニタリング、および新製品の開発に使用できます。新しい抗生物質の研究開発を含む医薬品セクターも、バイオエコノミーセクターと見なすことができます。
森林バイオエコノミー
森林バイオエコノミーは森林とその天然資源を基盤とし、様々な産業や生産プロセスを網羅しています。森林バイオエコノミーには、例えば、エネルギー、化学、食品産業に関連する製品を提供するための森林バイオマスの加工が含まれます。したがって、森林バイオエコノミーは木材を基盤とする様々な製造プロセスを網羅しており、最終製品の範囲は広いです。[99]
さまざまな木材由来製品のほか、レクリエーション、自然観光、狩猟も森林バイオエコノミーの重要な部分です。炭素隔離と生態系サービスも森林バイオエコノミーの概念に含まれています。[99]
パルプ、紙、包装材、製材は、林業の伝統的な製品です。木材は伝統的に家具や建設業界でも使用されています。しかし、これらに加えて、再生可能な天然資源として、木材の成分は、従来の林業製品と並んで革新的なバイオ製品に利用することができます。したがって、たとえばフィンランドでは、大手林業企業の伝統的な工場がバイオリファイナリーになりつつあります。さまざまなプロセスで、森林バイオマスは繊維、化学薬品、化粧品、燃料、医薬品、インテリジェント包装、コーティング、接着剤、プラスチック、食品、飼料の製造に使用されています。[99] [100]
ブルーバイオエコノミー
ブルーバイオエコノミーは、再生可能な水資源の持続可能な利用と水関連の専門分野に基づくビジネスを対象としており、ブルーバイオエコノミー製品およびサービスの開発とマーケティングをカバーしています。その点で、主要なセクターには、水の専門知識と技術に基づくビジネス活動、水ベースの観光、水生バイオマスの活用、漁業のバリューチェーンが含まれます。さらに、水生天然資源の無形の価値も非常に高いです。水域は、経済活動のプラットフォームであること以外にも、人間の幸福、レクリエーション、健康を提供するという他の価値もあります。[101]
欧州連合によれば、ブルーバイオエコノミーは水生環境や海洋環境、特に非食品、食品、飼料を含む新しい水産養殖の応用に重点を置いています。[102]
欧州ブルー成長戦略報告書 - ブルーエコノミーにおけるより持続可能な成長と雇用に向けて（2017年）では、ブルーバイオエコノミーはブルーエコノミーとは異なる定義がされている。ブルーエコノミーとは、造船、輸送、沿岸観光、再生可能エネルギー（洋上風車など）、生物資源および非生物資源など、海洋環境活動に関連する産業のことである。[103]
エネルギー
バイオエコノミーには、バイオエネルギー、バイオ水素、バイオ燃料、藻類燃料も含まれます。
世界バイオエネルギー協会によると、総最終エネルギー消費量の17.8%は再生可能エネルギーで賄われている。再生可能エネルギー源の中で、バイオエネルギー（生物由来のエネルギー）は最大の再生可能エネルギー源である。2017年には、バイオエネルギーは再生可能エネルギー消費量の70%を占めた。[104]
バイオエネルギーの役割は国や大陸によって異なります。アフリカでは、バイオエネルギーは96%を占める最も重要なエネルギー源です。バイオエネルギーは、南北アメリカ（59%）、アジア（65%）、ヨーロッパ（59%）のエネルギー生産において大きな割合を占めています。バイオエネルギーは、森林、農業、産業廃棄物や副産物からの多種多様なバイオマスから生産され、世界中で電気、熱、輸送燃料として有用な最終製品（ペレット、木材チップ、バイオエタノール、バイオガス、バイオディーゼル）を生産します。[104]
バイオマスは再生可能な天然資源ですが、それでも限られた資源です。世界中に膨大な資源がありますが、環境、社会、経済の側面からその利用は制限されています。バイオマスは、消費者向け供給、エネルギー、食品、飼料の分野で低炭素ソリューションに重要な役割を果たすことができます。実際には、競合する用途が数多くあります。[99]
バイオベース経済では、第一世代バイオマス（作物）、第二世代バイオマス（作物の残渣）、第三世代バイオマス（海藻、藻類）を使用します。バイオマスを最大限に活用するために、 いくつかの処理方法（バイオリファイナリー）が使用されます。これには、次のような技術が含まれます。
嫌気性消化は一般的にバイオガスの生産に使用され、糖の発酵はエタノールを生産し、熱分解は熱分解油（固形バイオガス）の生産に使用され、焙焼はバイオマス石炭の生成に使用されます。[105]バイオマス石炭[要出典]とバイオガスはエネルギー生産のために燃焼され、エタノールは（車両）燃料としてだけでなく、スキンケア製品などの他の目的にも使用できます。 [106]
バイオベースのエネルギーは、太陽光や風力などの 変動性のある再生可能エネルギーの間欠性を管理するために使用できます。
木材チップとペレット
木材チップは伝統的に、暖房用の固形燃料として、または再生可能エネルギーから電力を生成するためのエネルギープラントで使用されてきました。ヨーロッパとほとんどの国では、森林チップの主な供給源は伐採残渣です。将来的には切り株と丸太の割合が増加すると予想されています。[107] EUでは2013年時点で、森林の持続可能な利用と伝統的な森林部門への木材供給を含む現在の2018年の条件下で利用可能なエネルギー用のバイオマスの潜在的推定値は、地上バイオマスで2億7,700万m 3、総バイオマスで5億8,500万m 3です。[ 108][アップデート]
暖房用の新しい燃料システムでは、木材チップまたは木質ペレットが使用されています。木材チップの利点はコストであり、木質ペレットの利点は燃料価値の制御です。自動化された暖房システムにおける木材チップの使用は、堅牢な技術に基づいています。[107]
小規模工場で木材チップを燃焼させる場合、木材チップのサイズ、水分含有量、およびチップの原料は特に重要です。残念ながら、木材チップの割合を決定する基準は多くありません。しかし、2018年3月現在、米国規格協会はAD17225-4木材チップ暖房燃料品質基準を承認しました。この基準の完全なタイトルは、ANSI / ASABE AD17225-4：2014 FEB2018固体バイオ燃料 - 燃料の仕様とクラス - パート4：グレード別木材チップです。[109] 一般的なチップカテゴリの1つは、小規模な工場、小規模な産業、別荘、アパートの建物で一般的に使用されているGF60です。「GF60」は「細かく乾燥した小さなチップ」として知られています。 GF60の要件は、水分が10〜30％であり、木材チップの分率が次のように分布していることです：0〜3.5mm：<8％、3.5〜30mm：<7％、30〜60mm：80〜100％、60〜100mm：<3％、100〜120mm：<2％。[107]
1立方メートルあたりのエネルギー含有量は、通常、1立方メートルの丸太よりも高いが、水分によって大きく変化する。水分は原材料の取り扱いによって決まる。冬に木を切り倒し、夏の間乾燥させ（樹皮に茶葉が残っている状態で雨が当たらないように覆う）、秋にチップにした場合、ウッドチップの水分含有量は約20～25％になる。したがって、エネルギー含有量は約3.5～4.5kWh/kg（約150～250kg/立方メートル）となる。[107]
石炭火力発電所は木材チップで稼働するように改造されましたが、これはどちらも同一の蒸気タービン 熱機関を使用しており、木材チップ燃料のコストは石炭と同程度であるため、かなり簡単に行うことができます。[107]
固形バイオマスは、手頃な価格で広く入手可能であり、カーボンニュートラルに近いため二酸化炭素（CO2）の点で気候中立であるため、エネルギー危機と気候変動の懸念に対処するための魅力的な燃料です。理想的なケースでは、木の成長中に吸収され木材に蓄積された二酸化炭素のみが再び大気中に放出されるためです。[107]ウッドチップは、特に小規模なシステムの場合、移動と取り扱いが薪よりも自動化しやすいという点で、木質ペレットに似ています。ウッドチップは、専門施設で処理する必要がある木質ペレットよりも製造コストが安くなっています。精製に関連するコストを回避する一方で、ウッドチップは密度が低く水分含有量が多いため、発熱量が低下し、同等の熱量を生成するために必要な原料が大幅に増加します。物理的な容積要件が大きいため、木材のトラック輸送、保管、および/または輸送にかかる費用と排出ガスの影響も増加します。
木材チップは薪 よりも安価である。これは、伐採がより速く、より高度に自動化されているためである。木材チップは供給量が多いが、これは木のあらゆる部分をチップにできるのに対し、小枝や小枝を薪にするにはかなりの労力が必要になるためである。薪は、通常、きれいに効率的に燃やす前に「乾燥させる」必要がある。一方、木材チップシステムは通常、水分含有量が非常に高い「グリーンチップ」をきれいに効率的に燃やすように設計されている。水分含有量は43～47%（湿潤基準）である。 [110] （ガス化と木質ガス を参照）バイオマスを最大限に活用する
経済的な理由から、バイオマスの処理は特定のパターン（カスケーディングと呼ばれるプロセス）に従って行われます。このパターンは、使用されるバイオマスの種類によって異なります。最も適切なパターンを見つけるプロセス全体をバイオリファイニングと呼びます。一般的なリストには、付加価値が高くバイオマスの量が最も少ない製品から、付加価値が最も低くバイオマスの量が最も多い製品までが表示されています。[111]
- ファインケミカル/医薬品
- 食べ物
- 化学薬品/バイオプラスチック
- 輸送燃料
- 電気と熱
最近の研究では、伝統的に使用されている植物が世界の遠隔地で付加価値のある製品を提供する可能性が強調されています。タバコ植物に関する研究では、これらの植物から得られる可能性のある経済的に価値のある化合物の非網羅的なリストが提案されました。[112]
その他の分野と用途
バイオ製品またはバイオベース製品は、バイオマスから作られる製品です。「バイオ製品」という用語は、さまざまな特性、組成、プロセス、およびさまざまな利点とリスクを特徴とする幅広い工業製品と商業製品を指します。[113]
バイオベース製品は、化石燃料や再生不可能な資源への依存を減らすために開発されています。これを達成するには、再生可能な天然資源をバイオベースの製品、材料、燃料に持続的に変換するための新しいバイオ精製技術を開発することが重要です。例：[114]
移植可能な臓器と誘導再生
マイクロテクノロジー（医療・エネルギー）
合成生物学は、薬物送達やその他の目的に使用できるナノ粒子の作成に使用できます。 [115]補完的な研究開発では、生物細胞の機能を模倣する合成細胞が求められており、作成されています。用途には、心臓発作を引き起こすアテローム性動脈硬化性プラークの一部を血液細胞に内側から食べさせるデザイナーナノ粒子などの医療が含まれます。[116] [117] [118]たとえば、藻類細胞用の合成マイクロ液滴や、相乗効果のある藻類と細菌の多細胞球状微生物リアクターは、水素経済バイオテクノロジーとして水素を生成するために使用できます。[119] [120]
気候変動への適応と緩和
バイオベースの気候変動適応のための活動と技術は、バイオエコノミーの一部とみなすことができます。例としては、次のようなものがあります。
- 森林再生（森林保護と並行して）
- 藻類養殖による炭素隔離
- 気候変動に対してサンゴ礁の耐性を高めるための人工的な支援[121] [122]
- 海草、マングローブ、塩性湿地 の復元[123] [124]
材料
建築材料（断熱材、表面材など）だけでなく、一般的な新素材（ポリマー、プラスチック、複合材など）のバイオベース生産の可能性がある。[96]光合成微生物細胞は、クモの糸の合成生産のステップとして使用されている。[33] [34]
バイオプラスチック
バイオプラスチックは単一の材料ではありません。さまざまな特性と用途を持つ一連の材料から構成されています。欧州バイオプラスチック協会によると、プラスチック材料は、バイオベースプラスチック、生分解性プラスチック、または両方の特性を持つ材料である場合にバイオプラスチックと定義されます。バイオプラスチックは従来のプラスチックと同じ特性を持ち、二酸化炭素排出量の削減や堆肥化などの廃棄物管理オプションの追加などの利点があります。[125]
バイオプラスチックは主に3つのグループに分けられます。[125]
- バイオベースまたは部分的にバイオベースの非生分解性プラスチック、例えばバイオベースのPE、PP、PET（いわゆるドロップイン）およびバイオベースのテクニカルパフォーマンスポリマー、例えばPTTまたはTPC-ET
- PLAやPHA、PBSなどのバイオベースかつ生分解性のプラスチック
- PBATなどの化石資源を原料とし、生分解性のあるプラスチック
さらに、PLA、PHA、セルロース、デンプンベースの材料などの新しい材料は、生分解性や堆肥化性などのまったく新しい機能を備えたソリューションを提供し、場合によっては最適化されたバリア特性を備えています。バイオプラスチック材料の多様性の増加に伴い、柔軟性、耐久性、印刷性、透明性、バリア性、耐熱性、光沢などの特性が大幅に向上しました。[125]
バイオプラスチックは、バクテリアによってテンサイから作られています。[126] [127]
バイオプラスチックの例
- パプティック：紙とプラスチックの特性を組み合わせた包装材があります。例えば、パプティックは70%以上の木材を含む木質繊維から作られています。この素材は発泡成形技術で作られており、原材料を節約し、素材の品質を向上させます。この素材はリールとして製造できるため、既存の工場で配送できます。この素材は飛び散りにくいですが、水中に入れると分解されます。紙よりも耐久性があり、プラスチックよりも形状を保ちます。この素材は段ボールと一緒にリサイクルされます。[128]
バイオ複合材料の例
- スラパック缶は木片と生分解性の天然バインダーから作られており、プラスチックに似た特徴を持っています。これらの包装製品は水と油脂に耐え、酸素を通しません。スラパック製品はエコロジーと高級感を兼ね備えており、デザイン上の制限はありません。スラパックはコスト面で従来のプラスチック缶と競合でき、同じ包装装置に適しています。[129]
- Woodio は、木材複合シンクやその他の浴室用家具を製造しています。この複合材は、木材チップと透明なバインダーの混合物を成形して製造されます。Woodio は、完全に防水性のある無垢材複合材を開発しました。この素材はセラミックと同様の特徴を持っていますが、セラミック廃棄物とは異なり、寿命が尽きた後はエネルギー生産に使用できます。無垢材複合材は硬く、木製の道具で成形できます。[130]
- ウッドキャストは再生可能で生分解性の鋳型材料です。ウッドチップと生分解性プラスチックから作られています。常温では硬くて丈夫ですが、加熱すると柔軟で粘着性になります。ウッドキャストは、すべての石膏や支持要素に適用できます。この材料は通気性があり、X線を透過します。石膏や作業療法に使用され、あらゆる解剖学的形状に成形できます。余った部分は再利用できます。使用済みの鋳型は、エネルギーまたはバイオ廃棄物として処分できます。この複合材料は、水を必要とせず、毒性がない点で従来の石灰鋳型とは異なります。したがって、鋳型を取り扱う際にガスマスク、ガントレット、吸引ファンは必要ありません。[131] [132] [133]
持続可能なパッケージングのために
プラスチックのパッケージや部品は、有効な環境ソリューションの一部となる場合があります。また、石油や天然ガスを原料とするプラスチックの代替品が望ましい場合もあります。
特に、食品の保存やその他の目的に必要なため、包装を段階的に廃止できない用途（全国的な食料品店要件の政策など）では、プラスチックを使わない包装用の材料が開発または使用されています。
プラスチックに代わる植物性タンパク質ベースの生分解性包装材は、分子レベルで強度が高く類似していることで知られるクモの糸の研究に基づいて開発された。 [134] [135]
農業研究局の研究者は、石油由来の包装の代替として乳製品由来のフィルムの使用を検討している。これらの乳製品由来のフィルムは、合成ポリマーではなく、牛乳に含まれるカゼインやホエーなどのタンパク質から構成される。このフィルムは生分解性があり、合成化学由来のフィルムよりも酸素バリア性に優れている。乳製品由来のフィルムの防水性を向上させるにはさらなる研究が必要だが、持続可能な包装の進歩は積極的に追求されている。[136]
持続可能な包装政策は、特定の製品ごとに個別化することはできません。効果的な法律には、一部の製品だけでなく、多くの製品の代替品を含める必要があります。そうしないと、持続可能な包装のプラスの影響は、プラスチック包装の大幅な削減を推進するために必要なほど効果的ではありません。代替品を見つけることで、持続不可能な包装の生産による温室効果ガスの排出を削減し、持続不可能な包装慣行による危険な化学副産物を削減できます。[137]
繊維
繊維産業、またはその特定の活動や要素は、強力なグローバルバイオエコノミーセクターであると考えられる。繊維は天然繊維、再生繊維、合成繊維から生産される（Sinclair 2014）。天然繊維繊維産業は、綿、リネン、竹、麻、ウール、シルク、アンゴラ、モヘア、カシミアをベースとしている。[138]
繊維の生産と加工に関連する活動の中で、より明確にバイオエコノミーの領域に属するものとしては、菌類を使用した皮革のような素材のバイオファブリケーション[139] 、 [140]、[141]、菌類の綿代替品[142] 、菌類の細胞壁からの再生可能な繊維[143]などの開発がある。
繊維はバイオベースの材料から化学プロセスで形成されます。これらの繊維はバイオベースの再生繊維と呼ばれます。最も古い再生繊維は19世紀に生産されたビスコースとレーヨンです。最初の工業プロセスでは、大量の木材が原料として使用され、有害な化学物質と水も使用されました。その後、繊維の再生プロセスが開発され、原材料、化学物質、水、エネルギーの使用が削減されました。[138]
1990年代には、リヨセルなどのより持続可能な再生繊維が初めてテンセルという商品名で市場に登場しました。生産工程では木材セルロースを使用し、有害な化学物質を使用せずに繊維を加工します。[138]
次世代の再生繊維が開発中である。生産工程では化学物質の使用が減るか全く使用されなくなり、水の消費量も減少する。[144]
問題
脱成長、グリーン成長、循環型経済
バイオエコノミーは、主に「グリーン成長」のビジョンと関連付けられてきた。[145]ある研究では、「循環型バイオエコノミー」は「パリ協定の気候目標に沿ってカーボンニュートラルな未来を築くために必要」かもしれないとされている。[146]しかし、技術進歩に焦点を当てたり依存したりすることで、根本的に持続不可能な社会経済モデルが変化するどころか維持されるのではないかと懸念する人もいる。[147]一部の人々は、それが経済のエコロジカル化ではなく、生物、つまり「生きているもの」の経済化につながるのではないかと懸念しており、持続可能性を高めるための非バイオベースの技術の可能性を考慮する必要があると警告している。[147]ある研究では、2019年現在、EUのバイオエコノミーの現在の解釈は、「経済における再生可能資源に基づく活動の割合を拡大すると、経済成長が鈍化し、経済全体の拡大に厳しい制限が課されるというバラノフとジョルジェスク・ルーゲンの当初の見解とは正反対である」とされている。[148]さらに、「シリコンバレーと食品企業」がバイオエコノミー技術をグリーンウォッシングや独占集中に利用する可能性があると警告する人もいます。[149]バイオエコノミー、その可能性、破壊的な新しい生産様式とイノベーションは、体系的な構造的社会経済的変化の必要性から注意をそらす可能性があり[150] [151] 、技術的な解決策[10]によって現代のパターンと構造を維持し、構造的変化を先取りできる可能性があると示唆するテクノ資本主義のユートピア 主義/楽観主義という誤った幻想を与える可能性があります。
失業と仕事の再配分
多くの農家は従来の農作物生産方法に依存しており、その多くは発展途上国に住んでいる。[152]合成コーヒーなどの製品のための細胞農業は、現代の社会経済的状況（インセンティブや市場のような資源分配メカニズムなどの社会経済システムのメカニズム）が（性質、目的、範囲、限界、程度などにおいて）変化しない場合、彼らの雇用と生計、ならびにそれぞれの国の経済と社会の安定を脅かす可能性がある。ある研究は、「必要とされる専門知識とイノベーションの高額な投資コストを考えると、培養肉が途上国の貧困層に直ちに利益をもたらす可能性は低い」と結論付け、動物農業は貧困国の農家の生存に不可欠であることが多いことを強調した。[153]しかし、影響を受けるのは途上国だけではない可能性がある。[154]
特許、知的財産、独占
観察者たちは、バイオエコノミーが、それが置き換えようとしている産業、つまり現在の食料システムと同じくらい不透明で説明責任のないものになるのではないかと懸念している。その主な製品は、将来の均質なファーストフード店で売られる、大量生産された栄養価の疑わしい肉になるのではないかという懸念だ。[149]
医学界は、遺伝子特許が医療の実践と科学の進歩を阻害する可能性があると警告している。[155]これは、特許や私的知的財産ライセンスが使用されている他の分野にも当てはまり、多くの場合、知識と技術の使用と継続的な開発を何年も何十年も完全に妨げている。一方、特に現在の程度と範囲でのR&Dインセンティブとしての知的財産保護がなければ、企業は競争力のある実行可能なバイオテクノロジー研究を行うためのリソースや動機/インセンティブを持たなくなると懸念する人もいる。そうでなければ、初期のR&D投資から十分な利益を生み出すことができなかったり、他の可能な支出から得られる利益よりも少ない利益しか生み出せなかったりする可能性があるからだ。[156]「バイオパイラシー」とは、「非工業化文化で何世紀にもわたって使用されてきた生物資源と生物製品の独占的所有権と管理を正当化するために知的財産システムを使用すること」を指す。[157]
バイオエコノミーは、知識と技術の移転とタイムリーで効率的なイノベーションを経て、持続可能で健康的、安価で安全で入手しやすい食品を、ほとんど労力をかけずに地元で生産することにつながるのではなく、積極的な独占形成と格差の悪化につながる可能性がある。[158] [159] [149] [追加の引用が必要]たとえば、生産コストは最小限であるかもしれないが、医薬品[160]を含むコストは高くなる可能性がある。
イノベーション管理、公共支出、ガバナンス
公的投資は、政府が細胞農業を規制し認可するために使用すべきツールであると主張されてきた。民間企業やベンチャーキャピタルは、社会福祉よりも投資家の価値を最大化しようとする可能性が高い。[149]さらに、急進的なイノベーションはよりリスクが高いと考えられており、「おそらくより多くの情報の非対称性を伴うため、民間の金融市場はこれらの摩擦を不完全に管理する可能性があります」。政府はまた、「知識のフロンティアを押し広げて市場を収益性の高いものにするには複数のイノベーターが必要になるかもしれませんが、単一の企業が初期に必要な投資を行いたがらないため」、調整を支援する可能性があります。また、関連分野への投資は、バイオエコノミーへの移行を妨げるボトルネックになっているようです。[161] 政府は、ネットワークを持たないイノベーターが「公的資金を獲得するために必要な知名度と政治的影響力を自然に獲得する」のを支援し、関連法の決定を支援することもできます。[162] 起業家エコシステムを支援するインフラストラクチャを確立することで、革新的なバイオエコノミーのスタートアップにとって有益な環境を作り出すのに役立ちます。[163]このようなバイオエコノミーのスタートアップ企業がバイオエコノミーの変革を通じて提供される機会を活用できるようにすることは、バイオエコノミーの変革の成功にさらに貢献します。[164]
人気メディアでは
バイオパンクはサイバーパンクとの類似性からそう呼ばれるSFのジャンルで、バイオエコノミーとその潜在的な問題や技術を主題にしていることが多い。小説『ねじまき少女』は、冷酷なバイオエコノミーによって動かされ、気候変動に苦しむ社会を描いている。[165]最近の小説『チェンジ・エージェント』では、普及しているブラックマーケットのクリニックが裕福な人々に無許可の人間の遺伝子強化サービスを提供しており、例えば特注の麻薬が地元で3Dプリントされたり、ソフトロボットで密輸されたりしている。[166] [167] ソーラーパンクは、人間社会と環境の関係に焦点を当て、遺伝子工学、合成肉、商品化などバイオエコノミーの多くの問題や技術にも取り組む、新たなジャンルである。[168] [169]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、バイオエコノミーに関連するメディアがあります。
- 欧州委員会バイオエコノミーナレッジセンター
- 国連食糧農業機関: 持続可能で循環的なバイオエコノミー