エネルギー作物

エネルギー作物は、低コストでメンテナンスの手間がかからず、再生可能なバイオエネルギーの生産のみを目的として栽培される作物です（食用ではありません）。作物はペレット、バイオエタノール、バイオガスなどの固体、液体、または気体の燃料に加工されます。燃料は燃焼して電力や熱を生成します。

植物は一般的に木本と草本に分類されます。木本植物にはヤナギ^[1]やポプラが含まれ、草本植物にはMiscanthus x giganteusやPennisetum purpureum（どちらもエレファントグラスとして知られています）が含まれます。草本作物は樹木よりも物理的に小さいですが、木本作物と比較して約2倍の量のCO2（炭素の形で）を地下に蓄えます_。 [ ^2]

遺伝子組み換えなどのバイオテクノロジーの手法により、植物を操作して収穫量を増やすことができます。既存の栽培品種でも比較的高い収穫量を実現できます。^{[3] : 250}しかし、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の追加の利点は、^遺伝子組み換え作物を使用することでのみ実現できます。

固形バイオマスは、ペレット化されることが多く、火力発電所で単独で、または他の燃料と混合して燃焼するために使用されます。あるいは、熱または熱電併給発電(CHP) の生産に使用されることもあります。

短期伐採型雑木林（SRC）農業では、柳やポプラなどの成長の早い樹種が3年から5年の短いサイクルで栽培され、収穫されます。これらの樹木は湿った土壌条件で最もよく成長します。地元の水質への影響は排除できません。脆弱な湿地の近くに植えることは避けるべきです。^{[5] [6] [7]}

トウモロコシ、スーダングラス、キビ、シロツメクサなど多くの作物は、サイレージにしてバイオガスに変換することができます。^[3] 嫌気性消化装置またはバイオガスプラントは、サイレージにされたエネルギー作物を直接補充することができます。ドイツのバイオ農業で最も急速に成長している分野は、「再生可能エネルギー作物」の分野で、約500,000ヘクタール（1,200,000エーカー）の土地で栽培されています（2006年）。^{[8]エネルギー作物は、肥料や腐った穀物など、原料のエネルギー含有量が低い場合にも、ガス収量を増やすために栽培することができます。現在、サイレージを介してメタンに変換された}バイオエネルギー作物のエネルギー収量は、年間約2  GWh / km ²（1.8 × 10 ¹⁰  BTU / sq mi）と推定されています。小規模な家畜混作農家は、耕作地の一部を使ってエネルギー作物を栽培・転換し、約5分の1の耕作地で農場全体のエネルギー需要を満たすことができる。しかし、ヨーロッパ、特にドイツでは、この急速な成長は、ドイツの再生可能エネルギーボーナス制度のように、政府の多大な支援があって初めて実現した。^[9]サイレージメタンによる作物栽培とバイオエネルギー生産の統合という同様の取り組みは、政治的・構造的問題とエネルギー生産の集中化に向けた継続的な大きな推進により、前向きな取り組みが影を潜めてしまった北米ではほとんど見過ごされてきた。^[要出典]

ヨーロッパのエネルギー作物からのバイオディーゼル生産は、過去10年間で着実に増加しており、主に油とエネルギー用に使用される菜種に集中しています。菜種からの油/バイオディーゼル生産は、ドイツだけで12,000 km ²以上をカバーしており、過去15年間で2倍になっています。^[10] 純粋なバイオディーゼルとしての油の典型的な収量は100,000 L/km ²（68,000 USガロン/平方マイル、57,000 impガロン/平方マイル）以上であり、栄養バランスが取れていて根こぶ病などの病気の蔓延を防ぐ持続可能な輪作が使用される限り、バイオディーゼル作物は経済的に魅力的です。大豆のバイオディーゼル収量は菜種のそれよりも大幅に低いです。^[11]

セルロース系バイオエタノールの生産に使用される主な非食用作物は、スイッチグラスとジャイアントススキの2つです。アメリカでは、バイオメタンを支える農業構造が多くの地域に存在せず、クレジットやボーナス制度もないため、セルロース系バイオエタノールに強い関心が寄せられています。^[要出典]その結果、酵素加水分解や類似のプロセスにおける市場性があり特許取得可能なイノベーションに、多くの民間資金と投資家の期待が寄せられています。牧草はバイオブタノールのエネルギー作物でもあります。

バイオエタノールは、主にトウモロコシ（トウモロコシの種子）を使用して発酵により直接エタノールを製造する技術も指します。ただし、特定のフィールドおよびプロセス条件下では、このプロセスは、生産されるエタノールのエネルギー値と同じ量のエネルギーを消費するため、持続可能ではありません。穀物蒸留残渣（蒸留穀物蒸留残渣または DGS と呼ばれる）をバイオガスに変換する新しい開発は、このタイプのバイオエタノール プロセスの低いエネルギー比率を改善する手段として有望に見えます。

スウェーデンでは柳や麻がよく使われます。

フィンランドでは、ヨシは人気のエネルギー作物です。^[12]

スイッチグラス（学名： panicum virgatum）もエネルギー作物です。^[13]スイッチグラス1トンを生産するには0.97～1.34 GJの 化石エネルギーが必要ですが、トウモロコシ1トンを生産するには1.99～2.66 GJが必要です。 ^[14]スイッチグラスには約18.8 GJ/ODTのバイオマスが含まれていることを考えると、この作物のエネルギー出力対入力比は最大20:1になる可能性があります。^[15]

化石燃料発電所の汚染を減らし、炭素排出量を削減またはゼロにする方法はいくつかあります。頻繁に使用され、費用対効果の高い方法は、発電所を別の燃料（エネルギー作物/バイオマスなど）で稼働するように改造することです。改造された化石燃料発電所がエネルギー作物/バイオマスを原料として使用する場合、バイオマスの焙焼が発電所に利益をもたらす場合があります。 ^[16]また、エネルギー作物を燃料として使用し、バイオ炭生産を実施する場合、火力発電所はカーボンニュートラルだけでなく、カーボンネガティブにもなり得ます。石炭火力発電所の エネルギー効率を改善することでも排出量を削減できます。

近年、バイオ燃料は化石燃料の代替として多くの国で注目を集めています。そのため、この再生可能資源の持続可能性を理解することは非常に重要です。バイオ燃料の使用には、温室効果ガス排出量の削減、化石燃料よりも低コスト、再生可能性など、多くの利点があります。 ^[17]これらのエネルギー作物は、発電に使用できます。木材セルロースとバイオ燃料を定置型発電と組み合わせると、非常に効率的であることがわかっています。2008年から2013年にかけて、世界のバイオ燃料生産は109％増加しており、需要を満たすためにさらに60％増加すると予想されています（経済協力開発機構（OECD）/国連食糧農業機関（FAO）による）。^[18]

エネルギー作物の使用/需要の増加が予測されることから、この資源が持続可能かどうかという疑問が生じます。バイオ燃料の生産増加は、土地利用の変化、生態系（土壌と水資源）への影響に関する問題を引き起こし、エネルギー作物、食用作物、飼料作物の栽培に使用する土地スペースの競争を激化させます。将来のバイオエネルギー原料に最適な植物は、成長が早く、収穫量が多く、成長や収穫などにほとんどエネルギーを投入しないものでなければなりません。 ^[18]エネルギー作物をエネルギー生産に使用することは、その炭素中立性のために有益です。エネルギー作物は化石燃料よりも安価な代替品であり、エネルギー生産に使用できる植物の種類は非常に多様です。しかし、コスト（他の再生可能エネルギー源よりも高価）、効率、生産を維持するために必要なスペースに関する問題を考慮し、改善して、バイオ燃料の使用が一般的に採用されるようにする必要があります。^[17]

植物の成長中、CO2_は植物に吸収されます。^[19]通常の森林の炭素循環期間は数十年にわたりますが、短期伐採林業（SRF）の林分の循環期間は8〜20年、短期伐採林業（SRC）の林分の循環期間は2〜4年です。^[20]ススキやネピアグラスなどの多年生草本の循環期間は4〜12か月です。バイオマス作物は、地上組織でCO2を吸収するだけでなく、地下の根や土壌にも_炭素を隔離します。通常、多年生作物は、根の成長が何年も邪魔されずに続くため、一年生作物よりも多くの炭素を隔離します。また、多年生作物は、一年生作物の栽培に伴う毎年の耕作手順（耕作、掘削）を回避します。耕作は、土壌微生物群集が利用可能な炭素を分解し、 _CO2を生成するのに役立ちます。

土壌有機炭素は、耕作地の下よりもスイッチグラス作物の下、特に30cm（12インチ）以下の深さで多くなることが観察されています。 ^[21]

隔離される炭素の量と排出される温室効果ガス(GHG)の量によって、バイオエネルギー プロジェクトの GHG ライフサイクル コスト全体がプラス、中立、またはマイナスになるかどうかが決まります。具体的には、地下の炭素蓄積量が地上のライフサイクル GHG 排出量を補う以上の量である場合、GHG/炭素マイナスのライフサイクルが可能になります。

例えば、Miscanthus × giganteusの場合、カーボンニュートラル、さらにはカーボンネガティブも手の届く範囲にあります。これは、収穫量とそれに伴う炭素隔離が非常に大きいため、農場運営による排出量、燃料転換による排出量、輸送による排出量の合計よりも多くを占めることを意味します。^[22]隔離が成功するかどうかは植栽場所に依存しており、隔離に最適な土壌は現在炭素が不足している土壌です。

英国では、イングランドとウェールズのほとんどの耕作地で炭素隔離が成功すると予想されているが、スコットランドの一部では、すでに炭素が豊富な土壌（既存の森林）のため、炭素隔離は失敗すると予想されている。また、スコットランドでは、この寒冷な気候で比較的収穫量が少ないため、CO2排出量がマイナスになるのが難しくなる_。すでに炭素が豊富な土壌には、泥炭地や成熟した森林が含まれる。草地も炭素を豊富に含み、英国で最も炭素隔離が成功しているのは、改良された草地の下であることがわかっている。^[23]

• GA Mansoori、N Enayati、LB Agyarko (2016)、「エネルギー：資源、利用、法律、持続可能性、モデル州としてのイリノイ州」、World Sci. Pub. Co.、ISBN 978-981-4704-00-7 
• 燃料用エネルギー作物
• バイオマスエネルギーセンターのエネルギー作物
• 持続可能なエネルギー農業センター