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| ミスカンサス×ギガンテウス | |
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科学的分類 
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| 王国： | 植物界 |
| クレード: | 維管束植物 |
| クレード: | 被子植物 |
| クレード: | 単子葉植物 |
| クレード: | ツユクサ科 |
| 注文： | ポアレス |
| 家族： | イネ科 |
| 亜科: | パニコ科 |
| 属: | ミスカンサス |
| 種： | M. ×ギガンテウス
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| 二名法名 | |
| ミスカンサス×ギガンテウス JMGreef、Deuter ex Hodk、Renvoize 2001
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| 同義語[a] [b] | |
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ミスカンサス×ギガンテウスは、ジャイアントミスカンサスとも呼ばれ、ミスカンサス シネンシスとミスカンサス サッカリフロルスの不稔雑種です。 [b]竹のような茎を持つ多年草で、1シーズン（3シーズン目以降）で高さ3〜4メートル（13フィート）まで成長します。 [c]ペニセタム プルプレウム、アルンド ドナックス、サッカラム ラヴェンナエと同様に、エレファントグラスとも呼ばれます。
Miscanthus × giganteus の多年生性、限界地での生育能力、水効率、非侵略性、低肥料、顕著な炭素隔離、高収量などは、研究者の間で大きな関心を呼び起こしており[d] 、一部の研究者は、Miscanthus × giganteusは「理想的な」エネルギー作物の特性を持っていると主張しています[e]。マイナスの排出をもたらす可能性があると主張する人もいれば、水質浄化や土壌改良の特性を強調する人もいます。ただし、既存の化石燃料ベースの燃焼インフラストラクチャでの使用には、実用的および経済的な課題があります。この問題の対策として、焙焼やその他の燃料アップグレード技術が研究されています。
使用エリア
Miscanthus × giganteusは主に固形バイオ燃料の原料として使用されます。直接燃焼することも、ペレットやブリケットに加工することもできます。また、液体バイオ燃料やバイオガスの原料としても使用できます。
あるいは、ススキを建築材料や断熱材として使用することも可能です。[f]ススキから生産される材料には、ファイバーボード、ススキ/木材複合パーティクルボード、ブロックなどがあります。パルプや繊維の原料として、また環境に優しい使い捨て皿、カップ、カートンなどの成形品としても使用できます。パルプはさらにメチルセルロースに加工され、食品添加物や多くの工業用途に使用できます。ススキ繊維は、バイオ複合材料や合成材料の強化用原料を提供します。農業では、ススキのわらは土壌のマルチングに使用され、土壌の水分を保持し、雑草の成長を抑制し、浸食を防ぎます。さらに、ススキは炭素と窒素の比率が高いため、多くの微生物が住みにくく、家禽、牛、豚、馬、ペット用の清潔な敷き藁になります。馬の敷き藁として使用されるススキは、有機肥料の製造と組み合わせることができます。[1]ミスカンサスはペットフードの繊維源としても使用できます。[2]
ライフサイクル
伝搬
ススキ×ギガンテウスは、地下茎を細かく切り、その部分を地中 10 cm (4 インチ) に植え直すことで繁殖します。1 ヘクタール (2.5 エーカー) のススキの地下茎を切り、10～30ヘクタールの新しいススキ畑を植えることができます (増殖係数 10～30)。[g]地下茎による繁殖は、新しい作物を植える労働集約的な方法ですが、作物の生涯で 1 回しか行われません。代替の繁殖技術は利用可能であり、[3]または開発中です[h] [i]節による繁殖などがあります。[j]種子による繁殖の場合、コストは半分になると予測されています。[k]
管理
この植物は除草剤をほとんど必要とせず、最初の2シーズンの初めだけ必要とします。その後は、密集した樹冠と枯れ葉で形成されたマルチが雑草の成長を効果的に抑制します。 [4] [5]ミスカンサスは窒素利用効率が高いため、[l]肥料も通常は不要です。[m ]一方、マルチフィルムは、M. x giganteus とさまざまな種子ベースのハイブリッドの両方がより速くより高く成長し、植物あたりの茎の数が増えるのを助け、定着段階を3年から2年に効果的に短縮します。[n]理由は、このプラスチックフィルムが表土の湿度を保ち、温度を上げるためと思われます。 [o]
収率
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ミスカンザスは太陽光をバイオマスに変換する効率が非常に高く、[p]水利用効率はあらゆる作物の中でもトップクラスです。[q]ミスカンザスの水利用効率は、同種のC4植物であるトウモロコシの 2 倍、 C3エネルギー作物であるヤナギ ( Salix viminalis )の 2 倍、C3 植物である小麦の 4 倍です。[r]英国の典型的な冬季収穫は、乾燥質量11～14 トン/ヘクタール (1.1～1.4 キログラム/平方メートル (0.23～0.29 ポンド/平方フィート)) で、年間 200～250 GJ/ヘクタール (22,000～28,000 kWh/エーカー) のエネルギーを生み出します。これは、トウモロコシ(98 GJ/ヘクタール)、ナタネ(25 GJ/ヘクタール)、小麦/テンサイ(7～15 GJ/ヘクタール) と比べても遜色ありません。[s]米国では、M. × giganteusはスイッチグラスの2倍の収穫量があることが示されています。[7]
ヨーロッパの多くの地域では、ミスカンザス農園は、収穫量が多く、農場管理のエネルギー使用量が少ないため、競合するどのエネルギー作物よりも多くの純エネルギーを生産しています。[t]収穫量での主な競合相手は、短期伐採林地（SRC）または短期伐採林地（SRF）で育つヤナギとポプラです。ヨーロッパ北部では、ヤナギとポプラは同じ場所でミスカンザスの冬季収穫量に近づき、時にはそれを超えます。[u]世界的に、FAOは森林農園の収穫量は、乾燥質量で1ヘクタールあたり年間0.4～12.2トン（0.16～4.86ロングトン/エーカー、0.18～5.44ショートトン/エーカー）の範囲であると推定しています。ロシア産の松の収穫量は最も少なく（0.4～2 t/ha）、アルゼンチン、ブラジル、チリ、ウルグアイのユーカリとフランス/イタリアのポプラの収穫量は最も多く、ユーカリは7.8～12.2 t/ha、ポプラは2.7～8.4 t/haである。[v] IPCCは、世界の植林地の収穫量（伐採による損失前）は0.4～25トンの間で変動し、ほとんどの植林地は5～15トンを生産していると推定している。しかし、自然林の収穫量はそれより低く、1ヘクタール当たり年間0.1～9.3乾燥トンで、ほとんどの自然林は1～4トンを生産している。[8]温帯気候の自然林の平均収穫量は、伐採による損失前で1ヘクタール当たり年間1.5～2乾燥トンである。[w] [9]
ミスカンサスの収穫量は夏の終わりにピークを迎えますが、収穫は通常冬または早春まで延期されます。この時点では葉が落ちるため収穫量は約 3 分の 1 減少しますが、燃焼品質は高くなります (バイオマス内の水分と塩素の量が少ないため)。収穫を遅らせることで、窒素が根茎に戻り、次の成長期に植物が使用できるようになります。[x]
ヨーロッパでは、ピーク（秋）の乾物収量は、場所によって異なりますが、1ヘクタールあたり年間およそ10～40トン（1エーカーあたり年間4～16トン）と測定されており、平均ピーク乾物収量は22トンです。[y]個々の試験では、ピーク収量は17トン（デンマーク）、17～30トン（ドイツとオーストリア）、25トン（オランダ）、39トン（ポルトガル）、42～49トン（フランス）であることが示されています。個々の試験では、遅延（冬/春）収穫量は10トン（デンマーク）、11～17トン（英国）、14トン（スペイン）、10～20トン（ドイツ）、16～17トン（オランダ）、22トン（オーストリア）、20～25トン（イタリア）、26～30トン（ポルトガル）、30トン（フランス）と示されています。[1]別の試験では、ドイツで遅延収穫量が15トンであることが示されました。[z]研究者は、英国では平均遅延収穫量が10トン[aa]と10.5～15トンの間であると推定しています。 [10]
ご覧のとおり、収穫量は南ヨーロッパで最も高く、一般的には天水栽培で25～30トンです（収穫を冬/春まで遅らせた場合）。灌漑では、ポルトガルでの個別の試験で36トン、イタリアで34～38トン、ギリシャで38～44トンの収穫がありました。[11]米国イリノイ州での試験では、1エーカーあたり10～15トン（25～37t/ha）の収穫がありました。ヨーロッパと同様に、南に行くほど収穫量が増えます。
バイオマス全般については、熱帯気候の方が温帯気候よりも収量が高くなることが期待されます。[ab]しかし、ミスカンサス×ギガンテウスに限って言えば、研究者の間でも収量ポテンシャルについては意見が分かれています。熱帯地方ではまだ実際のフィールド試験が行われていないため、理論に基づいた推定しかできません。この植物は耐熱性があると主張する者もおり、[ac]収量ポテンシャルは1ヘクタール当たり年間60～100乾燥トンであると主張しています。[ad]耐熱性が低いため、収量も低くなると予測する者もいます。[ae]ミスカンサスの他の遺伝子型は耐熱性が高いという点では意見が一致しています。例えば、ミスカンサス シネンシスです。[12]明らかに高温に適した他の種類のエレファントグラス（異なるネピアグラスの変種）は、1ヘクタールあたり最大80トンの収穫があることが示されており、[af] [ag] [ah]、商業的なネピアグラスの開発者は、十分な量の雨や灌漑（1か月あたり100 mm）があれば、1ヘクタールあたり年間約100乾燥トンの収穫を宣伝しています。[ai] [aj]
一般的に、限界地の収穫量は、同じ地理的エリアの耕作地よりも低く期待されます。限界地とは、水や栄養分の貯蔵能力が低い、塩分濃度が高い、有毒物質がある、地質が悪い、土壌の深さが浅い、排水が悪い、肥沃度が低い、地形が急峻であるなど、成長を制限する問題を抱えた土地のことです。限界地という用語の定義によって異なりますが、世界には11億～67億ヘクタールの限界地が存在します。[ak]ちなみに、ヨーロッパは約10億ヘクタール（1,000万km2、390万平方マイル）、アジアは45億ヘクタール（4,500万km2、1,700万平方マイル）です。 IRENA（国際再生可能エネルギー機関）によると、現在、世界で15億ヘクタールの土地が食料生産に利用されているが、「約14億ヘクタールの土地は適しているが、現在まで使われておらず、将来バイオエネルギー供給に割り当てられる可能性がある」とのことだ。[14] IPCCは、バイオエネルギーに適した限界的土地は世界に3億2千万から14億ヘクタールあると推定している。[al] EUプロジェクトMAGICは、欧州連合にはミスカンサス×ギガンテウスのプランテーションに適した限界的土地が4500万ヘクタール（449,901 km2、スウェーデンと同程度の大きさ）あると推定している。[15]予想される収穫量は3つのクラス（高：30～40 t/ha/年、中：20～30 t/ha/年、低：0～20 t/ha/年）である。[16]
Miscanthus × giganteusは、暑さ、干ばつ、洪水、塩分（100 mM未満）、および低温土壌（-3.4 °C、または 25 °F まで）に対して中程度または高度に耐性があります。[am]この頑強性により、沿岸地域、湿った生息地、草原、放棄された製粉所、森林の端、川岸、丘陵地帯、山の斜面などの限界地に比較的高収量のミスカンサス畑を確立することが可能になります。[17]ヨーロッパの塩分を含む限界地の 99% は、最大でも 11% の収量損失のみで M. × giganteus のプランテーションに使用できます。[an] 200 mM までの塩分は根や地下茎に影響を与えないため、炭素隔離は影響を受けません。[ao]研究者らは、中央ヨーロッパの耕作地の最大収穫量と比較して、低温により制限された限界地（モスクワ）での収穫量が36%減少したことを発見した。また、中央ヨーロッパの耕作地の最大収穫量と比較して、干ばつにより制限された限界地（トルコ）での収穫量が21%減少したことも発見した。[ap]
研究者らは、中国の限界耕作地におけるミスカンサスの年間平均収穫量は1ヘクタールあたり14.6乾燥トンと予測しているが、これは耕作地で予想される平均収穫量を12.6%下回る。研究者らは、中国の限界耕作地におけるミスカンサスは年間31.7EJ（エクサジュール）のエネルギーを生産できると計算しており、[18]これは同国の2019年の石炭消費量の39%に相当する量である。[aq]アイルランドでの個別の試験では、低温、冬の浸水、夏の乾燥してひび割れた土壌に悩まされた場所で、平均して1ヘクタールあたり年間9トンの収穫遅延が示された。[19]研究者らは、米国（ケンタッキー州、イリノイ州、ネブラスカ州、ニュージャージー州、バージニア州、ノースカロライナ州）のさまざまな土壌で17～31トンの収穫があったと報告し、それを中西部で一般的な侵食された粘土質土壌（粘土質土壌とは表土の下の粘土層で、穀物作物の栽培には適さない土壌）で軽く肥料を与えた3年生のミスカンサスの収穫物と比較した。ミスカンサスの収穫物は1ヘクタールあたり年間20～24トンの収穫があった（収穫が遅れた）。著者らは「[...] 侵食された粘土質土壌はミスカンサスの生育や収穫量に悪影響を与えない可能性がある」と結論付けた。[20]
収穫量予測ソフトウェア Miscanfor は、ススキが枯れるまでに耐えられる土壌乾燥期間の平均最大は 30 日、根茎が枯れて植え直しが必要になるまでには 60 日かかると予測しています。[ar]十分な降雨量に加えて、土壌の保水能力は、特に乾燥期に高い収穫量を得るために重要です。[as]保水能力の低い土壌では、定着期の灌漑が重要です。灌漑により根が地下深くまで伸び、植物の水分収集能力が向上するためです。[at] [au] [av]
ミスカンサスは、金属や一般的な産業活動によって汚染された土壌でも比較的よく育ちます。[21]たとえば、ある試験では、M. × giganteus が3 か月後に土壌中の鉛含有量の 52% とヒ素含有量の 19%を吸収したことがわかりました。 [22]吸収によって汚染物質が安定化し、空気中 (塵として)、地下水、近隣の表層水、または食料生産に使用されている近隣地域に拡散しなくなります。[aw]汚染されたミスカンサスを燃料として使用する場合、燃焼施設ではこの状況に対処するための適切な設備を設置する必要があります。[23]しかし、全体としては、「[…] ミスカンサスは、バイオマス生産と汚染された限界地の生態系回復を組み合わせるのに適した作物です。」[24]研究者らは、ススキは「重金属汚染や塩分を多く含む低品質の農地でも生産力を発揮する」ため、「持続可能な農業の強化に貢献し、農家が食糧安全保障を損なうことなく、拡大する市場にバイオマスを供給し、多様化することを可能にする」と主張している。[25]
収量 – 他のエネルギー源との比較
さまざまな種類のエネルギー生産に必要な土地利用を計算するには、関連する表面発電密度（例：1平方メートルあたりの発電量）を知ることが不可欠です。
原子力発電は、非常に高い出力密度を持っています。世界最大級の原子力発電所の1つであるブルース原子力発電所は、合計932ヘクタール（2,300エーカー）の土地を占め、総熱出力は22,656MWです。総正味電気出力は6,508MWです。したがって、面積出力密度は、熱出力では2,431W/m 2（225.8W/平方フィート）、正味電気出力では698.3W/m 2（64.87W/平方フィート）です。油田も非常にエネルギー密度が高い場合があります。ガワール油田は、 およそ8,400平方キロメートル（3,200平方マイル）の面積で、年間7.955エクサジュール（2.210 × 10 12 kWh）に相当する石油を生産しています。これらの数値を 1 年間で平均すると、252.25 ギガワット、つまり約 30.03 W/m 2 (2.790 W/平方フィート) になります。
現代のバイオ燃料、風力、水力、太陽光発電の平均表面発電密度は、それぞれ0.3 W/m 2 (0.028 W/平方フィート)、1 W/m 2 (0.093 W/平方フィート)、3 W/m 2 (0.28 W/平方フィート)、5 W/m 2 (0.46 W/平方フィート)である（バイオ燃料の場合は熱、風力、水力、太陽光発電の場合は電気の形での電力）。[26]熱生産を目的としたミスカンザス農園の表面発電密度は、1ヘクタールあたり収穫量10トンあたり0.6 W/m 2である。言い換えると、収穫量30トンは1.8 W/m 2に相当し、この収穫量の農園の電力密度は、風力と水力の平均電力密度の中間に実質的に位置づけられる（下記参照）。氷のない土地における人間の平均電力消費量は0.125 W/m 2 (0.0116 W/平方フィート) (熱と電気を合わせた値) であるが、[27]都市部や工業地帯では20 W/m 2 (1.9 W/平方フィート)まで上昇する。 [28]
他の種類のバイオ燃料の電力密度が低い理由は、収量が低いことと、植物が部分的にしか利用されていないことの組み合わせです (たとえば、エタノールは通常、サトウキビの糖分またはトウモロコシのデンプン分から作られますが、バイオディーゼルは菜種または大豆の油分から作られることが多いです)。さらに、糖からエタノールへのアルコール発酵(発熱プロセス) では変換損失が発生します。
エタノール生産に使用される場合、1ヘクタールあたり年間15トンの収穫があるススキ農園では、わずか0.40 W/m 2しか生成しません。[29]トウモロコシ畑では0.26 W/m 2（収穫量10 t/ha）を生成します。[30]ブラジルのサトウキビ畑では通常0.41 W/m 2を生成します。[30]冬小麦（米国）は0.08 W/m 2、ドイツ小麦は0.30 W/m 2を生成します。[31]ジェット燃料用に栽培された場合、大豆は0.06 W/m 2を生成し、パーム油は0.65 W/m 2を生成します。[32]限界地で栽培されたジャスロパは0.20 W/m 2 を生成します。[32]バイオディーゼル用に栽培された場合、菜種は0.12 W/m 2を生成します（EU平均）。[33]ススキの栽培や固形燃料の生産とは対照的に、典型的な液体バイオ燃料原料の栽培と燃料の生産には大量のエネルギー投入が必要である。これらの投入が補われると（生産されたエネルギーから使用されたエネルギーを差し引くと）、出力密度はさらに低下する。オランダの菜種ベースのバイオディーゼル生産は調整された出力密度が0.08 W/m 2でEUで最もエネルギー効率が高いが、スペインで生産されるテンサイベースのバイオエタノールは0.02 W/m 2と最も低い。[34]
固形バイオマスをエネルギー目的で使用すると、植物全体を利用できるため、液体を使用するよりも効率的です。たとえば、燃焼用の固形バイオマスを生産するトウモロコシ農園は、収量が同じ場合、エタノールを生産するトウモロコシ農園と比較して、1平方メートルあたりの電力量を2倍以上生成します。10 t/haでは、エネルギー入力を補償せずに、それぞれ0.60 W/m 2と0.26 W/m 2を生成します。 [35]温帯地域のマツ、アカシア、ポプラ、ヤナギの大規模農園では、1ヘクタールあたり年間5〜15乾燥トンの収量を達成すると推定されており、これは0.30〜0.90 W/m 2の表面電力生産密度を意味します。[36]熱帯および亜熱帯地域のユーカリ、アカシア、ギンネム、マツ、ツルセンノウなどの同様に大規模なプランテーションでは、収穫量は通常20～25 t/haで、これは表面発電密度が1.20～1.50 W/m 2であることを意味します。この収穫量推定値は上記のFAO推定値よりもいくらか高く、これらのプランテーションの電力密度も実質的に風力と水力の密度の中間に位置することに注意してください。[36]ブラジルでは、ユーカリの平均収穫量は21 t/haですが、アフリカ、インド、東南アジアでは、典型的なユーカリの収穫量は10 t/ha未満です。[37]
一般に、木材、ススキ[38]、ネピア[39]草などの乾燥バイオマスは、1キログラムあたり約18メガジュール（2.3 kWh/ポンド）の発熱量があります。[40]平方メートルあたりの発電量を計算すると、乾燥バイオマス収量1 t/haごとに、プランテーションの発電量が0.06 W/m 2増加します。[41]前述のように、風力、水力、太陽光発電の世界平均は、それぞれ1 W/m 2、3 W/m 2、5 W/m 2です。これらの電力密度に匹敵するには、プランテーションの収量が風力、水力、太陽光発電でそれぞれ17 t/ha、50 t/ha、83 t/haに到達する必要があります。バイオ燃料の世界平均（0.3 W/m 2）に匹敵するには、プランテーションは1ヘクタールあたり年間5トンの乾燥質量を生産する必要があります。
ただし、収量はバイオマス中の水分量を補うように調整する必要があることに注意してください（発火点に達するために水分を蒸発させることは通常、エネルギーの無駄になります）。バイオマスのわらまたはベールの水分は、周囲の空気の湿度と最終的な事前乾燥措置によって変わりますが、ペレットの標準化された（ISO定義）水分含有量は10％未満（木質ペレット）[ax]および15％未満（その他のペレット）です。[ay]同様に、風力、水力、太陽光の場合、送電線の送電損失は世界全体で約8％に上り、考慮する必要があります。[az]バイオマスを熱生成ではなく電力生成に利用する場合、火力発電所の現在の熱から電気への変換効率（熱効率）はわずか30〜40％であるため、風力、水力、太陽光と競合するには、収量を約3倍にする必要があります。[42]コストを考慮せずに、バイオ燃料、風力、水力、太陽光の表面発電密度を単純に比較すると、水力と太陽光発電は、電力密度の点で、最も収穫量の多いエレファントグラス農園でさえも手の届かないところまで押しやってしまう。[ba]
コージェネレーションと複合サイクル発電所は、廃熱を有効活用することでより高い効率を達成できることに留意してください。コペンヒル廃棄物焼却プラントは、電力に加えて地域暖房ネットワークに熱を供給しています。IEAバイオエネルギーによると、その複合正味熱効率は107％（NCV）です。[43]
炭素隔離
土壌炭素の入出力
植物は光合成を通じて炭素を隔離します。光合成は太陽光によって行われるプロセスで、CO2と水が吸収され、結合して炭水化物を形成します。吸収された炭素は、収穫されたバイオマスが燃焼すると、CO2として大気中に放出されますが、植物の地下部分（根と地下茎）は土壌に残り、長年にわたって 土壌にかなりの量の炭素を追加する可能性があります。
土壌中の炭素の量は、新しい炭素の投入速度と古い炭素の崩壊速度によって決まります。[44] [bb]植物由来の土壌炭素は、生体バイオマスから腐植に至るまでの連続体であり、[45]異なる段階で崩壊します。活性プール、低速プール、受動プールに分けることができ、3つのプールの平均炭素滞留時間（MRT）はそれぞれ0.1～2年、15～100年、500～5000年です。[46]ある実験では、表土の炭素滞留時間は平均60年でした（具体的には、深さ0～10センチメートル（0.0～3.9インチ）では19年、深さ10～50センチメートル（3.9～19.7インチ）では30～152年）。50センチメートル（20インチ）未満の炭素は安定していました。[47]特定の場所における実際の炭素分解率は、植物種、土壌の種類、温度、湿度など、多くの要因によって異なります。[48]研究者は、試験したススキの作物が古くなるにつれて土壌有機炭素蓄積が減少する証拠を見つけられなかったため、その場所では20年間炭素飽和がありませんでした。[49]他の研究者は、土地利用が一年生作物から多年生作物に変更された後、30～50年間継続的に土壌炭素が増加すると推定しています。[50]ススキ畑の土壌中の炭素量は、作物の存続期間中に増加すると予想されますが、最初の耕作（鋤き込み、掘り起こし）と定着段階での炭素投入量が比較的少ないため、増加の始まりは遅い可能性があります。[bc] [bd]（耕作は土壌微生物群が利用可能な炭素を分解し、 CO2を生成するのを助けます。）[be] [bf]研究者は、ススキ畑の下に炭素が多く蓄積されているのは、収穫前および収穫直後の残渣（枯れ葉など）の割合が高いこと、直接的な腐植の蓄積、よく発達した根系が深く伸びていること、炭素と窒素の比率が高いために植物残渣の分解率が低いこと、耕作が行われていないこと（土壌の通気性が低下する）によるものだと主張しています。[51]
年間純炭素蓄積量
IPCCによると、土壌炭素の増加は気候緩和と気候適応の両方にとって重要です。[bg]多くの研究が、さまざまな場所とさまざまな状況下でのススキによる土壌炭素の増加を定量化しようとしています。
Dondini らは、14 年前のススキ畑の下では対照区よりも 1 ヘクタールあたり 32 トン多くの炭素があることを発見しました。これは、平均炭素蓄積率が 1 ヘクタールあたり年間 2.29 トン、つまり年間収穫される炭素総量の 38% であることを示唆しています。 [bh]同様に、Milner らは、収益性の低い土地 (全体の 0.4%) を除外すると、英国全体の平均炭素蓄積率が 2.28 トン (これも年間収穫される炭素総量の 38%) であると示唆しています。[bi] Nakajima らは、日本の札幌にある大学の試験地の下で平均蓄積率が 1.96 トンであることを発見しました。これは、年間収穫される炭素総量の 16% に相当します。ただし、試験期間は短く、わずか 6 年でした。[bj] Hansen らデンマークのホルヌムの試験地では、16年間で年間0.97トンの蓄積率が見られ、これは年間収穫される炭素総量の28%に相当する。[bk] McCalmontらは、ヨーロッパの個々の報告書を比較し、蓄積率は0.42～3.8トン[bl] 、平均蓄積率は1.84トン[bm]で、年間収穫される炭素総量の25%であることが判明した。[bn]土壌炭素の年間変化は、植栽後の最初の2～5年間は変動が大きいが、15年後には変動は無視できるほど小さくなる。[bo]
輸送と燃焼の課題
概要
ススキを含むバイオマス全般は、例えば取り扱いや輸送、粉砕、燃焼に関して、石炭とは異なる特性を持っています。[53]このため、同じ物流、粉砕、燃焼インフラを共有することは困難です。多くの場合、代わりに新しいバイオマス取り扱い施設を建設する必要があり、コストが増加します。[bp]比較的高い原料コストと相まって、バイオマスプロジェクトが経済的に実行可能であるためには補助金を受けなければならない状況につながることがよくあります。[bq]ただし、バイオマスを既存のインフラとより互換性のあるものにする多くの燃料アップグレード技術が現在研究されています。これらの中で最も成熟しているのは焙焼で、基本的には高度な焙焼技術であり、ペレット化またはブリケット化と組み合わせると、取り扱いや輸送の特性、粉砕性、燃焼効率に大きな影響を与えます。
エネルギー密度と輸送コスト
ミスカンザスチップの嵩密度は50～130 kg/m 3 (84～219 lb/cu yd)、[br]ベールは120～160 kg/m 3 (200～270 lb/cu yd)、[bs]であり、ペレットとブリケットの嵩密度はそれぞれ500と600 kg/m 3 (840と1,010 lb/cu yd) である。[54] 焙焼は、特に製品のエネルギー密度を高めることにより、より密度が高く、したがって輸送が安価な製品への傾向と密接に関係している。焙焼では、バイオマスのエネルギー含有量が最も低い部分を（ガス化によって）除去し、エネルギー含有量が最も高い部分を残します。つまり、約 30% のバイオマスが焙焼プロセス中にガスに変換され (プロセスの動力源として使用される可能性もあります)、70% は通常圧縮されたペレットまたはブリケットの形で残ります。ただし、この固体製品には元のバイオマスエネルギーの約 85% が含まれています。[55]基本的に質量部分はエネルギー部分よりも縮小しており、その結果、焙焼バイオマスの発熱量が大幅に増加し、発電に使用されるエネルギー密度の高い石炭 (蒸気/熱炭) と競合できるようになります。現在最も一般的な蒸気炭のエネルギー密度は 22～26 MJ/kg (2.8～3.3 kWh/lb) です。[56]焙焼は「自熱式」(つまり、必要なエネルギーは焙焼される材料の部分燃焼によって供給される) または「異熱式」(つまり、必要なプロセス熱は外部ソースから供給される) で行うことができます。異温の場合、焙焼は間接的なエネルギー貯蔵法としても機能します。電力が安価で豊富なときに材料を焙焼し、電力が不足しているときにガス状および/または固体の生成物をピーク時の発電所で燃焼させることができるためです。焙焼のガス状生成物は合成ガスに似ており、化石燃料と同様に化学産業のさまざまなプロセスに使用できます。焙焼の高炭素固体生成物は、バイオ炭として土壌に堆積するか（さまざまな汚染物質のレベルが十分に低い場合）、または単に燃焼するのが望ましくない場合は、水ガスシフト反応で水素を生成するために使用できます。
エネルギー密度が高いということは、輸送コストが低くなり、輸送に関連する温室効果ガスの排出量が減少することを意味します。[57] IEAは、通常のペレット/ブリケットから焙焼ペレット/ブリケットに切り替えた場合に、どれだけのエネルギーが節約され、どれだけの温室効果ガスの排出量が削減されるかを計算しました。焙焼ペレットを製造してインドネシアから日本に輸送する場合、節約されるエネルギーの最小量は6.7％、回避される温室効果ガスの最小量は14％です。ペレットの代わりに最小50 mmのブリケットを製造して輸送する場合、これは10.3％のエネルギー使用節約と33％の温室効果ガス排出回避に増加します（ブリケット製造にはより少ないエネルギーが必要です）。[bt]ルートが長いほど、節約額は大きくなります。[58]
水の吸収と輸送コスト
焙焼によりバイオマスは親水性（吸水性）から疎水性（撥水性）の状態へと変化します。撥水性ブリケットは屋外で輸送・保管できるため、物流業務が簡素化され、コストが削減されます。[bu]焙焼によりバイオマスの生物学的活動（腐敗を含む）も停止し、火災のリスクも軽減されます。[57]
統一性とカスタマイズ
一般的に、焙焼は、非常に多様な原料を均一で扱いやすい燃料に変換するための入り口と見なされています。[57]燃料のパラメータは、原料の種類、焙焼度、幾何学的形状、耐久性、耐水性、灰の組成など、顧客の要求に合わせて変更できます。[59]異なるタイプの原料を使用できる可能性は、燃料の可用性と供給の信頼性を向上させます。[57]
粉砕性
未加工のM. × giganteusは繊維が強く、均一な大きさの非常に小さな粒子（75 μm / 0.075 mm未満）に粉砕するのは困難です。石炭の塊は通常そのサイズに粉砕されます。これは、そのような小さく均一な粒子の方が燃焼が安定して効率的であるためです。 [60] [61]石炭はハードグローブ粉砕性指数（HGI）で30～100のスコア（数値が高いほど粉砕しやすい）を持ちますが、未加工のミスカンサスのスコアは0です。 [bv]ただし、焙焼中に、「[…]バイオマスの繊維質の性質の原因であるヘミセルロース画分が分解されるため、粉砕性が向上します。」[62] IEAは、一般的に焙焼バイオマスのHGIを23～53と推定しており、[63]焙焼されたバイオマスを粉砕するために必要なエネルギー使用量は80～90％減少すると推定しています。[64]他の研究者は、焙煎したススキのHGIを79と測定しました。[bw]英国の石炭はHGIスケールで40から60のスコアです。[bx]
焙焼されたススキは比較的簡単に粉砕できるため、コスト効率よく微粒子に変換でき、その結果、効率的な燃焼が可能になります。研究者は、焙焼されたバイオマスを使用すると未燃焼炭素のレベルが下がり、炎は「[…] 50% の同時燃焼中および 100% の場合、燃料粒子の十分な細かさの結果として安定していた」ことを発見しました。[65]
塩素と腐食
木材以外の多くの種類のバイオマスと同様に、ススキバイオマスは比較的高い塩素量を有しており、燃焼シナリオでは問題となる。なぜなら、「腐食の可能性は燃料中の塩素含有量に大きく依存する」からである。[66]同様に、研究によれば、「[…] 燃焼中に放出される塩素関連種が、バイオマスの火格子燃焼で誘発される活性腐食の主な原因である」。[67]さまざまな形態の塩素、特に塩化カリウムとしてカリウムと結合した塩素は、ボイラー内の比較的冷たい表面に凝縮し、腐食性の堆積層を形成する。腐食はボイラーを損傷し、さらに物理的な堆積層自体が熱伝達効率を低下させ、特に熱交換機構内ではそれが顕著である。[by]塩素とカリウムは、石炭と比較して灰の融点を大幅に下げる。スラグまたはクリンカーと呼ばれる溶融灰はボイラーの底に付着し、メンテナンスコストを増加させる。[bz] [ca]
塩素（および水分）含有量を減らすために、ススキの収穫は通常冬または早春まで延期されますが、この方法は腐食のない燃焼を実現するための対策としてはまだ不十分です。[cb]
しかし、ススキに含まれる塩素量は、350 °C (660 °F) で焙焼すると約 95% 減少します。[cc]焙焼プロセス自体における塩素放出は、燃焼中の塩素放出よりも管理しやすいです。「[…] 前者のプロセス中の支配的な温度は、塩素のアルカリ塩の融点と蒸発温度よりも低いため、炉内でのスラグ、汚れ、腐食のリスクが最小限に抑えられます。」[68]カリウムについては、30% の減少のみが予想されています。[69]しかし、カリウムは塩化カリウムを形成するために塩素に依存しており、塩素レベルが低いと、塩化カリウムの堆積物は比例して減少します。[cd]
石炭の類似性
そのため研究者らは、「焙焼のプロセスにより、生のバイオマスの化学的および物理的特性が石炭と同様の特性に変換され、既存の石炭ボイラーで大きな改造をすることなくバイオマスを高い置換率で利用できるようになる」と主張している。[70]焙焼により水分が除去され、粉砕可能で疎水性の固体製品が作られ、エネルギー密度が増加するため、焙焼された燃料は「既存の発電所で石炭と混合燃焼する場合、別の処理施設を必要としなくなる」。[53]同じ適合性は、水熱炭化（「湿式」焙焼とも呼ばれる）によって処理されたバイオマスでも達成される。[ce]
しかし研究者らは、「焙焼は当初予想されていたよりも複雑なプロセスである」と指摘し、「バイオマスの焙焼はまだ実験的な技術である」と述べている。[71]国際バイオマス焙焼協議会の会長であるマイケル・ワイルドは、2015年に焙焼部門は「最適化の段階にある」と述べた。彼は、この部門の発展のこの時点で習得すべき最も重要な変数として、プロセス統合、エネルギーと質量の効率、機械的圧縮、製品の品質を挙げている。[59]
環境への影響
カーボンニュートラル
通常、多年生作物は、根の成長が何年にもわたって妨げられることなく継続されるため、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（耕起、掘削）を回避します。耕作は、土壌微生物集団が利用可能な炭素を分解し、CO 2 を生成するのに役立ちます。[be] [bf]
基本的に、地下の炭素蓄積は、地上の炭素循環（植物から大気へ、そして新しい植物に戻る循環）から炭素を取り除くため、温室効果ガスの緩和手段として機能します。地上の循環は光合成と燃焼によって駆動されます。まず、植物が CO 2 を吸収し、地上と地下の両方の組織で炭素として同化します。地上の炭素が収穫されてから燃焼されると、CO 2分子が再び形成され、大気中に放出されます。その後、同量の CO 2が次の季節の成長によって吸収され、サイクルが繰り返されます。
この地上サイクルはカーボン ニュートラルになる可能性を秘めているが、もちろん、サイクルの運用と誘導に人間が関与することは、化石資源から得られる追加のエネルギー入力を意味する。運用に費やされる化石エネルギーが生産されるエネルギー量に比べて高い場合、総 CO2フットプリントは、化石燃料のみを燃焼することから生じるCO2 フットプリントに近づいたり、匹敵したり、さらにはそれを上回ったりする可能性があり、これはいくつかの第一世代バイオ燃料プロジェクトで実証されている。[cf] [cg] [ch]この点では、輸送燃料は固形燃料よりも悪い可能性がある。[ci]
この問題は、地下に貯蔵される炭素量を増やすという観点（上記の「炭素隔離」を参照）と、地上での作業への化石燃料の投入を減らすという観点の両方から対処できます。十分な炭素が地下に貯蔵されていれば、特定のバイオ燃料のライフサイクル全体の排出量を補うことができます。同様に、地上の排出量が減少すれば、バイオ燃料がカーボン ニュートラルまたはカーボン ネガティブになるために必要な地下の炭素貯蔵量は少なくなります。
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エネルギー作物プロジェクトがカーボン ポジティブ、カーボン ニュートラル、カーボン ネガティブのいずれであるかを決定するのは、 CO2相当の排出量と吸収量の合計です。農業、加工、輸送、燃焼中の排出量が、作物の成長中に地上と地下の両方で吸収される量よりも多い場合、プロジェクトはカーボン ポジティブです。同様に、一定期間にわたる総吸収量が総排出量よりも多い場合、プロジェクトはカーボン ネガティブです。つまり、カーボン ネガティブは、正味の炭素蓄積がライフサイクル全体の温室効果ガス排出量を 相殺する以上の場合に発生します。
研究者らは、1ヘクタールあたり年間10トンの収穫量があるススキは、農業、加工、輸送に関連する排出量を相殺するのに十分な炭素を蓄えると主張している。右のグラフは、炭素排出量がマイナスとなる2つのススキの生産経路と、炭素排出量がプラスとなる2つのポプラの生産経路を、メガジュールあたりのグラムCO 2換算で示している。バーは連続しており、大気中のCO 2が増減すると推定されるにつれて上下に動く。灰色/青色のバーは農業、加工、輸送に関連する排出量、緑色のバーは土壌の炭素変化、黄色のひし形は最終的な総排出量を表す。[cj] 2番目のグラフは、異なる量の炭素が存在する土壌で長期的な炭素排出量がマイナスになるために必要な平均収穫量を示している。
他の研究者も、ドイツのススキについて同様のことを指摘している。ススキの収穫量は1ヘクタールあたり年間15トンで、炭素貯蔵量は1ヘクタールあたり年間1.1トンである。
「ミスカンザスは、真の CO2 中立性を達成し、CO2 吸収源として機能する可能性がある、世界でも数少ない作物の 1 つです。 [ ... ] 燃料油の燃焼に関連して、ミスカンザスのわらを燃焼させることで、直接的および間接的な温室効果ガスの排出を最低 96% 削減できます [...]。ミスカンザスの成長中の炭素隔離 [炭素貯蔵] により、CO2 相当の緩和可能性は 117% になります。」[ck]
貯蔵が成功するかどうかは植栽場所に依存します。最良の土壌は現在炭素含有量が低い土壌だからです。グラフに示されたさまざまな結果がこの事実を浮き彫りにしています。[cl]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貯蔵が成功すると予想されますが、すでに炭素が豊富な土壌（既存の森林）のため、スコットランドの一部では貯蔵が成功しないと予想されます。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 ネガティブの達成が難しくなります。すでに炭素が豊富な土壌には、泥炭地と成熟した森林が含まれます。英国で最も成功している炭素貯蔵は、改良された草地の下で行われます。[cm]ただし、草地の炭素含有量はかなり異なるため、草地から多年生植物への土地利用変更の成功率も異なります。[cn]ススキのような多年生エネルギー作物の下の正味炭素貯蔵量は、草地、森林、耕作作物の下の正味炭素貯蔵量を大幅に上回っていますが、ススキからの炭素投入量は、初期の定着段階での既存の土壌炭素の損失を補うには低すぎます。[73]しかし、時間の経過とともに土壌炭素は増加する可能性があり、草原でも同様である。[72]
研究者らは、30年間の期間にわたってさまざまな作物とさまざまな種類の草地で特定の土地利用の変化に関連した気候への利点（化石燃料の代替から生じる気候への利点は除く）をランク付けし、在来の草地は気候関連価値（ GHGVと呼ばれる）が200であるのに対し、以前は毎年耕作されていた土壌に植えられた軽く肥料を与えられたM × giganteus作物の値は160であると結論付けています。CRP草地の値は125（以前の農地の上に植えられた保護草地）。在来の草原ミックスの値は115（以前は毎年耕作されていた農地の上に植えられた、肥料を与えていない在来の草原の草と他の草原在来種を含む）。牧草地の値は72です。[74]
比較
研究者らは、ミスカンサスの作物は「第一世代のバイオエネルギー作物よりも環境への影響がほとんどない」と結論付けている[co] 。耕作地に植えられた第二世代の多年生草本（ミスカンサスとスイッチグラス）は、短伐期の雑木林や短伐期の森林プランテーション（ポプラとヤナギ）よりも平均して5倍多くの炭素を地中に蓄える。[cp]化石燃料と比較し、計算に地下炭素貯蔵の利点を含めない場合、ミスカンサス燃料の温室効果ガスコストは1メガジュールあたり0.4～1.6グラムのCO2相当である。これに対し、石炭は33グラム、液化天然ガスは22グラム、北海ガスは16グラム、米国から英国に輸入された木材チップは4グラムである。[cq]
他の研究者は、ススキの平均エネルギー入出力比は一年生作物の10倍、温室効果ガス排出量は化石燃料の20～30倍優れていると主張している。[cr]暖房用のススキチップは英国で1ヘクタールあたり年間22.3トンのCO2排出量を削減したが、暖房と電力用のトウモロコシは6.3トンを削減した。バイオディーゼル用の菜種は3.2トンを削減した。[cs]他の研究者も同様の結論を出している。[ct] [cu]そのため、今後数十年でヨーロッパでススキのプランテーションが大規模に成長すると予想されている。[75] 2021年、英国政府は短期伐採林業と多年生エネルギー作物（ススキを含む）のために確保される土地面積を10,000ヘクタールから704,000ヘクタールに増やすと宣言した。[cv]研究者らは、当初の議論を経て、現在（2018年）科学界では「多年生バイオエネルギー作物の栽培によるGHG（温室効果ガス）バランスは、暗黙の直接的および間接的な土地利用の変化を考慮しても、多くの場合好ましいものになる」というコンセンサスが得られていると主張している。[cw]
生物多様性
地中では、研究者らは、1平方メートルあたりのミミズの種の数が、ススキでは5.1、トウモロコシでは3、休耕地（完全に手入れされていない土地）では6.4であることを発見し、「土地利用の強度がミミズの個体数と種の総数の主な後退因子であることが明らかに判明した」と述べています。地面に広がる落ち葉は土壌の湿潤状態を保ち、捕食者から保護するのに役立つため、「ススキはミミズのコミュニティに非常に良い影響を与えた」と結論付け、「ススキは集約的な農業地帯でもミミズのコミュニティの多様性を促進する可能性がある」と推奨しています。[76] [cx]他の人は、シュードモナドタ（旧プロテオバクテリア）グループに属する特定の細菌の活動が、M. × giganteusの根の滲出液の存在下でほぼ2倍になると主張しています。[22]
地上では、若いススキの群落は高い植物種の多様性を維持していますが、ススキの群落が成熟するにつれて、樹冠が閉じ、競合する雑草に届く日光が少なくなります。この状況では、雑草が生き残ることが難しくなります。樹冠が閉じた後、25 m 2の区画あたり 16 種類の雑草が見つかりました。しかし、密集した樹冠は他の生物を保護する役割を果たします。「[…] ススキの群落は通常、農場の生物多様性を支え、鳥、昆虫、小型哺乳類の生息地を提供すると報告されています[…]」[cz]この見解を支持する他の研究者は、樹冠の下の植物相が蝶、その他の昆虫とその捕食者、および 40 種の鳥に食物を提供していると主張しています。[da]
ススキの越冬植物構造は、一年生作物と比較して多様性が高く、重要なカバーと生息地の資源を提供します。 [db]この効果は、甲虫、ハエ、鳥に特に顕著です。ススキ作物は、季節ごとに異なる生態学的ニッチを提供します。研究者は、これはススキ作物の構造的異質性が絶えず進化しているためであり、さまざまな種が成長中のさまざまな時期に避難所を見つけると考えています。森林の鳥は冬に避難所を見つけ、農地の鳥は夏に避難所を見つけます。鳥については、ススキ畑では 1 ヘクタールあたり 0.92 ペア (1 エーカーあたり 0.37) の繁殖ペアが見つかりました。これは、近くの小麦畑では 0.28 ペア (0.11) でした。炭素と窒素の比率が高いため、食料資源の大部分は畑の縁と点在する森林にあります。しかし、ススキ畑は、これらの重要な生息地への化学物質の浸出に対する障壁として機能します。[cy]
他の研究者は、ススキの作物は穀物の作物よりも生物多様性に優れており、穀物の3倍のクモとミミズがいると主張している。[dc]ノウサギ、オコジョ、ネズミ、ハタネズミ、トガリネズミ、キツネ、ウサギは、ススキの作物で観察される種の一部である。この作物は、巣作りの生息地であると同時に、異なる生息地を結ぶ野生生物の回廊としても機能している。 [dd]
水質
ミスカンザス畑では、硝酸塩の浸出が大幅に減少するため、水質が大幅に改善されます。[de]肥料の必要量が少ないかゼロであること、窒素を吸収する植物の根が常に存在すること、多年生草本種による栄養素の効率的な内部循環により、一般的なトウモロコシ/大豆の輪作と比較して、ミスカンザス畑からの硝酸塩の浸出が大幅に減少します。最近の研究では、トウモロコシまたは大豆との輪作で栽培されたトウモロコシと比較して、ミスカンザスでは硝酸塩の地下損失が平均で 9 倍少ないと結論付けられました。[df]
土壌の質
繊維質で広範囲にわたるススキの根系と耕起による撹乱の欠如により、一年生作物に比べて浸透性、透水伝導性、貯水量が向上し、多年生草本植物の下に典型的な多孔質で嵩密度の低い土壌となり、保水能力が100～150 mm増加すると予想されます。[ dg]ススキは土壌への炭素入力を改善し、土壌粒子の凝集と再生プロセスに重要な微生物の活動と多様性を促進します。アルカリ性のpH、栄養不足、保水能力の低い以前のフライアッシュ堆積地では、ススキの栽培に成功しました。つまり、根と地下茎が非常によく成長し、硝化プロセスを支援および強化したという意味で、地上乾燥重量収量は条件のため低かったです。汚染された土地でも土壌の質を改善できることは、特に有機肥料を追加できる状況では、有用な特徴と見なされています。例えば、栄養分が乏しい汚染された限界地を栄養分に富んだ下水汚泥や廃水で施肥することで、収穫量を増やす大きな可能性があります。この方法は、土壌生産性の向上、バイオマス収量の増加、各国の特定の法律に従った下水汚泥の処理と処分のコスト削減という3つの利点をもたらします。[4]
侵襲性
Miscanthus × giganteus の両親であるM. sinensisとM. sacchariflorus は、どちらも生存可能な種子を生成するため、潜在的に侵入種である。しかし、 M. × giganteus は生存可能な種子を生成せず、研究者は「長期商業プランテーションから隣接する耕作地への根茎の成長の拡大による侵入の脅威に関する報告はない」と主張している。[24]
持続可能性
研究者らは、ススキ栽培が温室効果ガスの緩和を含むさまざまな要因に及ぼす環境影響の分析では、ほとんどの場合、メリットがコストを上回ることが示されていると主張している。[77]さらに研究の余地はあるものの、「[...] 環境の持続可能性の明確な兆候が浮上している」と主張する研究者もいる。[dh]温室効果ガスの緩和の可能性に加えて、ススキの「[...] 多年生の性質と地下のバイオマスは土壌構造を改善し、保水能力を高め（100～150ミリメートル（3.9～5.9インチ）増加）、流出と浸食を軽減します。冬越しの成熟により、野生生物のための景観構造リソースが増加します。管理の強度が低下すると、ミミズの多様性と個体数が促進されますが、落ち葉の食味が悪いと個々のバイオマスが減少する可能性があります。農地境界への化学物質の浸出は同等の農業よりも低く、土壌と水域の生息地の質が向上します。」[78]ミスカンサスのような第一世代のエネルギー作物から第二世代のエネルギー作物への変化は、農場規模の生物多様性、捕食、そして温室効果ガスの正味の緩和効果の改善により、環境的に有益である。その利点は主に、第二世代（2G）作物に関連する低投入とより長い管理サイクルの結果である。[di] [dj]土地利用の緊張が緩和され、妥当な収量が得られ、低炭素土壌がターゲットとされる場合、ミスカンサスのような低投入の多年生作物は「[...]化石燃料の代替品と比較して大幅なGHG [温室効果ガス]の節約をもたらすことができる[...]」場合が多い。[dk]一年生作物とは対照的に、ミスカンサスは窒素投入要件が低く、GHG排出量が少なく、耕作が減るため土壌炭素を隔離し、限界地でも経済的に実行可能である。[dl]研究者らは、近年「[...] バイオエネルギーの環境的利点とリスクに関するより微妙な理解が生まれ、多年生バイオエネルギー作物は、現在世界中でバイオ燃料生産のために栽培されている従来の作物（トウモロコシ、パーム油、アブラナなど）よりも、大幅な温室効果ガス削減をもたらす可能性がはるかに高いことが明らかになった」と同意している。[dm]また、「[...] 専用の多年生バイオエネルギー作物が土壌炭素とN2Oに直接与える影響はますますよく理解されるようになり、従来のエネルギー源と比較してバイオエネルギーによるライフサイクル全体の温室効果ガス削減と一致することが多い」とも同意している。[79]
実践的な農業の考慮事項
実践的な農業のアドバイスについては、アイオワ州立大学の「Giant Miscanthus Establishment」PDFを参照してください。[80]また、Teagasc（アイルランドの農業および食品開発機関）とAFBI（アイルランドの農業食品生物科学研究所）が共同で開発したベストプラクティスマニュアルも参照してください。[81]
参考文献
引用とコメント
- ^ Kew/POWOリストに基づく。POWOの承認名はM. × longiberbisであり、推定草丈はわずか0.7〜1.2メートルであることに注意してください。「Miscanthus × longiberbis (Hack.) Nakai」。Plants of the World Online 。 2022年5月23日閲覧。。
- ^ ab 「M. x giganteus は 、1935 年にアクセル・オルセンが日本の横浜で収集した、生産性が高く、不妊の根茎を持つ C4 多年生草本です。デンマークに持ち込まれ、そこで栽培され、園芸用にヨーロッパ全土と北米に広がりました。時を経て、 Miscanthus sinensis 'Giganteus'、 M. giganteus、Miscanthus ogiformis Honda、および Miscanthus sacchariflorus var. brevibarbis (Honda) Adati として知られるようになりました。英国キュー王立植物園での最近の分類作業では、 M. sinensis Anderss. と M. sacchariflorus (Maxim.) Hack の交雑種である M. x giganteus (Greef & Deuter ex Hodkinson & Renvoize) と指定されました 。」Anderson ら、2014 年、p. 71.
- ^ 最高収穫量に達するまでには2年から4年かかります。「[...] 涼しい北部の地域では3年から4年かかりますが、南部の地域では通常2年で最高収穫量に達します。」Jones 2019、p. 22。
- ^ 「一年生作物とは対照的に、多年生作物専用のバイオエネルギーは、ライフサイクル温室効果ガス排出量が少なく、その他の環境相乗効果があると広く認識されています。ミスカンザスや短期伐採林（SRC）のヤナギやポプラなどの多年生作物は、窒素投入要件が低く（N2O排出量と水質にメリットがあります）、耕作の減少と地下バイオマスの割り当ての増加により土壌炭素を隔離でき、限界地や劣化地でも経済的に実行可能であるため、他の農業活動との競合を最小限に抑え、iLUC効果を回避できます。」Whitaker et al. 2018、p. 151。
- ^ 「理想的なバイオマスエネルギー作物は、利用可能な資源を効率的に使用し、多年生で、土壌に炭素を貯蔵し、水利用効率が高く、侵略的ではなく、肥料の必要性が低い。これらすべての特性を備え、大量のバイオマスを生産する草の1つが、Miscanthus x giganteusです。」Anderson et al. 2014、p. 71。
- ^ Lewandowski らは、「[...] ススキバイオマスを建築資材として使用すると化石エネルギーの節約が最も高くなる (私たちの分析では断熱材の例を使用しています)」と主張しています。Lewandowski ら、2016 年、20 ページ。
- ^ 「英国の気候で繁殖用の根茎を生産するには、少なくとも 2 回の栽培シーズンが必要で、これには生産地の雑草を取り除き、春に耕起し、ジャガイモ型プランターで根茎を植える前に、土壌を耕起して種床のような細かい土にすることが含まれます。[...] 2 年目の栽培年目の翌春に、改良型ジャガイモ収穫機を使用して根茎を収穫し、手または半自動で選別して 20～40 g の生育可能な断片に切ります。[...] 1 ヘクタールの根茎から、同じ改良型ジャガイモ型プランターで 10～30 ヘクタールの作物を植えるのに十分な材料が得られます。発芽試験でテストされた低品質の根茎には、80～90 g の根茎が必要です (M. Mos の個人的コミュニケーション)。」Hastings ら、2017 年、5～6 ページ。
- ^ 「私たちの研究は、ハイブリッドの種類に応じて、1ヘクタールの種子生産で、親の組み合わせに応じて、約1000〜2000ヘクタールの植栽に十分な種子を生産できることを示しており、これは根茎繁殖よりも2桁大きい。[...] [A]n 85〜95％の定着率が達成されます。」Hastings et al. 2017、p. 6。
- ^ 「種子は機械で播種され、温室で育てられ（図 3A）、その後圃場で植えられます（図 3B）。種子ベースの定着方法は、次のような利点があるため、ススキの生産の拡大に最も効果的であることが証明されると予想されます。· 市場の需要が増加しても、種子生産が十分に発達すれば、大量に供給できます。· 苗の生育期間が短い：種子から最終製品（プラグ）までわずか 8～10 週間。· プラグ生産はエネルギー効率が良い（冷蔵庫は不要）· 定着コストが低い」Lewandowski 他 2016 年、15 ページ。
- ^ 「ミスカンサスの作物は、茎を9月に収穫し、冷蔵保存の必要がなく、すぐに畑に播種することで、茎節繁殖から確立できます。冷蔵保存は、いずれにしても確立の可能性を低下させ、コストを増加させます。植えられた茎は、芽と根を生成し、その後、根茎系を生成します。」O'Loughlin、McDonnell、Finnan 2017、p. 345。
- ^ 「結果によると、新しいハイブリッド種子の繁殖により、植え付けコストが 900 ポンド/ha 未満に大幅に削減されました[ ...]。損益分岐点は 6 Mg [Mg/メガグラムはメートルトンに等しい] DM [乾物] ha -1 y -1 [ヘクタール/年] と計算され、これは Mxg の英国平均収穫量の約半分です。新しい種子ハイブリッドは、2 年目の英国試験で 16 Mg DM ha -1に達しました。これらの改善を組み合わせることで、作物の収益性が大幅に向上します。さまざまな原料形式を準備するための生産コストのトレードオフは、ベールが直接燃焼に最適なオプションであり、輸送コストが最も低く (£0.04 Mg -1 km -1 )、農場での保管が容易であることを示しています。ただし、ペレット燃料が必要な場合は、チップ収穫の方が経済的です [...] 根茎とプラグ植えの特定のコストは比較的労働集約的であるため似ていますが、種子掘削によりコストが半分になると予測されます。」ヘイスティングスら2017、1、8頁。
- ^ 「C4種は窒素（N）と水の利用効率が優れているという特徴がある[28,29]。具体的には、C4種はC3種の2倍の窒素利用効率を示す可能性がある。」アンダーソンら、2014年、73ページ。
- ^ 「窒素肥料は不要であり、持続可能性に悪影響を及ぼす可能性があります。ただし、肥沃度の低い土壌に植える場合は、初期段階で約 50 kg N ha −1の施肥が有益です。[...] 施肥していないミスカンザスでは、一年生作物に比べて N2O 排出量が 5 倍少なく、集約的な牧草地に比べて最大 100 倍少なくなります。不適切な窒素肥料の施肥は、ミスカンザス農園からの N2O 排出量を大幅に増加させ、IPCC 排出係数を超える可能性がありますが、化石燃料の代替によって相殺される可能性があります。」McCalmont 他 2017、p. 503。
- ^ 「プラスチックマルチフィルムは定着までの時間を短縮し、作物の経済性を改善しました。[...] アベリストウィスでのマルチフィルム試験では、表3に示すように、さまざまな植物密度での定着率に有意な（P < 0.05）差が見られ、フィルムを使用した場合、最初の2年間の累積平均収量はほぼ2倍になりました。フィルムを使用すると、定着コストが1ヘクタールあたり100ポンド、CO2換算で220 kg C ha −1増加します。この増加の影響により、アベリストウィスの環境条件では作物の定着期間が1年短縮され、他の試験地やアイルランドでも同様の定着時間の短縮が見られました（O'Loughlin et al.、2017）。[...] マルチフィルム農学では、最新の播種ハイブリッドははるかに早く定着し、英国の市販のMxgと比較して初期収量（1年目と2年目）が大幅に増加し、少なくとも1年早く投資回収が実現します。」Hastings et al. 2017年、1、9、14-15頁。
- ^ 「種子から得た苗を植えることは、限界土壌でのススキの定着に最も効果的な方法であることが証明されました。プラスチックフィルムで植物を覆うと、成長が促進されます。フィルムは表土の湿度を保ち、温度を上げます。これは、特に干ばつストレスのリスクが高い軽い土壌や低温の環境では、植物にとって有益です。」Lewandowski 他 2016、p. 14。
- ^ 「作物の生産性は、土地に当たる全太陽放射と、その太陽光エネルギーを植物バイオマスに捕捉、変換、分配する効率の積として決定されます。[...] Beale と Long は、イングランド南東部でのフィールド試験で、εc,a が 0.050～0.060 であり、C3 種で観察された最大値より 39% 高いことを実証しました。さらに、εc を M. x giganteus の総 (地上部および地下部) バイオマス生産量 (εc,t) で計算すると、0.078 に達し、理論上の最大値 0.1 に近づきます。Heaton らが米国中西部で実施した研究では、捕捉された PAR の同様の効率 (0.075) が報告されました。」Anderson ら、2014 年、p. 73。
- ^ 「– 水利用効率はあらゆる作物の中で最も高く、7.8～9.2 g DM (kg H2O) −1の範囲です。 – 全体的に、高いバイオマス生産性とキャノピーレベルでの蒸発散量の増加により、水需要が増加します（例：ET は小麦より 100～120 mm yr −1増加）。 – 土壌構造の改善により保水能力が向上します（例：100～150 mm 増加）が、干ばつの年には土壌がまだ乾燥している可能性があります。 – 雨の多い年には流出量が減少するため、洪水緩和に役立ち、土壌浸食が軽減されます。 – 排水水質が改善され、硝酸塩の浸出は耕作地よりも大幅に低くなります（例：ススキの場合 1.5～6.6 kg N ha −1 yr −1、トウモロコシ/大豆の場合 34.2～45.9）。」McCalmont et al. 2017年、504頁。
- ^ 「Beale et al. (1999) は、その結果を、Lindroth et al. (1994) および Lindroth & Cienciala (1996) で報告された C3 バイオマス作物Salix viminalisの水利用効率と比較し、ミスカンザスの WUE はこのヤナギ種の約 2 倍になる可能性があると示唆しています。Clifton‐Brown & Lewondowski (2000) は、ポット試験でミスカンザスのさまざまな遺伝子型について 11.5 ～ 14.2 g 総 (地上および地下) DM (kg H2O) −1の数値を報告しており、これは Ehdaie & Waines (1993) が 7 つの小麦栽培品種で計算した数値と一致し、WUE は 2.67 ～ 3.95 g 総 DM (kg H2O) −1でした。これらのミスカンザスの値をヘクタールあたりの乾物バイオマスに変換すると、農地の面積あたりのバイオマス使用量と水使用量の比率は、78～92 kg DM/ha (mm H2O) の範囲になります。Richterら( 2008) は、英国で行われた 14 の圃場試験からミスカンザスの収穫可能収量ポテンシャルをモデル化し、植物が利用できる土壌水が収量予測で最も重要な要素であることを発見しました。また、DM 収量と土壌利用可能水比率を 55 kg DM/ha (mm H2O) と計算しましたが、降水量 1 mm あたりに生産されるDM はわずか 13 kg/ha で、これはおそらく樹冠による遮断と蒸発のレベルが高いことに関係しています。これらの効率は、C4 基準でも高く、トウモロコシの地上平均 27.5 ± 0.4 kg DM ha −1 (mm H2O) −1という現地測定値との比較からも明らかです(Tolk ら、1998)。" McCalmont ら、2017、p. 501。
- ^ 「エネルギー生産の強度に関して、ミスカンザスのバイオマスは、特に耕作地では1ヘクタールあたり約200 GJ/haで、他のバイオエネルギー作物よりも多くの純エネルギーを生産します[バイオガス用のトウモロコシは98、バイオディーゼル用の油菜は25、小麦とテンサイのエタノールは7～15（Hastings et al., 2012）]。Felten et al.（2013）は同様の数値を計算し、ミスカンザスでは254 GJ/haと報告しています。」McCalmont et al. 2017、p. 493。
- ^ ヘイスティングスらは、「ヨーロッパの多くの地域で、M. x giganteus は、純 MJ ha −1 [ヘクタールあたりのメガジュール] の点ですべての潜在的なバイオエネルギー作物の中で最大のエネルギー収量を持ち、比較的高い収量と低い投入量により、生産エネルギーコストの点でエネルギー利用効率 (EUE) が最も高いことが、フィールド試験によって明らかになった」と書いている [...]。ヘイスティングスら 2009a、p. 180。
- ^ Proe、Griffiths、Craig 2002、322～323ページによると、英国におけるヤナギとポプラのSRF収量は、1ヘクタール当たり年間乾物量10～12トンの範囲である。ヤナギ収量のメタ研究では、Fabioらはスウェーデンでのヤナギ試験で8トン、13トン、14トンの収量を挙げている。英国では、著者らは2つのヤナギ試験で両方とも10トンの収量を挙げており、アイルランドでは1つの試験で8～10トンの収量を挙げている。Fabio & Smart 2018の551ページと552ページの表1と2を参照。図2の554ページのヤナギ収量データポイント（場所は不明）は、平均収量が1ヘクタール当たり年間約6～7トンであることを示している。 557 ページの表 3 には、1 ヘクタールあたり年間 10 トンの平均収穫量を示す 6 件の研究が引用されています。Aylott ら。英国のヤナギとポプラの試験地 49 か所からデータを収集し、次のように結論付けています。「フィールド試験の結果、観測された SRC 収量は、遺伝子型と輪作によって大幅に異なることが示されました (表 1)。2 輪作で最も高い収量が記録されたのはヤナギで、16 の遺伝子型の平均は 9.0 odt [オーブン乾燥トン] ha −1 yr −1であったのに対し、ポプラの遺伝子型は 6.3 odt ha −1 yr −1でした。最も収量の高かった親系統はスウェーデンのS. vimanlis × S. schweriniiで、2 輪作で一貫して高い収量を示し、さび病に対する高い耐性を示しました。この親系統には、2 輪作の平均収量が 11.3 odt ha −1 yr −1であった、最も収量の高かった単一遺伝子型 Tora が含まれていました。」Aylott ら、2008 年、363 ページ。ドイツの耕作地で生産されるSRCヤナギとポプラの平均収量は14トンと推定されています。Aust et al. 2014、p. 529を参照してください。ヤナギとポプラはこれらの収量を達成するために肥料を必要とし、Fabio et al.は、彼らの論文で報告された収量について、1ヘクタールあたり年間92〜400 kgの窒素を報告しています。Fabio & Smart 2018、pp. 551〜552を参照してください。Hastings et al.は、コンピューターモデリングソフトウェアを使用して、英国のススキ、ヤナギ、ポプラの収量を推定し、これらすべての植物の平均収量は1ヘクタールあたり年間8.1〜10.6乾燥トンという狭い範囲にあり、ススキが中間の位置にあるという結論を出しました。ミスカンザスは温暖な南西部で最も収穫量が多く、2050 年に予想される温暖な気候に合わせてコンピューター モデルを調整した結果、より広い地域でミスカンザスが最も収穫量の多い作物となりました。「時間経過とともに気候が温暖化すると、収穫量が増加し、検討対象の原料の中でミスカンザスが最も収穫量の多い地域が広がります。」Hastings ら、2014 年、108、119 ページ。
- ^ 収穫量の推定については、FAO の「森林プランテーションからの将来の木材供給に関する世界的見通し」のセクション 2.7.2 ～ 2.7.3 を参照してください。FAO は、収穫量の推定を立方メートル (m 3 ) で提供しています。世界全体では 1 ～ 25 m 3 です。立方メートルを乾燥トンに変換するには、次のデータを使用します。ヨーロッパと北アジア原産のヨーロッパアカマツの乾燥重量は 390 kg/m 3 (水分含有量 0%) です。南米のプランテーションで一般的に栽培されているユーカリ種の乾燥重量は 487 kg/m 3 (リプタス、ローズガム、デグルプタの平均) です。ヨーロッパのプランテーションで一般的に栽培されているポプラ種の平均重量は 335 kg/m 3 (ホワイトポプラとブラックポプラの平均) です。
- ^ 正確には、混合温帯自然林の純年間増加量（NAI）は（1ヘクタールあたり2～2.5 m 3 、ギリシャの0.9 m 3からフランスの6 m 3までの範囲）です。立方メートルを乾燥トンに換算した値は、次のデータに基づいています。ヨーロッパと北アジア原産のヨーロッパアカマツの乾燥重量は390 kg/m 3（水分含有量0%）です。南米のプランテーションで一般的に栽培されているユーカリ種の乾燥重量は487 kg/m 3（リプタス、ローズガム、デグルプタの平均）です。ヨーロッパのプランテーションで一般的に栽培されているポプラ種の平均重量は335 kg/m 3（ホワイトポプラとブラックポプラの平均）です。Smil 2008、pp. 75～76。
- ^ ミスカンザス収穫量ソフトウェア Miscanfor は、秋の収穫ピークから冬の収穫までの間に収穫量が 33% 減少すると計算しています。Hastings et al. 2009a、p. 186 を参照してください。この計算は Roncucci et al. によって確認されており、彼らは収穫を冬まで遅らせた場合、試験作物の乾燥質量収穫量が 32～38% 減少することを発見しました。Roncucci et al. 2015、p. 1002 を参照してください。Clifton-Brown et al. は、秋の収穫ピークから冬の収穫までの期間に、平均して 1 日あたり 0.3% の収穫量減少を発見しました。Clifton‐Brown、Breuer、Jones 2007、p. 2305 を参照してください。
- ^ 「M. x giganteus の乾燥バイオマス収量を報告する文献の大部分は、ヨーロッパの研究に由来する。定着した M. x giganteus のピークバイオマス収量は、ヨーロッパの一部の地域では 40 t 乾物 (DM) ha −1に近づいているが、この収量に達するには 3 ～ 5 年かかる可能性がある。ヨーロッパ全域で、中央ドイツから南イタリアにかけての地域では、定着した M. x giganteus から最大 25 t DM ha −1の収穫可能収量が報告されているが、中央ヨーロッパと北ヨーロッパのピーク収量は 10 ～ 25 t DM ha −1の範囲で、南ヨーロッパでは 30 t DM ha −1を超えている。ヨーロッパ全域の定着した M. x giganteus の定量的レビューでは、窒素量と降水量全体で平均したピークバイオマス収量は 22 t DM ha −1であると報告されている。」Anderson ら、2014 年、p. 79。
- ^ 「ミスカンザスの植え付け2年目から、作物は毎年3月下旬または4月上旬の芽が出る直前に収穫されました。ミスカンザスの平均収穫量は15 Mg乾燥質量（dm）ha −1 y −1で、植え付け4年目からほぼ一定でした。」Felten＆Emmerling 2012、p. 662。
- ^ 「この研究で温室効果ガス排出量と作物経済の計算に使用した収穫量は、英国で現在観察されている商業栽培のMxgから観測された12～14 Mg ha −1 y −1の平均収穫量を使用しました（私信、M. Mos）。私たちは、定着年の収穫量についてはロジスティックな収穫量増加と15年後の収穫量の直線的減少を想定しました（Lesur et al. (2013)）。長期試験で観察された気象条件による年次間の収穫量変動（Clifton-Brown et al., 2007）と、MiscanForモデル（Hastings et al., 2009、2013）を使用して2000年から2009年の気象データを使用して英国のミスカンザス収穫量をモデル化（Harris et al., 2014）したところ、英国における年次間の収穫量変動の気象関連標準偏差は、 2.1 Mg ha −1 y −1、英国全体の平均収穫量は 10.5 Mg ha −1 y −1です。モデル化された収穫量は、雨水による収穫量を計算しており、英国の多くの耕作農場で利用可能な地下水サポートを考慮していないため、一般的に悲観的です。" Hastings et al. 2017、p. 4。
- ^ Vaclav Smilは、世界の温帯地域と比較して熱帯地域のバイオマスの純一次生産量（NPP）はおよそ2倍になると推定しています。Smil 2015、p. 81。
- ^ EUプロジェクトMAGIC（産業用作物の栽培限界地）の研究者らは、 ミスカンサス×ギガンテウスの生育温度範囲は8～45℃であると述べています。EU MAGICスプレッドシート2021。
- ^ 「乾物から炭素への変換係数は約2倍（Michel et al., 2006）、1ヘクタールあたりからkg m −2への変換係数は10倍です。[...] 図2は、生存能力シミュレーションによるミスカンザスNPPの全球予測を示しています。計算値は、北極圏での0.5 kg C m −2 yr −1から中緯度での1～2 kg C m −2 yr −1、熱帯での3～5 kg C m −2 yr −1の範囲です。」Hughes et al. 2010、pp. 82～83。
- ^ Sheperdらは、Micanthus × giganteusは「28°C以上では同化産物の生産を低下させる」と主張し、熱帯地方での収穫量は低くなると予測している。しかし、熱帯地方の平均収穫量の推定値は示されていない。Shepherdら、2020年、295、298頁。
- ^ Zhangらは、軽い施肥と1000mmの降雨量で、バナグラス（ネピア変種）の収穫量が1ヘクタールあたり年間74トンであると測定した。Zhangら、2010、96、98ページ（表1）。
- ^ 星野らは、多量の施肥と年間降雨量1000mmの条件下で栽培した2年目に、1ヘクタール当たり年間75.6トンのネピア収量を測定した。星野、小野、シリキラタヤノンド1979、pp.310、311、315。
- ^ Vicente-Chandler らは、多量の肥料を与えられたネピアグラスを 90 日間隔で刈り取ると、1 エーカーあたり年間 75,661 ポンドの乾物生産量が得られることを発見しました。これは 1 ヘクタールあたり年間 84.8 トンに相当します。Vicente‐Chandler、Silva、Figarella 1959、p. 202。
- ^ 「総水必要量は、月間降雨量換算で約 100 mm (4 インチ) です。[...] ジャイアントキンググラスの収穫量は、収穫間隔によって異なります。たとえば、背の高いジャイアントキンググラスを 6 か月間収穫すると、水分含有量が約 70～75% の新鮮な草を 1 エーカーあたり 80 トン以上 (1 ヘクタールあたり 180 メートルトン) 収穫できると予想されます。1 年に 2 回収穫する場合は、この数字を 2 倍にします。」Viaspace 2020。
- ^ Mackay は 1 ヘクタールあたり年間 360 トンの収穫量を引用していますが、水分含有量を数値化していません。Mackay 2020。
- ^ 「アジア太平洋経済協力（APEC）は、アジア、太平洋諸島、オーストラリア、北米の限界地が約 4 億ヘクタールを占めると推定しています。他の推定では、限界地を表すために使用されるパラメータ（「不利な農地」、「放棄または劣化した耕作地」、または乾燥、森林、草地、低木地、またはサバンナの生息地など）に応じて、世界の限界地面積は 11 億ヘクタールから 66 億 5000 万ヘクタールの範囲にあります。米国でセルロース系バイオマス作物と低投入、高多様性の在来多年生植物の混合に利用できる潜在的な面積は、4300 万ヘクタールから 1 億 2300 万ヘクタールの範囲です。これらの推定値の違いは、「限界地」という用語がバイオエネルギー業界や文献で一般的に使用されているにもかかわらず、その使用法に一貫性がないことを反映しています。限界地は、食料生産に適さない劣化した土地として説明されることが多いです。および/またはあいまいに品質が悪いため、非生産的とよく言われます。非生産的土壌は、水分や栄養素の貯蔵能力が低い、塩分濃度が高い、有毒元素がある、土壌の質が悪いなど、植物の成長と収穫量を制限する好ましくない化学的および/または物理的特性を特徴とします。限界地帯で遭遇するその他の困難には、浸食による浅い土壌深度、排水不良、肥沃度の低さ、急峻な地形、好ましくない気候などがあります。限界地帯の土地の質の悪さや、それが生産にもたらす潜在的な問題にもかかわらず、バイオマスは、伝統的な作物にとって経済的に実行可能な高品質の土地で栽培される可能性は低いです。」Quinn et al. 2015、pp. 1–2。
- ^ 「現在バイオエネルギーに利用可能と考えられている限界地/劣化地の推定面積は、採用されている持続可能性基準、土地クラスの定義、土壌条件、土地マッピング方法、環境および経済上の考慮事項に応じて、3.2〜14.0 Mkm2の範囲です（Campbell et al. 2008; Cai et al. 2011; Lewis and Kelly 2014）。」IPCC 2019c。
- ^ 土壌温度が -3.4 °C 以下に下がるまでには、平均気温が -3.4 °C 未満の状態が 30 日続きます。Hastings et al. 2009b、p. 184 を参照してください。Quinn et al.は、「干ばつストレス下では、ミスカンサス × ギガンテウスの葉面積と収量は減少したが、生育期の初めの水分利用は、シュート生産量や植物の高さに影響を与えない」と述べている。[p. 4]。[...] ミスカンサス × ギガンテウスのバイオマスと根茎の生存力は、洪水の影響を受けない [p. 5]。[...] 100 mM を超える塩分濃度は、ミスカンサス × ギガンテウスの成長に影響を与え、感受性が増す順に、根茎 > 根 > シュートであった (根茎は感受性が最も低い)。より大きな根茎から育った植物は、最初は感受性が低かった。[p. 8]。[...] ミスカンサス × ギガンテウスの根茎の 50 % が枯死する致死温度 (LT50) は -3.4 °C であり、特に最初の冬には問題となる可能性がある。[...] ミスカンサス × ギガンテウスは、C4 種としては異例の耐寒性を示す。[p. 10] [...] C4 および CAM 種は熱ストレスに抵抗する固有のメカニズムを備えているため、これらの光合成経路を持つバイオマス作物を検討するのは理にかなっています (表 5 を参照) [11 ページ]。 [...] 文献レビューにより、複数の環境ストレス要因に対して中程度または高度に耐性のある「万能」バイオマス作物がいくつか明らかになりました (表 6)。たとえば、Andropogon gerardii、Eucalyptus spp.、Miscanthus spp.、Panicum virgatum、Pinus spp.、Populus spp.、Robinia pseudoacacia、およびSpartina pectinata は、4 種類以上のストレス タイプに対して中程度または高度に耐性があることが示されました [14 ページ]。Quinn ら、2015 年、4、5、8、10、11、14 ページ。
- ^ 「ヨーロッパの地理的領域にある 539,567 km2 の塩性土壌のほとんどは、推定で最大 11% の収穫量減少でミスカンザスの栽培に使用できます。さらに 2,717 km2 を使用すると、推定で 28% の収穫量減少が見込まれ、3,607 km2 のみで収穫量減少が 50% を超えます。」Stavridou 他 2017、p. 99。
- ^ 「根茎の乾燥重量、根/根茎比、地下/地上部の乾燥重量は塩分濃度の上昇による影響を受けず、最高塩分濃度（22.4 dS m−1 NaCl）でのみ根の乾燥重量が大幅に減少しました（表1）。Płażek et al.（2014）はM. × giganteusで同様の反応を示し、200 mm NaClで根の乾燥重量のみが減少し、200 mm NaCl未満では根茎の乾燥重量に変化がありませんでした。ストレス条件下で地下バイオマスを維持する多年生イネ科植物のこの能力は、次の生育期のために十分な蓄えを保全する可能性があります（Karp & Shield、2008）。これは干ばつなどの一時的なストレスには生理学的に関連があるかもしれませんが、塩分の蓄積ストレス効果下でこの反応が毎年の収量にどのように影響するかはまだわかっていません。」Stavridou et al. 2017年、100ページ。
- ^ 「バイオマス収量と温室効果ガスおよび化石エネルギーの節約可能性（それぞれ最大30.6 t CO2eq/ha*a [ヘクタール当たり年間CO2当量]および429 GJ/ha*a [ヘクタール当たり年間ギガジュール]）は、中央ヨーロッパの非限界地域で達成できます。寒さ（モスクワ/ロシア）または干ばつ（アダナ/トルコ）によって制限される限界地域では、最大19.2 t CO2eq/ha*aおよび273 GJ/ha*a（モスクワ）、および24.0 t CO2eq/ha*aおよび338 GJ/ha*a（アダナ）の節約が達成できます。」Lewandowski et al. 2016、p. 19。
- ^ 中国の石炭ベースのエネルギー消費量は2019年に81.67 EJ（世界消費量の52%）でした。47ページを参照。BP 2020。
- ^ 「シュート枯死は、ある年の収穫量は限られるが、翌年には回復することを意味します。根茎枯死は、作物を植え直す必要があることを意味します。[...] 干ばつ条件では、萎凋点以下の時間を計算し、これが 30 日を超えると、その年のシュートは枯死し、M. × giganteusの場合、60 日を超えると根茎が枯死し、作物は破壊されます。これは、M. × giganteusの栽培室水ストレス実験に基づいています(Clifton‐Brown および Hastings、未発表データ)。これは、M. sinensisの場合は 60 日と 120 日に延長されます。」 Hastings ら、2009b、p. 161。
- ^ Roncucci et al.比較的平凡な生育期の降水量では、シルト質粘土質ローム土（保水性に優れている）に植えたススキの収穫量は、砂質ローム土（イタリア）に比べて約2倍高く、深刻な干ばつを伴った生育期の後では約6倍高かったと報告されている。「生育2年目（2011年）には、SiC [シルト質粘土質ローム土] で育った作物は、SL [砂質ローム土] で育った作物と比較して、地上部の乾燥収穫量が著しく高かった（表S1）（19.1 Mg ha -1 vs. 10.9 Mg ha -1）（図2a）。[...] バイオマス生産性の一般的な傾向は、SL土壌で育ったススキが夏の干ばつの影響を深刻に受け、地上部の早期老化、葉の喪失、開花の抑制を招いた3年目の生育年（2012年）に増幅された。したがって、3回の収穫日を平均すると、SiC [シルト質粘土質ローム土] で育った作物の地上部の乾燥収穫量は、SL [砂質ローム土] で育った作物の地上部の乾燥収穫量よりも高かった（表S1）。 SL土壌のススキの収量は、SiC土壌よりも1桁低かった（24.6 vs. 3.9 Mg ha −1）。[...] 私たちの実験で得られた結果は、地中海環境におけるススキの満足のいく収量を決定する上で、水の利用可能性の重要性を裏付けた。実際、保水力の低い土壌（すなわちSL土壌）のススキ農園は、栽培3年後には深刻な影響を受け、収穫可能な乾燥収量は5 Mg ha−1を下回った。[...] Roncucci et al. 2015、pp. 1001, 1004。Stričević et al.同様の点を指摘し、方程式に根の深さを加えています。「ミスカンザスの水の利用可能性は、降水量と土壌の蓄積水分に等しく依存しており、収穫量は一般的に根の深さと土壌の特性を反映しています。たとえば、ラルジャで記録された収穫量は、前者の場合の制限的な土壌層（1.1 m）とミスカンザスが深い根を張ることができなかったため、ゼムンで達成された収穫量よりも低かったです。植物生産のシミュレーションにおける土壌と根の深さの重要性は、他の研究者によって裏付けられています（Raes et al.、2009）。Stričević et al. 2015、pp. 1205 を参照してください。
- ^ しかし、Stričević et al. は対照的な点を指摘している。「ミスカンザスは毎年、地上部のバイオマスと根の深さを増やした [...]。最初の 2 年間は、ミスカンザスは地下茎を形成し、根の成長は遅かった。3 年目には、より肥沃な表土層に十分な水分があったため、根の深さは予想よりも浅くなった。次の 3 年間は乾燥していたため、水を求めて根は大幅に深く伸びた (最大 2.3 m)。これは、他の実験で収集されたデータと一致している (Neukirchen et al., 1999; Riche & Christian, 2001)。」Stričević et al. 2015、pp. 1207 を参照。
- ^ 灌漑は、乾燥した生育期（降雨量150～300 mmと定義）に施すと収穫量を増やすこともできます。保水力のよい土壌では、降雨量が 420 mm を超えると灌漑を回避できる可能性があります。「Mantineo ら (2009) は、植え付け後の最初の 3 年間の灌漑がススキの地下部の成長とサイズにどのように影響したかを述べており、同じ著者らは、灌漑が行われなかった 4 年目と 5 年目には地上部の収量が良好であったことを発見しました (約 27 Mg ha −1 と 18 Mg ha −1 )。これらの結果は、天水および灌漑条件に対するススキの根系の動態を調査した Mann ら (2013b) によって裏付けられており、天水条件では深さ 1.2 m より下では根が発達しないのに対し、植え付け中に補助灌漑を行うと、ススキは 3 m の深さまで根を発達させることができました。したがって、砂質ローム土壌でのススキの成長パターン (実験 1) は、植え付け中にも灌漑用水を供給することの重要性を強調しています。ススキの栽培は、定着後数年間は降水量の増加が見られなかった。しかし、保水力に優れた土壌では（実験 2）、灌漑用水は作物の生産性に影響を及ぼさないことが明らかになった。地中海地域（イタリア中部および南部）で灌漑ススキと天水ススキを比較した以前の研究では、あいまいな結果が出ていた。実際、イタリア南部では、2 年目および 3 年目の作物が灌漑に反応したのは、給水量が 440 mm を超えたとき（Cosentino ら、2007 年）か、生育期の降水量がかなり限られていた（400 mm 前後）とき（Mantineo ら、2009 年）のみだった。地中海地域で生育するススキにとって降水量の重要性は、イタリア中部の 2 つの異なる場所で天水ススキと灌漑ススキを比較した Petrini ら（1996 年）によって確認された。 2年生作物では、降水量の多い場所（> 420 mm）では地上部収量に違いは記録されなかったが、降水量の少ない場所（約313 mm）では、灌漑されたススキの地上部乾物収量が58％増加したことが観察された。最後に、私たちの実験サイトで、Ercoli et al.（1999）は、灌漑と窒素施肥がススキの収量に及ぼす影響を比較したとき、秋に収穫された灌漑区画と天水区画で約20％（+4.5 Mg ha −1）の増加を観察した。これは、生育期の降水量がかなり少なく（約164 mm）、Ercoli et al.（1999）が報告した降水量（約173 mm）と同程度であった場合、灌漑を受けた区画では天水区画と比較して乾物収量が約15％増加したという私たちの結果と一致している。対照的に、降水量がはるかに多かった2012年（約400 mm）には、ET0とET75のススキの収穫量はほぼ同じでした。」Roncucci et al. 2015、pp. 1005–1006、。
- ^ Stričević et al. はセルビアの作物についても同様のことを指摘している。この地域の土壌は、雪解け水により生育期の初めには一般的によく湿っている。根が深く（2～3 m）成長し、土壌の保水力が高ければ、生育期に 300～400 mm の降雨量があれば、収穫量は十分（年間 1 ヘクタールあたり 20～25 トン）となる。Stričević et al. 2015、pp. 1204～1205。 (ただし、1208 ページの表 2 では、20～25 トンの収穫量に対する降雨量はさらに低く、220、220、217 mm と記載されています。著者が 220 mm ではなく 300～400 mm と推定した理由は不明です。) 著者は、水の制約がまったくない場合、つまり作物が灌漑されている場合は、収穫量が 2 倍 (年間 1 ヘクタールあたり 42 トン) になると予想できると述べています。この収穫量はコンピューター シミュレーションの結果であり、実際に測定された収穫量ではないことに注意してください。著者らは、FAO の無料で入手できる収穫量予測ソフトウェア AquaCrop を使用して、最適条件下での収穫量を計算しました。「ミスカンザスは一般に水供給が少ない場合でも高い収穫量を達成しますが、灌漑に非常によく反応し、バイオマス収穫量を 100% も増加させます (Cosentino ら、2007)。セルビアの生態学的状況では、研究の最初の 3 年間はミスカンザスに十分な水がありましたが、4 年目、5 年目、6 年目には短期間で水ストレスを受けました。水供給が制限されていない場合にモデルが現実的なバイオマス レベルを生成したかどうかを確認するために、「灌漑スケジュールの生成」というファイルを使用し、「すぐに利用できる水の 80% が枯渇したら補充する」オプションを選択しました。したがって、灌漑を適用する場合は、水収支に考慮されるように、灌漑の日付と水の量を入力する必要があります。この例では、灌漑の日付と水の量を入力する代わりに、灌漑の日付と水の量を入力します。灌漑と水の量に基づいて、モデルは潜在的な収穫量を達成するためにどのくらいの水が必要で、いつ必要かを判断しました。灌漑用水を追加した同じ入力データでは、42 Mg ha−1の収穫量が生成されました。これは、同様の気候条件と同様の作物密度で、灌漑と制約のない条件の下でギリシャとイタリアで記録された収穫量と一致しました（Cosentino et al.、2007; Danalatos et al.、2007）。」（同上、pp 1206–1207）。
- ^ 「汚染された土壌で育ったミスカンサスは、シュートのTE [微量元素、金属および半金属] 濃度が高くなる可能性があるが、TF [転流係数] は大部分が1未満であり、根からシュートへのTEの移行が最小限に抑えられていることを示している（表3）。この特性とBCF [生物濃縮係数] の低さとシュートよりも根のTE濃度が高いことの組み合わせは、土壌にTEを封じ込める能力を示している。多年生でTEを安定化し、一部の有機汚染物質を分解する能力により、ミスカンサスは、（1）根域からの汚染物質の浸出と地下水汚染、（2）汚染物質の流出（水浸食）と表層水汚染、（3）風浸食と季節的な土壌耕作による大気への粉塵放出、（4）植物AG [地上] 部分への汚染物質の移行とそれによる食物への移行を減らすことで、さまざまな環境区画への汚染物質の移行を制限する可能性がある。 「したがって、非食用作物として、ミスカンザスはTE植物安定化および/または有機汚染物質分解のオプションを備えた汚染地域の植物管理のための潜在的な資源を形成し、したがって人間と環境の両方のリスクを軽減する機会となります。」Nsanganwimana et al. 2014、p. 129。
- ^ 「木質ペレットの原料は、ISO 17225‑1の表1に準拠した木質バイオマスです。ペレットは通常、金型で製造され、総水分含有量は通常、湿潤ベースで質量の10%未満です。」ISO（国際標準化機構）2014a。
- ^ 「非木質ペレットの原料は、草本バイオマス、果物バイオマス、水生バイオマス、またはバイオマスブレンドおよび混合物です。これらのブレンドおよび混合物には木質バイオマスも含まれる場合があります。これらは通常、総水分含有量が質量の 15 % 未満の金型で製造されます。」ISO (国際標準化機構) 2014b。
- ^ 世界銀行の送電損失データ、出典：IEA。世界銀行 2010 年。
- ^ さらに、スミルは、新たに設置された太陽光発電所は世界の日照量の多い地域で7～11 W/m 2に達すると推定している。スミル2015、191ページ。
- ^ 「土壌炭素貯蔵量は、土壌有機物分解率と、植生、動物の肥料、またはその他の有機投入物による毎年の有機物投入量との間のバランスです。」McCalmont et al. 2017、p. 496。
- ^ 「作物の投入から得られるSOC [土壌有機炭素] は、草地に植えられた場合、定住C3炭素の撹乱による損失がC4の投入を上回り、定着初期の数年間は低くなります（Zimmermann et al.、2012）。」McCalmont et al. 2017、p. 496。
- ^ 同様に、N2O（亜酸化窒素）の排出量は、以前の土地利用、作物の成熟度、施肥率によって大きく異なりますが、「[...] 多年生作物からの定着後の排出量は、一般的に一年生作物からの排出量よりもはるかに低く、[...] 多年生バイオエネルギー作物の栽培に低炭素土壌をターゲットにすると、短期的には土壌炭素損失が削減され、長期的には土壌炭素隔離が促進されると結論付けています。世界的には、そのような隔離を促進し、損失を回避するために土地を管理することが、気候変動の緩和に役立つツールになる可能性があると提案されています（Lal、2003）」Whitaker et al. 2018、pp. 152、154。
- ^ ab 「耕作や耕作などの土壌撹乱は、刺激を受けた土壌微生物群によって分解された土壌有機炭素の短期的な呼吸損失につながる可能性が高い（Cheng、2009年、Kuzyakov、2010年）。耕作地での年間撹乱は毎年繰り返され、SOCレベルの低下につながる。草地などの多年生農業システムでは、まれな撹乱による損失を補う時間があり、その結果、定常状態の土壌炭素含有量が高くなる可能性がある（Gelfandら、2011年、Zenoneら、2013年）」McCalmontら、2017年、493ページ。
- ^ ab 「耕起により土壌団粒が分解され、土壌細菌、真菌、その他の微生物による土壌有機物の消費と分解が阻害されると考えられています (Grandy and Neff 2008)。団粒は、鉱物で安定化された有機化合物への物理的アクセスを制限することで微生物の有機物へのアクセスを減少させ、酸素の利用可能性も低下させます (Cotrufo et al. 2015; Lehmann and Kleber 2015)。土着の生態系を農業に転換する際に土壌団粒が耕起により破壊されると、微生物による土壌有機物の消費とそれに続く二酸化炭素の呼吸が劇的に増加し、土壌炭素貯蔵量が減少します (Grandy and Robertson 2006; Grandy and Neff 2008)。」 IPCC 2019a、393 ページ。
- ^ 「5 つのオプションは、他の課題に悪影響を与えることなく、大きな緩和の可能性（> 3 GtCO2e yr–1）を持っています（高い信頼性）。これらは、食料生産性の向上、森林破壊と森林劣化の削減、土壌有機炭素含有量の増加、火災管理、収穫後の損失の削減です。 [...] 土壌炭素貯蔵量の増加は、大気から CO2 を取り除き、土壌の保水能力を高め、それによって気候変動に対する回復力を付与し、適応能力を強化します。 [...] 土壌有機物含有量の増加は土地劣化に対処するための手段であり（セクション 6.2.1 を参照）、劣化した土地を回復することは気候変動に対する回復力の向上に役立つため、土壌炭素の増加は気候変動適応のための重要なオプションです。毎年約 120,000 km2 が劣化により失われ、世界中で 32 億人以上が土地劣化による悪影響を受けています（IPBES 2018）、土壌有機炭素を増やすように設計された慣行は、適応の課題に対処する大きな可能性を秘めています（表「（6.23）IPCC 2019d、pp.591、572、591」。
- ^ Dondini et al. 2009, p. 422。著者らは地上部の乾燥質量収量を定量化していないが、ここでは英国全体のMcCalmontの推定値10～15トンの中央値（McCalmont et al. 2017, p. 497を参照）と、Kahle et al.のススキの炭素含有量推定値48%（Kahle et al. 2001, 表3、176ページを参照）を使用している。
- ^ Milner et al. 2016、表4、322、323ページ。英国の乾燥重量平均収量は1ヘクタールあたり12.5トン（McCalmont et al. 2017、497ページを参照）であり、Kahle et al.によるススキの炭素含有量の推定値は48%（Kahle et al. 2001、表3、176ページを参照）である。
- ^ Nakajima et al. 2018, p. 1。一般に、若い植林地では炭素の分解が加速し、植栽時のCO2排出量も増加するため、純蓄積率は低くなると予想されます（土壌炭素入出力を参照）。著者らは、乾燥質量収量を1ヘクタールあたり年間25.6（± 0.2）トンとしています。炭素含有量の推定値は48%です（Kahle et al. 2001、表3、176ページを参照）。
- ^ 16 年間ミスカンザスを植えた場所では、1 ヘクタールあたり 106 トンの地下炭素がありました。対照区 1 では地下炭素が 91 トン、対照区 2 では 92 トンでした。対照区との平均差は 15.5 トンです。地上炭素については、16 年間の場所で収穫された乾物の総量は 1 ヘクタールあたり 114 トン、つまり年間 7.13 トンでした。16 年後、ミスカンザス (C4) 由来の地下炭素の総量は 18 トンに達し、これは落ち葉、根茎、根の形で長年にわたり投入されたミスカンザスの総炭素量の 29% に相当します。ミスカンザス由来の年間平均炭素投入量は 1.13 トンでした。Hansen ら、2004 年、102 ～ 103 ページ。
- ^ 「[...] 耕作地をミスカンザスに転換すると、土壌炭素が隔離される可能性が高いようです。14の比較のうち、11はサンプルの全深度にわたってSOCが全体的に増加し、蓄積率は0.42～3.8 Mg C ha −1 yr −1の範囲であることが示唆されています。耕作地の比較では、ミスカンザスの下でSOCの蓄積量が低いことが3つだけ示され、0.1～0.26 Mg ha −1 yr −1の間でわずかな損失が示唆されています。」McCalmont et al. 2017、p. 493。
- ^ 「植林年齢とSOCの相関関係は図6に示されています。[...] トレンドラインは、平衡時の草地と同程度の純蓄積率が1.84 Mg C ha −1 yr −1であることを示唆しています。」McCalmont et al. 2017、p. 496。
- ^ EU の平均ピーク収穫量は 1 ヘクタールあたり年間 22 トンの乾物 (春の収穫期には約 15 トン) です。Anderson ら 2014、p. 79 を参照。15 トンはドイツの平均春の収穫量としても明示的に引用されています。Felten & Emmerling 2012、p. 662 を参照。炭素含有量は 48% です。Kahle ら 2001、表 3、p. 176 を参照。
- ^ 「ミスカンザスを植えてから最初の5年間の総SOM変化率の変動は非常に大きく、-4～7 mg C ha-1 yr-1の範囲でした（図4b）。ミスカンザスを植えてから最初の2～3年間は、他の場所でも同様の結果が得られました：-6.9～7.7 mg C ha-1 yr-1（Zimmerman et al., 2011）。年間SOM変化の変動は時間とともに減少し、15年後には無視できるほど小さくなりました（図4b）。」Zang et al. 2017, p. 267。
- ^ 「[...] [ミスカンザスは] 通常の木材ペレットとは異なる化学的性質を持ち、代替燃焼特性を処理するには特定のボイラー技術が必要です [...]。さまざまなボイラー製造業者やサプライヤーが、自社のボイラーにミスカンザスを喜んで使用し、使用の保証を延長すると主張しています。しかし、すべてのボイラーサプライヤーがミスカンザスの使用を喜んでいるわけではありません。ボイラーがミスカンザスを使用できる場合は、木材などの問題が少ない燃料も使用できますが、その逆は当てはまりません。」Caslin、Finnan、Easson 2010、31、32 ページ。
- ^ 「ススキのバイオマス生産コストは現在、エネルギーベースで化石燃料と商業的に競合するには高すぎる。ススキのバイオマス生産コストが高いのは、農業生産技術の不十分な開発に起因しており、比較的価値の低いバイオマスに対する農業投入、土地、労働の追加コストを伴う。生産期間は10～25年で償却されるが、ススキの初期定着コストは依然として比較的高い。これは、商業的に入手可能な唯一の遺伝子型であるMiscanthus × giganteusが、生存可能な種子を生産しない三倍体雑種であるためである。その結果、根茎またはin vitro増殖によるコストのかかる定着を行わなければならない（Xue et al., 2015）。ススキは農家にとっても新しいものであり、農家には栽培するための知識も技術設備もない。したがって、非効率的な生産技術が、バイオマス作物としての普及を現在制限している。ススキのバイオマスには安定した市場がなく、関連する用途は低価値。農家は、畑を長期バイオマス生産に充てることになるため、ススキの栽培をためらう。バイオマス市場が安定するか、長期契約が利用可能になった場合にのみ、農家はススキの栽培に前向きになるだろう（Wilson et al., 2014）。多年生作物由来のリグノセルロース系バイオマスの主な用途は、熱および発電用の固形燃料であるが、これは比較的低価値の用途であり、その収益性は最終的には化石燃料の価格によって決まる。欧州では、バイオエネルギー製品が小売エネルギー市場で競争できるようにするには、一般に補助金が必要であるが、木材製品に使用できない森林木材および林業副産物は例外である。したがって、魅力的な市場オプションを提供するためには、ススキバイオマスのより高価値な用途も必要である。さまざまな敷地特性やバイオマス使用オプションに適応したススキの品種はない。欧州では、Miscanthus × giganteus が商業的に入手可能な唯一の遺伝子型である。ススキの品種改良における主な障壁は、コストの高さと、収穫量や品質に関連するパラメータのほとんどが、2～3年の定着段階を経るまでは定量化できないために必要となる長い育種期間です。」Lewandowski et al. 2016、p. 2。
- ^ 「ミスカンサスは、コンディショナーモアで刈り取り、ヘストンの大きなベールまたは丸いベールに梱包し、ベールからチップ状に切り出すことで収穫できます。収穫時にトウモロコシのケンパーヘッダーでチップ状に切り出すこともできます。しかし、このタイプの収穫の問題は、作物のかさ密度が約50～130 kg/m3と低いことです。作物は非常にかさばるため、収穫時に多くの保管スペースを占有します。さらに、チップが小さすぎたり、湿りすぎたりすると、加熱が発生する可能性があるため、チップの保管に問題が生じる可能性があります。ミスカンサスのもう1つの潜在的な問題は、チップ状のフワフワした性質のため、ボイラーの燃焼ゾーンに供給するときに橋渡しされたり、詰まったりする可能性があることです。ただし、適切なオーガーフィードインメカニズムを使用すると、この問題は克服できます。[...] ミスカンサスをチップ状に切り分けた状態で輸送する場合、96 m3の積載量で輸送できます。ほとんどのオペレーターは、20%の水分で11.5トン/積載の最小積載量を報告しており、これは嵩密度は約120kg/m3で、これは供給されるエネルギー1GJあたり1.60ユーロに相当します。」Caslin、Finnan、Easson 2010、pp. 31、33。
- ^ 「大型の長方形および円形の梱包機は、乾燥物質密度が 120 ～ 160 kg/m3、重量が 250 ～ 600 kg の梱包を生産できます。」Caslin、Finnan、Easson 2010、p. 22。さらに、Huisman 2001、p. 2098 では、高密度梱包機について 250 kg/m3 を引用しています。
- ^ 「ブリケット化は、ペレット化に比べて、圧縮時の電力消費をほぼ 50% 削減します (Personal Communication、Wolfgang Stelte)。この場合、焙焼チェーンのエネルギー消費の利点は、WWP チェーンと比較してほぼ 2 倍の 10.3% になります。GHG の利点もそれに応じて増加し、図 9 に示すように、焙焼木材ブリケット (TWB) は WWP と比較して 33% 削減されます。」Wild & Visser 2018、pp. 16–17。
- ^ 焙焼バイオマスの水分含有量は 1～5% です。焙焼されたバイオマスは疎水性であるにもかかわらず、水分が残っているのは、ペレットやブリケットに小さな亀裂や割れ目があり、そこから水分が侵入する可能性があるためです。Wild 2015、72、74 ページ。
- ^ 「粒子サイズの違いによって炎の安定性がさらに悪化する可能性がある。粒子サイズが大きいとヒートシンクとして機能し、点火前の粒子の共鳴時間が長くなり、熱損失と熱放出のバランスが影響を受けるためである。粉砕石炭操作で安定した炎を得るには、通常、燃料を 75 μm 未満に 70% 粉砕する必要がある。[粒子の総量の少なくとも 70% を 75 μm 未満にする必要があります。] 燃料を 75 μm 未満に 70% 粉砕できる容易さは、ハードグローブ粉砕性指数 (HGI) を使用して表される。石炭は通常、スケール上で 30 (粉砕に対する抵抗が増加) から 100 (より粉砕しやすい) の間に位置する。未処理のミスカンザスと処理済みバイオ石炭の HGI は表 3 に示されている。未処理のミスカンザスの HGI はゼロであり、これは基本的に、テストでは「この条件では、燃料はどれも望ましい 75 μm には達せず、したがって共粉砕を想定すると、75 μm を達成するための粉砕により多くのエネルギーが必要になるか、粉砕された燃料粒子の直径が 75 μm を超えることになります。」Smith ら、2018 年、551 ページ。
- ^ Bridgeman et al. 2010、p. 3916 を参照。また、Smith et al. は、水熱炭化（「湿式」焙焼とも呼ばれる）で前処理したミスカンザスの HGI を 150 と測定しました。「250 °C で処理したサンプルの HGI が 150（表 3 を参照）であることは、燃料が容易に粉砕されることを意味し、未処理のバイオマスで発生するより大きな粒子径によって生じる炎の安定性の問題は限られているはずです。」Smith et al. 2018、p. 554。
- ^ 「英国の発電所で使用されている石炭の平均HGIは40～60程度である。本研究でテストされたラ・ロマ石炭はHGIが46でこの範囲内に収まっている。」ウィリアムズら、2015年、382ページ。
- ^ 「ススキの燃焼中、無機物は特に問題となる可能性があります。大量のアルカリ金属、特にカリウムとナトリウムが、硫黄と塩素とともに灰の化学組成に影響し、燃料の挙動に影響を及ぼして、機器を腐食させ、スラグ、汚れ、および特定の炉床の凝集を引き起こす傾向があるためです。[...] 汚れは、カリウムとナトリウムが塩素と組み合わさって、放射熱にさらされると部分的に蒸発し、アルカリ塩化物を形成し、熱交換器などの冷たい表面に凝縮することで引き起こされる現象です。これらの堆積物は熱交換器の効率を低下させるだけでなく、腐食にも大きな役割を果たします。これらの堆積物は排気ガス中の硫黄と反応してアルカリ硫酸塩を形成し、塩素を放出する可能性があるためです。この塩素には触媒効果があり、炉材の活性酸化と腐食を引き起こします。」スミスら2018年、554、556頁。
- ^ 「ススキの燃焼では、無機成分は灰として残ります。ススキの典型的な総灰分は 2.0% ～ 3.5% の範囲です。火格子燃焼システムでは、粗い灰はボトムアッシュとして排出され、細かい灰分はオフガスとともにフライアッシュとして燃焼ゾーンから排出されます。灰の融点が低いため、これは灰のカリウムと塩化物含有量と強く相関しており、燃焼温度は可能な限り低く保たれます。」Lanzerstorfer 2019、pp. 1～2。
- ^ 「スラグ化は、灰の堆積物が炉内の炎などの放射熱にさらされたときに灰が溶けることによって生じる現象です。ほとんどの炉は灰を粉末状の残留物として除去するように設計されているため、灰の融点が高いことが望ましい場合が多くあります。そうでないと、クリンカーと呼ばれる硬いガラス状のスラグに溶ける傾向が高くなり、炉から除去するのが困難になることがあります。[...] AFT は、燃料のスラグ化傾向を評価する定性的な方法であり、灰の試験片を加熱して灰の化学変化を分析することによって機能します。重要な変化には、(i) 収縮、主に熱水生成炭化物中の炭酸塩の分解を表す、(ii) 変形温度、基本的に粉末状の灰が凝集し始めて表面に付着し始める開始点を表す、(iii) 半球、灰が凝集して粘着性になる、(v) 流動などがあります。それにより灰が溶けます。ほとんどの発電所では、変形と半球温度の間でスラグ化が問題になります。」スミス他 2018、p. 554。
- ^ 「ミスカンザスが燃焼品質の要件に最も適合するように、英国では伝統的に晩冬または早春に収穫され、その後作物は完全に老化し、栄養素が根茎に再移動します。[...] さらに、遅く収穫されたミスカンザスのサンプルは窒素、塩素、灰、アルカリ金属含有量が低く、燃料品質が向上していますが、バクスターら[2]で示された結果は、ほとんどの作物でスラグ、ファウリング、腐食が依然として最も可能性が高いことを示しています。したがって、越冬によってもたらされる栄養素の減少は、安全な燃焼につながるにはまだ不十分です[...]。」スミスら、2018年、p.546。
- ^ Saleh 2013、p. 100。Saleh は、わらについても約 65% の減少を確認しました。同様に、Ren らは、「オリーブ残渣、DDGS、トウモロコシのわらの塩素含有量のそれぞれ 59.1 wt%、60.7 wt%、77.4 wt% が焙焼中に放出された」ことを発見しました。Ren ら、2017、p. 40。
- ^ Johansen らは、「[...] Cl [塩素] は、KCl [塩化カリウム] の昇華 [直接ガス放出] による K [カリウム] 放出の主な促進因子である [...]」ことを発見しました。塩化カリウムは「[...] バイオマス中に存在する主要な Cl 種であり、[...]」、温度が 700～800 °C に達するまで固体相で安定しています。700 °C 未満の温度では、少量 (5～10 %) のカリウム放出が観察されていることに注意してください。閾値では、「[...] KCl [塩化カリウム] の形での K [カリウム] の高温放出は、原料燃料中の利用可能な総 Cl [塩素] 量に相当します」。言い換えると、「[...] K [カリウム] 放出は、利用可能な Cl [塩素] の量によって制限されるようです。」したがって、カリウムがガスになって燃焼装置の内部を汚染するのは主に塩素との結合によるものであり、カリウムの放出は「[...] 燃料が熱分解または燃焼して完全な脱塩素状態に達すると止まります」。この時点で、カリウムは代わりに約 800 °C でケイ酸塩およびアルミノケイ酸塩と融合し、灰の中に保持されます。Johansen 他 2011、pp. 4961、4962、4968。
- ^ 「Reza らと Smith らによる最近の研究では、ミスカンザスの HTC [水熱炭化] 中の無機物とヘテロ原子の運命が報告されており、塩素とともにアルカリ金属、カリウム、ナトリウムが大幅に除去されたことが示されています。[...] Smith らによる灰の溶融挙動の分析では、結果として得られる燃料のスラグ化傾向が大幅に減少し、汚れと腐食のリスクも大幅に減少したことが示されました。[...] その結果、HTC は、ミスカンザスを比較的価値の低い燃料から、高カロリー、改善された取り扱い性、好ましい灰の化学的性質を備えた高品質の燃料にアップグレードする可能性を提供します。[...] 250 °C の HTC はスラグ化の問題を克服し、早期に収穫されたミスカンザスの灰の変形温度を 1040 °C から 1320 °C に上げることができます。化学的性質は、250 °C と 250 °C の両方の汚れと腐食傾向の減少も示唆しています。 「処理燃料」スミス他2018年、547、556頁。
- ^ 「バイオエネルギーの環境コストと利点は、特に食物（穀物や油糧種子など）から生産される第一世代バイオ燃料について、大きな議論の対象となってきました。研究では、化石燃料と比較して、ライフサイクルGHG削減量は86％削減から93％増加に及ぶと報告されています（Searchinger et al., 2008; Davis et al., 2009; Liska et al., 2009; Whitaker et al., 2010）。さらに、バイオ燃料原料栽培によるN2O排出量が過小評価されている可能性がある（Crutzen et al., 2008; Smith & Searchinger, 2012）ことや、農地での原料栽培の拡大により、炭素貯蔵量が多い土地や保全価値の高い土地（iLUC）への食料生産が置き換えられ、返済に数十年かかる可能性のある炭素負債が生じる可能性がある（Fargione et al., 「iLUC の発生リスクを軽減するための政策立案は、2008 年に開始されました。他の研究では、一年生作物の原料からの窒素関連の直接排出は、最適化された管理方法によって軽減できること (Davis 他、2013 年)、または回収期間は提案されているよりも短いこと (Mello 他、2014 年) が示されています。しかし、iLUC の発生リスクを軽減することを目的とした政策策定にもかかわらず、iLUC の影響については依然として大きな懸念があります (Ahlgren & Di Lucia、2014 年、Del Grosso 他、2014 年)。」Whitaker 他、2018 年、151 ページ。
- ^ 「バイオエネルギーおよびバイオ燃料の原料作物の栽培の影響は特に懸念されており、エタノールやバイオディーゼルに使用される食用作物の温室効果ガス (GHG) バランスは化石燃料と比べて良くも悪くもないと指摘する人もいます (Fargione 他、2008 年、Searchinger 他、2008 年)。これは議論の余地があり、副産物の管理と使用に対する GHG 排出量の割り当ては、結果として得られるバイオエネルギー製品の総炭素フットプリントに大きな影響を与える可能性があるからです (Whitaker 他、2010 年、Davis 他、2013 年)。食用作物の置き換えまたは「間接的」土地利用変更 (iLUC) によるバイオエネルギーへの土地利用変更 (LUC) の GHG バランスへの潜在的な影響も重要な考慮事項です (Searchinger 他、2008 年)。」 Milner 他2016年、317-318頁。
- ^ 「バイオエネルギーに関する当初の前提は、最近大気から植物に取り込まれた炭素が化石燃料の使用による温室効果ガス排出を即座に削減するというものであったが、現実はそれほど単純ではなかった。研究では、エネルギー作物の生産と土地利用の変化による温室効果ガス排出が、CO2 削減を上回る可能性があることが示唆されている (Searchinger 他、2008 年、Lange、2011 年)。強力な地球温暖化係数(GWP) を持つ亜酸化窒素 (N2O) の生産は、CO2 増加を相殺する重要な要因となる可能性がある (Crutzen 他、2008 年) だけでなく、周囲の環境の酸性化と富栄養化の可能性もある (Kim と Dale、2005 年)。ただし、すべてのバイオマス原料が同じというわけではなく、バイオエネルギー生産に批判的な研究のほとんどは、肥料コストの高い一年生食用作物から生産されたバイオ燃料に関するもので、自然の生態系から切り開かれた土地を使用したり、食糧生産と直接競合したりすることもある (Naik 他、 「既存の低品質の農地で生産される専用の多年生エネルギー作物は、適切な管理で生産された場合、温室効果ガスの排出量と土壌炭素隔離を大幅に削減する持続可能な代替手段を提供します（Crutzen et al.、2008; Hastings et al.、2008、2012; Cherubini et al.、2009; Dondini et al.、2009a; Don et al.、2012; Zatta et al.、2014; Richter et al.、2015）」McCalmont et al. 2017、p. 490。
- ^ 「多くのLCA研究において、バイオエネルギー技術や規模を問わず、GHG排出量の大幅な削減が実証されている（Thornley et al., 2009, 2015）。最も大幅な削減が見られたのは、熱と電力のケースである。しかし、他の研究（特に輸送燃料）では、その逆の結果が示されており、バイオエネルギーシステムはGHG排出量を増やす可能性がある（Smith & Searchinger, 2012）、またはますます厳しくなるGHG削減しきい値を達成できない可能性がある。計算された削減量の変動にはさまざまな要因が影響しているが、大幅な削減が達成されない場合や大きな変動が報告されている場合は、関連するデータの不確実性や適用されたLCA方法論の変動が関係していることがわかっている（Rowe et al., 2011）。たとえば、LUC後の土壌炭素貯蔵量の変化に関するデータの不確実性は、バイオ燃料生産経路のGHG強度に大きな影響を与えることがわかっている（図3）。一方、バイオマスの燃焼によるブラックカーボン粒子の短期的な放射強制力の影響は、バイオ燃料もデータの不確実性が大きい（Bond et al., 2013）。Whitaker et al. 2018、pp. 156–157。
- ^ Whitaker et al. 2018, p. 156を参照。計算については付録S1を参照。
- ^ Emmerling & Pude 2017、pp. 275-276を参照。Emmerling & PudeはFelten et al. 2013を言い換えた。収量、炭素隔離、GHG計算については、Felten et al. 2013、pp. 160、166、168を参照。
- ^ 「これらの値は極端なものですが、バイオエネルギー作物の栽培場所の選択によって、GHG [温室効果ガス] の大幅な削減と損失が左右され、ライフサイクル GHG 排出量が規定の閾値を上回るか下回るかが決まることを示しています。したがって、LUC [土地利用変化] に伴う ∆C [炭素増加または減少] の不確実性を減らすことは、N2O [亜酸化窒素] 排出量の推定値を精緻化することよりも重要です (Berhongaray 他、2017)。初期の土壌炭素貯蔵量に関する知識があれば、低炭素土壌での多年生バイオエネルギー作物のターゲットを絞った展開によって達成される GHG 削減を改善できる可能性があります (セクション 2 を参照)。[...] 一年生農地は草地よりも土壌炭素隔離の可能性が高いという仮定は単純化しすぎているように思われますが、初期の土壌炭素貯蔵量に関する情報を ∆C [炭素量の変化] の以前の土地利用よりも強力な予測因子として使用することで、土壌炭素隔離の可能性の予測を改善する機会があります。」Whitaker 他2018年、156、160頁。
- ^ 「図3は、イングランドとウェールズ全域の耕作地にミスカンザスを植えることで土壌有機炭素（SOC）が変化しないか増加（正）し、スコットランドの一部でSOCが減少（負）しただけであることを確認した。耕作地からミスカンザスへの移行に伴う英国全体の年間SOC変化は、制約のない土地すべてにミスカンザスを植えた場合、3.3 Tg C yr −1 [年間330万トンの炭素]となる。ヒストソルを除いた場合、異なる土地利用におけるSOCの平均変化はすべて正であり、改良された草地は1.49のMg C ha −1 yr −1 [ヘクタールあたりの年間トン炭素]を生み出し、これに耕作地が1.28、森林が1と続いた。このSOC変化を元の土地利用別に分けると（図4）、バイオエネルギー作物を植えた場合、改良された草地の広い地域が予測されることがわかる。 「SOC の増加。耕作地からの移行を考慮した場合も同様の結果が得られましたが、イングランド中央東部では SOC に中立的な影響があると予測されました。ただし、スコットランドでは、すべての土地利用、特に森林地帯で SOC の増加とミスカンザスの収穫量の減少により投入量が減少することが予測されています。」Milner 他 2016、p. 123。
- ^ 「要約すると、我々は LUC [土地利用の変化] からバイオエネルギー作物への SOC と GHG バランスへの影響を定量化した。これにより、耕作地からの LUC は一般に SOC の増加につながり、森林からの LUC は SOC の減少と GHG 排出の増加に関連することが判明した。草地は、バイオエネルギーへの LUC への反応が非常に多様で不確実であり、温帯地域全体に広く分布していることを考えると、依然として懸念材料であり、今後の研究努力が集中すべき主要な領域の 1 つである。」Harris、Spake、Taylor 2015、37 ページ (SOC の変化については 33 ページも参照)。ただし、著者は「すべての研究における移行からの平均時間は、SOC の場合 5.5 年 (Xmax 16、Xmin 1) であった」こと、「[...] 研究の大半は、0～30 cm プロファイルでの SOC のみを考慮した [...]」と述べている。 Harris, Spake & Taylor 2015, pp. 29–30。若い植林地では炭素蓄積率が低いことが予想される。これは、植栽時に炭素分解が加速し（土壌の通気による）、定着期（2～3年）に土壌に投入される炭素の平均量が比較的低いためである。また、ススキなどのエネルギー専用作物は、通常の草地よりも年間バイオマスを著しく多く生産し、そのバイオマスの炭素含有量の約25％が毎年土壌炭素貯蔵量にうまく追加されるため（年間純炭素蓄積量を参照）、時間の経過とともに、転換草地でも土壌有機炭素が増加すると予想するのは妥当と思われる。著者らは、転換草地における多年生植物の炭素蓄積期は30～50年であるとしている。Harris, Spake & Taylor 2015, p. 31を参照。
- ^ 「何世紀にもわたって木材を燃やしてエネルギーを得たり、飼料を馬力に加工したりしてきた後、バイオエネルギー原料の第一世代は、トウモロコシ、菜種、サトウキビ、アブラヤシなどの食用作物で、バイオエタノールやバイオディーゼルの生産に使用されました。これらの作物は、肥料やエネルギーの面で多くの投入を必要とし、炭素排出量が増加しました (St. Clair 他、2008)。さらに、食用作物原料をバイオエタノールやバイオディーゼルに変換する際の炭素コストは大きく、エネルギー生産量とエネルギー投入量の比率が低く、GHG コストが高く、土地 1 ヘクタールあたりのエネルギー GJ で見た生産性が低い (Hastings 他、2012)。食用作物をエネルギー生産に使用することのもう 1 つの欠点は、これらの原料の需給バランスに圧力がかかり、食料のコストに影響する可能性があること (Valentine 他、2011)、耕作可能な作物面積を増やすための間接的な土地利用変化 (ILUC) の増加 (Searchinger第二世代バイオエネルギー作物であるミスカンザスは、第一世代の一年生バイオエネルギー作物よりも環境フットプリントが小さいことがほとんどです (Heaton et al., 2004, 2008; Clifton-Brown et al., 2008; Gelfand et al., 2013; McCalmont et al., 2015a; Milner et al., 2015)。これは、ミスカンザスが多年生であること、栄養素のリサイクル効率が高いこと、そして一年生作物よりも 20 年のライフサイクルで化学物質の投入や土壌耕作が少なくて済むことによるものです (St. Clair et al., 2008; Hastings et al., 2012)。ミスカンサスは、食用作物の生産には経済的に限界のある農地でも栽培できます（Clifton-Brown 他、2015 年）。" Hastings 他、2017 年、p. 2。
- ^ 「体系的レビューとメタ分析を使用して、現在の知識を評価し、土地利用変更 (LUC) から第 2 世代 (2G) の非食用バイオエネルギー作物への転換が、温帯農業に関連する土壌有機炭素 (SOC) と温室効果ガス (GHG) の排出に与える影響を定量化しました。138 件のオリジナル研究の分析の結果、耕作地から短伐期雑木林 (SRC、ポプラ、またはヤナギ) または多年生草本 (主にミスカンサスまたはスイッチグラス) への移行により、SOC が増加しました (それぞれ +5.0 ± 7.8% と +25.7 ± 6.7%)。」Harris、Spake、Taylor 2015、p. 27。
- ^ 「我々の研究は、作物の定着、収穫量、収穫方法がミスカンザス固形燃料のCコストに影響を与えることを示している。梱包された収穫の場合、根茎の定着には0.4 g CO2 eq. C MJ −1 、種子プラグの定着には0.74 g CO2 eq. C MJ −1である。収穫されたバイオマスをチップ化してペレット化すると、排出量はそれぞれ1.2 g CO2 eq. C MJ −1と1.6 g CO2 eq. C MJ −1に増加する。この研究でGHG排出量を推定するために使用された収穫とチップ化のエネルギー要件は、Meehan et al. (2013)の調査結果と一致している。ミスカンザス燃料のGHG排出量のこれらの推定値は、他のライフサイクルアセスメント(LCA)研究(例: Styles and Jones, 2008)の調査結果と、ミスカンザス燃料を使用したGHG削減の空間推定(Hastings et al., 2009)を裏付けるものである。また、ミスカンザスは、多年生であること、栄養素のリサイクル効率が高いこと、20 年のライフサイクルで一年生作物よりも化学薬品の投入や土壌耕作が少なくて済むことから、GHG フットプリントが比較的小さい (Heaton ら、2004、2008 年; Clifton-Brown ら、2008 年; Gelfand ら、2013 年; McCalmont ら、2015a; Milner ら、2015 年)。この分析では、土壌の GHG フラックスは考慮していない。McCalmont ら (2015a) は、英国ではミスカンザス由来の燃料 1 MJ あたり平均 0.5 g の炭素を土壌が隔離することを示している。ミスカンザスの栽培によって生じる SOC の変化は、以前の土地利用と関連する初期 SOC によって決まる。泥炭地、永久草地、成熟した森林などの炭素を多く含む土壌を避け、鉱物質土壌のある耕作可能な輪作草地のみをミスカンザス栽培に使用すると、英国での最初の20年間の輪作におけるSOCの平均増加量は約1～1.4 Mg C ha −1 y −1になります（Milner et al., 2015）。この追加の利点を無視しているにもかかわらず、これらのGHGコストの推定値は、石炭（33 g CO2 eq. C MJ −1）、北海ガス（16）、液化天然ガス（22）、米国から輸入された木材チップ（4）と比較して非常に有利です。さらに、ミスカンザスの生産Cコストは燃料としての天然ガスのGHGコスト（16～22 g CO2 eq. C MJ-1）の1/16未満に過ぎませんが、これは主に、ミスカンザス生産に使用される機械、化学物質、化石燃料に含まれる炭素によるものです。経済が温度調節（温室の温度管理のための熱や根茎の貯蔵のための冷却）や輸送のための化石燃料への依存から脱却するにつれて、これらの温室効果ガスのコストはバイオエネルギー生産から減少し始めます。この論文の推定では、土壌に炭素を隔離する可能性も、影響や ILUC（Hastings ら、2009 年）も考慮されていないことに注意してください。Hastings ら、2017 年、12 ～ 13 ページ。
- ^ 「多年生ミスカンザスのエネルギー出力/入力比は、エネルギー用に使用される一年生作物（4.7 ± 0.2～5.5 ± 0.2）の10倍（47.3 ± 2.2）高く、エネルギー生産の総炭素コスト（1.12 g CO2-C eq. MJ −1）は化石燃料の20～30倍低い。」McCalmont et al. 2017、p. 489。
- ^ 「図 3c の結果は、英国のほとんどの土地で、炉内の MJ エネルギーあたり 1.12 g CO2-C 相当の炭素指数を持つミスカンザスバイオマスを生産できることを示しています。これは、石炭 (33)、石油 (22)、LNG (21)、ロシア産ガス (20)、北海ガス (16) よりも大幅に低い値です (Bond ら、2014)。したがって、特定のエネルギー含有量の変動を考慮しても、同等の燃料よりも大きな温室効果ガス削減の可能性が期待できます。Felten ら (2013) は、ミスカンザスによるエネルギー生産 (繁殖から最終的な変換まで) は、他のバイオエネルギーシステムと比較して、単位面積あたりの温室効果ガス削減の可能性がはるかに高いことを発見しました。彼らは、ミスカンザス (家庭用暖房用チップ) が、菜種と比較して 22.3 ± 0.13 Mg [トン] CO2-eq ha −1 yr −1 [ヘクタールあたり年間 CO2 相当] を削減したことを発見しました。 「（バイオディーゼル）は3.2 ± 0.38、トウモロコシ（バイオマス、電気、熱）は6.3 ± 0.56でした。」McCalmont et al. 2017、p. 500。
- ^ 「バイオマス収量と温室効果ガスおよび化石エネルギーの節約ポテンシャル（それぞれ最大 30.6 t CO2eq/ha*a および 429 GJ/ha*a）が最も高いのは、中央ヨーロッパの非限界地帯です。寒さ（モスクワ/ロシア）または干ばつ（アダナ/トルコ）によって制限される限界地帯では、最大 19.2 t CO2eq/ha*a および 273 GJ/ha*a（モスクワ）、および 24.0 t CO2eq/ha*a および 338 GJ/ha*a（アダナ）の節約が達成できます。温室効果ガスおよび化石エネルギーの節約は、ススキバイオマスを建設資材として使用した場合に最も高くなります（当社の分析では断熱材の例を使用しています）。輸送距離が短いため、家庭用暖房でも温室効果ガスおよび化石エネルギーの節約ポテンシャルが高いことがわかりました。ペレット化は、バイオマスが長距離輸送される場合、例えば熱電併給発電の場合には、GHG 排出量とエネルギー消費を最小限に抑えるという点でのみ有利です。ペレット化には追加のエネルギーが必要ですが、同時に、密度が高いため輸送に必要なエネルギーが削減されます。バイオガス経路による発電では、GHG と化石エネルギーの節約の可能性が最も低く、次にバイオエタノールが続きました。ただし、この結果は、(a) 利用可能な熱の 50% のみが使用され、(b) 現場からバイオガスプラントまでの輸送距離が比較的長い (15 km) という仮定に大きく影響されています。熱利用率が 100% で輸送距離が短いバイオガス チェーンの方がパフォーマンスは優れています。ススキ バイオマスからの発電では、ベース ロード電力には燃焼、ピーク ロードにはバイオガスが最も好ましい経路であると結論付けることができます。" Lewandowski 他 2016、pp. 19–20。
- ^ 「小規模および大規模の熱電併給、エタノール、バイオガス、断熱材生産を含む 7 つのミスカンサスベースのバリュー チェーンのコストとライフサイクル評価により、それぞれ最大 30.6 t CO2eq C ha −1 y −1の温室効果ガス排出削減および化石エネルギー削減の可能性と、 429 GJ ha −1 y −1の温室効果ガス排出削減の可能性が明らかになりました。輸送距離は重要なコスト要因として特定されました。地元のバイオマス使用では、マイナスの炭素緩和コストとして -78€ t−1 CO2eq C が記録されました。OPTIMISC の結果は、限界地帯の作物としてのミスカンサスの可能性を示しており、ミスカンサスベースのバリュー チェーンの商業的実装に関する情報と技術を提供しています。[...] ベールがバイオエタノール工場または断熱材生産工場に輸送される場合、およびバリュー チェーン「熱電併給 (CHP) 「バリューチェーンの『CHPペレット』と『ヒートペレット』では、ベールはペレット化工場まで100km輸送され、そこからペレットは発電所まで400km輸送されました。農場から畑までの平均距離は2kmと想定されました。この輸送距離は、生産農場でチップをバイオマス燃料として利用することが想定されているバリューチェーンの『ヒートチップ』でも想定されています。バイオガスプラントのバイオマス要件が高いため、畑からプラントまでの平均輸送距離は15kmと想定されました。」Lewandowski et al. 2016、pp. 2、7。
- ^ 「英国で多年生エネルギー作物の生産と短期伐採林業（SRF）に使用できる土地の面積を確立します。既存のバイオマス支援制度（再生可能エネルギー義務、差額契約、RHI、RTFO）は、バイオエネルギー目的および材料として特に栽培される短期伐採雑木林やミスカンザスなどの多年生エネルギー作物の使用をすでにサポートしています。しかし、現在英国で多年生エネルギー作物が栽培されている土地面積はわずか（約10,000ヘクタール）で、これは主に熱と電力の生成に使用されています。現在、これらの資源をコスト効率よく燃料に変換するための商業規模の処理能力がないため、RTFOでサポートされている低炭素燃料用の多年生エネルギー作物はほとんど使用されていません。[...] CCCの第6回炭素予算報告書は、土壌とバイオマスの炭素貯蔵量を増やし、他の生態系にも貢献することで、多年生エネルギー作物とSRFが炭素予算目標に貢献する大きな可能性を強調しました。利益。バランスのとれた道筋では、CCCは最大708,000ヘクタールの土地をエネルギー作物の生産に充てることができると示唆しており、これにより、土地利用およびエネルギー部門で温室効果ガス削減を実現するバイオマス原料としての多年生エネルギー作物とSRFの役割に対する関心が高まっています。現在、多くの政策分野にわたる土地利用のトレードオフの空間的理解を構築しているDEFRA土地利用ネットゼロプログラムは、国内で栽培されたバイオマスの将来の利用可能量の潜在的な規模と、土地利用の変化が複数の利益のために最適化される必要がある景観において温室効果ガス削減を実現する可能性を判断するのに役立ちます。このプログラムは、さまざまなセクターで使用されるバイオマス原料の可用性と組み合わせに関する理解と証拠を提供します。」ビジネス・エネルギー・産業戦略省2021、pp. 15-16。
- ^ 「2015年に、英国、EU、および国際的に研究者、政策立案者、業界/ビジネス代表者によるワークショップが開催されました。バイオエネルギーの土地利用変化に関する世界的な研究の結果を比較し、合意の領域、主要な不確実性、研究の優先事項を特定しました。[...] 私たちの分析は、専用の多年生バイオエネルギー作物が土壌の炭素と亜酸化窒素に直接与える影響はますますよく理解されており、従来のエネルギー源と比較してバイオエネルギーによるライフサイクルGHGの大幅な緩和と一致することが多いことを示しています。私たちは、多年生バイオエネルギー作物の栽培のGHGバランスは多くの場合好ましいものであり、作物が炭素貯蔵量が少なく栄養分を控えめに施用した土壌で栽培された場合に最大のGHG削減が達成され、水質の改善などの追加の環境上の利点が得られると結論付けています。ここで報告された分析は、持続可能なバイオエネルギー産業の発展を支援できるバイオエネルギー栽培の環境上の利点とリスクに関する成熟した、ますます包括的な証拠ベースがあることを示しています。」Whitaker et al. 2018年、150ページ。
- ^ ab 「Felten & Emmerling (2011) は、ドイツで 15 年の歴史を持つミスカンザス農園のミミズ個体数を、穀類、トウモロコシ、OSR、草地、および 20 年の歴史を持つ休耕地 (以前の穀類の後に) と比較しました。ミスカンザスでは、一年生作物よりも種の多様性が高く、草地や長期休耕地とより一致しており、管理の強度が最も重要な要因であると考えられています。地面の撹乱が少ないため、さまざまな生態学的カテゴリのミミズがより不均質な土壌構造を形成することができました。最も多くの種が見つかったのは草地 (6.8) で、続いて休耕地 (6.4)、ミスカンザス (5.1)、OSR (4.0)、穀類 (3.7)、トウモロコシ (3.0) の順でした。ミミズ個体数の合計は、トウモロコシの 62 m−2 から休耕地の 355 m−2 までで、ミスカンザスは中程度の位置 (132ミスカンザス属の落葉は、ミミズに比べて 1 平方メートルあたり 100 万立方メートル多いが、土地利用による個体数の差は大きくないことが判明した。しかし、ミミズにとってこの利点にはトレードオフがある。すなわち、窒素利用効率が高く、窒素肥料の必要性とそれに伴う環境への害を減らす栄養循環があるため、大量に利用できるにもかかわらず、ミスカンザス属の落葉は窒素が少なく炭素が多いため、特に有用な食料資源にはならない (Ernst et al., 2009; Heaton et al., 2009)。また、他の研究では、この種の窒素含有量の低い物質を食べたミミズは、全体的に質量が減少することが分かっている (Abbott & Parker, 1981)。しかし、対照的に、ミスカンザス属の落葉が一年生穀物の裸地と比較して地上レベルで広範囲に覆うことは、土壌表面の水分保持と捕食者からの保護において、ミミズにとって潜在的に大きな利点であることが示唆された。」McCalmont et al. 2017, p. 502。
- ^ ab 「Bellamy et al. (2009) は、ケンブリッジシャーの 6 対のサイトで、冬と夏の繁殖期の両方で、5 年前のミスカンザス農園と冬小麦の輪作を比較して、鳥類とその食料資源を調査しました。著者らは、ミスカンザスが季節ごとに異なる生態学的地位を提供していることを発見しました。冬に頻繁に見られる種のほとんどは森林の鳥でしたが、小麦では森林の鳥は見つかりませんでした。しかし、夏には農地の鳥の数が多くなりました。サイト全体で見られる種の半分以上がミスカンザスでより多く、小麦では 11 種であるのに対して 24 種が記録されました。繁殖期には、ミスカンザスサイトで見つかった種の数は再び 2 倍になり、ヒバリを除くすべての種の個体数はより多くなりました。繁殖地が作物の境界の全部または一部内にある鳥だけを考慮すると、ミスカンザスでは合計 7 種が見つかり、小麦では繁殖ペアの密度が高かった 5 種でした。 （1.8対0.59種/ ha ）および繁殖種（0.92対0.28種/ ha) ミスカンザスでは小麦に比べて 2 種が統計的に有意に高密度であったが、小麦の方がミスカンザスより高い密度で生息していた種はなかった。述べたように、空間的にも時間的にも構造的不均一性は作物内生物多様性を決定する上で重要な役割を果たしており、秋に播種した冬小麦は、地被植物の高さが平均 0.08 m で非作物植物がほとんどないため越冬用のシェルターがほとんどないのに対し、高さが約 2 m のミスカンザスは非作物植物をはるかに多く提供している。繁殖期には、作物間のこの違いは明らかであり、小麦畑は繁殖期を通して均一で密な作物被覆を提供し、路面電車の線路のみが中断を生み出したのに対し、ミスカンザスはシーズンの初めには低く開いた構造であったが、シーズンが進むにつれて高さと密度が急速に増加した。作物が成長するにつれて鳥の数は減少し、特に 2 種の鳥は、個体数と作物の高さの間に密接な (ただし逆の) 相関関係を示した。作物の成長に伴い、アカアシヤマウズラは減少したが、ヨシキリは増加した。また、これらのヨシキリは、近隣のOSR畑や植生のある溝にはいたものの、作物の高さが1メートルを超えるまで作物の中には見られなかった。結論として、著者らは、すべての種を合わせたミスカンザスの鳥類密度は、SRCヤナギ畑や休耕田を調べた他の研究で見つかったものと似ていたが、すべてのサイトで従来の耕作作物よりも鳥類密度が高かったと指摘している。集約的な農業景観へのこれらの追加リソースと、畑の縁への化学的および機械的圧力の軽減を通じて、ミスカンザスは生物多様性の維持に重要な役割を果たすことができますが、既存のシステムとそれに適応した野生生物を補完するものと見なす必要があります。Clapham et al. (2008) は、他の研究と同様に、農業景観では、野生生物とその食料資源の大部分が畑の縁と点在する森林地帯に存在し、この景観においてミスカンザスが果たす重要な役割は、これらの重要な生息地への化学物質の浸出を止め、毎年の地面の撹乱と土壌浸食を除去し、水質を改善し、不均質な構造と越冬カバーを提供することであると報告しています。」McCalmont 他 2017、pp. 502–503。
- ^ 「我々の研究結果によると、若いススキ林は樹冠が閉じる前は植物種の多様性が高い。種の豊富さは林の密度と負の相関関係にあり、成熟した植林地では低いことがわかった。しかし、16 年前の密集したススキ林でさえ、25 平方メートルの区画あたり最大 16 種の雑草種を支え、植林地の最大 12% を占めていた。文献データもこの研究結果を裏付けている。ススキ林は通常、農場の生物多様性を支え、鳥、昆虫、小型哺乳類の生息地を提供していると報告されている (Semere and Slater, 2007a; Bellamy et al., 2009)。Semere and Slater (2007b) の研究では、ススキの生物多様性は他の作物林よりも高いが、野外の縁よりも低いことがわかった。」Lewandowski et al. 2016、p. 15。
- ^ 「成熟したススキの樹冠の下の土壌に生息できる多様な地上植物は、蝶、その他の昆虫、およびその捕食動物に食物を提供します。ヒバリ、マキバタヒバリ、タゲリはススキを利用し、ミソサザイ、ムネアカヒワ、ゴシキヒワなど、草の種子を食べる 37 種の鳥も利用します。冬に葉が落ちると、キアシシギに適した生息地が提供されます。ススキの葉の間の空き地は、ヒバリやマキバタヒバリなどの鳥にとって理想的な生息地となります。」Caslin、Finnan、Easson 2010、37 ページ。
- ^ 「私たちの研究は、ススキとSRCヤナギ、および多年生作物の栽培に関連する管理が、一年生耕作作物と比較して、かなりの量の生物多様性をサポートすることを示唆しています。景観の多様性を高め、生態系の機能を強化し、同時にエネルギーと食糧安全保障のバランスをとるために、耕作地にこれらの多年生の専用バイオマス作物を戦略的に植えることを推奨します。」Haughton et al. 2016、p. 1071。
- ^ 「IACR-ロザムステッドとドイツで行われた2つの研究では、ススキと穀類を比較した結果、ススキは穀類よりも多様な種を育む生息地を提供しているようだと示唆された。これらの研究では、ススキの作物には3倍のミミズとクモが見られ、ススキはクモの種の多様性も支えていた。研究の1つでは、ススキの作物には小麦の作物よりも5種多い哺乳類と4種多い鳥類がいることも示された。SpinkとBritt (1998)は、ススキが永久休耕地の最も環境に優しい代替作物の1つであると特定した。」Caslin、Finnan、Easson 2010、p. 36。
- ^ 「ミスカンザスは、毎年収穫される作物であるにもかかわらず、翌年の成長が始まる直前に収穫されるため、1 年の大部分で隠れ場所を提供します。この隠れ場所は、既存の生息地をつなぐ野生生物の回廊として機能します。また、ミスカンザスは、春先に地上で営巣する鳥 (ヒバリなど) と、夏の終わりにヨシキリなどの葦に巣を作る鳥の両方の巣作り場所としても機能します。ミスカンザスは、キジやヤマウズラの幼鳥の養育場所として、また狩猟用のカバー作物として役立つ可能性があります。ミスカンザスでは、ノウサギ、オコジョ、ネズミ、ハタネズミ、トガリネズミ、キツネ、ウサギなど、少なくとも 9 種の動物が観察されています。これらの多くは、メンフクロウなどの大型肉食動物の有用な食料源です。」 Caslin、Finnan、Easson 2010、p. 36。
- ^ 「ミスカンザスには化学物質の投入量と硝酸塩の浸出が減るという利点もあり、農地から流出する水質が大幅に改善されます（Christian & Riche, 1998; Curley et al., 2009）。McIsaac et al.（2010）は、施肥していないミスカンザスでは無機窒素の浸出（1.5～6.6 kg N ha −1 yr −1）がトウモロコシ/大豆の輪作（34.2～45.9 kg N ha −1 yr −1）よりも大幅に少ないと報告しました。」McCalmont et al. 2017、p. 501。
- ^ 「エタノール生産のためにトウモロコシを栽培している土地を多年生の原料に転換すれば、地表ベースでの溶存無機窒素の浸出が大幅に減少すると予測される（Davis et al., 2012; Iqbal et al., 2015）。この浸出の減少は、肥料の必要量が少ないこと、窒素を吸収する植物の根が継続的に存在すること、多年生の草本種による栄養素の効率的な内部循環によるものと考えられている（Amougou et al., 2012; Smith et al., 2013）。これを裏付けるように、ススキとスイッチグラスは、区画規模で評価すると、典型的なトウモロコシ/大豆の輪作と比較して、地下の排水管からの溶存無機窒素の浸出が大幅に少なく、施肥したスイッチグラスの区画では、成熟後も浸出はほとんどまたはまったく見られなかった（Smith et al., 2013）。同様に、同じ原料の土壌ベースの測定結果では、流域規模では、エタノール用トウモロコシ生産をセルロース系多年生植物原料生産に置き換えると、原料の種類と採用する管理方法に応じて、総浸出量を最大22％削減できる可能性がある（Davis et al., 2012; Smith et al., 2013）。これらの以前の研究は、セルロース生産への移行による潜在的な生態系サービスの証拠を提供しているが、そのようなシナリオ下での溶存無機窒素の輸出と流量への総変化がどの程度になるかはまだ確立されていない。水文学的プロセスは窒素循環と密接に結びついており (Castellano 他、2010、2013)、河川や小川を通じた溶存無機窒素輸送の重要な要因であり (Donner 他、2002)、LUC に敏感です (Twine 他、2004)。米国のミシシッピ川流域の現在の土地被覆が、スイッチグラスやミスカンザスの割合を変えるために変更されたさまざまなモデリング シナリオでは、水質の改善に比べて流量への影響が小さいことが示されました (VanLoocke 他、2017)。」Whitaker 他、2018、pp. 157–158。
- ^ 「Blanco-Canqui (2010) は、この水利用と栄養効率は、圧縮され排水の悪い酸性土壌に恩恵をもたらし、限界農地に適している可能性があることを指摘しています。多年生のエネルギー草の土壌は、繊維質で広範囲に根を張り、地面の撹乱が減るため、多孔性が高く、かさ密度が低いため、一年生の列作作物に比べて土壌の水理特性、浸透、透水性、貯水量が向上します。植栽面積が集水量や灌漑の可用性に合わない場合、土壌水に大きな影響が出る可能性があります。ただし、ET の増加と、孔隙率の増加による地下水貯水量の改善は、降雨量が多いときに有益であり、貯水能力が 100 ～ 150 mm 増加する可能性があることに留意してください。」McCalmont 他 2017、p. 501。
- ^ 「この研究は、英国でミスカンザスを生産することによる環境コストと利点に関する膨大な文献を簡潔にまとめたものであり、商業規模の水文学、古い農園の生物多様性、またはミスカンザスへの土地利用の移行における N2O の高頻度サンプリングなど、さらなる研究の余地はあるものの、環境の持続可能性の明確な兆候は現れています。農業生産は主に人間の需要に基づいており、自然と人間、または 1 つの利点と別の利点の間には常にトレードオフがあります。しかし、文献は、ミスカンザスが環境への害を最小限に抑えながらさまざまな利点を提供できることを示唆しています。プランテーションの規模と場所の適切さ、生産を維持するのに十分な水があるかどうか、エンドユーザーへの輸送の環境コストを考慮する必要があります。輪作農業の景観における長期的な多年生作物としてのミスカンザスの役割を理解し、重要な食糧生産を妨げないようにする必要があります。これらの考慮事項に新しいものはなく、あらゆる農業政策の中心にあり、意思決定者はこれらの問題に精通しています。ここで収集された環境に関する証拠は、将来の農業政策を支える科学的根拠を提供するのに役立つだろう。」McCalmont et al. 2017、p. 504。
- ^ 「ES [生態系サービス] を評価するアプローチは、GB 全体で 2G バイオエネルギー作物の成長が、第 1 世代作物を置き換える際に広く有益な効果を生み出すことを示唆しています (表 1)。特定の ES ではなく、全体的な生態系への有益な効果は、最近の文献の報告と一致しています (Semere & Slater、2007a、b; Rowe et al.、2009; Dauber et al.、2010)。2G 作物への移行の利点には、農場規模の生物多様性の増加 (Rowe et al.、2011)、捕食などの機能属性の改善 (Rowe et al.、2013)、および純 GHG 緩和の利点 (Hillier et al.、2009) が含まれます。利点は主に、2G 作物に関連する低い入力とより長い管理サイクルの結果です (Clifton‐Brown et al.、2008; St Clair et al.、 「2G作物の生産の定着と収穫段階は混乱を招き、ESに短期的にマイナスの影響を与えるため、利点には明確な時間的パターンがある可能性があります（Donnelly et al., 2011）。ただし、慣行を調整してこれらを改善することは可能です。ただし、この時間的影響はここでは考慮されておらず、食用作物、牧草、樹木の収穫と植え付けに似ています。[...] ALC 3および4の下でさまざまな植え付けシナリオに土地をフィルタリングすると、利用可能な土地の92.3％以上がミスカンザスまたはSRCを植えるときにプラスのES効果をもたらし、そのような移行によりGHGバランスが正味で改善される可能性があります。」Milner et al. 2016、pp. 328–329。
- ^ 「イングランド南西部と北西部は、それぞれミスカンザスとSRC [短伐期雑木林] を、経済的実現可能性、炭素隔離、高収量、およびES [生態系サービス] のプラス効果の好ましい組み合わせで栽培できる地域として特定されました。ベースラインの植栽条件下でミスカンザスまたはSRCを植えた場合、それぞれ146,583ヘクタールと71,890ヘクタールで有益な影響が見られ、2020年の植栽シナリオではそれぞれ293,247ヘクタールと91,318ヘクタールに増加しました。[...] グレートブリテン (GB) には、合計で約22.9 Mヘクタールの土地があります (Lovett et al., 2014)。[...] 植栽に利用可能な土地は、道路、河川、都市部、傾斜、および傾斜の8つの要因に基づく社会的および環境的制約を使用して、Lovett et al. (2014) によって作成された制約マップを使用して計算されました。 15%、記念碑、指定地域、既存の保護林、高有機炭素土壌、国立公園や特別自然美観地域などの「自然度スコア」の高い地域。この土地の利用可能性は、表7にまとめられているように、GBの農地クラス（ALC）（Lovett et al., 2014）を使用してさらに制限され、100 m2のラスター解像度でALCデータのマップを集約して、各1 km2グリッドセル内のさまざまなALCの土地の総ヘクタールを導き出すことによって達成されました。" Milner et al. 2016、pp. 317、320。
- ^ 「[...] SRC、ミスカンザス、スイッチグラスなどの低投入多年生作物の使用は、妥当な収量が得られ、低炭素土壌がターゲットとされ（上記のセクション2と3を参照）、開発環境が食料のための土地利用（および関連するiLUC排出の可能性）との緊張が緩和されるものである限り、化石燃料の代替品と比較して大幅なGHG削減をもたらす可能性があることを示す証拠があります。これらの基準が満たされるケースは数多くあります。」Whitaker et al. 2018、p. 157。
- ^ 「一年生作物とは対照的に、多年生作物専用のバイオエネルギーは、ライフサイクル温室効果ガス排出量が低く、その他の環境相乗効果もあると広く認識されています (Rowe et al., 2009; Creutzig et al., 2015)。ミスカンサスや短伐期コピス (SRC) のヤナギやポプラなどの多年生作物は、窒素投入要件が低く (N2O 排出量と水質にメリットあり)、耕起の減少と地下バイオマス配分の増加により土壌炭素を隔離でき、限界地や劣化地でも経済的に実行可能であり、他の農業活動との競合を最小限に抑え、iLUC 効果を回避できます (Hudiburg et al., 2015; Carvalho et al., 2017)。多年生作物のサトウキビに関しては、作物の生産性が高く、残渣を電気のコジェネレーションに使用することで大きな温室効果ガス削減が達成できますが、焼却せずに機械化された収穫への最近の移行により、ブラジルは土壌炭素隔離の可能性も高めるべきである（Silva‐Olaya 他、2017）。しかし、多年生作物の栽培が生態系の炭素貯蔵（dLUC の結果）に及ぼすサイトレベルの影響は、土壌の種類や気候によって地理的に異なる（Field 他、2016）。" Whitaker 他、2018、p. 151。
- ^ 「気候変動緩和戦略の追求を急ぐあまり、バイオエネルギーの『カーボンニュートラル』は厳密に評価されませんでした。より多くの研究が dLUC および iLUC の影響の評価を含むようになると、環境的に持続可能な再生可能エネルギー源としての第一世代バイオエネルギーの信頼性が損なわれました。近年、バイオエネルギーの環境的利点とリスクに関するより微妙な理解が生まれ、多年生バイオエネルギー作物は、現在世界中でバイオ燃料生産のために栽培されている従来の作物 (トウモロコシ、パーム油、アブラナなど) よりも、大幅な GHG 削減をもたらす可能性がはるかに高いことが明らかになりました。さらに、ヨーロッパ (Council Corrigendum 2016/0382(COD)) と米国 (第 110 回米国議会 2007) で導入されているバイオ燃料とバイオエネルギーの GHG 削減基準がますます厳しくなり、多年生バイオエネルギー作物への移行にさらなる推進力を与えています。」ウィテカーら2018、160頁。
短縮された脚注
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外部リンク
- EU MAGIC ヨーロッパのススキ栽培に適した限界地の地図。
- FAO GSOC マップ FAO の世界土壌有機炭素マップは、世界の土壌有機炭素の分布を示しています。
- アベリストウィス大学ミスカンザスの育種と農学に関する研究。
- 限界地での大規模なミスカンザス生産のための GRACE EU 研究プログラム。
- ミスカンサス育種 5 つのミスカンサス研究プログラムのホームページ (有益なミスカンサスのビデオ付き)。
- ミシシッピ州立大学の SERC 持続可能エネルギー研究センター。
- イリノイ大学ミスカンザス研究機関。