高バイオマス量サトウキビを用いる 食料・エタノール複合

高バイオマス量サトウキビを用いる
食料・エタノール複合生産の意義
安原 貴臣（アサヒビール㈱ 研究開発戦略部）
であることから、世界中で輸送用燃料としての普及が急拡大
1．序章
18 世紀の産業革命以降、先進国を中心とする工業化とそれ
している。現在では、広大な土地を保有する米国とブラジル
に伴う輸送システムの高度化に伴い、人類の生活利便性の向
が、スケールメリットによるコスト優位性を活かし、世界の
上が図られてきた。一方で、この経済の高度化は化石燃料の
全エタノール製造量の約 80％を占めている。気候の違いから、
使用を加速させた。その結果、化石燃料資源の枯渇とともに、
米国では主にトウモロコシを原料としているのに対し、ブラ
その燃焼から発生する GHG（温室効果ガス）による地球温暖化
ジルではサトウキビを原料としている。しかし、これらの原
の誘発など皮肉な問題を引き起こしている。さらに世界は、
料は重要な食料作物であり、食料競合の観点で慎重な導入検
人口増加に加え新興国を中心とする経済の同時成長局面に入
討が必要である。また、生産拡大に向けた連鎖的課題として、
り、世界のエネルギー消費量が加速度的に増加している。現
森林破壊、生物多様性保存の問題があり、食料とエタノール
在の日本のエネルギー自給率は約４％（原子力を除く）であ
の生産・供給の設計を最適化する必要性が指摘されている。
り、主に中東からの輸入に依存している。特に石油は全エネ
サトウキビは、古くから熱帯・亜熱帯地域を中心に広く栽
ルギーの 45％を占め、石炭、天然ガスを加えた化石燃料依存
培されてきた重要な糖質作物である。現在でも、サトウキビ
度は 80％を超える（1）。脱化石燃料とエネルギー自給率向上を
は世界の砂糖生産量の約 6 割を占める原料であり、一方で、
両立するクリーンエネルギーとして原子力の導入も検討され
バイオエタノール原料の約 5 割を占めている。バイオエタノ
るが、この燃料資源も海外依存かつ有限である上、安全性へ
ール原料としてのサトウキビの利点は、単位面積当たりのバ
の危惧やコスト高の問題もあり、この構造的課題を解決する
イオマス生産量の高さと即時発酵可能な糖分を豊富に蓄積す
持続可能な手段とは言い難い。このため、太陽光や風力に代
る点にある。これに加え、サトウキビを圧搾した後に得られ
表される自然エネルギーやバイオ燃料に代表される再生可能
るバガス（搾り粕）は、水分含量が低い状態で得られるため、
エネルギーへの早期普及の試みが世界規模で進んでいる。
製造エネルギー源として直接利用できる。国土が広大なブラ
ジルでは、エネルギー生産を目的に農地を拡大し、そこから
2．バイオ燃料とは？
収穫したサトウキビの搾汁を直接発酵してエタノールを生産
バイオ燃料とは、一般にバイオマス（植物などの有機物資
する方策も取られているが、この方式は多くの国では当ては
源）を生物学的または化学的な加工プロセスを経て精製され
まらない。タイなどの主要なサトウキビ生産国では、サトウ
るアルコールやバイオディーゼルなどの液体燃料およびメタ
キビ搾汁から砂糖を徹底的に回収した後の三番糖蜜（3 回の砂
ンなどのバイオガスを意味する。これらの燃料を構成する炭
糖結晶化工程を繰り返した後に残った糖蜜）を原料とし、食
素は、植物の光合成によって大気中の CO2 が植物体として固定
料との競合問題を回避している(2)。三番糖蜜は、発生量が少
された有機物に由来する。すなわち、この炭素は短い周期で
ない上、酵母のアルコール発酵を阻害するミネラル分が過剰
「植物体→バイオ燃料→燃焼／放出 CO2→植物吸収」の経路で
に含まれるため、十分量のバイオエタノールを供給できる原
循環するため、理論上、バイオ燃料消費に伴う CO2 の増減はな
料とは言い難い。その上、3 回の砂糖結晶化工程でバガスを使
い。この考えがカーボンニュートラルであり、バイオ燃料が
い果たしてしまうため、エタノールを生産するためのエネル
再生可能エネルギーといわれる所以である。本稿では、我々
ギーとして石油を必要とする問題があった(3)。これまでのサ
が取り組んでいるバイオエタノールに焦点を当てて、持続可
トウキビ産業では砂糖原料の最大化を目的としたサトウキビ
能なエネルギーのあり方を論じてみたい。
品種が開発・普及されてきたため、エタノール生産工程の追
加に伴い新たな問題が生じるのは不思議ではない。更に日本
3．バイオエタノール原料としてのサトウキビ
のように国土が限られる国においては、いかに環境負荷を低
バイオエタノールは液体燃料であり、ガソリンと代替可能
減させながら農地からの食料・エネルギー生産を両立した上
1
で最大化するかとの視点で原料開発～栽培方法～製造プロセ
から、本プロセスが食料・エネルギー安全保障とともに GHG
スを再構築し、普及拡大を図ることが重要となる。
排出削減にも大きく寄与することが証明された。今後は、サ
トウキビ生産農家～製糖会社の現行インフラをそのまま適用
できるかなど、製造コストと事業性の側面から解析を行い、
4．高バイオマス量サトウキビを用いる実証試験
実用化に繋げていきたいと考えている。
我々は、従来の砂糖生産量を維持しながら多くのエタノー
ルを同時生産できる高バイオマス量サトウキビ原料(4)を用い
た生産プロセスを提案し、2006 年より沖縄県伊江島にて実証
g
er
En
[Conventional process]
試験を開始した(5)。本実証試験では、内閣府、農林水産省、
経済産業省、環境省の協力を得て、高バイオマス量サトウキ
ビ選抜～栽培～砂糖・エタノール製造～製品分析～E3 走行実
Sugarcane
Raw sugar
5.8 t
(Conventional)
3rd Molasses
1.1 t
16.3 t-dry/ha
Bagasse
8.1 t
Petroleum
0.25 kL
kL
Ethanol 0.44
1.4kL
Energy to make
sugar
(58.5 t-wet/ha)
験までの一連の検証が 2010 年 3 月までの計画で順調に進めら
y
7.4 t
Livestock 0.7 t
[Novel process]
れている。高バイオマス量サトウキビは、共同研究先の九州
Raw sugar
High
yielding
sugarcane
沖縄農業研究センターが種子島試験地において開発中である
系統（従来種との比較で糖含量約 1.5 倍、繊維含量約 2 倍）
を本実証試験に用いた。この系統は、バイオマス量が高いこ
41.6 t-dry/ha
とに加え、根が従来種より深いことが特徴である。このため、
(121.1 t-wet/ha)
5.8 t
Ethanol 3.30 kL
En
er
g
1st Molasses 7.4 t
Bagasse
Energy to make
sugar
Energy to make
ethanol
27.9 t
Livestock
y
9.8 t
6.1 t
0.7+11.2 t
栄養分を地中深くから得ることができ、台風や干ばつなどの
Fig.2 高バイオマスキビでの物質収支
不良環境への適応性が高い上に連作障害がなく、安定した収
量が得られることが期待される。
5. 終章
バイオマスは有限な土地（最近は一部海洋も対象とされて
いる）から得られる有機物資源であり、世界の全てのエネル
ギー問題を解決できるものではない。この限られた農地を食
料とエネルギーを生み出す資源として考え、それぞれの土地
に適した利用価値の高い原料を選択し経済性を確保すること
が第一である。今回、我々の取り組みではバイオマス生産量
を最大化することによって、食料・エネルギー増産と環境負
荷低減を同時にポジティブに働かせるプロセスが可能である
ことが示された。この取り組みを実用化するためには、世界
従来種（製糖用）
的な枠組みの中で上述した考えに適合する農業政策が必要と
高バイオマス系統
なる。我々の取り組みが、化石資源依存から新エネルギー生
Fig.1 従来種と高バイオマス量サトウキビ
産への統合的転換に貢献し、食料、エネルギー安全保障と地
球温暖化問題対策への一助になれば大きな喜びである。
この系統を用いれば、1 回の結晶化工程で従来と同等の砂糖
量を確保でき、相当量の残糖分をエタノール製造用に利用で
参 考 文 献
きる。また、製糖だけでなくエタノール製造工程で必要とさ
(1)エネルギー白書 2009，第 2 部，第 1 章，p.102-131 (2009)
れる全てのエネルギーをバガスで賄うことができ、石油の投
(2)奥島憲二：自動車用バイオ燃料技術の最前，山根浩二，シ
入が必要無い。当社の試算では、この系統を用いると、三番
ーエムシー出版，p135-147(2007)
糖蜜を原料とした場合に比べて、従来の砂糖生産量を維持し
(3) Nguyen T., Gheewala S.:International Journal of Life
た上で、単位面積当たり 7 倍量のエタノールが得られること
Cycle Assessment, Vol.13, p301-311(2008)
(6)
がわかっている 。また、本プロセスの GHG 排出削減効果に
(4)Sugimoto A:Farming Jpan, Vol.34, p16-26(2000)
ついて従来法と比較した結果、約 57 倍の GHG 排出削減効果が
(5)寺島義文，小原聡：バイオリファイナリー技術の工業最前
あることが分かった（7）。本プロセスでは、高バイオマス量サ
線，湯川英明，シーエムシー出版，p113-124(2008)
トウキビの生産量増加に伴い栽培・輸送等に要する GHG 排出
(6)小原聡：ソフト・ドリンク技術資料，p221-230(2008)
量は増加するが、それ以上に植物が吸収する CO2 量とバイオエ
(7)Ohara S., Fukushima Y., Sugimoto A., Terajima Y.,
タノールがガソリンを代替することによる CO2 排出削減量が
Ishida
増加することが要因である。上述した一連の実証試験の結果
Assessment,Japan, Vol.5, No.4, p.1-7 (2009)
2
T.,
Sakoda
A.:
Journal
of
Life
Cycle