工業分析に基づく木質と竹由来のバイオ炭による土壌炭素貯留の簡易で正確な推定手法
要約
2019年改良IPCCガイドラインに基づくバイオ炭による土壌炭素貯留量の算定係数および炭化温度を、工業分析(JIS M 8812)の分析値から逆推定する手法を開発。この手法を原料の種類ごとに研究機関が作成・共有することで、バイオ炭の品質評価プロセスの効率化が可能となる。
- キーワード : バイオ炭、工業分析、固定炭素、炭素貯留
- 担当 : 農業環境研究部門・気候変動緩和策研究領域・緩和技術体系化グループ
- 代表連絡先 :
- 分類 : 研究成果情報
背景・ねらい
バイオ炭は生物資源(バイオマス)を原料とし、低酸素条件下で350°C超えの熱分解反応で生成される。農地へ施用されるバイオ炭(図1は施用例)は、土壌の物理性・化学性・生物性を改善し、未利用バイオマスの循環利用を促進するなど、多面的な機能を発揮する。また、低コストで大気中の二酸化炭素(CO2)を除去し、土壌に貯留する有効な手段として国際的に認められている。一方、2019年改良IPCCガイドラインに沿ってバイオ炭による土壌炭素貯留量を算定するには、バイオ炭の炭化温度を350°C超えの条件のもと、投入バイオ炭の重量、当該バイオ炭の有機炭素含有率(Fc)および100年後の炭素残存率(Fperm)より炭素貯留量を算出する。そのためには時間と費用を要する元素分析などの測定が必要となる。この負担が、バイオ炭を活用したクレジット創出するにおける事業者の課題となっている。新たに開発した手法は、簡易ながら精度よく炭化温度や炭素貯留量を推定可能であり、バイオ炭活用やクレジット創出の効率化に貢献する。
成果の内容・特徴
- 木質由来(黒炭、粉炭)および竹由来のバイオ炭(標準炭(350-900°C)の作成および収集した市販の各種バイオ炭)を対象に、図2に示した分析フローに従い、日本産業規格(JIS)M 8812に基づいて揮発分(VM)や固定炭素(FC)などを測定し、VM/FC比から炭化温度の逆推定式を原料別に作成する(図3左)。併せて元素分析により有機炭素含有率(Fc)を測定し、さらに100年後の炭素残存率(Fperm)を推定する。これに基づき、JIS分析値(VM/FC)を用いてFcおよびFpermを算出するプロトコルである(図省略)。
- 日本国温室効果ガスインベントリに対応するため、3つの炭化温度域において、黒炭、粉炭、竹炭を農地へ施用した場合の炭素貯留量算定に使用する係数(FcおよびFperm)を提案する(表1)。これらの係数は、現在のインベントリ報告書で用いられる係数よりも高い値を示す。
- JIS分析値の固定炭素FCを基に、IPCCの算定係数でありFcとFpermの積に対応する関係式を構築する(図3右)。この式を用いることで、原料の種類に関係なく、農地に施用されたバイオ炭の炭素貯留量を簡易かつ正確に算出することが可能となる。
成果の活用面・留意点
- 新たに開発した手法は、時間と費用がかかる元素分析ではなく工業分析を応用し、バイオ炭の測定値(揮発分VM/固定炭素FC)から炭化温度や農地施用に伴う炭素貯留量を算出可能となる。JIS M 8812は日本産業規格の一つであり、石炭やコークスの燃料品質を評価するための標準的な分析方法で、水分、灰分、揮発分の測定手順や精度が規定されている。こうした推定式を原料別に研究機関等が作成・共有することで、バイオ炭の品質評価プロセスの効率化が期待される。
- 本研究で開発した変換プロトコルは、木質や竹以外の原料由来のバイオ炭にも適用可能であり、実用性とコスト効率の両面で優れる。ただし、炭化温度逆推定には原料の種類ごとに推定式を作成する必要があり、この点に留意が求められる。また、灰分の多いバイオ炭(例:もみ殻や汚泥由来のバイオ炭)に適用する際には、同様の手法が有効であるか検証が必要である。
具体的データ
その他
- 予算区分 : 農林水産省(農林水産研究推進事業:農地土壌の炭素貯留能力を向上させるバイオ炭資材等の開発)
- 研究期間 : 2020～2024年度
- 研究担当者 : 岸本文紅、栗本康司(秋田県立大)、梶本武志(和歌山県工技セ)、小澤史弘(日本クルベジ協会)、柴田晃(立命館大)
- 発表論文等 : Kurimoto Y. et al. (2024) Carbon Management, 15:1, 2438228,
doi:10.1080/17583004.2024.2438228