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気候変動とバイオ起源のエネルギー

＠函館　０７．０５．２０１３

安井　至国際連合大学元副学長・東京大学名誉教授（独）製品評価技術基盤機構（ NITE）

http://www.yasuienv.net/

藻類バイオエネルギーが使われる条件を探る

今年の冬はどうでした？ 普段よりもかなり寒く、積雪量は青森県酸ヶ湯温泉では史上最高値を観測

２月２６日午前 4 時に 566cmを記録

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条件1 ：温暖化防止の重要性が社会全体で理解される

今年の桜はどうでした？

東京で過去２番目に早かっ

た

開花日

3/16差

満開日

3/22

差　　　

昨年 3/31 -15 4/6 -15最近 10年 3/23 -7 3/31 -9平年 ('81〜 '10) 3/26 -10 4/3 -12旧平年('71〜 '00) 3/28 -12 4/5 -14過去最早 2002/3/16 0 2002/3/21 +1

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「地球温暖化」という現象 次のどちらが正しいと思いますか？

今年の冬は、大変寒かったので、地球温暖化は起きていない。

桜の開花期が早くなっているということは気温が上昇していることなので、地球温暖化が起きているかもしれない。

答：実は、どちらも間違い。

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答

３月１６～１９日ミヤンマーに出張でベンガル湾に近いパセイン Patheinへ

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パセイン大学学長

「最近は気温が４０ ° にもなる」。「昔ならまあ３５ ° までだった」。「地球温暖化が起きているためかもしれない」。

正しい可能性が高い：熱帯だからこの見解は正しいか？

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地球の気候はどう決まる？　「大気の循環」

気温上昇

北へ移動北へ移動

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降水量＝淡水の利用可能量の変化

増加減少未来予測は正確なのか

Facebookで佐和先生が引用 エコノミスト誌が報じた温暖化の「停滞」 竹内 純子国際環境経済研究所主席研究員 http://www.gepr.org/ja/contents/20130415-02/ 「東京大地震研究所が、地中に埋まっていたコンクリート構造物を地震の際にできた石と誤認していたとして、これを「活断層を確認した」としていた見解を撤回するという出来事があったが、事程左様に科学とは万能ではないのである」。

「少なくとも地球温暖化という問題について科学者が示しうるのは、いくつかの予測オプションであることを踏まえる必要がある」。

単なる思い込みによるミスと気候変動予測の不確実性を同じレベルで議論して良いのだろうか？？

予測オプションの不確実性を理解できるだけの科学的知性が政策決定者に必要なのではないか？？

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Green House Gas（ GHG）の考え方

地球は太陽光で熱を受けている 地球から宇宙への放出する熱をGHGが吸収し、半分を地球側に戻す

丁度、布団のように、「地球の体温」の放出を少なくする機能を果たす

GHGの濃度が高くなれば、布団の綿が増える。GHGの濃度が低くなれば綿は減る。

大気の熱容量は、海洋の熱容量の１／１０００なので、大気の温度が１℃上昇する熱が海洋に行けば、地球の温度はほぼ変わらない。

しかし、いつなんどき海洋から大気に熱が移動するか分からない。

起きることは、中緯度では気候変動（偏西風の蛇行など）である。

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GHGの６種類　 GWP（温暖化係数）

CO2　　　GWP＝１ CH4　 　 GWP＝２１ N ２O 　　 GWP=３１０ HFC　　 GWP=１４０～６３００

＝ハイドロフルオロカーボン類 PFC　　 GWP=６５００～８７００

＝パーフルオロカーボン類 SF6　　 GWP＝２３９００

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どれくらい排出量を減らせばよいか？

2000年 2050年？ 1000年後

CO2 濃度変化

応答の大きさ

CO2 排出量

気温変化

海水熱膨張による海面上昇

陸氷の融解による海面上昇

11江守正多氏提供 (2001年 IPCC 第３次評価報告書より）

条件２：今世紀の人類の行動が、未来を決めると社会が認識

12２１世紀変動予測革新プログラム報告書２０１２年までの国際共同作業

13革新プロジェクト報告書より

　　　　　許容される二酸化炭素の排出量。

ネガティブエミッションネガティブエミッション

≒２℃シナリオ

≒ ３℃シナリオ

バイオCCS可能量

ネガティブ・エミッション バイオＣＣＳが可能性が高い？？

化石燃料で約８ G 炭素トン／年の CO2 放出量

そのうち約１／８を森林が吸収 バイオＣＣＳのプロセス

森林バイオマスで発電 排出ガスから CO2を分離 海底の土壌に隔離貯蔵

いずれにしても、まず、化石燃料起源のCO2 排出を１／８以下にすることが条件

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水

　　　　　　　　　　　　 1980-1999年に対する世界年平均気温の変化（℃）

2 3 41 5℃

沿岸域

湿潤熱帯地域と高緯度地域での水利用可能性の増加中緯度地域と半乾燥低緯度地域での水利用可能性の減少及び干ばつの増加

10-20 億人 11 億～ 32 億人4-17 億人水ストレス増加に直面する追加的人口

両生類の絶滅の増加

約 20～ 30%の種で絶滅リスクの増加

生態系

サンゴ白化の増加

ほとんどのサンゴが白化 広範囲に及ぶサンゴの死滅

地球規模での重大な(40% 以上 ) 絶滅

生態系が影響を受け，陸域生物圏の正味炭素放出源化が進行

～ 15% ～ 40%種の分布範囲の変化と森林火災リスクの増加

洪水と暴風雨による損害の増加

200 万～ 1500 万人0～ 300 万人

毎年に沿岸洪水を経験する追加

的人口

健康 栄養失調，下痢，呼吸器疾患，感染症による社会的負荷の増加

熱波，洪水，干ばつによる罹（り）病率と死亡率の増加いくつかの感染症媒介生物の分布変化 医療サービスへの重大な負荷

食糧

いくつかの穀物の減少

いくつかの穀物の増加

全ての穀物の減少

いくつかの地域での減少

穀物生産

中高緯度地域

低緯度地域

IPCC(2007)

世界の沿岸湿地約 30% 消

失

015江守正多氏提供

淡水を大量に使うプロセスはあり得ない

Lenton and Schellnhuber (2007)

1990年水

準からの全球気温上昇（

℃）

北極の

夏季

海氷

北極の

夏季

海氷

グリーン

ラン

ド氷

床グリーン

ラン

ド氷

床

北方

林北

方林

西南

極氷

床西

南極

氷床

アマ

ゾン熱帯

雨林

アマ

ゾン熱帯

雨林

サハ

ラ／

サヘル

及び

西ア

フリ

カモンスーン

サハ

ラ／

サヘル

及び

西ア

フリ

カモンスーン

ENSO

ENSOの

強さ

の強さ

大西

洋子午

面循環

大西

洋子午

面循環

ＩＰ

ＣＣ

－Ａ

Ｒ４での

2100年

までの気温上昇予測

幅（

℃）

地球システムの大規模かつ非連続的な変化の可能性 (tipping elements)

16江守正多氏提供

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条件３　社会が化石燃料を正しく知っている

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原油価格推移

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＄１００

＄１０

理由：過剰流動性資金　１．２京円 リーマンショック

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石油系の燃料はまだまだ十分にある　高いけど！

地球のエネルギーバランス条件４　社会が自然エネルギーを良く理解している

WWFの世界１００％自然エネルギーシナリオhttp://www.wwf.or.jp/activities/lib/pdf_climate/green-energy/WWF_EnergyVisionReport_sm.pdf

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疑問点　　 １． Bioの技術的進化は期待できるか２．自動車は何で走るのか３．不安定な電力はどうするか

WWF 世界シナリオ続き

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不安定な発電　　７２％

発電用

発電容量（ｋＷ）と発電量（ＥＪ、ｋＷｈ）の区別が分かっているのか？稼働率　太陽１２％、風力２５％（陸上）、風力３３％（洋上）ぐらい　　これが最高効率で動くと、瞬間的に想定の４倍の発電量になり　　　　　　最低効率だと、瞬間的に想定の１／４の発電量になる。　

　　不安定な電力が余る→水の電解による水素がタダ

24CCS＝ Carbon Capture and Sequestration

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条件５　自動車用などのエネルギー未来像を理解

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自動車WG

相当に保守的な予測

Is there any roles of Microbiology to contribute to Climate Change? How about Bio-Fuel? Because of its

“Carbon-Neutral” characteristics. It must be a good idea! We have to consider almost everything

including carbon debt, adverse effects on biological diversity, energy balance and so on.

It may be dangerous to depend only on ecosystem fully. Because nobody knows what happens if we neglect the fragility of ecosystem!

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以上の条件から、バイオエネルギーと藻類を考える

From the view point of Carbon Debt

Published Online Februar

y 7 2008Science 29 February

2008: Vol. 319 no. 5867 pp. 1235-

1238 

http://www.sciencemag.org/content/319/5867/1235.abstract

Time of repay biofuel carbon debt (years)

Recommendation by the J.Fargione(the author): 1. biofuels made from waste biomass 2. or from biomass grown on degraded and abandoned agricultural lands  planted with perennials 28

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Sources Productivities+ Area Required Mha#

Corn 0.2 1540Soy 0.4 594Jatrofa 1.9 144Oil Palm 6.0 45Micro Algae* 136.9 2+Productivity: in tons/ha#Area Required: To produce 50% of fuel for transportation in USA*Micro Algae containing oil of 70% in weight

Comparison of Productivities of Bio-diesel Fuel from Several Sources

Biotechnology Advances Volume 25, Issue 3, May-June 2007, Pages 294-306Biodiesel from microalgae Yusuf Christi

???????

From the view point of cost and productivity 1. Kind of Water

Fresh water = expensive and insufficient(0.8%)

Better to use Marine Water 2. Required Water

Corn 1900m3 fresh water/ton of fuel Soy　 2500m3 fresh water/ton of fuel Micro Algae 125m3 marine water/ton of fuel

Really???????But maybe Ok, if use only marine water.

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Tentative Results obtained so far -

Can be improved!■Basic Data Biomass Density Oil Content Scale■Reactor Parameter ・ days in year ・ number of Reactors ・ days for one operation cycle ・ cycles per year■Area used for Reactors　　 　 Oil　Productivity

Open Pond w/ Raceway Type

0.5 g/L20%170 kL

250 days35 (80 m x 18 m)7 days35 cycles/year7 ha

3 ton/ha/year

31Less than the Value Reported =136.9ton/ha/year

Energy Balance : Most Important Point!

Energy Consumed to Move Paddles： 41.4 MJ Energy Recovered by Algae： 6.7 MJGrowth： 0.5g/L、 Oil Contents: 20%

EPR 6.7 MJ / 41.4 MJ = 0.16

Shorter Time for PaddlingEPR = 0.16 x 2 = 0.32

Change Design ( 200 L 300 L)EPR = 0.32 x 1.5 = 0.48

Tentative Conclusion:It is necessary to find new types of Algae with high efficiency!

EPR=Energy Profit Ratio

Dr. T. Tanaka (Tokyo University of Agriculture and Technology)will try to enhance the efficiency of oil production by means ofgenetic modification etc.

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２０５０年頃、こんな結論になることが推測される 化石燃料には、高額の環境税が不可欠に 自動車はほとんどモーターを備え、＋その他になんらかの燃料： 消費量が少なければ、 CNG（天然ガス）などなんでも良い もし大量消費するなら、 Carbon-Neutralのバイオエタノールなどのバイオマス燃料か

藻類は？　 EPR<1 なら電気をそのまま使うのが良い ジェット機は電気でもエタノールでも飛べない

炭化水素で、 Carbon-Neutralなものが必要か？ 自然エネルギーで作ることが条件 この候補が藻類かもしれないが、条件の精査が重要

33化学原料としては、やはり石油が優れている