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持続可能な社会を実現するためには、森林などのバイオマスの再生速度を超えないという制約下で、①土作りに根付いた食料生産、②温室効果ガス排出抑制となる再生可能エネルギー利用、さらに③炭素吸収と貯留の3つを同時に解決することが重要です。その1つの手段となるのがバイオ炭であると思います。本稿では、持続可能な社会形成とバイオ炭の歴史的な流れについて振り返りたいと思います。

持続可能な社会に向けた流れ

「Sustainable society（持続可能な社会）」とよく言われていますが、持続可能な社会の必要性が世界で認識されたのはいつ頃なのでしょうか？人類が古来「火」を扱えるようになり、そして農耕による食料の備蓄が可能となり、そして木質資源を「木炭」として使用できるようになって「文明社会」が栄えたと言われているのは有名な話です。木炭を利用した冶金技術などが発達しました。文明発達により森林伐採が進み、森林は建築、造船、農機等の木材、暖房、料理などのためのエネルギーとして利用され、伐採後の土地は農耕地としての利用が進みましたが、逆に再生速度を超えた森林利用が森林を壊滅し、水の確保や土地が痩せるなど複数の要因が相まって文明が滅びてしまったのです。

1662年の著書「Sylva」（著者:John Evelyn）によると「天然資源の破壊的な過剰搾取を阻止するために、植林と播種はすべての地主の国民的な義務とみなされなければならない」、1713年の著書「森林文化経済学」（著者：Hans Carl von Carlowitz）では、持続可能な収穫のための森林管理の概念が述べられています。このように、持続可能な社会と森林（木質資源）などのバイオマスとは密接な関係があります。

1962年には、有名なRachel Carsonによる「沈黙の春」が出版され、農薬の残留性や生物濃縮がもたらす生態系への影響が公にされ、1966年Kenneth E Bouldingにより「宇宙船地球号」が提唱され、限られた資源を持つ生態系と経済システムが適合する必要があることが指摘されました。1972年ローマクラブの委託を受けて発表された報告書「成長の限界」はあまりにも有名であり、このまま経済活動を続けていくと、地球上の限られた資源を使いつくし、さらに大気、水、土壌は汚染されてしまい、すべての人々の基本的な物質的要求（エネルギー、食料、金属などの鉱物資源）を満たすことができなくなるだろう、すなわち人類の今後の発展にとって、「資源と環境」が制約条件になることが提唱されたのです。この流れの中で、ブルントラント報告書（1987年、Our Common Future）、リオ宣言（1992年、地球サミット）、MDGs（2000年）とSDGs（2015年）が掲げられたのは、皆さんもご承知のとおりです。

バイオ炭の起源

我が国では、古くから木炭や他の農業残渣の炭化物（例えば、もみ殻燻炭など）をエネルギーとしての利用だけではなく、土壌改良材として農地に施用されたり建物の床下調湿材など建材利用されてきました。上記で述べたように、持続可能な社会の実現のためには食料とエネルギーの確保が不可欠ですが、炭はエネルギーとしても利用されてきましたし、食料を得るための土作りのためにも利用されてきました。すなわち、炭の利用は持続可能な社会のためには無くてはならないものです。その流れの中で、バイオ炭が最近注目を集めるようになりました。

多くの文献で指摘されているように、バイオ炭（Biochar）という言葉が広く認識されたのは、ブラジルアマゾン川流域に黒色で肥沃なテラ・プレタと呼ばれる土壌帯が広がっていることが2006年に報告されたのが起源です。その土壌は、人為的に投入された排泄物や残飯、魚骨などの有機性廃棄物と炭が混合されたものです。炭の持つ多孔質構造が、これらの廃棄物由来のカリウムやリン、窒素等の栄養素を吸着・保持することで、雨による養分の流出（溶脱）を防ぎました。その結果、熱帯雨林気候にもかかわらず数百年もの間、肥沃な土壌が維持され、農耕利用が継続できたということです。この土壌の発見が契機となり、バイオ炭の農地施用に注目が集まるようになりました。

バイオ炭の特性

バイオ炭の組成と特性は、使用するバイオマスの種類、リアクターの形状、温度や酸素、水分条件によって異なります。特にバイオ炭の吸着特性（表面積や孔径など物理的特性、表面の官能基やイオン交換容量などの化学的特性）に影響を与える製造条件に関する研究が盛んに行われています。

このような特性があることから、バイオ炭の農地施用によって、根張りが良くなり栄養吸収が促されることから生産量が向上すると言われています。また有害金属の吸着などにより溶出抑制可能であると言われています。また、土壌内の微生物など根圏環境改善効果もあると言われており、科学的解明が望まれています。

バイオ炭の環境貢献

温室効果ガス削減は、化石燃料から再生可能エネルギーへの転換のみならず、大気中の炭酸ガスの吸収量や貯留量を増加することも重要です。炭酸ガスの吸収や貯留の代表格は、森林資源ですが、他にも海草・海藻等に取り込まれた炭酸ガスがその後海底や深海に蓄積されるブルーカーボンもあります。

バイオ炭は上記の農業分野に限らず、二酸化炭素の貯留にも大きく貢献します。元来、光合成によって植物に取り込まれた炭素の一部がバイオ炭として農地に施用されると、炭素が長期間農地に貯留されることになり、これはカーボンネガティブ（ネガティブエミッションとも言う）となります。一定のルールを満たしたバイオ炭とその施用により削減したCO2量がJ-クレジット量として認められ収入につながります。

またバイオ炭の農地施用によって、化石燃料由来の化学肥料の散布量削減や農薬の散布量削減の活動につながれば、環境再生型農業（Regenerative Agriculture）にもつながります。バイオ炭による食生産に対するプラスの効果と環境に対するプラスの効果の相乗効果に関する知見の集積が重要です。

最後に

バイオ炭は、食料の継続的・効率的生産のための土壌改良材として、さらに温室効果ガス排出抑制のための炭素貯留に大きな力を発揮します。また元来、炭はエネルギーとしても利用されてきた再生可能エネルギー源です。森林の再生速度など自然資本の再生速度を上回らない範囲での継続的な利用が望まれています。

廃棄物処理の歴史を紐解くと、かつての「公衆衛生の確保」や「焼却による減容化」を主目的とした時代から、近年の循環型社会形成に向けた「資源・エネルギー回収」へと、そのパラダイムは大きく変化してきました 。特に、生ごみや家畜ふん尿、汚泥などの有機性廃棄物（バイオマス）の適正処理と有効利用においては、微生物の働きを利用してエネルギーを取り出す「メタン発酵」と、熱化学的処理により物質回収と炭素固定を行う「バイオ炭化」という2つの技術が、現代における重要な解決策として位置づけられています 。

日本の廃棄物処理の歴史

1）明治時代から戦前（収集インフラの確立）

明治時代は東京での人口集中による都市化が進んだ時代です。上下水道インフラが十分ではなく飲料水が汚染されていたため、コレラや赤痢などの水系感染症が猛威を振るいました。また過密で不衛生な環境での生活形態や煤煙や降灰といった産業による汚染も相まって、都市空間での衛生環境の向上が大きな課題になっていました。廃棄物の分野でも1900年汚物掃除法が制定され汚物の衛生処理が自治体の義務となりました。現在の廃棄物処理法の原点です。

2）戦後の高度成長期（焼却による減容化）

戦後の高度成長期には、人口増と都市化の進展と機械・化学工業の発展に伴い大量の廃棄物が発生することになりました。1970年に現在の廃棄物処理法（廃棄物の処理及び清掃に関する法律）が制定され、一般廃棄物と産業廃棄物が区分されました。また、土地の狭い日本では埋立による最終処分を継続することは困難であったことから、衛生処理にとっても都合の良い焼却が採用され、大量発生するごみの減容化が始まりました。自治体の財政改善と国庫補助金も相まって、全国の市町村に一般廃棄物の焼却施設が普及したのです。

3）分別の開始（量から質の管理へ）

生活にプラスチック製品が普及しプラスチックが焼却処理されるようになると、排ガス中の塩化水素が問題となりました。当時は排ガス処理が不十分であったのです。また、プラスチックの焼却処理により炉内温度が上昇したため、炉内の耐火物にも問題が生じました。このようなことからこの頃は、プラスチックを「燃やさないごみ（不燃ごみ）」として収集し埋立処分する自治体もありました。なんでもかんでも燃やす時代（量的管理）から分別しながら燃やす時代（質的管理）に変わっていきました。

1980年代には、焼却処理に伴いダイオキシン類が生じてしまうことが問題となりました。塩素を含むプラスチック類は勿論のこと、生ごみや調理料など塩素を含んだ廃棄物は多岐に渡り、分別だけではダイオキシン類の制御は困難でした。焼却炉内の温度、滞留時間、排ガスの温度管理とバグフィルターによる飛灰回収、そして必要に応じて灰中ダイオキシン類の処理（溶融処理など）によりダイオキシン類問題は沈静化し、現在はダイオキシン類問題は問題にならなくなりました。

4）3Rの推進と循環型社会

日本のバブル時代は、廃棄物の発生量は最大となりました。これまでは排出される廃棄物を、いかに収集し、リサイクルし、適正に処理・処分するかが問題でした。しかし、これではきりがありません。廃棄物管理は、より上流側（廃棄物が排出される前）に向かうことになります。リデュース（Reduce、発生源管理）、リユース（Reuse、所有者が変わること）、リサイクル（Recycle、粉砕・溶解などの加工、熱利用も含む）の3Rの推進が求められ、それでも排出された廃棄物は焼却など適正処理されることになりました。2000年に循環型社会形成推進基本法が成立し、大量生産・大量消費・大量廃棄から脱却を目指すことが始まりました。3Rと適正処理は手段であり、循環型社会とは、3Rと適正処理によって資源保全と環境保全が図られることを目的とした社会のことです。

5）サーキュラーエコノミー

サーキュラーエコノミーとは、循環経済と日本語では言います。私たち廃棄物や環境の専門家からすると循環型社会とほぼ同意ですが、専門家以外からするとサーキュラーエコノミーの方が分かり易いかもしれません。サーキュラーエコノミーのポイントは、①製品設計段階から循環を考慮し（廃棄物発生の抑制、リサイクルしやすい素材利用など）、②シェアリングなどモノの利用形態の変化や（モノの所有からサービス享受へ、大事に修繕しながら長く使うなど）、再生資源を利用した製造やアップサイクル・水平リサイクルを通じて、モノの価値と資源効率を最大化し、経済成長と環境保全を両立させることです。

サーキュラーエコノミー時代の廃棄物管理

1）サーキュラーエコノミーを支える廃棄物処理技術とは

前章で見てきたように、廃棄物の管理の歴史は、収集インフラの整備、焼却による廃棄物の減容化、分別による質的管理、排出後ではなく排出前の上流管理、そしてモノの価値の最大化と変遷してきました。この変遷の中で採用される技術も異なるはずです。

収集インフラ整備の時代では、とにかく集めて都市空間からできるだけ離れたところに埋める埋立処分（都市からの隔離）が主流でした。それから埋立量を最小化する焼却による減容化です。そして、焼却処理を前提としながら3Rを推進するための各種リサイクル技術が進展しました。サーキュラーエコノミーが唱われるようになり、自動車・自転車のシェアリングや製造者（販売者）が自ら製品を集めるような取組も盛んになってきました。すなわち、ハードのみならずICTやAIを活用したソフトの技術も進展しました。

サーキュラーエコノミー時代の廃棄物処理技術は焼却のみなのでしょうか？焼却処理の過程では熱回収がなされ、大規模施設では発電されているので焼却もサーキュラーエコノミー時代の廃棄物処理技術であると言えます。処理後の焼却残渣の一部は埋立ではなくセメント原料に再生利用されることもあります。

一方で焼却以外にもサーキュラーエコノミー時代で注目される技術を2つ紹介したいと思います。メタン発酵と炭化です。この2つに共通することは、私の言葉で言うと「処理しきらない技術、寸止めの技術」と言うことになります。すなわち、処理によって発生したものの利用に重きを置いた技術であることです。

2）メタン発酵

メタン発酵は、家畜ふん尿、食品廃棄物、下水汚泥などの有機性廃棄物を、空気を遮断した密閉容器内で嫌気発酵させる技術です。嫌気発酵によりバイオガス（メタン約60%、二酸化炭素約40%）が発生し、燃焼により熱利用や発電利用されます。また、同時に発生する発酵残渣（消化液やバイオ液肥と呼ばれます）中には、アンモニア性窒素とリン酸、カリウムなどの肥料成分が豊富に含まれるため農業利用されます。

これまでは、バイオガスのエネルギー利用面にのみ着目され、副産物である発酵残渣は、コストをかけて処理するもの、ならば焼却の方がよいと、発酵残渣はいわば邪魔者扱いでした。下水汚泥の処理も、特に大量発生する大都市では、汚泥減容化を目的としたメタン発酵を選択した場合、結局、汚泥処理をしなければならないため、メタン発酵よりも汚泥の焼却処理が選択されてきました。

しかし、持続可能な社会形成のためには、エネルギーとしての炭素の循環も大事ですが、食料生産に必須な土作りのための炭素、肥料としての窒素、リン、そしてカリウムの循環も大事です。メタン発酵は、焼却処理とは違う、サーキュラーエコノミー時代の処理オプションとなる大きな可能性があると思っています。

3）炭化（熱分解技術の一つ）

炭化もメタン発酵と同じような特徴を持っています。酸素を遮断し、燃焼せずに熱分解により合成ガス（一酸化炭素と水素）を発生させエネルギー利用し、生産物は炭として利用する技術です。炭化には様々な課題はありましたが、生産物である炭の利用先に苦慮していました。また、混合物である一般廃棄物の炭化処理では、均一に炭化することが困難であったため、タール分の付着など維持管理にコストがかかってしまうことも課題でした。できるだけ均質な原料を炭化することで、これらの問題も解決可能であると思います。

炭は元来、エネルギー源としてだけではなく、土壌改良材として農業に利用され、また床下調湿材として建材に利用されてきました。一定の条件の下で生産されたバイオ炭は、温室効果ガス発生抑制に貢献する炭素貯留の効果、土壌改良材（水保持、肥料保持能力の向上、微生物環境の改善など）としての効果が期待されています。

なお、熱分解は温度帯によって主たる目的が異なる多様な技術です。400～700℃での熱分解は炭化と呼ばれており、炭生産を目的としています。もう少し温度帯が高い800～900℃以上はガス化と呼ばれており、一酸化炭素と水素からなる可燃性ガスの回収を主目的としています。これらの中間域である400〜900℃では、オイルや炭も生成されます。また、200～300℃は半炭化（トレファクション）と呼ばれており、バイオマスペレットの熱量増加やバイオマスの前処理として耐水性や粉砕の向上のために利用されることもあります。

このように炭化などの熱分解技術は、きっとサーキュラーエコノミー時代の技術として利用価値が高まると思っています。

おわりに

今は、「排出された廃棄物を処理する時代」から「（廃棄物とは言わずに）資源を価値が最大となるように循環する時代」への過渡期にあると思います。炭化などの熱分解は、サーキュラーエコノミー時代を支える一つの主要な技術であると言えます。熱分解技術は資源を元素レベルに分解し、再生利用ができる技術としても近年注目を集め、多くの研究が行われている分野です。