気候変動とバイオ起源のエネルギー藻類バイオエネルギーが使われる条件を探る＠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/ 1 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 2 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 満開日差 3/22 昨年 3/31 -15 最近10年 3/23 -7 平年('81〜'10) 3/26 -10 4/3 -12 旧平年('71〜'00) 3/28 -12 4/5 -14 2002/3/16 0 過去最早 4/6 差 3/31 -15 -9 2002/3/21 +1 3 「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。答  4 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」。正しい可能性この見解はが高い：正しいか？熱帯だから 5 地球の気候はどう決まる？「大気の循環」北へ移動北へ移動気温上昇 6 降水量＝淡水の利用可能量の変化減少増加未来予測は正確なのか 7 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？？ 8 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 9 ど）である。 GHGの６種類 GWP（温暖化係数）     CO2 CH4 N２O HFC    ＝ハイドロフルオロカーボン類 PFC  GWP＝１ GWP＝２１ GWP=３１０ GWP=１４０～６３００ GWP=６５００～８７００＝パーフルオロカーボン類 SF6 GWP＝２３９００ 10 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どれくらい排出量を減らせばよいか？陸氷の融解による海面上昇応答の大きさ海水熱膨張による海面上昇気温変化 CO2濃度変化 CO2排出量 2000年 2050年？江守正多氏提供 1000年後 (2001年IPCC 第３次評価報告書より） 11 ２０１２年までの国際共同作業 12 ２１世紀変動予測革新プログラム報告書許容される二酸化炭素の排出量。 ≒ ３℃シナリオ ≒２℃シナリオネガティブエミッション革新プロジェクト報告書よりバイオ CCS 可能量 13 ネガティブ・エミッション  バイオＣＣＳが可能性が高い？？    バイオＣＣＳのプロセス     化石燃料で約８G炭素トン／年のCO2放出量そのうち約１／８を森林が吸収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 14 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水 4-17億人 11億～32億人両生類の絶滅約20～30%の種で絶滅地球規模での重大なの増加リスクの増加 (40%以上)絶滅サンゴ白化ほとんどのサンゴ広範囲に及ぶサンゴの死滅の増加が白化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種の分布範囲の変化と～15% ～40% 森林火災リスクの増加淡水を大量に使うプロセスはあり得ない生態系食糧 10-20億人水ストレス増加に直面する追加的人口穀物生産低緯度地域いくつかの穀物の減少全ての穀物の減少いくつかの穀物の増加いくつかの地域での減少中高緯度地域洪水と暴風雨による損害の増加沿岸域毎年に沿岸洪水を経験する追加的人口 0～300万人世界の沿岸湿地約30%消失 200万～1500万人栄養失調，下痢，呼吸器疾患，感染症による社会的負荷の増加健康熱波，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 0 1 IPCC(2007) 江守正多氏提供医療サービスへの重大な負荷 2 3 4 5℃ 15 1980-1999年に対する世界年平均気温の変化（℃）江守正多氏提供ＩＰＣＣ－ＡＲ４での2100年までの気温上昇予測幅（℃）大西洋子午面循環 ENSOの強さサハラ／サヘル及び西アフリカモンスーンアマゾン熱帯雨林西南極氷床北方林グリーンランド氷床北極の夏季海氷 1990年水準からの全球気温上昇（℃）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) Lenton and Schellnhuber (2007) 16 条件３社会が化石燃料を正しく知っている 17 18 原油価格推移理由：過剰流動性資金１．２京円リーマンショック＄１００＄１０ 19 石油系の燃料はまだまだ十分にある高いけど！ 20 条件４社会が自然エネルギーを良く理解している地球のエネルギーバランス 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 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 22 WWF世界シナリオ続き発電容量（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。発電用不安定な発電７２％不安定な電力が余る→水の電解による水素がタダ CCS＝Carbon Capture and Sequestration 24 条件５自動車用などのエネルギー未来像を理解 25 自動車WG 相当に保守的な予測 26 以上の条件から、バイオエネルギーと藻類を考える Is there any roles of Microbiology to contribute to Climate Change?     How about Bio-Fuel? Because of its “CarbonNeutral” 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! 27 From the view point of Carbon Debt Time of repay biofuel carbon debt (years) Published Online February 7 2008 Science 29 February 2008: Vol. 319 no. 5867 pp. 1235-1238 http://www.sciencemag.org/content/319/5867/1235.abstract 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 Comparison of Productivities of Bio-diesel Fuel from Several Sources Sources Productivities+ Area Required Mha# Corn 0.2 1540 Soy 0.4 594 Jatrofa 1.9 144 Oil Palm 6.0 45 136.9 2 Micro Algae* ??????? +Productivity: in tons/ha #Area Required: To produce 50% of fuel for transportation in USA *Micro Algae containing oil of 70% in weight Biodiesel from microalgae Yusuf Christi Biotechnology Advances Volume 25, Issue 3, May-June 2007, Pages 294-306 29 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. 30 Tentative Results obtained so far Can be improved! Open Pond w/ Raceway Type ■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 0.5 g/L 20% 170 kL 250 days 35 (80 m x 18 m) 7 days 35 cycles/year 7 ha 3 ton/ha/year Less than the Value Reported =136.9ton/ha/year 31 Energy Balance : Most Important Point! Energy Consumed to Move Paddles： 41.4 MJ Energy Recovered by Algae： 6.7 MJ Growth： 0.5g/L、 Oil Contents: 20% EPR 6.7 MJ / 41.4 MJ = 0.16 EPR=Energy Profit Ratio  Shorter Time for Paddling EPR = 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! Dr. T. Tanaka (Tokyo University of Agriculture and Technology) will try to enhance the efficiency of oil production by means of genetic modification etc. 32 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、条件の精査が重要化学原料としては、やはり石油が優れている 33