植物工場のLCA分析 Plant Factory of Life Cycle Assessment 事例研究報告会 2月27日(木) 東京都市大学 環境情報学部 環境情報学科 伊坪徳宏研究室 学部3年 農業班 蜂屋 陽子 秋山 颯太 村主 さとみ 2014/3/15 伊坪研究室 1 目次 1. 社会背景 1.1 - 東日本大震災 1.2 - 被災地におけるスマートシティへの導入計画 1.3 - 植物工場の現状 1.4 - 国内新規植物工場建設市場規模予測 2. 研究背景 2.1 - 日本の植物工場に関する既存文献 2.2 ‐ 環境・社会・経済の側面からみた評価 3. 研究目的 5. 結果 5.1 - GHG排出量 5.2 - WF（ウォーターフットプリント）① 5.3 - WF② 5.4 - WF③ 5.5 - WF④ 5.6 - 土地利用① 5.7 - 土地利用② 5.8 - 雇用効果① 5.9 - 雇用効果② 5.10-雇用とコストの比較 3.1 - 研究目的 6.結論 4. 研究方法 6.1 - 結論 6.2 - 課題 4.1 - 算出方法 4.2 - システム境界 7.おわりに 7.1 - 謝辞 7.2 - 参考文献 2014/3/15 伊坪研究室 2 1. 社会背景 2014/3/15 伊坪研究室 3 1. 社会背景 1.1 – 東日本大震災 東日本大震災とは 2011年3月11日午後2時46分ごろに発生した東北地方太平洋沖地震によって発災。 地震の規模を示すマグニチュードは9.0で、観測史上最大の地震となった。 この災害による死者は13,000人以上、行方不明者は14,500人以上、67,000以上の建物が 全半壊しており、阪神淡路大震災を上回る戦後最大の災害となった。 課題 ・津波による塩害の影響 ・福島原発による放射能汚染の影響 外的環境の影響を多く受ける 外的環境から遮断された閉鎖空間 である植物工場が着目される 出典：農林水産省 東日本大震災による農業経営体の被災・経営再開状況 2014/3/15 伊坪研究室 4 1. 社会背景 1.2 – 被災地におけるスマートシティへの導入計画 スマートシティ ITや環境技術などを駆使することにより、街全体の 電力を有効活用を図ることで、省資源化を徹底した 環境配慮型都市のこと。 近年、都市の地下にも導入可能である植物工場の 導入が検討され、経済産業省の「スマートコミュニティ 導入促進事業費補助金制度」も採択されている。 宮古市の事例 「電力・熱・炭酸ガス」を有効活用した「太陽光利用 型植物工場」の構築。 宮古市の復興まちづくり計画を反映した施設配置 により（主に浸水区域の活用）、市の施設等との相 乗効果を高め、土地力の向上を図る。 今後、被災地でのスマートシティ導入を皮切りに 2014/3/15 他の都市などでも植物工場の導入が促進される 伊坪研究室 宮古市 ★ 陸前高田市 ★ 石巻市 新地町 ★ ★ 南相馬市 ★ 5 1. 社会背景 1.3 – 植物工場の現状 植物工場とは 栽培作物について ◆光・湿温度・培養液などの環境条件を 人工的にコントロールし、季節・場所に 関係なく安定的に生産するシステム ◆種類は大きく分けて完全制御型と 太陽光利用型がある ◆栽培被正面は平面移動式栽培、トライ アングル式栽培、多段式栽培の三種類 H19 植物工場の事例集（経済産業省）より レタスなどの葉物が中心 ・収量のほぼ100%が収益となる（捨てる箇所が尐ない） ・背丈が低く、栽培が容易 2014/3/15 伊坪研究室 6 1. 社会背景 1.4 – 国内新規植物工場建設市場規模予測 多品種化・高付加価 値製品の本格化 生 産 数 量 （ 株 日 ） 工 場 建 設 金 額 （ 百 万 円 ） / 政府による総額 150億円の補助金 制度の開始 補助金の 大幅削減 2014/3/15 伊坪研究室 出典：矢野経済研究所 7 2. 研究背景 2014/3/15 伊坪研究室 8 2. 研究背景 2.1 - 日本の植物工場に関する既存文献 タイトル 著者 対象 作物 CO2 植物工場を対象とした ライフサイクルアセスメント 山田ら リーフレタス サラダ菜 ○ 植物工場生産野菜の ライフサイクル インベントリ―分析 椎名ら ホウレンソウ リーフレタス ○ カーボンフットプリント制度 (CFP)を利用した被災地の 植物工場における トマト栽培に関する研究 山崎ら トマト ○ 播種～販売 植物工場におけるCO2排出量と コスト削減方法の検討 荒井ら リーフレタス ○ 育成 植物工場による国内での 飼料作物生産の ポテンシャル評価 増本ら トウモロコシ ○ ○ 育成、廃棄 植物工場のCO2排出量の推定と 経済的評価 渡井ら リーフレタス ○ 建設～収穫 植物工場生産野菜における ライフサイクル温室効果ガスと ウォータフットプリントの評価 辻岡ら リーフレタス ○ ○ ○ GHG WF 露地栽培 と比較 対象範囲 建設～収穫 ○ ○ • CO₂を中心としたケーススタディが中心 • 植物工場の評価を多面的に行っている事例は尐ない • 建設時の評価を行っている事例が尐ない 育苗～輸送 育苗～収穫 9 2. 研究背景 2.2 – 環境・社会・経済の側面から見た評価 環境 従事者の高齢化により、 後継者不足から農業 の継続が困難に 持続的な食糧資源を 得るには、水資源など 含めた、様々な環境要 素が必要となる ・GHG ・土地利用 ・水 社会 経済 雇用 コスト 天候や土壌の影響を 強く受けるので、生産 効率が低い • 環境・社会・経済面において外部の影響を強く受け、 農業を様々な側面から評価する意義があるといえる 3. 研究目的 2014/3/15 伊坪研究室 11 3. 研究背景 3.1 – 研究目的 社会背景 • 植物工場は環境面において慣行農法と比べて、GHGや水利用、 土地利用など様々な影響の違いがある。 • 今後の植物工場市場は拡大し、環境配慮面が着目される。 研究背景 • 既存文献の評価はLC-CO₂が中心。 • 土地利用や雇用に関する評価は行われていない。 研究目的 • 現状の植物工場をGHG・水・土地の環境側面、雇用 の社会側面、コストの経済側面から評価すること によって、植物工場の普及に貢献する 2014/3/15 伊坪研究室 12 4. 研究方法 2014/3/15 伊坪研究室 13 4. 研究方法 4.1 – 算出方法 【機能単位】１kgあたりのリーフレタス生産 【評価対象】GHG(CO₂,N₂O,CH₄)、水（使用量および消費量）、土地利用、雇用効果 【使用データ】植物工場事業計画書(株式会社 GNH工房 大山様より提供) 【算定方法】 算定式 使用原単位 著者 Σ(活動量×原単位) 3EID、IDEA 水使用量 Σ(活動量×水使用原単位) ウォーターフットプリントへの応用を指向した水イ ンベントリＤＢの開発（2010） 東京都市大学 小野ら 水消費量 Σ(活動量×水消費原単位) 水の種類と利用形態に着目した水インベントリ データベース（2012） 東京都市大学 小野ら 土地利用 Σ(活動量×土地利用原単位) LCAのための土地利用インベントリ原単位の開発 (2011) 東京都市大学 堀口ら Σ(活動量×雇用原単位) 雇用と労働災害に関する社会LCAデータベース の開発(2012) 東京都市大学 松永ら GHG排出量 雇用 2014/3/15 伊坪研究室 14 4.算出方法 4.2.システム境界 原材料 建設 育苗 ・建設 ・設備（施工を含む） ・土地賃貸 ・機材 （・露地栽培での育苗を仮定） 育成 ・暖房 ・種苗費 ・培地 ・上水 ・薬剤 ・電気 ・炭酸ガス ・肥料 ・残渣 収穫 ・梱包資材 ・廃ビニール 輸送 ・燃料 販売 廃棄 2014/3/15 システム境界 伊坪研究室 収量 植物工場詳細 125,662kg/年 ・苗は他社からの購入によ 植物工場型 平面１段式 年収 198,384,000 円 るもの 水耕栽培で生産された苗で 2520m² 栽培室面積 従業員 18人 あるが、3EIDに類する原単 時給 900円 0m² 育苗室面積 位がないため、露地野菜の 1日労働時間 720m² 6時間 作業室面積 原単位を当てはめる 年間労働日数 0m² 312日 通路面積 露地栽培 長野県 対象作物 リーフレタス 面積 60a 収量 14400kg 総経費 489,527円 15 5. 結果 2014/3/15 伊坪研究室 16 5.結果 5.1 – GHG排出量 2.50.E+01 2.06.E+01 2.00.E+01 1.97.E+00 1.50.E+01 1.00.E+01 1.59.E+01 5.00.E+00 0.00.E+00 本研究 • • 2014/3/15 露地 販売手数料 運賃 出荷用資材 雑費 農機具・車両 建物・建築物 土地改良・水利費・賃貸料 修繕費 小農具費 光熱・動力費 諸材料費 農薬費 肥料費 育苗費 残渣 炭酸ガス 培地 上水 電気（事務） 電気（空調） 電気（照明） 暖房(重油) 梱包資材費 運賃 販売手数料 肥料費 育苗費 土地賃貸料 設備費 建設費 系統電力が約9割の影響を占めている 作物育成に必要不可欠な光源を得るための電力使用・空調使用の割合が 非常に大きくなっている。 伊坪研究室 17 5.結果 5.2 – WF① 植物工場におけるWF L/kg 2.0.E+03 1.8.E+03 残渣 炭酸ガス 100% 残渣 培地 90% 上水 80% 炭酸ガス 培地＋ポット 上水 電気（事務） 1.6.E+03 電気（空調） 70% 1.4.E+03 電気（照明） 60% 1.2.E+03 暖房(重油) 1.0.E+03 梱包資材費 販売手数料 6.0.E+02 電気（空調） 電気（照明） 暖房(重油) 50% 梱包資材費 40% 運賃 8.0.E+02 電気（事務） 運賃 販売手数料 30% 肥料 肥料･薬剤 4.0.E+02 育苗費 20% 2.0.E+02 土地賃貸料 10% 設備費 0.0.E+00 水使用量 • • • 2014/3/15 水消費 建設費 育苗費 土地賃貸料 設備費 0% 建設費 1 活動量 水使用量は1800L/kg, 水消費量は400L/kg 4.5倍の差がある 活動量に着目すると電気（照明）、設備費が多く出ている 原単位が異なるため、WFに着目すると育苗費が多く算出されている 伊坪研究室 18 5.結果 5.3 – WF② 植物工場におけるWF L/kg 2.0.E+03 1.8.E+03 残渣 培地 2.0.E+03 上水 1.8.E+03 電気（事務） 1.6.E+03 L/kg 炭酸ガス 電気（空調） 1.2.E+03 暖房(重油) 1.2.E+03 1.0.E+03 梱包資材費 1.0.E+03 運賃 8.0.E+02 肥料 4.0.E+02 育苗費 4.0.E+02 2.0.E+02 土地賃貸料 2.0.E+02 設備費 0.0.E+00 水使用量 水消費 地下水 河川水 6.0.E+02 6.0.E+02 0.0.E+00 雨水 1.4.E+03 電気（照明） 販売手数料 回収水 1.6.E+03 1.4.E+03 8.0.E+02 取水源別にみたWF 建設費 水使用量 水消費 • 取水源別に着目すると、水使用量では回収水25%、雨水60%、 地下水2%、河川水13%となった。 • 一方、水消費量では雨水49%、地下水3%、河川水48%となった。 2014/3/15 伊坪研究室 19 5.結果 5.4 – WF③ L/kg 100% 残渣 90% 炭酸ガス 80% 70% 50% 上水 1.6.E+03 電気（照明） 暖房(重油) 1.0.E+03 運賃 30% 20% 10% 6.0.E+02 肥料 4.0.E+02 土地賃貸料 0% 設備費 河川水 地下水 雨水 地下水 河川水 8.0.E+02 販売手数料 育苗費 雨水 1.4.E+03 1.2.E+03 梱包資材費 40% 回収水 1.8.E+03 電気（空調） 60% 2.0.E+03 培地 電気（事務） 取水源別にみたWF 2.0.E+02 0.0.E+00 回収水 水使用量 水消費 • 回収水に着目すると、電気（照明）による負荷は70%、次いで設備費による負荷は 26%、電気（空調）8%となり、いずれも二次産業の部門による負荷大きい。 これは、 二次産業の原単位が回収水を多く使う部門であることに由来する。 • 雨水、河川水に着目すると大半は育苗が占める。育苗は、一次産業であり、一次産 業の原単位の傾向として雨水、河川水の負荷がほかの産業に比べ相対的に大き い。 2014/3/15 伊坪研究室 20 5.結果 5.5 – WF④ L/kg 100% 取水源別にみたWF 2.0.E+03 残渣 90% 炭酸ガス 培地 80% 1.8.E+03 1.6.E+03 上水 70% 1.4.E+03 電気（事務） 60% 電気（空調） 1.2.E+03 電気（照明） 回収水 雨水 暖房(重油) 1.0.E+03 50% 地下水 梱包資材費 40% 運賃 販売手数料 30% 肥料 育苗費 20% 8.0.E+02 河川水 6.0.E+02 4.0.E+02 土地賃貸料 10% 設備費 建設費 0% 河川水 地下水 • 2014/3/15 2.0.E+02 0.0.E+00 雨水 水使用量 水消費 どの取水源に着目しても、育苗が占める負荷が大きいことがわか る。ついで、雨水と地下水では梱包資材による負荷がわかった。こ れは、梱包資材の原単位が一次産業からの波及効果によって負荷 が大きくなったことに由来する。 伊坪研究室 21 5.結果 5.6 – 土地利用① ha/kg 6.00.E-06 土地利用結果 2.59.E-06 5.00.E-06 7.34.E-07 4.00.E-06 3.00.E-06 2.00.E-06 2.58.E-06 1.00.E-06 0.00.E+00 残渣 炭酸ガス 培地 上水 電気（事務） 電気（空調） 電気（照明） 暖房(重油) 梱包資材費 運賃 販売手数料 肥料 育苗費 土地賃貸料 設備費 建設費 建設面積 ha/kg 3.50.E-06 土地利用内訳 残渣 3.12.E-06 炭酸ガス 培地 3.00.E-06 9.68.E-08 上水 電気（事務） 2.50.E-06 電気（空調） 2.00.E-06 1.50.E-06 電気（照明） 1.23.E-06 2.58.E-06 1.00.E-06 2.58.E-07 5.14.E-07 4.69.E-07 5.12.E-08 5.00.E-07 0.00.E+00 暖房(重油) 梱包資材費 運賃 販売手数料 肥料 育苗費 土地賃貸料 設備費 建設費 建設面積 • 全体の半分が直接の土地利用である建設面積部分の影響によるものである。 • 間接分では梱包資材費の影響が高い。これは原単位に産業連関表の「段ボー ル箱」の部門を使用している結果、紙の使用による森林の利用度が高いことか らだと考えられる 2014/3/15 伊坪研究室 22 5.結果 5.7 – 土地利用② ha/百万円 直接と間接の内訳 9.00.E-02 ha/百万円 土地利用区分内訳 9.00.E-02 8.31.E-02 8.00.E-02 8.00.E-02 7.00.E-02 7.00.E-02 8.31.E-02 生産阻害地 6.00.E-02 6.00.E-02 森林 5.00.E-02 5.00.E-02 畑（牧草地） 間接 4.00.E-02 7.10.E02 3.00.E-02 2.00.E-02 1.00.E-02 0.00.E+00 畑（除牧草地） 田 3.00.E-02 2.00.E-02 3.27.E-03 1.63.E03 植物工場 直接 7.73.E-02 4.00.E-02 1.00.E-02 3.27.E-03 0.00.E+00 3.26.E-04 植物工場 IO(野菜) 野菜IO • 植物工場は直接土地利用と間接土地利用の割合がほぼ同じだった が、IOでは直接による影響が大きかった。 • 使用データ上では栽培棚が1段のため、多段にすることでさらに収穫 量、収入が上がり単位当たりの環境負荷が下げられる可能性がある。 2014/3/15 伊坪研究室 23 5.結果 5.8 – 雇用効果① 人/kg 雇用効果 1.20.E-04 1.00.E-04 9.62.E-05 8.00.E-05 6.00.E-05 4.00.E-05 2.00.E-05 0.00.E+00 残渣 炭酸ガス 培地 上水 電気(事務) 電気（空調） 電気（照明） 暖房(重油) 梱包資材費 運賃 販売手数料 肥料費 育苗費 土地賃貸料 設備費 建設費 本研究 • 設備費や電気(照明)による雇用効果が高い • 投入金額高との割合が高いと雇用効果の割合も高くなっている 2014/3/15 伊坪研究室 24 5.結果 5.9 – 雇用効果② 人/年 直接雇用効果と間接雇用効果 7.00.E+00 6.00.E+00 6.38.E+00 5.70.E+00 残渣 炭酸ガス 培地 上水 電気(事務) 5.00.E+00 4.82.E-01 1.92.E+00 電気（空調） 電気（照明） 暖房(重油) 4.00.E+00 梱包資材費 運賃 3.00.E+00 販売手数料 肥料費 2.00.E+00 1.00.E+00 育苗費 1.76.E+00 1.80.E+00 土地賃貸料 設備費 建設費 0.00.E+00 常用(直接) 常用(間接) • 1年間で直接でも間接でも6人程度の雇用効果を期待できる。 • 植物工場自体に雇用される人数が18人と設定されており、ほぼ 同人数の雇用効果を得られる結果となった。 2014/3/15 伊坪研究室 25 5.結果 5.10 – 雇用とコストの比較 植物工場 露地栽培 差 Kgあたりの雇用人数 9.62.E-05人/kg 1.66.E-05人/kg 7.96.E-05人/kg 比率 ⑥ ① Kgあたりのコスト 1248円/kg 204円/kg 比率 ⑥ ① 1044円/kg • 植物工場と露地栽培において、kgあたりの雇用人数とkgあたりの コストでトレードオフが生じている。 • 労働環境を整備するために、設備費に投資すると人件費が下がり 雇用人数は減る。雇用人数を確保するとその分の設備投資が減 り、設備の質が落ち、栽培環境に影響を与える恐れがある。 2014/3/15 伊坪研究室 26 6. 結論 2014/3/15 伊坪研究室 27 6.結論 6.1 – 結論 • 植物工場の環境負荷として照明の使用に伴うGHG値、 また設備費を中心としたコストの値が高くなった。 • 土地・水・雇用の面では優位な結果が得られたことから、雇用と 環境・コストの間でトレードオフが生じている。 • 被災地においてはスマートシティの導入などにより、現場で働く 人の雇用創出のみならず、露地栽培と変わらない長期的な雇用 を生み出す潜在性があると云える。 • 植物工場の生産性向上に向け、設備投資を含めたコストにのみ 目を向けるだけでなく、環境的側面・雇用的側面で総合的に判断 する必要があると云える。 2014/3/15 伊坪研究室 28 6. 結論 6.2 – 課題と限界 • システム境界において、機材や薬品などの必要物品が一部 含まれていないため、過小評価の恐れがある。 • 育苗プロセスを露地栽培と仮定しているため、過大評価となっ ている。 • コスト分析に関しては、kgあたりでしか見ることができていない ので、ライフサイクル全体での考察を行う必要がある。 • 環境負荷が最も高かった照明をLEDにした場合のシナリオ比較 をする必要がある。 • 多段式にした場合のコストと生産性の向上でのトレードオフを 見ることにより、最適な段数を考える必要がある。 2014/3/15 伊坪研究室 29 7. おわりに 2014/3/15 伊坪研究室 30 7.おわりに 7.1 – 謝辞 このたびはお忙しい中、“事例研究”という形で ご指導ご鞭撻いただき、誠にありがとうございます。 この場をお借りし、指導教員である伊坪徳宏教授を 始め、同研究室の先輩方、学部三年の皆様、並びに データをご提供いただきました株式会社ＧＮＨ工房 大山敏雄様に感謝の気持ちといたしまして、謝辞の 言葉を申し上げます。 2014/3/15 伊坪研究室 31 7.おわりに 7.2 - 参考文献 • • • • • • • • • • 平成24年度 我が国情報経済社会における基盤整備 「東日本大震災復興計画におけるIT活用・再生可能エネルギー 導入によるBCP・DCP及び産業復興モデル構築の可能性調査」 http://www.tohoku.meti.go.jp/s_shigen_ene/pdf/h24_all.pdf 植物工場の事例集 http://www.meti.go.jp/policy/local_economy/nipponsaikoh/syokubutsukojo_jireisyu.pdf 植物工場に関する調査研究2009 http://www.yano.co.jp/press/pdf/499.pdf 日本農学アカデミー・(公財)農学会 公開シンポジウム 「人工光型植物工場の進歩と今後の発展方向」古在豊樹 http://www.academy.nougaku.jp/sympo.html 「水の種類と利用形態に着目した水インベントリデータベースの開発」小野雄也 「雇用と労働災害に関する社会ＬＣＡデータベースの開発」 松永典子 平成17年（2005年）産業連関表 総合解説編 植物工場で作業マニュアル 「ウォーターフットプリントへの応用を指向した水インベントリＤＢの開発」小野雄也 2014/3/15 伊坪研究室 32 ご清聴ありがとうございました 2014/3/15 伊坪研究室 33
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