植物に含まれるリグノセルロースは、豊富なエネルギー源です。
農業および林業の廃棄物は、容易にバイオ燃料へと転換できます。
副産物をエネルギー源として利用することは、循環型経済の重要な要素です。
本記事は、次の企業との協働により発表されました：Neste。
植物は毎年、約1,000億トンの二酸化炭素をバイオマスへと変換しています。これは産業革命以降に人類が排出した二酸化炭素の5%に相当します。
その炭素の大部分は、地球上で最も豊富な有機物であるリグノセルロースへと変換されます。これは幹、茎、葉などの植物の構造体です。
リグノセルロースは太古の昔から存在しています。初期の陸上植物は、リグノセルロースの生産を増やすことで乾燥した陸地に適応し、垂直方向の成長を支える、より厚い細胞壁を作り出しました。
リグノセルロースがなければ、チューリップは倒れてしまい、樹木の幹は巨大でぐにゃりとした麺のように地面をうねって進むことになるでしょう。究極的には、植物の多様化が大気を大きく変え、他の生命体の進化を促しました。
リグノセルロースがなければ、そもそも私たちがここに存在していなかったと言っても過言ではありません。
この驚くべき進化の産物は、長年にわたり、極めて持続可能で再生可能な燃料および素材の供給源としての可能性を示してきました。
再生可能ディーゼルおよび持続可能な航空燃料の世界有数の生産者であるNesteは、（マッキンゼーによる分析に基づき）、農業および林業の残渣だけからでも、リグノセルロース系バイオマスから毎年3億石油換算トンを生産できると試算しています。
「既存の林業および農業生産から生じる大量の廃棄物や残渣は、十分に活用されないまま残されています。これらは価値の高い、持続可能性の高い新たな原材料へと転換できる可能性があります」と、Nesteのリグノセルロース事業ビジネス・プラットフォーム担当副社長であるMarkus Rarbach氏は述べています。
気候危機への対応
セルロースからエタノール燃料を抽出する予備的なプロセスは1800年代初頭に開発されましたが、燃料および化学品への拡張可能な工業的転換が成熟するまでには時間を要しました。
リグノセルロースからの工業的な燃料生産は、世界大戦や1970年代の石油危機の期間に、わずかながら行われました。しかし、これらの危機が去るにつれて関心は薄れていきました。こうして石油は、現在に至るまでその優位性を保ってきました。
気候危機の緊迫性により、植物由来エネルギーを取り出す新たな手段を開発することへの関心が再び高まっています。欧州グリーンディールは2050年までのカーボンニュートラルの達成を目標として掲げており、米国は2030年までに排出量を半減させることを約束しています。
リグノセルロース系のバイオマス廃棄物や残渣を利用するような先進バイオ燃料は、トウモロコシやサトウキビなどの穀物から蒸留される従来型のバイオ燃料の技術を発展させたものです。
しかし、リグノセルロース系燃料の原材料は、極めて広範な林業および農業の製造工程に由来します。Rarbach氏は次のように説明します。「これこそが、持続可能性の観点からリグノセルロースを魅力的な原材料にしているのです。」「私たちはバイオマスの可食部を利用しているわけではありません。その代わりに、廃棄物や残渣を、持続可能性の高い新たな製品へとアップグレードできるのです。」
おがくず、枝、梢などの廃木材製品や残渣、さらにはトウモロコシの茎葉、小麦わら、サトウキビ生産由来のバガスには、いずれもリグノセルロースが含まれており、そこから価値を取り出せる化合物へと分解することができます。
「さまざまなリグノセルロース系の廃棄物や残渣を活用する技術が、スケールアップが可能な段階まで成熟し、開発段階から商業段階へと移行しつつあるのを私たちは目にしています」と、Rarbach氏は述べています。
プロセス：植物資源から燃料をつくる
リグノセルロース系燃料の技術の開発に長い時間を要した理由の一部は、この物質の性質にあります。リグノセルロース系材料は、蓄えられたエネルギーを取り出すことに対して非常に強い抵抗性を示します。
これは進化の観点からは当然のことです。植物は、過酷な環境の圧力に応じて、セルロース、ヘミセルロース、リグニンからなる複雑な構造体を発達させてきました。そのため、植物は容易にはその恵みを手放さないのです。
これに対応して、価値を取り出すための2つの異なる手段が開発されてきました。
熱化学的手法は、熱と圧力を用いて植物資源を燃料へと転換します。原油や他の化石資源を生み出す地質学的な圧力を模倣し、バイオ由来の油や合成ガスを生成します。
生化学的手法は、生物学的触媒を用いて同様の結果を得ます。酵素を利用してリグノセルロースに含まれる糖を遊離させ、それを微生物が発酵させてエタノールなどの利用可能な燃料へと変換します。
両者を組み合わせたハイブリッド方式が採用されることもあります。すなわち、生化学的プロセスで中間体を製造し、熱化学的技術でそれを最終製品へと転換する方法です。
持続可能性への道筋
こうした植物由来の廃棄物や残渣は、今後数十年にわたりカーボンニュートラルの達成に大きく貢献することが期待されています。
「交通分野では、電気自動車も一翼を担うなど、極めて多様な技術的解決策が登場するでしょう。また、他の形態の交通用エネルギーが持続可能性の達成に貢献することも重要です」と、Rarbach氏は述べています。
リグノセルロース系バイオマスをどのように持続可能な形で調達するかについては、議論が続いています。リグノセルロース系燃料への移行により、木材の伐採が促進され、森林生態系が損なわれるのではないかとの指摘もあります。収穫量を上回る木材を育て、生物多様性を育む持続可能に管理された森林は、その解決策の一つです。
作物、林業、その他の廃棄物残渣には、さらなる利点があります。これらは避けられない副産物を活用するため、環境への悪影響は最小限にとどまります。
Rarbach氏は、廃棄物が最終的には完全に排除されることを期待しています。「これは市場の観点からも、顧客の観点からも、明らかに極めて望ましいことです」と彼は熱意をもって語ります。「なぜなら、私たちが目指しているのはカーボンニュートラルだからです。」
