松葉を再生可能エネルギーに活用する方法

Fallen pine needles are a major fire hazard in India's sub-Himalayan belt, but they could also be a source of renewable energy.
Fallen pine needles are a major fire hazard in India's sub-Himalayan belt, but they could also be a source of renewable energy.Image: Pexels/Karolina Grabowska
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  • 松葉は、インドのヒマラヤ山麓地帯で火災の危険をもたらしている。

  • 松葉は、バイオオイル、ブリケット、バイオ炭などの再生可能エネルギー源に転換することができる。

  • バイオオイルは、内燃機関の燃料または炉用油として使用することができる。

  • ブリケットは、レンガ窯で使用したり、発電を行うボイラーの燃料として使用したりすることができる。

松葉は燃えやすく、インドの広大なヒマラヤ山麓地帯の針葉樹林における主要な火災の危険要因であるが、そのことが再生可能エネルギーの豊富な供給源になる、と研究者らは述べている。

乾燥期に発火して壊滅的な森林火災を引き起こす恐れがあるため、落ち松葉は森林の床から除去する必要がある、とインドの国営の中央農業工学研究所(CIAE)の研究者らは述べている。

この研究は、学術誌『Current Science』に掲載され、松葉の炭化とブリケット化が温室効果ガスの発生削減にどの程度役立つ可能性があるかを検証している。

松葉は乾燥しており油分を含むため、すぐに発火し、生物多様性、森林、環境、地域経済に甚大な損失をもたらすことが多い。

アルティ・カシュヤップ、IIT-マンディ准教授

主任研究者は、インド・ボパールにあるCIAEの農業 エネルギー・電力部門の上級科学者のサンディープ・マンダル氏は、SciDev.Netに対し、「松葉は容易に圧縮して高発熱量のブリケットにすることができ、あらゆる熱利用に用いることができるほか、化学プロセスを経て高品質のバイオ燃料にすることもできる。」と述べた。

熱分解(酸素のない状態で有機物を加熱するプロセス)によって、松葉は発熱量28.52メガジュール/キログラムのバイオオイルに転換でき、内燃機関用の混合燃料または炉用油として使用できることが同研究で明らかになった。

比較のため、ディーゼル燃料の発熱量はおよそ45.5メガジュール/キログラムである。

「バイオオイルの引火点、燃焼点、流動点は高速ディーゼル燃料よりも高かった」と同研究は述べ、さらにこの油は広く使用されている圧縮点火エンジンにも適していると付け加えている。

あるいは、松葉から製造したブリケットは、レンガ窯で使用したり、発電を行うボイラーの燃料として使用したりできるほか、家庭での調理用にクリーンで手頃な燃料を提供することもできる。

ブリケット化とは、乾燥した植物質に由来するいわゆる「リグノセルロース系」バイオマスを高密度化し、高発熱量のブロック状に成形して、保管や輸送を可能にする工程である。

同研究によると、バイオマスはその圧倒的な豊富さのため、太陽光、風力、水力などの他の再生可能エネルギー源を上回っている。

松葉の熱分解では、土壌炭素隔離に理想的な素材であるバイオ炭も生成され、研究者らによれば、気候変動の緩和に貢献しうるという。

分析の結果、検討した3つの転換技術(ブリケット化、炭化、熱分解)を組み合わせることで、87%のエネルギー効率を達成できることが示された。

松葉の活用

松葉は、微生物によって容易に分解されず、森林の床に堆積するという点で、他の種類の植物バイオマスとは異なる。

同研究の推計では、インドの夏季に松林1ヘクタールあたり約6.3トンの松葉が落ちる。

ヒマラヤの亜熱帯松林は、世界最高峰の山脈の全長3,000キロメートルのほぼ全域にわたって広がり、パキスタン、インドのジャンムー・カシミール州、ヒマーチャル・プラデーシュ州、ウッタラーカンド州、シッキム州、アルナーチャル・プラデーシュ州、そしてネパールとブータンにまたがる77,700平方キロメートル以上を覆っている。

インド国内では、松葉を商業的に活用することを目指した研究や活動の多くは、約3,300平方キロメートルの松林を有し、年間約1,300メートルトンの松葉が落ちる北部のヒマーチャル・プラデーシュ州に集中している。

これらの森林の大部分は、優占的で干ばつに強いPinus roxburghii種で構成されている。

ヒマーチャル・プラデーシュ州政府によると、同州では毎年平均2,000件の森林火災が報告されている。

2001年から2021年の間に、ヒマーチャル・プラデーシュ州では火災により900ヘクタールを超える樹木被覆が失われた。最も深刻な被害は2004年で、150ヘクタールが焼失したことが、Global Forest Watchのデータで示されている。

松葉が再生可能エネルギー源としての可能性を持つ一方で、森林火災の原因となっていることを認識し、インド工科大学(IIT)のマンディ校(ヒマーチャル・プラデーシュ州の州都)は、その「ヒマラヤの生計向上」センターで特別プログラムを運営している。

「4月から6月までの夏季には、落下した松葉が森林の床への水の浸透を妨げる」と述べるのは、アルティ・カシュヤップ(IIT-マンディ准教授)である。

「その結果として、松葉の乾燥と油分により、すぐに発火し、生物多様性、森林、環境、地域経済に甚大な損失がもたらされることが多い。」

また、松葉の厚い層は地表に日光が届くのを遮り、草の生育を妨げるため、地元の村人が家畜を放牧することを困難にしている、とカシュヤップ氏は言う。

「そのため村人は、松葉に火を放つ以外に選択肢がないのです」と彼女は付け加える。

カシュヤップ氏によると、IIT-マンディのプログラムは松葉の収集と加工センターへの輸送に重点を置いているが、ヒマーチャル・プラデーシュ州の起伏の多い地形では問題がある。

「小規模なペレット化またはブリケット化の施設を各地に設置することが、最も実行可能な選択肢であり、地域の生計を支えるうえで重要だと私たちは考えています」と彼女は語る。

数多くの研究と試験を経て、IIT-マンディは、松葉を細かく刻んで圧縮し、クリーンで高密度かつ扱いやすく、燃料として高い需要のあるブリケットを製造する方法を開発した、とカシュヤップ氏は説明し、特許出願の手続きが進行中であると付け加えた。

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