上接 如何实现光明富足的零排放社会？（一）从脱碳开始的日本活性化
如何实现光明富足的零排放社会？（二）个人能为脱碳做的贡献
岩崎 博
低碳社会战略中心 特任研究员
河原崎 里子
低碳社会战略中心 研究员
【导读】本文为《如何实现光明富足的零排放社会？》的第三回，以虚构的商社青年员工皆川丰为主人公解读低碳社会战略中心（LCS）公布的提案。上一回，皆川在与LCS客座研究员磐田朋子“个人能为脱碳做的贡献”的对话中，得到有关生物质的启示。此次，皆川采访了在LCS从事生物质废弃物甲烷发酵优化研究的特任研究员岩崎博，以及研究如何降低木质生物质生产成本的研究员河原崎里子，向他们咨询了有关利用生物质实现脱碳的相关实践。
发酵源于生物的资源
转换成具备高资源价值的甲烷
皆川：我今天是来请教关于生物质问题的。与太阳能发电、风力发电和水力发电等可再生能源相比，人们对生物质能源相对比较陌生。生物质能源到底指的是什么呢？
岩崎：Bio=生物，mass=质量，指的是所有源于生物的物质。从这个意义上来说，我们的身体也是生物质，从“资源”这个角度来看，它包括稻草、棕榈油渣、粮食加工排放的残渣、家庭和商店产生的生鲜垃圾、人和牲畜的排泄物，以及木材等。顺便提一下，煤碳和石油也是源自几千万或几亿年前地球上生存过的生物资源，但生物质能源不包含这些化石燃料。
皆川：我觉得化石燃料和生物质在燃烧时都会排放二氧化碳（CO2），但为什么只有生物质被列入了可再生能源？
河原崎：生物质的能量追溯下来，都是植物通过光合作用固定下来的太阳能。光合作用吸收的二氧化碳在燃烧过程中排放出来，一吸一放刚好零排放。另一方面，化石燃料是植物在数亿年的时间跨度中固定的二氧化碳，所以在人类生活的时间跨度中，燃烧的越多，大气中二氧化碳就增加得越多。
皆川：岩崎特任研究员，您就是在这些生物质当中研究甲烷发酵的吧。
岩崎：是的，主要研究的是通过微生物的作用，从下水道中的污泥和家畜排泄物中提取出有用的气体资源，这种有用气体被称作沼气。其中，我们正在研究的是特别容易处理且有很高的资源价值的甲烷。你见过湿地或沼泽地里冒气泡的情景吧？那些就是水底存积的有机物经过微生物分解而产生的气体。我们的研究题目就是如何在人工环境中进行控制，高效率地收集甲烷。
让野生厌氧菌起作用
探索经济划算的方法
皆川：说到微生物的作用，是否用到了一些特殊的细菌？
岩崎：作为原料的污泥中，本身就含有包括碳水化合物和有机酸在内的多种有机物质。 对于每一种物质，都有擅长分解它的微生物菌种，一种细菌分解后的物质还会被另一种细菌进一步分解，在污泥中形成了一个物质和微生物的复杂生态系统。 而最终生成甲烷的是甲烷生成菌作用的结果。
皆川：这些细菌的作用有什么共同的特点吗？
岩崎：它们的特点是厌氧菌，都可以在无氧环境下生存。它们都是原本存在于污泥中的野生菌，与酿酒等制作发酵食品不同，并没有添加培养菌。
皆川：甲烷是我们平常使用的天然气的主要成分吧？就成本而言，哪个更便宜些呢？
岩崎：很遗憾，目前天然气的价格要便宜得多。因此，为了实现更有效率的甲烷发酵，我们正在通过控制污泥的浓度、温度和pH值来寻找最经济的发酵方法。 顺便说一下，当pH值偏碱性时会产生更多的甲烷，而偏酸性时则会产生更多的氢气（图1）。
图1 甲烷发酵与氢气发酵的基本反应过程
图片出处：《利用生物质废弃物进行甲烷发酵》（Vol.4）-两级发酵罐的装置合理化以及氢气发酵（fy2019-pp-10图1）
皆川：是否也有把氢作为主要目标的计划呢？
岩崎：虽说氢在燃料电池和工业领域非常有用，但就现状而言，由于甲烷更容易储存和运输，便于操作，所以，我们目前的研究还是专注于甲烷的生成。
木质原料的成本是北欧的6倍
扩大项目规模以及集约化、高效化是当前的课题
皆川：接下来，我想向河原崎研究员请教一些关于木质生物质的问题。我听说您与岩崎特任研究员一样，也在从事降低生物质资源成本的研究，虽然同样是生物质，木质生物质与甲烷发酵有很大的不同吧？
河原崎：是的，木质生物质与所有其他能源资源相比，在性质上有很大的不同。它不仅可作为能源，作为材料也有很高的价值。
皆川：除了用于传统的木材和造纸，最近木质生物质还被用作塑料和氢的原料。然而，就日本林业而言，经常能听到很多有关林业从业人员老龄化以及山林荒废的负面报道。
河原崎：在战争期间日本的森林曾被大量砍伐，战后为了扩大森林面积而种植的树木，也迎来了采伐期。然而，这些资源并不能说得到了充分的利用。本质问题在于成本。从植树到除草、间伐管理，再到采伐和运输，各个环节的成本都很高，相对于进口木材没有价格竞争力。这使得它作为一个产业降低了魅力，呈现了无法汇集劳动力和资金的趋势。
皆川：相反，在林业方面具有强大竞争力的国家情况又是怎样呢？
河原崎：这是个好问题。我们比较了世界主要林业国家之一的瑞典和北海道原木单位生产量的成本（图2）。
图2 原木生产各环节的成本比较（主采伐量150m3/ha）。
资料来源：《降低木质生物质燃料的成本--推进机械化降低林业素材生产成本的效果》（fy2015-pp-06图1）。
皆川：北海道的费用大约是瑞典的6倍! 难怪无法竞争呢！说到北欧给人的印象是劳动力成本很高啊，为什么会出现这么大的差距呢？
河原崎：差距体现在项目规模上，以及彻底的集约化和高效化上。在瑞典，以大规模资本为中心，民间林业承包商使用巨大且高性能的林业机械，24小时轮班高效工作。林业机械的操作室很舒适，劳动生产率很高，员工的工资也很高。承包商从森林所有人那里拿到订单后，承担了从森林维护到木材砍伐、运输、销售等供应链中的大部分工作。
皆川：为什么它能吸引这么多的资本？
河原崎：吸引投资的一个主要因素是我刚才提到的高收益性，另一个因素是容易做出长期的前景预测。尤其是后者，基于长期规划进行植树造林，才能促进林业的可持续发展。近年来，瑞典实现了实时把握资源量，且有计划地发展林业的作法已经成型，资源量能保持平稳水平。
皆川：可持续性正成为商务上的一个巨大魅力啊。
克服社会制约
创建可持续系统
皆川：日本也有充足的资源，难道日本不能同样做吗？
河原崎：日本的山林存在陡峭斜坡较多等自然方面的制约，但最大的瓶颈是社会方面的制约。日本的人工林大约一半为私有林，其中70%为小于50公顷的小规模森林。既没有开展大规模密集型林业的资金，也没有与之匹配的森林资源。
皆川：那样的话，为什么不以某种方式筹集资金，建立一个大规模的实体，将所有权分散的森林作为一个整体来管理呢？
河原崎：这正是我们正在考虑的问题。 我们正在思考如何建造出一个优化了森林生长、资源分布和地形等条件，能够集约化可持续发展的林业系统。
岩崎：社会制约作为一个瓶颈，在沼气项目也一样存在。不扩大规模就很难获得价格竞争力，（而扩大规模就）需要获得政府和民间的支持。此外，通过甲烷发酵很难获得与城市燃气相当的甲烷浓度，而且它不能直接使用现有的燃气设备。如果具备了可以直接使用沼气的设备环境，推进普及的可能性就会大为提高。
皆川：我觉得其他可再生能源也是如此，不仅是科学技术，围绕科学技术的社会环境和经济环境也十分重要。为了保护“环境”，构筑相应的“环境”非常重要，这与我们公司的业务也似乎能联系起来。
今天非常感谢二位！
——以上对话根据采访内容虚构而成。（TEXT·PHOTO：福井智一）
原文：JSTnews 9月号
翻译编辑：JST客观日本编辑部
