課題名

B-16 地球温暖化抑制のためのCH4N2Oの対策技術開発と評価に関する研究

課題代表者名

稲森 悠平(環境庁国立環境研究所地域環境研究グループ)

研究期間

平成10−11年度

合計予算額

159,93711年度 104,901)千円

研究体制

(1) 固定燃焼装置における亜酸化窒素排出抑制法に関する研究

(通産省資源環境技術総合研究所)

(2) 自動車から排出されるN2O排出防止に関する研究(運輸省交通安全公害研究所)

(3) CH4N2O抑制のための生活系排水のバイオ・エコエンジニアリングシステムによる対策技術に関する研究(環境庁国立環境研究所)

(4) 廃棄物処理分野におけるメタン・亜酸化窒素の発生抑制対策技術に関する研究

(厚生省国立公衆衛生院)

(5) 温室効果ガス排出抑制のための下水処理システム対策技術(建設省土木研究所)

(6) 東北アジア地域におけるCH4N2O抑制のための汚水・汚泥の適正処理技術開発に関する研究

(環境庁国立環境研究所)

‥攵蹈肇譽鵐繊⊆消和咫∋晴獣咫⊃綫舷∧植栽地等のエコエンジニアリングシステムを用いたCH4N2O発生抑制技術開発

CH4N2O抑制のための有機系廃棄物の循環処理技術の開発

CH4N2O抑制のための汚水・汚泥の適正処理技術開発

(7) 農耕林地から発生するメタンと亜酸化窒素の発生抑制技術の開発に関する研究

.▲献△稜盛銘呂らのメタンと亜酸化窒素の発生および抑制技術に関する研究

(農水省農業環境技術研究所)

日本の森林土壌でのメタン吸収に関する研究(農水省林野庁森林総合研究所北海道支所)

(8) 家畜および家畜糞尿処理におけるCH4N2O排出量推定に関する研究(農水省畜産試験所)

(9) 東南アジア地域における反芻家畜からのCH4発生の抑制技術の開発

(農水省九州農業試験所)

(10) 草地におけるCH4N2O管理手法に関する研究(農水省草地試験所)

(11) CH4N2Oの重点対策ポテンシャルの評価に関する研究(環境庁国立環境研究所)

 

研究概要

1.序

 近年、世界的に注目されている地球環境問題として地球温暖化がある。この地球温暖化は、人間活動に伴う各種温室効果ガスの大気中への過剰な放出に起因している。その代表的なものが、CO2CH4N2O等である。従来より、これらのガスの温暖化抑制対策としてCO2に重点がおかれてきたが、微量ガスといわれていたCH4N2Oの占める割合が増加し、温暖化寄与率が累進的に加速しているという懸念から、これら2種のガスの発生抑制対策の重要性が叫ばれるようになり、その緊急対応がさらに必須な状況となってきた。CH4N2Oの人為的な発生源としては、様々なものが考えられるが、それらの特定、また発生量の見積もり等においては不明な部分は残されてはいるものの、人為的発生源対策の強化が必要とされている。本研究においては、CH4N2Oによる地球温暖化の対策技術の確立を目的として、可能性のある主要な発生源を各サブテーマの研究対象に設定し、各分野における具体的対策技術開発と評価を目的とし推進する事とした。

 

2.目的

 CH4N2Oの発生源は複雑でいまだ明らかにされていない部分も多く、また小規模のものが数多く存在するという特徴を有し、このため、各発生源毎に具体的な対策を講じる必要があり、地球温暖化防止行動計画においても「CH4その他の温室効果ガス排出抑制対策」として廃棄物・汚泥・家畜排液の資源化・再利用、水田管理、バイオマス燃焼対策、石炭・石油の発掘・運送消費の適正管理および適正処理、余熱利用等、エネルギー利用の効率化が重要視され、各分野の対策技術が緊急に求められている。このような状況を鑑み、本研究ではCH4N2Oによる地球温暖化の対策技術の確立を目的として、主要な発生源として、農耕、畜産、燃焼、生活系排水処理、自動車、廃棄物処理、下水処理、東北アジア地域における汚水・汚泥処理を各サブテーマの研究対象に設定し、各分野における開発途上国へのf普及も視野に入れた具体的かつ普及可能な対策技術の開発と、各サブテーマにおいて開発されつつある対策技術を効果的に普及整備するためのコスト・効率性・汎用性等を考慮した適切な評価および、それぞれの技術に対する総合的な知見の集積を行うことを目標として研究を推進する。また、COP3において温室効果ガスとしてCO2のみならずCH4N2Oが重要な対象となり、削減目標策定においてバスケットアプローチを用いることとなったため、各分野における放出量の精度向上と削減技術の確立もまた、緊急を有する課題である/span>

 

3.研究の内容・成果

(1)固定燃焼装置における亜酸化窒素排出抑制法に関する研究

 温室効果ガスの一つであるN2Oについて、固定燃焼装置からの発生量抑制技術の開発を行った。燃焼装置の形式としてはN2O発生量の大きい流動層燃焼方式を対象とした。低減法として、燃焼炉内へのN2O分解粒子の添加による低減法を試みた。分解粒子としては、強度の高いアルミナ(ガンマアルミナ)粒子および、Ca系のセラミックス、セメント系の粒子を使用した。アルミナについては、循環流動層燃焼の炉内媒体である珪砂との混合率を変化させて、石炭の燃焼実験を行いN2Oの低減率を検討した。その結果、アルミナ粒子は実際の流動層燃焼装置の燃焼温度である800-900℃で充分N2O分解能を発揮し、流動媒体全体の1/3程度の混合率でN2O1/3程度まで減少させることが可能であった。燃焼装置の操作上で問題となる、装置外部への飛び出し量や粉化は特になかった。しかし、NO排出量は抑制燃焼を行っても通常の珪砂を流動媒体とする場合に比べて増加した。これは、石炭中のN分の窒素酸化物への転換反応でアルミナ粒子はN2Oへの転換は抑制するものの、NOへの転換を促進するためと考えられる。今回の方法によりN2Oは大幅に抑制できることが分かったが、トレードオフによりNOが増加した。しかしながら、NOの処理方法は既に確立されており温暖化ガス抑制の観点からはN2ONOに結果的に転換している本方法も一考の余地はあると考えられる。実際の燃焼装置へ適用した場合には更に長時間の運転試験が必要であるが、本方法単独ではなく、他の方法との同時適用によりN2Oを抑制する方法がより実際的であると考えられる。

 安価なCa系の粒子については、固定層反応器によるN2Oの分解実験を行った。実験では燃焼場に共存するSO2の同時脱硫も検討した。Ca系の粒子ではN2Oの分解率はCa含有量の増加と共に増加する傾向を示し、また同時脱硫も可能であった。特にセメント系粒子は安価で使い捨てが可能であり、N2Oの分解粒子として優れている。

 

(2)自動車から排出されるN2O排出防止に関する研究

 自動車分野のN2O対策では三元触媒車の排出量が特に高いことからその低減対策が主体となる。乗用車の排気対策には三元触媒が広く用いられているが、この三元触媒はN2Oを生成し易い。また長距離を走った三元触媒車は新車時に較べて特にN2Oを多く排出すると報告されている。そこで触媒が劣化するとなぜN2O排出が多くなるのか、その原因を触媒の単体実験から調べた。その結果、触媒が劣化するとN2O排出量が増える原因は、劣化によりN2Oの生成濃度が増大するのではなく、触媒劣化が高温側のN2O分解能力低下を引き起こし、分解されずに排出されるN2Oが増大するため、排出量が大幅に増えるメカニズムであることが明らかとなった。この研究結果からN2Oの排出低減対策にはN2Oの分解能力が高く、また劣化に強い触媒を採用することが有効である。具体的な触媒としてはPt/Rhを高担持させた触媒組成が有望である。また触媒の劣化は一般にN2O排出量を増加させるものの、N2O排出量を求める排ガス試験走行モードが異なれば触媒使用温度も異なるため、N2O排出量に与える劣化影響は一様ではない。したがって対策には各国排ガス試験走行モードに最適な触媒組成の調整が必要になると考えられる。

 これとは別に、これまでの研究から触媒入り口の酸素濃度条件にN2O排出濃度が敏感に影響をうけることが分かっている。そこで三元触媒車のN2O排出を少なくする技術の一つとして、触媒入り口の酸素濃度を制御する事により、N2O排出量が低減できないかを検討した。その結果、触媒入り口酸素濃度を200ppm以下に押さえれば、有害ガス浄化性能を失うことなくN2O排出量を大幅に低減できる可能性を見いだした。以上の研究結果から、自動車のN2O排出抑止対策とし、(1)三元触媒組成はN2O分解能力が高く、劣化し難い高担持触媒を採用する、(2)酸素濃度制御によりN2O排出を抑止するためN2O生成触媒温度領域におけるエンジン空燃比制御をより精密化する、(3)出来るだけ高温状態で触媒を作動させ、N2Oの生成を抑制するとともにN2Oの分解を促進させるなどの対策手法により、自動車からのN2O排出を大幅に抑止できる見通しを得た。

 

(3)CH4N2O抑制のための生活排水のバイオ・エコエンジニアリングシステムによる対策技術

 本研究では、CH4N2Oの生活排水系からの発生抑制のための対策技術開発と評価に関する検討を行った。生物学的窒素除去の単位プロセスとしての硝化反応においては、水温の低下・流入窒素負荷の増大に伴い硝化能の低下、N2O発生速度および転換率の増大が生じ、特に低水温時において窒素負荷の影響が大きく現れることがわかった。また、硝化率が十分に高く維持されるようにすれば、硝化過程におけるN2O発生も同時に抑制可能であることがわかった。

 有用硝化脱窒細菌A. faecalisの包括固定化担体による間欠ばっ気法への導入により、N2O転換率を増大させることなく硝化能および窒素除去能の双方の向上が達成可能なことが明らかとなった。また、既存活性汚泥反応槽と三相流動層反応槽の窒素除去およびN2Oを放出特性を評価した結果、三相流動層反応槽のN2O発生量は1/5に低下し、窒素除去率は平均約5%高くなることがわかった。銅を含有するN2O還元酵素の窒素還元に及ぼす影響は著しく、3ppm程度の添加によって、発生するN2O濃度は高速度脱窒下においても3ppm程度に抑制された。また、ポリエチレンイミンで架橋された多孔性セルロース担体の銅吸着能力は優れており、この特性は今後銅の直接添加を嫌う地下水の硝酸除去に新たな手法を提供するものと考えられた。

 豚舎排水処理過程におけるN2O発生原単位は下水処理過程における値に比べて大きくなったが、これは豚舎排水処理の過程で一時的にNO2-Nが蓄積するためであることが示唆された。すなわち排水処理の過程でN2Oの生成を抑制するためにはNO2-Nを蓄積させないことが重要であり、適切な嫌気好気時間の設定等による硝化と脱窒のバランスのよい進行が有効であると考えられた。人為的汚染を受ける湿地帯からのCH4およびN2Oの放出量は大きな季節変動が観察され、これらはCH4酸化あるいは植生による吸収活性、脱窒素反応や窒素化合物吸収等の、湿地生態系における微生物や植物による有機物や窒素代謝の変動等に起因するものと考えられた。また、湿地底泥等から得られたCH4酸化細菌と脱窒素細菌の集積培養を用いた室内実験によって、湿地微生物生態系の活用による、人為的汚染を受ける湿地からのこれらのガスの削減技術の開発可能性が示された。

 

(4)廃棄物処理分野におけるメタン・亜酸化窒素の発生抑制対策技術に関する研究

 CH4およびN2Oは廃棄物の燃焼または生物処理により発生する。前者では最終処分場が、後者ではごみ焼却施設およびし尿処理場が発生源としての寄与が大きい。これら発生源における温室効果ガスの放出を抑制するためには、実施設による放出実態を正確に把握し、施設運営の現状に見合った制御因子を考える必要がある。また、世界的視野では最終処分場からのCH4の抑制が重要であり、わが国のみならず、都市化が進む開発途上国における排出実態の把握や社会状況に合わせた適正な抑制技術の開発が急務である。わが国のし尿処理施設で行った現地観測により、N2Oの放出挙動に関与する施設の操作因子を調べた。単一槽型の高負荷膜処理生物脱窒素処理方式のし尿処理施設では、空気供給量によるORPの制御が重要であり、対象とした施設ではORPの変動幅を100mV以上に、ORPの平均値を0mVよりプラス側に調節することがN2Oの発生抑制に有効であることが分かった。最終処分場でCH4放出量を監視する手法として、オープンパス型のFTIR分析計の適用性を検討した。用いた装置では、処分場内の19189mの区間で地表面付近に大気レベルより高いCH4濃度が観測され、埋立地におけるCH4放出量の監視に使用可能であることが示された。さらに埋立地覆土土壌中でのCH4酸化を支配する因子として含水率の影響を検討し、用いた土壌では含水率が20%から30%に増加すると酸化速度が1/4に急激に減少することがわかった。加えて、わが国の一般廃棄物と産業廃棄物について統計値からの分解性埋立ごみを推計する方法について議論した。統計値を用いる場合、埋め立てられるごみの種類や中間処理を十分に把握しないと、CH4の発生源となる分解性埋立ごみが数倍過大評価されることをわが国の事例を用いて示した。韓国の都市ごみ統計を用いてガス化モデルにより最終処分場からのCH4放出量を推計し、わが国の一般廃棄物における推計と比較したところ、韓国ではごみの埋立率が高く、生物分解性の高い厨芥が多く含まれることから、1990年にCH4放出量がわが国を逆転していると見積もられた。

 

(5)温室効果ガス排出抑制のための下水処理システム対策技術

 下水処理場から排出されるCH4およびN2Oについて、水処理プロセスと汚泥処理プロセスに分けて抑制技術の評価を行った。

 水処理プロセスについては、パイロットプラントを用い、全て好気槽からなる標準活性汚泥法(以下、標準法)、前段を嫌気槽としたAO法、及び嫌気−無酸素−好気槽からなるA2O法におけるCH4N2Oの排出特性を調査した。CH4に関してはAO法およびA2O法では標準法と比べて排出が抑制されることが明らかとなったが、嫌気槽におけるりんの溶出との関係については、明確な関係は見られなかった。N2Oに関しては、標準法における硝化の程度とN2Oの関係を把握するための実験を行い、硝化が進み処理水にNH4-Nが残留しない夏期に比べrで処理を終える冬期にはN2Oの排出が増加することが確認された。

 汚泥処理プロセスについては、下水汚泥焼却施設からのN2O排出量のかなりの部分を占めている「高分子凝集剤で脱水された汚泥を流動焼却炉で焼却する」タイプの焼却における排出抑制対策の効果と費用について、実施設のデータに基づいて算定を行い、その結果及びこれまでの研究成果を用いて日本全国の下水汚泥焼却施設を対象とした試算を行った。排出抑制対策として想定したのは燃焼温度の引き上げであり、この対策は焼却施設の補修と補助燃料の使用量の増加を必要とする。燃焼温度を引き上げることにより、汚泥焼却から排出される温室効果ガスはほぼ半減できること、また、要する費用は既存施設を補修する場合では削減される温室効果ガスの炭素換算重量1トンあたり1万円程度となることが分かった。また最初から高温での燃焼を前提とした焼却炉を建設する場合には、削減のための費用は低くできる可能性があることが分かった。

 

(6)東北アジア地域におけるCH4N2O抑制のための汚水・汚泥の適正処理技術開発に関する研究

 ‥攵蹈肇譽鵐繊⊆消和咫∋晴獣咫⊃綫舷∧植栽地等のエコエンジニアリングシステムを用いたCH4N2O発生抑制技術開発

  中国では急速な経済発展に伴い、生活系、事業場系排水量も急増しているが、これらの多くの部分が上水源などの公共用水域に未処理放流され、深刻な水質汚濁問題が引き起こされている。これらの対策として排水処理技術は重要な位置づけとなっているが、経済状況等の社会状況を考慮すると中国に普及しうる技術としては「低コスト」、「低エネルギー消費」、「易メンテナンス」であることが非常に重要である。人工湿地(Constructed wetland)処理システムは処理に必要な敷地面積は大きくなるものの、極めて「低コスト」、「低エネルギー消費」、「易メンテナンス」であり、中国では気候帯に関係なく比較的広範囲で用いられている排水処理手法であるとともに、エコエンジニアリングとして重要な手法でもある。しかし、処理手法の原理上、処理に伴うGHGとしてのCH4N2Oの排出が考えられ、その排出ポテンシャルは比較的大きなものと予想されるものの、これらに関する知見は極めて乏しい。本研究では人工湿地処理手法について、運転管理操作条件とCH4N2O排出の関係を明らかにし、それらの抑制手法とし処理の効率化を図るために、既往文献から運転操作条件と処理性能の関係を整理し、現存する人工湿地処理システムの改善や新しい技術開発のための包括的な研究の枠組みを提案した。次に中国山東省膠南市の生活系、事業場系排水を処理する人工湿地を用いた処理現場で実態調査を行い、CH4N2O排出量と処理性能の関係の季節的変化について検討した。その結果、汚染物質の除去効率とCH4N2Oの発生が、季節的変化と緊密な関係にあることが明らかになった。BOD除去量は人工湿地処理システムからのCH4N2O排出量と比較的明確な関係があり、これらの事実を基に処理施設の通常の運転指標である流入水量、流入水質、処理水質等からCH4N2O排出量を予測することの可能性が示された。これらの検討結果をもとにCH4N2O排出抑止と処理効率の向上を図るための運転手法開発のために人工湿地処理システムに代表的な自由水面方式および地下浸透水方式についてモデル装置を試作し、実証化試験を行った。

 

 CH4N2O抑制のための有機系廃棄物の循環処理技術の開発

  高温好気発酵法によるCH4N2Oの排出について、中国でその発生の急増に対する処理が大きな課題となっている家庭からの生ごみを対象として実験室規模で検討を行った。N2Oはすべての実験で、コンポスト化の初期段階で発生がピークに達した。発酵排ガス中のN2Oレベルは、生ごみの処理量に比例して増加するものの、ほぼ2日で大気のバックグラウンド濃度付近まで減少した。本処理法では一般的に反応促進剤としてコンポストを添加するが、コンポストの添加によりN2O発生は処理の初期段階だけではなく後期段階にも増加し、発生曲線に2つのピークが認められた。発酵排ガス中のN2O濃度と発酵残さ物中のNO2濃度の間には相互関係が見られ、N2Oの前駆体がNO2であることが示唆され、亜硝酸塩の添加実験により確認された。亜硝酸塩の添加はコンポストを添加した系、添加しない系いずれの場合においても極度に高いN2Oの発生を誘引したことから、コンポスト添加の有無によるN2O発生メカニズムの違いはないものと考えられた。実際にコンポストを添加した処理においてはNO2の蓄積が認められたがコンポストを添加しない処理の場合には、N2Oの蓄積はほとんど認められず、窒素のほとんどがアンモニア(NH3)として揮散した結果と考えられた。したがって、本処理法においてN2Oを抑制するにはNO2が蓄積しない運転操作条件が重要である。生ごみの投入方法も、N2O発生に影響し、生ごみの投入を分散させることにより一回の処理量を一度に投入するバッチ投入に比べ発生量が抑制されることが明らかになった。また、生ごみ組成中の炭素濃度が高いほどN2Oの発生ピークが遅れる傾向にあり、アンモニア化成の期間に影響することが示唆された。一方、CH4はコンポストを添加した処理においてのみ検出された。コンポストの添加は発酵を促進するものの有機物としてのコンポストの投入により有機物負荷が増加し、反応槽内部での嫌気ゾーンの形成が促進され、CH4の発生が大きくなると考えられた。

 

 CH4N2O抑制のための汚水・汚泥の適正処理技術開発

  生活系排水からの窒素除去の強化と、窒素除去の基本となる硝化・脱窒反応に伴うGHGの排出抑制を目的として、中国においても今後、小規模・分散型の処理方式として需要が大きいと考えられる回分式活性汚泥法(Sequential Bach Reactor: SBR)をベースとして、同時硝化脱窒プロセス(Simultaneous Nitrification Denitrification Process: SND)と連続(反復)硝化脱窒プロセス(Sequential Nitrification Denitrification Process: SQND)に注目して処理水質およびGHG排出の両面から比較検討を行った。その結果、SNDおよびSQNDはそれぞれ41%46%と比較的良好な窒素除去率を示した。SQDNSNDに比べて若干高い窒素除去率を示したが、主要なGHGであるN2Oの排出量は若干増加する傾向が示された。また、連続的に曝気を行うSNDにおいては窒素除去に対する溶存酸素(DO)濃度の影響が大きく、DO濃度の低下に伴って窒素除去率が増加する傾向が示された。SNDおよびSQNDの検討結果を受けて、これら両方式の長所を生かしたプロセスとして間欠曝気式SBR処理プロセス(Intermittent SQND: ISQND)を考え、検討を行った結果、80%、以上の非常に高い窒素除去効率が得られた。これらの検討結果より、ISQNDは極めて水域の富栄養化対策として極めて有効な処理プロセスであると考えられた。

 

(7)農耕林地から発生するメタンと亜酸化窒素の発生抑制技術の開発に関する研究

 .▲献△稜盛銘呂らのメタンと亜酸化窒素の発生および抑制技術に関する研究

  世界の水田面積の約25%を占める中国において、主要な水田地帯の4地域8地点で19931997年の間、クローズドチャンバー法により水稲栽培期間中CH4フラックスを測定した。その結果、水稲栽培期間中のCH4年間発生量は地点及び年によって異なり、その範囲は1.6148gCH4m-2y-1であった。また、重慶では、排水状態が悪く湛水していた非栽培期間中のCH4メタン発生量は最大36.2gCH4m-2と大きかった。非栽培期間中も排水の悪い地域からの栽培期間中及び非栽培期間中のCH4発生量が、中国全体の水田からのCH4総発生量に大きく寄与していると推測された。

  北海道三笠市の灰色低地土のタマネギ畑において、1995年〜1999年の5年間にわたり、無積雪期(410月)にクローズドチャンバー法でN2Oフラックスを測定した結果によれば、調査期間中のN2O総発生量は3.59.9kg-Nha-1の範囲にあり、施肥量に対するN2O発生量の割合はどの年次も1%を超え、最高値は3.1%で、日本の他の地域の畑地からの発生量よりも大きかった。またN2Oは、春の施肥後の硝酸化成に伴なうものよりも、夏から秋にかけての発生量が調査期間中の総発生量の約70%と大きかった。これは作物が吸収し残した硝酸が脱窒されて放出した可能性が高いと推察された。

  モンスーンアジアの森林からのN2Oフラックスの調査研究を、東京八王子市の落葉広葉樹林地域で実施し、尾根部、斜面部、谷底部の各面積割合を勘案して見積もった年間放出速度はこれまでの温帯林の多くの結果より大きい0.620.42kg-Nha-1であった。フラックスの季節変化は地温変化によく同調しており、両者は欧米のこれまでの研究と比較してはるかに強い相関関係を示した。おそらく水分が制限要因とならないことにより温度が微生物活性の主因子となったためであり、多雨であるモンスーンアジアでの特徴が明らかとなった。また、N2Oフラックスは渓流水中のNO3の高濃度地域ほど高く、低濃度地域ほど低いという関係が見出された。

 

 日本の森林土壌でのメタン吸収に開する研究

  北海道におけるメタンフラックス値の季節変動は、1.56.0mgCH4m-2d-1の範囲に収まれた。その平均フラックス値は3.3mgCH4m-2d-1S.D.=1.1n=8)であった。開東地方7カ所におけるメタンフラックス値の季節変動は、0.710.7 mgCH4m-2d-1の範囲に収まった。その平均値は3.9 mgCH4m-2d-1S.D.=2.0n=7)であり、北海道のフラックスよりやや大きかった。以上から、目本の森林土壌におけるメタンフラックス値は、現段階では約34mgCH4m-2d-1であると考えられる。この値は、世界の他の地域のフラックス観測値よりも高く、日本の森林土壌はCH4吸収能が高いことを示している。今後はより観測点数を増やし、より精度の高い推定を行っていく必要がある。

 

(9)家畜および家畜糞尿処理におけるCH4N2O排出量推定に関する研究

 我が国およびアジアからのCH4およびN2O発生量推定手法の改善を図るため、低質飼料主体の飼養条件下における家畜からのCH4放出量の測定データを収集するとともに、家畜排泄物取り扱いの過程において発生するCH4N2Oの発生原単位について検討した。

 _斑寨獲CH4の発生量推定精度の改善にむけての基礎的データを収集するために、ヤギおよび水牛によるCH4、発生量の測定実験を実施した。その結果、1)稲ワラを主体とした低質飼料を摂取しているヤギからのCH4発生量は乾物摂取量当たり30.4±7.5L、可消化有機物当たり53.2±9.3Lであり、良質乾草を主体とした場合に比べて幾分増加する傾向にあることが示された。また、アンモニア処理によってCH4発生量は増加したが、尿素処理の場合には増加しなかった。解繊などの物理的処理による効果も認められなかった。2)水牛からのCH4発生量は、乾物摂取量当たり18.8L、総エネルギー摂取量に対する割合は42%であった。

 ∧鞠⊇萢過程からのCH4N2O発生量の原単位の検討においては以下の結果が得られた。1)豚糞堆肥化過程において発生するCH4およびN2O揮散総量は通気量との間で相関が高く、特に、通気量が20LL m-3min-1以下Lと略す)程度の場合に比べ、60Lの場合ではCH4N2Oの揮散量は1/51/20と低く抑えられていた。また、N2Oの発生は堆肥化混合物中に含有される硝酸・亜硝酸態窒素の総量との間に高い相関が見られた。2)適切な通気条件下では1m3の糞尿堆積物の処理過程から発生するCH4の発生量は515gN2O14g程度と算定された。

 

(9)東南アジア地域における反芻家畜からのCH4発生の抑制技術の開発

 反芻家畜の胃から放出されるCH4は、飼料の質により変化し、とくに、低質な粗飼料を採食するほどCH4放出量が増えることが知られている。また、CH4の放出量は暑熱環境下で増加する傾向にある。したがって、低質な暖地型牧草や農業副産物等を主な飼料源とする東南アジア等の熱帯地域では、先進国に比べCH4放出割合が大きいと考えられるが、飼料品質の向上と栄養バランスの改善によりCH4放出量を大幅に抑制できる可能性も大きい。そこで、これらの地域に適合したCH4放出量の低減技術を開発するため、東南アジア地域で利用される暖地型牧草にイモ類のデンプン質の給与がCH4発生量の抑制に及ぼす効果について検討した。

 最初に、暖地型牧草の草種、調製方法およびTDN含量が牛からのCH4発生に及ぼす影響について検討した。供試した飼料は、スーダングラスサイレージ、バヒアグラス乾草および稲わらで、乳用育成牛4頭に給与し、呼吸試験を行った。各牧草のTDN含量および乾物摂取量当たりのメタンの発生量は、スーダングラスサイレージで62%31.3L/日、バヒアグラス乾草で55%37.7L/日、稲わらで54%36.6L/日であった。次ぎに、東南アジアで飼われている乳牛と同程度の低泌乳量の乳牛4頭を用いて、バヒアグラス乾草またはそれにカンショを併給した場合の2種類の飼料給与条件(乾草区、イモ区)で泌乳試験を行った。試験は、気温と湿度を27℃、60%一定にした条件で行った。乾物摂取量は、乾草の消化率が低かったためか少なく、イモ区で約2kg多い結果となった。イモ給与によって乳量、乳成分ともに増加する傾向にあったが、その増加程度は少なかった。1頭あたりのCH4発生量は、乾草区で260L/日であったが、イモ給与により146L/日減少した。牛乳生産あたりのCH4発生量では、乾草区48Lに対しイモ供給で25.5Lに減少した。以上の結果から、東南アジア地域の牛からのCH4発生量を抑制するには、TDN含量の高い草種を利用し、サイレージに調製し、さらにイモ類を給与することにより効果的にCH4発生量を低減できると考えられた。

 

(10)草地におけるCH4N2O管理手法に関する研究

 家畜ふん尿の処理利用過程や施肥に伴って草地から放出される温室効果ガスの動態及び発生実態を把握し、草地畜産における温室効果に関する環境へのインパクト評価、並びに今後、集中的に実測・研究の必要な事項の明確化を行い、地球環境保全に資することを目的とする。

 そこで、9195969798年に通年測定した採草地におけるCH4N2Oフラックスデータ、及び家畜ふん尿(牛スラリー)施用時のガスフラックスデータ、九州農業試験場畑地利用部生産管理研究室、北海道立根釧農業試験場土壌肥料科の協力により提供された測定データに基づき、環境庁地球環境研究総合推進費B-2-(4)-2「草地における温室効果微量ガス放出量の解明に関する研究」において作成した排出係数インデックスの改訂を行い、さらに対策技術として検討した家畜ふん尿(牛スラリー)の施用方法や施肥窒素肥料の種類変更に関するインデックスを作成した。また、平成9年度に完了した環境庁地球環境研究総合推進費B-16-(3)「草地における温室効果微量ガスの動態と制御技術」において計画した、施肥時のN2O放出量低減化に有効な施肥管理方法とスラリー圃場還元時のCH4N2O放出量低減化に有効なスラリー貯留前の攪拌曝気処理方法について、コスト調査を行った。その結果、施肥時のN2O放出量低減化では、従来の慣行肥料を用いた施肥管理方法に比べてN2O放出量は低減するが、肥料代は約1751%増となった。一方、スラリー貯留前の撹絆曝気処理には、年間コストが約200万円程度かかることを示した。さらに、採草地に関係した改訂したインデックス、国内草地のCH4N2O放出量インベントリー、地球温暖化係数(GWP)を使用して、草地畜産の温室効果へのインパクト評価を行った。その結果、大きなインパクトを有するのは、窒素肥料、家畜ふん尿(スラリー)であることが示され、これらが集中的に実測・研究の必要な事項となる、と考えられた。

 

(11)CH4N2Oの重点対策ポテンシャルの評価に関する研究

 地球温暖化ガス(GHG)として重要な位置づけにあるCH4N2Oの排出抑制対策技術の適用可能性に対する総合的な評価を目的として、各対策技術について削減効果や必要とされるコストなどの詳細情報を把握してとりまとめるとともに、適切な評価手法を検討した。最終的な評価手法としては、費用対効果分析をベースとすることで必要な検討を行った。ただし、対策技術の導入によりCH4N2Oの排出削減効果以外にも、本来目的への影響やその他の波及効果が考えられ、総合的な評価の際にはこれらに対する評価も必要になると想定されるため、これらについても情報収集を行った。本研究では、評価手法を開発していく上で、これまでの知見の集積および効率性を考慮して、本プロジェクト研究で開発されつつある対策技術を対象とし、それぞれについて、対策技術の詳細、研究の目的、プロファイル(前提条件)、進捗度等の情報を可能な限り把握した。これらを基に現実的に設定可能な仮定を置くことにより、各対策技術について可能性のある削減率を算定し、当該対策技術が関連GHG排出量削減に対してどの程度のインパクトを持っているかについて、排出源カテゴリーごとに削減ポテンシャルの評価を行った。これらを基に費用対効果を検討したが、本来目的への影響やその他の波及効果を考慮しない場合の非常に大具繰りな試算の対策技術の費用対効果を試算したが、極めて初期的段階のものであり、現状として対策技術を適切に評価するには、更に充分な検証が必要とされた。

 上記のように、本研究では対策技術を評価・解析する上での基盤的知見は得られたものの、費用対効果の精度をより高めるためには、対策技術ごとの個別のベースライン設定や、既存データをさらに効果的に活用するための方策を検討することが重要であり、そのための研究体制・情報収集体制の整備が求められる。また、対策技術の評価として最終的な目標は、本来目的への影響やその他の波及効果を考慮することが必要であり、可能な限り定量的に社会や産業に与えるメカニズムの整理とモデル化を検討する必要がある。これらのことを踏まえた上で更に検討を行うと同時に今後の方策についての提案を行った。

 

4.考察

 本研究課題は平成7年度〜9年度の3ヶ年の予定で実施されたが、平成9年のCOP3においてCO2のみならずCH4N2Oも削減対象となったことから、研究課題としての重要性に鑑み、開発されつつあった対策技術の削減量算定のための前提となる排出・吸収量インベントリーの充実化および対策技術の実用性の充実化を図るべく研究期間を2年間延長し、延長新規課題として実施した。したがって本報告書は平成10年度および11年度の2ヶ年の成果を取りまとめたものである。その結果、対策技術の基礎的、基盤的知見が得られると共に、排出量は運転操作条件、管理条件に大きく影響され、対策技術開発とインベントリー研究の密接な連携が重要であることが明らかになった。したがって、今後はこのような観点から、各分野における対策技術の実証化と関連するインベントリーの充実化を図り、対策技術の適用に関して、単に削減量だけでなく、対費用効果、便益評価等の検討を踏まえて対策技術の実効性を総合的に評価・解析する必要が認められた。ここで、人為的に排出されるGHGの削減を考えた場合、人口比率の大きな開発途上国、特に経済成長の続くアジア地域の開発途上国での対策が非常に重要であることから、今後はアジア地域を見据え、CH4N2Oインベントリーの充実化、開発されつつある対策技術を基礎とした当該地域への適用可能な対策技術の開発および適用に係る削減効果の評価・解析を実施する必要がある。このような背景から、今後の我が国のみならず、アジア地域の開発途上国での実効性のあるGHG削減アクションプランの作成に資するため、さらには前提となるインベントリーの精緻化を図るために我が国の地球戦略機構(IGES)に設置されたIPCCインベントリータスクフォースの技術サポートユニット(TSU)の活動をサポートために、平成12年度から「CH4N2Oのインベントリーの精緻化と開発中核技術の内外への普及」の研究を鋭意推進する。ここではサブテーマとして「CH4N2O抑制対策中核技術の汎用化、普及手法の最適化とインベントリーの精緻化、充実化のための総合評価に関する研究」を置き、研究課題の省際性を効率的かつ有効に発揮させることを目的とし、研究成.果の集約を図る。

 

5.研究者略歴

課題代表者:稲森悠平

1947年生まれ、鹿児島大学大学院農学研究科修士課程修了、現在環境庁国立環境研究所地域環境研究グループ総合研究官

主要論文:

1) Mizuochi, M., Sato, K., Inamori, Y. and Matsumura, M.: Emission Characteristics of Greenhouse Gas N2O from Sewage Sludge Incineration Process, Japanese J. Water Treat. Biol., 34. 267-277 (1998)

2) Kimochi, Y., Inamori, Y., Mizuochi, M., Xu. K. Q., and Matsumura, M.: Nitrogen Removal and N2O Emission in a Full-scale Domestic Wastewater Treatment Plant with Intermittent Aeration, Journal of Fermentation and Bioengeneering, 86, 202-206 (1998)

3) He, Y., Inamori, Y., Mizuochi, M., Kong, H., Iwami, N. and Sun, T.: Measurements of N2O and CH4 from the aerated composting of food waste, Science of the Total Environment, in press (2000)

 

サブテーマ代表者

(1)鈴木善三

1956年生まれ、早稲田大学卒業、現在資源環境技術総合研究所熱エネルギー利用技術部主任研究官

主要論文:

1) Suzuki Y., N. Kido, K. Tatsumoto, "Circulating Fluidized Bed Combustion of Char Derived from a Mild Pyrolysis Process". Proc. Int. Symp. on Energy and Env., pp.120, Shanghai (1999)

2) Suzuki Y., H. Moritomi, N. Kido,: Reduction of N2O Emission from Circulating Fluidized Bed Combustors by Injection of Fuel Gases and Changing of Coasl Feed Point", Energy Convers. Mgmt, 37, 1285-(1996)

3) 守富、鈴木、城戸、池田:化石燃料燃焼における亜酸化窒素の生成機構、化学工学論文集。20. 849-(1994)

 

(2)小高松男

1946912日生まれ、早稲田大学大学院理工学研究科機械工学専修前期課程修了、現在、運輸省交通安全公害研究所交通公害部長

主要論文:

1) Odaka M., et. al.: Methane and Nitrous Oxide (N2O) Emission Characteristics from Automobiles, SAE Paper 960061 (1996)

2) Odaka M., et. al.: Energy Regeneration of Heavy Duty Diesel Powered Vehicles, SAE Technical Paper 980891 (1998)

3) Odaka M., et. a1.: Deterioration Effect of Three-way Catalyst on Nitrous Oxide Emission. SAE Paper 980676 (1998)

 

(3)稲森悠平(研究代表者に同じ)

 

(4)田中 勝

1941年生まれ、ノースウェスタン大学大学院博士課程修了、ウェインステイト大学助教授、国立公衆衛生院廃棄物工学部長、現在岡山大学教授

主要論文:

1) Tanaka. M and Ikeguchi, T.: Dioxin Countermeasure and Dioxin Emission from Small Incineration Plants, 19th International Symposium on Halogenated Environmental Organic Pollutants and POPs, Venis, Italy. 1999.9

2) Tanaka. M. (share writing): Risk management for landfill disposal of solid waste. Environmental Geotechnics 3. Balkema, 1531-1544 (1997)

3) Tanaka. M.: Recent trends in recycling activities and waste management in Japan. Jourenal of Material Cycles and Waste Management, 1, 10-16 (1999)

 

(5)酒井憲司

1952年生まれ、東京大学工学部卒業、現在建設省土木研究所下水道部新下水処理研究官

主要論文:

1) 酒井ら:下水道におけるECO評価のすすめ、月刊下水道、Vol.23. No.6 (2000)

2) 酒井ら:下水道における環境ホルモン研究の現状。下水道協会誌、36, 445-(1999)

3) 重村他:下水処理場からの温室効果ガスの排出特性、土木技術資料、41, 11-(1999)

 

(6)^霓考平(研究代表者に同じ)

 

(6)稲森悠平(研究代表者に同じ)

 

(6)0霓考平(研究代表者に同じ)

 

(7)…疆勅M

1941年生まれ、東京大学理学部卒業、横浜市公害研究所研究員、現在、農業環境技術研究所影響調査研究室長

主要論文:

1) 鶴田治雄、米村祥央、蓑毛康太郎、楊 宗興、赤木 右、和田幸絵、犬伏和之、Abdul Hadi、杉井穂高、木平英一 (1999): 尾瀬ヶ原におけるメタン発生、「尾瀬の総合研究」尾瀬学術調査団編、192-216

2) Tsuruta, H., Y. Ozaki, Y. Nakajima and H. Akiyama: Methodology for LCA in agricultural systems—Impact assessment of rice paddy fields on atmospheric and aquatic environments--, in Proceedings of the third International Conference on Ecobalance. in Tsukuba, Nov. 25-27 1998, 209-212 (1997)

3) Tsuruta, H,. K. Kanda and T. Hirose: Nitrous oxide emission from a rice pady field in Japan, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 49, 51-58 (1997)

 

(7)∪伉誉宏

1966年生まれ、東京大学農学部卒業、現在、農林水産省森林総合研究所北海道支所土壌研究室研究員

主要論文:

1) Ishizuka. S., Sakata, T. and Ishizuka K., : CO2, CH4 and N2O fluxes on Japanese deciduous and coniferous forest soils., Proceedings of the XVIth world congress of soil science in CD-ROM (2000)

2) 石塚成宏、阪田匡司、谷川東子、石塚和裕:落葉広葉樹林におけるN2O生成とその空間的異質性、日本林学会誌 82 (1): 62-71 (2000)

3) 石塚成宏、田中永晴:北海道の森林土壌におけるCO2発生量およびCH4吸収量、日本林学会北海道支部論文集、48: 157-159 (1999)

 

(8)寺田文典

1955年生まれ、東北大学農学部卒業、現在、農水省畜産試験場栄養部反すう家畜代謝研究室長

主要論文:

1) Shibata, M., F. Terada, M. Kurihara, T. Nishida, K. Iwasakki. Estimation of methane production in ruminants. Anim. Sci. Technol. (Jpn.), 64: 790-796 (1993)

2) 寺田文典・栗原光規・西田武弘・塩谷 繁 泌乳牛における窒素排泄量の推定、日本畜産学会報、68: 163-168 (1997)

3) M Kurihara, M Shibata, T Nishida, A Pumomoadi and F Teradaet, Methane production and its dietary manipulation in ruminants, Rumen Microbes and Digestive Physiology in Ruminants, 199-208 (1997)

 

(9)塩谷 繁

1959年生まれ、新潟大学農学部卒業、現在農林水産省九州農業試験場畜産部室長

主要論文:

1) S.Shioya, F. Terada and Y. Iwama: Effect of environmental temperature and humidity on heat production and heat loss of dairy cattle. Asian-Australasian Association of Animal Production, 8, 576-577 (1996)

2) 塩谷 繁、寺田文典:暑熱環境における泌乳牛の生理反応、栄養生理会報 41, 61-68 (1997)

3) 塩谷 繁、岩間裕子、田中正仁:スーダングラスサイレージの飼料価値。日草誌九支報、2864-67 (1998)

 

(10)渋谷 岳

1966年生まれ、明治大学農学部卒業、現在、農林水産省草地試験場環境部土壌物質動態研究室研究員

主要論文:

1) 山本克巳、渋谷 岳:畜産における温室効果ガスの発生制御 第五集、106-125 (2000) 5. 草地とメタン・亜酸化窒素 B.草地と亜酸化窒素

2) 渋谷 岳、川内郁緒、野中邦彦:草地飼料作研究成果最新情報 14, 71-72 (1999)

硝化抑制剤添加スラリーの土中施用によるメタン及び亜酸化窒素放出量の低減

3) 渋谷 岳、川内郁緒、野中邦彦:草地飼料作研究成果最新情報 14, 73-74 (1999)

肥効調節型窒素肥料の利用による採草地からの亜酸化窒素放出の低減

 

(11)稲森悠平(研究代表者に同じ)