心身科学 第３巻第１号（53‒63）（2011）

植物系バイオ燃料開発の可能性──バイオテクノロジーと社会との架け橋──
山

川

清

栄＊

近年エネルギー資源としてのバイオマスは CO2 濃度増加による地球温暖化や化石燃料枯渇によるエネルギー危機の問題を解決する契機となる素材として世界的に注目を集めている．一方，依然として遺伝子組み換え作物への社会的抵抗感は根強い．本稿ではバイオ技術の実用的価値を示す研究題材としての観点から，植物由来のバイオ燃料の有用性と将来性について最近の研究報告や報道資料を基に考察を行った．セルロース系原料を用いたバイオエタノール製造や緑藻を用いたバイオディーゼル
生産は化石燃料の代替が可能となりうる潜在的生産力を有するが，実用化の為には技術革新のための更なる研究と投資が必要と考えられる．遺伝子組み換え技術を植物や微生物に応用することによりバイオマスの生産や液体燃料への変換効率に関する飛躍的進歩が期待できる．エネルギー安全保障の為に日本には代替エネルギー開発研究に関してこれまでに蓄積してきた豊富な知的財産を有効利用する
明確な戦略が求められている．試算によれば，日本国内でのバイオ燃料生産により需要量のかなりの割合に相当するエネルギー資源の自給が可能となる．バイオ技術開発の成果としてのバイオ燃料の実用化が成功すれば，科学者と市民との相互理解を育む格好の機会が齎されることであろう．
キーワード：バイオ燃料，バイオマス，バイオテクノロジー，遺伝子組み換え産品，植物Ⅰ

績を挙げており，研究開発の現場ではその有用性が高はじめにく評価されているが，一般社会との認識の乖離は深刻
昨今，化石燃料の大量使用が齎す地球環境への影響であり，その溝を埋めるのは容易ではない．現代文明

や資源枯渇と現代文明の持続性への懸念が重大な関心の発展は科学研究の成果を基にしており必要性に疑い事となっており，環境・エネルギー問題は社会活動のは無いが，現実には将来性を期待されながら誤った応際に必ず考慮すべき課題の一つとされている．一方，用や利益を焦った拙速な利用により甚大な被害が起こ

環境・エネルギー問題の対策は多大な予算措置を伴うったため有用性が否定された例，後の研究で欠点が解為しばしば政治闘争の具となってきた．何れも長期に消された後も社会に許容されず正当な評価が得られな

わたり広範囲に影響の及ぶ課題であり，充分な客観的い技術は数知れない．斯様な観点から広範囲な応用普データを基にした冷静な判断が求められる．従って判及を目指すに際して，遺伝子組み換え技術は今まさに断材料となる情報の提供者であり時には広報役ともな

市民権を得られるか否かの重要な岐路にあると言える研究者に課せられる役割は極めて重要となっている．
植物に関する研究開発としては，これまで実用化さる．
また近年遺伝子組み換え食品の安全性や人為操作遺れた遺伝子組み換え作物は除草剤耐性や害虫抵抗性な

伝子の自然への拡散に関する懸念が議論の的となり，ど生産者の都合に即した農産物が主流であった．新技ともすれば遺伝子工学技術自体への疑念となって社会術の成果として世に問う最初の産品が，一般消費者が全体に影響を広げつつある．遺伝子組み換え技術は既実感できるメリットが無い上，人に無害とは言え毒物にインターフェロンなど医薬品開発分野で数多くの実関係の遺伝子入り作物だったのは失敗と言わざるを得＊愛知学院大学心身科学部健康科学科（連絡先）〒 470‒0195 愛知県日進市岩崎町阿良池 12

E-mail: wwjkf313@yahoo.co.jp

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ない．今後の開発は生産能力向上や地球環境改善など

800
700

識は徐々に改善すると予想されるが，それでも食品を中心に不審の目は長期間残ると思われる．遺伝子操作技術の実用化研究を推進する為には，まず社会の懸念が出来る限り少ない応用例で信頼を得なければならな（発表論文数）を目標に進められる予定であり，研究の進展に伴い認

600
500
400
300
200
100

い．食品以外の遺伝子操作技術の応用例としてはサン

0

トリーの青色バラなど花卉植物の品種改良研究が一定の実績を挙げているが，遺伝子操作技術の真の有用性

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010
（発表年）

図１

を主張する題材としては些か力不足である．

バイオ燃料関連の学術論文発表数の推移

一方，エネルギー問題と地球環境問題の双方に関わがセルロース系バイオマスによる低コストエタノール

る解決の切り札として，植物バイオマスのエネルギー

燃料製造技術を早期に確立する目標を明示した“Breaking the Biological Barriers to Cellulosic Ethanol: A

利用研究が注目されている．植物バイオマスは太陽光をエネルギー源とし，光合成の過程で CO2 を吸収す

Joint Research Agenda” と題するロードマップを発表しるため使用しても大気中の CO2 濃度変化が起きない

た1）．

（カーボンニュートラル）ことから，特に環境問題の植物系バイオマスは元来，人類が最初に手にした最観点から理想的な化石燃料代替エネルギー候補の一つ

古のエネルギー源である．人類の文明はバイオマスのとされてきた．バイオマスは遺伝子操作研究の題材と燃焼によって得た光と熱を自由に操る技術を会得した

しても興味深い．バイオマスは利用の際に燃焼・分解

ことにより発展したといえる．地表面に遍在し容易にするため食品に比べ遺伝子操作技術に対する心理的抵

入手可能なバイオマスは産業革命以前までは人類にと抗は低い事が予想される．遺伝子の拡散防止技術や環って最も重要なエネルギー源であった．産業革命以後

境への影響の検証を実用前提の現実的観点から進めるエネルギーの主役を化石燃料に譲ることになった原因事により，遺伝子操作技術の利用価値や安全性を実証

は，化石燃料が狭い地域に集中しており採掘効率が高する試金石としての役割が期待できる．

いこと，エネルギー密度が高く輸送や貯蔵に便利であ

本稿では遺伝子操作技術の応用例の観点から植物系
バイオマスのエネルギー資源としての有用性と将来性

り，インフラの高性能化・小型化を図る際に有利であることなどが挙げられる．

について最近の研究例を基に考察すると共に実用化に関する展望を試みる．

そんなバイオマスが再度注目されるのは今回が初めてではない．過去にもエネルギー事情が逼迫する度に一時的ブームが起こりその度に実用化研究が盛んになⅡっている．我が国では今回で３度目になるが，過去２

バイオマス利用研究の沿革と現状

回（第二次大戦中から終戦直後にかけてと石油危機時）
植物系バイオマスが近年，化石燃料に代わる再生可は何れも化石燃料に相当する利便性を得るには至ら

能なエネルギー候補として高い関心を集めており，そず，エネルギー供給事情の回復後に急速に下火となっれに伴い学術雑誌への研究成果発表も急増している．
PubMed に お け る 検 索 例 で は2010年12 月 上 旬 現 在，“biofuel”（バイオ燃料）をキーワードにした検索で該ている．化石燃料が数億年単位の時間をかけたエネル
ギー集積を人為的に低コストで行うのは至難の業である．太陽エネルギーは総量としては膨大であるが，薄当した 1655件の論文中，1494件（90.2％）が 2007 年

く広範囲に照射されるため回収の為に受容体（植物）以降に発表されている．2010年に発表されたものだ
けで 788件（47.6％）に上る．バイオ燃料関係の発表

を広い面積に配置する必要がある．地球上の可耕地は

論文数は 2007年以降に際立って増加している（図１）．
これには 2006年の年頭一般教書演説中で米国ブッシに相当するバイオマス生産量を確保するには生産効率

ュ大統領（当時）が先進エネルギーイニシアティブの一方，バイオマス研究はエネルギー生産目的以外に概要に触れ，それに呼応して政府や産業界がこぞっても多くの副次的効用を期待できる．第一は地球環境のバイオ燃料開発に動き出したことが強く影響している改善である．エネルギー植物の研究対象には，生命力と思われる．2006年８月には米国エネルギー省（DOE）

は旺盛だが食用に適さない “雑草” も含まれるため従限られており食料問題などを考慮すると化石燃料消費の飛躍的向上が必要である．

─ 54 ─

植物系バイオ燃料開発の可能性

それぞれに特徴があり開発目的も役割も様々であ来は不可能であった乾燥地や寒冷地など過酷な環境下で生育可能な植物の育種が実現する見込みがある．エる．植物種別に代表例と現状を記す．

ネルギー植物供給地として未利用地に経済価値が生まれ，居住可能地の拡大が期待できる．地球温暖化の問

１．サトウキビ

題に関しても，CO2 吸収効果を持つ植物バイオマス生サトウキビは原材料を糖化する必要がなく，ショ糖

産はプラスの効果が期待出来る．第二は食料需給に関や廃糖蜜から直接エタノール発酵を行う為アルコール

わる諸問題の改善である．食料問題はその生産量不足

系バイオ燃料生産を行うには最も効率のいい植物であもさることながら，気候変動や政治的問題により生産

る．サトウキビは太陽エネルギーのバイオマスへの変や供給が不安定化し有効利用されないことが原因であ

換効率が２％台と最高水準であり2），ショ糖以外にもる場合が多い．この場合エネルギー用途を選択肢とし

大量のバイオマスを生産する．ブラジルでは茎葉やサて用意すれば，食料不足時の燃料用作物の食用転用な

トウキビの搾りかす（バガス）の燃焼熱を用いた発電

ど弾力的な政策運営が可能となる．第三は廃棄物問題

により生産プラントの操業必要量以上のエネルギーをの改善である．廃棄物の処理やリサイクルには多くの生産し，余剰電力を販売している事業所も存在する．

コストを必要とする．実際，現在地球温暖化など環境

輸送コストを必要としない現地での直接利用は余剰バ問題の一環として語られることが多いゴミの減量化やリサイクルの問題は，当初はゴミの最終処分場不足やイオマスの利用形態として理想的と言える．ブラジル
でのエタノール生産のエネルギー収支は 7‒9 と高水準不法投棄問題が発端となった経緯がある．バイオマス

で3），バイオ燃料植物としては現在最高水準である．

の燃料化研究はセルロースのアルコール発酵など未利

ブラジルでは 1970 年代の石油危機による原油価格

用資源の活用が主要課題となっており，経済的合理性

高騰を契機としてサトウキビによる燃料用エタノールのある廃棄物処理方法が開発できる可能性がある．バの生産と利用が積極的に進められてきた．既に公的援

イオマス燃料の実用化研究は，量的に化石燃料を代替助の段階を脱し，国家経済を支える一大産業としてのしうる規模でなくとも質的に経済的合理性を得ること期待が持たれている．ブラジルでエタノール生産にかで副次的効用を見込める有望なテーマである．

かるコストは米国の半分であり，年間30 億キロリッ

特に今回のバイオ燃料開発ブームが過去２度に比べトルの燃料エタノールを輸出している．更にブラジルて有利なのは，遺伝子操作技術を用いた分子育種とい

政府はバガスや茎葉などのセルロース性原料よりエタう画期的技術が利用可能であることである．2007 年
以降のバイオ燃料関係論文の急増は，バイオ技術の劇

ノールを生産する技術開発を強力に推進している．セルロースの糖化技術の進展により生産量は現在の 40

的進展を背景に世界中の研究グループがバイオ燃料の％増になるという．2010 年２月，ロイヤルダッチシ

将来性に注目し，一気に参入した状況を如実に反映しェル社とブラジル最大のエタノール生産企業 Cosan とている．以下の項目で現在実用化が有力視される植物がセルロース燃料開発を目的とした合弁会社設立で合と研究の現状について実例を挙げる．

意した4）．
ブラジルの例の通り豊富な土地と水に恵まれた適地

Ⅲであればサトウキビを用いたエネルギー生産が可能で分野別の現状・実例と論評ある．問題はその様な気候条件の土地は限られている
バイオ燃料用バイオマスはその性質から次の様に分事である．バイオ燃料の商業化と普及の先駆けとしての役割は大きいが，世界の需要を考えれば生産量には類されるのが一般的である．
第１世代：サトウキビ，トウモロコシ，ダイズ，ナ限界がある．エネルギー収支・地球環境などの要素をタネなど．現在の技術の応用で利用可能な穀物系作物．

勘案しながら適地を選べば，長期的にもエネルギー事

第２世代：作物や木材の収穫後の残渣．セルロース

情の改善に有益な効果が期待できると思われる．
日本では大規模なバイオマス生産は困難とされがちの糖化技術開発を必要とするセルロース系バイオマ

だが，日本でも恵まれた気候の地域であれば産業的にス．
第３世代：スイッチグラス，ポプラ，緑藻などの永充分影響力を持つ規模のバイオ燃料を生産できる可能

年性草本，樹木，藻類．用途が燃料用に限定された “エ

性を示す成果が出ている5）．アサヒビールは農研機構

ネルギー作物”．食料と競合せず，高効率のエネルギ

九州沖縄農業研究センターとの共同研究で，高バイオ

ー生産が期待できる．

マス量サトウキビを用いて沖縄・伊江島で実証実験を

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行っている．この高バイオマス量サトウキビは糖生産

清栄

画期的技術革新が必要とされる．

目的で繊維含有率が少なく糖の含有比率が多くなる様

米国のトウモロコシを用いたバイオエタノール生産に改良された従来品種に比べ性質はむしろ野生種に近推進政策に関しては，従来から食料問題や遺伝子組み

く，栽培に手間がかからず旺盛に育つため得られる糖換え作物の管理問題など数多くの批判がある．オバマの量も多い．沖縄全域でこのサトウキビによる生産を政権になって以降，米国政府の推進政策には米国環境行った場合，年間２万−６万キロリットルのバイオエ保護機関（EPA）など各方面からの批判が特に目立っタノールが生産可能であるという．これは沖縄県内のてきた感がある．その論点の一つとして，環境に優し

ガソリン消費量の約10％に相当する．荒れ地でも生

いとの触れ込みで推進されてきたトウモロコシエタノ

育し，根を深く張り土を耕す機能を持つことなどからールは，温暖化防止を目指す低炭素燃料としては寧ろ

荒れ地の土壌改良や耕作地拡大の役割も期待されている．食用植物の育種研究にバイオ燃料としての利用をガソリンにも劣るのではないか，という批判がある7）．
2009 年 ２ 月， カ リ フ ォ ル ニ ア 州 大 気 資 源 委 員 会

目的に加えることにより，従来の方針とは全く逆とも（CARB）はトウモロコシから生産されたバイオエタ

言える視点からの品種改良が行われている点が興味深

ノールは低炭素燃料の新基準には適合しないと発表しい．

た．主な理由としてバイオエタノール生産の拡大の為

２．トウモロコシなど食用穀物の森林破壊や草地の開墾，その結果としての温室効果
ガス排出量の増大を挙げている．また Searchinger らバイオエタノール生産用途でのトウモロコシ栽培ははエタノール生産増大の影響に関する全球的影響を試

ブッシュ前政権の推進政策を契機として米国で急増し算した結果，米国の燃料用エタノールへの作付転換にている．2006年の米国のバイオエタノール生産量はより食料価格は上昇し，その結果世界中の農民が森林

1997万キロリットル（シェア約36％）で，ブラジルや草地を穀物生産地に転換しようとして無理な開墾が（1700 万キロリットル，約33％）と世界のバイオエタ

急増し，温室効果ガスが大量に放出されるとの結論を

ノール生産のトップを競っている．穀物からエタノー

発表している8）．これに対して，現在ある土地の収量

ル発酵を行う技術は確立されておりエネルギー収集効増を目指した開発研究の進展が見込めるので，アグリ率も高い．実用化の際の技術的ハードルは最も低いとビジネスや農民が農産物の高価格に反応する事は直ちいえる．補助金付きとは言え米国では産業として成立に環境破壊には結びつかないと反論する研究者もいしており，バイオ燃料の社会認知に果たした貢献は大る．大規模な生産拡大の副次的効果に関しては殆ど未

きい．反面，2008年の穀物相場の高騰は米国のバイ研究である為，現状では “バイオ燃料政策は計算不可

オ燃料推進政策が元凶とされるなど，食料・飼料用穀物との競合がしばしば問題視され，米国の独善的とも能な予測と未成熟のサイエンスに基づいて行われている” と結論づけている EPA の見解に同意せざるを得とれる環境政策転換に対する反発と相まってバイオ燃ない．これらの議論はいずれ全てのバイオ燃料が直面

料無用論者からの格好の攻撃材料とされている．

する課題である．事業が大規模で方向転換が困難な政

飼料用穀物との競合については，発酵後の残滓は飼策なため，実際の運用に関しては環境など副次的影響料用として利用されていることから，バイオ燃料用トについて事前に充分に考慮する必要があるだろう．

ウモロコシの作付面積拡大はバイオマス総量を増やす

別の面からの考えとして，バイオ燃料用の穀物栽培ことになり直ちに飼料不足を招くとは言えないとの説は食料安全保障や国土保全などエネルギー政策以外のもある．2008年の価格高騰は中国など新興国の需要

戦略的見地から有益であるとの意見がある．穀物は数増加などの影響が大きく，バイオ燃料の生産が与えた％の過剰や不足が社会経済全体に大きな影響を齎す

影響は少なかったとの国際食料機関（FAO）の報告が為，需要と供給のバランスに常に気を配る必要がある．

ある6）．しかしながら，世界には常に食料不足に苦しその際バイオ燃料用穀物を安全弁として利用できるとむ人々がいる現状では，明確な食料増産との両立案がいう方法論である．フランスでは過剰生産小麦をバイ示されない限り反発は避けられない．またサトウキビ

オ燃料に転換する政策が定着している．ドイツのビーの場合と同様，栽培できる耕作適地には限りがあり，ト（砂糖大根）は畑の輪作に不可欠で過剰生産した砂

地球環境への影響を考慮すると無理な耕地拡大は困難

糖を中東に輸出していたが，WTO による輸出農産物

である．化石燃料に代わりうる規模での生産拡大にはへの補助金禁止勧告により現在では燃料への転用が一品種改良など単位面積あたりの効率を大幅に改善する

般的である．2005 年の世界のバイオエタノールの用─ 56 ─

植物系バイオ燃料開発の可能性

途別内訳は燃料用が77％で，飲用の15％や工業用の進行中である．また産業利用の際には構成が単純であ８％を大きく上回る．現状では燃料用エタノールは採る事が望ましいが，バイオマス（細胞壁）は主成分の算面で化石燃料に劣るとされながら生産が行われるのセルロースの他にも植物種ごとに様々な性質を持つヘは，重要な農産物は過剰気味にした方が食料安全保障

ミセルロース，難分解性のリグニン等が混在する複雑上有利であるとの国策からである．こうした考え方かな構造を有するため，産業として成立させる為にはこら，日本でも休耕田を利用して燃料用イネを栽培する

れらを分離し有効利用する技術開発が必要である．

べきという意見がある9）．現在の減反政策を転換し，休耕田にエネルギー生産用の稲を栽培することは，稲４．緑藻

作可能な耕地を維持し有事の際に食料への転換を可能

緑藻類は生産能力やコスト面から，化石燃料の代替にする手段として有効である．バイオ燃料米の試験栽となりうる規模の生産が可能なバイオマス生産植物として注目されている．米国では 2008 年に藻類から作培は実際に日本各地で開始されている．岐阜県では2008年より郡上市と海津市において，休耕田を使っった燃料を用いたジェット機の飛行に成功しており，て多収穫イネ計６品種の試験栽培を始めた．国土保全

高度利用に耐える燃料が生産できることを実証していや土地資源の有効活用の観点からも，イネのバイオ燃る．緑藻の利点は生物としての効率の高さとバイオマ

料利用政策は総合的に見て工夫次第では収支がプラス

ス生産能力の高さである．緑藻は水に浮くため自身のになる見込みがある．

体を支える構造体を築く必要がなく，光合成によるエネルギーを全て生長と生殖のみに用いる単純な生態を持つ．水面に高密度に広がり太陽光の受容効率が高い

３．スイッチグラスなど永年性草本植物
食料と競合せず，エネルギー生産のみを目的とする

為狭い面積でも大量のバイオマスを生産できる．油の第３世代バイオ燃料用作物候補の一分野である永年性草本植物として，スイッチグラス（キビ属），ジャイ

生産量では，2008 年現在で大豆による生産量は１ヘ
クタールあたり446 リットルに対して藻類は 98500リ

アント・リード（ダンチク属），ミスカンサス（ススットルと 200 倍以上となる13）．また緑藻の有利な点とキ属）などの植物が有望視されている．スイッチグラ

して水の問題がある．高等植物は根から水を汲み上げ

スはその中でも実用化の期待の高い植物種である．ス

るために気孔からの蒸散を行う必要があり，エネルギ

イッチグラスは北アメリカに自生する多年生植物であー生産に必要な量を大幅に上回る水を消費する．緑藻

る．栽培の際に肥料を殆ど与える必要がない．少量のは各細胞が直接細胞膜を通して水を吸収する為，必要

水でも生育可能で耕作不適地でも栽培が可能である場

な水の量は高等植物に比べ遥かに少ない．

合がある．エネルギー密度の高い高セルロース性植物

緑藻で主に注目されているのはバイオディーゼル製であり食用穀物より多くのエネルギーを生産できる可

造用油の生産能力である．油は発酵を行うアルコール能性がある．スイッチグラスより生産されるバイオエ

系燃料に比べ精製など最小限の後処理だけで利用可能

タノールのエネルギーは，栽培およびエタノール変換になるためコスト面で有利である．第１世代バイオ燃

過程に必要な化石燃料エネルギーの540％になるとの料は原料が農産物である為，生産地域はアメリカやブ試算もある10）．2006年の米国ブッシュ大統領（当時）

ラジルなど農業大国に限られ，日本の参入できる余地による年頭一般教書演説以来，民間企業の参入も相次は少なかった．それに対して緑藻は比較的狭い面積でいでいる．デンマークの酵素開発企業ノボザイムと米

高効率の生産が期待できる上，生産管理面において日国のエネルギー作物企業セレスは2010年，セルロー

本の得意な工業的手法を必要とすることから，日本がス性バイオ燃料開発を生産植物と処理酵素の両面から研究開発のトップを目指し国内での自給生産を試みる

推進する為の提携を発表した11）．
生産能力や地球環境改善効果の面で将来的には有望事も可能である．またエネルギー生産以外にも工業プ
ラントの排出する CO2 や副産物の吸収処理などの用なスイッチグラスであるが，実用化までの技術的な課途が考えられ，技術開発の方向性次第では日本の優位題は多い．セルロース系バイオマス生産植物のエネル性はさらに増す．

ギー利用にはセルロースの高効率な糖化技術の確立が現在では生産コストなどの面で未だ化石燃料や太陽必要となる．土壌中の菌やシロアリの体内菌から有用なグリコシダーゼ生産菌株が発見されており12），酵素

電池に及ばないため，開発グループの多くは当面のセールスポイントを CO2 固定による地球温暖化防止効

生産効率の向上や酵素特性の最適化を目指した研究が果に置いており，今後の生産効率の向上が課題となっ─ 57 ─

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ているが，研究推進に不可欠な有用品種探索や品種改を酵母に利用可能な単糖に変換する為の酵素処理が挙良についても緑藻は有利である．緑藻は少なく見積もげられる．最初にバイオマス原料にグリコシダーゼをっても地球上に数万種いると言われる．小型で未発見

添加してセルロースを分解するが，酵母は分解の結果の種も多く残るため，今後も有用品種の探索研究から生じるセロデキストリンを直接用いて発酵を行う事が出来ないため，さらに β-グリコシダーゼによりグル

大きな成果が見込める．ライフサイクルが短いため品種改良速度は高等植物に比べ遥かに速く，遺伝子操作などの分子育種技術も発達している．従って有用形質コースに変換しなければならない．Galazka らはセルロース分解性真菌アカパンカビ（Neurospora crassa）

日本国内でも緑藻を用いたエネルギー生産研究に関の持つセロデキストリントランスポーター遺伝子とβ-グリコシダーゼ遺伝子を酵母に導入し，細胞内でセする優れた研究例がある．以下の２例はいずれも自動

ロデキストリンの糖化と発酵を同時に行う酵母を育種

車関連メーカー・デンソー株式会社が関わっており，した．組み換え酵母のセルロース発酵による原料グラ

大学等との共同開発が行われている．
デ ン ソ ー の 蔵 野 ら が 用 い て い る Pseudochoricystis

ムあたりのエタノール量は理論値の86.3％であり，グの発見や生産性改良の急速な進展が期待できる．

ellipsoidea は，温泉中より新種新属として単離された

ルコースを用いた通常のエタノール発酵の値である
90‒93％に迫るものであった．

体長５μm 程度の単細胞緑藻である14, 15）．窒素分の欠

リグノセルロースを用いたエタノール発酵のボトル

乏する環境下で油分を大量に生産する性質を有し，その量は乾燥重量にして約 30％になり，そのうち約 2/3

ネックをクリアし，グルコースを用いた場合に迫る生がバイオディーゼル燃料に変換可能な中性脂質であストで開発出来る可能性が高まったと言える．

産量を達成した事で，セルロース系バイオ燃料を低コる．蓄積する直鎖状炭化水素の炭素鎖数は17‒20 で，軽油に相当する分子量である．
Botryococcus brautini は，直径30‒500μm のコロニー

２．バイオマスを油脂に変換する大腸菌の育種19）を形成する緑藻で，筑波大学大学院生命環境科学研究

需要拡大による食品との競合や価格高騰，また耕地開科の渡邉信教授らを中心に研究が進められている16）．

発に伴う環境問題などの懸念を常に孕んでいる．このその成分は重油に相当し炭素鎖数 30以上であり，生問題の解決法の一つとして植物から油脂を搾るのでは

産量は乾燥重量の20‒75％になる．油分を細胞外に分なく，豊富に存在するバイオマスを用いて微生物発酵

泌するため油回収後の細胞で再度生産が出来る．有力法により直接油脂を生産する事が考えられる．Steen株の一つである沖縄県産の品種を用いた場合現在１ha
あたり 100‒120トン/年の生産量が得られるが，これらは大腸菌による脂肪酸エステルなどの大量生産を試を 2013年までに1000トンまで向上させる目標で品種して脂肪酸生成抑制機能を解除し，脂肪酸の大量生産

改良が行われている．これが実現すると，例えば返還能力を持つ大腸菌を育成した．次に脂肪酸エステル生

予定の米軍普天間飛行場の面積で培養を行うと沖縄県内の年間石油使用量（約 220万トン）の20％以上に相産の原料であるエタノールを大腸菌内で生産できる様，大腸菌に Zymomonas mobilis のエタノール生産関

当する 48万トンの油が生産できるという17）．

連遺伝子を導入した．さらにバイオマスを直接栄養源として利用する為に Clostridium stercorarium のエンド

Ⅳ バイオマス燃料の効率的生産と遺伝子操作技術

キシラナーゼ遺伝子と Bacteroides ovatus のキシラナ

穀物の場合と同様，
植物油のバイオディーゼル化は，みた．まず大腸菌自身の脂肪酸代謝関連遺伝子を改変ーゼ遺伝子を追加導入した．こうして育成された多重バイオ燃料の生産効率改良には遺伝子操作技術が不組み換え大腸菌は培地中に加えたヘミセルロースを栄可欠である．遺伝子組み換え微生物を用いたバイオマ

養源として脂肪酸エチルエステルを高効率で生産しスのエネルギー変換に関する画期的な研究例を挙げた．Steen らは今後，グリコシダーゼを分泌する大腸る．

菌を同様の手法で育種する事により高価な酵素処理や分離精製の手間をかけず発酵を行い，生産コストを採

１．グリコシダーゼ遺伝子導入酵母によるセルロースからのエタノール発酵

算レベルまで下げられるとしている．
微生物触媒は様々なニーズに応じた複雑な反応機構

18）

リグノセルロース系バイオマスを用いたアルコールを遺伝子の編集により作成可能である事，生合成反応

発酵のコストを上げる要因として，細胞壁セルロースを一細胞内で単純なプロセスでしかも低コストで行え─ 58 ─

植物系バイオ燃料開発の可能性

種代謝関連遺伝子を全ゲノムレベルで改変・再構成するなど利点が多く，研究の進展が期待される．

る必要が生じる．この試みを実現に近づける契機とな
３．光合成効率上昇によるバイオマス生産効率向上の試み

20‒22）

植物の光合成によるエネルギー変換効率の向上そのものを目的とした研究も行われている．植物は太陽光
供給量の変化によって光合成の CO2 固定効率（エネる可能性を持つ研究成果も発表されている．Venter らは Mycoplasma mycoides のゲノム配列情報を基に人工合成した各 1080 残基の DNA カセット群を用い酵母の系を用いてそれらを４段階の過程を経て 1.08Mbp の人

ルギー需要）と集光効率（エネルギー供給）のバラン

工ゲノム配列に連結・再構成した．この人工ゲノムを別種である Mycoplasma capricolum に移植すると，作スが崩れるとエネルギーの過不足が生じ発育障害がお製された組み換え体生物は元の M. mycoides の表現型

こる．そのため植物は集光アンテナの大きさや光化学を全て示し，自己増殖を行った．人工合成したゲノム

系 の 量 の バ ラ ン ス を 調 節 し て 障 害 を 避 け て い る．
Melis ら は Chlamidomonas reinhardtii を 用 い て， 集 光の制御を受ける細胞の創造に成功した事になる．

および光合成機構関連遺伝子群を操作する事により高力を大幅に向上させた酵素セットを導入したゲノムを密度培養下での光合成生産能を最適化した品種の育成

移植する事により，エネルギー生産に適した緑藻を目を試みた．緑藻類は強光下では光合成活性が落ち，折的に応じて育種する事が可能になる．この試みは人工角受容したエネルギーの多くを利用せず熱として放散生命体の創造に繋がる技術開発であり，哲学・倫理学

同様の技術が緑藻に応用されれば，例えば光合成能する．その一方水面表層の緑藻の集光効率が高いためなど各方面での議論を引き起こす事になるであろう

水中深くまで日光が届かず，垂直方向への増殖が妨げが，望ましい形で実用化できるとすれば，核融合技術られる．Mulis らは遺伝子破壊法により，光受容力がなどの次世代エネルギー生産技術と併用する事によ低下しながら完全な光合成能力を持つ変異体を選抜しり，エネルギー問題が人類文明発展の律速にはならなた．得られた変異体は光合成によるエネルギー変換効い時代が訪れるかもしれない．

率や生産量が約３倍に上昇していた．彼らはこの手法
は緑藻のみならずバイオマス生産を行う他の高等植物

Ⅴ

バイオ燃料研究の今後の展望にも応用可能であるとしている．
彼らは最終的にはバイオマスを経ず，光合成によっ

１．バイオ燃料開発の役割と効果て利用可能なエネルギーを直接生産する事を目的としバイオ燃料開発に期待される役割は多岐にわたる．

ている．その目的の達成には数多くの光合成および各目的や規模に着目すると表１に示す４区に分類でき

表１
バイオマスの性格

燃料生産バイオマスの特徴と役割

代表的な素材，植物種世代

特徴と役割

実用化の状況と可能性

第２世代

処理費用の削減を含めた収支がプラスであればよい．第１世代バイオ燃料のコストダウ
ンに寄与．

技術開発・試験運用の段階．
技術革新が盛んで一部は実用化．化石燃料の代替となりうる規模の生産は困難．

区分１

廃材処理や資源の有効活用に主眼を置き，新たな原料生産を目的としない
もの

区分２

エネルギー生産目的で新 トウモロコシ，
たな開墾・作付転換を行 サ ト ウ キ ビ，
第１世代っても経済的利益が得ら ダイズ
れる穀物類

区分３

CO2 削減，地球温暖化防止，砂漠化防止など地球環境改善を主眼に栽培される植物バイオマスの副次的有効利用

各種ストレス
耐性植物

研究目的が燃料生産とは異質 エネルギー生産目的では区分の種も含み，採算は他産業な １に準ずる．地球環境改善目
一部はどからの援助を念頭に置く． 的 で は有 望．何 れ も 技 術 開
第３世代
スイッチグラス，ユーカリな 発・試験運用の段階．
ども区分４相当種も含む．

化石燃料に代わるバイオ
エネルギーの大量生産を主目的とする植物

緑藻，スイッチグラス

食料と競合しない．水・肥料 技術開発の段階．実用化目標などの投入量は少量で済む． は５‒10年後．生産力拡大の第３世代 潜在的生産能力が高い．
点では最も有望．実用化には生産量や効率拡大の為の大幅な技術革新が必要．

区分４

家庭ゴミ，建築廃材，稲わら，バガス

バイオ燃料普及の先駆け的役 地 域・ 植 物 種 に よ っ て は割．既存技術の応用が主で実 実 用 化． 資 源 枯 渇， 食 料用化が比較的容易．
との競合の問題から規模

─ 59 ─

拡大には課題有り．

山

川

清

栄

応用が容易である．食用に用いる前の安全評価としてる．
バイオ燃料利用の普及と採算ラインのクリアを目指

エネルギー植物の開発を行う手法も有効であろう．

す上では区分２が最も近道である．昨今の批判の通り
エネルギー収支や地球温暖化防止効果に疑問のあるケ

３．将来の展望：日本は何をすべきか，日本で何が出ースも多いが，インフラ整備や利用ノウハウの開発を来るのか行わなければ需要が開拓できない．区分４の条件を満最後にバイオ燃料問題に関して日本の採るべき戦略

たす植物としては生産能力やコスト面で緑藻が最も理を考える．
先ず国内でのエネルギー自給の問題である．

想に近い．但し技術革新の進展が不可欠であり，実用

これには先ず安全保障上現実的に必要な生産量（自給化までには時間と資金が必要である．研究開発資金の率）はどれだけか，その生産の実現性と国土改良（環調達には区分１に含まれる廃棄物処理問題，区分３に境破壊）の影響は如何程なのかを冷静に分析し，その含まれる地球環境問題等と絡めた複合的戦略が求めら上で我が国の特性を考慮し不足分を補う為の戦略を明れる．区分１，区分３はエネルギー問題の根本的な解確にすることが肝要である．例えば食料に関しては我決には結びつかない場合もあるが，経済的には高い利が国の現在の食料自給率は約40％であり，2010 年３益が見込める分野である．特に国土の狭い日本において廃棄物処理や国土保全に寄与する技術開発に対する

月閣議決定の食料・農業・農村基本計画によればこれを 2020 年迄に50％に引き上げることになっている．

社会的要望は大変高い．環境保全技術は日本の科学力

この目標の達成は実質的に有事の際の安全を意味しなを世界にアピールする格好の素材である．

い．第二次大戦中の食料困窮は知られているが，戦前の我が国の食料自給率は内地だけで 80％強に達して２．遺伝子組み換え技術の植物育種への応用いたという．現在の化石燃料依存の農業システムを考

低コストで高効率なバイオマス生産を実現する為にえれば，輸入が停止した際の影響がより深刻になる事

鍵となる今後の研究の一分野として，ゲノム科学や分は明らかである．斯様な状況下では数％程度の自給率

子育種技術を用いた高等植物の品種改良の試みが挙げ向上を目指した無理な土地開発は負の作用が大き過ぎられる．バイオマスの糖化・分解効率向上等を目指して割に合わない．日本農業が高付加価値産品の海外輸

た微生物側からの試みに比べ，植物は品種改良に多大

出に活路を目指していること，商社がアフリカやロシな時間とコストがかかるためどうしても開発速度面でアにおける農地権益を欧米・中国・韓国などと激しくの劣勢は否めず，社会の期待に充分応えられるレベル争っていることなどは食料問題の現実的な打開策を模ではなかった．しかし近年ゲノム情報の蓄積に伴い，索する行動の一環といえる．

有用形質の選抜に際して植物の表現型を確認するのでこの構図はバイオ燃料植物にも当てはまる．現実にはなく，目的の特性にリンクした遺伝子マーカーを検は主な供給先を海外に求めざるを得ない．金で資源を出しそれを指標とすることで迅速な選抜を行う手法が買い漁るといった方法論は世界的に窮乏した場合には発達し，品種改良速度の飛躍的向上が望める様になっ無力である．先ずバイオ技術を用いた燃料・食料資源

た．また，現在遺伝子組み換え作物は農薬や除草剤開発技術を糧に相互に必要とされる関係を外国と築く耐性用途に限られているが，今後の実用化ロードマッ事である．高生産性作物やストレス環境耐性植物の育プとして各種ストレス耐性，光合成活性強化，窒素固種研究に知的資源を注ぎ，取得したライセンスを武器

定機能などの機能付与が視野に置かれていることが示として国外での権益確保を目指し，技術供与や指導をされている24, 25）．微生物や酵素科学の研究の進展によ行うことにより現地の利益にもなる様農業発展をサポ

るセルロースのエタノール変換技術の実用化を前提とートするのが現実的方針と考えられる．知的財産の蓄して，光合成効率の向上によるバイオマス生産量増大，積という点では日本にはその素養は既に備わっていエネルギー変換効率の向上を目指した植物細胞壁構成

る．

の改変，高ストレス環境への抵抗性を増強した植物の分子育種も現実的になってきた．組換え遺伝子の環境

知的財産権保護を目的とする国連機関 WIPO（WorldIntellectual Property Organization）の報告書によれば，への拡散問題についても，植物の生殖機構の研究が進2009 年までのバイオ燃料その他全般を含めた化石燃展しており，生殖生長と栄養生長の人為的制御などを料代替エネルギーに関する日本の特許出願件数は世界

通じて遺伝子の拡散を防ぐ技術の開発も可能であるとでの当該分野出願総数の実に 55％を占めている26）．

思われる．高等植物の品種改良の成果は食用植物へのエネルギー資源の大半を輸入に頼っている国情に対す

23）

─ 60 ─

植物系バイオ燃料開発の可能性

る危機意識を反映してか，代替エネルギーの研究開発基にした試算であり実際の圃場では条件が大きく異な分野で日本は世界でも傑出した国である事が判る．しかしエネルギー関連投資額では日本は世界の 20 分のることが予想される．しかし今後の品種改良や技術革１に過ぎず，世界を圧倒する研究資産を実用化に結び上が望める．生産量の点でエネルギー消費に一定の影つける試みが不足している．

響力を与えうる潜在力が判明したことは，国内でのバ新の進展に伴い生産効率は本試算に迫りうる大幅な向バイオ燃料開発には主要各国が巨額の開発予算を投イオ燃料生産の試みが，あながち “蟷螂の斧” とは言じ，国益を賭けた激しい競争となっている．ブラジル

えない可能性を有することを示唆する．

のバイオエタノール科学技術センター（CTBE）所長

地球環境変動やバイオ燃料の問題は現代社会においは投資のリスクについて問われ「投資を行わない事がて最も注目されている課題の一つであるが故，その研最大のリスクである」と述べている4）．“よりサイエ

究進度も速い．政治的社会的評価も時々の情報に応じンスを駆使する国がより多くの技術的進歩を勝ち取て二転三転し，研究者を含む利害関係者はその都度一る” という認識も既に各国共通と言える．単に親切を喜一憂している状況である．確実なことは，枯渇の懸施すだけの “お人好し” であってはならない．頼る価念はどうあれ化石燃料生産コストは今後上昇し続ける値を認められるパートナーとしての互恵関係を築くここと，環境循環系から隔離されていた数万年分の蓄積とが重要である．

を一年で放出し続ける様な消費スタイルはいずれ環境

また休耕田や荒廃した森林の再開発の観点から，国に少なからぬ影響を齎すであろうこと，である．“研内でのバイオ燃料用植物栽培の試みは有益である．こ究開発を行わず放置することが最も危険” といえる．

の場合は視野を広げ，バイオ燃料用植物栽培の目的を

遺伝子操作技術に限らず技術革新には常にリスクが多角的に考える事で総合的利益を算出するシステムを伴う．その危険性を監視する為にも，権益を一部の国構築する必要がある．この場合補助金が絡む場合も多家や集団に独占させない為にも，新たな技術は受け入い為，充分に説明責任を果たせる客観的基準を示すこれを前提として有用性や危険性を多方面から充分吟味とが必要である．農業振興，環境保全，ゴミの減量化，
CO2 削減など，バイオ燃料植物栽培やバイオマス利用

し，情報を広く公開し理解を深める事が必要である．
理解不足から導かれる最も危険なシナリオは 1993年

技術の進展によって利益となる要素は数多い．国土保の米輸入解禁の事例である．当時は日本中が直前まで

全，環境保護などの諸問題は世界共通の懸案であり，米輸入反対一色だったが，冷害による想定外の供給不技術の海外輸出が有望である．温室効果ガス排出問題

足からなし崩し的に米市場が開放され，有用性や危険においては排出権取引の際の商品価値もある．

性に関する議論は結論の出ぬままうやむやになった．

国内でのバイオ燃料生産の潜在能力を推定する為

遺伝子操作技術やバイオ燃料開発についても同様のこに，緑藻（ボトリオコッカス）16, 17）と休耕田を用いてとは起こりうる．斯様な事態は仮に凶と出た場合サイバイオ燃料生産を行った場合の生産可能量を，公表さエンスへの信頼を著しく損ない今後の発展の障害になれている最新データを基に試算した結果を表２に示しるだけでなく，地球環境に修復不可能な影響を与えかた．現在の生産力で未利用耕地のみを用いた場合（条ねない．積極的で良心的な広報を行って一般社会の正件１）でも石油使用量の1/4に相当する燃料生産が可

しい認識を促すことは勿論であるが，それを単なる“啓能となる計算になる．無論これは実験施設での結果を蒙” とは位置づけず，一般社会から噴出するクレーム

表２

利用する遊休地
生産効率の想定値

緑藻（ボトリオコッカス）を用いた石油代替油生産量の試算
条件１

条件２

条件３

耕作放棄地（40万ha)

休耕田（水田面積から水稲作付面積を減じた値：87.5万ha）

耕作放棄地（40万ha)

120 トン/ha/年

120トン/ha/年

1000トン/ha/年（2010 年現在の実績値）（2010年現在の実績値）（2013年の目標値）

油の推定生産量

4800 万トン/年

10500万トン/年

40000万トン/年

油生産量の国内石油消費量に対する比率

24.6%

53.8%

204.9%（農林水産省および資源エネルギー庁公表の統計データより著者試算・一部単位は著者が換算・変更）

─ 61 ─

山

川については，誤解に基づくものは丁寧に説明すると共に，独善に陥らぬよう謙虚に耳を傾ける姿勢が研究開発に携わる者には今後特に強く求められると考える．
謝辞
本論文の執筆を御薦め下さり，執筆に際して御校閲と適切な御助言を賜りました，愛知学院大学心身科学部教授

村松喬先生に感謝致します．
文献１）http://genomicscience.energy.gov/biofuels/2005workshop/
2005low_execsumm.pdf
２）Gilbert RA et al (2006), The effect of genotype,environment and time of harvest on sugarcane yields inFlorida, USA. Field Crops Res., 95, 156‒170.
３）竹田みぎわ，柴田大輔（2008），植物バイオ燃料をめぐる視点，化学と生物，46，286‒290.
４）Regalado A (2010), Race for cellulose fuels spurs Brazilian
research program. Science, 327, 928‒929.
５）ア サ ヒ ビ ー ル ニ ュ ー ス リ リ ー ス 2010 年 ４ 月 13日：
http://asahibeer.co.jp/news/2010/0413_4.html
６）The state of food and agriculture 2008, http://www.fao.org/
docrep/011/i0100e/i0100e00.htm
７）Charles D (2009), Corn-based ethanol flunks key test. 324,
587.
８）Searchinger T et al (2008), Use of U.S. Croplands for
Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emissions
from Land-Use Change. Science, 319, 1238‒1240.
９）山家公雄（2008）石油・食料危機のウソ：水田を油田に変えよ．文芸春秋 10 月号，129‒133.
10）Schmer MR et al (2008), Net energy of cellulosic ethanolfrom switchgrass. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 105, 464‒
469.
11） http://www.businesswire.com/news/home/20100520005103/
en/Novozymes-Ceres-Partner-Biofuel-Crops
12）Warnecke F et al (2007), Metagenomic and functional

清栄

analysis of hindgut microbiota of a wood-feeding higher
termite. Nature, 450, 560‒565.
13）Schenk PM et al (2008). Second Generation Biofuels: HighEfficiency Microalgae for Biodiesel Production. Bioeng.
Res., 1, 20‒43.
14）蔵野憲秀ら（2009）微細藻類によるバイオ燃料生産，
デンソーテクニカルレビュー，14，59‒64.
15）Satoh A et al (2010), Characterization of the lipid accumulation
in a new microalgal species, Pseudochoricystis ellipsoidea(Trebouxiophyceae). J. Japan Inst. Energy, 89, 909‒913.
16）Tanoi T et al (2010), Effects of carbon source on growthand morphology of Botryococcus raunii. J. Appl. Phycology, DOI: 10.1007/s10811-010-9528-4.
17）琉球新報 2009. 9. 7.
18）Galazka JM et al (2010). Cellodextrin transport in yeast for
Improved biofuel production. Science, 330, 84‒86.
19）Steen EJ et al (2010), Microbial production of fatty-acidderived fuels and chemicals from plant biomass. Nature,463, 559‒562.
20）Melis A (2009), Solar energy conversion efficiencies inphotosyshesis: minimizing the chlorophyll antennae tomaximize efficiency. Plant Sci., 177, 272‒280.
21）Hunter P (2010), The tide turns towards microalgae. EMBO
reports, 11, 583‒586.
22）Gibson DG et al (2010), Creation of a bacterial cell
controlled by a chemically synthesized genome. Science,
329, 52‒56.
23）Tester M & Langridge P (2010), Breeding technologies toincrease crop production in a changing world. Science, 327,
818‒822.
24）Godfray HCJ et al (2010), Food security: The challenge of
feeding 9 billion people. Science, 327, 812‒818.
25）Gilbert N (2010), Inside the hot houses of industry. Nature,
466, 548‒551.
26）Patent-based technology analysis report̶Alternative
energy technology. http://www.wipo.int/patentscope/en/
technology_focus/pdf/landscape_alternative_energy.pdf

─ 62 ─

最終版平成 22年 12月 20 日受理

Journal of the Institute for Psychological and Physical Science, Vol. 3, No. 1, 53‒63, 2011

The Examination of Feasibility of Plant-derived Biofuels—As an Intermediary Between Biotechnology and Society—
Seiyei YAMAKAWA
Abstract
In recent years, the utilization of biomass as an energy-generating resource has received global attention
with the hope of providing a clue to solving the problem of global warming caused by increasing amounts of
CO2 in the atmosphere and the energy crisis caused by the depletion of fossil fuel resources. On the other hand,
deep-rooted repulsion toward genetically modified crops is prevalent in civil society. In this review, thefeasibility and possibility of plant-derived biofuels were examined by studying recent reports and news assounding boards that present the practical values of biotechnology.
Bioethanol from lignocellulosic feedstocks and biodiesel from green algae are promising as alternative
energy sources for fossil fuel from the view point of productivity, but additional studies and investment toward
technical innovation will be needed in order to achieve commercial viability. Molecular breeding of microbes
and plants through genetic engineering will bring about progressive improvement in the efficiency of biomass
production and conversion to liquid fuel. It is necessary for Japanese policy on energy security that a specificstrategy be adopted to make the most of the wealth of intellectual property about alternative energies which has
been accumulated over many years through research and development. The Calculated Japanese capacity of
biofuel production has the potential to supply an energy source that corresponds to a certain percentage of thedomestic demand. The practical realization of biofuels as the fruit of biotechnology will provide the ideal
opportunity for fostering mutual understanding between researchers and citizens.
Keywords: biofuel, biomass, biotechnology, genetically-modified products, plant─ 63 ─