（10）循環共生システム研究室
循環共生システム研究室【寄附分野】

バイオマスコミュニティ
プランニング分野

石井一英（客員教授）
古市 徹助教石川志保（新任）（特任助教）落合 知

PDJumana Ali Falah Al-mallahi

D3(2)Afif Faiq Muhammad、Faisal Bin Ariffin

Ｍ２(4)中島拓海、平岡夏生、水谷圭佑、吉松 凜

Ｍ１(6)遠藤太一、坂田久尚、篠田奈々子、嶋村朱音、髙橋実乃里、中嶋彩乃

Ｂ４(?)

5～6名

事務補助（小島久美子）

教授
准教授

循環共生システムのコンセプト
50～100年後の人々の生活は？
○多様な問題が山積
人口増大（減少）、食料、資源、水、エネルギー、環境汚染、貧困、地域格差、福祉、教育○物言わぬ弱者と共生しなくてはならない
・環境・発展途上国の人々
・次世代の人々「50年先を見据えた物（廃棄物とバイオマス）とエネルギーの循環システムのあり方」を考える！

石井一英経歴～現場人間～

1970年（昭和45年）
1989年（平成元年）
1993年（平成5年）
1995年（平成7年）
1997年（平成9年）
2004年（平成14年）
2010年（平成22年）
2018年（平成30年）

主な研究や活動札幌生まれ
北大 理Ⅰ系 入学
工学部衛生工学科卒業
大学院工学研究科衛生工学専攻修了、博士後期課程入学
中退、助手となる
自己評価
博士（工学）
准教授となる
極めて前向き
教授（現在に至る）
意見集約が得意

人間観察が好き
笑いながら厳しいことを言う○土壌・地下水汚染(1993～
難水溶性液体の土壌・地下水層内で挙動（実験と数値計算） 博士論文
ダイオキシン類の微生物分解（遺伝子、酵素解析）
土壌・廃棄物層からのVOCｓ除去技術開発（バイオレメディエーション）
リスクコミュニケーション（住民合意）○廃棄物管理システム計画（2000～
クローズドシステム処分場の散水最適化（フィールド調査、実験と数値計算）
中小自治体の焼却のみに頼らない廃棄物管理システムの構築と評価（フィールド調査、LCA解析）○バイオマス利活用システム構築(2005～
バイオガスプラントの地域導入要件と普及（実験、システム構築、アンケート）
稲わらなど農業残渣の燃料化と地消地産システムの構築（実験、システム構築）

4

農工連携の北大組織

第１分科会 フィールド対応技術

https://www.eng.hokudai.ac.jp/others/robust/index.html

第２分科会 商品への加工技術

第３分科会 長期鮮度保持技術 11

ドローン用簡易小型カメラ

プラチナ触媒による
常温で鮮度保持
乳製品のナノスケールの混ざり方
をスローオペランド観測で定量化
水や油を完全に弾く金属固体表面

ポリフェノールによる氷点下で冷蔵保存

ロバスト農林水産工学
研究開発プラットフォームの研究概要
第４分科会 消費者嗜好マッチング
無人自動トラクター

超小型衛星による世界最高水準のスペクトル計測型生産技術、食品機能性研究開発

第５分科会 バイオマス資源化・エネルギー利用技術

第６分科会 防災
（フィールドのロバスト化）

新しい計測技術とCFDの融合
日米共同研究による免震技術評価実験

第7分科会 国際連携

太陽光の波長変換

環境ストレスによるベビーリーフの高品質化
バイオマスプラントin北大

オランダフードバレー財団とワーヘニンゲンURが参加した
国際フォーラム

タイ政府機関との連携協定の締結

今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携バイオマス

環境保全４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利
発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究

今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携バイオマス

環境保全４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究

静脈系で扱うモノの特性に応じた扱い方
水（濃度）

（含水率）

固形

廃棄物・未利用物
無機物
水処理・下水処理

無機汚泥（工場排水汚泥等）

鉄・非鉄金属
レアメタル

ドライ
処理水の利用ウエット
有機汚泥（下水汚泥や排水処理汚泥等）

有機物

生ごみ・家畜ふん尿等の廃棄物等

バイオマス

紙・プラ・木質等の廃棄物や未利用物（林地残材、農業残渣も含む）
7

要素技術の組合せが大事 ～様々な選択肢がある～
中間処理（資源化含む）例えば
一般廃棄物

人による分別（＝選別）

分別・収集

最終処分

機械的プロセス・破砕、選別（発酵適物などの選別）・成型（RDF/RPF)
熱処理プロセス
・乾燥・焼却・溶融
生物処理プロセス・堆肥化（好気）・メタン発酵（嫌気）目的に応じた組合せ

埋立物
制約条件
・埋立容量
・埋立物の質（安定化）8組合せの際のコンセプト① 地域特性に応じた組合せ
・人口規模
・都市、農山漁村
・問題の優先順位
・ケーススタディより普遍性を見いだす② 何でもかんでも燃やさない・マテリアル利用、カスケード利用を優先
・エネルギー回収のない単純焼却は×③ 住民参加、住民目線

広域化と自区内処理を考える
ウェット物は集約して自区内処理、ドライ物は広域で焼却

B町（中小自治体）

A市（中小自治体） コンバインドシステムもある。
可燃ごみ

機械選別

発酵適物

可燃ごみ

焼却施設
（発電）

生ごみ

木質、農業残渣等のバイオマス

堆肥化

汚泥焼却

し尿・浄化槽汚泥

バイオガスプラント（または下水処理場消化槽）

C町（中小自治体）
可燃ごみ
生ごみ
し尿・浄化槽汚泥

下水汚泥

D町（中小自治体）

可燃ごみ
生ごみ
し尿・浄化槽汚泥

C町-D町-E村の広域下水道（消化槽）

E村（中小自治体）
可燃ごみ
生ごみ
し尿・浄化槽汚泥
10計画1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究

ごみ排出量減北海道人口521万人→373万人(約29%減少)

2020年 45施設 →2050年 ？施設

焼却対象ごみ量121万t→94万t(約22%減少)

稚内25
宗谷
留萌4

上川留萌

旭川224
オホーツク

北見110

空知

600

岩見沢97

北海道人口 万(人 ・)焼却対象ごみ量 万( t)500

札幌1177

400

後志300

小樽91

釧路
十勝
苫小牧
131
胆振

室蘭117
檜山

100
0

根室

せたな17200

中標津34

石狩

渡島

2020年

2050年

北海道人口(万人)焼却対象ごみ量(万t)北海道大学髙橋恵介修士論文（2021)

179市町村のごみ量、輸送距離、施設種類や規模を考慮して線形計画法により、コストやGHG排出量最小問題を解く

日高釧路131帯広168

新ひだか26函館227

・焼却施設・メタン発酵
・中継施設 の配置が求まる。

今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進

情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携バイオマス

環境保全４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利
発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究

健全な窒素の循環の必要性
 ハーバー・ボッシュ法による工業的窒素固定が微生物による窒素固定を上回る。
 世界的人口増に伴う食料供給に窒素は不可欠。
 窒素の循環バランスが崩れつつある。

13○地球の限界（プラネタリー・バウンダリー）
による地球の状況

ふん尿のメタン発酵と窒素収支①耕畜連携による畑作への散布

着目点
チャレンジ
②微細藻類培養系外利用する必要がある

輸入窒素
飼料、
化学肥料

動物プランクトン

植物プランクトン → 動物プランクトン（たんぱく質の機能変換）
水産飼料

バイオガスプラントでは窒素は減らな
バイオガス
い液肥
家畜排プラント(発酵残渣)
せつ物
アンモニア態
有機態窒素

窒素

自家草地へ散布

過剰分は環境中に放出

表流水、地下水汚染

しかし、窒素の輸入分を考慮すると全窒素負荷量 ＞＞ 環境容量
よって、系外利用を考える必要がある④

10．液肥を用いた土着微細藻類の培養(現状)

サブテーマ2拡散駆動型光バイオリアクターの開発

目標の達成可能性（有効性）

なぜ土着微細藻類か？

1．発酵残渣を用いた土着微細藻類の培養

その土地の気候と環境で適応して生息、特定種の藻類だと他の藻類が増えないように管理する手間とコストが大（福島藻類プロジェクトより）

課題：濁度 →希釈で対応可能
しかし、栄養塩類も希釈されてしまう！

珪藻類＜発酵残渣で微細藻類の培養は可能＞
Monoraphidium sp.
緑藻類の内訳72 μm long

(Protein, Lipid)(% dwt)=(33.7- 46.8 %, 8.9 – 17.8 %)緑藻類
Scenedesmus sp.
（イカダモ)

培養条件（20～100倍希釈）

発酵残渣（濁っている）(Guerrero-Cabrera, et al., 2014)

消化液培（50倍）
10 μm

2．MF膜（孔径0.45μm）を用いた濁度除去と栄養塩類の拡散抽出
オリジナル：濁度を除去し、培養に必要なフラックスで栄養塩類を抽出
土着微細発酵残渣 MF膜 藻類培養

600 mL フランジ

消化液槽

600 mL

培養液槽

H

実験条件
栄
液量：どちらも600mL
ポンプ流量：400mL/min
養期間：7日間
塩採水：毎回5.0mL

濁度（（光阻害）MF膜(37 - 51%, 8 - 27%)
(Apandi et al., 2019)→消化液から培養液へのNH4+の拡散移動が確認された（他の栄養塩類（K+など）も同様）

培養液槽

類

Φ40 測定項目
栄養塩ポンプ

400 mL/min

400 mL/min

同一槽内を循環させ、濃度を均一化

ポンプ・液面高さ（水頭差）→液量の算出・イオン濃度・光の透過率

有効波長：藻類培養に有効とされる赤色光域の684nm

目標達成可能性あり！

→同様の仕組みで、培養液槽での土着微細藻類の増殖も確認済み（特許申請中）⑪⑧

11．拡散駆動型光バイオリアクターの開発（研究計画と目標）
年①拡散駆動型土着微細藻類光バイオリアクターの開発②土着微細藻類を用いた動物プランクトンの培養

1年目

5 Lリアクター試験による培養を達成

1-1) シオミズツボワムシ（汽水）、タマミジンコ（淡水）
培養された土着微細藻類（培養槽から固形分離して回収）による動物プランクトンの培養条件を明確にする

1-1) 膜種類及び膜面積と栄養塩類フラックス量の関係を明らかにし土着微細藻類の培養
土着微細藻類培養

充填後 (発酵残渣・培養液)

600＜先行実験＞
本研究で培養した土着微細藻類によるシオミズツボワムシ（初期飼料として不可欠）の培養に成功（通常培養に利用されるクロレラと遜色無く培養できる可能性がある）＜横型レースウェイ式培養槽＞

500
個体数（個/mL）

充填前

クロレラ培養400
300
Chl2001000Nm-O

北大土着微細藻類
0日目 1日目 2日目 3日目 4日目 5日目
培養日数

2年目 50 Lリアクター試験による培養達成（スケールアップ）2-1) CO2吹き込み量、攪拌強度、温度など培養条件に変化を与え、2-2) 培養された微細藻類の同定目標達成可能性あり！

2-1) 土着微細藻類の供給方法の検討（可能ならば、土着微細藻類培養槽ごと供給したい）
2-2) 異なる条件で培養された土着微細藻類と動物プランクトンの培養速度の関係性（好みがあるのか？）

3年目

3) 培養条件、発酵残渣の滞留時間（交換頻度）等の最適化

3) 動物プランクトンの培養条件の最適化

目標

微細藻類回収目標
50 ～ 100 mg/L/d（既往37.5 mg/L/d, Idemura, 2018）

土着微細藻類を用いた動物プランクトンの安定培養の達成

Idemura：Biomass productivity of native algal communities in Minamisoma city, Fukushima
Prefecture, Japan, Algal Research Vol 29, pp22-35, 2018

植物性→動物性たんぱく質への変換⑫

石川志保（Shiho ISHIKAWA）
＜経歴＞
札幌出身
酪農学園大学 大学院酪農学研究科 酪農学専攻修士課程 修了
博士（農学）（北海道大学）
2004年〜2016年
帯広/札幌市内 民間コンサルタント 勤務（↑バイオマス関連の仕事）
2016年〜2021年
北大情報科学研究院 電力システム研究室 特任助教（↑バイオガス発電の研究）＜研究テーマ＞✓バイオガス発電のエネルギー・経済性評価✓酪農システムの効率化を目指す✓資源循環の社会システムを創造する

農業環境

ｴﾈﾙｷﾞｰ今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進

情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携

バイオマス環境保全

４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究計画2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

従前の畜産経営システム
経営全体のこと・日常管理の多くは家畜の行動，状態を「見て」行うもの
・長年現場の仕事に携わったベテランの経験に頼らざるを得ないもの
・労働者力不足，高齢化の進行による事業継承の問題

それ以外のこと・作業性
・畜舎の快適性・臭気等の環境問題
・機械，設備の更新
・飼料生産・ふん尿の管理

家畜のこと
・生産効率
・健康状態
・繁殖・疾病の有無
・栄養・畜舎環境

計画2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価必要なセンサ情報，機能はカスタマイズ可能
センサ情報のリアルタイム分析
クロスチェック解析による多面的な評価
取得情報のサマライズもカスタムメイド可能
研究開発者

画像情報
データ送信
データ送信

クラウドサーバ

ローカルサーバ

CO2
センサ

現状は北大内設置PC

農場スマート統合システム（SiS4F）
Smart Integrated System for Farms

温度センサ

電力情報

結果，異常の通知（将来実装）

湿度センサ

農畜産施設

2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価
横臥行動特性の分類

7
Ventilation fansCompressor

Barn cleaner

Milk pump

5
4
3
2
1

時間

0

○○センサ

時間別データ
年間電力量
○○kWh

採食

Bulk cooler

6

酪農作業の見える化（イメージ図）起立

ウシの快適性評価（解析例）

個体管理シート（耳標No.●●）

消費電力（kW）
kW

計画

時間別データ

作業者の労働データの分類
・搾乳関連 ・ふん尿管理 ・給餌 ・その他
上記作業に関わる機械消費電力量から労働的負担を評価。さらに，映像分析に基づく評価を実施し，解析精度を向上させる。

年間電力量と労働比率

農畜産業を取り巻く全体（家畜，ヒト，環境，エネルギー）の見える化
体系化された多様なデータを，経営計画（農業従事者の働き方，環境影響，省エネ化）の見直しに活用
各計測情報の解析精度（正確性）向上し，快適な飼養環境整備により家畜のストレスや疾病が低減し，生産性向上や安全な農畜産物生産も期待今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進

情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携

バイオマス

環境保全

４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究バイオマス

５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給事業に関する研究

近年の電力システムに関する動向（諸問題の顕在化）

系統連系の問題バイオマス

５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給事業に関する研究

再生可能エネルギー電源導入拡大地域の送電線容量が不足
・ 送電線の増強→コストが高い
・ 新規の再生可能エネルギー電源を系統に接続できない
接続保留問題メリット
 発電量，品質が安定
 燃料となるバイオガスは運搬できる
研究の目的
農村地域で生成したバイオガス を収集し，都市部で電気・熱利用するビジネスモデルを考える。
評 価（S)

優位性の検証事業としての有効性
環境面での優位性
温室効果ガス排出抑制量
エネルギー回収率

提 案

最終
ゴール

新たなバイオガス利活用システムの提案

バイオマス

５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給事業に関する研究■バイオガスの性状は？

精製圧縮なし■事業の範囲は？

精製圧縮あり■バイオガス回収は？

バイオガス
発電事業者

個別型BGP複数施設か共同利用型BGP1施設か落合 知（OCHIAI SATORU）
＜経歴＞
千葉県出身
山梨大学大学院 博士課程修了 博士（工学）2013年 千葉県 県土整備部 （←土木のお仕事）↓
2014年 国立環境研究所（←廃棄物の研究）↓
2018年 北海道大学（←廃棄物の研究）＜研究テーマ＞✓有機性廃棄物処理・活用研究（MBT、堆肥化、エネルギー、○○分解微生物など）✓人間工学的研究（手選別、認識）✓社会学・経済学的研究（廃棄物処理がもたらす新たな価値）落合 知（OCHIAI SATORU）＜有機性廃棄物処理・活用研究＞✓効率的なバイオドライのための熱収支のシミュレーション✓MBTコストとRDF価値のバランスを考慮した最適な含水率の推定✓堆肥化処理における微生物添加による反応促進効果の研究✓最終処分場内での生分解性プラスチックの分解挙動とその分解✓大型の捕獲鳥獣の適正処理スキームの検討＜人間工学的研究＞✓廃棄物手選別の最適な運転管理方法の検討および仕様化✓手選別作業の効率の影響を及ぼす因子の解明＜社会学・経済学的研究＞✓タイ国での実MBTプラントのコスト-ベネフィット分析✓バイオマス利活用事業がもたらす新たな価値の定量的評価

今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進

情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携バイオマス

環境保全４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利
発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究バイオマス

3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設から発生する臭気除去に関する研究

バイオマスの有効利用

廃棄物系バイオマス
・家畜ふん尿堆肥化・食品廃棄物・下水汚泥【 堆肥化における問題 】

堆肥化により発生する臭気成分の一例1)
臭気物質発生濃度[ppm]

アンモニア

120

硫化水素0.001

メチルメルカプタン

0.076

硫化メチル0.39

二硫化メチル0.056

製造工程で発生するアンモニアや硫化水素などの 臭気✔近隣住民からの苦情により操業停止になったケースあり✔堆肥化施設に対する不信感研究の意義

悪臭対策が必要

安定した脱臭技術がバイオマス利活用施設の価値を向上
1) 三崎岳郎：洗浄脱臭と生物脱臭（廃棄物処理施設における臭気対策）, におい・かおり環境学会誌,2014

バイオマス

3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設から発生する臭気除去に関する研究

低臭気NO3

N2O

N2

亜酸
化
NO2
アンモニア酸化 窒素化
亜硝酸酸化

発泡ガラス材＜疑問＞
臭気
脱臭装置内で（主成分NH4）何がおきているのか？

循環水
嫌気反応

バイオマス

3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設から発生する臭気除去に関する研究
仮説

保有水

臭気成分が保有水へ溶解

仮説

溶解速度

相互作用

分解速度

微生物が臭気成分を分解
発泡ガラス材

臭気成分

溶解

溶解

臭気

☑臭気ガスの流速の影響
低流速⇒よく溶ける
高流速⇒溶解する前に放出

実験装置☑臭気濃度の影響濃い方がいい？⇒そのまま処理
相互作用
薄い方がいい？⇒希釈が必要

分解

分解
微生物

☑そもそも微生物分解している？
分解経路：消化反応、Annamox反応
環境条件：分解速度、pH、温度バイオマス3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設から発生する臭気除去に関する研究＜昨年の研究結果＞
分解14000

溶解 ＜昨年の研究結果＞
1.0

アンモニア態窒素

発泡ガラス材からの溶出

亜硝酸態窒素12000

窒素量（ｍｇ-N）

0.6
0.4

①0.2
0.0

0.00

②0.50

③1.00

初期アンモニアガス
濃度（ppm）

200
700
1500
2500

1.50

空塔流速（m/ min）

500
1000
2000
3000

pH

10000

108000

9.5

6000

94000

アンモニアの揮発
8.5

2000
02.00

流速範囲①⇒ 溶けにくくなる

ある流速の範囲で「間隙を流れるガスの流れ方が変わるのではないか？

80 1 4 7 10 13 16 19 21 24 27 29 31 34 37

7.5

経過時間（日）空塔流速が流速範囲②⇒ よく溶けるようになる
上がる

流速範囲③⇒ 溶けにくくなる10.5

pH

溶解率（-）

0.8

硝酸態窒素11☑ 高pH条件下では微生物反応が起こらない☑ 溶存酸素が不足する

実プラントを再現する微生物反応系を構築し、分解現象を定量的にモニタリングする今年度の卒論テーマ
1）人口減を考慮した2050年の廃棄物処理施設の最適配置に関する研究
2）酪農場の多様なデータ群による相互影響分析が畜産環境にもたらす効果の定量評価

計画
配属後、希望を勘案し決定
詳細は指導教官と相談しながら前進

情報（Society 5.0)
合意形成
国際連携

バイオマス

環境保全

４）酪農地域における資源作物ジャイ
3）発泡ガラス材を用いた堆肥化施設からアントミスカンサスのメタン発酵利発生する臭気除去に関する研究
用に関する研究５）乳牛ふん尿由来のバイオガス収集によるエネルギー供給
６）メタン発酵残渣中の栄養塩類を用いた事業に関する研究
藻類・海藻類の培養に関する研究バイオマス

4）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究◇ふん尿処理問題◇
家畜の糞と尿が混ざったスラリー

堆肥化できない

どうやって適正に処理する？
出典）糞尿の中で生活する牛たちhttps://www.hopeforanimals.org/cattle/463/

バイオマス

・林業の衰退4）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究◇敷料不足問題◇・木質バイオ燃料などの需要増加→家畜敷料（おが粉など）の不足・価格高騰
おが粉

ピンチップ

家畜敷料とは・・・
家畜の飼育における・家畜の安楽性の確保
・糞尿処理を主な目的として用いられる

表 1：敷料に求められる性能
対家畜安楽性（引用：北海道立総合研究機構,林産試だより 2017年10月号）

安全性
経営

対酪農家

図 1：敷料の様子

作業性
敷料利用後の処理性（分解性など）
環境整備（参考：農畜産業振興機構 おが粉代替敷料利活用マニュアル）

持続的に利用可能な代替材の検討が求められるバイオマス

4）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究

バイオガスプラントが解決方法の一つ
牧草

ふん尿

再生敷料

固形残渣
液体残渣残渣

バイオガス
バイオガスプラント
循環の輪が理想的には構築される堆肥
畑作地

研究の方向

より「持続可能な社会」に、より「脱炭素な社会」に貢献する研究を行う

バイオマス

4）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究

世界には「資源作物」というものがある
ジャイアントミスカンサス（M. x giganteus，以降 M x g と表記）
ススキとオギの自然交雑種
・少量の施肥で栽培可能 1)・バイオマス生産量大 (30-45 t-dry/ha/yr) 1)※他のススキ属植物の約 1.5~2 倍・長期の収穫が可能（15年程度）1)・炭素固定量 (t-CO₂/ha/yr): 木質資源の約8倍 2), 3)1) 山田敏彦, 2009
2) Nakajima, T. et al. 20183) 林野庁 HP
https://www.rinya.maff.go.jp/j/sin_riyou/ondanka/20141113_topics2_2.html

3-4 m

1.5 m

図 1．M x g（撮影日時：2020/10/15）

欧州の酪農分野において…
・M x g の家畜敷料利用
・M x g のエネルギー利用（例：バイオガスプラントにおけるエネルギー回収）について研究がなされている（Winkler, B. et al., 2020)

日本ではジャイアントミスカンサスが知られていない・・・。

4）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究

大きな
バイオマス
3～4 m

1.5 m

高い炭素固定能（撮影日時：2020/10/15）

Mxgを敷料として栽培・利用することでの脱炭素化の効果を示す

敷料確保

・マテリアル・エネルギー

約2,600トン/年

固定削減量

280トン/年
炭素固定量が増加

2500

約

2000

約1680トン/年
約1,400トン/年

1500
1000
500
0

排出

・マテリアル・エネルギー

3000

固定・削減

大 炭素
固定
脱炭素化
小小
炭素
排出 小

CO2排出量・固定削減量（t-CO2/年）

バイオマス

炭素排出量
売電
熱利用
植物による固定
機械・設備
運搬
買電
微生物反応

おが粉Mxg

敷料として利用M x g 導入が脱炭素化に貢献

バイオマス4）酪農地域における資源作物ジャイアントミスカンサスのメタン発酵利用に関する研究

研究目的
ジャイアントミスカンサスの酪農地域での有効利用方法を検討し、持続可能な酪農地域形成に貢献する

疑問点① メタン発酵した残渣はどういう物理科学的性状なのか？
② Mxgを再生敷料の性能向上に利用できないか？
（水分調整や乾燥促進）③ 酪農家さんは使ってくれるのか？
敷料使用の決め手は何か？
図 1．M x g（撮影日時：2020/10/15）

実験

再生敷料

現地
ヒアリング

数値解析