12日本農学会シンポジウム

カーボンニュートラルの達成にむけた農学研究

園芸生産に要するカーボンの排出削減に向けた技術革新
彦坂晶子*〔キーワード〕：施設園芸，温室効果ガス，エネル
ギー投入量，技術革新
1．はじめにりや味，色，形状をもち高品質なものや季節外れなものに付加価値がつく．つまり，これまで園芸生産で推進してきたことは，「対象作物に不適な季節の安定生産」である．そもそもこれは「一年中，健康施設園芸で生産する作物（以降，園芸作物）は，でいたい」「おいしいものを食べたい」「きれいな花人が健康に生きるために必要な栄養成分や機能性成をみたい」という人間の欲（希望）を満たすための分を含む野菜や果樹，生活の質を高める花き類であ技術革新の積み重ねである．当然，露地生産に不適る．私たちの生活に欠くことのできない園芸作物は，な季節の生産には，適した環境にするための資源やその生産過程で光合成によるカーボン（以下，C）吸エネルギー投入が必要である．幸い日本には多様な収を行うことから，他の農林水産分野や工業分野と気候帯があり，古くから「作型」という概念が発達比べるとカーボンニュートラル（CN）に寄与しやすしていたことで，主要品目については指定産地によいと言える．しかし，実際の園芸作物の生産現場をる周年安定供給が確立していた．見方によっては，CN の視点で見直すと，かなりの量のカーボンを排出

これは季節ごとに栽培適地に産地を移動することすることで成立している．

で，資源・エネルギー投入量を最小限にする「日本農林水産分野の温室効果ガス（GHG）の排出量は独自の省エネ生産方式」と言える．

約 4,747 万 t，全排出量の 3.9％．（2019 年度）であ

しかし，同じ産地で周年生産し，栽培適期を外しり，そのうち CO2 が占める割合は 34.1％で，そのほて収穫物の付加価値を高めるためには，資源・エネとんどが暖房に使用される燃料燃焼によるものでルギー投入量，すなわちコストを増やすことが前提ある（農林水産省，2021）．施設園芸では，温室の建となる．そのため，生産者視点だったこれまでの研設や暖房などで排出される C 量が多く，その削減が究開発では，常に「コスト削減と収量増加，品質向急務となっている．本講演では，一般的に浸透して上」というわかりやすい目標が掲げられてきた．そいる「園芸」＝「野菜，果物，花き，栄養，健康」

してこれまで研究者は，知見に基づいた多様な生産＝「CN に貢献」というポジティブなイメージから技術を開発し，周年安定生産や高品質生産を実現し離れ，「園芸作物が吸収する C 量」と「園芸生産にてきた．しかし，今，我々は「資源・エネルギー投よって排出される C 量」を整理し，特に施設園芸に入量を前提とした周年安定生産」という生産体系をおける C 削減に必要な要素技術と今後の技術革新見直し，「CN」という緊急の目標に取り組まなけれの方向性について考える．

ばならない．

2．これまでの園芸生産の目標
カロリー源となる作物（穀類，マメ類，イモ類）は一般に土地利用型農業で適した季節に生産され，年に 1 回の収穫で長期保存できる．他方，園芸作物

3．カーボン吸収量・排出量の数値化の必要性と複雑性
3-1．吸収量の数値化
工業製品の生産とは大きく異なり，園芸生産では（野菜，果樹，花き）は鮮度が重要であり，長期保植物が光合成によって CO2 を吸収する過程がある．

存ができない．そのため，周年摂取が必要なビタミ

アマゾンや東南アジアの熱帯雨林，日本の森林や土ン類や機能性成分を含む野菜類には周年生産が求壌が大量の C を吸収することで CN に大きく貢献しめられ，生活を豊かにする花きや果樹には特有の香ているという話，あるいはカーボンクレジット関連*千葉大学大学院園芸学研究院（Shoko Hikosaka）

0369-5247/23/\500/1 論文/JCOPY

彦坂：園芸生産に要するカーボンの排出削減に向けた技術革新

13のニュースなどから，園芸生産にも CN 的なイメー

CO2 吸収量が最大 2 倍になることはあっても 10 倍ジを持つ消費者は多い．しかし，実際の C の流れをになることはない．）

考えると，光合成によって固定される C は一時的に【排出量：ポジティブ】温室（10 a）の果菜類に暖植物体中に貯留されるものの，可食物のほとんどが房する場合，A 重油暖房の年間使用量（高知県）を一年以内に食料として消費され，非可食部もじきに日平均すると 10～27 L 10a-1 であり，A 重油の CO2焼却されたり，埋設後に土壌微生物によって徐々に排出量は 2.7 kg L-1（環境省）なので，1 日あたりの分解され，短期間のうちに大気へと放出される．すCO2 排出量は 27～73 kg である．

なわち，草本植物が貯留できる C 量は木本植物に比【収支】暖房燃料だけで既に光合成で固定した C のべて少なく，また貯留期間も短い．他方，果樹は木1.5～8 倍あり，C ポジティブである．実際には，さ本植物のため，他の園芸作物や花きよりも固定したらに被覆資材や肥料，水，農薬の生産時や，流通時C の貯留期間が長いと考えられるが，毎年，同じ樹の C 排出量が加算されることから，施設園芸での形を維持するために剪定は必須であり，剪定枝や落CN 達成に必要な CO2 吸収量を考えると気が遠くな

葉の処理方法によっては，やはり C 吸収量は多くなる．露地野菜などの土地利用型園芸生産においても，い．忘れがちだが，CN 達成に必要なのは「光合成生産施設と暖房以外の部分は共通であり，むしろ農による C 固定」だけでなく「固定した C の貯留」

業機械の燃料や水，肥料，農薬は施設園芸の数倍必である．この視点での研究開発は農学分野において要であることから，CN への道のりは施設園芸同様，は新規課題であり，C 収支の全体像を考えるような長いものと思われる．

思考領域の拡張が求められる．
3-3．数値化の必要性と複雑性
3-2．排出量の数値化と収支CN に向けた取り組みとして必須なのは，C の数値

施設園芸で排出される主要な C には，石油由来の化である．1990 年代から，製品やサービス等のライ燃料（農業機械，暖房など）や温室の被覆資材（外フサイクルを通じた環境負荷を定量的に評価する手張り，保温・張遮光カーテン），マルチ栽培やトン法として，ライフサイクルアセスメント（LCA：Lifeネル栽培に用いられる被覆資材などが含まれる．石Cycle Assessment）という ISO 規格に基づいた評価法

油由来の燃料や資材の使用は，何百万年もの時間をが利用されている．最近では，農業分野でも CN にかけて木本植物と自然環境が固定した C を短期間向けた取り組みに利用され，生産施設の LCA を比較で地上に排出することになるため，相当の「C ポジした研究報告なども増えている（Blom et al.，2022；ティブ」と言える（ポジティブというと良いことのKikuchi et al.，2018）．また，環境省や農林水産省からように聞こえるが，環境負荷が大きいという意味）．

簡易 C 排出量試算ツールが提供されており，品目やしかし，「生産に不適な季節」を「適した季節」に条件は限られるが，一般利用が可能である．

環境制御する施設園芸では，現状，これら石油由来の燃料や資材の投入は必要不可欠である．
ここまで C 吸収と排出の主要因を説明してきた園芸生産に限らず，排出した C を試算する上で最も難しいのは，「空間・時間的にどこまでを含めるか」ということである．燃料使用量は季節や気象条

ところで，かなり大雑把に収支計算をしてみる．

件で大きく異なり，被覆資材は素材や使用方法・頻【吸収量：ネガティブ】トマト群落の純光合成速度

度により遮光・保温効果（熱貫流率）や耐用年数がを 5～10 µmol・m-2・s-1（成熟葉）とすると，1 日（明異なる．上述のように，実際には燃料と被覆資材に期 12 時間）あたりの CO2 固定量は 10～19 g m-2 で加え，温室の構造物，農業機械，水，肥料，農薬をあり，葉面積指数 LAI＝1.0（総葉面積＝栽培面積）生産（精製）するための C や，これら資材や収穫物で栽培面積が 10 a の場合，CO2 固定量は 9～18 kg/を輸送する C（空路か陸路か）など，詳細に定義し日である．ここでは敢えて暗期の呼吸（CO2 排出）て試算する必要がある．さらに，試算の表示方法もは光合成よりも圧倒的に少量として無視する．

目的に応じて変える必要があり，生産物の重量あた（注：LAI を増やしても面積あたりの日射量は一定

りや栽培面積あたり，月平均や年平均など，多様なで，むしろ相互遮蔽が増えるので，計算誤差として分母で試算・評価することが求められる．

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農業および園芸

第 98 巻被覆資材のみ第1号（2023 年）

温室

植物工場

べたがけ，トンネル

プラスチックハウス（季節利用）

プラスチックハウス
ガラス室（周年利用）

太陽光型
人口光型

日射量，気温，地温

日射量，気温，地温，湿度，換気

日射量，気温，地温，湿度，換気，CO2

光質，光強度，日長，気温，培養液温，湿度，換気，CO2，気流

図1

生産施設の種類と制御可能な環境要素

施設園芸の中でもトンネル，パイプハウス，大規の断熱資材，地中熱・地下水利用，局所冷・暖房，模温室，植物工場など，様々な生産施設があり，資木材チップ利用などがある．類似の研究は古くから源・エネルギー投入量が多いほど制御できる環境要あるものの，その時代に開発された新素材や新技術因が増え，周年安定生産や高収量・高品質生産が可を取り入れ，少しずつ実用化に向けて研究成果を蓄能になる．しかし，これら生産施設の建設コストや積している．

資材の耐用年数，栽培に必要な資源・エネルギー投入量は，立地や生産施設ごとに異なることから，C

4-2．断熱性と高機能被覆資材排出量の試算や比較は容易ではない．しかし，CNコンクリートや断熱材などで覆われているビルの達成には C 吸収・排出量の数値化と収支計算は必や植物工場と違って，通常の温室では断熱性の低い須であり，今後，C 収支の算定精度の向上，試算に（熱貫流率が高い）薄いフィルム資材や保温カーテ関する報告や活発な議論が期待される．

ンで栽培空間を覆っている．当然，内外での熱移動

4．低コスト化，カーボン排出削減に向けた
これまでの取り組み
4-1．コスト，燃料削減のこれまでの背景

は大きく，現状，冬季や寒冷地の暖房による C 排出量は，大きくなる．一般に，温室内に投入した暖気をできるだけ温室内にとどめておくために，2 重，3重の内張カーテンを設置することで，断熱性を高め

燃料費や電気料金が高い日本では，これまで何度ている．現状，内張カーテンにも石油由来のフィルとなく暖房用灯油や重油の高騰を経験してきた．

ムが用いられることから，耐用年数に応じたカーテ「歴史はらせん階段状に繰り返す」の言葉通り，ン資材の更新，すなわち C 排出が伴うことになる．

10-15 年間隔で暖房費を抑制する暖房方法や温室の2018 年には農研機構からナノファイバー断熱資材

保温技術に関する研究開発が活発化している．最近のマニュアルが出され，新素材の重油の節減効果やでは，2011 年の東日本大震災の際に広範囲な停電や資材の特性についての広報が進められた．いずれに節電があり，この時は CN という目標はなかったもしても，温室内外の熱交換を抑制する「断熱」は重のの，省エネに関する多数の研究開発が行われた．

要な研究要素であり，断熱性が高く，生産時の C 排

これまで積極的に研究開発されたものには，温室出量が極力少ない被覆資材の開発が求められる．

彦坂：園芸生産に要するカーボンの排出削減に向けた技術革新

15他方，夏季の高温時には気温と日射の制御が難しの構造物や発電装置，環境制御装置の作製といったい．例えば，温室外日射は十分にあるものの，昇温イニシャル部分で多量の C が排出され，それが減価抑制のために遮光カーテンを展張すると光合成が償却されるまで時間がかかることが理由である．さ抑制される．そこで近年開発が進むのは，光合成有らに，水，肥料，農薬などの合成（精製）や輸送と効放射（PAR）を十分に透過し，近赤外線（NIR）いったランニング部分でも C が排出される．

を反射する被覆資材である．このような高機能被覆

近年では，冷・暖房能力の高い HP が開発されて資材が商品化されれば，温室の昇温抑制に加え，温いるものの，日中の温室内の昇温抑制にはまだ能力室の閉鎖度を高められる．

不足である．また，機器の価格や電気代の高さから，閉鎖度の高い温室では，日中でも CO2 施用やヒー生産施設での普及は進んでいない．C 収支の観点かトポンプ（HP）冷房の利用が可能となり，夏季のら言えば，HP の「冷・暖房能力のさらなる向上」，日射量を十分に生かした高い光合成速度が得られ「自然エネルギー由来の電力を安定十分供給」の 2

る．最近，工場や発電施設，大気中から CO2 を回収・点が実現すれば，温室内の冷・暖房に使用される燃濃縮する装置の研究開発が進んでおり，これらを農料を削減できる．これには工学分野での技術革新が業利用することが期待されている．また，閉鎖度の必要で，農学分野と他分野との情報交換や研究協力

高い温室では夏季の病害虫の侵入リスクを大幅にが必要である．

低減でき，農薬散布量や労力の削減に加え，農薬の製造時の C 排出や散布機械の洗浄に使用される水も低減できる．

5-2．資源・エネルギーおよびカーボンの地産地消
太陽光発電で得た電気エネルギーを蓄電池に貯めて利用できれば，石油由来の C 排出なしに温室の4-3．木材チップ利用

環境制御や栽培管理が可能となる．この場合，太陽近年，山間部や森林に近い一部の温室では，燃料光を電気に変換・利用するので，冷・暖房による Cに重油や灯油ではなく木材チップを利用した暖房排出量は大幅に削減される．このような発電と蓄電設備が導入されている．これは大気中の C を吸収し技術が今後一層進めば「電力の地産地消」が実現し，た木本植物を燃料として利用するもので，地下にあ送電ロスの削減や地域内での消費電力の平準化（調る石油由来の C を新たに地上に放出しないという整）によって，広域かつ大幅な C 削減に貢献するこ

点で CN に合致する．また，森林の受光状態をよくとができる．

するための間伐などで出される木材の利活用にも20 年ほど前から植物工場を組込んだ都市・農村モなっている．ただし，この木材チップの利用は，木デルは提言されていたものの，CN の観点から近年再本植物が固定した C を大気に再放出することから，評価されている都市モデルとして，地域一体となっ大気中の C 濃度を下げることはなく，後述の暖房のて資源・エネルギーを無駄なく利用するスマートシ

電力化に移行する間の手段としては有効であるが，ティがある．これは発電施設や工場などから排出さ可能な限り木材は燃焼させずに木材のまま利用，貯れる熱源や CO2 を隣接する温室や植物工場で利用し，留することが望ましい．

生鮮野菜を少ない輸送コスト（C 排出）で地産地消す

5．今後の技術革新
5-1．石油燃料から電力へる都市である．このモデルでは地域ごとの特色を生かし，水産や畜産分野とも連携することで，流通や消費段階で発生したフードロスを飼料や堆肥などに利温室の環境制御に必要な装置（冷・暖房，遮光・補用することもできる．実際の研究事例として，電力

光，かん水）は，コストを度外視すれば技術的にす中央研究所は離島を実証地として，植物工場を発・蓄べて電化できる．これをコストも加味して究極まで電拠点かつ消費電力の平準化（調整）バッファとして進めたのが植物工場である．電化できるということ利用することで，電力を地産地消する研究開発を進は，C 排出のない（少ない）方法で発電すれば，温めている（庄子ら，2022）．このような地域限定のモ室の環境制御に伴って排出される C は CN に近づく．

デル研究は C 収支が解析しやすく，得られたデータすぐにゼロにならないのは，LCA の観点からも温室は LCA の算定精度の向上につながると思われる．

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農業および園芸

第 98 巻園芸生産に利用される資源・エネルギーの種類や第1号（2023 年）

むべき研究課題である．

価値は地域によって異なり，生産物もまた地域や季来年，2023 年に（一社）園芸学会は創設 100 年を節によってその価値が異なる．よって，このような迎える．これまで園芸学研究は，地域に適した園芸生産とエネルギーに関する実データを蓄積していく生産技術と，生理・生態，ゲノム，流通に関する基ことで，将来的に，環境制御による収量・品質の最大礎研究を積み重ね，全国や海外の園芸産業の発展に化と，それに必要な資源・エネルギー使用量（C 排出寄与してきた．今，急激な気候変動，資源・エネル量）の最少化を達成するためのシミュレーションモ

ギー問題，極端な経済不均衡という世界規模の危機

デルの開発などへ繋がっていくことが期待される．

に際し，次の 100 年を無事に向かえるためには，他分野，他学会との連携を通じて，科学的見地から何5-3．エネルギー保存則（余談）
前節で「換気や HP で生産施設内の気温や湿度を最適化できる」と書いた．この時，同時に「HP では温室外に不適な気温や湿度の空気が排出された」と理解された方は正解である．夏季のビル群や住宅密集地では，エアコン（HP のこと）からの排熱で建物外の気温が上昇する．これと同じで，温室内環境の最適化は「局所冷・暖房している（自分の）空間以外はどうでもいい」という状態になっていることを忘れてはならない．仮に，1 棟の温室内だけでなく，複数の温室群，地域全体を周年快適に空調制御したい場合，複数の地域間（または地上と宇宙空間）で熱交換をする巨大 HP と巨大蓄熱槽が必要になる．資源・エネルギーや C を移動させるには，エネルギー（熱）が必要であり，C 収支を考える際には熱収支についての議論も欠かせないが，本稿ではを研究し，何を提唱すべきか，慎重かつ迅速に判断しなければならない．
引用文献Blom, T., Jenkins, A., Pulselli, R.M., van den Dobbelsteen,A.A.J.F. (2022) The embodied carbon emissions of lettuce
production in vertical farming, greenhouse horticulture,and open-field farming in the Netherlands. Journal ofCleaner Production 377: 134443. https://doi.org/10.1016/j.
jclepro.2022.134443
Kikuchi, Y., Kanematsu, Y., Yoshikawa, N., Okubo, T.,
Takagaki, M. (2018) Environmental and resource use
analysis of plant factories with energy technology options:
A case study in Japan. Journal of Cleaner Production 186:703-717. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.03.110
庄子和博・地子智浩・石井隆・伊藤憲彦・坂東茂・比嘉直
人・後藤文之（2022）再エネ活用植物工場実験施設の宮古島設置とデマンドレスポンスによる植物の成育影響．日本生物環境工学会．福岡大会講演要旨．p.80-81．

参考 URL割愛する．
6．農学研究，次の 100 年に向けて現在の生産技術では，残念ながら施設園芸における CN 達成は困難である．しかし，課題は明らかで，
まずは C 収支の算定精度の向上と試算例の蓄積が必要である．次に，収量・品質と，それに必要な資源・エネルギー使用量や C 排出量を最小化するシミュレーション開発が求められる．具体的な生産技術としては，生産時や輸送時の C 排出量を極限まで減らし，固定した C を貯留する技術開発が求められる．
CN に向けたアプローチは他にも多数ある．土壌
特性を生かした耕地利用，遺伝子組換えやゲノム編集による耐病性強化や可食物率・目的成分濃度の向上，環境制御技術による高効率生産，長期鮮度保持技術なども有効である．これらは農学研究が深く関わる領域であり，学会連携を通じて効率的に取り組

農業分野における 気候変動・地球温暖化対策について（2021）農林水産省．農産局農業環境対策課．https://www.maff.go.jp/j/seisan/kankyo/ondanka/attach/pdf/index-72.pdf
第 3 回グリーンイノベーション戦略推進会議 WG 2020
年 9 月 8 日 農業由来温室効果ガス排出削減技術の開発．https://www.meti.go.jp/shingikai/energy_environment/
green_innovation/pdf/003_03_01.pdf
資料 3．温室効果ガス排出の現状等（2021）経済産業省．
https://www.meti.go.jp>shingikai>chikyu_kankyo>ondan
ka_wg>pdf
環境省 資料 4 燃料別の二酸化炭素排出量の例．https://www.env.go.jp/council/16pol-ear/y164-04/mat04.pdf施設園芸省エネルギー生産管理マニュアル（改定 2 版）平
成 30 年 10月農林水産省生産局．
https://www.maff.go.jp/
j/seisan/kankyo/ondanka/attach/pdf/index-112.pdf
園芸農業の省エネルギー等に関する調査報告書（Ⅲ）（緊急雇用創出臨時特例基金事業）平成 24 年 2 月 高知
県農業振興部環境農業推進課．https://www.pref.kochi.
lg.jp/soshiki/111901/files/2012062500570/2012062500570_
www_pref_kochi_lg_jp_uploaded_attachment_74650.pdf
地球温暖化対策地域推進計画策定ガイドライン（第 3 版）
平成 19 年 3 月環境省地球環境局地球温暖化対策課
参考資料 2 温室効果ガス排出量計算のための算定彦坂：園芸生産に要するカーボンの排出削減に向けた技術革新
式及び排出係数一覧．https://www.env.go.jp/earth/ondan
ka/suishin_g/3rd_edition/ref2.pdf
ナノファイバー断熱資材活用マニュアル 平成 30 年 1 月
農食事業 27013C コンソーシアム．https://www.naro.
go.jp/publicity_report/publication/files/warc_man_Nanofi
berManual201802a.pdf
農産物の温室効果ガス簡易算定シートの概要．https://www.

17maff.go.jp/j/press/kanbo/b_kankyo/attach/pdf/220912-1.pdf
環境技術解説 ライフサイクルアセスメント（LCA） 国立環境研究所．https://tenbou.nies.go.jp/science/descript
tion/detail.php?id=57
電気新聞テクノロジー＆トレンド「食の脱炭素」へ 2022
年 6 月 24 日 電中研の挑戦 電力中央研究所．
https://
criepi.denken.or.jp/press/journal/techtrend/220411.html