Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
計に当たっては、US-MOPS との比較可能性を重視し、同じ質問項目、同じ順番、同じ対象年とした。また、質問項目をいったん翻訳した後、再度英語に翻訳してチェックし、また、82企業で試行した。

調査の実施については、事業所を調査対象とし、全国レベルの企業レジスターからサンプリングを行い、かつ、日々のオペレーションに責任を持つ人または事業所を運営している人から回答を得るようにした。質問は選択肢から選ぶようなClosed-endのものとし、回答しやすいようにした。回答の所要時間は全体で30分程度とのことである。対面インタビューによる調査とし、回答率の向上を図った。企業の回答義務はないが、回答率は53%であった。

測定誤差の縮小にも細心の注意が払われている。例えば、過去の数値も聞いているので、記憶違いを最小化するために、対象年の大統領に言及して質問するなどの工夫がされた。また、質問の意味を理解しやすいように、手がかり（Cue）が付けられた。さらに、インタビュー自体についての情報も収集し、測定誤差を調整するための情報として利用された。

Buffington 氏のプレゼンテーションでは、先に紹介した US-MOPS の概要や今後の発展方向以外に、調査票作成過程について、興味深い経験が披露された。調査票作成に当たっては、専門家によるレビューや認知的検証、実施可能性の検証を行った。特に認知的検証について述べると、2ラウンドのインタビューを各ラウンド15人程度について実施した。この検証においては、解釈が紛らわしい文言を修正したほか、社会的に望ましいと受け取られる文言を含む選択肢が選ばれやすいことによるバイアスを調整した。例えば、「Balanced focus on targets」という文言は「Combination of targets」という中立的な文言に変更した。また、答えやすさを重視した。例えば売上見通しについて、見通しを作成していない企業もあるため、回答者の判断で答えられるようにした（「Estimates are acceptable」）。

### 5. 経済の新たな動きとマネジメント

本章で述べることは、JP-MOPSプロジェクトとして、あるいは、協力関係にあるBloomグループと必ずしも共有された問題意識ではない。筆者としても、ここに書く課題を直ぐにマネジメント調査に反映させることは必ずしも容易ではなく、調査のノウハウを蓄積した上で少しずつ取り込んでいくべきだと考える。しかし、以下に書く問題意識は重要と考えているので、今後の調査の拡充のために覚書として残しておきたい。

マネジメントは静学的な状態としてそこに存在するものではない。マネジメントによって経済はダイナミックに変化し、また、マネジメントも経済の変化に合わせて変貌する。アメリカや日本のMOPS調査のうち、①「業務管理」や②「組織構造」についての問いは、若干静学的な印象があるが、サービスの性質や提供技術等と対比させることにより、そうした業務管理や組織構造がどのような経済環境の下でどのような経済的成果を挙げている
かという動学的な動きを検証することができる。

調査票の③「データと意思決定」や④「不確実性」は、より鋭敏に経済の新しい動きを反映したものと言える。ICTの発達により大量のデータを迅速に処理することが可能になってきており、こうしたデータをどのように意思決定に活用していくかが、企業そして経済全体にとって極めて重要になっている。また、技術の進展などにより不確実性が高まる中で、マネジメントがどのように対処することが可能なのかは斬新なアプローチと言えよう。

JP-MOPS の⑤「独自項目」は、さらに踏み込んでおり、サービスの特性や市場環境、技術等に応じて、マネジメントがどのように変容し、また、どのような成果を生み出すかを調べることを企図している。また、既存サービスの組み合わせによるイノベーション（Recombination）を調べていることは、経済のプラットフォーム化によるイノベーションの活発化という新しい動きを意識している。

実は、2015年度に内閣府でマネジメントに関する予備調査を行った。そこではさらに実験的な質問項目も尋ねた。今回の JP-MOPS では、その時の回答状況を踏まえて問いの変更や取捨選択を行った。予備調査では意欲的過ぎて回答しづらかったり回答の分布が偏ったりしたものもあったが、今回の JP-MOPS ではその反省を活かして設問をかなり落とした。今後は調査のノウハウを蓄積する中で、こうした問題意識を反映した質問を追加することも考えられるのではないかと思う。

予備調査で注目したことの一つは、企業がサービスの企画・開発、物流、間接業務、専門サービスなどを、アウトソーシングすることが容易になっている可能性である。特に、近年、専門サービスを提供する方法が大きく変化しつつある。医療が最もイメージしやすいが、スマートフォンなどを使って健康状態を継続的にチェックし、自動診断ソフトで医師をあまり介さないで診断するなどの可能性が出てきている（Topol, 2011 及び 2015）。また、法務、会計、コンサルティングなどでも、サービス提供の在り方が大きく変わりつつあることが指摘されている（Susskind, 2015）。例えばコンサルティングにおいて、料金を時間当たりにして機動的に相談できるようにしたり、自社のデータを電子的に提供すれば自動的に経営診断をしてくれたり、独立のコンサルタントなどをインターネットで組織して相談を受け付けたりなどの事例が出ている。

このようにサービスを必要に応じて切り分けて提供することにより、固定費の削減と同じ効果が得られ、企業活動を柔軟に行うことができる。起業する際にも、コンサルティングを受けたり法務や会計等を処理したりすることは重要である。英エコノミスト誌が言うように、起業に必要なパーツを機動的に（オン・ディマンド）調達できるようになると、多様な企業が叢生する時代（「カンブリア紀の時」）が現出することも夢ではなかろう（The Economist, 2014 及び 2015）。

予備調査では、サービスの開発、物流、間接業務、専門サービスなどのアウトソーシン
グについての問いを設けたが、やや時代に先駆けすぎていたのか、あまり回答状況が良くなく、JP-MOPSではすべて落とすこととした。しかし、将来的に機が熟せば、こうしたことを改めて取り上げることもあり得ると考えられる。

予備調査のもう一つの注目点は、専門的人材の活用・組織化である。第3章の最後の方でその一端を紹介したように、専門的人材をどのように活用するかは組織の経済学の中心的な関心事項の一つである。予備調査においては、サービスの企画・開発や法務等の業務に必要な専門性の程度、複数分野の専門家を活用する方策（マルチ・タスク人材の育成、チーム、トランスレーター）及び専門サービスを含むアウトソーシング（上述）について調査したが、JP-MOPSでは活用方策のみとした。

実は、社会全体として専門家のあり方が変容しつつあり、これがマネジメントへ大きなインパクトを及ぼし得ると考えられる。振り返れば、20世紀は専門家の時代だったと言って良いだろう。この100年あまりの間に、知識の生産と実地への適用が特定の分野について高度な知識・技能を有する専門家によってなされるようになり、その過程で専門家集団の確立と資格の制度化が進んだ。これも医療を考えるとイメージしやすいと思うが、医学や医療技術の発達と歩調を合わせて、医療行為に高い専門性が要求されるようになり、独占的な専門家集団が形成された（Starr, 1984）。こうしたことは、教育、経営、法務、会計などの専門サービス一般に言える。

しかし、近年、専門的知識を生み出すプロセスが大きく変わりつつある。特にインターネットの発達によって専門知識を容易に収集することができるだけでなく、ネット上のコミュニティによって膨大なデータの蓄積と分析が行われ、非専門家によって新たな知見が得られるケースも出てきている（Burke,2013）。

専門サービスの提供形態が変化しつつあることは先に述べたが、専門家の独占的なサービス提供というあり方も再考を迫られている。専門サービスはその良し悪しを判断することが容易でないため、資格を有する専門家が独占的に供給することとされ、また、特に専門家組織がサービスの質を担保してきた。しかし、インターネット・オークションのような消費者の間を結ぶサービスにおいては、そのサービスの質に対する消費者のフィードバックが重要な役割を担っている。こうした事後的な評価が専門サービスの選択の参考とされる中、従来のような事前的な資格や参入規制の役割は小さいという指摘がある（Einav, et al., 2015）。

マネジメント調査としても、こうした社会的な専門家のあり方の変容が企業組織やマネジメントに与える影響を取り込んでいく必要があろう。例えば、専門的人材の育成・採用・処遇のあり方、専門家の活用形態（チームやトランスレーター等）や内外の専門家のネットワークなどについてである $ ^{17} $ 。
もう一つだけ、予備調査で注目した点を挙げておこう。それは、価格差別化である。あるサービスに強い選好を持つ人には高い価格を設定し、選好の度合に応じて価格を変化させるという差別的な価格設定は、消費者から生産者への経済的余剰の移転に過ぎないとも言えるが、規模が小さい場合にも供給が可能になるというメリットもある（それどころか、規模の拡大と差別化は相反する面もある）。これは、特に、地方でのサービス業の発展の可能性という観点から強力な武器になるのではないかと考えられる。

残念ながら、予備調査での価格差別化に関する質問は必ずしも答えやすいものではなかったようで、JP-MOPSではすべて落とした。今後の工夫で再チャレンジができればと思う。

## [コラム] 価格差別化と地方展開

ちょっと突飛な感じがするかもしれないが、価格差別化の例として、AKB48の運営について考えてみよう $ ^{18} $ 。例えば、総選挙の投票権をたくさん手に入れるために同じCDを何枚も買うという行動がみられるが、入っているのは同じ曲でその生産原価も極めて低いことを考えると、経済学的には、何枚ものCDを買うことも1枚のCDを買うことも同じことである。すると、メンバーに対する思い入れが強い人にはCDの値段が非常に高く、それほどでもない人には低くなるという差別価格とみなすことができる。選好に合わせて異なった価格を支払わせることが、AKB48の収益力の源泉だろう $ ^{19} $ 。

この価格差別化は、総選挙の投票権という仕掛けに依存している。投票権をたくさん購入するインセンティブは、自分が推しているメンバーの順位を上げることができるという期待である。しかし、投票総数が数万程度であれば個人が数百枚単位のCDを購入することにより順位に影響を与えることができようが、AKB48がメジャーになり過ぎると、個人で購入できる枚数では順位に影響を与えることができなくなる。2013年、恋するフォーチュンクッキーがYouTubeを通じてヒットした時、AKB48はこの臨界点を超えたのではないだろうか $ ^{20} $ 。YouTube自体はそもそも無料なので差別価格とは無縁だが、AKB48が極めて多数の消費者が参加する市場へ移行したことを象徴している。不特定多数を対象とする市場で価格差別化を実現することは難しいだろう $ ^{21} $ 。

しかし、AKB48の運営は、最初からそうしたジレンマへの対応を経営戦略に埋め込んでいる。大阪、名古屋、福岡などでAKBの姉妹グループが地方に派生しているのがそれである。全国では規模が大きくなり過ぎたものを、地方で中程度の規模に生まれ変わらせる
わけだ $ ^{22} $ 。このように、価格差別化が内在的に地方へ展開していくロジックを内包していることは、地方や小規模都市へのサービスの展開力という観点から注目すべきものであろう。しかも、価格差別化により、相対的に少ない需要量でもより高い企業収益が期待でき、ビジネスとして成立しやすい $ ^{23} $ 。

誤解がないように言っておくと、マネジメント調査の目的は、特定の事例について後追いの分析をして成功例の亜流を作り出すことではない。多様な環境の下での多くの企業に対する調査を通じてマネジメントのロジックを取り出すことにより、生産性の向上や地方振興への導きの糸を見つけることを期待しているのである。上記はロジックの適用例の一つに過ぎず、様々な局面で価格差別化がマネジメントにとって重要となり得る。

## 参考文献

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課題名 RFe-1101 観光客参加型食べ残しメタン発酵温泉エネツーリズムの構築のための研究

課題代表者名 多田 千佳 （東北大学農学研究科環境システム生物学分野、准教授）

研究实施期间 平成23～24年度

累計予算額 13,736 千円（うち24年度6,105千円）

本研究の

温泉、食べ残しゴミ、メタン発酵、液肥利用、エネツーリズム

キーワード

研究体制

（１）温泉熱を利用したメタン発酵システムの高効率化の検討（東北大学農学研究科）

（２）観光客参加型生ゴミ回収・処理システムの構築（東北大学農学研究科）

（３）メタン消化液の効率的な利用（東北大学農学研究科）

（４）温泉地域へのエネツーリズムのシステム評価とそれに基づいた感度分析（東北大学農学研究科）

研究協力機関

大崎市、鳴子まちづくり株式会社

## 研究概要

### 1. はじめに（研究背景等）

本研究は、持続可能な社会構築の上で、必要な環境負荷低減、個人の環境意識を変えることを目的にしている。持続可能な社会に必要な経済性発展を可能にするため、地域活性化を目的に、農村地域かつ過疎化地域の温泉地を対象に、温泉熱を利用した生ゴミのメタン発酵を行うものである。また、メタン発酵に必要な原料は、温泉旅館から排出されるものを利用する。温泉旅館などの宿泊施設から排出される生ゴミは一般家庭の3倍以上となっており、日本全体で21万トン／年が発生し、廃棄物由来CO2の約0.6%にあたる。本研究では、これらの生ゴミを観光客自らが、メタン発酵装置へ持ってくる新しいシステムを提案している。温泉熱利用と観光客参加型の原料運搬を可能にすることで、これまで困難とされていたメタン発酵の小規模化が可能になり、これにより、全国500以上の温泉地に本システムを導入することが可能になる。メタン発酵は、自然の現象を活用した最もシンプルなバイオマスエネルギー回収方法ではあるが、日本での普及は、大規模システムに限られている。本研究によって、より安価で簡便で、且つ効果的なバイオマスエネルギー回収方法を全国の温泉地に定着させ、日本からの二酸化炭素排出量の軽減、また、観光地活性化による地域の経済性の活性化、個人の環境教育が可能となり、日本独自の持続可能な社会構築に大きく貢献するものである。また、本研究では、ライフサイクルアセスメントや経済性についても、実データに基づいた評価を行い、正確な環境負荷低減について評価を行うとともに、確実に低炭素社会構築に寄与することが期待される。
## 観光客参加型メタン発酵温泉エネツーリズム

図1 研究全体の概要と４つのテーマ

### 2. 研究開発目的

本研究の目的は、温泉地域での生ゴミの資源化のために小規模のメタン発酵システムの導入を検討する。それには消費エネルギーを含む環境負荷を低減することが不可欠であり、これを①加温に必要なエネルギーを温泉の熱を利用すること、②運搬に必要なエネルギーは観光客が観光の一環として生ゴミの運搬に取り組めるようなシステム作り、および③発酵残さであるメタン消化液を積極的に利用することによって達成することを試みる。さらに、その導入から運用まで地域内で協議しながら実規模でおこない、④環境負荷や経済性をモニタリング・評価することで温泉地への小規模メタン発酵システムの導入を核とした低炭素観光（＝エネツーリズム）の確立を目指す。

### 3. 研究開発の方法

## (1) 温泉熱を利用したメタン発酵システムの高効率化の検討

温泉熱を利用したメタン発酵システムの効率化をめざし、温泉温度によるメタン発酵特性および生ゴミ回収に利用する紙袋および生ゴミの投入量や投入方法の検討を行い、生ゴミによる効率的なメタンガス回収条件を決定する。また、発酵ガスの燃焼・安全に十分配慮しつつ研究を推進する。

## (2) 観光客参加型生ゴミ回収・処理システムの構築

○旅館での食べ残し実態調査、○観光客の食べ残しに対する意識および行動調査、○観光客、旅館、周辺住民のメタン発酵に対する意識調査、○観光客参加型メタン温泉エネツーリズム協議会の設立を行い、観光客による食べ残し運搬システムの最適化を行う。

## (3) メタン消化液の効率的な利用

メタン消化液の液肥利用のために、消化液の化学的組成の分析、および、施用する土壤条件に基づき効率的に利用するための条件について栽培試験等を行って解明する。さらに、温泉地域の宿泊施設で出す野菜等に用いることで観光客に循環を理解してもらうことで、エネツーリズムの促進を図る。

## (4) 温泉地域へのエネツーリズムのシステム評価とそれに基づいた感度分析

本システムの温泉地への導入に際しての経済性評価、環境負荷について評価を行い、様々な温泉地への適用に向けて、規模や参加人数などの感度分析を行う。
## 4 ．結果及び考察

## (1) 温泉熱を利用したメタン発酵システムの高効率化の検討

温泉熱を活用した小型メタン発酵システムは、350Lの反応槽2槽を接続し、源泉温度80℃の温泉水で、目標温度である55℃への加温およびその維持が、季節を問わず可能であることが明らかになった。

また、本システムにおいて、食べ残しゴミを紙袋に詰めた状態のまま無粉砕で原料投入し、55℃、水理学的滞留時間（以後HRT）10日で運転する条件を行った。また、旅館での食べ残し実態調査結果から、1人あたりの食べ残し発生量を300g、原料のTS濃度を10%程度とした。原料3kg/日（約10人分の食べ残し量）で、メタン変換収率87%を達成した。このときのバイオガス生成量は約300Lであり、ガス灯2時間20分を点灯することが可能なガスを得ることが可能になった。また、その後、2倍の負荷量に上げて、プロジェクト終了時には、一日約600Lのバイオガスを得られるようになった。

## (2) 観光客参加型生ゴミ回収・処理システムの構築

宮城県大崎市鳴子温泉にある4ヶ所の旅館で食べ残しの実態調査を行った。旅館規模は収容人数が35人から113人の小中規模であった。その結果、一人あたりの食べ残し量は朝食と夕食を合わせて、約300g/人であることが明らかになり、その構成物の約半分はご飯であることが明らかになった。これにより、C/N比に換算すると、9.2から39.0の範囲であり、平均は20.8であった。メタン発酵に適したC/N比は15から25とされており $ ^{10} $ 、食べ残しゴミは利用可能な原料であることが明らかになった。観光客の意識調査では、アンケートの回答を20代から70代以上の各年代からバランスよく回収でき、温泉旅館で出る食事を残したことがあるか？という質問では、全体の79.3%の人が残したことがあると回答した。食べ残しゴミの望ましい処理は？という質問では、全体の53.8%が堆肥、次いで36.5%がエネルギーと回答した。本研究のメタン発酵システムの原料収集に関する質問項目である、C:食べ残しを自分で紙袋につめるか？については、全体の78.0%がつめると回答した。D:食べ残しを自分で持っていくか？については、全体の72.0%が持っていくと回答し、歩いて平均6.9分先のところまで、持っていくという回答であった。続いて、本エネツーリズムに参加者からのアンケート結果では、「またやってみたい」が91.2%とほとんどの人が答えた。また、この試みによって、エネルギーに対する関心が高まったという回答も88.2%と、これらの結果より、本エネツーリズムが、非常に環境教育効果が高いことが明らかとなった。

## (3) メタン消化液の効率的な利用

消化液に含まれる窒素、リン酸、カリウムについて分析した結果、窒素は、従来の生ゴミのものより約2倍、リン酸は少なく、カリウムは半分含まれていた。消化液の採取日ごとに要素に大きな変動はなく安定して液肥として利用可能であると考えられた。また、試験当初の消化液では、メタン発酵の良好な発酵のために利用していたpH調整剤によるEC（電気伝導度）が高くなり、水耕栽培への直接利用では、コマツナ栽培に悪影響があった。しかし、施設圃場における栽培試験では、希釈による利用で阻害はなくなった。さらに、メタン発酵における運転条件を変更し、pH調整剤を使用しなくなったことで、ECが格段に改善し、EC 6 mS/cmとなった。これにより、通常の土壌施用であれば、中程度以上の塩耐性を持つ作物栽培に利用可能であることが示唆された。

## (4) 温泉地域へのエネツーリズムのシステム評価とそれに基づいた感度分析

本システムの環境負荷は、初期投資に年間4.53GJ/年（15年償却），運転に年間2.24GJ/年のエネルギー消費があり、温室効果ガス発生は0.692tCO2/年になった。しかし、メタンガス利用-3.8GJ/year，消化液の利用-6.59GJ/year，食べ残し利用-1.41GJ/yearとなり、温泉熱によるボイラー代替効果-1290GJ/yearを合わせると、温泉メタン発酵では、エネルギー生産等が大幅に上回り、環境負荷削減効果が高いことが明らかになった。

次に、このシステムを鳴子温泉郷に分散的に69台導入した場合と、それ全体相当の大規模システム1台を導入した場合の環境影響評価および経済性を比較した結果、ゴミ1トンあたりの処理コストが、温泉メタン発酵の方が、従来法に比較して約3万円/ton安価であることが明らかになった。また、温室効果ガス発生量も従来法では、41.1tCO2/year排出されるのに対し、温泉メタン発酵では、温室効果ガスは-2.50 tCO2/yearと削減することが明らかになった。
## 5 ．本研究により得られた主な成果

## （1） 科学的意義

## （１）温泉熱を利用したメタン発酵システムの高効率化の検討

温泉熱を用いた小型メタン発酵において、原料粉砕なし、間欠原料投入という条件でも、収率80％以上のメタン転換効率を得られることが明らかになった。また、pH調整剤を使用しなくても、運転方法を工夫することで、pH低下がなく、良好な発酵が行うことが実証された。

## （２）観光客参加型生ゴミ回収・処理システムの構築

エネツーリズムの参加者の約90％が、本システムに賛成、また、またやってみたいと回答があり、エネツーリズムが、今後、ツーリズムとして導入され、定着する可能性が高いことが示唆された。また、このような回答は、日本人だけでなく、外国人においても同様の結果であったことから、国内外のツアーとして活用が可能であると言える。また、エネルギーに対する関心が高まったという回答も高く、本システムが、環境教育効果が高いことが示唆された。

## （３）メタン消化液の効率的な利用

食べ残し由来のメタン消化液を化学分析と栽培試験をおこなうことで、メタン消化液の利用性に関して注目すべき点について整理がなされた。メタン消化液の肥料性は化学肥料等と重量ベースでは高いとは言えないが、地域で適切に利用することによって、環境負荷を低減することが可能であると考えられた。

## (4) 温泉地域へのエネツーリズムのシステム評価とそれに基づいた感度分析

これまで、温泉熱を利用したメタン発酵そのものの例がないため、それを設置しその実測データに基づいて環境負荷を評価したことにより、今後はこの試算に基づいて新たに環境負荷を試算できることから学術的には意義深い。この技術を地域に適用した場合の環境負荷および経済性についてのデータを収集して試算をおこなったことも重要である。温泉メタン発酵システムが分散型エネルギー生産システム、且つ、廃棄物処理システムとして、大規模システムに比較して、メリットがあることも試算から新たに見出された。

## （２）環境政策への貢献

## ＜行政が既に活用した成果＞

なし

## ＜行政が活用することが見込まれる成果＞

本システムは、第4次環境計画のキーワードに入っている「自然共生」、「低炭素」、「循環」「安全」、「環境教育」「参画・協働」に貢献するシステムである。具体的には、温泉利用が「自然共生」、システム全体で実現可能な消費エネルギー・温室効果排出削減は「低炭素」、食べ残しのエネルギー化と液肥利用による作物栽培が、「循環」「安全」に、エネツーリズムによって、「環境教育」、地域住民、観光客の「参画・協働」につながる。

日本国内に、本システムを導入可能と考えられる源泉は、源泉温度42℃以上の全国13860カ所源泉である。これらの場所に、同システムを導入した場合には、低く見積もって200 tCO₂/yearの削減の可能性がある。また、個人とバイオマスエネルギー、資源循環型システムを体験を通して直結させる環境教育効果、また、ツアーとして観光地の集客等による地域経済活性化も見込める。

上記を踏まえ、環境政策提言として、① 温泉地における分散型小型メタンシステムの導入推進 ② 環境技術を核としたエネツーリズムの推進が求められる。

### 6 ．研究成果の主な発表状況（別添.作成要領参照）

## （１）主な誌上発表

## ＜論文（査読あり）＞

(1) “Investigation and basic research of a small-scale methane fermentation system using heat from a hot spring” Takashi SUZUKI, Ryosuke TAJIMA, Chika TADA, Journal of the Japan Institute
く査読付論文に準ずる成果発表＞（「持続可能な社会・政策研究分野」の課題のみ記載可。）

(1) Environmental Impacts and Cost of Methane Fermentation System Using Hot Springs. Ryosuke TAJIMA, Takashi SUZUKI, Chika TADA, JIFS (Journal of Integrated Field Science), vol. 10, in press

## （２）主な口頭発表（学会等）

1）鈴木崇司、田島亮介、多田千佳，第7回日本バイオマス科学会議（2012.1）

「温泉熱を利用した小規模メタン発酵システムの開発」

2）田島亮介、鈴木崇司、多田千佳，第7回日本LCA学会（2012.3）

「温泉熱を利用した小規模メタン発酵システム導入の環境影響評価」

3) 鈴木崇司、田島亮介、多田千佳，第48回日本水環境学会（2012.3）

「観光客参加型食べ残し温泉メタン発酵の導入のための研究」

4）鈴木崇司、田島亮介、多田千佳，第21回日本エネルギー学会（2012.8）

「ロバスト設計を目指した温泉熱利用型小規模メタン発酵システムの開発」

5）鈴木崇司、田島亮介、多田千佳，農業環境工学関連学会2012年合同大会（2012.9）

「メタン発酵温泉エネツーリズムの構築」

6）鈴木崇司、田島亮介、多田千佳，第11回日本畜産環境学会(2012.9)

「温泉熱を利用したメタン発酵の開発と畜産業への展開」

7) Suzuki T, Tajima R, and Tada C. Development of a small-scale methane fermentation system using heat from a hot spring. The World Resources Forum (WRF) conference 2012（ポスター）8) Tada C. Construction of “enetourism” which tourist bring leftover food to methane fermentation using hot spring. U.S. National Academy of Engineering Engineering Academy of Japan, 2012 Japan-America Frontiers of Engineering Symposium, October 29-31, 2012, Irvine, California http://www.naefrontiers.org/Symposia/JAFOE/32546/2012JAFOE.aspx

http://www.naefrontiers.org/File.aspx?id=36919

9) 鈴木崇司、田島亮介、多田千佳 第8回バイオマス科学会議、(2013/1/9,10)広島

「メタン発酵温泉エネツーリズムの実証試験」

10) Tada, C., Suzuki, T., Tajima, R. Experience tourism, “enetourism”, producing biomass energy using food garbage at a hot-springs resort, Water and Environment Technology Conference 2013, 2013. 6. Tokyo,

11) Suzuki T, Tajima R, and Tada C., Pilot test of a methane fermentation system using heat from a hot spring, 13 $ ^{th} $ World Congress on Anaerobic Digestion, 2013. 6, Santiago de Compostela, Spain (Poster)

### 7. 研究者略壓

課題代表者：多田千佳

東北大学農学部卒業、東北大学大学院農学研究科修士修了、筑波大学農学研究科応用生物化学系博士修了、農学博士、現在東北大学大学院農学研究科環境システム生物学分野准教授

研究参画者 ※研究参画者とは応募申請書に記載された研究者、または、研究体制変更理由書により環境省から承認された研究者を指す。

（1）: 多田 千佳 （同上）

（2）: 田島 亮介

北海道大学農学部卒業、東京大学大学院農学生命化学研究科博士課程修了、農学博士、現在、東北大学大学院農学研究科栽培植物環境科学分野 助教
## RFe-1101 観光客参加型食べ残しメタン発酵温泉エネツーリズムの構築のための研究

## （１）温泉熱を利用したメタン発酵システムの高効率化の検討

東北大學農學研究科 多田千佳

平成23(開始年度)～24年度累計予算額：12,803 千円

（うち、平成24年度予算額：5,917千円）

予算額は、間接経費を含む。

[要旨]

温泉熱を利用したメタン発酵システムの効率化をめざし、温泉温度によるメタン発酵特性および生ゴミ回収に利用する紙袋および生ゴミの投入量や投入方法の検討を行い、生ゴミによる効率的なメタンガス回収条件を決定した。さらに、通常のメタン発酵施設に設置される原料槽、粉砕機、攪拌機や温度調整等の各種制御機器を削除した低コストで省エネルギーの新しい小規模メタン発酵システムを構築し、高効率での運転を実現した。

アンケート結果から、観光客の関心は高く、約9割の方がまたやってみたいと考えており、この取り組みについて賛成であると回答した。エネルギーに対する関心が高まったという回答も多く、本システムにおける環境教育効果が高く、観光や地域振興にも十分役立てられると考えられる。

### 1. はじめに

宿泊施設で排出されるような水分を多く含んだ生ゴミ廃棄物の有効な活用方法としてメタン発酵があるが、加温に必要なエネルギーと原料の運搬に必要なエネルギーが大きく、発酵残差を下水処理した場合はさらなるエネルギーが必要となる。そのため、消費エネルギーに見合うエネルギー生産を行うためには、施設を大規模化して効率を高めたシステムが必要となる。しかし、温泉地などの宿泊施設は中山間地域に多く存在しており、生ごみ廃棄物を大規模かつ効率よく収集することは非常に困難である。そのため、このような地域においても経済的、エネルギー効率的に成立する廃棄物の有効活用が求められている。

## 2 ．研究開発目的

発酵槽の加温に温泉の熱を利用した低コストで省エネルギーな小規模メタン発酵システムの開発を行った。具体的には、温泉温度によるメタン発酵特性および生ゴミ回収に利用する紙袋および生ゴミの投入量や投入方法の検討を行い、生ゴミによる効率的なメタンガス回収条件を決定した。さらには、温泉地に実証装置を設置し、観光客に持参してもらった食べ残しゴミを利用した実運転試験を行った。

旅館での食べ残し実態調査、観光客の食べ残しに対する意識調査、およびエネツーリズム参加者の意識調査を行った。さらに、観光客参加型メタン温泉エネツーリズム協議会の設立を行い、観光客による食べ残し運搬システムの最適化を行った。

## 3 ．研究開発方法
## （１）生ゴミ運搬容器の検討

生分解性プラスチックには、パルグリーンLC(三井化学東セロ株式会社)，ビオノーレ3001(昭和電工株式会社)，PLA生分解性袋(株式会社 ホリックス)、マタービー(ケミテック（株）)の4つを用いた。これらを3cm×3cmの大きさに切った。100ml容フラスコに80m1のメタン種污泥を入れ、切った生分解性プラスチックを液内に吊した。培養を55℃で行い、1週間後、2週間後、1ヶ月後の分解を観察した。

## （２）発酵槽の模型試験

装置は、1.9L容の容器2個を連結させた全容積3.8Lの2槽式発酵槽を用いた。表(1)-1に処理条件を示す。原料は、紙袋約1.2gに白米約6g（全水量あたりの容積負荷で約4.8kg・m^{-3}・d^{-1}）を詰めて第1槽から1日1回投入した。装置は約55℃で保温し、第2槽あたりの水理学的滞留時間（HRT）を20日、10日、5日に設定して消化液を引き抜き、同量の水を第1槽から加えて運転を行った。発生したバイオガスはガスバックで回収し、シリンジを用いてガス量を計測した。ガス組成（H_{2}、CH_{4}、CO_{2}）は、ガスクロマトグラフ（GC-8A、SHIMADZU社製）を用いて分析した。

表(1)-1模型実験の反応槽および実験条件□

模型反应槽☐	第1槽☐☐	1.9☐
第2槽☐☐	1.9☐
全容量(L)☐	3.8☐
溶液量(L)☐	1.5☐
实验条件☐	原料☐	紙袋☐☐2☐☐米☐☐☐0☐R☐☐
投入量☐	1☐☐/日☐☐
搅拌回数☐	1☐☐/日☐☐
培养温度(℃)☐	55☐
溶液排出量(ml)☐	<nl>

## （３）実証試験用システムの設置及び温度調整

実施試験用システムは、350Lの反応槽2槽を接続し、温泉水での加温が可能で、且つ、保温性を高めたものにするシステムを構築した。

さらに、それを温泉水を用いて、実際に外での加温状況を確かめた。外気、温泉水の流入水、温泉水流出水、外気変動によるタンク内温度をモニタリングし、適切な温度管理のための流量調整を行えるような基礎データを採取した。

## （４）実規模システムによる実験

初年度実施した模型試験を用いた最適条件結果を踏まえ、本システムでの運転条件は食べ残しゴミを紙袋に詰めた状態のまま無粉砕で原料を投入し、55℃で10日間発酵させる条件とした。また、初年度実施した旅館での食べ残し実態調査の結果から、1人あたりの食べ残し発生量を300g、
原料のTS濃度を10%程度として実証試験装置を設計した。実証試験装置のフローを図(1)-1に示す。発酵槽はステンレス製のタンクを用いた2槽式で総容積は700Lとし、原料槽を設けずに原料は第1槽に直接投入した。原料は本プロジェクトに協力頂いた旅館に宿泊して興味を持った観光客に自分の食べ残しを紙袋に入れて持参してもらった。観光客による原料の投入がない場合は、宿から収集した食べ残しゴミを同様に紙袋に詰めて投入した。攪拌は動力を用いずに原料を投入した観光客に手動で第1槽のみ攪拌をしてもらった。発酵後の消化液は第2槽上部から越流して貯留槽に移動する構造とした。発生したバイオガスは脱硫塔で腐食性のある硫化水素を除去した後にガス貯留槽で一時貯留し、ガス灯で利用した。また、原料投入時の臭気の拡散を防止するために脱臭塔を設置した。

発酵槽の外側にシリコンチューブを巻き付け、内部に温泉水を流して55℃になるように流量を調整した(写真(1)-1)。今回用いた源泉は装置を設置した位置よりも5m程度高い場所にあるため、動力を使うことなく温泉水を供給可能にした(図(1)-2)。

（）は有効容積

図(1)-1. 実証試験装置のフロー

写真 $ (1) $ -1\. 発酵槽

図(1)-2. 装置の加温方法

実証試験の運転条件を表(1)-2に示す。実証試験は、昨年度実施した温度等の基礎データを測定
した後、人工原料により立ち上げ（RUN1）を行い、食べ残しゴミによる運転を開始した。RUN2では食べ残しゴミの量を徐々に増加させた運転を行い、RUN3ではCOD負荷量を高めた一定運転を行った。その後、RUN4で立ち上げや負荷の影響を考慮し、HRTを長くした低負荷運転でVFAの消費を行い、RUN5からRUN6で再び負荷を高めた運転を行った。

実証試験は、試運転期間を含めて約1年間行った。各種温度はデータロガー、発生したバイオガス量はマスフローメーターを用いて計測した。ガス組成（ $ H_{2} $ 、 $ CH_{4} $ 、 $ CO_{2} $ ）はガスクロマトグラフ、VFAは高速液体クロマトグラフィーを用いて分析した。

表(1)-2. 実証試験の運転条件

内容	日数(日間)	原料	COD負荷量(kg/m³·d)	HRT(d)
RUN 1	立ち上げ	79	酢酸ナトリウムグルコース	3.2	10
RUN 2	原料の切り替え	44	食べ残しゴミ	1.2 - 2.4	10
RUN 3	負荷増加	47	食べ残しゴミ	3.6	10
RUN 4	蓄積VFAの消費	33	食べ残しゴミ	1.6	25
RUN 5	再試験	32	食べ残しゴミ	1.6	10
RUN 6	負荷増加	33	食べ残しゴミ	3.2	10

## 4 ．結果及び考察

## (1) 生ゴミ運搬容器の検討

今回使用した生分解性プラスチックは、すでに市販されているものであったが、1ヶ月を経過しても、明らかに形がなくなるものは見いだせなかった。これらの生分解性プラスチックは、コンポスト化などの好気性分解で、1ヶ月程度での分解を目標に作られているために、本研究で目的とする1週間程度の分解には適さないことが明らかとなった。よって、生分解性プラスチックの代替として、紙袋を使用することにした。

## （２）実証試験用システムの設置及び温度調整

図(1)-3に、単位容積あたりのメタンガス積算量、表(1)-3に、模型試験の結果を示した。なお、立ち上がりの状況を考慮して表(1)-5のデータの集計には最大値の80%到達後の値を用いて評価した。HRT5日の立ち上がりは低く、Hydrolic retention time(以下、HRT)10日と20日では大きな差はなかった。5
日目の段階での容積あたりの積算量は、HRT10日がHRT5日の約4.5倍高かった。10日目の段階では、約2.8倍とその差が縮まったものの、HRT5日が一番低いガス発生量であった。4日目以降はHRT10日とHRT20日の差が開き始め、10日目の段階でHRT10日が約1.4倍高くなった。

バイオガスの日発生量で示すと、HRT20日で1.9±0.36L/d（変動率18.9%）、HRT10日で2.8±0.25L/d（変動率8.9%）、HRT5日で1.6±0.55L/d（変動率35.2%）であった。最もガス発生量が多かったのは、HRT10日であり、HRT5日は最も発生量が低く安定性もなかった。メタン濃度は、HRT20日で46±1.7%（変動率3.6%）、HRT10日で50±1.2%（変動率2.3%）、HRT5日で42±6.7%（変動率15.9%）であった。炭水化物を原料としたメタン発酵での濃度は約50% $ ^{[11]} $ と報告されているため、HRT5日の場合以外は近い値を安定的に示していた。

メタン発酵では、COD1gあたり理論的に0.35Lのメタンが発生する。模型試験でのガス発生量とメタン濃度から、投入原料あたり（約2.5g）のメタン収率を算出すると、HRT20日で219±41%（変動率18.3%）、HRT10日で322±29%（変動率9.0%）、HRT5日で180±63%（変動率40.3%）であった。この結果は污泥由来のガス発生量を含んでいるため100%を超えているが、HRT10日が最も高く、HRT20日の1.5倍、HRT5日の1.8倍の収率であった。

今回検討しているメタン発酵装置は2槽式であり、第1槽は投入する原料の変動を緩衝し、均一化させた状態で第2槽へ液を導入することを想定している。そのため、消化液の引き抜き時に第1槽から第2槽への液の移動が起こり、原料を投入した後の攪拌以外は液の大きな流動はほとんどない。さらに、投入した原料の粉砕をしていないため、固形分の加水分解時間に影響が出たと考えられる。また、メタン生成菌世代時間の3倍以上の滞留時間（安全係数3）を確保しようとすると、中温では6日（世代時間2日×3倍）以上、高温では4日（世代時間1.3日×3倍）以上が必要 $ ^{12)} $ といわれている。HRT20日では液の流動が小さいことが影響し、HRT5日では大きすぎるうえメタン生成菌の流失も考えられる。以上の模型試験の結果から、最も適したHRTは10日前後であると明らかになった。

図(1)-3単位容積あたりのメタンガス積算量
表(1)-3模型実験による実験結果☐

HRT☐☐	メタン濃度☐☐	ガス生産量☐☐	メタン収率*2☐☐
(%)	☐☐	CV (%) *1☐☐	(L/日)	☐☐	CV (%)
5日☐☐	42±1.7☐☐	15.9☐☐	1.6±0.55☐☐	35.2☐☐	180±63☐☐	40.3☐☐
10日☐☐	50±1.2☐☐	2.3☐☐	2.8±0.25☐☐	8.9☐☐	322±29☐☐	9.0☐☐
20日☐☐	46±1.7☐☐	3.6☐☐	1.9±0.36☐☐	18.9☐☐	219±41☐☐	18.3☐☐

$ ^{*} $ 1:□□劭係数□

*2☐タン収率:☐投入原料CODあたりのメタン収率☐

## （３）実証試験装置の想定

模型試験の結果から、容積あたりのメタンガス日発生量は0.93 L/(L・d)であった。小型メタン発酵装置を0.7 tの装置（有効容積0.5t）で行う場合、1日のメタンガス発生量は約470 L/d得られる。メタンガスの熱量は約25MJ/m³-CH₄であるので、1日あたりの熱量は約2800 kcal/dになる。本研究ではメタン発酵によって得られたメタンガスはガス灯で利用する。ガス灯の必要熱量が1400 kcal/hの物を使用した場合、模型試験と同等の負荷量で運転した場合は約2時間の点灯が可能である。

メタン発酵での最大COD負荷は20 g/L $ ^{13)} $ といわれており、今回模型試験で投入した原料の負荷量はその12分の1程度であった。また、効率良い発酵を行うにはTS濃度を10%程度 $ ^{13)} $ にすることが望ましいといわれているため、TS濃度を基準に考慮した場合、模型試験での負荷量は3倍程度まで高めることが可能であった。そのため、小型メタン発酵装置においても3倍程度負荷を高めれば、メタンガスの日発生量は約1.4 m³が見込め、ガス灯は1日6時間程度の点灯が可能になる。夕方から夜中まで点灯させることを考慮した場合、十分な時間であると考えられる。

実際の食べ残しでは表(1)-2に示すように、ごはん等の炭水化物以外にもタンパク質や脂質が含まれるため、さらなるガス発生量やメタン濃度の向上が期待できる。また、1人あたり約300 gの食べ残し量であることから、小型メタン発酵装置（容積0.7 t）では、20から30人分程度の処理が可能である。

## （４）実証試験用システムの設置及び温度調整

実証試験用システムの構築を行った。また、源泉の流量調整を行い、反応槽内の液体の温度を55℃±10℃で安定することを明らかにした。

## （５）季節変化に伴う実証リアクターの運転状況

各運転期間における温度の結果を表(1)-4および図(1)-3に示す。源泉の温度は85℃前後で安定しており、発酵槽の温度は外気温の影響を受けずに53℃前後であった。発酵槽の温度は日内で3～6℃変動しており、試験期間中では最大約30℃変動した。

真冬の氷点下の気温から夏場の30℃以上の気温条件でも温泉水の流量調整だけで比較的安定した発酵温度を維持できることが明らかになった。
表(1)-4. 各種溫度結果

各種溫度	RUN1	RUN2	RUN3	RUN4	RUN5	RUN6
源泉溫度	(℃)	85.7±1.5	85.7±0.7	85.3±1.0	83.6±2.2	80.2±3.6
外気溫	(℃)	16.2±3.6	24.6±3.4	26.4±3.3	16.9±2.7	8.9±2.0
第1槽溫度	(℃)	52.6±1.5	53.4±1.1	53.9±1.7	52.5±1.9	53.3±1.1
日内の溫度差	(℃)	5.1	3.8	5.5	6.0	3.7
第2槽溫度	(℃)	53.0±1.0	53.8±1.1	56.8±0.9	54.0±1.6	53.0±1.6
日内の溫度差	(℃)	3.0	3.6	3.3	5.6	5.0

図1-3. 発酵槽温度と源泉温度の変化

VFAの結果を表(1)-5に示す。立ち上げ時の原料に酢酸ナトリウムを用いたことや原料を食べ残しゴミに切り替えた影響から、RUN2において高いVFAの蓄積が見られた。しかし、RUN4で負荷を低下させた運転を行ってからは酢酸と酪酸については大幅に減少した。プロピオン酸はRUN4でも低下させることができなかったが、RUN5で第2槽液を第1槽に1日1回1割の液を返送する運転方法に変更したことで改善が可能であった。RUN5以降では大きなVFAの蓄積は見られず、問題なく運転ができることが明らかになった。本システムでは、攪拌は原料を投入した観光客に行ってもらう設計のため、攪拌が不十分であり、液を返送することで槽内が攪拌されてVFAの消費が促されたと考えられる。また、消化液中には大きな固形分は見られず、原料の粉砕を行わなくても十分な処理が