「じゃあ、肉体労働して水田でエネルギー作物つくりゃいいじゃないか」と考えているそこのあなた、そんな無責任なこと言うもんじゃありませんよ。
そんなこと言うんなら自分でまずどうぞ。
機械化以前・化学薬品導入以前の日本の農家（というより、モンスーンアジア北東部の水田稲作農家）では、激しい肉体労働によって生産力を維持していました。
代掻き・田植え・草むしり・（害虫除けの）油差し・稲刈り・天日干し・籾摺り（もみすり）．．．
延々と労働作業は続きます。
籾摺り後、出荷するときも人が俵を背負うことが珍しくなかったのです。
（女性が）俵を三俵背負えないと嫁にいけない、と本当に言われていたのです。
ちなみに、当時の（150年以上前の）日本人女性の平均身長は150cm未満だったんですよ。体重なんて45kgを下回っていたはず。そういう人間が180kg近いものを背負っていたんですよ。
そういう類の労働に耐えられないと、「機械を使わずに人手だけでエネルギー作物を生産する社会」には近づけません。だから私のここでの議論は「機械化」を前提にしています。
こう見てくると、農薬にせよ、化学肥料にせよ、農業機械にせよ、トラック等の自動車にせよ、すべて直接間接に化石燃料の投入を意味していて、その化石燃料の投入が人間が農業生産するためにどれほど大きな役割を果たしているか、よく分かりますね。
逆に言うと、「化石燃料の減退」は即「（頭数を減らさずに）人間が生き延びられるかどうかの瀬戸際」を意味するということです。今日明日どうのというわけではありませんが、長期的にはそういうことです。
「たくさんの人が（全世界で数十億人単位で）死んでも構わない」というのなら、話は別ですが。
さらに補足を続けます。
#382で、私は「田植え」というプロセスを書きませんでした。
これは意図的に書かなかったものです。
エネルギー作物を栽培するのにそんなにエネルギー使ってられないはずだ、という問題意識がそうさせています。
田植え機動かすのと動かさないのと、エネルギー収支どっちが良いかは自明です。
田植えをすることにより、水田での栽培期間を短縮することはできます。
水田を年２回・３回と繰り返し使えれば、単位面積あたりの収穫量＝エネルギー生産量もそれにつれて増えます。
しかし、２回・３回と繰り返し田植えを行い、２回・３回と繰り返し施肥・農薬散布・収穫を行うことも意味します。
単位面積あたりの生産量は増えても、エネルギー収支は田植えをしない場合に比べて悪化する」というのが私の判断です。
もちろん、人間が肉体労働をすることによって田植えしたり施肥したり収穫したりするのなら、話は別ですよ。「人間が楽をするために機械化農業を行う」ことを前提した議論です。
では平地で水稲栽培をするという前提で、日本国内でどう展開できるか？
北海道、秋田県、山形県、宮城県、、福島県、新潟県、富山県、石川県、福井県、鳥取県、島根県
このあたりの地域だと、冬場の長さ、積雪などを考慮し、年１回収穫でしょうか？
そうとも言えませんね。
前提がもう一つ考えられなければいけません。
「米が実るまで育つのを待つのか？ それとも穂をつける前に刈り取るのか？」
この疑問に答えることです。
今考えているのは「液体燃料をどうやって確保するか？」ということです。
食糧ではありません。もちろん「食糧供給に支障をきたさないようにする」という前提はあります。
もしも、「米が実るまで育つのを待つ」前提なら、上記の地域では年１回収穫ですね。
「穂を付ける前に刈り取る」のなら、３カ月で刈り取れますから、品種改良次第では上記地域でも年２回収穫できますね。
それ以外のより暖かい地域なら、もっと収穫できる可能性があります。
水稲栽培によってセルロース系エタノールを国産しよう、というアイデアの提唱者は、休耕田の利用を想定しているようです。
私はこの休耕田の利用は平地に限定すべきだと考えています。山村はセルロース系エタノール製造には不向きだと考えているのです。これは水稲を原料とする場合に限らず、例えば三井造船が岡山県で試みているような、「森林から採れるバイオマス＝木材や葉・枝など」を原料とするケースにも当てはまると考えています。
山村でやろうとすると、
・交通の便が悪いので、工場資材の搬入にも、農薬や肥料の搬入にも、製品の出荷にも、エネルギーの投入量が平地より多くなる
・作物栽培可能な土地が狭いので大量生産できない
・作物栽培地の高低差が大きく、地形も複雑なので、「収穫」および「収穫した原料の工場への搬送」において、エネルギーの投入量が平地より多くなる
この３つが障害になるだろうと私は考えています。
エネルギー産業はできるだけエネルギー投入を減らし、投入量に対する生産量の比率を上げなければいけません。そのためには山村は平地より不向きです。
ここでは平地でのエネルギー作物栽培を考えることにします。
水稲栽培で得たバイオマスからエタノールを製造する、という前提で最初のプランを考えます。
(1) 準備段階
(1-1) セルロース系エタノール製造技術を確立する
(1-2) エタノール製造用水稲品種を開発する
(1-3) 荒れた休耕田のうち、再整備する場所と放置し続ける場所を選択する
(1-4) 再整備すると選択した休耕田を再整備する
(1-5) エタノール製造工場の立地を検討する
(1-6) エタノール製造工場を建設する
(2) 実施段階
(2-1) 水田で水稲を栽培する： 播種 → 施肥＆農薬散布 → 収穫
(2-2) 収穫した水稲の茎／葉部分を工場へ搬送する
(2-3) 工場でバイオマスを加工し、エタノールを製造する
(2-4) 製造されたエタノールを都市などの消費地へ搬送する
とりあえずはこういうことですね。
もう少し細かく補足しましょう。
水田は狭い範囲に集中して存在するわけではありません。日本各地に散在しています。農村地帯に広く存在しています。
水田の面積には、山村の棚田も含まれています。
山村は過疎化が進行していて休耕田がかなりあるはずです。では、そういう休耕田をエタノール原料栽培に供することができるでしょうか？
こういう問題は、エネルギー収支という概念を理解していれば、割と簡単に考えられます。
まず、「イネイネ・日本 プロジェクト」と同じ発想の「水稲栽培＋セルロース系エタノール製造」プランについて考えましょう。
水稲栽培には素晴らしい利点があります。「土壌が瘠せにくい」ということです。
正確な名前は忘れてしまいましたが（多分アゾトバクターとクロストリジウムですが確実な記憶ではありません）、水田には土壌の浅い部分と深い部分とにそれぞれ優勢な微生物がいて、それらが空中窒素固定をするのだそうです。
マメ科植物の根粒細菌と同じ機能を土壌中の微生物がしてくれるのだそうです。
水の底にあるわずかな空気中の窒素を固定してるんでしょうね。
もっとも、水稲栽培に施肥が不要だと言いたいわけではありません。施肥は行われています。
これは推測ですが、現在の高生産性農業では、「自然の力による施肥」だけでは不十分なのではないかと思います。
そのほかに水田には素晴らしい機能があります。
水田は人工的な池です。上流から流れてくる水を蓄えます。そして農閑期にその水を抜きます。これを定期的に行う人工的な池です。
常に新しい水を蓄える。これは土壌を悪化させにくくします。
河川水はほんの僅かですが塩類を含んでいます。山の土壌成分をほんの僅か含んでいるわけです。
そういう塩類を含んだ新たな水を人工の池に定期的に入れるということは、定期的に塩類を補給していることになります。
しかも、塩類を過剰に土壌にため込むことはありません。塩害になるほど多量に塩類が蓄積される前に土壌を覆っている水にその塩類が溶け込み、定期的に（農閑期に）水田から水が抜かれることにより、過剰な塩類の蓄積が防止されます。
この機能は、アスワンハイダムが建設される前のナイル河の機能と同じですね。ナイル河は毎年１回洪水を起こしていました。その水が栄養塩類を上流から補給し、かつ土壌に過剰に蓄積された塩類は洗い流してくれていたわけです。
アスワンハイダムが建設されてからは、洪水は発生しなくなりましたが、その代わりに、エジプトの農地では施肥が必要となりまた塩害が発生するようになりました。
水田は塩類の土壌中濃度を適度な範囲に調節してくれるのです。
自然の力を巧妙に利用して、窒素肥料を自分で施肥し、かつ塩類量を自分で調節してくれる。水稲栽培は他の穀物栽培とは全く違って優れています。
持続性において、極めて優れているのです。
シロアリの腸内にいる微生物を研究している人達がいることは #285 で扱いました。
http://ameblo.jp/mattmicky1/entry-10027302995.html#cbox
この記述は不正確でした。
「シロアリの遺伝子」
ではありませんね。
「シロアリの腸内にいる微生物のゲノム」
と表現すべきでしたね。
シロアリ研究はアメリカのエネルギー省も進めています。
http://www.jgi.doe.gov/News/news_11_21_07.html
シロアリ腸内の微生物のうち２種類（フィブロバクターとトレポネーマ）のゲノムが解析されたというわけです。
ゲノムからどのように生化学反応が連鎖するかが解析されれば、セルロース．ヘミセルロースからどのようにブドウ糖・五炭糖が合成されるかわかるわけですね。
一つ私の目を引いたのは、３段落目と５段落目です。
"Termites can digest a frightening amount of wood in a very short time, as anyone who has had termites in their house is painfully aware."
「家にシロアリが出た人の誰もが痛感するように、シロアリはごく短期間で恐るべき量の木材を消化できる」
"The mandibles of the insect chomp the wood into bits, but the real work is conducted in the dark recesses of the belly, where the enzymatic juices exuded by microbes attack and deconstruct the cellulose and hemicellulose, which, along with lignin, are the basic building blocks of wood."
「シロアリの下顎で木材は噛み砕かれ粉々になるが、本当の作業はシロアリの腸の奥底で行われている。微生物が分泌した酵素液は、セルロースとヘミセルロースを分解するが、これらは、リグニンとともに木の基本構成要素である」
シロアリは木質を小さく砕くことができるんですね。これは良いことを知りました。
セルロース系エタノール製造工程には４段階あると以前述べました。
(1) 前処理 ．．． 植物から繊維質を剥がし取り、さらに繊維質からリグニンを剥がし取る。
(2) 加水分解 ．．． セルロース高分子を、一つ一つの糖分子に分解する
(3) 発酵 ．．． 糖分子を酵母によってエタノール発酵させる
(4) 蒸留/脱水 ．．． エタノール水溶液から水分を取り除く
このうち、(1)は今のところ硫酸を使っています。
化石燃料を大量に投入する理由の一つになっているわけです。
シロアリが顎の力でガリガリ木質を細かく砕いてしまい、体内の微生物を使ってリグニンを剥がしてくれるのなら、研究開発の中心に現在なっている加水分解と発酵以外にもシロアリの研究はセルロース系エタノール研究開発に大きく貢献する可能性がありますね。
http://ameblo.jp/mattmicky1/entry-10027302995.html#cbox
この記述は不正確でした。
「シロアリの遺伝子」
ではありませんね。
「シロアリの腸内にいる微生物のゲノム」
と表現すべきでしたね。
シロアリ研究はアメリカのエネルギー省も進めています。
http://www.jgi.doe.gov/News/news_11_21_07.html
シロアリ腸内の微生物のうち２種類（フィブロバクターとトレポネーマ）のゲノムが解析されたというわけです。
ゲノムからどのように生化学反応が連鎖するかが解析されれば、セルロース．ヘミセルロースからどのようにブドウ糖・五炭糖が合成されるかわかるわけですね。
一つ私の目を引いたのは、３段落目と５段落目です。
"Termites can digest a frightening amount of wood in a very short time, as anyone who has had termites in their house is painfully aware."
「家にシロアリが出た人の誰もが痛感するように、シロアリはごく短期間で恐るべき量の木材を消化できる」
"The mandibles of the insect chomp the wood into bits, but the real work is conducted in the dark recesses of the belly, where the enzymatic juices exuded by microbes attack and deconstruct the cellulose and hemicellulose, which, along with lignin, are the basic building blocks of wood."
「シロアリの下顎で木材は噛み砕かれ粉々になるが、本当の作業はシロアリの腸の奥底で行われている。微生物が分泌した酵素液は、セルロースとヘミセルロースを分解するが、これらは、リグニンとともに木の基本構成要素である」
シロアリは木質を小さく砕くことができるんですね。これは良いことを知りました。
セルロース系エタノール製造工程には４段階あると以前述べました。
(1) 前処理 ．．． 植物から繊維質を剥がし取り、さらに繊維質からリグニンを剥がし取る。
(2) 加水分解 ．．． セルロース高分子を、一つ一つの糖分子に分解する
(3) 発酵 ．．． 糖分子を酵母によってエタノール発酵させる
(4) 蒸留/脱水 ．．． エタノール水溶液から水分を取り除く
このうち、(1)は今のところ硫酸を使っています。
化石燃料を大量に投入する理由の一つになっているわけです。
シロアリが顎の力でガリガリ木質を細かく砕いてしまい、体内の微生物を使ってリグニンを剥がしてくれるのなら、研究開発の中心に現在なっている加水分解と発酵以外にもシロアリの研究はセルロース系エタノール研究開発に大きく貢献する可能性がありますね。
gariさんから#346において何本かご意見をいただきました。
・休耕田で水稲栽培する
・その水稲からエタノールを製造する
・一部飼料米用の水稲も栽培する
・セルロース系エタノール製造技術が進歩すれば、最終的にはエネルギー収支を改善できる
・エタノール以外の製品への加工も行う（バイオプラスティック、ＲＤＦなど）
という基本コンセプトを主張されています。
この４番目は、テーマ「温故知新」でかつて私が展開したのと同じ路線です。
「休耕田で栽培した水稲からエタノールを製造する」のは、「イネイネ・日本 プロジェクト」にもある発想です。
http://www.ineine-nippon.jp/index.htm
gariさんへの返事の中で申し上げましたが、代替エネルギー開発において第一に考えなければならないのは「エネルギー収支が正なのか負なのか」です。その次が「正だとして、どのくらい大きい（小さい）のか」ということです。
水稲を利用するにせよ、また私が以前申し上げたように海で「燃料作物」を栽培するにせよ、「エネルギー収支はどうなのか？」をまず第一に考える必要があります。
もっとも、「エネルギー収支」を計量的に試算するのはとても難しく、色々なデータを新たに集めた上で分析する必要があります。そのデータは一般的な統計資料に記載されているデータではありません。
こういったことを考え合わせて、しばらく以下について連載しようと思います。
(1) 「水稲栽培＋セルロース系エタノール製造」プランについて考察
(2) 「海で燃料作物を栽培＋セルロース系エタノール製造」プランについて考察
(3) 両プランについてエネルギー収支について定性的に考察
#375で若干書きましたが、「メタゲノム」を応用して海中の微生物に焦点を当てている研究者達がいます。
日本経済新聞（朝刊） 2007年9月17日（月） 23面
「微生物ゲノム研究活発化 腸内細菌国際計画発足へ 培養不要の新技術カギ」
(Quote) 人体や海、土壌など地球のあらゆるところにいる微生物のゲノム（全遺伝情報）を調べる動きが各国で活発になっている。．．．（中略）．．．人類が知りえている微生物はわずか。微生物は新たな資源で、新薬やバイオ燃料などの製造に役立てようと期待が高まっている。
．．．（中略）．．．
海の微生物に照準を合わせたのは米国のクレイグ・ベンター博士だ。博士はヒトゲノム解読で日米欧の国際チームに先駆けたことで知られるが、私財を投じて研究所を設立し世界の海洋微生物を網羅的に調べ始めた。
海洋調査船を世界一周の旅に派遣、行く先々で海水を収集し、生息する微生物のゲノムを調べている。すでに六百万種もの未知のたんぱく質の存在を示すデータを得たことを公表し、世界の科学者を驚かせた。
日本の海洋研究開発機構も地球深部探査船「ちきゅう」が津軽海峡の海底深くの地層から得た資料で多数の微生物の存在を示すデータを得た。
欧州ではＢＡＳＦやバイエルといった大手化学企業が大学と組んで土壌などの微生物を網羅的に調べる産学共同研究を始めた。「石油資源が底をつくことを見越して石油を原料にしないバイオ合成プロセスに着目しているからだ」と、この分野に詳しい協和発酵の中川智マネジャーはみる。
微生物ゲノムに注目が集まるのはメタゲノムが登場したため。この技術は海水や土壌に含まれる様々な種類の微生物を培養せずにゲノムをすべて分析する。培養できない九九・九九％の微生物の世界に迫れる。
メタゲノムはゲノムの解読装置が飛躍的に進歩して実現した。ヒトゲノム解読後も装置の性能向上は続き、かつては十年以上かかった三十億文字からなる人の遺伝情報も、血液検査並みの手軽さで解読が可能になりつつある。
米科学アカデミーは三月、「微生物の惑星を理解する」と題した報告書を発表、あらゆる微生物のゲノムを読む国家計画を提唱した。米エネルギー省なども研究資金を増やしている。
一方、日本では服部教授ら一部を除き、ゲノム研究は縮小方向。ヒトゲノムで遺伝情報の解読は終わったとの認識が浸透したからだ。理化学研究所にある国内最大の研究センターも今年度で廃止が見込まれる。海外に比べ日本は対照的だ。 （編集委員 滝順一）(Unquote)
微生物を改造する研究開発に関する話を続けましょう。
日経産業新聞 2007年10月3日（水） 11面
「未来プロジェクト動く 微生物で化成品（下） 生産速度、化学合成並み」
(Quote) 骨粗しょう症治療薬のカルシトリオールは微生物での生産が可能になったことで、最近は量産したいという要望が高まっている。そのためには材料の一つであるビタミンＤの濃度を上げる必要があり、大阪大学の大竹久雄教授らは微生物の改良に乗り出した。
ビタミンＤは水には溶けにくい。水溶液を使った合成法では粗原料のビタミンＤを少量しか使えず、カルシトリオールの量産は難しい。化学合成に取って代わるには生産量を十倍に引き上げなければならない。
「微生物を使う反応は水溶液の中で実施するのが常識だった」と大竹教授は説明する。研究チームはその常識をくつがえし、有機溶媒の中でも生きられる微生物、ロドコッカスに注目。それまで利用していた微生物、シュードノカルディアから特定の遺伝子を取り出し、ロドコッカスに組み込んで新しい微生物を作った。
新開発の微生物とビタミンＤ３を有機溶媒と水の混合液に入れたところ、カルシトリオールの合成に成功した。今後は他の研究機関と協力してロドコッカスの遺伝子を更に組み替え、化学合成並みの生産速度を目指す。
一方、生産効率を引き上げるために微生物の増殖を抑える工夫もある。地球環境産業技術研究機構（ＲＩＴＥ）の湯川英明理事らは、コリネバクテリウムという微生物に注目。この微生物は酸素供給を断つと増殖しなくなる特徴を持つ。増殖しなければ養分や熱など投入するエネルギーのほとんどを化成品の合成に使える。
湯川理事らの研究ループは、アミノ酸の一種に働きかけ、ポリマー原料のＤ－乳酸を生産する酵素の遺伝子を他の微生物から取り出してコリネバクテリウムに組み入れた。その結果、増殖にエネルギーを消費せずに、Ｄ－乳酸だけを効率よく生産する微生物ができた。化学合成を使った従来法に比べＤ－乳酸の生産コストは一キロ当たり百円以下と、約五分の一に引き下げられた。
湯川理事らの微生物を使えば、容積一立方メートルの培養槽だけで年間五百トン以上のＤ－乳酸を生産できる。「同規模の装置による化学合成に匹敵する生産速度」と湯川理事は胸を張る。
今後は素材メーカーなどと協力し、開発した微生物の工業化を目指す。さらにほかの微生物から取り出した遺伝子をコリネバクテリウムに組み入れ、導電性を持つ機能性高分子の原料となる芳香族化合物など、より複雑な化成品原料を作る微生物の開発を目指す。
有用な物質を作る遺伝子を組み合わせて化成品を効率よく生産する微生物を作る。新興国の飛躍を背景に原油価格が上昇し、化成品の生産コストも跳ね上がるなか、微生物資源国である日本の進むべき道がここにある。(Unquote)
この記事には「記者の目」と題した、以下の短い記事が附属しています。
「記者の目 研究進む背景に原油相場の高騰」
(Quote) 微生物による化成品生産の研究が進む背景には、原油の値上がりによる化学合成品のコスト上昇がある。中国など新興国の需要拡大から、ニューヨーク原油相場は二〇〇四年夏以降、約二倍に高騰。原燃料に多量の石油製品を使う化学合成品のコスト上昇につながった。
遺伝子工学の進歩も、化成品生産に使える微生物を生み出す研究を促進した。一九九〇年代半ば以降、酵母や大腸菌など主要な微生物のゲノム（全遺伝情報）の解読が相次いで完了。微生物研究を加速した。
ただ微生物による化成品生産には技術的な壁もある。巨大な生産設備を作っても、微生物の繁殖を待たなければ生産に移れないという問題だ。これを解決して初めて、微生物を使った大規模な化成品生産が実現する。(Unquote)