種子島における地域産業×科学技術で目指す地域のグリーントランスフォーメーション

　サトウキビは多様な価値を有する植物資源として活用できるものであり、従来の原料糖を生産するだけにとどまらない可能性を有している。これを最大限生かすためには、農業・林業・工業（農林工）融合型の思考による地域システムの設計と、グリーントランスフォーメーションのための技術開発が有効である。地域産業と科学技術を相互作用させることで、“地域のイノベーション”へつなげることが重要といえる。

　持続可能な社会に向けて、カーボンニュートラル^（注1）やネイチャーポジティブ^（注2）、サーキュラーエコノミー^（注3）など、将来の社会が有するべき多様な観点について国内外で議論が進んでいる。政策的な支援の中にも、改正地球温暖化対策推進法において地方創生につながる再生可能エネルギー導入の促進が盛り込まれたり、みどりの食料システム戦略が策定されたり、脱炭素先行地域の選定がはじまるなど、“地域におけるイノベーション”が必要とされている。特定の技術や取り組みといった要素だけでは到達できないことは明らかであり、多様なプレイヤーの共創により、物質やエネルギーを生み出す技術・システム、それを活用する社会・経済システム、さまざまなデータを連成させて活用する情報基盤など、分野横断的な開発が必要といえる。このような中で、地域に変革を起こしていくことは容易ではないが、実際に挑戦し経験しながら推進していくことが不可欠である。

　本稿では、“地域におけるイノベーション”を支援するプラットフォームづくりについて、「自然と共生するスマートエコアイランド種子島」構想におけるサトウキビの役割^1）2）について特に実例として取り上げ、紹介する。ここでは、技術と社会の間をつなぐためのシンポジウムやワークショップを通じ（写真1）、技術開発の成果をよりスムーズに社会へ実装させていくための活動を行っている。なお、ここでイノベーションとは、“革新的”という意味とともに、既存のものとの“新結合”という意味を含めている。

（注1）温室効果ガスの排出量と吸収量を均衡させること。
（注2）生物多様性の損失を食い止め回復させること。
（注3）循環経済。従来の3Rの取り組みに加え、資源投入量・消費量を抑えつつ、ストックを有効活用しながらサービス化などを通じて付加価値を生み出す経済活動。

　カーボンニュートラルは、地球規模の持続性に影響するものとして最重要視されるものの一つとなり、あらゆる業種・国・地域において無視できない課題となってきている。しかし、ただ“カーボンニュートラル”になるだけでは、気候変動は緩和されたとしても、社会が持続的であるとは限らない。例えば、地域の環境・生態系保全、食料生産の安定化、医療・交通などの地域インフラの適正維持、資源循環によるものづくりの持続化、雇用維持、地域の伝統・文化の持続的発展など、自然と社会を持続することが必要である。つまり、温室効果ガスの排出量が実質ゼロになる時点をビジョンとして描くのではなく、さらに先にある将来の在りたい社会が実現されていなければならない。この“在りたい社会”からバックキャストすることで、具体的かつ魅力的な気候変動対策を検討できる取り組みになることが期待できる。これを、ゼロカーボン化だけを目的とするのではない、ビヨンド・“ゼロカーボン”を目指すことと定義する。ここには、最新の科学・技術的アプローチを活用し、地域によって異なるストックや資源に応じた最適な対策を設計する必要がある。それには、地域の特長や情理を熟知した地域の人々と、最先端の知の専門家である研究者や技術者との連携、すなわち、産・学・公の共創が極めて重要な役割を果たす。しかし、地域では目前に迫る課題への対処を優先せざるを得ず、企業だけでは公共性・公益性に配慮した地域の将来を設計することは困難であり、特定分野の大学研究者だけでは研究開発から事業化を行い、それを維持する術がない。これを効果的に計画・推進する方法論はいまだ見出されておらず、これは産・学・公共通の世界的社会課題である。

　持続可能な社会・経済のビジョンとして、欧州を中心にサーキュラーバイオエコノミー（循環型共生経済）などの概念が提唱され、国内でも循環経済2020ビジョンなどが策定されている。そこで、循環を実現する経済だけでなく、地域のインフラと社会的状況に依存して要求が変化しうる交通や、地域の環境・生態系やこれまでの伝統・文化、産業との関わりが強く地域ごとに異なる対策が必要とされる植物資源、多くの最終エネルギー消費の形態である熱を含めた熱電供給について取り扱い、技・知・人が有機的かつ高度に産学公の間で循環し合える“Co-JUNKAN”^（注4）を可能とするプラットフォームを実装する「ビヨンド・“ゼロカーボン”を目指すCo-JUNKANプラットフォーム」研究拠点を立ち上げた（図1）^3）。種子島は当該プロジェクトにおけるビヨンド・“ゼロカーボン”社会を目指す場の一つであり、サトウキビのカーボンニュートラルを目指す社会における価値を再定義し、その活用方法の開発を行っている。

（注4）コウ（好、高、Co-：共に）と循環を組み合わせた本拠点における造語。個別の循環ではなく、産学公が協調しながら、人・知・技・情報が循環利用されていることを意味する。
 

　「課題先進国」日本の中で、さらに課題が先進して顕在化している地域に島嶼(とう しょ)地域がある。鹿児島県にある種子島は人口約2万8000人、面積約445 平方キロメートル、西之表市、中種子町、南種子町の1市2町がある島である。架橋などで日本四島と結ばれていない島の中では5番目に大きな島であるが、人口は1970年代に減少しはじめ、高齢者率は2010年で30%を越えるなど、日本の平均推移と比較しても20年程課題が先進しているといえる。種子島の産業構造は、1次産業が12%、2次産業が18%、3次産業が71%となっている。特に1次産業は、全国平均の1.3%、鹿児島県の5.8%より高い。特化係数（任意の基準地域に対する産業構成比の比率）、影響力（他の産業への影響力）、生産額で比較すると、種子島における3次産業の多くは、生産額は大きいものの特化係数と影響力は必ずしも大きくない。一方、1次産業には特化係数が高いものが多く、砂糖原料作物（サトウキビ）が226.0、いも類が108.2、その他の食用作物が21.6、畜産が11.1であり、全国平均と比較してこれらの生産が特化している。種子島の基幹産業である農業において、サトウキビは欠かすことができない作物である。しかしながら、農家の高齢化や台風など自然環境の影響により、種子島のサトウキビ生産量は減少傾向となっている。

　また、島嶼においては一般に島外から輸送されるガソリンや軽油など化石燃料は、他の地域よりも輸送費分がコスト高となる。種子島は電力網が九州本土と接続されておらず独立しているため、海上輸送した重油の燃焼により電気を作ってきた。種子島は台風常襲地であるため、自然災害により海上輸送が断たれるリスクを常に抱えている。現状はユニバーサルサービス制度により、電気料金は他の地域並みとなっているが、同制度が廃止された場合、海上輸送費を含め、電気料金は化石燃料の価格変動の影響を大きく受けることとなる。この構造は世界における日本の姿そのものといえる。

　このような背景もあり、種子島では再生可能エネルギー由来電力の固定価格買取制度（Feed-in-Tariff：FIT制度）導入以降、他の離島に先んじて太陽光発電の普及と系統接続が進んだ。その結果、島内の再生可能エネルギー由来の発電量が過剰となり、2015年5月5日に種子島は日本で最初の出力制御が実施された。変動性の再生可能エネルギーである太陽光や風力から発電した電力は、そのままでは電力系統の周波数や電圧を不安定にしてしまうため、一定の割合以上に系統へ接続するには、何らかの調整力が必要となる。2015年の出力制御以降も、種子島では元々計画されていた太陽光発電の導入や人口減少などによる電力需要の減少から、出力制御の回数は年々増加し、2021年度には年間で79日も、出力制御が実施されている。このため、化石燃料由来の火力発電を低減させることができない状態であり、太陽光や風力といった変動性の再生可能エネルギーだけで島内全体の脱炭素化を実現することは不可能であるという課題が顕在化している。何らかの長周期・短周期での電力需給の調整力の導入が喫緊の課題となっている。この現象は種子島特有のものではなく、日本中の太陽光発電が増加した地域で近い将来に直面する課題である。

ア．農業・林業・工業（農林工）融合型の思考による地域システムの設計へ
　種子島における課題を解決し、生態系を保持しつつ持続的な食料増産を行うために、農林工融合型の思考による地域システムの設計が有効であることを見出してきた。例えば、サトウキビの品種の変更と製糖プロセスにおける技術導入や条件の変更により、原料糖だけでなく、副生するバガスやエタノールの量を増産する、同時増産が可能であることが示されている^4）。これに関しては、選択的発酵プロセスによる還元糖のエタノール化^5）、数理モデル化を通じた条件の探索^6）、パイロット実証^7）などを経て、その確度を高めてきている。また、木質チップの活用^8）や製糖と林業の産業共生^9）、製糖廃熱を活用した蓄熱輸送とゼオライトボイラーによる産業共生^10）などによる地域内の脱化石資源化のオプションを設計し、一部の実証試験を推進している。

　これらの成果を通じ、従来は個別に検討されてきた食料増産や生態系保全、気候変動緩和といった課題の同時解決に向けて、農林業プロセスと工業プロセスの課題を統合的に解決する新たな農林工融合型のグリーントランスフォーメーション（GX）^（注5）技術の開発を提案するに至った。図2に種子島における農林工融合型思考に基づくGX技術・システムの概要を示す。これまでも、バイオ燃料やバイオケミカルを生産するGX技術の研究開発は、製糖副産物や間伐材、廃食油などを利用した試みが世界的に行われてきたが、いずれも安価な原料の調達を前提として、工業側の技術開発の効率化のみに重点が置かれてきた。そのため、効率的なバイオマス利用技術が完成しても、肝心の原料供給側（農林業や製糖産業など）の経済的メリットに直結しないため、協力が得られず、事業化検討段階になって、将来にわたる持続的な原料調達面での不安から事業化に至らないという課題が多く報告されてきた。

　そこで、上流の原料供給側（農林業や食品産業）が質・量ともに安定した副産物を積極的に生産し、下流のバイオマス産業がそれらを高付加価値製品に変換することで利益を創出し、産業全体を経済的に強化する全体最適化を行う農林工融合型GXの開発が必要である。現在、国内外の地域を問わず農林業由来バイオマス資源として多く賦存(ふ ぞん)し、活用の幅が広いリグノセルロース類や糖類を対象とし、さらに土地の改良を含めて検討することで農林業が強化されることを目指し、事業化展開地域やサプライチェーンの視点からバックキャストした技術開発を行っている。特にサトウキビを有する種子島など南西諸島において、バイオマスの活用効果は高い。

（注5）化石エネルギー中心の産業構造・社会構造から、環境に配慮したグリーンエネルギーに移行することで、産業構造の変革や社会経済の成長につなげること。

イ．GX向け育種による産業の強化へ
　サトウキビ産業を強化すべく、国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 九州沖縄農業研究センターと国立研究開発法人国際農林水産業研究センターが研究を進め、収量増加と農作業軽減に寄与する「機械収穫下での株出し多収性」を実現する「はるのおうぎ」が開発された^11）12）（写真2）。種子島では2022年より「はるのおうぎ」の普及が進み、サトウキビ生産の持続性に貢献しはじめている。「はるのおうぎ」は、従来の製糖において付加価値のある成分とされてこなかった繊維分が割合として多く、単位面積当たりで原料糖とともにバガスが増産されることになる。これを活用することで、食料増産と脱化石資源化を同時に実現できるようになり、GXへの貢献により新たな価値を繊維分に付加できる。

　さらに、新たなGX原料向けサトウキビ品種の開発に向けて、Co-JUNKANプロジェクトでは、サトウキビ近縁遺伝資源や多収系統を交配親に用いた人工交配を行い、糖質とともに繊維の生産性も高い系統（南西諸島向け）の選抜を実施している^13）。サトウキビの収穫期間・年間の工場稼働率を向上させるために、GX向けの秋収穫体系の可能性について検討する。さらに、GX原料向けサトウキビ品種の持続可能な生産技術の開発に向けて、葉やトラッシュ発生量の品種間比較を行い、生産環境に与える影響を調査する。また、環境改良型作物生産に向けて、窒素利用効率の向上や株出し多収化（原料重量当たりのエネルギー投入量や施肥の削減）が期待できる深植え栽培技術や、製糖副産物などのほ場還元技術によるサトウキビ生産性の向上効果や土壌環境（物理性、化学性）の改良効果を評価する。

　これらGX向け原料開発や栽培技術開発を通じて、サトウキビ産業のGXの基盤となる、持続的で安定したサトウキビ生産と製糖産業の実現を目指す。

ウ．カーボンニュートラルを実現するためのバイオマス資源の活用
　バイオマスは、太陽光や風力といった変動性再生可能資源と異なり、化学物質としてエネルギーを蓄えている資源であり、脱炭素化の達成と、社会経済・資源の循環に資するものといえる。例えば、セルロースナノファイバーなどのマテリアルとしての活用や、カーボンニュートラル後の化成品原料向け炭素源としての活用、燃料化と発電技術を組み合わせることによる系統電力の負荷変動調整機能など、多岐に渡る^1）14）。この中でも、島嶼地域においては大規模な水力発電の導入が困難であり、かつ、蓄電池を導入する方法として期待されるバッテリー搭載型自動車の導入台数にも限界があることから、太陽光・風力による電源の変動を調整する機能としてバイオマス火力発電が一つの選択肢となる。

　Co-JUNKANプロジェクトにおいては、バイオマス資源の半炭化により、扱いやすい原料・燃料に変換し、グリーンケミカルや発電燃料として活用するための計画を進めている（図3）。最終糖蜜(みつ)由来のエタノールについても、従来よりも価値の高いものとして扱われるようになり、農林工融合型GXの一部として生産実証を進めている。さらに、製糖工場排熱を利用した島内熱需要における脱化石資源化の実証を進めるなど、域内で得られるサトウキビを最大限活用する仕組みの実装を進めている。

エ．地域の社会経済的な資本の循環を促すGXへ
　海外からの化石資源の輸入に依存する物質・エネルギー製造システムを有するわが国において、国内で得られる植物資源から、化石資源由来樹脂と同等の素材を生産できることにより、環境負荷の削減だけでなく、社会経済性の側面からの循環経済が成り立つ可能性が十分にあることを、これまでに示してきた^15）。最新の貿易統計^16）によると、2022年の化石資源などの鉱物性燃料輸入額は前年比96.8%増の約33兆円に上り、国外への大きな資金流出の原因となっている。経済が豊かになりエネルギーや化石資源由来の製品を使用するたびに、国外に資金が流出する構造である。これらの生活の基盤となる原料の国外依存は、国外拠点の生産停止・輸出規制などに代表される災害・政情不安による供給リスクだけでなく、国外の状況や為替の影響を受けて製品価格が変動し、その価値が国外に流出しているため、物価の高騰と国内経済の成長が連動しないという状況につながる。製品やサービスの生産によって創出される価値が国内・地域経済に還流し、消費と経済成長が好循環する社会経済をつくるためには、原料の国産化が重要となる。

　種子島にはサトウキビがある。ここでは原料糖の生産とともにバガスや最終糖蜜といったバイオマス資源が入手でき、前項までの通り、多様な価値へつながる選択肢がある。さらに、島の環境と景観を支えてきた約2万4000ヘクタールの森林があり、森林由来の資源を得ることができる。このうち約7200ヘクタールの人工林の大半が伐期を迎えているが、労働力不足やコストなどの面から主伐が実施できていない。そのため新たな植林は行われず、森林サイクルを回すことができない状態である。また伐採できている木材については、島内で消費されることはなく、バイオマス発電施設を含む島外の施設向けに化石燃料を使いながら海上輸送しており、林業の魅力低下の一因となっている。このサトウキビと森林資源を組み合わせることにより、原料の規模を確保し、種子島から島外さらには国外へと流出する化石資源のための資金流出を削減することで、持続的に地域資源を活用できるようになりうる。これにより、サトウキビに含まれる繊維分に付加価値をつけてやりくりするなど、農林業の生産基盤強化にもつなげられるようになる。

　種子島は製糖用サトウキビの北限であり、かつ、製材用スギ林の南限でもある。植物資源に恵まれており、これを活用したカーボンニュートラル後の社会を描ける課題解決先進地域となりうる。種子島においてCo-JUNKANプロジェクトでは、ほ場でのサトウキビ生産から多機能化した製糖工場における製品製造、それを相互に支え合うための地域の制度設計、地域と国を結び付ける制度設計など、いずれも大きな困難を伴う事項に挑戦している。自然科学から社会科学、国や自治体の制度、地域の習慣にまで及ぶ範囲において、人・知・技を相互に関連させながら循環利用できるCo-JUNKANを実現するために、産学公の共創を可能とするプラットフォームと、具体的な実証・実装活動が必要である。この中で、世界的にも多様な用途に活用可能な資源の一つであるサトウキビを活用できることは、大きな利点である。
 

参考文献
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2）杉本明、菊池康紀、寺島義文（2015）「「スマートエコアイランド種子島」の中核的経済活動としてのサトウキビ産業の在り方」『砂糖類・でん粉情報』（2015年5月）<https://www.alic.go.jp/joho-s/joho07_001109.html>
3）東京大学未来ビジョン研究センター「ビヨンド・“ゼロカーボン”を目指すCo-JUNKANプラットフォーム研究拠点」<https://coinext.ifi.u-tokyo.ac.jp/>（2023/4/10アクセス）
4）Kotaro Ouchida, Yasuhiro Fukushima, Satoshi Ohara, Akira Sugimoto, Masahiko Hirao, Yasunori Kikuchi（2017）, Integrated Design of Agricultural and Industrial Processes: A Case Study of Combined Sugar and Ethanol Production, AIChE Journal, 63（2）, pp.560-581. （2017） <DOI: https://doi.org/10.1002/aic.15374>
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8）Yuichiro Kanematsu, Kazutake Oosawa, Tatsuya Okubo, Yasunori Kikuchi（2017）, Designing the scale of a woody biomass CHP considering local forestry reformation: a case study of Tanegashima, Japan, Applied Energy, 198, pp.160-172. <https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.04.021>
9）Yasunori Kikuchi, Yuichiro Kanematsu, Masamichi Ugo, Yosuke Hamada, Tatsuya Okubo（2016）, Industrial Symbiosis Centered on a Regional Cogeneration Power Plant Utilizing Available Local Resources: A Case Study of Tanegashima, Journal of Industrial Ecology, 20（2） pp.276-288. <https://doi.org/10.1111/jiec.12347.>
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11）服部太一朗、寺島義文、境垣内岳雄、寺内方克、樽本祐助、安達克樹、早野美智子、田中穣、石川葉子、梅田周、松岡誠、杉本明（2019）「サトウキビ野生種と製糖用品種との種間雑種を利用して作出した熊毛地域向け株出し多収品種「はるのおうぎ」」『農研機構研究報告』2019（2） pp.21-44.<https://doi.org/10.34503/naroj.2019.2_21>
12）樽本祐助（2023）「株出し多収製糖用サトウキビ品種「はるのおうぎ」」『農林水産技術』11（1）、pp.19-20.
13）寺島義文（2020）「近縁遺伝資源を利用したサトウキビ改良の取り組み」『熱帯農業研究』13巻1号pp.43-45. <https://doi.org/10.11248/nettai.13.43>
14）菊池康紀、大澤一岳、兼松祐一郎（2020）「木質系資源のバイオマス利用におけるライフサイクル思考」『日本LCA学会誌』16巻2号pp.94-105. <https://doi.org/10.3370/lca.16.94>
15）尾下優子、兵法彩、大内田弘太朗、兼松祐一郎、福島康裕、菊池康紀（2019）「技術導入による社会経済的影響の評価：種子島地域エネルギーシステムにおける産業連関分析の例」『日本LCA学会誌』15巻4号 pp.360-376. <https://doi.org/10.3370/lca.15.360>
16）財務省（2023）「貿易統計」<https://www.customs.go.jp/toukei/shinbun/trade-st/2022/2022_114.pdf>（2023/4/10アクセス）