株式会社sustainacraftのニュースレターです。
Methodology Updatesは、炭素・生物多様性クレジットの方法論を扱うシリーズです。本稿では、バイオ炭 (Biochar)プロジェクトについてご紹介します。
バイオ炭は、バイオマスをベースとした二酸化炭素除去（CDR: Carbon Dioxide Removal）の一種です。炭素市場ではまだ比較的新しい存在ですが、その耐久性と測定可能性の高さから注目を集めています。本記事では、まずはバイオ炭の概要を説明したうえで、バイオ炭方法論を提供する主要な3つのレジストリであるPuro.Earth、Verra、Isometricについて、特に耐久性の定量化について着目して比較します。
バイオ炭の概要
バイオ炭とは
バイオ炭は、農業残渣、木材廃棄物、家畜糞尿などのバイオマスを、熱分解（pyrolysis）と呼ばれるプロセスを通じて、安定した炭素リッチな物質に変換して保管する炭素除去プロジェクトの一種です。一般的には、低酸素環境でバイオマスを加熱することで、バイオマスが完全に燃焼するのを防ぎ、代わりに炭素の多くを分解耐性のある固形形態に変換します。通常、ベースラインシナリオではバイオマスは通常、畑で分解されるか焼却され、いずれの場合も貯留されていた炭素を大気中に放出しますが、プロジェクトシナリオではその一部がバイオ炭として固定化されるため、その差分がクレジット化されます。
CDR手法として、バイオ炭は大気中の炭素を耐久性のある形態で固定する能力で評価されています。生成される物質は非常に安定しており、通常70%を超える炭素含有率を持ち、土壌中で数百年から数千年間存続することができます。安定性に加え、バイオ炭の物理的および化学的特性も注目を集める要因の一つです。その多孔質な構造は、保水性、養分保持能力、土壌の通気性を向上させるため、土壌への施用は農業および環境の両面で有用です。
プロジェクトの実施方法
バイオ炭プロジェクトの実施の流れを簡単に説明します。
まずはバイオマスの調達を行います。一般的には、農業残渣、林業副産物、木材チップ、わら、トウモロコシの殻、家畜糞尿などの有機性廃棄物が使用されます。原料の種類は、生成されるバイオ炭の炭素安定性と潜在的な共同便益の両方に影響を与えます。例えば、木質バイオマスはより高い安定炭素含有率を持つバイオ炭を生成する傾向があり、一方、家畜糞尿由来のバイオ炭はより多くの農業用養分を提供する可能性があります。
次に、調達されたバイオマスは低酸素環境で行われる熱分解によってバイオ炭に変換されます。このステップが炭素除去メカニズムの中心です。完全燃焼を防ぐことにより、熱分解はバイオマス中の炭素を分解に強い固体の化学的に安定した形態に変換します。高温での熱分解（例：600–700°C）は、通常、より多孔質で長持ちするバイオ炭を生成し、その炭素貯留の耐久性を高めます。
気候変動対策のインテグリティ基準を満たすため、現代の熱分解システムには、合成ガスやバイオオイルのような副産物を回収・再利用するなどの排出制御技術やエネルギー回収技術がしばしば含まれています。これらのシステムは、炭素除去プロセスが正味でマイナスの温室効果ガス収支をもたらすことを保証するのに役立ちます。
最後に、生成されたバイオ炭は恒久的な貯留先に保管されます。現在のプロジェクトのほとんどは土壌へ混入することでこれを実現します。この方法は、炭素を数百年から数千年にわたって閉じ込めるだけでなく、土壌構造の改善、保水性、微生物活動の向上といった共同便益も提供します。コンクリートやアスファルトのような建材にバイオ炭を埋め込むなど、他の長期貯留経路も、耐久性のある炭素貯留の追加的な手段として積極的に探求されています。
バイオ炭の利点と欠点
バイオ炭は、科学的、経済的、実務的などいくつかの異なる観点で注目をあつめています。ここでは、CDRとしてのバイオ炭の利点といくつかの欠点を概説します。
利点
耐久性のある炭素除去
バイオ炭は炭素を固体状で安定させ、元のバイオマス炭素の50–90%を数百年から数千年にわたって貯留するポテンシャルを持っています。対して、例えばARR（植林・再植林）プロジェクトの樹木は炭素を一時的に（数十年）貯留しますが、火災、害虫、または土地利用の変化による反転のリスクが大きいです。なお、BECCSによる地中貯留はバイオ炭よりもさらに耐久性が高い（約1万年以上）ですが、実施はより高価かつ複雑です。
迅速なクレジット発行と収益
バイオ炭が製造され貯留されるとすぐに炭素除去が発生するため、クレジットはほぼ即時に発行できます（ARRプロジェクトでは合計数十年かかる）。クレジット発行が速いことは、資金調達リスクの低減につながるため、スタートアップやプロジェクト開発者にとって魅力的です。
廃棄バイオマスの利用
バイオ炭は、通常であれば腐敗または焼却されてCO₂やメタンを放出する作物残渣、林業廃棄物、家畜糞尿などの残余バイオマスから作られることが多いです。廃棄物を原料とするプロジェクトは、クレジット発行に不可欠な追加性をより容易に示すことができます。BECCSもバイオマスを使用しますが、通常は工業規模で高品質の原料が必要であり、持続可能性や土地利用に関する懸念を引き起こす可能性があります。
土壌と農業への共同便益
農業土壌への施用によるバイオ炭の貯留は、土壌の健康を改善し、作物収量を増加させ、保水性を高め、栄養素の流出を減らすことができます。これらの共同便益は、気候と自然にポジティブな成果に関心のある炭素クレジットの購入者にとって魅力となります。他のプロジェクトタイプとの比較で言うと、岩石風化促進（Enhanced Rock Weathering）も土壌のpHを改善し、微量栄養素を追加することができますが、その効果は土壌の種類に依存し、現れるまでに時間がかかることがあります。
欠点
炭素安定性のばらつき
すべてのバイオ炭が同じように作られているわけではありません。安定性は原料の種類と熱分解条件の制御に依存します。不適切な管理や特性評価は、過剰なクレジット発行や性能不足につながる可能性があります。
測定と検証の複雑さ
バイオ炭の炭素含有量、H/C比、灰分、耐久性を測定するために必要な測定には、実験室での試験と専門家によるLCAが必要であり、小規模生産者にとっては障壁となり得ます。高耐久性（1000年以上）のラベリングに必要なランダム反射率測定は、この障壁をさらに高めます (ここで出てきた用語については下で説明します)。
熱分解によるエネルギー使用と排出
バイオ炭の熱分解プロセスが化石燃料で稼働していたり、最適化されていなかったりすると、大量のCO₂、NOₓ、またはメタンを排出し、気候への便益を相殺する可能性があります。方法論は、この問題を回避するために完全なLCAを要求しますが、これによりLCAの計算プロセスが複雑となっています。
原料の競合リスク
プロジェクトのスケーラビリティは、TSBプロジェクトなど、廃棄バイオマスを利用する他のカーボンクレジット生成方法との廃棄バイオマスの競合によって制限される可能性があります。この点については、以下のニュースレターでも触れていますので、合わせてご覧下さい。
耐久性に注目したバイオ炭方法論の比較
次に、3つの主要なレジストリ（Puro.Earth、Verra、Isometric）の最新のバイオ炭方法論を比較します。バイオ炭の方法論は他にも存在しますし（例えばClimate Action ReserveのUS and Canada Biochar Protocol V1.0）、新たに開発中のものもありますが（Gold StandardのSustainable Biochar）、この記事ではこれらについては取り上げません。
3つの方法論間での最も重要な技術的な相違点は、除去クレジットの価値の基盤である炭素貯留の耐久性をどのように定量化するかという点にあり、本記事ではこのトピックに焦点を当てます。Verraの耐久性定量化へのアプローチは最も使用のハードルが低く、100年の耐久性主張に対して標準化されたIPCCの減衰係数を使用しています。Puro.Earthはより厳格なフレームワークを使用し、プロジェクト固有の減衰モデルで200年以上の主張を裏付けています。Isometricは、VerraとPuro.Earthが使用する同じモデルに基づく200年オプションに加えて、最近の科学研究に基づいた非常に野心的な1,000年の耐久性オプションを提供しています。以降のセクションでは、より詳しくそれらの違いについて見ていきましょう。
なお、補足として、正味炭素除去量定量化アプローチの比較についても、本稿の最後に記載しています。その他の違いについても、簡単に下の表にまとめていますので、適宜ご参照ください。