Energy saving in agriculture

Toshio KONAKA

農業における省エネルギー

小中　俊雄

E

Rice cultivation, vegetable cultivation and animal husbandry are the big three of energy consumption in Agriculture. Drying and processing works consume the half of energy in the rice cultivation.

High efficiency of usage by cooperative using the farm machinery and farm plant is expected for energy saving in agriculture sector. Also, the usage of natural energy like solar and biomass energy are very important for energy saving not only in agriculture but also in all sectors.

Key Words

Energy saving, Agriculture, Farm machinery, Rice cultivation, Biomass

• はじめに

全製造業エネルギー消費量に占める農林業の割合は、2001年約2.3％の5,935原油換算千kL (230 PJ)で、この10年、約2.0-2.3％となっている。^{1, 2)} また、GNPについても、農林業の割合は小さい。一方、人が生きていくのに不可欠である食べ物の大半は、農業によって供給されている。食料は、幸せな生活の基礎であるだけでなく、国の安全や社会の安定のもとである。「食料主権」^{3) 脚注}という概念の導入もなされている。したがって、経済性や省エネルギーを検討する前に、人は農業なしでは生存できないということをまず明白にしておき議論を進める。

さて、現在の農業の問題点として、次の３点があるといわれている。

1. 化石エネルギーの埋蔵量は無尽蔵ではない。
2. 投入した補助化石エネルギーの効率が低い。
3. 農業の環境に対する負の影響が大きくなっている。

これらを解決するには、「低投入・持続型農業システム」Low input and Sustainable farming が望まれるとしている。^{4, 5)}　また、作物生産における投入エネルギーに対する産出エネルギーが少ないことは問題ではあるが、本来、作物の価値は量的な物理的エネルギーよりは質的な人の栄養源として評価されるべきものであろう。

***「あらゆる諸国がいかなる報復措置をうけることなく、自らが適切と考える食料自給ならびに栄養品質の水準を達成するための主権」：戻る

• 農業における全投入エネルギー

農業におけるエネルギー消費を部門別にみると、表1、図１のように、米麦作、野菜、畜産の３部門が各20％前後のエネルギー消費を示している。

表１　農業における全投入エネルギー ^{6, 7)}

図１　農業における投入エネルギーの部門別内訳

• 水稲作の作業別エネルギー消費

表２　水稲作における作業別直接エネルギー消費

（移植中型機械化体系を想定） ⁸⁾

図２　水稲作における作業別直接エネルギー消費

水稲作における作業別エネルギー消費は、直接エネルギー（肥料、農薬、機械施設等の製造エネルギーは含まない）で約6,800 Tcalであり、その半分が乾燥調製作業に使われているのが特徴で、ついで、収穫作業、耕耘作業にそれぞれ約20%使用されている。（表２、図２）

一方、水稲作の平成12年における作業受託の現状を作業種類別サービスについてみると、受託されている作業で最も多いのは防除作業（604千ha）で、次いで乾燥・調製作業（473千ha）、育苗作業（263千ha）となっている（表３）。作業受託は、農業機械の個人所有を抑制しているので、全体として、省エネルギーになっている。

表３　水稲作作業受託面積及びそのシェア ⁹⁾

注）平成12年：2000年農業センサス

• 水稲育苗施設

水稲育苗施設の普及状況について、平成７年度〜10年度の規模別の設置状況を表４に示す。施設は大型化する傾向がみられ、この間の最大の施設は平成９年度に宮崎県に設置された1,300ha規模の水稲育苗施設であった。

表４　水稲育苗施設設置状況

（平成７〜10年度）（単位：施設数）

4.1　個別施設と共同施設におけるエネルギー消費の比較

水稲育苗施設における作業は、床土製造工程（ 床土準備,→土篩い→肥料混合,苗箱消毒）と育苗工程（催芽→脱水→土詰・播種→出芽→緑化・硬化）に大別され、個別施設と共同施設におけるエネルギー消費の比較を表５に示す。

表５　水稲育苗施設におけるエネルギー消費量　⁹⁾

単位面積当たりのエネルギー消費は、個別育苗方式では178Mcal/ha、共同育苗方式では624Mcal/haとなるが、共同育苗方式では床土製造工程で多くのエネルギーを消費しており、水稲育苗工程のみの比較では個別育苗方式、共同育苗方式とも大差がないといえる。

4.2　水稲育苗施設における省エネルギー

水稲育苗施設における省エネルギー方策としては、

1. 最もエネルギーを消費する焼土装置の効率改善
2. 粉砕・播種・出芽室加熱装置の効率改善

のはか、力率向上対策などがあろう。

• 耕うん・しろかき

5.1 耕うん作業の現状

我が国の水田における耕耘作業は、大部分がロータリ耕である。普及台数は、歩行型が約１７０万台、乗用型が約２３０万台である(1995)。¹⁰⁾

これらの詳細な内訳データは得られていないが、これらの燃料消費はおよそ以下の通りである。¹¹⁾

図３　トラクタによるロータリ耕耘作業

乗用型トラクタを使用する方が、歩行型耕耘機の半分以下の燃料消費になる。年２回耕うんと仮定し、１８０万haの水田を、歩行型では、937Tcal(3,924TJ), 乗用型で402Tcal(1,682TJ)の燃料を必要とすることになるので、乗用型の方が年間535Tcal少なくてすむ。

また、稼働日数１０日、１日実働６時間とすると、乗用型トラクタでは、年間20haの耕うんが可能であり、４６０万ha の全作付面積を２回耕うんするには、46万台の乗用型トラクタで可能といえる。単純計算では、現存のトラクタの５分の１で十分であるということになる。これはちょうど、自家用車をバスで置き換えるとこんなに節約できるということにたとえることができる。農業においても、トラクタは耕耘作業以外の多くの農作業に使用されているので、実際に個々の農地で適期に作業するには、種々な配慮が必要であることは言うまでもない。

5.2 耕うん作業の省エネルギー

耕うん作業の省エネルギーは、上記のほか、技術的には、機械の改良、土壌水分の増加による土壌抵抗の軽減、ミニマム耕耘、不耕起栽培などの作業方法の改善が望まれる。

• 収穫

我が国の水田における収穫作業における普及台数は、コンバインが約１２０万台、バインダーが約１００万台である (1995)。¹⁰⁾

これらの燃料消費はおよそ以下の通りである。¹¹⁾

図４　自脱コンバイン

コンバインは、刈り取りから脱穀までを行う機械であるので、刈り取りを行うバインダーと脱穀を行う脱穀機のセットで比較する必要がある。

面積当たり燃料消費では、おのおの20L、27Lとコンバインがやや少ない。

また、稼働日数２０日、１日実働６時間とすると、コンバインでは、年間30haの収穫が可能であり、２１０万ha の稲・麦を収穫するには、70万台のコンバインで可能といえる。

• 乾燥・調製

7.1　乾燥調製施設の普及状況およびエネルギー消費

平成11年の水稲作付面積は、表６のように、1,781千haであるが、その内共乾施設の普及面積は558千ha(31.3%)となっており、ここ20年で約18％増加している。一方個人乾燥は1,085千ha(60.9%)と20年で7％程度の減少に止まっている。また、自然乾燥は138千ha(7.7%)と20年で約11％減少しており、ここの部分の多くが共乾施設に移行したといえる。

図５　カントリーエレベータ：JA常総ひかり

表６　乾燥方式別普及面積　1999年度

全国米麦改良協会、カントリーエレベーター協会ほか

共同乾燥を火力乾燥カントリーエレベーター（CE）と見なすと、表７からその消費エネルギーは3,245Mcal（13.6GJ）/haとなる。また、個人乾燥はその規模を平均1haとすると5,821Mcal(24.4GJ)/haとなる。したがって、人工乾燥合計の消費エネルギーは8.13 Pcal（34 PJ）となる。

表７　乾燥調製施設エネルギー消費量の比較 ¹²⁾

機械施設製造エネルギーの算出には、11.5 kcal/円（1996年の物価指数、産業連関表による）を用いた。

また、乾燥調製施設別のエネルギー消費量は、表７のとおりで、個別乾燥施設と共同乾燥施設の単位当り直接（変動）エネルギー消費量は個別乾燥が1ha規模であれば共同乾燥施設と大差は無い。しかし、施設製造（固定）エネルギーを含めた全体の全工程（含む施設製造）所要エネルギーでは共同乾燥施設の方が圧倒的に有利である。

また、単純に、もっともエネルギー消費の少ない太陽熱利用型ライスセンター(RC)を全面的に使用すると仮定すると、全消費エネルギーは、4.4 Pcal　と試算され、約54％の消費に半減できることになる。

7.2　共同化と稼働率向上による省エネルギー

表７によると、共同使用の共乾施設のエネルギー消費量は、1ha規模の個別乾燥施設の約半分である。したがって、共同化による省エネルギーの効果は大きい。

次に、施設の稼働率向上による省エネルギー効果を表８でみると、ha当たり総エネルギー使用量は、140％稼動になれば2,255-2,841Mcalとなり、100％稼動の場合に比較して、15-12％軽減することができる。

7.3　乾燥調製作業における省エネルギー

水分15％の乾籾まで乾燥するのに原料の水分が30％の場合214kgの水分を除去する必要があり、24％水分の原料に比べ96kgも除去水分が多くなる。水分1kg除去するのに要するエネルギーは1,300 kcal (5.44MJ) 程度必要なため、水分30％の原料籾は24％のものに比べ乾籾ｔ当り125 Ｍcal （523 MJ）余分にエネルギーを消費する。したがって、収穫は基準水分である24％、できればさらに低い水分で行うことが省エネルギーの観点から肝要である。

表８　 稼働率と消費エネルギーの関係

注：　間接エネルギーを含む

• 野菜果実集出荷施設

8.1　施設の普及状況およびエネルギー消費の現状

表９　野菜・果実集出荷施設数（1996年度）

　単位；ヶ所

選別施設における全消費エネルギーは、野菜で379 TJ、果実で439 TJとなり合計818 TJと推定される。

8.2　個別施設と共同利用施設におけるエネルギー消費の比較検討

表１０から共選施設は個別施設に比べ、35.3 GJ /haの省エネとなる。受益地区全体では1,764 GJのエネルギー節減となる。共選施設の省エネルギーについては、いかにその稼動率を上げるかにつきる。

表１０　個別施設と共同選別施設の消費エネルギー ⁹⁾

8.3　予冷施設の個人・共同利用別消費エネルギー

表１１　１坪予冷庫と共同予冷施設の消費エネルギー ⁹⁾

予冷施設での全消費エネルギーは、201 TJと推定される。また、共同予冷施設は個別処理の1坪予冷庫に比べ6.1 GJ / haの省エネとなる。受益地区全体では307 GJのエネルギー節減となる。

• 野菜園芸施設（野菜工場も含む）

9.1 施設の普及状況およびエネルギー消費の現状

園芸用ガラス温室，ハウスの設置実面積は53,518ha、養液栽培装置の導入面積は1,056ha、年々増加している．¹⁹⁾

また、植物工場普及振興会の調査によると，わが国の野菜工場は，施設面積の合計は17,100m²である。

9.2野菜園芸施設における消エネルギー

1) 共同育苗と集出荷施設の充実

2)低温肥大性の品種等の導入

3) 野菜工場では，効率の高い照明器具，効率の高い空調システムの適用

• 畜産施設

酪農の繋ぎ牛舎での管理作業に要する消費エネルギーは､1頭当たり5.6 GJ/年であるが､放し飼いのフリーストール牛舎においては､9.4-10.2GJ/年と大幅に増加する。¹²⁾

省エネルギー技術の先駆的事例として、八木バイオエコロジーセンターがある。ここは､ふん尿等の嫌気性発酵（メタン発酵）処理とガス発電､さらに堆肥化処理を組み合わせたエネルギー再生型畜産廃棄物処理施設である。

• バイオマスエネルギー

農業におけるエネルギーについては、消費する化石エネルギーのほか、バイオマスなどのエネルギー利用と自然エネルギーの利用がきわめて重要であるが、ここでは簡単に触れておくにとどめる。

我が国におけるバイオマスのエネルギー賦存量（年間）は、廃棄物系（畜産・食品等）が、930 PJ、未利用バイオマス（稲わら、籾殻、林地残材）が、 210 PJ、資源作物が、210 PJ、合計約1,300 PJ（原油換算3,500万kL）といわれている。^{9, 14)} 農業廃棄物が200 PJ、畜産廃棄物が110 PJ、林業廃棄物が150 PJ、産業廃棄物等が440 PJ 合計 900 PJ とも推定されている。¹⁵⁾　これらは、いずれも農業における消費エネルギーを大きく上回る。

歴史的に薪・木炭などの利用がよく知られているが、近年、メタンガス¹⁶⁾、アルコール¹⁷⁾ 等へのエネルギー変換などの開発・実用化が行われ、ディーゼル燃料用のナタネ・ソルガムの栽培も試みられている。¹⁸⁾ほか

また、自然エネルギーについても、水車・風車の利用、太陽熱による乾燥などよく知られている。⁹⁾ 今後も、十分な活用が期待される。

• 省エネルギー

最後に、農業における省エネルギーの方法について整理しておくと、共同化等による機械施設利用の効率化につきるが、以下のような技術的・社会的・政治的なシステム改造が重要となる。

1) 年間作業面積の増加：機械能力の適正化、作付体系の改善、作業の受委託、利用地域の拡大など

2) 栽培体系、栽培様式の改善

3) 機械利用法の改善、適性機械・農業技術の開発

4) 精密農法、経営情報ソフトウェアの開発活用

5) 自然エネルギー、バイオマスエネルギーの活用

文献：References

1. 経済産業省経済産業政策局調査統計部: 平成１３年　石油等消費構造統計調査確報
2. 通商産業省「総合エネルギー統計」,平成８，１１年度版
3. 山崎農業研究所, 食料主権-暮らしの安全と安心のために-(農山漁村文化協会), p.220(2000)
4. システム農学会編, 新たな時代の食料生産システム-低投入・持続可能な農業に向けて-(農林統計協会)、257(1996)
5. Boys, Antony F.F., 日本における農業とエネルギー, 茨城キリスト教大学短期大学部研究紀要40, 91(2001)
6. 農業部門におけるエネルギー投入の推計−産業連関表によるマクロ推計−(農林水産技術情報協会)、24(1996)
7. 吉田泰治,産業連関分析による投入エネルギー推計(1980-1995)、(農林水産省農業研究所)(1998)
8. 農業機械学会, 農業機械による環境保全機能向上のための調査研究(1992)
9. エネルギー管理型農業生産システム開発調査-H12(農林水産技術情報協会),p.209(2001)
10. 2004農業機械年鑑(新農林社),(2003)
11. 機械化計画の手引き(全農), (1990)
12. エネルギー管理型農業生産システム開発調査-H10, (農林水産技術情報協会), p.225(1999)
13. 　同上　-H11(農林水産技術情報協会), (2000)
14. 農水省: バイオマス・ニッポン総合戦略(2002) http://www.maff.go.jp/biomass/senryaku/senryaku.htm
15. 新エネルギー財団 、新エネルギー等導入促進基礎調査(1998)
16. 合田素行、国内におけるメタン発酵技術（農業総合研究所）、(2000)
17. 坂井正康、化学変換によるバイオ液化燃料製法の技術革新、研究ジヤーナル 6(農林水産技術情報協会) (2000)
18. 朝日新聞、ディーゼル燃料にナタネ油、2月23日 (2004)
19. 農林水産省統計データ http://www.maff.go.jp/www/info/index.html
20. 小中俊雄、農業における省エネルギー

http://www004.upp.so-net.ne.jp/tkonaka/EnergyHP/em.htm

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from  [Journal of the Japan Institute of Energy] 83-6:2004

「日本エネルギー学会誌」83-6:2004

2004/6/1