[論文レビュー] Can we improve the environmental benefits of biobased PET production through local 1 biomass value chains? A life cycle assessment perspective

Carlos García-Velásquez, Yvonne van der Meer|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2021

Bioeconomy and Sustainability Development参考文献 23被引用数 21

ひとこと要約

本研究では、ライフサイクルアセスメント（LCA）およびグローバル感度分析（GSA）を用いて、ヨーロッパ地域のバイオマス原料（ビート、小麦、ミスカンサス）を用いた30%および100%バイオベースPETの環境パフォーマンスを評価している。ミスカンサス由来のバイオベースPETが、グリーンハウスガス排出量および環境影響が最小であり、ブラジルのサトウキビやインドのモラスといった輸入原料を上回ることを示している。また、GSAとLCAの統合は、ヨーロッパにおける持続可能なバイオプラスチックサプライチェーンを最適化するための初期段階の意思決定支援ツールとしての有効性を示している。

ABSTRACT

The transition to a low-carbon economy is one of the ambitions of the European Union for 2030. Biobased industries play an essential role in this transition. However, there has been an on-going discussion about the actual benefit of using biomass to produce biobased products, specifically the use of agricultural materials (e.g., corn and sugarcane). This paper presents the environmental impact assessment of 30% and 100% biobased PET (polyethylene terephthalate) production using EU biomass supply chains (e.g., sugar beet, wheat, and Miscanthus). An integral assessment between the life cycle assessment methodology and the global sensitivity assessment is presented as an early-stage support tool to propose and select supply chains that improve the environmental performance of biobased PET production. From the results, Miscanthus is the best option for the production of biobased PET: promoting EU local supply chains, reducing greenhouse gas (GHG) emissions (process and land-use change), and generating lower impacts in midpoint categories related to resource depletion, ecosystem quality, and human health. This tool can help improving the environmental performance of processes that could boost the shift to a low-carbon economy.

研究の動機と目的

• 地域ヨーロッパのバイオマス原料（ビート、小麦、ミスカンサス）を用いた30%および100%バイオベースPET生産の環境影響を、輸入代替品と比較して評価すること。
• 現在のグローバルサプライチェーンと比較して、地域バイオマスバリューチェーンがバイオベースPET生産の環境的利点を強化できるかどうかを評価すること。
• ライフサイクルアセスメント（LCA）とグローバル感度分析（GSA）を統合し、最適なサプライチェーン構成を特定する初期段階の意思決定支援ツールとしての役割を果たすこと。
• エネルギー源、農業慣行、割当方法などの環境パフォーマンスに影響を与える主要パラメータを同定し、持続可能なプロセス設計を支援すること。

提案手法

• 異なる原料およびサプライチェーン構成を用いたバイオベースPET生産プロセスの比較的ライフサイクルアセスメント（LCA）を実施する。
• グローバル感度分析（GSA）を用いて、エネルギー構成、施肥慣行、割当方法などの主要パラメータが環境影響結果に与える影響を定量化する。
• 中間影響カテゴリ（例：気候変動、資源枯渇、エコシステム品質）を用いて、さまざまなシナリオにおける環境パフォーマンスを評価する。
• システム境界内にバイオジェニック炭素の会計を組み込み、ネットグリーンハウスガス（GHG）排出量を評価する。
• ホットスポット分析を実施し、サプライチェーン内で環境影響が最も高い段階を同定する。
• LCAとGSAを統合した意思決定支援フレームワークを構築し、初期設計段階で環境的に優れたサプライチェーン代替案を優先順位付けする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 地域ヨーロッパのバイオマス（ビート、小麦、ミスカンサス）を用いた30%および100%バイオベースPET生産と、輸入原料（ブラジルのサトウキビ、インドのモラス）を用いた場合の環境影響は、どのように比較されるか？
• RQ2 一次原料（ビート、小麦）と二次原料（ミスカンサス）のうち、どのバイオマス原料がバイオベースPET生産において環境影響が最小か？
• RQ3 バイオベースTPA生産に用いるエネルギー源の選択（例：石炭対再生可能電力）が、全体の環境パフォーマンスに与える影響はいかほどか？
• RQ4 農業管理慣行（例：施肥）および割当方法が、エタノールおよびMEG生産の環境影響に与える役割は何か？
• RQ5 LCAとグローバル感度分析（GSA）の統合は、バイオベースPETサプライチェーンにおける環境改善戦略の特定と優先順位付けに、効果的な初期段階のツールとして機能できるか？

主な発見

• ミスカンサスが、すべての中間影響カテゴリにおいて、バイオベースPET生産における最適な原料として浮き彫りになった。これは、グリーンハウスガス（GHG）排出量および環境影響が最小であることを示している。
• ミスカンサスを用いた100%バイオベースPETは、化石由来PETと比較して、最大40%のGHG排出量削減を達成しており、主にバイオジェニック炭素の吸収と低い土地利用変化排出量に起因する。
• 地域ヨーロッパのバイオベースPETサプライチェーンは、輸入サトウキビやモラスに依存するグローバルサプライチェーンと比較して、環境パフォーマンスにおいて顕著に優れている。
• ベルギー、ドイツ、フランスなどで使用される再生可能エネルギー源をバイオベースTPA生産に活用することで、石炭ベースのエネルギーに比べてGHG排出量をより効果的に削減でき、クリーンエネルギー統合の重要性が浮き彫りになった。
• グローバル感度分析（GSA）により、ビート栽培における施肥慣行と、サトウキビモラス生産における割当方法が、環境影響の不確実性に最も大きな影響を与える重要なパラメータであることが同定された。
• 統合されたLCA-GSAフレームワークは、ホットスポットと改善のための主要な要因を効果的に同定でき、バイオベースPETサプライチェーンの持続可能性を高めるためのデータドリブンな初期段階意思決定を可能にした。