訂正：発酵有機肥料による稲わらの価値化：低炭素農業のための循環型経済アプローチ

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Researchers in agricultural waste management and bioenergy can use this review as a comprehensive overview of CBG and FOM integration.

🏢実務担当者:Practitioners in agribusiness and renewable energy may find the dual-valorization model useful for designing sustainable waste management systems.

🏛政策担当者:Policymakers in India and similar agricultural economies can leverage the review to support policies promoting CBG and FOM adoption.

インドは世界第2位の農業基盤経済として知られ、年間を通じて継続的な農業活動を行っており、その結果、大量の農業廃棄物が発生している。これらの廃棄物は主に、作物残渣、工業加工廃棄物、家畜廃棄物、果物・野菜廃棄物で構成されている（Krishnapriya et al., 2024）。新再生可能エネルギー省（MNRE）によると、インドの農民は年間約6億8600万トンの農業残渣を生成しており、そのうち9200万トンが焼却されている（Sen et al., 2024）。ニューデリーのインド農業研究所（IARI）によると、穀物作物は約3億6800万トンの作物残渣に貢献しており、米と小麦がそれぞれ41%と35%を占めている（Verma et al., 2024; Singh et al., 2018）。小麦播種のための短い期間、限られた農業機械化、労働力不足、家畜飼料としてのもみ殻の受け入れの低さなど、いくつかの重要な理由がこの残渣焼却の根本原因となっている（Ravindra et al., 2019）。長期的な現地での残渣焼却は、土壌の総炭素量と窒素量を大幅に減少させ、表層土壌層における窒素の無機化を阻害する。焼却中に発生する高温は表層土壌温度を上昇させ、土壌プロファイルの上部2.5cm以内の有機物と有益な土壌微生物の破壊につながる（Sahu et al., 2015）。この慣行は土壌の健康、気候、公衆衛生に影響を与えるだけでなく、大気質も悪化させる。Climate TRACEの報告書によると、2015年から2020年の期間において、インドは作物残渣の焼却によって生成された世界の排出量の13%を占めていた。現在の傾向に従うと、作物残渣の焼却による排出量は2050年までに45%増加すると予測されている（Lin and Begho, 2022）。同時に、世界のエネルギー使用量は今後20年間で劇的に増加し、2040年までに最大48%の成長が見込まれており、主に中国とインドにおける人口増加と工業化によって牽引されている（Zealand et al., 2017）。国際エネルギー機関は、化石燃料需要が2035年までに3分の1増加すると予測しており、この需要により、今世紀半ばまでに二酸化炭素排出量が年間最大87ギガトンのCO₂換算に達する可能性があり、気候危機を悪化させるだろう（Prasad et al., 2024）。インドは substantial なエネルギー資源を必要としており、原油の約85%を輸入しているが、これは全エネルギー使用量のほぼ半分を占めており、外部からの石油供給への依存度が今後数年間で減少する見込みはない（Mittal et al., 2019）。化石燃料の燃焼は substantial な環境被害を引き起こしている。化石燃料への継続的な依存と、それに伴う高い温室効果ガス（GHG）排出は、アジアの多くの地域で大気質を著しく悪化させ、呼吸器疾患、脳卒中、その他の慢性健康状態の増加につながっている（Ni et al., 2025）。エネルギー安全保障と環境保護の問題が緊急の課題となっていることを認識し、インド政府は原油輸入依存度を10%削減するという目標を発表した。バイオマス由来燃料などの代替クリーンエネルギー源を奨励することが、これを達成するための主な方法である。この場合、もみ殻などの農業バイオマスをバイオ燃料や圧縮バイオガス（CBG）という形の再生可能エネルギーに変換することは、大きな革新である。CBGは、有機物の嫌気性消化から得られる主にメタンからなるガス混合物であるバイオガスを圧縮・精製して作られるグリーン燃料である（Yadav and Sircar, 2022）。CBG生産のもう一つの利点は、嫌気性消化の副産物であり栄養素の豊富な源である消化液を生成することである。この消化液はさらに発酵有機肥料（FOM）に変換することができ、これは土壌の健康を改善し、主要な栄養源となるため化学肥料の使用を削減するだろう。FOMは化学肥料とは異なり、土壌構造を改善し、保水性を高め、良好な微生物集団を支援するため、土壌肥沃度の向上に重要な役割を果たす。したがって、化学投入物の使用を減らし、土壌劣化を防ぎ、農業の長期的な持続可能性に貢献する。本レビューでは、持続可能な農業を促進し、石油産業への依存を減らす上での圧縮バイオガス（CBG）と発酵有機肥料（FOM）の多面的な役割を総合する。本研究は、この二重出力システムの技術的、環境的、経済的利点を強調し、既存のバイオガスイニシアチブと政策をレビューし、その可能性を完全に実現するためのより広範な採用とインフラ開発の必要性を強調する。本レビューの新規性は、もみ殻ベースのCBG生成とFOMの生産を結び付ける統合的な二重価値化モデルを提示することにある。適切に実施されれば、このモデルは環境に優しい農業慣行と国家のエネルギー転換戦略の基盤となる可能性がある。本研究は、選択されたトピックに関する既存の知識を総合するために系統的レビューアプローチを採用した。レビューは、定義された期間内に発表された査読付き科学文献、年次機関報告書、会議録に焦点を当てた。方法論的ステップには、文献の特定、スクリーニング、適格性評価、定性的統合が含まれた。合計250件の研究論文、5件の年次報告書、10件の会議出版物が本レビューの核となる資料として使用された。文献は、Scopus、Web of Science、PubMed、Google Scholar、Science Directのデータベースから入手した。年次報告書は関連する政府および研究機関から入手し、会議出版物は国内および国際的な科学会議から入手した。関連性と質を確保するために、英語で発表された査読付き論文のみ、一次データまたは重要な知見を含む年次報告書および会議録、現代的な関連性を確保するための過去15〜20年の出版物が利用された一方、全文が欠如している論文、方法論的情報が不完全な研究、データベース間での重複出版物、およびレビューの焦点に関連しない論文は研究から除外された。これらの基準は、抽出されたデータ全体にわたって科学的厳密性、関連性、信頼性、一貫性を確保するために選択された。定性的統合のための完全かつ意味のある情報を提供した情報源のみが含まれた。データはMicrosoft ExcelとMendeley/Zoteroを使用して参照管理のために整理された。信頼性を確保するために、研究（研究論文）は標準的なレビューガイドラインを使用して評価され、最低限の方法論的基準を満たす出版物のみが保持された。2016年に発生した世界全体の廃棄物は20.2億トンであり、2030年には25.9億トン、2050年には34億トンになると推定されている（Statista, 2018）。図1は、世界の作物残渣の年間生産量が約24億4540万トンであるという推定とともに、世界の作物残渣の発生を示している（Fu et al., 2021; Kumar et al., 2023）。詳細な分析によると、アジア（主にインドと中国）は、人口密度が非常に高く、したがって対応する食料のための農業生産が非常に高くなければならないため、残渣発生の主な源である。インドでは、残渣焼却率が中国より約30%高く、パキスタンより93%高いという問題が特に深刻である（FAOSTAT, 2019）。表1は、2019年のさまざまな国における作物残渣焼却の広範な概要を提供している。これらの国々の中で、インド、中国、インドネシアがこの活動の主要な貢献者として際立っていた。インドは米ともみ殻の残渣焼却率が最も高く、その年に約2408万トンの米残渣と1173万トンの小麦残渣が焼却された。パンジャブ農業大学の報告書によると、インドでは残渣焼却により、毎年約82万4000トンの重要な土壌栄養素（窒素、リン、カリウム（NPK））が失われている（Turmel et al., 2015）。インドは作物残渣の主要生産国の一つであり、毎年約6億8600万トン（MT）の作物残渣を生成しており、そのうち3億6800万トンは穀物作物からのものである（図2）。穀物作物の中で、米と小麦が主要な作物であり、総作物残渣生産量にそれぞれ約1億5400万トンと1億3100万トン貢献している（Kumar et al., 2023）。このうち、約1億4100万トンが余剰とみなされ、約9200万トンが野焼きに供されている（NPMCR, 2023; Bhuvaneshwari et al., 2019; Venkatramanan et al., 2021）。作物残渣の焼却は、収穫後および植え付け前に行われる一般的な農業慣行である（Gatkal et al., 2024）。この慣行は、作物残渣の容易な除去、農業廃棄物の処分、害虫や雑草の駆除など、さまざまな理由でしばしば実施される。作物残渣の焼却は、多くの地域で深く根付いた伝統的な慣行であるが（Shan et al., 2013; Bisen et al., 2017; Shyamsundar, 2019）、大気エアロゾルと微量ガスの主要な世界的発生源でもあり、人間の健康、気候、環境に重大な脅威をもたらしている（Akagi et al., 2011; Huang et al., 2012; Abdurrahman et al., 2020; Venkatramanan et al., 2021）。作物残渣焼却の影響に関する詳細な議論を以下に示す。作物残渣の焼却には多くの環境問題がある（表2）。これは温室効果ガス（GHG）排出の主要な発生源であり、CO₂、CH₄、N₂Oを放出することで地球温暖化に寄与している。気候変動への寄与に加えて、残渣焼却はPM、SO₂、VOCs、NOx、COなどの健康に有害な大量の大気汚染物質も放出する（Statista, 2020）。PM2.5のような微粒子は、肺の奥深くまで入り込み、呼吸器疾患や心血管疾患を悪化させるため、非常に危険である（Rakshit et al., 2022）。環境への影響はこれに限定されない。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

India, known as the world's second-largest agro-based economy, is a continuous agricultural activity performer throughout the year that results in large quantities of agricultural waste.These waste materials are mainly composed of crop, industrial processing, livestock, and fruit and vegetable wastes (Krishnapriya et al., 2024). According to the Ministry of New and Renewable Energy (MNRE), Indian farmers generate about 686 million tons of agricultural residue per year, out of which 92 million tons are burnt (Sen et al., 2024).Cereal crops contribute around 368 million tons of crop residue, with rice and wheat accounting for 41% and 35%, respectively, as per the Indian Agricultural Research Institute (IARI), New Delhi (Verma et al., 2024;Singh et al., 2018). Several important reasons such as short time span for sowing wheat, limited farm mechanisation, scarce manpower and poor acceptability of paddy straw as fodder are the root causes behind this residue burning (Ravindra et al., 2019). The Long-term, on-site residue burning significantly reduces the total carbon and nitrogen content of the soil and hampers nitrogen mineralization in the upper soil layer. The high temperatures generated during burning elevate surface soil temperatures, leading to the destruction of organic matter and beneficial soil microbes within the top 2.5 cm of the soil profile (Sahu et al., 2015). This practice not only affects the soil health, climate and public health but also degrades air quality. According to Climate TRACE report indicates that, during the time period from 2015 to 2020, India was responsible for 13% of the global emissions that were generated by burning crop residues. Following current trends, there are predictions that crop residue burning emissions will increase by 45% in 2050 (Lin and Begho, 2022).At the same time, energy use worldwide will rise dramatically over the next twenty years with predictions of up to 48 percent growth by 2040 mainly driven by population growth and industrialization in China and India (Zealand et al., 2017). The International Energy Agency predicts fossil fuel demand will increase by one-third before 2035 and this demand could result in carbon emissions reaching up to 87 gigatons CO₂-equivalent annually by the middle of this century which will exacerbate the climate crisis (Prasad et al., 2024). India requires substantial energy resources while importing about 85 percent of its crude oil which accounts for nearly half of its entire energy usage, yet there is no foreseeable reduction in its dependence on external oil supplies years (Mittal et al., 2019). The combustion of fossil fuels has caused substantial environmental damage. The continued dependency on fossil-based fuels and the resulting high greenhouse gas (GHG) emissions have significantly deteriorated air quality across many regions of Asia, leading to a rise in respiratory diseases, strokes, and other chronic health conditions (Ni et al., 2025).Realizing that the problem of energy security and environmental protection has become an urgent issue, the Government of India announced a goal to reduce the crude oil import dependency by 10%. Encourage alternative clean energy sources, like, biomass-based fuels, is the main way to accomplish it. In this case, conversion of agricultural biomass like paddy straw into renewable energy in the form of biofuels and compressed bio-gas (CBG) is a great innovation. CBG is a green fuel made by compressing and purifying biogas, a gas mixture of mainly methane which is obtained from anaerobic digestion of organic matter (Yadav and Sircar, 2022). The other advantage of CBG production is that it produces digestate, a byproduct of anaerobic digestion and a rich source of nutrients. This digestate can then be further converted into Fermented Organic Manure (FOM) which would improve soil health and reduce use of chemical fertilizers as it would be the main source of nutrients. FOM unlike chemical fertilizers plays a key role in improving soil fertility as it improves soil structure, increases water retention and supports good microbial populations. So it reduces use of chemical inputs and prevents soil degradation and helps in long term sustainability of agriculture.In this review, we synthesize the multifaceted role of Compressed Bio-Gas (CBG) and Fermented Organic Manure (FOM) in promoting sustainable agriculture and reducing dependency on the petroleum industry. The study highlights the technical, environmental, and economic benefits of this dual-output system, reviews existing biogas initiatives and policies, and emphasizes the need for wider adoption and infrastructure development to achieve its full potential. The novelty of this review lies in presenting an integrated dual-valorization model that couples paddy straw-based CBG generation with the production of FOM. With proper implementation, this model could become a cornerstone of eco-friendly agricultural practices and national energy transition strategies.This study employed a systematic review approach to synthesize existing knowledge on the selected topic. The review focused on peer-reviewed scientific literature, annual institutional reports, and conference proceedings published within a defined period. The methodological steps included literature identification, screening, eligibility assessment, and qualitative synthesis. A total of 250 research articles, 5 annual reports, and 10 conference publications were used as the core material for this review. Literature was sourced from the following databases, Scopus, Web of Science, PubMed, Google Scholar, and Science Direct. Annual reports were obtained from relevant government and research institutions, while conference publications were sourced from national and international scientific meetings. To ensure relevance and quality only peer-reviewed articles published in English, annual reports and conference proceedings containing primary data or significant findings, publications from the last 15-20 years to ensure contemporary relevance were utilized, whereas articles lacking full text, studies with incomplete methodological information, duplicate publications across databases and papers unrelated to the focus of the review were excluded from the study. These criteria were selected to ensure scientific rigor, relevance, reliability, and consistency across the extracted data. Only sources that provided complete and meaningful information for qualitative synthesis were included. Data were organized using Microsoft Excel and Mendeley/Zotero for reference management. To ensure reliability, research studies (research paper) were evaluated using standard review guidelines and only publications meeting the minimum methodological criteria were retained.The total global waste generated in 2016 was 2.02 billion tons, with an estimate that this number will be 2.59 billion tons in 2030 and 3.4 billion tons in 2050 (Statista, 2018). The Figure 1 illustrates the global generation of crop residues with the estimation that the annual global production of crop residues is around 2,445.4 million tons (Fu et al., 2021;Kumar et al., 2023). An in-depth analysis indicates that Asia (mainly India and China) is the main source of residue generation since it is very densely populated and hence the corresponding agricultural production for food must be very high.In India, the problem is especially acute, with residue burning rates around 30% greater than in China and 93% greater than in Pakistan (FAOSTAT, 2019). Table 1 offers an extensive summary of crop residue burning in different nations during the year 2019. Among these countries, India, China, and Indonesia stood out as the primary contributors to this activity.India experienced the highest rates of burning rice and wheat residue, with around 24.08 million tons of rice residue and 11.73 million tons of wheat residue incinerated in that year. A report from Punjab Agricultural University indicates that in India, residue burning results in the yearly loss of about 0.824 million tons of vital soil nutrients: nitrogen, phosphorus, and potassium (NPK) (Turmel et al., 2015). India is one of the leading producers of crop residues, generating approximately 686 million tons (MT) of crop residue every year, of which 368 Mt comes from cereal crops (Figure 2). Among cereal crops, rice and wheat are the dominant crops, contributing approximately 154 and 131 Mt, respectively, to the total crop residue production (Kumar et al., 2023). Of this, approximately 141 MT is considered surplus, with nearly 92 MT subjected to open-field burning (NPMCR, 2023;Bhuvaneshwari et al., 2019;Venkatramanan et al., 2021).Crop residue burning is a common agricultural practice conducted post-harvesting and preplanting (Gatkal et al., 2024). This practice is often carried out for various reasons such as easily removing crop residue, disposal of agro-waste, and the elimination of pests and weeds.Although crop residue burning is a deeply rooted traditional practice in many regions (Shan et al., 2013;Bisen et al., 2017;Shyamsundar, 2019) and also a major global source of atmospheric aerosols and trace gases, which pose significant threats to the human health, climate, and environment (Akagi et al., 2011;Huang et al., 2012). (Abdurrahman et al., 2020;Venkatramanan et al., 2021). A detailed discussion on the impacts of crop residue burning is presented below.Burning of crop residues has many environmental problems (Table 2). It's a major source of greenhouse gas (GHG) emissions which adds to global warming by releasing CO₂, CH₄ and N₂O. Besides contributing to climate change, residue burning also releases huge amount of air pollutants like PM, SO₂, VOCs, NOx and CO which are harmful to health (Statista, 2020).Fine particles like PM2.5 are very dangerous as they go deep into the lungs and aggravate respiratory and cardiovascular diseases (Rakshit et al., 2022). Effects on the environment are not limited to

• openalex https://doi.org/10.3389/fsufs.2026.1816547first seen 2026-05-05 19:11:43