バイオガス価値連鎖の最適化による環境影響の削減：推進要因、障壁、政策開発

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

🔬研究者:Provides a comprehensive LCA-economic model for biogas value chains and comparative policy analysis.

🏢実務担当者:Offers insights into profitable biogas configurations and policy incentives for project development.

🏛政策担当者:Highlights effective support mechanisms and regulatory adjustments to promote biogas and reduce emissions.

有機資源の嫌気性消化からのバイオガス生産は、いくつかの部門における温室効果ガス排出削減に貢献する可能性があり、バイオエコノミーと循環経済の両方において中心的な役割を果たすことができる。いくつかのヨーロッパ諸国は、バイオガス生産を増加させ、嫌気性消化への糞尿の量を増やすという政治的目标を持っている。しかし、この処理方法は費用がかかることが知られており、バイオガスと消化物の市場は未成熟である。環境影響を最小限に抑えながら、同時に関与主体にとっての収益性を達成するために、バイオガスバリューチェーンをどのように設計すべきかについてのより良い理解が必要とされている。 ノルウェーにおいて、バイオガス生産の最も一般的な基質は、下水汚泥と家庭及び産業からの有機廃棄物である。糞尿は理論上のバイオガス潜在量が最も大きい基質として特定されているが、現在糞尿を利用しているプラントはほとんどない。最近まで、ノルウェーのバイオガスは主に熱生成に適用されており、その大部分はプラント内または周辺の建物で利用されていた。しかし、ここ数年、いくつかの新規および既存のプラントが、輸送部門での燃料として使用するためのバイオメタンを生産するためのアップグレード設備に投資している。嫌気性消化の副産物である消化物の最も一般的な処理は、それを脱水し、乾燥画分を土壌改良製品として使用し、湿潤画分を廃水処理に送ることである。しかし、いくつかの新しいプラントは、液体消化物をバイオ肥料として農業に供給している。 本論文の目的は、環境影響を削減するためにノルウェーのバイオガスバリューチェーンを最適化する方法に関する知識への貢献を、意思決定支援を提供できるモデルを開発することによって行うことであった。目標は、ノルウェーのバイオガス産業のさらなる発展のための規制システムと前提条件への改善を提案することである。システム理論とシステム分析手法が適用され、3つの異なる領域が評価された：環境影響、バリューチェーンにおける主体の経済、および政策である。ケーススタディは、家庭からの有機廃棄物（食品廃棄物）と牛及び豚からの糞尿という基質に限定された。経済評価では、バイオガスプラントと牛及び豚農場の年間結果のみが計算された。 本博士論文の一部として4つの科学論文が作成された。最初の論文では、ライフサイクルアセスメント手法と一般的な結果がBioValueChainモデルについて提示された。このモデルは、バイオガスバリューチェーンのさまざまなオプションの環境影響を評価できるように開発された。2番目の論文では、環境評価が大規模バイオガスプラントの4つの異なるバリューチェーン構成に対する経済評価と組み合わされた。さらに、最も収益性の高いオプションが参照として使用され、環境影響の削減の観点から最も好ましいオプションを参照と同程度に収益性にするために必要なインセンティブを計算した。 ノルウェーとデンマークのバイオガスバリューチェーンの比較評価が論文3で実施された。デンマークは固定価格買取制度を通じてバイオガスの最終用途支援を実施している一方、ノルウェーは投資支援と、バイオガスプラントに納入される糞尿1トン当たりの農家への支援を提供している。目的は、異なる規制システムの効果を評価することであった。これは、ノルウェーとデンマークのバイオガスバリューチェーンを定義し、コストと収入を計算することによって達成された。さらに、デンマークの条件を仮定した場合のノルウェーのバリューチェーンの経済結果、およびその逆も計算された。 論文4では、ある地域における嫌気性消化のための糞尿資源の利用に関する最適化モデルの方法論が記述され、そのモデルがノルウェーのある地域の50の農場に関するケーススタディを実施するために使用された。このモデルは、3つのオプション（バイオガス生産なし、農場規模のバイオガス生産、集中型バイオガス生産）について、農家の経済的利益と温室効果ガス排出量を計算した。 この博士研究の結果は、環境影響を削減するために、嫌気性消化に使用される有機廃棄物と糞尿の量を増やすべきであることを示した。バイオガスの使用として最も好ましいオプションは、ディーゼルを代替する輸送用燃料としてであり、消化物の最良の使用は、鉱物肥料の代替として農業における肥料としてであり、これはバリューチェーンにおける高いレベルの部門統合を必要とする。温室効果ガス排出の最大限の削減を得るためには、拡散排出を回避し、消化物の貯蔵からの排出を削減する努力がなされるべきである。 経済計算は、大規模バイオガスプラントが一般的に、農業部門をバリューチェーンに含めるための経済的インセンティブを欠いていることを示した。輸送部門の組み入れは、最大規模のバイオガスプラントと、高価格でバイオメタンを販売できるプラントにとってのみ、バイオガス使用の最も収益性の高いオプションである。 牛及び豚農場の糞尿管理に関する最も収益性の高いオプションは、集中型バイオガスプラントへの糞尿の供給と、バイオ肥料としての消化物の返却であった。しかし、これは農場とバイオガスプラントとの間の契約に依存していた。バイオガス生産に送られる糞尿1トン当たりの新たに導入された支援の結果として、小規模バイオガスプラントへの投資もほとんどの牛及び豚農場にとって収益性があり得るが、ノルウェーの農場の大多数は農場でのバイオガスの良い用途を見つけるのに苦労するであろう。これは、バイオガス生産のための糞尿資源の利用増加に対する現在の障壁が、原則として経済的なものではないことを示している。 現在の支援システムは、バイオガス生産の増加に貢献してきた。しかし、本論文の一部として実施された評価に基づいて、環境影響を削減し、政治的目标を達成するために、ノルウェーにおける最適化されたバイオガス生産の枠組み条件を改善するためのいくつかの勧告がなされた。CO2税と道路料金の免除は輸送部門でのバイオガスの使用増加に貢献してきたが、化石燃料への課税の増加は、ほとんどの大規模バイオガスプラントにとってガスのアップグレードを最も収益性の高いオプションにすることに貢献し得る。公共調達における環境側面の重要性を高めることは、化石燃料を使用しない公共交通機関の達成と廃棄物処理からの環境影響の削減という政治的目标の達成におけるバイオガスの役割を強化するであろう。さらに、大規模プラントが基質として糞尿を使用し、消化物を農業に供給することを動機付ける措置を検討することが重要である。 ノルウェーの文脈における農場規模のバイオガス生産の経済に関する知識の増加は、経済評価の結果をより堅牢にし、投資を行う際の農家のリスクを低減するであろう。これには、予期しないコストを回避するための小規模プラントの起動と運用に関する知識が含まれる。より安価な小規模アップグレードソリューションの技術開発を奨励する政治的手段は、現在化石燃料を使用しているトラクターやその他の農業機器での未精製バイオガスの使用と同様に、温室効果ガス排出をさらに削減できるであろう。いくつかの地域では、これは配管インフラと集中型アップグレードを備えた農場規模生産のための地域開発計画を実施することによっても達成できるであろう。これらの措置は、バイオガス生産のための糞尿の量の増加を促進できる。 本論文の一部として実施された研究は、環境ライフサイクルアセスメントと経済コスト評価を組み合わせたモデルが意思決定支援として機能し、政策開発に貴重な貢献をすることができることを示した。しかし、結果は使用されるデータの品質とモデルの詳細レベルに大きく依存する。結果の堅牢性を高めるためには、消化物の貯蔵と散布からの排出の定量化と、それらを削減する方法に関するさらなる研究が必要である。さらに、肥料としての消化物の特性、例えば施肥効果、炭素貯蔵、および土壌品質へのその他の貢献についてのより深い理解が必要である。消化物の脱水と堆肥化からの排出、およびその泥炭の代替としての使用についても、より多くの研究が行われるべきである。さらに、コスト評価は、輸送部門の主体と消化物を受け取る農家の経済も含むように拡張できるであろう。

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。

Biogas production from anaerobic digestion of organic resources can potentially contribute to a reduction in greenhouse gas emissions in several sectors and can play a central role in both the bioeconomy and the circular economy. Several European countries have political goals to increase biogas production and to increase the amount of manure to anaerobic digestion. The treatment method is, however, known to be costly and the markets for biogas and for digestate are immature. There is a need for a better understanding of how the biogas value chains should be designed to minimise environmental impacts while at the same time achieving profitability for the actors.\nIn Norway the most common substrates for biogas production are sewage sludge and organic waste from households and industry. Manure is identified as the substrate with the greatest theoretical biogas potential, but there are currently few plants utilising manure. Until recently, biogas in Norway has mainly been applied to generate heat, where a large share has been utilised internally at the plant or in surrounding buildings. In the last few years, however, several new and existing plants have invested in upgrading equipment to produce biomethane for use as a fuel in the transport sector. The most common treatment of the digestate, which is a co-product from anaerobic digestion, is to dewater it and use the dry fraction as a soil improvement product, while the wet fraction is sent to waste water treatment. A few new plants do, however, deliver liquid digestate to agriculture as a biofertiliser.\nThe objective of this thesis has been to make a contribution towards knowledge regarding ways of optimising Norwegian biogas value chains to reduce environmental impacts, by developing models that can provide decision support. The aim is to suggest improvements to the regulatory systems and the preconditions for further development of the biogas industry in Norway. Systems theory and system analysis methodology was applied, and three different domains were assessed: environmental impacts, economy of the actors in the value chain and policies. The case studies were limited to the substrates organic waste from households (food waste) and manure from cattle and pigs. In the economic assessment, only the annual results for the biogas plants and cattle and pig farms were calculated.\nFour scientific papers were developed as part of this PhD thesis. In the first paper, life cycle assessment methodology and generic results were presented for the BioValueChain model. The model was developed to be able to evaluate the environmental impacts of different options for biogas value chains. In the second paper, environmental assessment was combined with economic assessment of large scale biogas plants for four different value chain configurations. In addition, the most profitable option was used as a reference to calculate the incentives necessary to make the most preferable option in terms of reduction of environmental impacts as profitable as the reference.\nA comparative assessment of biogas value chains in Norway and Denmark was carried out in Paper 3. Denmark has implemented an end-use support of biogas through a feed-in tariff, while Norway provides investment support and support for farmers per tonne manure delivered to a biogas plant. The objective was to evaluate the effect of different regulatory systems. This was achieved by defining a Norwegian and a Danish biogas value chain, and calculating the costs and income. In addition, the economic results were calculated for the Norwegian value chain when assuming Danish conditions, and vice versa. \nIn paper 4 the methodology of an optimisation model for the use of manure resources for anaerobic digestion in one region was described, and the model was employed to perform a case study on 50 farms in one region in Norway. The model calculated the economic profit for farmers and the greenhouse gas emissions for three options: no biogas production, farm scale biogas production and centralised biogas production. \nThe results in this PhD work showed that the amount of organic waste and manure used for anaerobic digestion should be increased to reduce environmental impacts. The most preferable option for the use of biogas is as a fuel for transport to substitute diesel, and the best use of the digestate is as a fertiliser in agriculture as a substitute for mineral fertiliser, which requires a high level of sector integration in the value chain. To obtain a maximal reduction of greenhouse gas emissions, efforts should be made to avoiding diffuse emissions and reducing emissions from the storage of digestate.\nThe economic calculations showed that large-scale biogas plants in general lack economic incentives to include the agricultural sector in the value chain. Inclusion of the transport sector is the most profitable option for use of biogas only for the largest scale biogas plants and for those who are able to sell biomethane for a high price. \nThe most profitable option regarding the management of manure for cattle and pig farms was the supply of manure to a centralised biogas plant and the return of the digestate as biofertiliser. This was, however, dependent on the agreement between the farm and the biogas plant. As a result of the newly introduced support per tonne manure sent to biogas production, investment in a small scale biogas plant can also be profitable for most cattle and pig farms, all though the majority of farms in Norway would struggle to find a good use for the biogas on the farm. This indicates that the current barriers to increased use of manure resources for biogas production are not principally economic. \nThe current support system has contributed to an increase in biogas production. Based on the assessments performed as part of this thesis, however, some recommendations were made to improve the framework conditions of an optimised biogas production in Norway, to reduce environmental impacts and achieve the political objectives. While the exemption from CO2 tax and road fee has contributed to an increased use of biogas in the transport sector, an increase in the taxes for fossil fuels could contribute to making upgrading of the gas the most profitable option for most large-scale biogas plants. Raising the importance of the environmental aspects in public procurements would enhance the role of biogas in achieving the political objectives of obtaining fossil free public transport and in the reduction of environmental impacts from waste treatment. In addition, it is important to consider measures that motivate large scale plants to use manure as a substrate and deliver digestate to agriculture. \nAn increase in the knowledge regarding the economy of farm scale biogas production in a Norwegian context would make the results from the economic assessment more robust and reduce the risk for farmers in making the investment. These include knowledge with regard to the start-up and operation of small scale plants to avoid unforeseen costs. Political instruments that encourage the development of technology for cheaper small scale upgrading solutions could further reduce the greenhouse gas emissions, as would the use of raw biogas in tractors and other agricultural equipment currently using fossil fuels. In some regions, this could also be achieved by implementing regional development plans for farm scale production with piping infrastructure and centralised upgrading. These measures could promote an increase in the amount of manure for biogas production\nThe work carried out as part of this thesis has shown that models combining environmental life cycle assessment and economic cost assessments can serve as decision support and can make a valuable contribution to policy development. The results are, however, highly dependent on the quality of the data used and the level of detail in the models. In order to increase the robustness of the results, there is a need for more research into the quantification of emissions from the storage and spreading of digestate, and ways in which they can be reduced. In addition, there is a need for a greater understanding of the properties of digestate as a fertiliser, such as the fertilising effect, carbon storage and other contributions to soil quality. More research should also be carried out on the emissions from dewatering and composting of digestate, and its use as a substitute for peat. Furthermore, the cost assessments could be expanded to also to include the economy of the actors in the transport sector and the farmers receiving digestate.

• openalex http://hdl.handle.net/11250/2580221first seen 2026-08-02 18:14:48 · last seen 2026-08-02 18:15:26