Quantitative review of environmental life cycle assessments of vertical farms – aligning reported impacts, and energy outlook for 2050
本研究は、レタス生産を行う垂直農法に関する環境ライフサイクルアセスメントの初の定量的レビューを提示するものであり、報告された影響の大きなばらつきは不整合なデータ報告とシステム境界に起因していることを明らかにするとともに、これらのアセスメントを調和させ、2050年までに脱炭素化された電力網へと移行することで、環境負荷を30〜70%削減できることを実証している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは以下の論文のAI生成解説です。著者が執筆または承認したものではありません。技術的な正確性については原論文を参照してください。 免責事項の全文を読む
地球規模での人口増加に対応しつつ、地球を守るという探求の中で、倉庫や輸送コンテナの影から新しい形態の農業が姿を現しました。これらは垂直農法と呼ばれるもので、伝統的な農地の太陽や土壌からは遠く離れた場所で、電気の光の下、レタスの類が積み重ねられた層の中で栽培される屋内施設です。その約束は魅力的なものです。これらのシステムは、一年中食料を生産でき、開放された畑よりもはるかに少ない水を使用し、都市の中心部へ新鮮な農産物を直接届けることができます。しかし、これらの植物を生かし続けるために必要な機械（照明、ファン、気候制御装置）は、ほぼ完全に電気によって稼働しています。これが、その持続可能性をめぐる議論における中心的な対立を生んでいます。つまり、水や土地を節約する一方で、その炭素足跡（カーボンフットプリント）が利益を上回ってしまうほど多くのエネルギーを消費してしまうのではないか、という点です。これに答えるため、科学者たちは「ライフサイクル・アセスメント」と呼ばれる手法に依拠しています。これは、農場の建設のための原材料の採掘から、食料が食べられた後の廃棄に至るまで、製品のあらゆる環境への影響を追跡する包括的な会計ツールです。これらの複雑なシステムを比較するための標準化された方法がなければ、公衆や政策立案者は、排出量がほぼゼロであると謳うものもあれば、膨大なエネルギーコストを警告するものもあるという、混乱した主張の混在に直面することになります。
研究チームは、既存の11件のレタス栽培に関する垂直農法の研究を収集し、再検証することで、この混乱を打破しようと試みました。これらの研究の結果をそのまま受け入れるのではなく、チームは監査役として振る舞い、各施設の生データを取得し、一貫した単一のルールを用いて環境への影響を再計算しました。彼らは、農場の規模、水の使用量、そして最も重要な、照明やファンを動かす電力の供給源の測定方法を標準化しました。これにより、同じ農場であっても、現在のオランダの電力網で稼働した場合と、風力や太陽光発電に大きく依存する2050年の将来の電力網で稼働した場合で、どのようにパフォーマンスが変わるかを見ることができました。このアプローチにより、農業技術自体の性能と、その農場がたまたと位置している国の特定のエネルギー構成を切り離して考えることが可能になりました。
調査の結果、これらの農場のパフォーマンスは、どのように運営され、どこに建設されるかによって劇的に変化することが明らかになりました。研究対象となった農場は、栽培面積1平方メートルあたり年間で7キログラムから97キログラムのレタスを生産しており、典型的な農場は約62キログラムの収穫量を示しました。その量を生産するために、農場はレタス1キログラムあたり10から39キロワット時の電力を使用しており、中央値は18キロワット時でした。水の使用量も同様に不一致があり、1キログラムあたり1.4から52リットルと幅がありましたが、典型的な農場は約15リットルを使用していました。研究者たちは、これらの大きな違いは技術によるものだけでなく、元の研究におけるデータの報告方法にも起因していることを発見しました。一部の研究では、建物の総床面積を測定しているのか、それとも植物が覆っている面積のみを測定しているのかを明確にしておらず、また、洗浄水の詳細や設備の寿命についての記述を省略しているものもありました。これらの欠落により、研究者がデータを調和させるまで、一つの農場を別の農場と比較することは困難でした。
チームがこれら11の農場の炭素排出量を、同じ電力源（2020年のオランダの電力網）を用いて再計算したところ、結果は非常に明確になりました。排出量はレタス1キログラムあたり4.8から16キログラムの二酸化炭素換算であり、中央値は7.6キログラムでした。この知見は、電力源の選択が垂直農法の環境への影響を左右する最大の要因であることを浮き彫りにしました。研究者が異なる種類の電力を用いた場合に何が起こるかを調べたところ、その差は歴然でした。石炭によって電力が供給される農場が最も高い排出量を生成し、原子力や風力によって電力が供給される農場が最も低い排出量を生成しました。実際、石炭を利用する農場と原子力を利用する農場の間の排出量の差は、特定の施設においては100倍を超える要因になり得るほど大きなものでした。これは、垂直農法が本質的に気候に対して「良い」あるいは「悪い」のではなく、その影響は、それが接続されている電力網の清潔さにほぼ完全に依存していることを裏付けました。
将来を見据えて、研究者たちは、中国、オランダ、米国といった主要国が、2050年までに電力網の脱炭素化に関する野心的な目標を達成した場合に何が起こるかをモデル化しました。予測は楽観的でした。もしこれらの農場が2050年のよりクリーンな電力網によって動かされるならば、その気候変動への影響は2020年レベルと比較して30％から70％減少する可能性があります。累積的なエネルギー需要と土地利用も大幅に減少するでしょう。しかし、研究は隠れたトレードオフも明らかにしました。世界が化石燃料から再生可能エネルギーへと移行するにつれ、風力タービン、ソーラーパネル、蓄電池を建設するために必要な鉱物や金属の需要が劇的に増加します。研究者たちは、この移行によって鉱物や金属の使用量が200％以上増加すると推定しました。これは、垂直農業の空気や気候への利益は脱炭素化された世界で大幅に改善する可能性がある一方で、地球の鉱物資源への圧力は激化することを示唆しています。
研究は、垂直農業が大きな潜在能力を秘めているものの、それは業界がデータの報告方法を改善し、農場を動かす電力網が浄化され続ける場合に限られると結論付けています。研究者たちは、これらの農場が真に持続可能であるためには、より効率的である必要があると強調しました。レビューにおける最高性能の農場は、レタス1キログラムあたり10キロワット時を使用していましたが、理論的なモデルによれば、より優れた技術と管理によって、これは最終的に3.3キロワット時まで下げることが可能です。それまでは、垂直農業に対する環境的な審判は、文脈の問題であり続けます。石炭主体の電力網を持つ国の垂直農場は、伝統的な温室栽培よりも大きな炭素足跡を持つ可能性がありますが、風力主体の電力網を持つ国の同じ農場は、気候変動への解決策となり得るのです。前進への道筋には、より優れた農業技術だけでなく、よりクリーンな電力への世界的なコミットメントと、これらの屋内農場を建設する企業によるより透明性の高い報告が必要とされています。
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