ZEG ゼロ・エネルギー・グリーンハウス

ZEGってなに？-about-

ZEGは、ネット・ゼロ・エネルギー・グリーンハウス（Net Zero Energy Greenhouse）の事。
農産物を生産しても、化石燃料由来の電力や燃料などエネルギーを消費しない様にする、新しいカタチの施設園芸です。これにより、地球温暖化の原因となるGHG（温室効果ガス）の排出をゼロにし、今の豊かな生活環境を維持したまま、持続可能な社会を実現します。
エネルギー消費を減らし、一方で施設および近隣でエネルギーを創出することで、これを実現します。

どうしてZEGが必要なの？

日本政府も、世界の各国も、およそ2050年を目標に、脱炭素化・カーボンニュートラル社会を実現しようとしています。でも、農業や施設栽培で脱炭素化が必要なのでしょうか。

農業でのGHG排出量は、全体の1/4

「農業は、CO2を吸収する植物を生産しているから、環境に優しいのでは？」
多くの方は、農業の地球温暖化への影響をこう見ているでしょう。しかし、実際には違うのです。
世界のGHG（温室効果ガス：Greenhouse Gas）排出量は、490億トン相当（CO2換算）。
このうち24%は、農林水産業で排出されていると推測されているのです。

日本での農林水産業のエネルギー消費は3.4%

目線を変えて、エネルギー消費量で、農業を見てみましょう。
日本全体でのエネルギー消費は7,483PJあります（令和3年）。
このうち、農林水産業が消費するエネルギー量は、なんと3.4%の256PJに上ります。
少ないように見えますが、1産業1%が目安といわれるエネルギー消費量で、3%越えというのは、比率としては多いのです。さらに、農林水産業は、省エネ化が遅れているのです。

【第212-1-1】企業・事業所他部門のエネルギー消費の推移
出典：資源エネルギー庁「総合エネルギー統計」を基に作成
※｢総合エネルギー統計｣では、1990年度以降、数値の算出方法が変更されている。
非エネルギー利用分については、1990年度以降は各業種の消費量の内数となっている。

施設園芸でのエネルギー消費は、1%を超えている

冬でもトマトやイチゴを食べられるのは、温室やビニルハウスなど栽培施設で、エネルギーを使って植物を育てているから。
でも、こういった施設は、寒い冬でも植物が育つように、外より温度を高くなるよう暖房しています。脱炭素化のため「暖房をしなければいいじゃないか」、という考えもあるでしょう。
でも、今まで食べられたモノが食べられなくなるのは、我慢することになりますし、栄養バランスの面でも良くありません。
脱炭素化社会になっても、今までと同じように、食料を生産できる能力が必要なのです。

エネルギー排出量グラフ — 出典：IPCC AR5 第3作業部会報告書　図：SPM.2

そこでZEGの出番

温室のエネルギー消費のほとんどは、暖房などの熱源です。
しかも、燃焼式の暖房機がほとんどで、CO2を直接排出しています。
また、農産物は日々消費する食料ですので、安価に皆様に供給されています。このため、栽培施設はなるべく安価に建てられていて、断熱性は住宅ほど高くありません。
次の「ZEGの開発」で示す技術で省エネ化を実現し、脱炭素型農業を実現しようとしています。

ZEGの開発-development-

1施設園芸用ヒートポンプ

ヒートポンプは、一般家庭のエアコンと同じ仕組みですが、“ポンプ”と名がつく通り、熱を輸送する事ができます。
ですが、今まで施設園芸では積極的には使用されていません。コスト以外にも、デフロスト問題があるためです。空気から熱を得る「空気熱源」方式が現在主流ですが、冬に暖房運転すると、室外機が氷結しやすくなります。これを防ぐために霜取り運転機能（デフロスト）が働いて暖房機能が止まるためです。
これを解決するのが、水熱源ヒートポンプです。農地には、浅井戸や用水路など、水を得やすいです。水は空気よりも熱量が多く、デフロストを起こす心配もありません。

図：水熱源ヒートポンプ（新型HP）と、空気熱源ヒートポンプとの運転の差
※HP：ヒートポンプ

2波長選択型フィルム（新カーテン素材）

夏は窓越しでも、太陽の光は熱く感じます。逆に、冬の夜空は寒く感じ、カーテンを引くと和らぎます。これは、光のうち熱を伝える“長波”の光がガラスを通じて、出入りしているからです。冬は、“放射冷却”という言葉をよく聞くようになりますが、これは熱が宇宙に逃げる現象です。
夏など暑い時期、太陽光のうち、熱さ原因の“長波”が入らなければ、温度が上がりにくくなります。冬場、熱が宇宙に逃げなければ、より少ないエネルギーで温度を維持できます。
これを実現するのが「波長選択型フィルム」です。
従来の素材と異なり、必要な光は通し、不要な光は効率的に反射できるようになりました。これは、ナノ技術による多層膜で実現しています。

図：波長選択型フィルムの構造
図：波長選択型フィルムの効果
※カーテン下のデータは、拡散光の影響が含まれている。
PAR:光合成有効放射　NIR:近赤外

3EMS機能も備えた環境制御システム

エネルギー消費を低くするには、どうすれば良いでしょうか？
「エネルギーを使用しなければ良いのなら、機器を動かさなければ良いのでは？」。
正解です。でも、不正解です。
省エネのために「猛暑だけど、エアコン止めてください」と言われたら、どうしますか？ほとんどの方は、我慢する省エネ化は、嫌だと感じると思います。
農業は産業です。国民、市民の皆様に、安定した食料を供給する、重要な役割があります。質の良い作物を安定して供給するには、エネルギーを使う必要があるのです。
消費エネルギーを減らす一方で、品質や生産性は維持もしくは増やす。一見すると矛盾する問題を解決していくのが、EMS機能を備えた環境制御システムであるGEMS（Greenhouse Energy Management System）の役割なのです。

4センサーネットワークおよび情報流通法

ZEGを実現するたには、施設内の様々な情報を収集できた方が、より効果を発揮します。
例えば人間の五感は、触覚は皮膚1cmあたり100個、嗅覚は26,000個、視覚は1億個もあるとされます。栽培施設は、施設あたり温度や湿度、CO2濃度などのセンサが、1～2点あるのが一般的です。
より多くのセンサを備え、より多くのデータを得て、その得られたデータを有効活用する仕組みを用意する。これも我々プロジェクトの重要な課題です。我々は、IEEEのP2992WGとも連携し、これらの問題を解決していきます。

5小型電動ロボット（協調作業ロボット）

労働力の代替だけでなく、施設内情報の効率的な収集に威力を発揮するのが、小型電動ロボットです。昨今のロボット技術の発展により、不整地であっても、人間と協働できるロボットが実現できるようになりました。

6ZEGの体系化

どこまでをZEGと言うのか、どこまで設備を整えればZEGになるのか、ZEGの運用はどうすればいいのか・・・
今まで存在しなかったZEGを設計し、整備し、運用するには、様々な場所や作物・作型に合わせて、検証が必要になります。ですが、多様な栽培施設に合わせて、都度、テストを行うには費用も時間もかかります。
そこで我々は、ZEGシミュレータを用意し、ZEGの構築や導入の改善（PDCA）を早く迅速に進められる体制を用意しています。