食料生産に伴う温室効果ガス排出の問題では、牛などの家畜が主な原因とされがちですが、植物性食品にもあまり語られることのない温室効果ガスのフットプリントが存在します。畜産業が大きな要因であることは確かですが、肥料生産のような「隠れた側面」も、食料システムから排出される137億トンものCO2換算量の一因となっています。
肥料、植物用サプリメント（窒素、リン、カリウムなど）、そして土壌管理の実践も、見過ごされがちな排出源です。窒素、リン、カリウムは農業に不可欠ですが、その原料、生産、供給網のすべてが温室効果ガスの排出につながっています。
アンモニア生産による膨大な温室効果ガス排出
世界人口が増加し続ける中、2019年のFAO報告書が予測するように、肥料用窒素の需要は今後も増加の一途をたどるでしょう。肥料生産において、ハーバー・ボッシュ法のような従来のアンモニア製造プロセスは、肥料の供給を支える一方で、大量の二酸化炭素を排出しています。しかし、この需要を満たすための手法の多くは、依然として従来のアンモニア生産に依存しており、温室効果ガスの排出量は増え続ける見込みです。
より環境に優しいアンモニア生産の可能性
現在、より環境に優しいアンモニア生産を目指す研究が活発に行われています。その一つが、持続可能な電力を用いた電気化学的な水素生成による手法です。さらに化学の分野では、窒素の光化学的または電気化学的な還元といった、より高度な概念も提案されています。図1は、窒素の直接的な電気化学的還元を示したものです。Hochmanらによる分析では、この直接的な電極触媒アプローチは、水電解とハーバー・ボッシュ法を組み合わせた代替手法よりも低コストであることが示されています。
グリーンアンモニア生産へのインセンティブ
経済的な観点から、欧州委員会は輸入品に対する二酸化炭素排出関税の導入を計画しています。この関税計画は、厳格な気候変動政策を課せられているEU域内の生産者が、そうでない輸入業者に対して不利になることを防ぐための措置です。これらの法規制は、2023年1月から2026年末にかけて3年間で段階的に導入される予定です。
天然ガス価格の不安定さと現在の地政学的状況は、欧州が天然ガスに依存しないアンモニア生産の代替案を模索する強力なイノベーションの原動力となっています。これに、より安価な大規模水電解技術が加わることで、グリーンアンモニアは近い将来、十分に競争力を持つようになるでしょう。
天然資源としてのリンへの依存
ここ数年、「リン危機」に関する報告が相次いでいます。農家の負担能力、汚染、肥料の過剰使用、そしてリン資源をめぐる地政学的な支配権の問題などが、その要因として認識されています。また、採掘可能なリン鉱石の量や、その「品質」についても疑問が投げかけられています。
これは食料と水の安全保障に関わる問題であり、人口増加とともに深刻化する一方です。リンによる水質汚染の管理コストは高く、その結果生じる有害な藻類の発生による毒性被害も無視できません。
リンの再利用：循環型経済における好機
下水はリンの二次資源として極めて重要です。除去が必要であると同時に、回収の機会も提供しているからです。下水、バイオソリッド、下水汚泥焼却灰からのリンのリサイクルは、化学的沈殿法や微生物を利用した生物学的リン除去法
2001年以降、肥料成分の回収に関連する下水処理方法に関する科学文献は全体的に増加傾向にあります（図1）。文献では生物学的処理プロセスが最も一般的であり、次いで物理的方法、化学的方法が続きます。栄養塩の回収は、リンリサイクルという複雑なプロセス全体の一側面に過ぎません。
ストルバイト沈殿法は、下水からリン酸を除去する方法として普及が進んでいます。この方法は下水処理場の性能を向上させますが、リンの回収効率は低いのが現状です。
しかし、下水からリン酸を除去することはあくまで一側面に過ぎず、それを再利用可能な形で取り出すことが次の課題となります。特に既存の肥料区分を対象とする場合、従来の肥料製造経路では、回収された材料をそのまま市場製品に転換することは困難です。
下水汚泥や汚泥焼却灰から肥料を製造する様々な手法が、高度な開発段階にあります。これらのプロセスでは、リンを含む廃棄物を原料とし、化学的な変換を経てバリューチェーンに組み込める材料へと加工します。例えば、リンのリサイクル技術には、管理が必要な多大なエネルギー消費（集中的な乾燥や濃縮工程など）を伴う場合があります。
