Rice husks are the main agricultural residues in Angiang province, Vietnam and currently most of them are burnt in the open air or dumped into the water bodies, causing severe air and water pollution. The utilization of rice husks for energy generation can mitigate greenhouse gases (GHGs), air pollutants and also prevent local environmental problems.

In this study, potential rice husk utilization with innovative biomass-use technologies, such as gasification and pyrolysis, as well as conventional uses such as cooking and brick making was evaluated by means of Life Cycle Assessment (LCA). Taking into account the fuel allocation in the target area, GHG and air pollutant mitigation potentials for developed scenarios were evaluated. In addition, the domestic economic benefits related to the fuel change were estimated. Finally, Analytic Hierarchy Process (AHP) was applied to incorporate stakeholders' preferences into the scenario evaluation to find out the optimal rice husk use scenario to apply in the target region.

Considering the current supply and demand of rice husks, 18 scenarios for effective rice husk use were developed. The allocation of fuels, other than rice husks was decided based on the current demand and supply of rice husks. In this study, different rice husk use technologies e.g. cooking, brick making, power generation through combustion, gasification, and fuel production by pyrolysis were taken into consideration. To prevent the bulky nature of rice husks, briquettes produced by compressing rice husks were also included in the scenarios. In the power generation scenarios, the differences between two capacities (5 MW and 30 MW) were analyzed.

From the LCA results, it was revealed that GHG and air pollutant emissions from open burning contributed largely to the current emissions in Angiang. Therefore, ceasing open burning alone had large emission mitigation potential. The use of briquettes, even though GHGs are emitted during the production stage, can still contribute to GHG emission mitigation as the production was more efficient than rice husk burning or dumping. The scenario where rice husk briquettes were used in large-scale combustion power plants (30 MW) keeping current rice husk demand showed the highest GHG emission mitigation potential among the all scenarios. The small scale gasification using excess rice husk also showed larger mitigation potential. In pyrolysis process, the scenario using excess rice husk gave larger GHG emission reduction in comparison with the case when all supplied rice husks were used. From the viewpoint of GHG emissions, the optimum option was to use excess rice husk for large-scale power generation by combustion or gasification keeping current demand.

From the viewpoint of NOx and SOx emissions, the scenario where rice husk briquettes produced from the all generated rice husk were used for large-scale combustion power plants (30 MW) showed the highest NOx emission mitigation potential among all scenarios. The scenario where all rice husks were allocated to pyrolysis showed NOx reduction but SOx increase. The scenario keeping current demand showed higher SO2eq emission mitigation potential.

From the results of life cycle cost analysis, it was revealed that substitution of current fuels, such as coal, LPG, or fuel wood by rice husks or briquettes could provide considerable cost savings. Similarly, the sale of generated electricity to the national grid could lead to large cost savings. In relationships between the estimated cost mitigations and the GHG mitigation potentials, the scenarios showing larger GHG mitigation potentials, such as large-scale gasification and large-scale briquette combustion, were not the better options from the viewpoint of cost reduction. The pyrolysis scenarios also showed cost increases from the baseline although they showed relatively large potentials for GHG mitigations. The win-win scenarios that achieved both large GHG mitigation and cost reduction were cooking, large-scale combustion of rice husk, and small-scale gasification. Prioritizing cost over GHGs, the scenario where all rice husks were used in cooking would be the best scenario. When the priority was placed on GHG mitigation, the scenario where surplus rice husks were used in large-scale combustion power generation keeping current domestic use was the best one. The scenario where all rice husks were allocated to small-scale combustion power generation showed the least GHG mitigation and a relatively small cost reduction, and was therefore not an attractive scenario.

To incorporate the stakeholders' preferences, AHP procedure was modified and applied to the scenario evaluation. When comparing the important aspects from the viewpoint of effective rice husk use, the safety indicator was given the highest priority by rural and urban households and governors. The cost indicator was given the least priority by governors and local households, while it was the most important feature for rice mill and brick kiln owners. The environmental indicators were not given high priority.

The scenarios were ranked by using LCA results and the weights gained by AHP. The results showed that there were different preferences on the rice husk use technologies for each stakeholder. It was found that rural households, rice mill owners and brick kiln owners still wanted to use rice husk with conventional methods, while urban households preferred rice husk gasification. Governors and scientists revealed the preferences on combustion power generation, which were completely opposite to residents' ones.

This study provided the clear picture of effectiveness of each technology by mean of LCA, and the methodology to incorporate the stakeholders' preferences into the scenario evaluation.

ベトナムAngiang県では、稲籾殻の不法投棄が日常化し問題となっている。特に河川投棄が法律で禁止されて以降、野焼き処理に伴う大気汚染物質の排出や火災への拡大が、地域住民にとって大きな問題となっている。一方で、稲籾殻はバイオマス資源でもあり、カーボンニュートラルであることから、エネルギー産出に利用すれば、二酸化炭素排出削減にもつながることが期待される。本研究では、現行の稲籾殻利用方法に加えて、新しいバイオマス利用技術である、燃焼発電、ガス化発電、熱分解によるバイオ燃料製造を取り上げ、これらの新規技術導入に伴う影響を、対象地域での燃料配分を含めた複数の構築シナリオにおいて評価したものであり、全7章より構成される。

第1章は「序論」と題し、基本的な背景と研究の必要性を述べ、研究の目的を示している。

第2章ではバイオマスに関わる「既往研究の整理」をおこない、バイオマス利用を評価した既往研究をレビューした上で、既往研究に欠けている部分を明らかとし、本研究を行う意義を明確にした。

第3章は「シナリオ構築」と題し、研究対象地域であるAngiang県の概況を示すと同時に、本研究で対象としうる様々な稲籾殻利用技術について精査し、18のシナリオを構築した。対象とする利用法は、家庭での調理、煉瓦製造、燃焼発電、ガス化発電、熱分解の5種とし、さらに稲籾殻を圧縮し、簡易利用を可能としたブリケットの利用をも考慮した。発電シナリオにおいては、2段階の発電容量を設定し、既往研究における発電所容量と発電効率の関連に基づき、それぞれについて異なる発電効率を設定した。また、各シナリオでは、対象となるAngiang県におけるその他の燃料も含めた燃料配分を、低位発熱量に基づいて設定した。

第4章では、「LCAによる温室効果ガス・窒素酸化物・硫黄酸化物の算定」をおこなった。ライフサイクルアセスメント(LCA)を適用し、各シナリオにおけるライフサイクルでの環境負荷を算定した。発電シナリオにおいては、特に1kWhあたりの環境負荷を算定し、それぞれのシナリオにおいて、いずれのプロセスにおいて、主に環境負荷が排出されているかを明らかとした。また、各シナリオで用いたパラメータにつき、感度解析を行い、結果に大きく影響を与えるパラメータを明らかとした。

第5章は「ライフサイクルコスト分析」と題し、同18シナリオについて、ライフタイムでのコスト算定を行った。4章の結果と併せ、各シナリオで削減できる環境負荷とコストの関連を、視覚的に明示し、環境面及び経済面においてwin-winとなるシナリオを抽出することが可能となった。しかし、単に温室効果ガスとコストの算定のみによる評価では、対象とする地域住民の意見を施策評価に反映させることが出来ない。

そこで、第6章では、「住民選好を含めたシナリオ評価のためのAHPの適用」を試みた。従来型の階層分析法(AHP)を、構築した18シナリオの評価に直接適用することは、一対比較質問数の増大等の問題があったため、本研究では、AHPの手法を修正適用し、稲籾殻利用に関わる様々な側面の重要度を、ステークホルダーごとに算定した上で、4章、5章の結果と併せて、最終的なシナリオの順位付けに繋げる手法を構築した。本手法を適用したことにより、地域住民と地方政府の間に、正反対の選好が存在することが明らかとなった。

第7章では「結果と提案」と題し、本論文で得られた結果をまとめると同時に、提示した手法論に対して、誰が、いつ、どのように用いるかを議論した。さらに、本研究成果を受け、将来研究への発展の可能性を述べている。

本研究は、稲籾殻の有効利用法につき、可能性のある多くの選択肢を設定し、燃料配分と代替を考慮した上での、環境負荷及びコスト算定を行った。また、住民選好をシナリオ評価に取り入れるためのAHP適用方法を示した。実際に新規技術導入を進める場合には、住民意見を取り入れることが必要となるが、住民意見が政策決定者の意向と大きく異なる場合に、直接的に意見を述べることが難しいケースも多い。本論文では、よりシステマティックに、各ステークホルダーの選好を表出させ、政策決定者と地域住民との間におけるコミュニケーションツールとして用いる方法論を提示したといえる。本研究は、環境工学の発展に大きく寄与するものであり、よって本論文は博士(工学)の学位請求論文として合格と認められる。