Sustainable aviation fuel production from <i>Brassica carinata</i> in the Southern United States

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

🔬研究者:Provides empirical data on carinata agronomy and modeling that can inform bioenergy crop research and life-cycle assessments.

🏢実務担当者:Offers practical guidance on carinata cultivation (seeding rates, nitrogen management) for farmers and biofuel supply chain developers.

🏛政策担当者:Highlights the potential of carinata as a sustainable feedstock for SAF, supporting policy on agricultural diversification and renewable fuel mandates.

気候変動に関する政府間パネルの最新報告書は、温室効果ガス排出量の即時的、急速かつ大規模な削減が必要であると明言しており、そうでなければ地球温暖化を1.5°C、あるいは2°Cに抑えることは不可能になるだろう（Masson-Delmotte et al., 2021）。この文脈において、航空部門の温室効果ガス排出量を削減することは不可欠である。これは、航空部門が現在、地球全体の温暖化の3.5%を引き起こしていることを考えると、特に当てはまる（Lee et al., 2021）。世界の航空部門は、2050年までに累計で推定430億メートルトンの二酸化炭素排出量を生み出すと予測されており、これは地球温暖化を1.5°C未満に抑えるために許容される世界の排出量のほぼ5%を構成する（Pardee, 2015）。これは、世界的な航空需要の高まりにより、従来型航空燃料の総消費量が2050年末までにほぼ2.5倍に増加すると予想されていることに起因する可能性がある（EERE, 2020）。米国は、世界全体の従来型航空燃料の約25%を消費している（EERE, 2020）。航空部門は現在、1億8100万メートルトンの温室効果ガスを排出しており、これは全国の温室効果ガス排出量全体の約5%に相当する（USEPA, 2020）。したがって、国家レベルで航空部門の炭素排出量を削減するための重大なニーズが存在する。3つの連邦機関（エネルギー省、運輸省、農務省）は最近、政府全体での持続可能な航空燃料グランドチャレンジを開始するための覚書に署名した。これは、コストを削減し、持続可能性を高め、従来型燃料と比較してライフサイクル温室効果ガスを最低50%削減する持続可能な航空燃料の生産と使用を拡大し、2050年までに従来型航空燃料需要の100%を置き換えるのに十分な持続可能な航空燃料を供給するという目標を達成することを目的としている。このグランドチャレンジは、2050年までに1325億リットルの持続可能な航空燃料を生産するという国家目標を支援する（White House, 2021）。このチャレンジは、2019年に全国の従来型航空燃料全体の約35%を合わせて消費した13の南部諸州にとって特に重要である（USEIA, 2021）。Brassica carinata（以下、カリナタ）は、地域レベルで航空部門の炭素フットプリントを削減する機会を提供する。カリナタの種子から得られる油は、既存の変換技術を用いて精製し、持続可能な航空燃料やその他の価値あるバイオ製品を生産することができる。さらに、カリナタは非食用作物であり、冬作物であるため、米国南部の他の夏作物と競合しない。また、水質改善、土壌保護、雑草防除、土壌炭素の増加、花粉媒介者の健康支援など、いくつかの他の利点も提供する可能性がある。カリナタの栽培は、地域の農家が収入源を多様化し増加させるのにも役立つ可能性が非常に高い。これは、ジョージア州、フロリダ州、アラバマ州全体で、カリナタ由来の持続可能な航空燃料が潜在的には9億7900万から20億4500万リットル生産される可能性があるためである（Alam & Dwivedi, 2019）。この文脈において、10の公立機関と4つの産業パートナーからの100人を超える協力者が、SPARC（Southeast Partnership for Advanced Renewables from Carinata; www.sparc-cap.org）の主導の下で、米国南部の現在の輪作体系にカリナタを組み込むことの経済的、環境的、社会的実現可能性を評価するための研究、普及、教育活動に取り組んでいる。戦略的な官民パートナーシップを構築することにより、カリナタ由来の持続可能な航空燃料の持続可能なサプライチェーンを確立することにも焦点が当てられている。SPARCは、米国農務省国立食料農業研究所からの1500万ドルのCAP（Coordinated Agricultural Project）助成金によって支援されている。このバーチャル特集号は、SPARCによって実施された研究に基づいて、米国南部におけるカリナタ由来の持続可能な航空燃料生産の科学的根拠を提供する。これは4つのセクションに分かれている。最初のセクションではカリナタを紹介する。2番目のセクションではカリナタの農学に焦点を当てる。3番目のセクションではカリナタの経済性に焦点を当てる。最後に、4番目のセクションでは、この地域におけるカリナタ由来の持続可能な航空燃料生産の環境影響に焦点を当てる。George et al. (2021)は、カリナタを米国南部の作物として紹介し、潜在的な冬作物としての役割を強調している。カリナタの種子は粉砕して油を抽出することができ、その油は既存の変換技術で処理して、他の商業的に価値のある副産物（例：ナフサ、バイオディーゼル）とともに持続可能な航空燃料を生産することができる。また、カリナタ油抽出段階で残ったカリナタ種子かすは、いくつかの基本的な前処理の後、その高いタンパク質含有量のために容易に動物飼料に利用できることも言及されている。彼らはまた、SPARCについての詳細も提供している。米国南部における持続可能なバイオ経済発展を確実にするために、学界、産業界、州および連邦機関にわたるパートナーシップを通じて回復力を構築する必要性が強調されている。Seepaul, Kumar, Iboyi, et al. (2021)は、世界中の研究に基づいて、カリナタの起源、分布、ゲノム資源、形態、物候学、繁殖、および農学の詳細を提供している。カリナタは、多様な栽培地域、作付体系、および管理方法に適応可能であり、アジア、アフリカ、北米、南米、ヨーロッパ、オーストラリアの大陸で、二毛作体系において春作物または冬作物として栽培される実証された可能性を持つことが見出された。さらに、カリナタは米国南部の二毛作体系で生産される可能性があるが、作物の成長と発育と農業投入物および管理との間の相互作用を理解するために、作物生物学と農学を統合する継続的な研究が必要であると報告されている。Seepaul, Kumar, Boote, et al. (2021)は、フロリダ州クインシーで2017年から2018年（1年目）および2018年から2019年（2年目）に実施された圃場試験に基づいて、カリナタの総地上部乾物蓄積量（TDM）、分配、成長、養分吸収、および種子品質を定量化した。2つのカリナタ品種Avanza 641とAX17012は、収穫成熟期に、それぞれ1年目で10,826および9,343 kg TDM/ha、2年目で9,655および10,642 kg TDM/haを蓄積した。葉や茎などの栄養器官におけるDMの割合は減少し、角果壁や種子などの生殖構造におけるDMは成熟に伴って増加した。種子収量は品種間で類似していたが、年次間で異なり、1年目（2,732 kg/ha）は2年目（1,929 kg/ha）より29%高い種子収量を生産した。Bashyal et al. (2021)は、フロリダ州（1地点）およびジョージア州（3地点、2018年から2019年のみ）にわたって、冬から春の栽培期間（2017年から2018年および2018年から2019年）に窒素施用量（0、45、90、134、および179 kg N/ha）試験を実施し、カリナタの養分吸収、バイオマス、種子収量、および種子化学組成に焦点を当てた。種子収量は134 kg N/haまで直線的な反応を示した。種子タンパク質およびグルコシノレート濃度は0から90 kg N/haまで減少し、その後90から179 kg N/haまで増加した。種子油濃度は種子タンパク質濃度と逆の関係にあった。さらに、ジョージア州に位置する試験地点では、限界収益に基づくと、2回分割窒素施用は、1回の窒素施用または3回分割窒素施用のいずれよりも収益性が高いことが見出された。著者らは、種子収量を最適化するために、134 kg N/haでの2回分割窒素施用（植え付け時+抽苔前）を推奨した。Iboyi et al. (2021)は、耕起体系（慣行、不耕起、ブロードキャストディスク、およびリッパーローラー）と播種量（1.12、5.60、10.09、および14.57 kg 種子/ha）がカリナタの性能に及ぼす影響を評価するための研究を実施した。アラバマ州ヘッドランドおよびフロリダ州ジェイとクインシーでの冬から春の栽培期間（2017年から2018年および2018年から2019年）の研究では、土壌貫入抵抗は耕起体系によって有意に影響を受け、リッパーローラーが全地点および全年度にわたって一貫して最も低い貫入抵抗値を示したことが見出された。耕起体系に対する収量反応は変動した。播種量処理の中では、収量は1.12 kg 種子/haで最も低く、5.60、10.09、および14.57 kg 種子/haの間では全地点および全年度にわたって類似していた。収量に対する耕起と播種量の交互作用はなかった。播種量処理の中では、5.6 kg 種子/haの播種量が、土地準備方法に関係なく全地点および全年度にわたって最適であり、したがって商業的なカリナタ生産のための推奨播種量である。CROPGROモデルは、日々の天候、土壌特性、作物管理、および種パラメータの関数としての日々の作物の成長と発育の機構論的な作物シミュレーションである（Boote et al., 2018）。上記の研究（Bashyal et al., 2021; Iboyi et al., 2021; Seepaul, Kumar, Boote, et al., 2021）で発表されたデータを用いて、Boote et al. (2021)はCROPGROモデルを適応させ、経時的なカリナタの成長をシミュレートした。また、8地点での播種日に対するカリナタの反応をシミュレートするためのケーススタディも開発された。シミュレートされた収量は、より早い播種日で高かった。10月16日は8地点のうち5地点で最も高い収量を与えたが、11月6日は3地点で最も高い収量であった。より北寄りの場所（ジョージア州ティフトンおよびミッドビル; アラバマ州プレインズ、ショーター、およびブルートン）では、高い収量を達成し、夏作物を妨げる可能性のある晩期収穫を避けるために、10月16日から11月6日の間に播種することが推奨された。湾岸に近い南寄りの地点（フロリダ州クインシー、ジェイ、およびフェアホープ）では、高収量と妥当な成熟度のための播種日の範囲はより広く、10月16日から11月27日まで及ぶ。全体として、適応されたモデルは、カリナタの成長動態の良好なシミュレーションを提供した。

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。

The latest report of the Intergovernmental Panel on Climate Change categorically mentions that immediate, rapid, and large-scale reductions in greenhouse gas emissions are needed, else limiting global warming to 1.5°C or even 2°C will be beyond reach (Masson-Delmotte et al., 2021). In this context, reducing greenhouse gas emissions of the aviation sector is essential. This is especially true as the aviation sector is currently responsible for 3.5% of overall global warming (Lee et al., 2021). It is projected that the global aviation sector would cumulatively generate an estimated 43 billion metric tons of carbon dioxide emissions through 2050, constituting almost 5% of the global emissions allowable to keep global warming below 1.5°C (Pardee, 2015). This could be attributed to the fact that the total consumption of conventional aviation fuel is expected to increase by almost 2.5 times by the end of 2050 due to the rising demand for aviation worldwide (EERE, 2020). The United States consumes about 25% of the total conventional aviation fuel worldwide (EERE, 2020). The aviation sector currently emits 181 million metric tons of greenhouse gas emissions, that is, about 5% of the overall greenhouse gas emissions nationwide (USEPA, 2020). Therefore, a critical need exists for reducing carbon emissions of the aviation sector at the national level. Three federal agencies (Department of Energy, Department of Transportation, and Department of Agriculture) have recently signed a memorandum of understanding to launch a government-wide Sustainable Aviation Fuel Grand Challenge to reduce the cost, enhance the sustainability, and expand the production and use of sustainable aviation fuel that achieves a minimum of a 50% reduction in lifecycle greenhouse gas compared to conventional fuel to meet a goal of supplying sufficient sustainable aviation fuel to displace 100% of conventional aviation fuel demand by 2050. This grand challenge supports the national goal of producing 132.5 billion liters of sustainable aviation fuel by 2050 (White House, 2021). This challenge is especially significant for the 13 southern states that together consumed about 35% of the overall conventional aviation fuel nationwide in 2019 (USEIA, 2021). Brassica carinata (henceforth, carinata) provides an opportunity to reduce the aviation sector's carbon footprint at the regional level. The oil obtained from carinata seeds could be refined using existing conversion technologies to produce sustainable aviation fuel and other valuable bioproducts. Additionally, carinata is a non-food crop, and being a winter crop, it does not compete with other summer crops in the Southern United States. It also potentially provides several other advantages such as water quality improvements, soil protection, weed control, increased soil carbon, and support pollinator health. It is quite likely that the growing carinata would also help farmers in the region by diversifying and augmenting their revenue streams. This is especially true as between 979 and 2045 million liters of carinata-based sustainable aviation fuel could be potentially produced across Georgia, Florida, and Alabama (Alam & Dwivedi, 2019). In this context, over 100 collaborators from 10 public institutions and four industry partners are undertaking research, extension, and education efforts under the aegis of SPARC (Southeast Partnership for Advanced Renewables from Carinata; www.sparc-cap.org) to assess the economic, environmental, and social feasibility of incorporating carinata into current crop rotations in the Southern United States. The focus is also on establishing sustainable supply chains of carinata-based sustainable aviation fuel by developing strategic public-private partnerships. The SPARC is supported by a $15 million CAP (Coordinated Agricultural Project) grant from the United States Department of Agriculture National Institute of Food and Agriculture. This virtual special issue provides scientific grounding for carinata-based sustainable aviation fuel production in the Southern United States based on the research conducted by SPARC. It is divided into four sections. The first section introduces carinata. The second section focuses on the agronomy of carinata. The third section focuses on carinata economics. Finally, the fourth section focuses on the environmental impacts of carinata-based sustainable aviation fuel production in the region. George et al. (2021) introduce carinata as a crop in the Southern United States, highlighting its role as a potential winter crop. Carinata seeds can be crushed to extract the oil, which can be processed with existing conversion technologies for sustainable aviation fuel production along with other commercially valuable co-products (e.g., naphtha, bio-diesel). It is also mentioned that leftover carinata seed at the carinata oil extraction phase could readily be utilized for animal feed due to its high protein content after some basic pre-processing. They have also provided more details about SPARC. A need for building resilience through partnerships across academia, industry, and state and federal agencies is emphasized for ensuring sustainable bio-economy development in the Southern United States. Seepaul, Kumar, Iboyi, et al. (2021) provide details of the origin, distribution, genomic resources, morphology, phenology, reproduction, and agronomy of carinata based on studies across the world. It was found that carinata is adaptable to diverse growing regions, cropping systems, and management regimes with demonstrated potential to be grown on the continents of Asia, Africa, North America, South America, Europe, and Australia either as a spring or winter crop in double-cropped systems. It further reports that carinata could be potentially produced in a double-crop system in the Southern United States, though it would require continued research to integrate crop biology with agronomy to understand the interaction between crop growth and development with agricultural inputs and management. Seepaul, Kumar, Boote, et al. (2021) quantified the total aboveground dry matter accumulation (TDM), allocation, growth, nutrient uptake, and seed quality of carinata based on field experiments conducted during 2017–2018 (Year 1) and 2018–2019 (Year 2) in Quincy, Florida. The two carinata cultivars Avanza 641 and AX17012 accumulated 10,826 and 9343 kg TDM/ha in Year 1 and 9655 and 10,642 kg TDM/ha in Year 2, respectively, at harvest maturity. The proportion of DM in the vegetative parts such as leaves and stems decreased, and the DM in reproductive structures such as silique walls and seeds increased with maturity. Seed yield was similar between cultivars but differed between years with Year 1 (2732 kg/ha), producing 29% greater seed yield than Year 2 (1929 kg/ha). Bashyal et al. (2021) conducted a nitrogen rate (0, 45, 90, 134, and 179 kg N/ha) study during the winter–spring growing seasons (2017–2018 and 2018–2019) across Florida (one site) and Georgia (three sites, 2018–2019 only) focusing on carinata nutrient uptake, biomass, seed yield, and seed chemical composition. Seed yield showed a linear response up to 134 kg N/ha. Seed protein and glucosinolate concentrations decreased from 0 to 90 kg N/ha, and then increased from 90 to 179 kg N/ha. The seed oil concentration was inversely related to seed protein concentration. Additionally, a two-split N application was found to be more profitable than either a single N application or a three-split N application based on marginal return for the study sites located in Georgia. The authors recommended a two-way split N application (at-plant + pre-bolting) at 134 kg N/ha for optimizing seed yield. Iboyi et al. (2021) conducted a study to evaluate the effect of tillage system (conventional, no-till, broadcast-disc, and ripper-roller) and seeding rate (1.12, 5.60, 10.09, and 14.57 kg seed/ha) on the performance of carinata. Studies at Headland in AL and Jay and Quincy in FL during the winter–spring growing seasons (2017–2018 and 2018–2019) found that soil penetrometer resistance was significantly affected by the tillage system, with the ripper-roller consistently having the lowest penetration resistance values across all sites and years. Yield response to the tillage system was variable. Among seeding rate treatments, the yield was lowest at 1.12 kg seed/ha and similar among 5.60, 10.09, and 14.57 kg seed/ha across all sites and years. There was no tillage by seeding rate interaction for yield. Among the seeding rate treatments, 5.6 kg seed/ha rate was optimal across all sites and years regardless of land preparation method and is thus the recommended seeding rate for commercial carinata production. The CROPGRO model is a mechanistic crop simulation of daily crop growth and development as a function of daily weather, soil properties, crop management, and species parameters (Boote et al., 2018). Using data published in the above studies (Bashyal et al., 2021; Iboyi et al., 2021; Seepaul, Kumar, Boote, et al., 2021), Boote et al. (2021) adapted the CROPGRO model to simulate carinata growth over time. A case study was also developed to simulate the response of carinata relative to sowing dates at eight sites. Simulated yields were higher for the earlier sowing dates. The October 16 date gave the highest yield for five of the eight sites, although the November 6 date was the highest yielding at three sites. For the more northerly locations (Tifton and Midville in GA; Plains, Shorter, and Brewton in AL), it was recommended to sow between October 16 and November 6, both to achieve high yield, and to avoid late harvest that could interfere with summer crops. For the southerly sites closer to the Gulf (Quincy, Jay, and Fairhope in FL), the sowing date range for high yield and reasonable maturity is broader, and stretches from October 16 to November 27. Overall, the adapted model provided good simulations of the growth dynamics of carinata du

• openalex https://doi.org/10.1111/gcbb.12900first seen 2026-08-02 18:04:00