｢日本を産油国にする｣と宣言して顰蹙を買った藻類バイオマスエネルギーが､再び注目される3つの理由 下水を浄化したうえに燃料になる（PRESIDENT Online 2022/03/25 12:00）
渡邉 信 筑波大学 生命環境系 研究フェロー、MoBiolテクノロジーズ会長
脱炭素社会の実現のために、藻類バイオマス燃料が再び注目を集め始めている。そのうえロシアのウクライナ侵攻による深刻なエネルギー危機で、その存在感はさらに強くなるはずだ。筑波大学研究フェローでMoBiolテクノロジーズ会長の渡邉信氏は、この15年、藻類によるバイオマスエネルギーの研究に傾注してきた。10年ほど前「日本を産油国にする」と宣言して顰蹙を買ったという、藻類バイオマス燃料研究の第一人者に、その特性と研究の現況を聞いた――。
穀物エネルギーの300～800倍の生産能力
藻類は、地球上最古の生物のひとつで、地球の大気をつくったと言われ、昆布やワカメなど大きなものから、湖沼などにいる微少な藻類まで含めると、これまで分類されたものだけでも約4万種類も存在しています。その中からいくつかの微細藻類をピックアップし、高温高圧で処理することによってバイオ原油を生産しようというのがわれわれの研究です。
昔から藻類が石油資源であったことはわかっていました。第1次石油ショックのときに、不安定な化石燃料に頼るばかりでなく、バイオ燃料を、ということで、アメリカのエネルギー省が「藻類からバイオ燃料を」というプロジェクトを立ち上げたのが始まりでした。
以来、盛衰はあるものの、各国で藻類バイオマスエネルギーの研究は続けられてきました。次世代エネルギーは太陽光、風力、水素、穀物バイオマスといろいろありますが、藻にはそのいずれに対してもある種の優位性があります。たとえば、トウモロコシのような穀物エネルギーに比べて、藻には300～800倍ものオイル生産能力があり、食糧危機に影響を及ぼすこともないわけです。あるいは低炭素の観点からも有益です。
下水での培養で課題の効率化を解決
私は、15年ほど前から、藻類によるバイオマスエネルギーの研究に傾注してきました。そして、5年前ほど前にはすでに、藻類を原油化することには成功していました。その時点での課題は、藻から原油を効率的かつ経済的に生産し利用することであって、その点が世間からも疑問視されていました。培養面積の確保とコストの問題です。
培養に、かなりの面積が必要になることから、淡水を使って培養することは、水資源の枯渇問題がからんできます。また、燃料をつくるまでのプロセスで、つくる以上のエネルギーが必要になったら意味がなく、燃料生産においてエネルギー消費が少ないことは絶対でした。
そんな中で、下水処理場で下水を藻に浄化させ、同時に繁殖させ、それを使うという方法の実現に向かって動き出したわけです。下水処理と藻類の培養を統合して燃料生産にもっていかないと、コストの問題、環境負荷の問題から実現困難だということは前から言われていました。
ただ、日本のような狭い土地で、温度の変動、光の変動を考えながら、エネルギー収支を適正化するのはなかなか難しかったのです。
藻には、光合成で増える藻、光合成ができなくなり有機物から炭素源を摂って増える藻、そして、その両方を行う藻の3種類があります。私が注目したのは、この両方を行う藻「混合栄養藻類」でした。
EUの有力科学誌に論文が掲載される
下水処理では、有機物や窒素、リンを取り除くために膨大なエネルギーとコストをかけています。その有機物や窒素、リンとCO2を取る過程を藻が行い、下水をきれいにする。ただ、これが単一種のエリート藻類（増殖がよく、オイル生産が高い種）だと、環境の変動により好ましくない環境では急激に増殖が悪化するので、バイオマス生産が安定しない。
そこで、単一のエリート藻類ではなくて、その土地土地に住んでいる、いわゆる雑藻類、土着の藻類を使ってみたら生産が非常に安定していたのです。
また、光合成だけで増える藻は、深さ0.2メートル以内でないと増殖が難しいのですが、混合栄養藻類は深さ1.4メートルのタンクでも増えた。これによって藻類による単位面積あたりの下水処理量も格段に変わり、つまりは培養面積の問題も解決され、より現実化してきたのです。
具体的には、茨城県西部の小貝川東部浄化センターに藻類培養装置を設置し、下水の一次処理水を使って藻を培養、実証実験をしました。そして、1.4メートルの高深度で1年間実験を続け、その主要な成果を紹介したレビュー論文を、EUの国際的科学誌「energies」に投稿しました。すると、2021年10月20日、論文受理の連絡が届いたのです。
論文のタイトルは「Biocrude Oil Production by Integrating Microalgae Polyculture and Wastewater Treatment：Novel Proposal on the Use of Deep Water-Depth Polyculture of Mixotrophic Microalgae」（微細藻類ポリカルチャーと廃水処理を融合したバイオ原油生産：混合栄養藻類の高深度ポリカルチャーの新規提案）。論文では「混合栄養藻類」が下水処理場でどれだけ育ち、それを原油化した場合、どうなるかを試算しました。
1億3600万トンの原油を生産可能
その結果、日本全国に点在する下水処理場の3分の1で藻類が育てられ、原油生産を始めたとすれば、現在の日本の年間の原油輸入量1億3600万トンと同じ量の原油を藻によって生むことができるということがわかったのです。
私は、10年前、「日本を産油国にする」と言って、さんざん顰蹙をかいましたが、そのポテンシャルはあることは証明されたわけです。日本の石油精製会社はどんな質の原油からも運輸燃料を精製できる技術を持っています。あとは、石油より安く生産できるようになればいいわけです。
下水処理場ではさらに高深度での培養に耐える藻があれば、処理場の面積は少なくなるわけで、効率はよくなります。最も効率的な藻の組み合わせをこれからも引き続き研究していきます。
下水事業者たちとの具体的なやりとりが始まり、産官学が同席する勉強会も開いています。下水関係者が“この技術は大きなイノベーションで、まったく新たな利益を生むものだ”と理解してくれることがいちばん重要なのです。そこが動いて、石油精製会社が協力してくれて、安いバイオエネルギーが生まれ出したら、みんな買ってくれるようになりますし、また下水処理場は各地域にありますので、地域活性をもたらすことになるはずです。
この先は、この新技術がどう評価され、実際にどう動いていくのか、さらには何兆円という価値がどう分配されていくかという話になってくるでしょう。実際に藻類バイオ原油由来のジェット燃料や原油由来製品が提供される日はそう遠くない、私はそう信じています。
