南カリフォルニアのインペリアル バレーは、サンディエゴの東にある不毛の砂漠地帯です。刑務所と製糖工場があります。夏は日陰では温度計が40度を超えることもしばしば。時折、映画スタッフがサボテンが点在する砂丘でハリウッド映画の撮影を行います。警察のパトロール隊は、近くのメキシコ国境からの不法移民がいないか定期的に地域を捜索している。それにもかかわらず、世界中から人々がここ、より正確に言えば、幹線道路から外れた安全なゲートの後ろに隠された埃っぽい施設を目指してやって来ます。カーボンキャプチャーコーポレーション社の藻場です。一部の訪問者にとって、ここは未来のエネルギーが創造される場所です。ここでは藻類からバイオ燃料を生産する試みが行われているからだ。
施設の所長はジム・デマッティア氏で、顔は真っ赤で腕はそばかすだらけの40代半ばの男性だ。サングラスの後ろに隠れた目で、フォークリフトが刻み込んだ溝が残った、固く締まった粘土の王国を見渡している。敷地内には約40の人工池がある。プールの容量は 3,700 ～ 888,000 リットルです。それぞれで外輪が心地よいガラガラ音を立てて回転します。塵の粒子と羽毛が緑色のスープの中で揺れます。ほのかに海の香りが漂います。同社の研究所はシンプルな白い小屋の中にあり、夜警は隣の小屋で数羽の鶏を飼育している。
「ご希望であれば、私たちの農場を借りて藻類を育てることができます」と、海洋生物学を学び、10年以上水産養殖を行っているデマッティアさんは言います。 「しかし、多くの場合、私たちは訪問者を案内するだけです。」石油会社や新興企業の代表者、日本やハワイの研究者らがすでに訪れている。「当社は米国最大の試験施設の一つだから」。デマッティア氏は、藻類が将来の石油供給者であると信じている。微生物は細胞内で脂質、つまり炭化水素の長い鎖を持つ水不溶性の分子を生成します。これらには、いわゆるトリアシルグリセロール (以前は「トリグリセリド」) が多く含まれます。製油所では、バイオディーゼルなどのさまざまな種類の燃料に変換できますが、非常に均一に燃焼する必要があるため、非常に特殊な混合の炭化水素しか含まれない航空燃料にも変換できます。
石油危機が導き手だった
一部の種類の藻類では、脂質の割合がバイオマスの 50 パーセントを超えています。 1970 年代の第一次石油危機の際、研究者たちは藻類の養殖によって石油への依存を軽減できるというアイデアを思いつきました。 1978 年から 1996 年にかけて、米国政府はいわゆる水生種プログラムに 2,500 万ドルを投資しました。目的は、微生物からバイオ燃料が得られるかどうかを明らかにすることでした。結果は、藻類油は適しているが、石油に比べて高価すぎるというものでした。研究は中止されました。
しかし、1996年以降、1バレル（159リットル）当たりの原油価格は20ドルから80ドル以上に上昇した（2010年10月、ブレント原油）。資源不足への懸念が高まっている。そして突然、藻類の需要が再び高まりました。さらに、これを緑の革命と見なす人もいます。サンディエゴ藻類バイオテクノロジーセンター所長のスティーブン・メイフィールド氏も同様だ。これは、スクリップス海洋研究所やカリフォルニア大学サンディエゴ校など、いくつかの有名な研究機関の共同研究です。科学者たちは産業界と協力して、藻類からの石油生産を収益性の高いものにしようとしている。彼らはインペリアル・バレーで藻類養殖をテスト農場として利用しています。
初めての会社設立
スティーブン・メイフィールドは、サンディエゴ大学の賑やかなキャンパスにある小さなオフィスに座っています。机の上だけでなく床にも書類の山があるが、メイフィールドは気にしていないようだ。彼は 25 年以上微生物を研究しており、微生物の可能性を強く確信しており、志を同じくする人々のグループとともに藻類燃料会社であるサファイア エナジーを設立しました。 「藻類はいつか競争力を持つようになるだろうと確信しています。問題はそれがいつになるかです。」とメイフィールド氏は言う。
以前に栽培されていたトウモロコシ、サトウキビ、菜種などのエネルギー作物と比較して、藻類は石油生産に多くの利点を持っています。藻類は成長が早く、頻繁に分裂し、塩水だけでなく汽水や廃水でも生存します。彼らが生きていくために必要なのは、太陽、栄養分、そして大量の二酸化炭素だけです。したがって、大規模な藻類の培養は、有害な温室効果ガスをしばらくの間、もちろん藻類から生成されるバイオ燃料が燃焼するまでの間、大気中に放出しないための基本的な方法となります。従来の植物栽培に対する明らかな利点は次のとおりです。藻類栽培用のタンクは、理論的には他の用途に適さない休耕地であればどこにでも設置できるため、農業、ひいては食料生産との競合がありません。この競争は、トウモロコシと菜種からのバイオ燃料生産における批判の中心となっている。
ビル・ゲイツも投資
藻類バイオ燃料への投資は近年大幅に増加しており、2007 年には世界中で藻類研究にわずか 3,200 万ドルしか投じられませんでしたが、2008 年にはすでに 3 億ドル以上に達しており、ビル・ゲイツはそのうちの 100 万ドルをサファイア・エナジーに投じました。米国政府も多額の資金を投じた。2009年までに数億ドルを投資し、2010年初めにはバイオ燃料の研究にさらに8000万ドルを投資し、そのうち7800万ドルが藻類油だった。
背景： 2007 年に米国で「エネルギー自立安全保障法」が発効しました。これは、総エネルギー消費量に占めるバイオ燃料の割合の大幅な増加を規定しています。 2022年には全米で1,360億リットルのバイオ燃料が生産されると見込まれており、これは現在のアメリカ人の自動車燃料消費量（2008年のガソリンとディーゼルの7,300億リットル）の約5分の1に相当する。トウモロコシやサトウキビなどのエネルギー作物ではこの目標を達成できないという批判の声がますます大きくなっている。つまり藻類に頼るのです。しかし、実際の実装には問題があります。 「プロセスの経済性が問題です」とスティーブン・メイフィールドは認めます。
最初のステップは完璧な藻類を見つけることですが、そこから問題が始まります。 「藻類の種類ごとに異なる特性があります」とメイフィールド氏は説明します。たとえば、シアノバクテリア（以前は「藍藻」と呼ばれていましたが、現在は細菌に分類されています）は急速に成長しますが、少量の油しか供給しません。一方、珪藻は油を多く生成しますが、その殻にはシリコンが含まれており、これが加工プロセスを妨げます。一方、緑藻は見事に加工できますが、成長の速度は緩やかです。望ましい基準を最もよく満たす藻類を最終的に見つけたら、それが大規模なシステムで生き残ることができるかどうか、つまり病原菌に耐性があり、捕食者に食べられず、競合他社に対して積極的であり、温度変動に耐えられるかどうかを確認する必要があります。それは何でも屋を探すことです。
メイフィールドと彼の若いチームは、すでに何百もの異なる藻類のこれらの特性を調べています。あなたは、キャンパス内にある小さな近代的な研究室で働いています。そこでは、緑色の単細胞または多細胞生物が滅菌ガラスやペトリ皿の中で繁殖しています。自然界では、さらに何万人もの人々が緑の革命への参加を待っています。メイフィールド氏は、どの種や系統が有望であるかを明らかにしたくない。「それは重要な競争上の情報です」と彼は言い、微笑んだ。藻類油業界の競争は熾烈です。藻類を液体の金に変えたいと考えている新しい企業は、世界中ですでに 200 社以上あります。彼らは皆、秘密の油井から得られる潜在的な収益を武器にビジネスパートナーを魅了します – 時には非常に異なる数字で。
すべての理論は灰色です
コロラド州国立バイオエネルギーセンターの微生物学者アル・ダージンス氏は、理論的には脂質含有量50パーセントの藻類株から1ヘクタール当たり年間35万4000リットルの油が得られると計算した。彼は、可能な最大の太陽エネルギー投入量、最高の光合成速度、可能な限り最良のバイオマス開発を変数として使用しました。
しかし、実際には、マルティン・エッケはそのような数字遊びに対して警告しています。栄養補助食品として藻類を生産する、ザクセン アンハルト州クレッツェにあるスタインバーグ GmbH の化学者兼マネージング ディレクターは、理論的に利用可能な太陽エネルギーをすべて利用できる藻類は存在しないと強調します。光スペクトルは、藻類バイオマスの構築にもわずかしか使用されません。アル・ダージンスでさえ、より現実的な藻類のシナリオでは、かなり低い数値を導き出しました。彼は、藻類油の生産量をヘクタール当たり年間 46,000 ～ 60,500 リットルと推定しました。これは、理論的に決定した最大値の 6 分の 1 から 7 分の 1 です。しかし、ハンブルク工科大学のバイオプロセス工学の専門家であるヘルベルト・メルクル氏は、依然としてその水準は高すぎると述べています。
食糧生産が目的ではあるが、長い間自ら藻類を栽培してきたメルクル氏は、現実的な収量予測として、1ヘクタール当たり年間20,000リットル未満のバイオ燃料を挙げている。菜種 (バイオディーゼル 900 リットル)、トウモロコシ (バイオエタノール 3,300 リットル)、アブラヤシ (バイオディーゼル 4,750 リットル) の年間ヘクタール収量と比較すると、それでも非常に立派なものでしょう。しかし、ヘクタール当たり年間 20,000 リットルのバイオ燃料を誇る藻類農場はまだありません。パンフレットやインターネットサイトに掲載されている魅力的な利回りの数字は、通常、投資家や資金を呼び込むことを目的とした実験室で達成された値にすぎません。しかし、専門出版物の収量情報でさえ、常にコーシャであるとは限りません、とスタインバーグのマネージングディレクター、マーティン・エッケ氏は明らかにします。「文献には信頼できるデータはあまり見つかりません。数字が合わないこともよくあります。」
現実は違って見える
これはジム・デマッティアにとって新しいことではありません。 「業界には誇張がたくさんあります」と彼はコメントする。 「研究室から得られたデータの多くは、藻類養殖場の現実と一致していません。」一部の藻類は、研究室で高い成長率を示したとしても、農場では繁殖しません。 「藻類を1週間検査するだけでは十分ではありません。 「場合によっては、数か月にわたって彼らの行動を調査しなければならないこともあります」と彼は言います。さらに、重要な変数は成長率だけではありません。また、どのくらいの量の藻類バイオマスを収穫できるか、そして最終的にそこからどれだけの量の石油を搾り出せるかも重要です。藻類ディレクターは自分の収量データを明らかにしません。彼は顧客に対して秘密を守る義務があります。
毎日、デマッティアと同僚はプールの水を満たし、塩、リン酸塩、その他の栄養素を加えています。プール内の二酸化炭素ポンプが水を渦巻き、緑の噴水にします。デマッティア氏は、成長速度と藻類の系統に応じて、ネジを調整するなどしてこれらの変数を微調整し、藻類のニーズをより適切に評価して、時間の経過とともに収量を増やすことができるようになることを期待しています。
デマッティアさんはタンクからサンプルを採取し、農場の研究室で成長、病気、捕食者の侵入をチェックします。それから彼は汚れた指で小さな兵舎に立ち、一度サングラスを押し上げた。彼はシンプルな顕微鏡に寄りかかり、いくつかの化学検査を実行し、しわくちゃの紙にデータを書き留めました。研究室の壁にはクモの巣が張り巡らされ、テーブルの上には大きなサソリが印象的です。肉付きの良い藻類の養殖業者がバスルームで彼を見つけて止めを刺した。 「私たちは無菌的な方法で作業しようとはしません」と彼は言います。 「ここでは藻類がそれに耐えられるか、単に大規模な繁殖に適していないかのどちらかです。ほとんどの人は藻類の養殖は大きな科学プロジェクトだと考えています」とデマッティア氏は説明します。 「しかし、基本的にはただの農業です。最終的に藻類を培養するのは、白衣を着た研究者ではなく、私たちのような人間になるでしょう。」
大きな目標に至るまでの多くの道
DeMattia 氏と Mayfield 氏は、大型の開放タンクで藻類を増殖させることが大規模生産に最適な方法であると考えています。これは、バイオフォトリアクターと呼ばれる密閉されたビニール袋のバッテリー内で屋内で新種の藻類を増殖させることと組み合わせる可能性があります。まさにそれが、インペリアル・バレーの海藻養殖場で現在行われていることだ。しかし、他の声もあります。バイオフォトリアクターのみで藻類を増殖させたいと考えている研究グループもあれば、サイロに藻類を入れたいと考えている研究グループもいます。研究者らは微生物のその後の処理についても意見が分かれている。遠心分離機を使って藻類を水から分離すべきなのか、それとも精密フィルターを通してふるいにかけるべきなのか。その後、湿った状態で処理できますか、それとも乾燥させる必要がありますか?油を抽出する方法もいくつか考えられます (94 ページの図「藻類油への道」を参照)。
主なこと: コストの削減
これらすべてに共通しているのは、藻類燃料の生産には 10 倍も高価であるということです。 「収穫はプロセス全体の中で最も費用がかかるステップです」とスティーブン・メイフィールド氏は言います。 「石油を経済的に生産するには、適切な方法を発明する必要があるかもしれません。」そして経済性も重要になります。 2010 年 10 月中旬のブレント原油 1 バレルの世界市場価格は、1 リットルあたり 0.52 米ドルでした。バイオディーゼルは、2009 年 12 月に米国で 1 リットルあたり約 0.79 ドルで販売されました。藻類燃料は、長期的にこれら 2 つの数値との比較に耐えることができなければなりません。 「目標は、1 ガロンあたり約 2 ドルにすることです」とジム・デマッティア氏は言います。つまり、1 リットルあたり 0.5 ドルです。同僚のスティーブン・メイフィールドは達成可能だと信じている目標だ。
クイーンズランド大学オーストラリア生物工学・ナノテクノロジー研究所のバイオテクノロジー教授、クラッセン・ディミトロフ氏はこれに疑問を抱いており、その後倒産した米国の藻類企業からの空約束に腹を立て、ディミトロフ氏は藻類缶からのバイオ燃料生産のコストをわざわざ賄っている。詳細に計算されます。現在、1ガロンあたり20ドル以上の価格がついています。つまり、生産者はコストを回収するためだけに、藻類油1リットルあたり5ドル以上の料金を請求しなければならないことになる。
米国の輸送手段が石油から独立できるほど大量のバイオディーゼルを藻類農場から生産したい場合、当初の見積もりでは3,000億ドルを投資する必要があることが示唆されています。さらに、年間 460 億ドルの運営コストがかかります。これは、2004 年にニューハンプシャー大学の物理学者マイケル ブリッグスによって計算されました。起こり得る失敗はここには含まれていません。藻類は、多くの場合、期待どおりに動作しないからです。
「藻類の培養全体が一夜にして消滅してしまうことも起こり得ます。そしてその理由はわかりません」と実践者のデマッティアは自身の経験について語ります。 「最初はとても熱心でした」と彼はこのビジネスでの長年を振り返りながら言います。 「今でも、それは良いことだと思っています。しかし、私はその期間についてより現実的になりました。」沈黙の後、彼はこう言いました。「大規模かつ費用対効果の高い方法で生産することは不可能ではないと思います。でも、それはとてもとても難しいことなのです。」 DeMattia 氏は、藻類油の抽出を大規模に実際に試してみない限り、成功を実際に見積もることはできないと考えています。 「研究室や机上での議論はほとんど役に立ちません。」
彼の藻場の一番奥の隅では、白い麦わら帽子をかぶった二人の作業員がたらいをきれいに掃除している。長い間空いてました。藻類企業からの使用の要望も十分にあります。単独 – 藻類のスパイ活動を恐れて、テスト農場を他の企業と共有したくない企業はありません。藻類ビジネスは、時々金の探索を思い出させます。誰もが宝物を見つけたいと思っていますが、誰もそれを他の人と共有したくありません。 「長年この仕事に携わっていれば、何が可能で何が不可能なのか知っているでしょう」とデマッティアは言います。 「全員が自分のカードをテーブルに並べたら、私たちがまだ長い道のりを持っていることがすぐに明らかになるのではないかと思います。」 ■
TANJA KRÄMER はブレーメン在住のフリー科学ジャーナリストです。彼女は藻場に匂いがないことに驚いていました。「匂いがあると思っていました！」
ターニャ・クレーマー著
コンパクト
· 特定の微細藻類は 50% 以上が油で構成されており、そこから燃料を蒸留できます。
· 世界中で 200 社以上の新しく設立された企業が、藻類栽培プロジェクトへの投資家と資金提供を呼びかけています。
· ただし、この手順の実際的な適合性はまだ証明されていません。
トピックの詳細
インターネット
サンディエゴ藻類バイオテクノロジーセンター、スティーブン・メイフィールド監督: algae.ucsd.edu/
藻類油会社サファイア エナジーの Web サイト: www.sapphireenergy.com/
