MIT機械工学科准教授のマティアス・コール氏（Mathias Kolle）は、J-WAFS基金で最近受賞した7つの研究プロジェクトの1つを主導しています。マティアス氏は、食糧や燃料のための大規模な微小藻類栽培の課題に取り組むことを目指し、将来人口が増加する人の食料供給のために微小藻類を持続可能かつエネルギー効率の良いオプションにすることを目指しています。

 Opening Doorsは、コール教授とこの魅力的なプロジェクトとその狙いについてお話を伺いました。

 研究プロジェクトのタイトルは何ですか？

このプロジェクトは「微小藻類バイオリアクターにおける同時光管理と流体輸送のための多機能光拡散ファイバー」と言います。

何についてのプロジェクトですか？

世界の人口は91億人に達すると予測されている2050年までに、動物用の食料および供給原料の必要性が爆発的に増加します。国連の予測によると、これは現在の数字の25%以上の増加になります。この人口増加により、生き残るためにますます多くの食糧が必要とされます。しかしながら、世界人口の大部分を支えている主要穀物の収穫量の成長が低下しつつあることを示唆しています。さらに、農業のさらなる強化は深刻な副作用を伴います。農業は地球温暖化の主な原因のひとつであり、水資源に大きな負担をかけます。生産を支えるには大量の水が必要で、かなりの水質汚染は農業の流出によるものであり、世界中の多くの生態系を脅かしています。

微小藻類からの食糧、供給原料、およびバイオ燃料の生成に関する最近の研究では、藻類が、油ヤシ、小麦、トウモロコシのような「元来の」作物よりも、有用な有機物質（または「バイオマス」）生成においてはるかに効率的であることを示唆しています。

これは、微小藻類の栽培が、急速に増加している世界人口に対応する食糧と燃料の安全保障を確保するための将来的な戦略の重要な一要素となり得ることを示唆しています。

藻類とは何か説明してくださいませんか？

微小藻類は池、湖、川や海辺でよく見られる、緑色のねばねばしたものです。これは小さな微生物からできています。顕微鏡下ではよく見えますが、直径がわずか数ミクロンから数百ミクロンしかありません。1ミクロンは1ミリの10分の1ですので、非常に小さいということが分かると思います。

微小藻類は事実上どのようなタイプの水（海水、淡水、淡海水）の中でも生育できます。太陽光と二酸化炭素（CO2）に容易にアクセスできるように水面付近で生育する傾向がありますが、水中数メートル下まで成長していくことができます。

どのような問題に取り組みたいですか？

世界中で数社の企業が、食糧および燃料用として産業規模で藻類培養の開発と活用をおこなっていますが、現在の方式はまだ経済的に実用的ではありません。藻類は水中に生育し、光と二酸化炭素で成長します。水面付近（光とCO2 へのアクセスが容易）の藻類は、光とCO2が乏しい底にいる藻類と比べると生育が良いということになります。高品質の藻類を時間効率良く生産するためには、培養藻類全体を光とCO2にさらす必要があります。現在、培養藻類全体に適切な光およびCO2 供給を確保するために使用される方法は、大量のエネルギーを必要とするため製造コストが著しく増加します。

プロジェクトではこれらの課題をどのように克服しましたか？

私たちの研究では、経済的に持続可能で、大量のエネルギーを必要としない産業規模で藻類を生育する新しい方法の開発を目指しています。

そのコアとなるのは、光とCO2 を培養している微小藻類により効果的かつ効率的に分散させることができる新しいタイプの光ファイバーです。J-WAFSの育成基金を使用して、様々な種類の光ファイバーを設計、製作およびテストしていきます。私たちの目標は全ての藻類に伝送する光とCO2をコントロールすることができるようになることです。簡単に言えば、このファイバーは光とCO2 を水面から取り込み、それを光とCO2へのアクセスが少ない藻類タンクの下の部分に送ります。この方法では、現在必要とされるエネルギーの約50％以上を節約することができます。

簡単でエネルギー効率の良いこの手段は、均一化された光の分配と2 の同時配送を確保し、産業藻類の栽培が食糧、供給原料およびバイオ燃料の生産のために経済的および社会的可能性が完全に実現することを支援します。

燃料、供給原料、および食糧のバイオマス生産のために藻類を使用するメリットは何ですか？

大規模な藻類の培養は食糧安全保障に貢献することができます。藻類は、油ヤシ、小麦、トウモロコシなどの一般的な作物よりも、効率的に栄養と燃料のバイオマスを生産することができます。その結果、藻類の産業栽培では、バイオ燃料のより効率的な生産をおこなうだけでなく、食糧および供給原料のための栄養生成も可能になりました。

近年の微小藻類の培養に対する産業界の関心の高まりは、主により効率的なバイオ燃料生産の可能性によって推進されてきましたが、藻類は陸上の油を産出する植物よりも40倍も効率的になり得るとも言われており、バイオマス生産用の微小藻類を栽培することは、食糧安全保障においてもプラスの効果をもたらします。

バイオマス源として藻類を使用することで強調したいことのひとつは、バイオ燃料生産を農作物から藻類の養殖にシフトさせることが可能になるということです。これは、ひいては燃料ではなく食糧用の作物栽培のためにより多くの土地を利用可能になり、最終的には食糧供給と価格に対する困難を緩和することになります。

もうひとつの藻類の応用の期待できるメリットは、藻類は排水中の栄養素で繁殖するため、藻類栽培場を排水処理プラントの近くに設置することで、排水処理の一部とすることもできます。

さらに、藻類は発電所のCO2の削減もおこないます。例えば、発電所の煙突から煙道ガスを藻類培養場に送れば、藻類はCO2を除去します。

中東と北アフリカにとってこの技術が意味するものは何ですか？

年間を通して日照時間が長く、海水へのアクセス、藻類栽培用として使える耕作できない土地があることから、中東の多くは藻類ベースのバイオ燃料を生産する高い可能性を持っています。

CO2を捕獲して藻類に伝搬することができる多数の石油精製所および発電所の存在、ならびに多数の下水および下水処理場もあり、中東は産業用藻類栽培に最適な場所です。

確かに、この地域のいくつかの組織はすでに藻類産業をおこなっています。サウジアラビアでは、King Abdulaziz City for Science & Technologyが、微小藻類ベースのバイオ燃料生産の研究およびトレーニングを増加するために、藻類からのサウジアラビア生物精製所（SABAプロジェクト）と呼ばれる革新的なプロジェクトに資金提供しています。アブダビでは、マズダール科学技術研究所にある藻類研究所および微生物環境・化学工学研究所（MECEL）は、航空燃料およびジェット燃料の生産のために藻類ベース燃料を評価し、分析するための研究を行っています。一方、ドバイにあるLootah Biofuelsは、シンガポールの藻類油生産会社AlgaOilと協力して、油分含有量の高い藻類などのバイオ燃料の供給原料を開発するために努力しています。

今回のJ-WAFS資金提供が終了する2019年8月までにこの研究を完了する予定ですか？

願わくば、この技術が大規模な藻類栽培に光とCO2を供給することができるという発想を証明できていればと考えています。

それが達成できれば、次のステップは、この研究のスピンアウトとして、またはこの分野に関心のある既存の企業と協力することで製品を商品化することです。実際は、プロセスの早い段階でセクター企業との話し合いを始めることを目指しており、そうすることで研究を実際の市場のニーズに合わせて適応させることができます。

人口増加の予測に対処するための新しい食料と燃料の供給源を世界が求めている現在、この技術は投資としても成長産業です。業界調査によると、透明性市場調査[1]、世界の藻類市場は2015年に6億800万米ドルと評価され、2024年までには11億4,300万米ドル、量で言うと27,552トンとなる見込みです。

[1] http://www.transparencymarketresearch.com/algae-market.html