バイオ生産はどのように食品廃棄物を気候変動対策へと転換できるか

Biomanufacturing offers a powerful way of decarbonizing goods by using glucose from plants.
Waste-derived sugars can help fulfil the full potential of biomanufacturing.Image: iStock
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  • バイオ生産は、植物が二酸化炭素と太陽光から生成するグルコースを利用することで、製品の脱炭素化を進める有力な方法を提供する。

  • 発酵によって石油由来製品を代替できるほど、手頃な価格のグルコースを世界は生産できないため、代替的な供給源が必要である。

  • その代わりに、農業・食品サプライチェーン全体の廃棄物の流れを転換し、バイオ生産に用いるグルコースを経済的かつ安定的に生産することができる。

バイオ生産は、日常の製品を脱炭素化する有力な方法を提供する。石油を炭素源として使う代わりに、植物が二酸化炭素と太陽光から生成するグルコースを利用できる。

しかし、規模には根本的な課題がある。発酵によって石油由来製品を代替できるほど、手頃な価格のグルコースを世界は生産できない。その需要を満たすには、グルコース生産のためにトウモロコシや小麦を栽培する耕地が、おおよそ3分の1必要になるだろう。

バイオ生産――生物や細胞を用いて分子やその他の生物由来材料を生成し、素材、化学品、食品などの製品を作ること――の可能性を制約しているのは、技術そのものではなく、単一作物からの手頃な価格のグルコースの供給が世界で限られていることである。

食品廃棄物への解決策としてのバイオ生産

解決策は、すぐ目の前にある。それは農業・食品サプライチェーンである。農業・食品サプライチェーン全体で十分に活用されていない廃棄物の流れを高付加価値の収益源へと転換することで、農地と競合することなく、経済的かつ安定的にグルコースを共同生産できる。これにより各国は、主要な商品作物のみに依存するのではなく、多様な農業残渣を活用して地域のバイオ生産能力を構築できる。

しかし、このアプローチはまだ成功していない。その理由は単純である。バイオマス・イノベーションは従来、コーンステーバー、サトウキビのバガス、林業廃棄物など、エタノール供給網に関連する農業残渣に焦点を当ててきた。これらの原料が選ばれたのは、主にそれらが豊富に存在し、エタノール生産などの既存の発酵供給網に隣接していたためである。

一方、食品加工廃棄物は、水分含有量が多いために傷みやすく、輸送コストも高いことから、これまで見過ごされてきた。しかし、そこにはグルコースとともに抽出できる価値ある化合物が含まれている。抗酸化物質、繊維、有機酸、リグニン、タンパク質、油分である。

発生地点で生産すれば、傷みやすさや輸送上の課題に対処でき、これらの製品によって経済性は根本的に変わる。食品加工業者は廃棄の費用を負担する代わりに、収益を生み出す新たな製品群を手にすることができる。

これがブレークスルーである。価値を内包する廃棄物の流れは、バイオリファイナリー能力の構築資金となり得る。市場環境が求めた時点で、大規模にコスト競争力のあるグルコースを生産できる施設を整備できるのである。

経済性を超えて、このアプローチはもう一つの重大な課題も解決する。化学品や素材のグローバル供給網は著しく集中しており、石油資源、広大な農地、または畜産業を持つ少数の国に依存することが多い。この集中はリスクを高め、強靭性を制限する。

しかし、どの国も国内資源の有無にかかわらず、食品廃棄物を生み出している。都市部、食品加工業者、流通拠点、農業地域はいずれも、副産物、切り屑、規格外または不合格の材料を継続的に大量に発生させている。農業および食品加工廃棄物は、推計で年間10億トンを超えると見積もられている。

こうした地域の廃棄物の流れをグルコース生産の原料へと転換することで、各国は石油、単一作物、あるいは巨大な土地の占有に頼ることなく、独立した分散型のバイオ生産能力を構築できる。これにより、バイオ由来の化学品、素材、食品、栄養成分、さらには医薬品や産業プロセスに不可欠な原料を生み出す、新たな国内の道筋が開かれる。

循環型食料システムがもたらす事業上の利点

地域の製造業を支えるだけでなく、循環型食料システムの最も見過ごされがちな利点は、極めて収益性の高いビジネスモデルを生み出すことである。今日、食品加工業者は廃棄物処理費用をしばしば負担しており、そのコストは利益率を侵食し、業務の非効率を生んでいる。

そのバイオマスを価値化すれば、経済性は完全に逆転する。廃棄物は費用センターではなく、収益を生み出す資産となり、その利益率は中核の食品製品そのものを上回ることも多い。

機能性繊維、天然着色料、有機酸、香味成分、抗酸化物質、タンパク質などの製品は、いずれも今日において相応の市場価格で取引されている。世界人口は2050年までに98億人へ増加する見通しであり、よりクリーンな製品や原料への需要は増加する一方である。

ダボス年次総会2022 - バイオ製造の可能性を最大限に引き出す - 英語
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これらを中核事業の製品と並行して抽出すれば、経済性は極めて魅力的なものとなり、バイオマスの価値化は企業の収益性を大きく向上させ得る。

食品業界にとって、これは新たな継続的収益源、廃棄物処理および物流コストの削減、製品の多角化と強靭性を意味する。さらに、そして恐らく最も重要な点として、変革の推進力としての持続可能な解決策は、収益性と直接的に一致する。

簡潔に言えば、これは気候、食品加工業者、そして食品業界全体にとって真の勝利である。価値化は気候への影響を強化するだけでなく、食品業界全体の最終損益も強化する。

過去の失敗から学ぶ

こうした前向きな面がある一方で、歴史を認識することも重要である。企業は長年、廃棄物由来のグルコースを商業化しようと試みてきたが、そのほぼすべてが失敗に終わった。その理由は技術の欠陥ではなく、経済性の欠陥であった。

作物の選択は極めて重要である。コーンステーバー、木材チップ、その他のリグノセルロース系材料――セルロース、ヘミセルロース、リグニンを多く含むもの――には、高付加価値の副産物がほとんど含まれていない。これらには高価な前処理が必要であり、得られる製品も比較的付加価値が低い。規模拡大や加工コストを相殺できる高付加価値製品がなければ、その経済性は安価で補助金を受けたトウモロコシ糖と決して競争できない。 セルロース、ヘミセルロース、リグニンを多く含むもの

初期の取り組みの多くは、廃棄物由来のグルコースをエタノール生産とも結びつけていたため、二重の不利を抱えていた。この糖は、多額の補助金を受けたトウモロコシ糖と価格で競争しなければならなかった。さらに、その糖がエタノールに転換されると、同じく多額の補助金を受けている石油由来燃料と競合することになった。

新たなバイオリファイナリーを建設するために必要な資本集約度により、革新的な技術は、数十年にわたる政策と完全に減価償却された資産によって支えられてきた既存の企業と正面から競争することになった。振り返れば、失敗は技術の問題ではなく、経済設計の問題であった。

どれほど効率的なブレークスルー技術であっても、既存企業が規模、補助金、完全に減価償却された資産を享受している場合、価格で勝つことはできない。そのため、多くのバイオリファイニングおよびバイオ生産の事業が商業化に苦戦しているのである。

廃棄物由来グルコースのためのシステムの再設計

補助金を受けた燃料や作物との価格競争で勝つ必要はない。必要なのは、廃棄物由来グルコースを、歪んだ商品市場で競合する単独製品としてではなく、食品廃棄物を基盤とする多角的で高付加価値のバイオリファイナリーにおける複数の生成物の一つとするよう、アプローチを再設計することである。

企業には、Hyféのような企業が、食品加工の副産物を価値ある原料へと転換することで、この転換の先駆者となっている。グルコースと並行してプレミアムな生成物を共同生産することで、経済性は一変する。遍在する廃棄物の流れからグルコースを調達すれば規模拡大が加速し、食料システムが原料を供給する場合、バイオ生産は世界的に分散され、強靭で経済的に実行可能なものとなる。

これまで廃棄バイオマスを価値へと転換する試みは不十分だったかもしれないが、廃棄物由来の糖は私たちの未来にとって不可欠である。この問題を新たな視点から再考することで、バイオ生産の長年待ち望まれてきた可能性を実現する、実行可能で経済的に変革をもたらす道を切り開くことができる。

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