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化学プロセスを変え、新たな世界を切り開くマイクロ波の技術

マイクロ波化学株式会社

マイクロ波のスケールアップはトライアル&エラーの連続

「スケールアップに成功し、プラントの法令対応を含めてマイクロ波技術を化学プロセスとして世の中に発信したのはわれわれが初めてです」。同社の創業者のひとり、塚原氏は話す。塚原氏は同社の研究開発部門のリーダーであり、大阪大学大学院工学研究科特任准教授も務めるマイクロ波化学の研究者である。

電子レンジに使われていることでよく知られるマイクロ波は、特定の分子だけにエネルギーを伝達することが可能だ。同社はその性質を使い、特定の物質に対し選択的にエネルギーを与えて化学反応を起こすプロセスをコア技術に据えた。そのプロセスをメーカーに提供し、化学品の原料の共同開発や製造などを行っている。

マイクロ波のシステムをつくるには、まず製造する原材料に応じてマイクロ波を最も効果的に反応させる周波数や温度などを解析・カスタマイズすることが求められ、リアクターがつくられる。塚原氏はこの過程を「反応系のデザイン」と呼ぶ。

塚原氏は「リアクターをつくるのも失敗の連続だった」と振り返る。1号機に着手して以降、つくっては壊しの繰り返し。固体から気体までのさまざまな物質にマイクロ波が使えるようにノウハウと経験則、シミュレーションを結集して完成させていったという。

自社プラントの建設でマイクロ波技術による化学品原料の量産化に成功

さらに塚原氏はマイクロ波システムの重要な要素として「スケールアップ」を挙げた。これまでマイクロ波の有効性が認識されていながら産業化に至らなかったのは、マイクロ波は制御が難しく大型化が困難なことが一因といわれている。つまり、事業の成否はスケールアップの成否にかかっている。

同社は創業時からこの課題に取り組み、リアクターのスケールアップを行ってきた。そして最大のスケールアップともいえるプラント建設に踏み切る。年間生産量3,200トンもの製造能力を持つ自社工場を立ち上げたのだ。「それまでの簡易的な設備では、マイクロ波のプロセスが化学メーカーになかなか響かなかった。そこで安定量を生産できるプラントをつくる戦略をとりました。そうしなければマイクロ波のプロセスが世の中に広がらないと思ったのです」と塚原氏。

このプラント建設は同社の大きな転機となる。世界最大手の化学メーカーであるドイツのBASF社は先進的なプラントに驚き、プラスチックの原料となるポリマーの共同開発を申し入れる。また、食品化学メーカーの太陽化学との合弁会社も設立し、ショ糖脂肪酸エステル製造のための2号プラントも立ち上がった。

現在も見学や問い合わせは絶えない。塚原氏はこのプラントについて「年間3,200トンの製造能力は化学プラントとして付加価値が高い。国の認可が非常に難しいとされてきたマイクロ波技術で消防法、建築基準法などの多くの法令もクリアした。これまで3年間安定的に出荷して、化学メーカーの供給責任にも応えられている」と語り、それがプラントの成功要因とみる。「これらの要素がそろって、マイクロ波のプロセスは産業化に耐えうるものだという認識を与えたのです」

省エネルギーの実現と新素材を生み出すマイクロ波技術の可能性

塚原氏は「マイクロ波の技術を使って世の中の化学プロセスを大きく変えたい。マイクロ波のプラントが世界標準になることを目指しています」と話す。それができると世の中はどのように変わるのだろうか。彼は2つのビジョンを示す。

一つは「省エネルギー」。化学プロセスが変わると、電力消費量が抑えられるなど環境負荷の軽減につながる。また、塚原氏は主観的な意見だと前置きしたうえで「プロセスが短縮されることで製造原価が下がり、製品の価格が安くなる。これまで手に入らなかったものが手に入るようになる」可能性も加える。

もう一つは「新素材」。マイクロ波は通常の加熱ではできない構造や物性をつくり出す。たとえばグラフェン。金属に代わり航空機の機体や自動車のボディーに使われる原料だ。また、銀ナノワイヤーはスマートフォンやタブレットなどのタッチディスプレーに使われる高精細な金属繊維。いずれもマイクロ波技術が製造時の省エネ化や安定的な量産を可能にしてつくられた新素材である。「マイクロ波には想定のイメージを超えて、まったく異なる世界を開く力がある」と塚原氏は言う。

同社では今、宇宙航空研究開発機構との共同開発プロジェクトも進行している。月や火星に存在する氷をマイクロ波技術で水に変換し、さらに水を酸素と水素に分解して燃料にする試みだ。物資を宇宙に運搬するのは多大なコストがかかるため、ロケットに片道の燃料を積んでいき、月で供給された燃料を使って戻ることを想定している。同社のマイクロ波技術はそんな壮大な計画にも貢献している。