これまで化石燃料を利用した大規模集約型の製造プロセスに対して、競争力を持っていなかった小規模･分散型のプロセスが、マテリアルズ･インフォマティクスなど技術革新によって競争力を獲得しつつある。このため、小規模の需要家が自社にて生産するオンサイト生産の実現可能性が高まっている。

一方、本来的に小規模・分散型資源であるバイオマス資源は、近年の酵素研究等の進展により変換コストが低減し、かつ付加価値の高い製品への転換が可能になりつつある。また農産物のみならず廃棄物も分散型資源としての活用が視野に入ってきている。特に廃棄物や残渣を利用するシステムの技術開発が進展しており、CO₂削減や欧州でのサーキュラーエコノミー等の観点からも今後利活用拡大が期待される。

本論ではこれらの技術開発事例を挙げつつ、機能化学品分野を中心に有望分野とその将来性を考察する。

小規模・分散型プロセスの競争力向上

バイオマス資源と小規模・分散型プロセス

バイオマス資源は、CO₂を増加させないカーボンニュートラルな原料であり、その製品はCO₂排出削減に寄与する再生可能エネルギーの一つとして導入促進が図られている。しかし、バイオマスは主に農業生産物であり、米国のトウモロコシや製紙用チップなど、比較的大規模な供給体制が整っているものを除き、潜在的に小規模・分散型の資源であるといえる。そのため、化石燃料由来品を代替するほとんどのバイオ燃料やバイオケミカルでは、原料の収集にもコストがかかることから大規模集約型の製造プロセスに対して競争力がなく、CO₂削減のインセンティブや、導入目標、補助金などの政策支援がないと成立が難しいのが現状であった。

しかし、ゲノム編集技術に代表されるような、バイオテクノロジーを駆使するバイオ･インフォマティクス技術を応用し、代謝プロセスや酵素を開発することによって、より効率的かつ低コストでのプロセスの実現性が高まっており、高付加価値製品製造による経済性メリットが考えられる状況になってきた。さらに処理できる原料の幅も広がってきたことから、農産物のみならず都市ゴミなど廃棄物のような分散型資源の活用も視野に入ってきており、バイオエコノミーと呼ばれる新たな動きとして、バイオマス活用は発展しつつある。

その例として、製紙工場でのバイオ化学品製造が挙げられる。発電分野でのFIT（固定価格買取制度）のように、導入初期に大きなインセンティブを与えることにより、太陽光や大型風力発電などの設備コストは大幅なコストダウンを遂げて競争力を持つに至ったが、バイオマス資源の一つである木質チップによる発電は、技術開発の余地がそれほど大きくないこともあり、現状でも補助制度がないと成立しにくい。しかし、特に製紙会社で、利用率の下がった工場の再利用策としてバイオ化学品製造に転換する動きが、欧州を中心に進んでいる。木質チップを原料として糖を製造し、糖をさらに有用化学品などに転換するプロセス開発は、既存の製紙工場の設備の一部を転用できるなど初期投資を低く抑えられるメリットがあり、今後の展開が期待できる。 原料の拡大に関しては、欧州で2015年に構想が発表され、展開されているサーキュラーエコノミー（循環経済）が注目される。これには、最終目標である埋め立て量削減の手段となるリサイクルやリユースの拡大などが政策パッケージとして盛り込まれているが、都市ゴミなどバイオマス原料だけでなく、廃プラスチックなどの利用技術開発も含まれている。

欧州では、バイオマス資源から製品製造に向かうバイオエコノミーと、最終製品から資源化に向かうサーキュラーエコノミーが組み合わされることにより、今後バイオマス資源やリサイクル資源を活用した小規模・分散型の事業開発が進展するものと予想される（図表3）。

今後の小規模・分散型プロセスの展開可能性

以上のように小規模･分散型プロセスは、大規模集約型の限界をカバーするものとして、また、バイオマス資源やリサイクル資源など、原料の収集面で量的な制約条件があるものへの解決策として、今後の展開が期待される。さらに、バイオマスから種々の化学品を製造できることを強みとして高付加価値品を製造するプロセスへの展開にも期待が高まる。ただ、サプライチェーン上での適切な供給量や、蒸気等の用益設備を用いるプラント全体の経済性から、ある程度の規模は必要であり、競争力ある設備コストとするには年間生産量としておおむね数千トンから数万トン程度のサイズは確保する必要があると思われる。
以下のような性質を満たす製品については、小規模・分散型プロセスが適用しやすいと考えられる。

①物流コストが製造コストに比べて割高なもの：

アンモニアでの事例のように、コモディティとして大規模生産大量輸送の恩恵を受けない小規模需要家でのオンサイト生産。アンモニアの場合、毒性を有することから輸送･貯蔵にはコストが掛かるため、オンサイト生産はより受け入れやすい。

メタノールもアンモニア同様コモディティとして大規模生産大量輸送がなされている商品だが、メタノールは輸送･貯蔵がアンモニアほど厳しくなく、オンサイト生産についての要望はそれほど多くはない。しかし、自社完結型の原料調達の興味などから需要家の関心はあるため、メタン合成の原料にバイオマス資源や廃棄物を利用することのインセンティブが期待できる状況になれば、実用化される可能性がある。

②廃棄物ないしは余剰の副生物の利用：

都市ゴミや廃プラスチックなどは、回収･輸送コストに費用の多くを掛けられない制約があり、限られたエリアでの収集が中心となるため、小規模・分散型プロセスの適用が容易である。現在は燃焼してエネルギーを得るサーマルリサイクルやそのまま再利用するマテリアルリサイクルが中心だが、原料ガス化と転換プロセスの組み合わせなど、より付加価値の高いプロセス開発が進展すれば、利用価値が高まる。

工場やプラントから派生する副生物も、量的にはそれほど大規模に派生しないもので、現在は所内で再使用や焼却廃棄される場合があるが、これも廃棄物同様、高付加価値品への転換プロセスが考えられる。

③バイオマス資源であることが強みとなる分野：

製紙会社の例のように、今後バイオマスから種々の化学品が製造される可能性がある。現状では糖からの転換プロセスとしてエタノール醗酵など一部のプロセスしか商業化されていないが、さらなるバイオ・インフォマティクスやマテリアルズ・インフォマティクスの進展によってバイオプロセス改良や触媒開発が進展している。その結果、高付加価値品の製造プロセスや、CO₂そのものを原料とするプロセスなどが可能となりつつあり、バイオマス資源の持つカーボンニュートラルの価値だけではコスト的および規模的に商業化が難しかったものでも競争力が改善されてきている。