吉野巌・マイクロ波化学社長

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電子レンジなどに使われるマイクロ波を使って化学品の量産に世界で初めて成功したのが、大阪の大学発ベンチャーであるマイクロ波化学だ。この快挙は、100年以上にわたり基本技術が変わらなかった化学産業に革新を起こす可能性があると世界の注目を浴びる。

■100年ぶりに化学産業を革新する

電子レンジで「チン!」と、あっという間に食品が温まるのは、マイクロ波を使っているからだ。マイクロ波は波長が1mmから1m、周波数は300MHzから300GHzという幅広い電磁波で、通信、センサーから乾燥、電子レンジなど幅広く利用され、人類にとってとても有用な電波である。

電子レンジはマイクロ波の中で、2.45GHzの周波数を使っており、短時間で対象を目的の温度まで上げることができる。というのも、お湯などで温めるのと違い、マイクロ波は対象を分子レベルで激しく振動・回転させて内部加熱を引き起こすからだ。

それほど便利なマイクロ波ならば、加熱による合成で物質を生産する化学産業に活用できるのではないかと、考えるのも当然のこと。実際、現在も小規模の化学合成には使われている。

しかし、世界中で大手化学メーカーや研究者たちが取り組みながら、産業レベルの大量生産に成功したことはただの一度もなく、誰もが不可能だと思っていた。その不可能の壁を打ち破ったのが、従業員40人ほどのマイクロ波化学である。2009年に実験室レベルの1号機開発に成功し、2014年に大阪市住之江区に実用レベルの5号機を建設した。

この住之江プラントは24時間全自動制御で年間3200トンの生産能力を持つが、従来型の化学プラントに比べて、消費エネルギーは3分の1、加熱時間(化学反応にかかる時間)は10分の1、用地面積は5分の1ですむ。コンパクトで省エネで、早いのだ。同社を創業した社長の吉野巌(49歳)はこう語る。

「19世紀後半から盛んになり始めた化学産業は、100年以上にわたり、同じやり方で製造してきました。他の分野ではイノベーションが起こっても、化学産業は変わらなかったのです。マイクロ波によって100年ぶりの革新を起こしたいと思っています」

住之江の第1号プラントでは、現在、インキの原料となる脂肪酸エステルを生産しており、大手インキメーカーの東洋インキ向けに出荷し、新聞のカラー印刷に使われている。2017年3月には、食品素材メーカーの太陽化学と合弁で、三重県四日市市にある同社の工場内にショ糖脂肪酸エステル製造する第2号プラントが竣工した。ショ糖脂肪酸エステルは、食品用乳化剤の一種で、主に缶コーヒーなどに使われる。生産能力は年間約1000トンで、年間20億円の売り上げを見込む。今後、数年以内に東南アジアへの進出も計画している。

■不可能と言われた装置の大型化に成功

マイクロ波による化学品製造については、1986年の有機反応に関する論文以降、30年以上にわたり、国際学術論文が5000〜1万本以上発表されている。研究室の規模のマイクロ波化学装置はあるが、リアクター(反応器)の大型化に誰も成功せず、量産は不可能と信じられてきた。

というのも、マイクロ波は物質に深く浸透しにくく、漏れも多く、反射する上、均一に分布しないからだ。例えば、電子レンジに使われる2.45GHzのマイクロ波は、水に向かって照射すると、深さ数センチでエネルギーが半減してしまう。10〜20立方メートル(キロリットル)クラスの実用レベルのリアクターならば、マイクロ波を10〜20mの深さまで浸透させなければならず、この課題を打ち破ることができなかった。

吉野と一緒にマイクロ波化学を創業した取締役CSO(Chief Scientific Officer)の塚原保徳(42歳)は、マイクロ波化学や有機化学の専門家で、技術開発のリーダーとしてこの難題を乗り越えてきた。

「マイクロ波がうまく炉(リアクター)に入らず、不要なところを加熱したり、集中しすぎてステンレス製の炉が焦げたりすることもありました。失敗と成功の繰り返しで、2007年から開発を始めて、2009年にようやく7リットルのラボスケール(実験室レベル)の装置が完成しました」

装置は、マグネトロンとリアクターから構成される。マグネトロンから発生したマイクロ波は、導波管を通じてリアクターの中に照射される。この導波管の位置や角度を変えたり、細かい改造を施したりして何度も実験を繰り返した。この課程で炉が焦げるなどのトラブルもあった。大きなブレークスルーというよりは細かい改造の連続だったが、一つの転機はリアクターを横型に変えたことだった。

通常、化学工場のリアクターは縦型だが、塚原はこれを横型にして、左から右へ溶剤を流しながら連続的に反応させる方式を思いついた。装置を寝かせて、溶剤をためる上部に隙間を作ることで、マイクロ波が奥まで浸透するようになった。

また、リアクター内をいくつかに仕切り、その仕切った空間に羽をつけて、攪拌しながら溶剤が流れるようにした。これによって、効率的に反応が進んだ。

■バイオディーゼルを作るために起業

吉野は、創業前、三井物産で化学産業分野の営業を担当していた。32歳の時に思い立って独立し、米カリフォルニア大学バークレー校にMBA取得のために留学した。そこで、シリコンバレーのベンチャー経営者たちに刺激を受け、自らも起業家になりたいと思った。

「当時はエネルギーと環境問題に興味があり、新しい技術をビジネスベースで世の中に広めたいと思っていました」と吉野は語る。

2006年に帰国後、廃油からバイオディーゼルを作る会社を立ち上げようと、その技術を開発するため知人の紹介で大阪大学の研究グループと接触、その中に塚原がいた。

「当時はマイクロ波の研究を始めて1年ほど経ち、JST(科学技術振興機構)の大学発ベンチャーのプログラムを使って、事業化をしようと思っていました。しかし、最初に吉野と話したときは、あまりマッチせず、ペンディングになりました」と、塚原は語る。

吉野はマイクロ波よりもっと別のやり方でバイオディーゼルを作りたいと思っていたが、その後、2回目の出会いで意気投合した。

「塚原ほど本気で世の中に役に立つ新しいものを作りたいと考えている研究者は他にいないことがわかったのです」と、吉野。こうして、強力なタッグチームが生まれた。

塚原は周囲からだいぶ反対されたが、事業化するにはベンチャーを立ち上げるしかないと、2007年8月、吉野と塚原で出資金600万円を持ち寄り、吉野の自宅マンションを本社としてマイクロ波環境化学(のちにマイクロ波化学に社名変更)を設立した。

塚原は助成制度を調べて、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)から助成金を得たが、「マンションの一室で研究などできない。新たに研究室を開設しなければ助成金は出せない」とNEDO側から言われ、慌てて大阪大学の産学連携の制度を活用し、学内の研究室を確保することができた。

■かつてない高付加価値材料ができた

当初、吉野は自らバイオディーゼルを製造するのではなく、顧客先に小型プラントを納入し、オンサイトで製造するビジネスモデルを考えていた。その方が、多額の投資をせずに技術とノウハウの提供だけですむ。ところが、吉野が必死で営業に回っても「マイクロ波などわけのわからない設備を工場内に置きたくない」と断られ続けた。

そこで、しかたなく、自社でバイオディーゼルを製造する方針に変え、量産化の装置を作り始めた。だが、簡単にはいかない。試行錯誤を繰り返すうちに資金が瞬く間に消えていった。

「資金も設備も人材もすべて足りず、測定や解析装置も高くて買えませんでした。一歩一歩地道に成果を上げ、その成果を元に助成金を得てやっと装置を買う。その繰り返しでした」と塚原は当時を語る。

少しずつリアクターの容量を大きくしていき、ようやく2010年に試作1号機とも言える20リットルのリアクターが完成した。

だが、一方でバイオディーゼル市場はいっこうに立ち上がる気配はなく、吉野は悩んだ上で、製造したものを売るのではなく、マイクロ波によるもの作りの装置とノウハウを化学メーカーに売る方針に転換した。ある意味で、元のビジネスモデルに戻ったわけだ。当時はマイクロ波による実用化プラントが一つもないときだ。メーカーの担当者は興味を持つが、それ以上踏み出そうとしなかった。

こうした中で、ある展示会に参加し、東洋インキの技術部門の責任者と会うことができた。小型プラントの建設を提案すると、すぐに賛同を得られ、2012年から出荷することができた。やはり、マイクロ波技術の力を示すためには大型プラントが必要だと痛感した吉野は、住之江のプラント建設に着手。資金や工場用地の取得などの苦労はあったが、2014年に完成した。

塚原はプラントの稼働に当たり消防署の許可を得るのに苦労した。前例のない技術を使ったプラントなので消防署も慎重になり、資料やデータのやりとりに半年近くかかった。この住之江プラントの影響力は大きく、世界最大の化学メーカーであるドイツのBASF社も竣工式に見学に来た。共同開発の話が進み、2014年に契約を締結、プラスチック原料となるポリマーの開発を行っている。

すでに国内外から100社を超える企業が見学に来ており、交渉が進んでいる案件は20件ほどあるという。基本的には顧客と共同研究あるいは技術供与によってプラントを建設することが基本だ。マイクロ波による化学品製造は、単に従来の製造工程を置き換えるだけでなく、従来方式ではできない高付加価値材料を製造することができる。例えば、極小サイズのナノ粒子は、電子セラミックスやファインセラミックス用添加剤、コーティング材料などに使われるが、マイクロ波によって粒子サイズがそろった高品質のナノ粒子を短時間で製造可能だ。

もう一つは銀ナノワイヤーである。タッチパネルに使われる導電性フィルムの材料になるが、柔軟性が高いため従来のフィルムが不可能だった折り曲げも可能になる。すでに両者とも国内の大手企業と共同研究を進めているという。今後、こうした付加価値の高い製品を中心に2020年まで最低でも年間に1カ所のプラントを立ち上げていく目標だ。日本発のマイクロ波技術が化学産業を変えるかもしれない。

(文中敬称略)

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マイクロ波化学株式会社
●代表者:吉野 巌
●創業:2007年
●業種:マイクロ波化学プロセスの研究開発およびエンジニアリングなど
●従業員:41名
●年商:非公開
●本社:大阪府吹田市
●ホームページ:http://www.mwcc.jp/

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(ジャーナリスト 吉村 克己 ジャーナリスト 吉村克己=文 マイクロ波化学=写真提供)