Kagaku to Seibutsu 53(6): 402-406 (2015)
バイオサイエンススコープ
新たな食資源生産システムとしての植物工場
Published: 2015-05-20
© 2015 Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry
© 2015 公益社団法人日本農芸化学会
まず，「植物工場」という日本独特の概念について解説しておく必要があろう．いわゆる植物工場は，30年以上も前から実用化が図られてきたものであるが，それらは人工光を利用した閉鎖環境で生産する施設のみを指していた．現在でもマスコミをはじめ，このような概念が一般的であろうし，日本以外の国ではこれが常識である．しかし，わが国では2009年から「植物工場」はより広範な意味で用いられるようになっている．農林水産省と経済産業省は，農商工連携の形の一つとして「植物工場」を挙げ，これの推進の可能性を検討する委員会を立ち上げ，約2年間の検討の末「植物工場」の新しい定義を含む推進案を提案した(1)1) 農林水産省：農商工連携研究会「植物工場ワーキンググループ報告書」．http://www.maff.go.jp/j/press/seisan/engei/pdf/090424-01.pdf, 2009．．この定義を簡略に述べると，
植物工場とは，「高度に制御された環境で周年的に栽培・収穫ができる生産施設」であり，以下の2つの植物工場に大別される．
すなわち，「施設園芸」とか「温室栽培」と，従来呼ばれてきた施設も，高度に環境を制御でき，周年栽培が可能な施設であれば「植物工場」と呼ばれることになったのである．この定義で挙げてある高度に制御された環境とは，光，温度，湿度（飽差），CO2，気流速などが精密に制御された環境のことであり，それらを統合的に制御するシステムも含まれる（図1図1■植物生理・生態に基づく，制御すべき環境要因）．
図1■植物生理・生態に基づく，制御すべき環境要因
これまで，人工光を利用する植物工場は，高圧ナトリウムランプやメタルハライドランプが用いられてきた．しかしランプが発する強い放射熱のため，ランプの設置位置は植物体と一定の距離を保つ必要があり，そのため平面の栽培ベッドしか利用できず，しかも冷房に要するエネルギーも多く必要であったため，生産施設としてのメリットを発揮することはできなかった．A型のように立体的に栽培ベッドを配置した施設も出現したが，面積当たりのベッドの利用率はせいぜい1.5程度と低いものであった．他方，蛍光灯を光源とする施設も試作されたが，約30年前当時の蛍光灯では発光効率が低く，植物の生育に十分な光源とはならず，いずれも実用化は中途半端なもので終わっている．
その後，電化製品の技術革新はめざましく進み，たとえばエアコンや冷蔵庫などには，エコポイントという補助制度もあり，ほとんどの家庭でこれらの機器はエネルギー効率の高いヒートポンプを利用したものに移行した．また，蛍光灯の性能や寿命も大幅に改良され，植物の育成に十分な光エネルギーが確保できるようになってきている．加えて最近ではLEDの改良，普及が急速に進み，家庭内の照明がすべてLEDに代わるのも時間の問題となってきている．このような状況下において，これらの先進技術をうまく利用したのが，現代版人工光型植物工場と言えよう．蛍光灯の発光効率が上がり（LEDはそれ以上の効率が期待できるが），植物体への近接照明が可能となったことで，棚を利用した立体栽培が容易になった．欧米では，この立体栽培を称してVertical Farming(2)2) Wikipedia：垂直農法．http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9E%82%E7%9B%B4%E8%BE%B2%E6%B3%95とも呼ばれている．また，最近の植物工場の大きなメリットの一つとして，水の利用効率が非常に高いことが挙げられる．植物は根から吸収した水の95%以上を蒸散するので，大気中に水分が逃げてしまう露地や施設栽培では，常に多量の水を新たに植物に供給する必要があるが，人工光型植物工場では，蒸散した水分の大部分を空調装置がトラップできるために，施設内で水の循環再利用が可能となる．水の確保が困難な，灼熱の砂漠気候やあるいは凍てつく厳冬期をもつ気候の地域，さらには人口が密集する大都会などは，人工光型植物工場が立地する場所と言えよう．
人工光型植物工場の構造はいたってシンプルで，気密・断熱性の高い栽培室に，空調装置，適切な光源，養液栽培装置，そしてCO2を含む環境を制御する装置などの設置があればよい(3)3) 古在豊樹：“人工光型植物工場”，オーム社，2012.．ただし，個々の装置は高性能かつ高精度であることが必要であり，しかも低コストでもある必要がある（図2図2■人工光型植物工場の構成要素）．補助金がらみで建てられた施設には，施設構造や装置などコストを無視したとしか思えないオーバースペックのものが見られるが，農業の一分野として将来を考えると，過不足のない適正なスペックにするべきである．いたずらにコストを引き上げることは，農商工連携の具現化した新しい産業化の妨げになるばかりか，東アジア諸国との植物工場の受注競争にも勝てなくなるからである．
図2■人工光型植物工場の構成要素
植物工場の内部は非常に安定しており，レタスの場合で考えると，光エネルギー（光合成有効光量子束）：200 µmol/s，日長：12～14時間，温度：20/15°C（昼／夜），湿度：70%，CO2: 1,200 ppm，風速：50 cm程度の環境でよく育つ．リーフレタスであれば，播種から収穫まで約35日程度となる．具体的には，播種後はトレイや栽植密度を上げた育苗装置で約25日間育て，その後最終栽培棚に定植すると，定植後約10日間で収穫が可能である(4)4) 古在豊樹監修：“図解でよくわかる植物工場のきほん”，誠文堂新光社，2014.．すなわち栽培層では10日間で1サイクルの栽培が完結できるので，年間36作の栽培が可能である．仮に100坪（330 m2）程度の栽培室に10段の栽培棚を設置したとすると，日産の収穫量は約3,000株となる．これを1株100円で販売したとすると，30万円／日の販売額となり，年間では約1億円の売上額となる．100坪の栽培面積で1億円を売り上げられるのは，人工光型植物工場でのみ可能である（図3図3■究極の立体栽培が可能な人工光型植物工場）．