蝶の羽の発色原理で合成染料を置き換える:ケンブリッジ発Sparxellの構造色ビジネス

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概要

FoundXの番組「Review Startup IdeaCast」は、海外スタートアップのアイデアをAIで分析して紹介している。今回取り上げたのは、ケンブリッジ大学発のディープテック企業Sparxell(スパークセル)だ。番組は冒頭で、AIで情報を整理しているため古い情報や誤りを含む可能性があると断っている。

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Sparxellは、植物由来のセルロースで「構造色」を作り、有害な合成染料・顔料を置き換えようとしている。紹介役は選定理由として、化学物質の代替を探すのではなく、発色の仕組みそのものという物理的な側面から取り組んでいる点が面白かったと述べた。本稿では、紹介役の説明と聞き手の質問をもとに、同社の技術、市場、ビジネスモデル、創業の経緯、日本での応用可能性をたどる。

導入:平成12年度の環境基本計画の「別れ道」

本題に入る前に、話者の一人が、最近読んでいる参考書に載っていた平成12年度の環境基本計画の前文を紹介した。前文は、私たちは今「別れ道」に立っているとして3つの道を挙げる。第一は大量生産・大量消費・大量廃棄を続ける道。第二は現在の社会を否定し、人間活動が環境に大きな影響を与えていなかった時代の社会経済に回帰する道。第三は環境の制約を前提として受け入れ、資源とエネルギーを効率よく使いながら生産と消費のパターンを持続可能なものに変えていく道である。

話者は、法律に関わる文章なのでもっと硬いと思っていたが、意外に心に響く文章だったと語った。最近の環境基本計画にも、循環共生型社会を目指すことで負担を強いるだけでなく国民に希望をもたらしたい、という趣旨が書かれているという。もう一人は、国の文章も人が書いているので思いが乗るのだろうと応じた。そこから、環境制約の中で生産の仕組みを変えようとするスタートアップの話に移っていく。

全体像:規制の圧力が生んだ「代替が必要な市場」

Sparxellが目指すのは、有毒な化学物質を使った着色料を、100%植物由来の構造色で完全に置き換えることだ。対象となるグローバルの着色料市場は480億ドルと言われている。

紹介役は、同社が生まれたタイミングの背景に規制の圧力があると説明した。EUではマイクロプラスチック規制が施行され、PFASを禁止しようとする機運が高まり、米国ではFDAが合成着色料を再評価している。加えてESGへの圧力もある。産業自体も限界を迎えており、年間150万トンの有害染料が排出され、この産業が世界のGHG排出量の約2%を占めているという。

紹介役が強調したのは、エコだから代替するのではなく、規制で既存素材が使えなくなるため代替が必要になるという点だ。市場に切実な痛みがあるということである。

聞き手は、既存の代替品では規制をクリアできないのかと尋ねた。紹介役によると、Sparxellが現在参入しているのはグリッターやラメといった比較的派手な分野である。既存のグリッターの多くはアルミニウムなどの金属コーティングを必要とするため、環境対応や規制上の性能要件を満たせなくなってしまうという。ヨーロッパでは2023年10月頃から、一部のグリッターなどに対してマイクロプラスチックの制限が発効している。

構造色とは何か

耳だけで聞いている人にもわかるように、と聞き手が構造色の説明を求めた。紹介役は自分も理解できているか怪しいと前置きしたうえで、次のように説明した。

一般的な染料や顔料は、塗った物質が光の一部を吸収し、反射された色だけが見える。構造色はそうではなく、微細な構造が特定の波長の光を反射・干渉させることで色が見える。物質の化学的性質ではなく、物理的な構造によって色が生まれる仕組みだ。身近な例として、蝶の羽、CDの裏側、シャボン玉が挙げられた。

聞き手は、これが実現すれば染料を使わずにどんなものにでも色をつけられるということかと確認した。紹介役は、最終的にはそこを狙っているのだろうと答えた。

課題:色彩産業の「隠された代償」

紹介役は課題を「色彩産業の隠された代償」とまとめた。ターゲット顧客は、ESGの圧力の下で脱化石燃料を急ぐファッション、化粧品、塗料、パッケージングのグローバルブランドである。これらの顧客が抱える課題として、次の4点が挙がった。

  • 環境:繊維産業から年間150万トンの有害な染料が水中に排出されている。
  • 海洋プラスチック:塗料が海洋マイクロプラスチックの最大の発生源になっている。
  • 倫理:マイカ(雲母)の採掘には児童労働のリスクや健康被害がある。
  • 代替手段の限界:既存のエコ染料は色褪せしやすく、鮮やかさに欠ける。

ファッション、コスメ、自動車など複数の業界に共通するペインは「持続可能で美しい色がない」ことだ、と紹介役はまとめた。

聞き手は、塗料がマイクロプラスチック汚染全体のどれくらいを占めるのかを尋ねた。紹介役は、レポートによって違い正確な割合ではないとしつつ、一部のレポートでは海洋マイクロプラスチックの過半数が塗料やコーティング由来とされており、汚染源として重大な位置を占めると認識されていると答えた。エコ染料の性能の限界については、植物染料の多くは耐光性が低く色褪せしやすいこと、ラグジュアリー分野が求める輝きやメタリック感を出しにくいことを挙げた。

解決策:セルロースの自己組織化

Sparxellの解決策は、セルロースによる構造色の自己組織化である。原料は世界で最も豊富なバイオマスとされるセルロースだ。これを抽出し、特定の条件を揃えて自己組織化させ、フィルム化したうえで砕いて顔料にする。紹介役は、詳細は特許に関わるためあまり調べられなかったと断っている。

補足として紹介役は、植物から抽出したセルロースの微細な結晶が、条件を整えると自ら物理的な構造を作るように並んでいくと説明した。この技術を同社が持っているという。

特徴として挙げられたのは、原料が100%植物由来であること、無毒であること、機能面でも色褪せしないことだ。さらに、既存の製造ラインにそのまま導入できるドロップイン互換性がある。トラクションとして、化粧品会社のロレアルや、英国のサステナブルな高級ファッションブランドであるPatrick McDowellでの採用実績がある。

量産の実証:水系フォーミュレーションとロール・トゥ・ロール

聞き手は、自己組織化を工業レベルで制御するのは難しそうだと指摘した。紹介役はその通りだとしたうえで、そこがまさにコア技術であり特許になっている部分だと答えた。

量産の実証には2つの手法を使っているという。1つは水系フォーミュレーションで、化学溶剤の代わりに水をベースにインクや顔料を作る。もう1つはロール・トゥ・ロール方式で、ロール状に巻かれたフィルムを巻き出しながら表面に素材を塗って乾燥させる。他の産業でも使われている技術だ。

製品の提供形態は、顔料パウダー、ラメ・グリッター、スパンコールや箔、印刷用インクなど、さまざまだという。

市場:TAM 480億ドル、最初はラグジュアリーから

紹介役によると、TAMはグローバルの着色料市場全体の480億ドル。SAMは、着色料製造の中心であるアジア市場で170億ドル。最初に狙う市場(SOM)は、高単価でデザイン性を重視するラグジュアリー市場に絞り込んでいる。

成長ドライバーは2つある。PFASやマイクロプラスチックを禁止する法規制の施行による規制圧力と、需要の変化である。需要の変化とは、消費者の健康意識・環境意識の向上と、グローバルブランドのケミカルフリーへのコミットメントの加速を指す。

市場規模の見通しについて紹介役は、数字は揺れていると思うとしたうえで、あるレポートでは2030年までに世界の染料・顔料市場全体が1000億ドルを超えるまで拡大すると予測されていると紹介した。アジアをSAMとした理由は、繊維や塗料のサプライチェーンの製造拠点がアジアに集中しているためだ。量産フェーズではアジアへの展開が必須になるという。

ビジネスモデル:最終製品を作らないB2B素材サプライヤー

Sparxellは自社で最終製品を作らず、ドロップイン可能な素材をB2Bで提供する。顧客はファッション、化粧品、塗料、自動車のグローバルブランドで、提供物は顔料パウダー、グリッター、インク、フィルムなどだ。

価格戦略は段階的である。初期は高価なマイカやメタリック顔料と同等の価格で勝負し、利幅の高い市場で収益を確保する。スケールするフェーズでは、農業廃棄物由来の安価な原料とキログラム単位ではなくトン単位の量産によって、合成染料と競合するシナリオを描いているという。

聞き手が初期の製造コストの高さを指摘すると、紹介役は、実際に合成染料よりは高くなると認めた。ただし高級化粧品や装飾品で使われる特殊な顔料に対しては、価格競争力を持てているという。

拡張性については、紹介役は会社としても模索している段階だろうと前置きした。そのうえで、顧客ブランドごとのカスタマイズから、標準色のインク展開、さらに汎用素材の販売へと移行しようとしているようだと説明した。

戦略:IP主導と水平分業

紹介役によると、Sparxellは技術中心のIP主導型の会社だ。自社はR&Dと特許に特化し、重い資産は持たない。量産は製造技術センターなど外部パートナーに委託し、流通・販売も繊維の専門商社などと組んで市場に浸透させる。すべてを自社で抱える垂直統合ではなく、水平分業を選んでいる。

10〜20年後の理想像としては、主要産業から有害な顔料やマイクロプラスチックを排除し、自然と調和した新しい色彩のグローバルスタンダード、つまりインフラになることを掲げている。

コア特許について聞かれると、紹介役は調べるとかなり多く出てきたと答えた。セルロースナノクリスタルをフィルムや顔料の形で構造色に変える製造プロセスと、その応用方法を広く保護しているようだという。

ロードマップ:ラグジュアリーから量産、そしてマスへ

ロードマップは、高付加価値市場からマス市場への展開である。フェーズ1(現在〜2025年)はPMFと認証の取得で、ラグジュアリー市場で技術とブランド価値、鮮やかさと性能の高さを証明する。フェーズ2は量産化で、トン規模の製造設備を稼働させ、化粧品や自動車塗料の認証を拡張し、パートナーシップを広げる。フェーズ3はマス展開で、スケールによってコストを下げ、安価な化石由来の染料を置き換えていく。紹介役は、高単価から徐々にマスへ広げる、ある種教科書的な戦略だと評した。

フェーズ2の時期について紹介役は、2026年内にトン規模の生産設備の稼働を目標としていると説明した。直近のプレシリーズAで調達した500万ドルもそこに投下する考えだという。

必要な認証の中身も聞かれた。化粧品は肌に触れるため、FDAなどの安全性の担保が求められる。自動車は屋外での耐候性が問われる。業界ごとに要件は異なるが、いずれも厳しい第三者認証をクリアしていく必要があるという。

競合との比較と参入障壁

紹介役は同社の強みを、圧倒的な環境優位性とドロップイン互換性だと整理した。比較対象ごとの違いは次の通りだ。従来の化学合成顔料に対しては、無毒で環境負荷が低い。採掘されたマイカには森林破壊、採掘汚染、児童労働のリスクがあるが、それも解決できる。精密発酵のような合成生物学のアプローチと比べても環境負荷が低く、ドロップインで既存の顔料・染料と互換性がある。加えて、構造色であるため色褪せへの耐性が強いことも技術的な強みだという。

聞き手が、構造色は本当に色褪せしないのかと尋ねた。紹介役は、構造色自体は色褪せしないと答えた。そもそも研究のきっかけが、大英博物館に展示されていた、世界で最も青いとされる実が長い年月を経ても青いままだったことにあるという。

競合が同じくセルロースで構造色を作れるのかという問いには、原理自体は広く知られているので、その可能性はあり得ると認めた。ただし同社は、大面積で均一に自己組織化させる技術や、ロール・トゥ・ロールによる製造プロセスを特許で保護しており、ノウハウも参入障壁になっているようだと説明した。

参入戦略:なぜ「青」から始めたのか

初期ターゲットにはラグジュアリーファッションを選んだ。サステナビリティを満たしつつ、デザイン性を妥協できないハイエンド素材の課題に応えるためだという。MVPとして選んだのは、シグネチャーとなる青のインクとグリッターだった。青は色の表現が難しく、視覚的なインパクトも最大化できる。

PMFの確認方法としては、著名デザイナーとの協業に加え、クライアントの既存のテキスタイル印刷機で特別な調整なしに稼働し、商業用オーダーを受注できるかを検証したという。

なぜ青から始めたのかと聞かれ、紹介役はファッション的な背景もあるようだと答えた。モルフォ蝶を想像すると非常にきれいな青だが、自然界で最も鮮やかで再現が難しい構造色が青なのだという。青を再現できれば技術力の高さを証明できるため、青から始めたと説明した。

化粧品はファッションより後だったのかという問いには、開発は並行して進めていたと答えた。ただし化粧品は体に直接触れるため規制のクリアに時間がかかり、売上が立つタイミングが後になったという。

創業の経緯:大英博物館の実から10年の基礎研究へ

Sparxellは基礎研究から社会実装へ移った会社だ。着想のきっかけは、大英博物館に100年以上保存されていたポリア・コンデンサータ(マーブルベリー)の実である。ブルーベリーのような見た目の実で、色褪せずに鮮やかな青を保っていた。ケンブリッジの教授がこの構造に着目したことから基礎研究が始まり、同大学で約10年にわたり植物の構造色の研究が行われた。その過程で研究者(博士)がセルロースナノクリスタルの工業的な再現を実証し、論文としても発表したという。

2022年に材料科学の知識を持つ2人が創業してスピンアウトし、商業化のアドバイザーとしてケンブリッジ・エンタープライズなども巻き込んでチームが組成された。現在はグローバルブランドとの25件以上の資金提供付きパイロットプロジェクトを完了し、商業化を証明している段階だという。

最初は研究者だけで始めたのかという問いに、紹介役はそのようだと答えた。コアは研究者だが、現在はCOOやセールス・マーケティング責任者に、事業化や量産に精通した実務家を採用しているという。パイロットは有償で、顧客側が予算をつけて技術検証を行っているため、トラクションとして強いと考えられると紹介役は評価した。

3つの壁:イリデッセンス、スケールアップ、投資家

紹介役は、同社が直面した壁を3つ紹介した。

1つ目の技術的な壁は、イリデッセンス(玉虫色)だった。シャボン玉やCDの裏側のように、構造色は見る角度によって色が変わってしまう。服などに応用するには、均一な発色に制御しなければならない。同社は水系フォーミュレーションや結晶の制御技術を磨いて、これを実現したという。具体的な工夫を聞かれた紹介役は、自分もよく分かっていないと断ったうえで、水系で分散させるフォーミュレーションの工夫や、粒子サイズを制御して乱反射を利用することで、どの角度からも均一に見えるようにしたと説明した。

2つ目は、ディープテックにつきもののスケールアップの壁である。ラボでは数グラム作ればよかったものを、工業用には大規模に量産する必要がある。同社は外部の製造センターと連携することで、資本効率を上げリスクを減らしたという。

3つ目は投資家との対話だった。ESG投資家はCO2削減のような気候変動の指標だけで成果を評価しがちだった。そこで同社は第三者によるライフサイクルアセスメントを実施し、水質改善、無毒性、生物多様性への貢献なども定量化して、CO2削減以外の指標もあると投資家を説得したという。

25件のパイロットの優先順位の付け方については、2つの基準が紹介された。導入までの規制のハードルが低いこと、そして高付加価値を認めてもらいやすいファッションや特定の装飾用途であることだ。これらを基準に選び、リソースを集中させたという。

資金調達:グラントからロレアル関連ファンドまで

累計の調達額は、公的資金を含めて約820万ドルとされる。初期はアワードやグラントなど株式の希薄化を伴わない資金を活用した。特に欧州イノベーション会議(EIC)からの190万ユーロのグラントが、技術リスクの低減に貢献したという。その後、ロレアル関連のファンドなど事業シナジーのあるVCを巻き込み、直近ではプレシリーズAで500万ドルを調達した。

ロレアル関連ファンドからの出資に独占契約が紐づいているのかという質問に、紹介役はそうではないようだと答えた。特定企業に独占させるのではなく、業界全体への提供を目指しているという。2026年から商業生産を始めようとしており、紹介役は、かなり急いで動いている印象だと述べた。今回の資金は、量産設備の稼働、グローバルな営業体制の構築、認証の取得に使う予定だという。

日本で同様のアイデアに取り組むなら

番組では、日本で同様の事業を起こす場合のアイデアを3つ、AIに考えさせて紹介した。

1つ目は、地域の未利用バイオマスの活用である。籾殻などを日本の地域課題と結びつけて原料を調達し、助成金の獲得も狙う。上流側を日本なりに工夫する発想だ。2つ目は伝統工芸との組み合わせである。西陣織のような高度な技術に、100%ケミカルフリーというESG上の付加価値を加えて、グローバルに輸出する。3つ目はコスメOEMへの特化である。世界有数の技術を持つ日本の化粧品OEMに、海外ブランド向けの環境対応素材として入り込む。

聞き手は、今から参入してSparxellの特許を回避できるのかと問うた。紹介役は、工夫の余地はあるが難しいところでもあると答えた。構造色の原理自体は広く知られた既知の科学なので、回避すべきは製造プロセスの特許になる。そのため、異なるフォーミュレーションや、フォーミュレーション以外のアプローチでの開発が必要になるだろうという。

日本固有のハードルとしては、消費者の環境意識が欧州ほど強くない点が挙がった。環境対応による価格上昇を消費者が受け入れにくいため、初期にどの市場を狙うかの設計が難しくなると紹介役は述べた。

学びとアクション

紹介役は、今回の学びとして3点を挙げた。1つ目は、ESGやマイクロプラスチック規制のような不可逆なマクロの変化を、事業の追い風にしている点。2つ目は、ディープテックでありがちなグラントの上手な活用。3つ目は、既存のインフラを変更させず、付加価値の高いところから入るドロップイン戦略である。

具体的なアクションとして紹介役が提案したのは、自分の業界で今後3〜5年に施行される環境・安全規制をマッピングすることだ。そのうえで、改善ではなく完全な置き換えが必要になる素材があるかを考えれば、Sparxellのようなアイデアが活かせるかもしれないという。

感想:水平的に効く素材置換のインパクト

最後に聞き手は、塗料・塗装・染料は非常に水平的に多くの業界で必要とされるものであり、自動車の製造プロセスでも塗装工程はGHG排出量が多いと指摘した。ここをエコなものに変えられればインパクトは大きいと改めて感じたという。あわせて、紹介役はドロップイン型のスタートアップをよく取り上げている、ドロップインが好きなのではないかとも指摘した。

紹介役は、結果としてドロップイン型が多くなっているので好きなのだろうと認めた。そのうえで、水平的に置き換えられるものがないかという視点に加え、特定の産業の中で大きな負荷が生まれているポイントを見つけて活かす視点が面白いと述べた。狙って見つけるのは難しいとも付け加えている。