空気・水・電気で肥料をつくる:Plasma Leap Technologiesはハーバー・ボッシュ法の集中型産業をどう分散させようとしているか

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概要

FoundXの番組「FoundX Review Startup IdeaCast」は、海外スタートアップをAIで調べて分析し、起業を考える人向けに紹介している。今回取り上げたのは、オーストラリア・シドニー大学発のPlasma Leap Technologiesである。紹介役の富田氏は、100年以上続くハーバー・ボッシュ法による中央集権型の肥料産業を、農場の近くで肥料をつくる分散型に変えようとしている点に注目している。選んだ理由は二つあり、一つは富田氏が農学部出身で農業に関心があること、もう一つは食料生産に欠かせない肥料で発想を大きく転換しようとしている点を面白いと感じたことだという。

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冒頭で番組は、AIで情報を整理しているため一部が古かったり誤っていたりする可能性があると断っている。以下の数値や評価も、番組内でそう紹介されたものである。

冒頭の雑談:研究者のキャリアと起業

本題の前に富田氏は、日本学術会議の若手アカデミーがまとめた、学術とスタートアップを両立させてイノベーションを生む仕組みに関する資料を読んだ感想を話した。富田氏が面白いと感じたのは、研究者のキャリアという観点から起業を扱っている点である。資料は、研究者が起業してもキャリアが途切れずに研究成果を社会実装につなげられるよう、キャリアの連続性を保つ仕組みが必要だと提言している。例として挙げられていたのは、研究室を離れて起業に専念できる「起業サバティカル」のような制度や、起業しても研究者としての評価で不利にならない施策である。富田氏は、研究者個人のキャリアに焦点を当てた議論はこれまであまりなかったと述べた。

全体像:非熱プラズマで常温常圧に近い条件からアンモニアをつくる

Plasma Leapは2019年にシドニー大学の研究室からスピンアウトして設立された。富田氏はこの会社を一言で「空気、水、再生可能エネルギーからオンサイトでゼロエミッション肥料を製造する分散型プラットフォーム」と表現する。化学反応だけを見ると単純で、空気中の窒素と水に電気を加えてアンモニアを生成する。その際に「非熱プラズマ」という技術を使い、常温常圧に近い環境で化学合成を行うという。

聞き手が既存のハーバー・ボッシュ法との違いを尋ねると、富田氏は次のように説明した。ハーバー・ボッシュ法は高温高圧の環境と化石燃料を必要とし、巨大なプラントを前提とする。Plasma Leapは常温常圧に近い環境で、現場で小規模に製造できる。

非熱プラズマの仕組みについて、富田氏は特許文書もAIに読み込ませたうえで説明した。水中に吹き込んだ空気の気泡に対して放電すると、「小さな稲妻のようなもの」と表現される非熱プラズマが生じる。これが窒素分子の結合を切り離し、水から取り出した水素と反応させることでアンモニアを生成するという。聞き手は、N2を分けてNH3に合成するということだと整理した。

「なぜ今か」について、富田氏は二つの背景を挙げた。一つは脱炭素化の圧力である。肥料産業は世界のCO2排出量の約2.5%を占めている。もう一つは地政学リスクである。肥料の産出国が偏っているため、価格高騰や食料安全保障の危機につながりうる。

課題:輸送コスト、価格高騰リスク、環境負荷

ターゲット顧客は、大規模農家、地域の肥料供給者、そしてスコープ3排出量の削減を目指す食品・飲料メーカーだという。富田氏は、同社が取り組む課題を三つに整理した。

一つ目は輸送コストの増大である。既存の肥料は長距離輸送を前提としており、物流費が利益を大きく圧迫している。

二つ目は価格高騰リスクである。肥料の生産は化石燃料に依存し、地政学リスクも抱えているため、調達価格が乱高下しやすい。原料の窒素や水素は本来どこにでもあるが、ハーバー・ボッシュ法には大規模な設備と化石燃料が必要なので、生産は中国、ロシア、インドなど少数の国に集中しているという。さらに、肥料の原料となるリン鉱石の埋蔵もモロッコ、中国、アメリカなど特定の国に偏っている。富田氏は、こうした資源と製造拠点の偏りが長期的な供給に懸念を生んでいると説明した。

三つ目は環境負荷の大きさである。肥料の製造と輸送だけで世界のCO2排出の約2.5%を占め、航空業界の排出量に匹敵する規模だという。

グリーンな代替手段として電気分解などもある。しかし富田氏によれば、設備投資(CAPEX)が非常に高く、設備も複雑になるため、分散化には向かない。聞き手が具体的な特徴を尋ねると、富田氏は、高圧の圧縮機や貯蔵施設が複雑になり、コストもサイズも顧客が自分で導入できる範囲に収まらないと答えた。

解決策:コンテナサイズの反応器「ENFIX」

同社の解決策は、モジュール式の非熱プラズマ反応器「ENFIX」である。空気、電気、水を反応させ、そのまま農地に散布できる液体窒素肥料を生成する。技術面の差別化としては、水から水素を取り出せる点と、常温常圧で動くため圧縮機が要らない点が挙げられた。反応器は標準的な40フィート輸送コンテナに収まるサイズで設計されており、現地の拠点にそのまま置いて使う想定だという。

番組で紹介された数値は次のとおりである。炭素排出量は最大88%削減できることが実証されているという。聞き手が比較対象を確認すると、富田氏は、化石燃料を使うハーバー・ボッシュ法で製造し、農場まで長距離輸送するサプライチェーン全体の排出量と比べた数字だと説明した。エネルギー効率の目標は1kgあたり20kWhで、これが実現すれば既存プロセスとも戦える水準になるという。製造コストは1kgあたり0.95〜1.442米ドル程度を目標にしているとされた。

聞き手は、20kWh/kgという目標は達成できそうなのかと尋ねた。富田氏によれば、同社は達成可能な目標として設定している。2020年時点では234kWh/kgだった消費電力が、2023年には42kWh/kgまで下がっており、この改善ペースを根拠にマイルストーンとして置いているという。

市場:アンモニア市場と、オーストラリアから始める理由

TAM(獲得可能な最大市場)として挙げられたのはアンモニア市場全体で、現在約690億ドル規模とされ、今後20年で3倍に成長するという予測もあるという。SAM(実際に狙える市場)にあたるグリーンアンモニア市場も、2036年に向けて大きく伸びると予測されている。ただし同社が初期市場として狙うのは、オーストラリア国内の農業、特に灌漑農業である。市場を押し上げる要因として、各国のネットゼロ政策、再生可能エネルギーの供給過剰を有効活用するニーズ、航空・海運業界でのSAF(持続可能な航空燃料)やe-fuelの需要増加が挙げられた。

アンモニア市場が20年で3倍になる理由を聞かれると、富田氏は楽観的な予測も含まれているだろうと留保したうえで、二つの背景を挙げた。従来の肥料用途に加えて、燃やしてもCO2が出ない次世代燃料として期待されていること、そして水素のキャリアとしての需要が見込まれていることである。

オーストラリアを初期市場にする理由について、富田氏はまずシドニー大学発であることが大きいだろうと述べた。そのうえで、オーストラリアの農場は規模が大きいこと、肥料の輸入依存度が高いこと、太陽光などの再生可能エネルギーを安く豊富に調達できることから、ユニットエコノミクスが成り立ちやすいのだという。

航空・海運の燃料とアンモニアの関係については、長期的な話だと前置きしたうえで二つの方向を紹介した。一つはアンモニア自体を燃料として使う動きである。もう一つは、プラズマ反応を応用してCO2と水から合成燃料をつくる計画で、これも長期ビジョンに入っているという。ただし富田氏は、プラズマ技術をそこにどう活用するのかは自分にも分からないと述べている。

ビジネスモデル:Nitrogen as a Service

富田氏が面白いポイントとして挙げたのがビジネスモデルである。従来なら、コンテナサイズの製造設備のような高額なハードウェアを売り切りで販売する形になるだろう。Plasma Leapはこれを変え、「Nitrogen as a Service(NaaS)」を採用しているという。製造はオンサイトで行うが、顧客は使った肥料の量に応じて料金を払う。そこにクラウドによる稼働データのモニタリングを組み合わせている。設備はPlasma Leapが保有・運用し、農家は使った肥料の分か、定額のサービス料を支払う形を想定しているという。

ユニットエコノミクスとしては、農家の肥料コストを約10%削減し、年間で3万豪ドルの節約をもたらすとされる。スケールした後の収益は、継続的な経常収益に加えて、製造プロセスで生まれるカーボンクレジットの販売も見込んでいる。化石燃料由来の肥料を再生可能エネルギー由来のゼロエミッション肥料に置き換えた分の排出削減量を算定し、クレジット化して市場で売るという考え方だ。

富田氏はオーストラリアなら顧客は小麦農家が中心かと考えていたが、調べてみると穀物だけでなく、ベリー類や露地栽培の野菜なども広く対象にしており、ターゲットの農家は幅広いという。

戦略:中央集権型から分散型のエッジ生産へ

戦略の核は、既存の中央集権型・輸出型のモデルを、需要地の近く(エッジ)で生産する分散型へ転換することだと富田氏は説明する。需要地の近くに地域ごとの製造ハブを多数配置していく。10〜20年後の理想像としては、農業用肥料にとどまらず、空気、水、バイオガスを使うSAFやe-fuelの地産地消インフラになることを目指しているという。

聞き手が地域ハブとはどういう形なのかを尋ねると、富田氏は次のように説明した。大規模農家には個別に設置するが、中小農家の場合は、自分の農場に置くより地域の拠点でまとめて製造し、短い距離を配送するほうが効率のバランスが良い。そのため地域の農家をまとめて対象にする拠点を置く形になるという。

既存のインフラ企業は脅威を感じるのではないかという問いに、富田氏は、Plasma Leapは既存の肥料ディストリビューターをパートナーとして巻き込んでいると答えた。ディストリビューター自身も中央集権型でCO2排出量が多いという問題を抱えているので、同社はその分散化と脱炭素化を支援する立場を取っているという。

ロードマップ:農業で実績をつくり、燃料市場へ広げる

ロードマップは3段階で紹介された。フェーズ1は現在で、PMF(プロダクトマーケットフィット)と技術実証の段階にある。大学からスピンアウトし、商業スケールへ拡張し、大手肥料メーカーのYaraとパイロット運用を行っている。フェーズ2は中期の商業展開とコスト最適化の段階で、地域製造ハブを確立し、液体肥料の分散型供給網を本格的に築く。フェーズ3は長期の拡張段階で、重工業、海運、航空向けのグリーン燃料生産に移り、次世代のエネルギー基盤になることを目指す。

つまり、痛みが深くオンサイト生産のメリットが直接効く農業で最初に収益と実績をつくり、その後に巨大な燃料市場へ広げる順序である。燃料市場から直接入らない理由について、富田氏は、燃料市場は価格競争が激しくインフラ要件も厳しいと説明した。一方、農業用肥料はすでに価格が高く、オンサイト製造で輸送コストが減るメリットが顧客の利益に直結しやすいという。

聞き手は、フェーズ2からフェーズ3へは窒素からCO2へと対象が変わり、技術的な飛躍が大きいのではないかと指摘した。富田氏はそれを技術的な課題だと認めつつ、プラズマで分子結合を切るというコア技術の反応器自体は横展開できると考えられているようだ、と補足した。

競争優位:特許、低CAPEX、既存大手のジレンマ

最大の強みは独自特許の「プラズマバブル反応器」だという。富田氏は特許もAIに読み込ませたが、技術的な詳細はあまり公開されていないようだと述べた。この反応器によって、常温常圧での稼働と高いエネルギー効率を実現しているとされる。ポジショニングとしては、既存メーカーに対しては輸送が要らないことでコスト面で勝ち、他のグリーン電気分解技術に対してはCAPEXの低さとモジュール性の高さで上回ることを狙っている。

他社のグリーン技術よりCAPEXを抑えられる理由について、富田氏は、他社方式では大規模な水素製造装置や高圧の圧縮機が必要になるのに対し、Plasma Leapは水と直接反応させるため、そうした高額な設備が要らないと説明した。

既存の大手メーカーが同様の技術を開発してくる可能性については、コア技術がシドニー大学などの長年の基礎研究と特許で守られている点を挙げた。加えて、既存大手はすでに巨大なプラントを抱えているため、イノベーションのジレンマのように新技術へ投資しづらい構造がある。富田氏は、どこまで守れるかは分からないとしつつ、同社はこれらを参入障壁(モート)と捉えているようだと述べた。

参入戦略:灌漑システムへの組み込みとABテスト

初期ターゲットは、オーストラリアの先進的な灌漑農家だった。富田氏がMVP(最小限の製品)と機能の選び方で戦略的だと評価するのは、完全な固形肥料の製造を目指さず、既存の灌漑システムやスプリンクラーに直接組み込める液体肥料の生成ユニットに絞った点である。灌漑の水に液体肥料を混ぜて散布する「ファーティゲーション」という手法がオーストラリアの先進的な農家ではすでに普及しており、導入のハードルは低かったという。聞き手が、固形にすると乾燥などの工程が必要になるので液体のほうが楽だろうと言うと、富田氏も、乾燥の工程を省いて液体にしたということのようだと応じた。

PMFの検証にはABテストを使ったという。既存の肥料とENFIXでつくった肥料を並行して使い、作物の成果データを集めて比較し、優位であること、少なくとも劣っていないことを示すアプローチである。このABテストが何のアピール材料になるのかと聞かれ、富田氏は、導入を検討する他の農家に加えて、融資する銀行、効果を気にする肥料ディストリビューター、投資家に対して、効果を証明するトラクションになるだろうと答えた。

創業の経緯:雷の再現から始まった研究とCERN出身CTO

創業の出発点は基礎研究である。自然界では、雷が落ちると空気中の窒素が固定され、それが地面に落ちて天然の肥料になる現象がある。シドニー大学のPJ・カレン教授がこの仕組みを模倣した研究が原点になっているという。富田氏自身、言い伝えとしては聞いていたが今回初めて仕組みを理解したと話し、次のように説明した。雷の強い放電エネルギーが空気中の窒素を分解し、それが雨に溶けて硝酸態窒素として地面に落ちる。この自然現象を反応器の中で人工的に再現したのだという。

2019年に研究室からスピンアウトし、科学者とビジネス系の経歴を持つ人がタッグを組んで会社を設立した。商業化の段階では、基礎研究とエンジニアリング・商業化を分けて回す体制をつくったという。

聞き手は、CERN出身のCTOが参加したことは大きかったのかと尋ねた。富田氏によれば、カレン教授は実験室レベルでプラズマの物理現象を扱ってきた。それを厳しい環境の農場でも壊れずに自律稼働するハードウェアに落とし込むところで、CERN出身のCTOが大きく貢献したようだという。

初期の壁とブレークスルー

触媒設計とプラズマバブル反応器の開発を組み合わせて、効率を大きく高めたという。トラクションとしては、実験室レベルの毎分1mgの生成量から、商用スケールの毎分200mg以上への拡張を証明したとされる。エネルギー効率も前述のとおり2020年の234kWh/kgから2023年の42kWh/kgまで下がり、商用目標の20kWh/kgが射程圏に入っているという。

20kWh/kgを達成した場合の意味について富田氏は、再生可能エネルギーの電力が安い地域では、化石燃料由来の肥料を輸入するよりオンサイトで自給するほうが安くなる損益分岐点を超えるとされている、と説明した。届かなかった場合については、コスト競争力は落ちると認めた。そのうえで、不透明な点だと断りつつ、炭素税の導入、カーボンクレジットの販売益、地政学リスクに左右されない安定供給という価値によって、特定のプレミアム市場では成り立つ可能性があると述べた。

ラボからのスケールアップで難しかった点としては、プラズマを大容量にすると不安定になりやすいことが挙げられた。電極の構造や泡の制御技術を工夫して乗り越えたという。

資金調達:ゲイツ財団のグラントとYaraのCVC

同社は直近のシリーズAで3,000万豪ドル(約30億円)を調達した。初期にはゲイツ財団のグラントを活用し、ディープテック特有の技術リスクを下げたという。シリーズAの主要投資家には、世界最大級の肥料メーカーであるYaraのCVC(コーポレートベンチャーキャピタル)が入っている。富田氏が面白いと指摘するのは、本来ディスラプトする相手である巨大肥料メーカーを敵に回さず、Yara自身の分散型へのシフトという文脈に合わせて戦略的パートナーとして取り込んだ点である。

両者の投資目的について、富田氏は次のように説明した。ゲイツ財団は、アフリカなどの途上国で安く小規模な肥料製造インフラを提供でき、食料危機を解決するポテンシャルがあると評価したとされる。Yaraについては、脱炭素の流れで自社の巨大プラントモデルが将来行き詰まると考え、次世代の分散型ビジネスへのヘッジとして先に投資したと見られているという。

日本で同様の事業をするなら

番組では、日本で同じようなアイデアで起業する場合もAIに考えさせている。日本はオーストラリアと同じく、化石燃料や肥料原料をほぼ100%輸入に頼っており、経済安全保障の文脈で補助金を活用しやすい環境にあるという。AIが挙げた方向性は三つだった。

  • 案A:北海道などの大規模農業地帯で、既存のバイオガスプラントと統合し、肥料とエネルギーを地産地消するモデル
  • 案B:僻地や離島で、送電網に流せない余剰の再生可能エネルギーを使い、アンモニアとしてエネルギーを貯蔵しつつ肥料にする自給モデル
  • 案C:総合商社との合弁で、国内ではなく商社が持つアジアの農業ネットワークにこのインフラを輸出するアプローチ

聞き手は、日本の農家は一軒あたりの規模が小さく、オンサイト型が成り立つのかと疑問を示した。富田氏も同じ点が気になって調べたという。一戸あたりの農地面積は日本が約3ヘクタール、オーストラリアが約3,000ヘクタールで、1,000倍ほど違う。そのため個別農家への設置はコスト的に難しいだろうと富田氏は見る。現実的なのは、JAやより広域な単位で地域ハブを置くか、付加価値の高い園芸に特化する形ではないかと述べた。

法規制については、アンモニアが劇物や高圧ガスとして規制が厳しいため、分散型で運用するには安全規制のクリアが大きなハードルになるだろうと指摘した。

まとめと残る課題

富田氏はポイントを三つにまとめた。一つ目は技術とビジネスモデルの掛け算である。常温常圧のプラズマ技術という革新的な技術に、Nitrogen as a Serviceというビジネスモデルの革新を組み合わせて価値を生んでいる。二つ目はディスラプトの対象を巻き込む戦略である。既存の巨大プレイヤーを敵に回さず、相手の次世代戦略を見極めてCVCとして取り込んだ。三つ目は視聴者への問いかけで、自分の周りにある中央集権的で非効率なインフラを分散化できないかを考えると、何かのヒントになるかもしれないという。

感想を聞かれた聞き手は、技術が強いという印象を受けたと述べた。技術だけでなくサービス型のビジネスモデルもつくり、エッジ型という本来あるべき姿もしっかり描かれていて、要素がうまくそろったスタートアップだという評価である。そのうえで、残るのは技術の部分ではないかと話した。富田氏も、PJ・カレン教授はプラズマ分野で非常に有名な研究者らしいとしたうえで、その技術を実際の農場の環境でオンサイトで動かせるかどうかがこれからの課題になるかもしれないと述べ、番組を締めくくった。