マイクロ波を用いた製造プロセスによる大量生産を世界で初めて実用化

課題はリアクターの大型化とプロセスのデザイン

研究開発上の大きな課題は二つありました。一つは、リアクターのスケールアップ(大型化)であり、もう一つは、効果的な反応を得るためのマイクロ波化学プロセスのデザイン(制御システム)です。

塚原CSOは、「この二つをクリアしない限り、マイクロ波化学の体系化も事業化もできません。2007年当時はまだその入口でした。資金、設備、人材すべての面で課題ばかり。測定装置や解析装置ひとつをとっても価格が高いため簡単には購入できません。地道に成果を上げ、その成果を元にNEDOの助成を得て、やっと次の装置を買う。その繰り返しでした」と当時の苦労を語ります。

マイクロ波化学の装置では、マグネトロンから発生したマイクロ波が導波管を通って、リアクターに照射されます。当初はこの導波管の位置や角度を変えたり、細かい改造を繰り返しましたが、うまくマイクロ波が入らず、不要なところを加熱したり、ステンレス製の炉が焦げることもあったと言います。

「試してはやり直し、やり直しては試しての連続で、明確なブレークスルーという場面には出くわしませんでしたが、技術上の転換点となったのは2009年に大手電機メーカー出身の機械および流体力学のベテラン研究者を採用したことでした」と、塚原CSOは言います。

物質、周波数、温度の「3次元ライブラリー」が財産

もう一つの課題であるマイクロ波プロセスのデザインには、マイクロ波の吸収特性が関わってきます。

マイクロ波は、照射するターゲットに対して「周波数依存性」と「温度依存性」が極めて高い性質があります。例えば、水は電子レンジに使われる2.45GHzで共鳴しやすい、つまり加熱しやすいのですが、20℃の常温から90℃程度まで加熱すると、2.45GHzの周波数吸収率は1/3程度まで落ちこんでしまいます(図3左)。

このようにマイクロ波の吸収率は周波数と温度で劇的に変化するので、その変化の仕方を理解していないと効率的な反応を得られません。

しかも、ターゲットは溶剤だけでなく、原料となる基質、触媒も混合されます。ターゲットの物質、周波数、温度の「3次元マトリックス」でどう反応が変化するか、膨大なデータベースを持っていないとマイクロ波化学のプロセスデザインはできません。MWCCでは、この「3次元マトリックス」のデータライブラリーを長年かけて蓄積してきました。

当初はオンサイトでのバイオディーゼル生産を目指す

塚原CSOが研究開発で着実に成果を上げる一方、吉野社長は事業展開の方向を模索していました。起業当初の吉野社長のビジネスモデルは、自らバイオディーゼルを生産するのではなく、顧客先の工場で、オンサイトでマイクロ波プロセスを用いたバイオディーゼル生産をするというものでした。そうすれば、技術とノウハウを提供するだけで、自ら多額の投資をせずに済むだろうと考えたからです。

ところが、マイクロ波を用いた化学プロセスの生産現場への導入は前例がなく、吉野社長が営業で何十社、企業を訪問しても、先方からは「マイクロ波を使ったわけのわからない設備を場内に置きたくない」と断られ続けました。前例の無いプロセスを導入することに大きな抵抗があったのです。

バイオディーゼル生産から事業方針を一大転換

事業を展開していく上での困難は他にもありました。原油価格安定にともないバイオディーゼル市場が下火になったのです。吉野社長は再度ビジネスモデルの転換を迫られることになり、マイクロ波による製造プロセスノウハウを提供する現在の事業方針へと会社のかじをきり直すこととなりました。

しかしやはり、実用化されたプラントがないと聞くと顧客の多くは二の足を踏みました。そうした中、各種展示会のNEDOブースに積極的に出展することで、現在の主要取引先となる東洋インキ株式会社との出会いへとつながりました。同社の技術部門最高責任者とも会うことができ、マイクロ波プロセスの提案にもすぐに賛同を得られ、神戸市に小型プラントを建設、2012年から出荷を始めることができるようになりました。

吉野社長はNEDOの支援についてこう語ります。「研究開発資金はもちろんですが、資金以外でもいろいろと助けていただいています。例えば、当社へ投資してくれた最初の企業の紹介もNEDOからでした。また、顧客第1号の東洋インキも、展示会のNEDOブースで出逢ったのが最初でした。NEDOの支援で当社の信用が格段に上がったことは間違いありません」

実用化プラント稼働が化学産業にあたえたインパクト

住之江プラントは、実用・事業化が可能なマイクロ波による世界初の化学プラントで、従来の「熱」と「圧力」による化学プロセスに比べて、消費エネルギーで1/3、加熱時間で1/10、用地面積が1/5という、省エネ、高効率、コンパクトな化学プラントを実証して見せたことから、世界的な注目を集めることになりました。

塚原CSOは、「住之江プラントはマイクロ波化学の有効性を示す大きな意味を持っていました。住之江工場にはすでに国内外から100社以上の企業が見学に来ています。国内の関連するメーカーはほとんど来場しているのでないでしょうか」と語ります。

「例のないプラントですから消防署なども慎重で、消防法や建築基準の準拠には苦労しました。何度も資料やデータを提出して半年近くかかりました。しかし、厳しい法令をクリアできたことが、安全に安定的な生産ができることを示すことにもつながり、大手海外化学メーカーもその実績を見て提携に納得してくれました」(塚原CSO)

住之江プラントには製造工場と共に試作用のパイロットプラントもあり、実際に顧客がマイクロ波プロセスを試してからプラント設計を進めることができるようにもなっています。