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2019年06月01日

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ

いろんな形で私たちの生活を支えているバイオプラントの分野ですが、具体的にどのような形でバイオプラントが活かされているのかをはっきり説明できる人は少ないでしょう。今回は具体的にどのようにしてバイオプラントが作られているのか、用語説明を含めて解説します。

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ

バイオプラントにはいくつかの呼び方がある

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
なんとなく聞いたことはあるけど、具体的に解説できない用語はこの世の中に大量にあります。その中の一つになってしまいそうなのがバイオプラントです。

しかし、このプラントには産業プラントやセメントプラントやバイオマスプラントやバイオガスプラントいろんな呼び方や種類が存在しているので、さらに理解するための難易度を上げています。そこで、まずはこのバイオプラントとは何かを解説していきます。

バイオプラントとは?

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
そもそも、プラントとはいったい何なのでしょうか。もともとこのプラントには電気ガス水道といったエネルギーやガソリンや医療品などを製造するための装置や工場という意味があります。そしてバイオとは他の言葉の上にくっついて「生命の」とか「生物の」という意味を持たせます。

つまり、このバイオプラントとは新しいエネルギーや医療品を製造する特殊な生物を使った装置や工場となります。こう考えるとわかりやすいです。

バイオプラントのコアテクノロジー4つ

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
特に、このバイオプラントで発展しているのがバイオケミカルプラントという化学とミックスされた分野です。実用化されているのが「株式会社IHIプラント」でいろんなプラントを用いて石油精製や石油化学、医療や水処理といった分野で活躍してまいりました。

その分野に食い込んで急速発展しているのがバイオプラントです。最大の特徴が4つのコアテクノロジーとプロセスになっております。

バイオプラントのコアテクノロジー1:無菌・洗浄技術

バイオプラントにおいて絶対に欠かせないのが無菌および洗浄技術です。この部分が不足してしまうとバイオテクノロジーを扱うことは絶対にできません。完全な無菌を目指すために重要なのが温度管理で、最新技術の中にはコールドポイントやデットスポットがどうなっているのか可視化するシステムが存在します。

これらのシステムから設計段階での処理の正確性が向上し、そこにアイディアや操作性を向上させたものが誕生します。

バイオプラントのコアテクノロジー2:スケールアップ技術

狙ったものを生み出す技術があったとしても、そこから望んだ進化や変化を得るためには徹底した管理能力が必須となります。そこで重要なのがスケールアップ技術で具体的にどのような変化が行われているのかを観察するシステムが必要になります。

スケールアップの最新技術には滅菌状態になるための条件を見つけるためにpHの状態や撹拌による影響がどうなっているのかが見えるようになっています。

バイオプラントのコアテクノロジー3:自動化技術

ただし、これらの技術は最新のものになればなるほど複雑化して管理する側の技量も著しく求められるようになってしまいました。そこで重要なのがバイオプラントをある程度簡易化して自動化するための技術です。

また、幾度となく実験をするバイオプラントではデータベースを簡単にできる技術も必要で、いかに高度なものを作って簡易に使えるようにするのかもポイントとなっています。

バイオプラントのコアテクノロジー4:コンプライアンス対応技術

バイオプラントは最新技術の塊であり、リスク管理が非常に重要です。そこで重要になるのがコンプライアンス対応技術であり、それらの技術をすべての社員に教えて徹底させることが重要になります。

これは社員教育がどうなっているのかも関わってきますので、新入社員や中途社員にどのように教え込むことができるのかも重要になるでしょう。ほかの会社との技術交流会で最新情報を集めることも大切です。

バイオプラントの対応プロセス4つ

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
いろんな技術の塊となっているのがバイオプラントですが、最新技術であったとしてもそのプロセスまで複雑化しているわけではありません。具体的には微生物培養プロセス・動物細胞培養プロセス・植物細胞培養プロセス・再生医療プロセスの4つのプロセスで対応しています。

これらのプロセスにそれぞれのプロフェッショナルが対応することになりますが、それぞれのプロセスに対応するシステムやソフトやハードも必要になります。

バイオプラントの対応プロセス1:微生物培養プロセス

微生物培養プロセスで重要になるのが効率化とスピードアップと低コスト化です。いろんなバイオプラントが誕生しやすい状況になっている現代では、実験データ収集や実績データのまとめや洗浄や滅菌といった繰り返し行われていたプロセスがスピーディーに行われるようになっており、簡易化しています。

今では抗生物質やアミノ酸の生産だけではなくヒトタンパク質の生産も可能となっており、可能性がかなり広がっています。

バイオプラントの対応プロセス2:動物細胞培養プロセス

戦前から行われていた微生物培養プロセスと比べるとかなり新しくなるのが動物細胞培養プロセスで、今までとは違ったプロセスが必要になってきます。通常の微生物プラントと比べると温度の変化やpHの変化に弱いという報告もあるので、それらの脆弱性を考慮した培養槽や環境の最適化が必須となっています。

また、偶発的に求められる動物細胞ができたところで再現性がないと商品になりませんので、再現性の確保も必須です。

バイオプラントの対応プロセス3:植物細胞培養プロセス

いま最も勢いがあるのが医薬品や健康食品に用いられることが非常に多くなっている植物細胞培養プロセスです。ただし、再生速度が動物細胞や微生物と比べるとかなり遅くせんだん力にとても弱いという欠点があるのでうまくプロセスが構築できていません。

せんだん力を極力抑えた培養槽の構築や酸素供給量を増築してコントロールできるものが必須となります。これから確実に伸びる分野であり、可能性の塊です。

バイオプラントの対応プロセス4:再生医療プロセス

医療分野でバイオプラントに求められているのがこの再生医療でしょう。2019年話題となっているのが人工皮膚ですが、これから再生医療プロセスが発展することで人工の内臓や骨といったより複雑なものが実用化されていくでしょう。

ただし、より難易度が高くバイオハザードが発生してしまう危険性も考えられますので、緊急時の対応についての構築も重要になります。

バイオプラントの開発から製品化までの手順5つ

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
バイオプラントはこのようにいくつかのプロセスに別れていますが、複雑化していても基本的な手順はそこまで大きく変わっていません。その順番はラボプラント⇒パイロットプラント⇒スケールアップ⇒生産プラント⇒製品化といったものになります。

一般的な商品とは多少違う流れとなりますが、一つ一つの工程でどのようなことが行われているのかが見えてくればよりわかりやすくなります。

バイオプラントの開発から製品化までの手順1:ラボプラント

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
実用化の前段階のプラントがラボプラントで、生産プラント構築に至るまでの具体的なデータ採取やトラブル対応において重要なデータ収集もこの段階で行われます。

小規模な生産装置もバイオエタノールといったプラントでは誕生しているので、一部商品ではラボプラントが生産プラントにも用いられるケースがあります。

バイオプラントの開発から製品化までの手順2:パイロットプラント

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
いわゆる実用的な性能を持たせたプラントにおいて行われる実験やデータ収集を徹底的に行う段階がこのパイロットプラントです。試験段階と実用段階のちょうど中間位置にあるのがこのパイロットプラントであり、実際に製品化する上でどのような問題が発生するかの見極めもこの段階である程度行わないといけません。

最初のラボプラントではできなかったデータ収集と問題点洗い出しを徹底で気に行う段階でもあります。

バイオプラントの開発から製品化までの手順3:スケールアップ

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
バイオプラントにおけるスケールアップとは大型装置で動かした場合にどうなるのかを大型の実機で試す段階です。ラボプラントで最初のチェックを終え、パイロットプラントである程度の実用性を試し、大型機を使った場合にどうなったのかをチェックする必要があります。

現代技術である程度のシミュレーションが可能となってはいますが、このスケールアップによって予想していないトラブルが発生するケースはまだまだあります。

バイオプラントの開発から製品化までの手順4:生産プラント

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
ここまでの段階全てをクリアするような最適設計が終わったのなら、それらの知識と技術と経験に基づき、生産性および信頼性の高い設備を設置して試す段階になります。

バイオプラントでも他の商品と同じように、いかに優れていても歩留まりが悪かったり信頼性の低い商品はNGとなってしまいます。

バイオプラントの開発から製品化までの手順5:製品化

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
ここまでの条件をすべて突破したバイオプラントは市場への製品化が開始されるようになっています。製品として安定供給できるものとなっているのですが、なかなか簡単にこの段階までは到達できません。

バイオプラント関連の商品も早く売りに出すにはここまでの過程をできる限り短縮する必要があるのですが、安易に簡略化できないのも悩みどころです。

バイオプラントに関連する言葉

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
バイオプラント業界についてのぞいてみるといろんな専門用語が飛び交っているので、いきなり聞いても訳が分からなくなることはよくあります。バイオプラントとからめると登場頻度が多いけどうまく説明できない石油化学プラント・ナフサ・余剰汚泥・汚泥ケーキ・エンジニアリング会社といった用語について解説します。

特に、ナフサあたりはニュースなどで聞いたことはあっても口頭でうまく説明できない単語となっているでしょう。

石油化学プラント

プラントとは先に説明したように装置や工場という意味があり、石油化学とはいわゆるプラスチックやビニールといった合成樹脂やポリエステルといった合成繊維を石油や天然ガスから作り技術です。

つまり、石油化学プラントとは石油や天然ガスからプラスチックやビニールやポリエステルといった製品を製造する場所とお考え下さい。バイオディーゼルといったバイオ燃料が登場してこの二つが同時に話題になることがあります。

ナフサ

ナフサとは簡単に説明すると原油を精製してガソリンや灯油にする最初の蒸留段階で出てくるもののことです。別名粗製ガソリンや直留ガソリンと呼ばれるもので、沸点範囲はだいたい30から180℃となっております。

このナフサは合成樹脂や石油化学プラントといった話題でも頻繁に登場するのでバイオプラント業界でも耳にすることがあるでしょう。

余剰汚泥

余剰汚泥とは下水処理工程の一つである活性汚泥法で生じてしまう泥状の物質のことです。このままでは活用できないので汚泥処理施設に運んで除去するのですが、水や有機物を含んでいるのでなかなかに処理がしにくく、いかに処分するのかが問題となっています。

これらの余剰汚泥が有機物を含んでいるバイオマスとして活用できるということから何らかのエネルギーとして利用可能と話題になっています。

汚泥ケーキ(脱水ケーキ)

先ほど登場した余剰汚泥からさらに脱水された塊が汚泥ケースです。脱水した後は焼却処分をして産業廃棄物として処理されるのが今までの考え方でしたが、環境負荷低減およびバイオマスとしての活用法が見出されてからこちらの言葉も登場回数が増えました。バイオプラントの用語を絡めると比較的登場することもあるワードです。

エンジニアリング会社

エンジニアリング業とはプラント業界における資材調達から建設や設計まで含んで行う業種のことで、設備設計も機械設計も資材調達も電子制御も行う総合的な役割を担っている業種でもあります。エンジニアリング会社とはこのような業種を行っている会社と言えるでしょう。

現代では「プラントエンジニアリング」という言葉が頻繁に登場しており、プラントの規格から設計や点検まで行う方々を意味します。

バイオプラントは私たちの生活を陰から支えている

バイオプラントの4つのテクノロジー|バイオプラントの対応プロセス4つ
バイオプラントの活用法はいろいろとありますが、目に見えた形で大活躍しているのでその業界にいない限りは印象が薄くなってしまいます。いわゆる陰から支えているという形がまさにぴったりなのですが、バイオプラントはまだまだ発展途上の業界でもあるので、これから大きく伸びていくでしょう。

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