【植物工場の仕組み】植物工場とは?から「安全性」や「課題」「設備」について

「植物工場とは?植物工場の仕組みが知りたい。」
「植物工場は危険?安全性は確保されているのか。」
「植物工場最大の課題とは?」

植物工場企業にて植物工場の運営や開発・建設の現場に携わってきた筆者が解説します。

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植物工場とは

植物工場とは、従来までの土耕栽培にかわる栽培手法として注目されています。

ただ、植物工場とは明確にコレというものはなく、一般的な認識としては制御された空間の中で半自動(自動)で野菜や果物の栽培を行う手法を指します。

施設園芸・スマート農業などと同義に語られることもあります。

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植物工場の種類

植物工場には大きく分けて3つの種類があります

  • 太陽光型植物工場
  • 人工光型植物工場
  • 太陽光併用型植物工場

植物工場と聞いてイメージするのは人工光型植物工場だと思います。
本サイトも植物工場=人工光型植物工場として記載しています。

太陽光型植物工場

太陽光型植物工場とは、光源として太陽光を用いて栽培を行う植物工場です。

環境制御な緻密に行えるよう、ガラス温室を用いることが多いです。

人工光型植物工場と比べると人工光を使わない分、ランニングコストはかかりませんが、太陽光を用いる点とガラス温室を用いる点から、多段式にすることができません。

そのため面積あたりの収量については人工光型植物工場に劣ります。

太陽光のような強い光量を求める植物や背丈の高い植物には太陽光型植物工場に向きます。

人工光型植物工場

人工光型植物工場はその名の通り、太陽の光ではなく人工の光で野菜を育てる植物工場です。

人工光型植物工場は完全密閉型植物工場ともいわれ、クリーンルームに近い制御された環境で栽培します。

栽培に適切な環境を人工的に作り上げます。そのためどうしても電気代がかさむのです。

少しでも面積当たりの収量を増やす必要があり、多段式で栽培するのが一般的です。

なるべく短期間で栽培でき、背丈も高くない植物が人工光型植物工場に向きます。

太陽光併用型植物工場

太陽光併用型植物工場は、太陽光と人工光の両方をもちいる植物工場です。

主に太陽光を用いますが、足りない光を補う補光として人工光を用います。

背丈の高い植物でも栽培は可能であり、特定波長の補光を行うことで、付加価値をつけることもできます。

当然太陽光型植物工場よりもコストがかかるため、より高価な植物や大量生産する必要があります。

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植物工場の仕組みと設備

植物工場の仕組みは単純で、大きく3つが整えば成立します。

 

1つ目が、光。

蛍光灯や高圧ナトリウムランプを使われてきましたが、近年竣工する植物工場はほとんどLED(発光ダイオード)です。

光合成に用いられるという理由から赤色LEDや青色LEDを用いることもありますが、多くは白色LEDが利用されています。

理由としては、単色のLEDは利用用途が多くなく、価格が高いのに対し、白色LEDは照明としても多く用いられているため大量生産により安価となり、植物工場用LEDとしても利用されています。

また植物工場内で働くスタッフにとっても赤色や青色より白色LEDの方が作業環境としても適しています。

 

2つ目が、培養液(養液)。

植物工場の多くは水耕栽培です。植物の根を培養液に浸すことで栽培に必要な肥料を吸い上げます。

他にも噴霧耕(根に培養液をスプレーする栽培方法)を採用する工場も一部あります。肥料と水の使用量を減らすことはできますが設備費がかかります。

多くの植物工場で肥料管理機を用いて自動でECやpHを調整しています。

 

3つ目が、環境。

温度(20~25℃程)と湿度(70~80%程)の最適化に加えて、CO2濃度(1,000ppm程)の最適化です。

そして外気や虫などの混入を防ぐための密閉空間の構築も必要です。

環境については植物工場専用のものはなく、大空間用の空調設備やCO2ボンベから自動開閉弁による二酸化炭素濃度の調整を行います

 

これら3つの仕組みが整えば植物工場は完成します。仕組みとしては非常に単純です。

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植物工場の安全性

植物工場でできた野菜は人工的だから安全性が低い、危険だと言われることも多くあります。

植物工場の安全性を危険視している方の言い分の多くは、「化学薬品を用いて栽培している」というものです。

確かに培養液を化学的に分析すれば、【窒素(NH4NO3など)、リン酸(P2O5)、カリ(K2O)】と化学薬品と言えます。

ただこれは、旧来より土耕栽培に用いられてきたメジャーな肥料の成分です。

これらの肥料を用いられて栽培された野菜を食べていながら、植物工場の野菜は危険だというのは論理が飛躍していると言えます。

また土耕栽培では農薬を当たり前のように使用していますが、植物工場では農薬の散布は基本ありません。

植物工場は安全性が低い、危険だと言われるのはこれまで食してきた栽培方法とは異なる方法で栽培されており、工場生産というところからどうしても抵抗感がぬぐえないというところからでしょう。

実際に植物工場の野菜はコンビニなどで用いられています。

すでに知らず知らずのうちに食べているでしょう。

それでも危険だと言いますか?

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植物工場の特徴

植物工場の特徴はやはり工場生産であるというところです。

工場生産することにより、大きなメリットが3つあります。

1つ目が、安定生産・計画生産ができること。

リーフレタスであれば1か月~1か月半ほどで栽培ができます。季節も問わずいつでも栽培が可能なので、常に旬な野菜を栽培することができます。

当然天気にも左右されないため、正確に「いつまでに何kg出荷」という契約を結ぶこともできます。

 

2つ目が、鮮度が長持ちすること。

植物工場はクリーンルームに近い密閉空間で栽培されており、野菜に付着している一般生菌数という細菌の数を著しく低く栽培することができます。

そのため野菜が傷むまでの期間が長くなるため、新鮮な状態を保つことができます。

これが食品ロス問題が叫ばれている弁当や惣菜に向く理由です。

 

3つ目が、品質をコントロールできること。

光の波長を変えたり、培養液の組成を調整することで野菜に付加価値をつけることができます。これは露地栽培ではコントロールしにくいため、植物工場の大きな特徴となります。

 

働く人にとっても、湿度は高いですが20度台と作業するのには適した気温の中、働くことができます。

農業と聞くと力仕事も多い印象ですが、植物工場の場合は力仕事はほとんどありません。

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植物工場の課題

これだけのメリットがありながらも、課題もあります。

1つは、コストです。

イニシャルコストとして数千万~数十億円。ランニングコストとして月に数十万~数百万円かかります。

このコストを上回るだけの利益を上げる必要があります。

そのためには大量に野菜を販売するか、高付加価値な野菜を販売するしかありません。

大量の野菜を販売するには販路を確保する必要があります。高付加価値な野菜も高く評価してくれる売り先が必要です。

新規事業として植物工場を検討する前に、あらかじめ販路に目途をつけておく必要があります。

 

他にも、生産が安定しないという課題もあります。

植物工場なのに?と思うかもしれませんが、実際に事例もあります。

工場とはいえまだまだ人の手によるものも多くあります。人の衛生管理が不十分で野菜の品質が悪くなってしまったり、設備の清掃が行き届いていなく機械にゴミがつまることで、機械の故障や培養液などの数値の異常が発生します。

アルバイト・パートスタッフのオペレーションの最適化とそれを徹底させるための教育が必要です。

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植物工場の仕組みまとめ

植物工場とは?から「安全性」や「課題」「設備」についてまとめました。

植物工場の基本については学べたと思います。

より専門的なことを学ぶには、大学や企業に就職・転職して現場に入ることです。

大学一覧、企業一覧をまとめているのでぜひチェックしてみてください。

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