循環型農業「アクアポニックス」、廃棄される窒素を99%再利用し、気流制御でエアコンの電力使用量を76%削減できることが判明【神奈川県ビジネスアクセラレーターかながわ（BAK）実証結果】

富士工業と共同実証実験を実施し、資源循環と環境負荷低減効果を可視化できる数理モデルを開発

株式会社アクポニ

2024年4月16日 13時30分

「アクアポニックスで人と地球をHAPPYに」をビジョンに掲げ、循環型ビジネスの提案を行う株式会社アクポニ（所在地：神奈川県横浜市、代表取締役：濱田健吾、URL：https://aquaponics.co.jp/）は、富士工業株式会社と協力し、2023年10月〜2024年3月の期間、循環型栽培システム「アクアポニックス」における気流制御による生産性への影響評価および資源循環の可視化を目的とした実証実験を実施しました。
その結果、空気循環の最適化を行うことで制御なしの場合と比較してエアコンの電力使用量を76%削減し野菜の収量が22%増加、また、陸上養殖では廃棄される窒素の99%をアクアポニックスでは肥料として再利用できることが検証されました。
本件は、神奈川県が主催するベンチャー企業と大企業等によるオープンイノベーション促進のためのプログラム「BAK2023」にて採択されたプロジェクトの実証結果となります。

BAKについて：https://www.pref.kanagawa.jp/docs/sr4/cnt/f537611/bak01.html#bak2023

気流制御がアクアポニックス栽培におけるエネルギーコスト削減&収量増、脱炭素につながると実証

現在、日本の農業はエネルギーや肥料価格の高騰、気候変動による影響、就農人口の急減など多くの課題に直面しています。その解決策の一つとして、当社では有機野菜の大規模周年栽培が可能な循環型施設園芸「アクアポニックス」を産業として定着させることを目指しています。

本プロジェクトでは、アクポニの持つアクアポニックスの技術と、富士工業の気流制御の技術を掛け合わせることで生産性を高めると同時によりよい資源循環を実現し、環境負荷とエネルギーコストを下げるシステムの実現を目指し実証を行いました。

その結果、空気制御なしの場合と比較し、気流制御を行った場合、リーフレタス1株平均の収量が22%増加。エアコンの電力使用量を76%削減し、エネルギーコストの大幅削減につながる結果となりました。

アクアポニックスは水産養殖と水耕栽培を組み合わせることで効率的な資源循環を行っており、魚のエサ由来の窒素を野菜の肥料として使用しています。陸上養殖だけを行った場合、エサに含まれる窒素のうち88％は定期的な飼育水の入れ替えで廃棄されます。アクアポニックスではその廃棄される窒素を野菜の肥料として約99%有効活用できることが分かりました。さらに、使用する水の量は陸上養殖と比較し約3分の1になるため、水資源を約66%削減できます。

化学肥料の工業製造プロセスは、水素と窒素を高温高圧化で触媒反応させるハーバー・ボッシュ法という方法が主流で、そのエネルギー源でも化石燃料が燃やされるため、多くの二酸化炭素を排出します。アクアポニックスでは化学肥料を使用しないため、生産過程に発生する二酸化炭素を約99%削減可能です。これは日本の野菜の耕作面積112万haのうち20%をアクアポニックスとした場合、年間約25万tの肥料生産にかかる二酸化炭素を削減できる計算となり、農業の脱炭素化に大きく貢献することが見込めます。

実証実験の様子

＜試験環境詳細＞

実証期間：2023年10月〜2024年3月

実証場所：さがみロボット産業特区プレ実証フィールド（元県立新磯高校）

床面積：100平米

アクアポニックスシステムについて：

・完全閉鎖型（LED型）

・システム3基（野菜ベッド：1m 69株、2m 138株、3m 207株）

・栽培（養殖）種目：リーフレタス、ティラピア（いずみ鯛）

実証内容について：

「エアコン-センシング部の適正化・連動」「還流制御による温度一様化」で室内の空気循環を最適化し、窒素、二酸化炭素、水、電力使用量、野菜の収量の数値を測定。気流制御あり、なしの状態で実験を行い、結果の比較を行いました。

結果：

野菜の収量

	気流制御なし	気流制御あり	収量変化率
野菜ベッド2mの収量（1株の平均重量）	33.2g	41.3g	24.4%
野菜ベッド3mの収量（1株の平均重量）	40.8g	49.4g	21.1%

※野菜ベッド1mは慣行区のため気流制御ありの状態でのみ試験栽培

電力使用量

	電力使用量
気流制御なし　※1	1,614 kW
気流制御あり　※2	385 kW
電力量削減率	76.1%

※1 気流制御なしの実測電力使用量を元に、熱流体解析にて必要電力量を算出した結果

※2 栽培期間内のエアコンと環流ファンの実測電力量の合算

資源循環効率

窒素肥料使用量削減率　※1	99%
二酸化炭素量削減率　※2	99%
水使用量削減率　※3	66%

※1 野菜栽培に必要な窒素肥料を想定

※2 肥料生産過程で発生する二酸化炭素を想定

※3 一般的に水耕栽培で使用する水と比較した場合

環境負荷低減効果を可視化する「資源循環評価モデル」を開発

この度の実証実験結果をもとに、窒素、二酸化炭素、水の各物質収支を計算し、環境負荷低減効果を数値評価できる数理モデルを開発しました。効果を可視化することで資源循環を効率化を促進し、さらなるアクアポニックスの普及を目指し、日本における農業の持続可能性向上に貢献します。

＜今後の展開について＞

評価モデルは、2022年にリリースしたアクアポニックスの生産管理を支援する「アクポニ栽培アプリ」に実装を行います。アップデート後、ユーザーはアプリ上で窒素と二酸化炭素の削減量を数値で確認できます。

これにより資源循環を可視化し、環境的インパクトの測定が可能になるとともに、より生産性の高いアクアポニックス施設管理を行うことが可能になります。本機能の提供は2024年7月頃を予定しています。

アクポニ栽培アプリイメージ

アクポニ栽培アプリについて：https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000010.000018039.html

本プロジェクトについて各代表よりコメント

＜富士工業株式会社　イノベーション推進部　丸川雄一氏からのコメント＞

本実証では、農業における空気環境の実証を行いました。これまで類似の実証が無く、空気環境の改善が肥料の利用効率化、さらには脱炭素化にどのように影響を及ぼすかは明らかではありませんでした。

実証前に思い描いていた仮説を大きく上回る結果となり、農業環境における空気環境のイノベーションが起こせるのではないかと実感しています。今後もアクポニ様とともに、アクアポニックスや植物工場での農業を、持続可能な農業・産業にしていくことを目指していきたいと思います。

＜株式会社アクポニ　代表取締役　濱田健吾のコメント＞

農業界は、原材料や原油高の価格高騰に伴う肥料コストや電気代の上昇、という課題に直面しています。これにより生産者の収益性が悪化し、農業の持続可能性に疑問が投げかけられています。さらに、脱炭素化も大きな課題です。これらの社会的課題に対する一つの解決策として、水耕栽培の循環テクノロジーである「アクアポニックス」という技術が存在します。

今回の実証はアクアポニックスの資源循環を評価するとともに、富士工業様との協業により、気流制御においても収支改善に大きく寄与する結果を得ることができました。アクアポニックスは生産のみならず調達、流通面と連携することで資源循環の効果を更に増幅することができます。今後もさまざまな企業と連携を進め、バリューチェーン全体（生産・調達・流通）の資源循環の可視化および最適化を実行することで、農業の持続可能性を高めていきます。