来るべき世界の肥料危機とその解決策

天然ガス価格の高騰によるアンモニア肥料の高騰、ウクライナ戦争によるウクライナとロシア両国の今年の作物の危機など、世界的な食糧危機が迫っています。この危機への対応を誤ると、悲惨なことになりかねません。

複雑系理論家ヤニール・バーヤムの研究によると、食料価格の高騰が暴動に直結していることが示唆されています。食料価格の高騰は、2011年の「アラブの春」、2007年のメキシコの「トルティーヤ暴動」、その他多くの不穏な出来事を引き起こしました。いま世界的な供給を管理できなければ、新たな混沌の波が押し寄せることになるのかもしれません。

大多数の人々は、たったひとつの発明に命を預けています。つまり、天然ガスと空気だけで、安価なアンモニア肥料を大量に生産できるようになったことです。窒素は、私たちの体が生きていくために必要なタンパク質をつくるのに不可欠なものです。しかし、窒素は2つの原子の間に閉じ込められているため、ほとんどの生物は窒素を直接手に入れることができません。

歴史の大半で、肥料は動物の排泄物から、また最近ではチリ北部のアタカマ砂漠にあるような天然の硝酸塩の鉱床から得ていました。しかし、1900年代前半のわずか数年間で、窒素の入手方法は劇的に変化し、その結果は現在も続いています。

窒素ディスラプション

1880年、ボリビア、ペルーとの戦争に勝利したチリは、アタカマ砂漠の所有権を一国に集約しまた。アタカマ砂漠は、地球上でもっとも乾燥した場所のひとつです。地質学者によると、窒素を含む地下水が砂漠の土壌にゆっくりと浸透し、蒸発したために、その土壌に硝酸ナトリウムが浸透しているそうです。これは、肥料として、また火薬や爆薬の製造に有用な塩です。

ディスラプションのパターンを見ると、異なるセクター間で技術が収束するときにディスラプションが起こることがわかります。このケースも例外ではありません。1800年代後半から1900年代初頭にかけて、この厳しい環境の中でこれらの資源を経済的に利用することができたのは、さまざまな要因が収斂したからです。

1860年代後半に発明され、1870年代を通じて広く普及したダイナマイトは、土壌へのアクセスを容易にしました。1931年に、R.H.ウィットベックは「土の上に穴を開け、底に火薬やダイナマイトを撃ち込む。その爆発で、周辺にある塊は粉々になる。」と書いています。

そして、ジェームズ・ワットによって根本的に効率化された蒸気動力は、特に1800年代後半に海運を安くすることに成功しました。そして、蒸気を動力とする機械によって、硝酸塩を含む土壌層の採掘が容易になりました。そして、蒸気の力を利用した鉄道が、高地から海岸までの輸送を容易にしました。

1890年代には、「チリ産の硝酸塩は、世界で使われる無機窒素の約5分の4を供給していた」とウィットベック氏は報告しています。チリ政府は、瞬く間にこの単一産業に危険なほど依存するようになりました。1880年には政府の歳入の10％以下だった硝酸塩の採掘は、10年後の1890年には50％を超えていました。そのわずか数年後には70％に迫り、第一次世界大戦の幕開けまで50％以上を維持していました。

これは、世界の工業的食糧生産の急速な拡大に大きな役割を果たしました。しかし、硝酸ナトリウム鉱床の採掘の時代は長くは続きません。輸出は1929年をピークに4年間で85％減少し、1920年代の最低水準にすら二度と戻ることはありませんでした。

要約すれば、窒素ディスラプション自体が破壊されたのです ― 窒素を採掘するよりも安く、しかも地球上のどこにでも無限にある窒素を得る方法が発明されたからです。

合成肥料で「空気からパンをつくる」を実現

1909年、化学者のフリッツ・ハーバーは、空気とメタン（天然ガス）を組み合わせれば窒素を含むアンモニアが製造できることを実証し、『空気の錬金術』の著者であるトーマス・ヘイガーは「史上もっとも重要な発見」と評しました。1860年代に人工染料を製造するために設立されたBASF社は、ハーバーの製法の権利を買い取り、BASF社の化学者カール・ボッシュがその工業規模の生産開発に着手したのです。

サイモン・ハンソン氏は、1951年の著書『ラテンアメリカの経済発展』の中で、「1918年まで、ドイツは自給自足していたし、他の先進国も自給自足に向かっており、戦争が終わればドイツは市場に輸出する用意さえできていた……」と書いています。1920年から1933年にかけて、窒素工業はまさに革命を起こしました。世界の窒素生産能力は160万トンから500万トン近くへと3倍以上に増加しました。世界の消費量もこの間2倍以上に増えていたのは事実ですが、チリの生産量は年間43万トンから7万6千トンに減少しました。」

私たちが「ディスラプションのパターン」で何度も見てきたように、チリの既存の硝酸塩メーカーは当初、合成アンモニアが自分たちのビジネスにもたらす脅威を軽視していました。

R.H.ウィットベックは1931年にこう書いています。「一時期、硝酸塩生産者と政府関係者は、合成窒素には何の危険もないという立場をとっていた。結局のところ、世界は硝酸塩を手に入れなければならず、チリは本物の「天然物」を手に入れることができる唯一の場所だった。しかし、第一次世界大戦後、状況はますます変わってきた。戦前の最大の買い手であったドイツは、必要な窒素をすべてつくり、余剰分を輸出している。」

チリの硝酸塩の輸出を脅かしたのは、ドイツが最大の顧客から主要な競争相手へと変わったことだけではありませんでした。内燃機関で動く機械によって、農業が機械化されたのです。

チリの鉱山労働者は、合成窒素源よりも「天然」硝酸塩の方が優れていると考えていました。実際はその逆で、農業が機械化され、均一な投入が必要だったのです。

シッペンスバーグ大学のポール・マーは、2007年に「アタカマの亡霊」という論文で、「20世紀初頭、アメリカの農業は機械化されており、機械化された農業に天然の硝酸塩肥料を使うことは現実的ではなかった」と述べています。

経済的にも、南米から採掘した窒素を世界中に輸送しても、大気から直接取り出した窒素には勝てません。例えば、1926年当時、20ポンドの硝酸ナトリウムが3.27ドルで売られていましたが、この重量のうち、目的の窒素はほんの一部です。合成アンモニアは20ポンドで1.75ドル、5倍の窒素を含む製品の半値以下です。つまり、1ドル単位で見ると、硝酸ナトリウムの約10倍の窒素を合成アンモニアから得ることができたのです。

これもまた、私たちの「ディスラプションのパターン」の一部なのです。RethinkX の共同創設者である Tony Seba が述べているように、「10倍は常にディスラプションを引き起こしてきたのです。繰り返しますが、同じ製品やサービスに対して10倍のコスト差があると、常にディスラプションが巻き起こってきたのです。歴史上、常に。」

合成アンモニア産業の成長は驚異的でした。上のグラフは米国での生産量ですが、統計をとる政府機関である米国地質調査所による世界の生産量は、米国の3～5倍でした。第二次世界大戦の頃には、世界の窒素生産量は鉱業による生産量を上回り、今後も飛躍的に増え続けるでしょう。

合成アンモニアの生産が地球上の人類に与えた影響は甚大です。いま生きている人々の大半は、安価な合成肥料にその存在を負っています。世界人口は今や80億人に迫ろうとしています。

そして、劇的に増えたのは人間の人口だけでなく、家畜も同じです。科学者たちは、現在、地球上の哺乳類の97％（重量ベース）が人間と私たち哺乳類の家畜であると推定しています。また、ニワトリなどの養殖家禽類は、現在地球上の鳥類の約70％を占めているそうです。

しかし、これには政治的、環境的な犠牲がともないます。ウクライナは耕地面積、アンモニア生産量ともにヨーロッパ第一位であり、大麦、トウモロコシ、ジャガイモ、ライ麦、小麦、鶏肉、チーズの世界最大の生産・輸出国のひとつです。

窒素を含む廃棄物の管理は、それ自体が大きな環境問題になっています。過剰な肥料が流出することで、海に「デッドゾーン」が生まれ、危機に瀕している生物種を支えるのに十分な餌がつくられなかったり、「海の鼻くそ」に占領されたりしているのです。

しかし、いま私たちは食糧生産における新たな革命の入り口に立っているのです。精密発酵（Precision fermentation, PF）により、牛を使わずに牛乳をつくり、鶏を使わずに卵白をつくることができるようになりました。鶏を殺さずに育てた鶏肉は、すでに販売されています。私たちのこれまでの研究により、精密発酵と細胞農業により、穀物の投入量がはるかに少なく、したがって肥料の使用量もはるかに少なく、肉や乳製品などの製品を生産できることが明らかになっています。

地球規模で見ると、私たちが栽培している穀物のうち、人間の食料として使われているのは半分以下です。穀物のほとんどは、食肉生産のための動物の飼料や、燃料添加物であるエタノールの製造に使われています。

100年前、私たちは窒素をいかに安く大量に手に入れるかという問題を解決しました。しかし、窒素を中心に発展してきた食糧システムは限界に達しつつあります。いま私たちは方程式のもう半分を解決する必要があります。私たちが必要とする食品を、できるだけ少ない投入量で生産することです。PFディスラプションを加速させることは、これを実現するのに役立ちます。

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本稿は「ディスラプションのパターン」連載の第5回です。

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著者：ブラッド・リビー（Bradd Libby）RethinkX リサーチフェロー