植物工場の仕組みを完全解説！これだけ読めばOKなやつ

もし、あなたが住む街のど真ん中で、新鮮な野菜が毎日収穫できるとしたら？

そんな夢のような話を実現するのが「植物工場」です。

天候、場所、季節… 従来の農業の制約を打ち破り、
まるでSFの世界のような環境で野菜を育てる植物工場。

まさに「農業の未来」です。

でも、一体どんな仕組みなの？ 本当に美味しい野菜ができるの？
… 気になることはたくさんありますよね。

この記事では、植物工場の気になるアレコレを徹底解説します！
仕組みから種類、メリット・デメリット、などなど。
この記事を最後まで読めば、一通りのことは理解できるはず。

ちなみに、植物工場ってリスク無いの？
っていう心配性な方もおりますので、そのあたりは以下の記事で詳しく書いてます。

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植物工場とは？ – 基本の「キ」

植物工場とは、その名の通り、工場のような設備で植物を育てる施設のこと。
でも、普通の工場と違うのは、製品が機械ではなく「野菜」ですよね。

そして最大のポイントは、生育環境を人工的にコントロールできるってところ。

植物工場とは？ – 環境制御で野菜を育てる「工場」

もっと具体的に言うと、温度、湿度、光、CO2濃度、養液（肥料を溶かした水）などを、作物の種類や生育ステージに合わせてコントロールできます。

なぜそうするかって？
それは、生産者にとって都合よく作物を育てたいから。

つまり、味とか品質を良くしたり、生産量を増やしたい、ってことです。
それに機械任せにできるから管理作業が楽だし、天候不順に頭を抱えてストレスを感じることもない。

だから作物にとって一番快適な環境をオーダーメイドで作ってあげるわけですね。
そのための技術が植物工場ということ。

では、畑やビニールハウスでの栽培と、植物工場は何が違うのか？
一番の違いは「環境制御の度合い」です。

露地栽培は、雨風や太陽光など、自然環境に大きく左右されます。
ビニールハウスはある程度環境をコントロールできますが、植物工場ほどではありません。
植物工場は、天候に左右されず、安定的かつ計画的に野菜を生産できる。これが、植物工場の大きな特徴であり、強みなんです。

植物工場の歴史 – 意外と昔からある

植物工場って、意外と昔からあります。
1950年代には、 アメリカで植物工場の原型が生まれています。 当時、宇宙空間での食料生産を目指し、閉鎖環境で植物を育てる研究が始まったのです。

その後、1970年代には、日本でも植物工場の研究が本格的にスタート。
時代的に食糧危機への懸念が高まっていて、安定的な食料供給システムが求められた背景があります。

でも初期の植物工場はコストが高すぎて、全く実用化には至ってません。

植物工場が大きく発展し始めたのは、2010年代くらいから。
LEDが登場して、消費電力が大幅に削減。そこでようやく、収支が釣り合ってきた感じです。

最近でも、さらなる省力化、生産性向上を目指す流れは続いています。
植物工場は、半世紀以上にわたる研究開発を経て、ようやく普及期を迎えようとしているのです。

植物工場は将来、必須になる技術

説明します。

その背景には、大きく分けて2つの社会的な課題があります。
それは、「食料の安定供給」と、「気候変動」の問題です。

まず、「食料の安定供給」について。

世界人口は増加し続けていて、2050年には100億人に迫ります。
人口が増えれば、当然、食料の需要も増える。

しかし、地球上の農地面積には限りがある。
そのうえ砂漠化や都市化によって、今もガンガン減り続けている。

さらに日本では、農家の高齢化と後継者不足が深刻です。
このままだと、数年以内に日本の農家は一斉に消え去ります。

じゃあ誰が食べ物を作るの？
という状態なのです。

そして「気候変動の問題」。

最近、「猛暑で野菜が採れない」みたいなこと、よく聞きません？
野菜の価格が高くなることもよくありますよね。

近年、異常気象が頻発し、農業生産に深刻な被害が出ています。
記録的な猛暑、 長期的な乾燥、集中豪雨、大型台風…

今年は酷かった…。じゃあ来年は大丈夫なのか？
違いますよね。地球環境が劇的に改善されていく要因は別に何も無い。

この先も「異常」気象は続くのです。

そのような状況が毎年のように続けば、安定的な食料供給は困難です。

植物工場は、これらの課題を解決する切り札として期待されているというわけです。

農業の3つの形：露地栽培、施設栽培、植物工場を比較

植物工場は、そもそも農業の一形態に過ぎません。

植物工場の仕組みを解説していきますが、農業の他の形態との違いに注目します。
どのような特徴があるのかがよく理解できると思います。

農業の３つの形と栽培方法の組み合わせ

農業を大きく3つに分けます。露地栽培、施設栽培、植物工場です。

そして栽培方法にも色々ありまして、
それぞれ、どのような栽培方法が適しているのかをまとめたのが、以下の表です。

	露地栽培	施設栽培	植物工場
土耕
水耕
固形培地
噴霧栽培

• ◎: 最適
• 〇: 適している
• △: 条件付きで可能 (限定的)
• ×: 不適

施設区分

• 露地栽培
  • 屋根や壁のない屋外の畑での栽培。太陽光や雨水など自然環境を利用し、広い土地が必要。
• 施設栽培
  • ビニールハウスや温室など、屋根や壁のある施設を利用。外気の影響を軽減し、温度や湿度をある程度制御可能。露地栽培に比べて安定生産が可能。施設建設・維持コストが必要。
• 植物工場
  • 閉鎖された空間で、生育環境を人工的に制御できる。光、温度、湿度、CO2、養液などを最適化し、天候に左右されない周年栽培、計画生産が可能。高度な設備と技術、高い運転コストが必要。

栽培方法

• 土耕
  • 土壌で植物を栽培する。肥料や水やりなど、基本的な栽培管理が必要。露地栽培、施設栽培で広く利用される。
• 水耕
  • 土を使わず、養液だけで植物を栽培する。清潔で病害虫が少ないし、作物の生育速度が速い。高度な養液管理が必要で、主に植物工場で利用される。
• 固形培地
  • ヤシ殻、ロックウールなどの固形培地を使用する。養液と固形培地の両方の特性を活かす。水耕栽培より管理が容易、施設栽培、植物工場で利用される。
• 噴霧栽培
  • 根に養液を霧状に噴霧して栽培する。気耕栽培の一種で、酸素供給効率が高い。高度な環境制御が必要、植物工場など限定的な環境で利用できる。

ちなみに、たまに「植物工場の野菜って安全なの？」と心配する方もいます。

私が思うに、「工場」って言葉の響きがイメージ最悪ですよね。
仕組みをよく知れば、全くリスクが無いことはわかるはず。

植物工場野菜がどうなのか。ってことは以下の記事で詳細に書いてます。
気になる方はこちらもどうぞ。

施設区分ごとの違いを比較

露地栽培、施設栽培、植物工場の違いは、栽培環境の制御度合いや生産性、コストなどです。
それぞれの違いを見ていきましょう。

	露地栽培	施設栽培	植物工場
環境制御	低	中	高
生産性	低	中	高
品質	バラつき	比較的安定	均一
コスト	低	中	高
環境負荷	高	中	低
安定供給	不安定	比較的安定	安定
気候変動耐性	低い	中程度	高い
栽培品目	季節性のある品目	幅広い品目 露地栽培より拡大	葉物野菜、一部の果菜類など

各項目のポイント

• 環境制御:
  • 植物工場は、温度、湿度、光、CO2などを高度に制御し、作物の生育に最適な環境を作り出す。施設栽培はある程度の環境制御が可能だが、露地栽培は自然環境に依存する。
• 生産性:
  • 植物工場は、単位面積あたりの収穫量が最大。施設栽培は露地栽培よりも生産性が高いが、植物工場には及ばない。
• 品質:
  • 植物工場は、品質が均一で、栄養価や機能性成分をコントロールすることも可能。露地栽培は自然環境に左右されるため、品質にバラつきが出やすい。
• コスト:
  • 露地栽培は初期投資が低いが、植物工場は施設建設費、設備費、運転コストなど、多くの費用がかかる。施設栽培は露地栽培と植物工場の中間的なコスト。
• 環境負荷:
  • 植物工場は、単位面積あたりの水使用量や農薬使用量を大幅に削減できる。ただし、エネルギー消費量は大きい。露地栽培は広い土地が必要で、農薬や肥料による環境負荷も大きい。
• 安定供給:
  • 植物工場は、天候に左右されずに周年栽培が可能なため、安定供給できる。施設栽培も比較的安定しているが、露地栽培は天候や季節に大きく左右される。
• 気候変動耐性:
  • 植物工場は、異常気象の影響を受けにくく、気候変動に強い。施設栽培も露地栽培よりは耐性があるが、植物工場ほどではない。
• 栽培品目:
  • 露地栽培は季節性の野菜が中心。施設栽培では、より幅広い品目の栽培が可能。植物工場は、葉物野菜中心だが、機能性野菜は作りやすい。

植物工場の仕組み

それでは、この記事の本題である植物工場に焦点を当てましょう。

植物工場のイメージである、上下に並んだ棚の中に野菜がビッシリ植わっている…

そんな設備では水耕栽培を利用しています。

で、実は他にも色んな種類の栽培方法があるんですよね。

栽培方法ごとの違いを比較（植物工場）

植物工場は、閉鎖環境なので、水耕栽培と非常に相性が良く、広く採用されています。

その他にも、固形培地栽培、噴霧栽培など、植物工場の特性を活かした栽培方法があります。

植物工場で主に用いられる栽培方法の違いを見ていきましょう。

項目	水耕栽培	固形培地栽培	噴霧栽培
栽培方法	養液のみで栽培、土壌不要	固形培地（ヤシ殻、ロックウール等）を使用、点滴灌水	根を空中に露出し、養液を霧状に噴霧
特徴	清潔、病害虫が少ない、生育が速い、自動化しやすい	水耕栽培より管理が容易、土耕栽培に近い食味、排水処理が容易	酸素供給が豊富、根の生育促進、省スペース
メリット	清潔、病害虫が少ない、生育が速い、自動化しやすい	水耕栽培より管理が容易、土耕栽培に近い食味、排水処理が容易	酸素供給が豊富、根の生育促進、省スペース
デメリット	養液管理が重要、設備コストが高い	培地の廃棄処理が必要、初期コストがやや高い	高度な環境制御が必要、設備コストが高い、技術難易度が高い
栽培例	葉物野菜（レタス、サラダ菜）、ハーブ、葉ネギ	果菜類（トマト、イチゴ）、花卉	葉物野菜、苗生産、研究用

施設ごとの違いを比較（植物工場）

栽培方法の違いの他にも、太陽光を使うのか、人工光を使うのかでも分類できます。

この違いもかなり大きくて、電気代や設備費、人件費が全然変わってきます。
時には、ビジネスの成否を決めてしまうほどに。

露地栽培を含めて、太陽光型、併用型、人工光型、4つの施設を比較してみます。

	太陽光型	併用型	完全人工光型	露地栽培
栽培形態の割合	44%	14%	42%	–
主な光源	太陽光	太陽光、LED 81%、ナトリウムランプ・蛍光灯等38%	LED 96%、蛍光灯8%。LEDは主に2013年以降導入	太陽光
水源	井水62%、上水38%	井水60%、上水33%	上水78%、井水20%	雨水、井戸水、上水道など
CO2施用の有無	83%で施用あり	86%で施用あり	89%で施用あり	自然界のCO2濃度
主な栽培品目	トマト類71%、イチゴ8%、イチゴ以外の果菜類8%、レタス以外の葉菜類6%	トマト類27%、レタス類27%、花き20%	レタス類91%	多岐にわたる
雇用者数(通年:正規)	110人未満34%。平均施設当たり9.8人	平均施設当たり9.2人	平均施設当たり8.0人	経営規模による
雇用者数(通年:非正規・パート)	20~50人未満35%、50人以上24%。平均施設当たり44.0人	20~50人未満31%、50人以上31%。平均施設当たり46.3人	20~50人未満19%、50人以上21%。平均施設当たり28.3人	経営規模による
雇用者数(期間雇用)	雇用なし除き1~5人未満26%。平均施設当たり9.6人	平均施設当たり16.4人	–	経営規模による
主要品目における作業比率	生産(特に栽培管理)35%以上で最多	生産(特に栽培管理)35%以上で最多	収穫27%、出荷24%、移植・定植19%、洗浄10%の順	品目・栽培規模による
労働時間当たり収量別決算	労働時間当たり収量大の方が赤字比率小	–	労働時間当たり収量大の方が赤字比率小	–
労働時間当たり収量別コスト比率	収量多いほど人件費比率小	–	収量多いほど人件費比率小	–
単収別決算	単収大の方が黒字・収支均衡比率大	–	単収大の方が黒字・収支均衡比率大	–
直近の決算	黒字・収支均衡73%	黒字・収支均衡60%	黒字・収支均衡45%	–
年間売上	平均4.3億円	平均4.6億円	平均1.9億円	経営規模による
栽培実面積(主要品目)別決算	面積大ほど黒字・収支均衡の比率が高い	–	面積大ほど黒字・収支均衡の比率が高い	–
栽培形態別コスト比率	人件費30%台で最大	人件費30%台で最大	人件費30%台で最大、電気代27%	品目・栽培規模による
決算別コスト比率	黒字では光熱費・減価償却費比率小	–	黒字では光熱費・減価償却費比率小	–

※この植物工場のデータは、一般社団法人日本施設園芸協会が実施した「大規模施設園芸・植物工場　実態調査・事例調査」の結果に基づいています。
※露地栽培は、天候や立地、経営規模、作物などによって条件が大きく異なるため、一概に数値だけで比較することはできません。

植物工場をビジネスの観点から考える

ではビジネスの観点から植物工場を考えていきましょう。

植物工場は、安定供給、高品質、環境負荷の低減といったメリットから、
ビジネスチャンスとしても熱い視線が集まっています。

ただし、もちろんメリットばかりではありません。
もし参入を検討しているなら、デメリットもしっかりと理解しておくべきです。

植物工場のメリットとデメリットについては、以下の記事で熱く書きました。
こちらも合わせてどうぞ。

植物工場は、けっこう課題も抱えている

私は長年、植物工場の現場にいますが、
まだまだ課題も多いんですよね…。

特に注意しておきたいポイントをまとめます。

正直言いますと、植物工場に参入してくる大手企業が相次いで撤退しているのも、下記のようなことが原因です。

これらの課題を解決するために、世界中で様々な研究開発や取り組みが進められています。
例えば、太陽光を利用した植物工場や、AIを活用した環境制御システムの開発など、省エネ化や効率化を目指した技術革新が進んでいます。

とはいえ十分に活用されているとは言えません。まだまだ人の手に頼っている部分が大きいです。

植物工場は、まだ発展途上の技術というわけです。

植物工場ビジネスを成功させる秘訣

では、植物工場ビジネスで成功するために、何を意識すべきか。

植物工場の持つ可能性を最大限に活かしながら、独自の強みを確立していく必要があります。

ポイントは以下のような点。

つまり、結論として、「ただ野菜を作って売ろう」では失敗します。

例えば、異業種から参入する企業はプロダクトアウトの視点であるケースが多いですが、マーケットインの視点を持たなければなりません。

野菜と言えど、「売れるものを作る」という視点がなければ売れません。

それと、植物工場はある程度の規模がなければ黒字化は難しいです。
この点もビジネスを成功させるポイントですので、詳しくは下記の記事もどうぞ。

植物工場の現場をレベルアップさせたいなら、私も協力します

植物工場ビジネスは、成長市場と注目されています。
が、運営面で苦労する場面も多いんですよね。

「生産性が上がらない」「野菜が売れない」など、
色んな問題を抱えている植物工場も多いです。

そんな悩みを抱える現場に対し、私に協力させてください。

スタッフ教育、研修、コンテンツ提供、などなど。
私は色んな方法で植物工場をサポートしています。

私が現場の最前線にいた時は、常に「誰か相談できる人がいてほしい…」と思っていましたが、
実際、なかなかそんな人はいません。

そのようなサービス自体、ないですしね。

というわけで、現場の人に寄り添ったリアルなアドバイスはさせて頂けると思います。

うまく活用してもらえば、経営の課題を解決し、事業をさらに成長させることが期待できます。