植物環境工学 (J.SHITA)26(2):89-97. 2014.

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解説記事

スマートグリーンハウスへの展望―工場生産方式，環境・エネルギー対策，そして知能情報化―
大政謙次

日本生物環境工学会副会長・東京大学教授

A Perspective on Smart Greenhouse- Factory Production Systems, Environment and Energy Measures,and Intelligent Informatization Kenji OMASA
Professor at the University of Tokyo

エネルギー利用型の生産方式への転換が急務とされる

．

3,4)

そこで，最近，最先端農業として注目されている工場型生

１．はじめ に産方式（植物工場）について，園芸先進国であるオランダ

食の安全や安心，また，健康のために，農作物の品質にのグリーンハウスを例に，栽培の自動化と品質管理，そして環関する関心は高い．このため，生産段階から，収穫，調整，境・エネルギー対策という観点から，その将来の在り方につ加 工，流 通，消 費に至るそれぞれの過 程での適 性 管 理

いて考える．特に，オランダでの最近の生き残りをかけた設備(GXP; Good X Practice)とフードチェーンのトレーサビリティが投資や大規模化の流れは，競争原理に基づいた産業として必要とされる ．また，食用以外の花卉などの農作物でも，商の農業をみる場合に役に立ち，その問題点を知ることにもな品としての価値を高めるために，サプライチェーンにおける品る．また，情報通信技術（ICT）を仲介とした，生産，流通，

1)

質管理が重要とされ，生鮮食品と同様に収穫段階から消費消費段階でのイノベーションとこれらの統合，即ち，スマートグまでの過程での鮮度管理が問題となる．

リーンハウスの必要性についても簡単に述べる．

一方，農作物の生産性や品質を向上させるために多量の農薬や肥料が使われ，有害物質の混入だけでなく，農業起２．日本の植物工場とオランダのグリーンハウス源の環境汚染が問題になっている．このため，最近では，農地における環 境 負荷 低 減のために，適 性 農 業 管 理 規 範

日本では，歴史的な経緯もあって植物工場というと，太陽光（GAP; Code of Good Agricultural Practice）による管理がを使わず，人工光源下で環境を制御し，周年・計画生産を求められるようになってきた ．また，エネルギー価格の高騰や行う栽培施設をさす場合が多い ．しかし，このような生産方

2)5)地球温暖化に対する対策のために，農業生産の現場でも，式は，当然のことながら，太陽光を利用する一般のグリーンハエネルギー消費型から，省エネルギー型，さらには再生可能ウス（ガラス温室やビニールハウス）に比べて，エネルギー─ 13 ─

大政90

図 1 ダッチライト型（フェンロー型）グリーンハウス．
A：オランダのウエストランドのグリーンハウス群．B：ダッチライト型グリーンハウスの外観．
多消費型にならざるをえない．このため，葉菜類を中心に鮮指令）(1991) 以降，環境保護に関する法律に基づき，肥料度や無農薬，含有成分調節などを売りにブランド化し，健康成分を含んだ廃液の再利用（循環式養液栽培）化が進ん意識の高い層に対する市場の拡大を狙っている．一方，日本だでも，最近，周年・計画生産を目的とした太陽光利用の大規である北海からの天然ガスの高騰や枯渇の問題に対応する

模なグリーンハウスが導入されるようになり，太陽光利用型植ための省エネルギー，さらに一歩進めて，地域循環利用型の物工場という名称で呼ばれるようになってきた．

．また，近年，地球温暖化に対する対策とエネルギー源

12)エネルギー創出型グリーンハウスの研究開発が進んでいる

6, 7)

日本の太陽光利用型植物工場の見本とされるオランダのグ

11,．

13)

リーンハウスは，ダッチライト型（フェンロー型）と呼ばれ，3～ 5 m 程度の狭い間口の簡単な構造のユニットをつなげた多連棟ガラス温室である（図 1）．通常の大屋根型に比べて，経済性，換気効率，光透過率の面で優れている．また，

３．最近のオランダのグリーンハウスを取り巻く環境の急激な変化
オランダには，約 1 万 ha のグリーンハウスがある ．そのユニットを連結していくことにより大型化できるので，オランダの14)

トマトやパプリカなどの野菜栽培のための施設では，一棟が内訳の遷移をみると，最近のオランダのグリーンハウスを取り巻10 ha 程度の規模のものも建設されている．軒高も，光や気く環境の急激な変化が読み取れる（図 2）．2001 年には総温などのハウス内環境の改善に加えて，補光ランプ，遮光や面 積が 10,416 ha で，花 卉 用が 6,221 ha，野 菜 用が 3,985

保温カーテン，細霧冷房や施肥灌水装置などのハウス内上ha であった．そして，2011 年までは，花卉用が野菜用などに部空間に設置される設備のスペースの確保のために年々高く転換されるかたちで１万 ha をやや超える面積を維持してきたなっており，7 m 程度のものも建設されている．

が（2011 年には 総 面 積 が 10,249 ha で，花 卉 用 が 4,219

オランダでは，1980 年頃から光環境や気温，湿度，CO2ha，野菜用が 4,988 ha），2012 年には，総面積が 9,962 ha，施肥などをコンピュータで制御することが行われるようになり，

花卉用が 4,107 ha，野菜用が 4,865 haとついに 1 万 ha をまた，ロックウールを培地とした養液栽培が普及した ．さら切った．この間の生産者数は，2000 年の時点で 11,070 戸でに，労働軽減や高賃金対策のために，栽培や収穫後の作業あったが 2012 年には 5,099 戸と半減し，5 ha 以上の生産者，現在，最も自動化が進んだ鉢花栽の 総 面 積 に占 める割 合 が 10.6 % (2000 年) から 44.0 %8)が徐々に自動化され

8-10)

培では，栽培から出荷までの作業のごく一部を除いて，まさ(2011 年) に増加した（図 3）．このことから，生産者は経営に，植物工場というべき，完全自動化に近いシステムが稼働しが悪化した花卉や野菜の弱小農家を吸収するかたちで規模ている ．これらの施設の大型化や自動化の技術開発の背拡大し，生き残りを図ってきたことがわかる．

11)

景には，生産コストの削減や労働力不足への対策に加えて，特に，トマトやパプリカなどの野菜生産者の規模拡大が著

労働賃金の安い，また，気候条件のよい南欧やアフリカ，中しい．これは，規模拡大による生産コストの低減と，販売市場東地域との厳しい競争があり，他の産業と同様，規模拡大ににおける価格交渉力強化，そして，売電・売温水などによるより生き残りを図っている．このような自動化や規模拡大は，生経営の多角化，安定化などを目的としてきた

産，流通，消費を一体化した情報インフラの利用を促進してら，例えばトマトの市場価格を例にとると，販売単価の採算ラいる．

インは約 0.70 € kg とされるが，最近の相場は 0.5～0.65 €．しかしなが

15)-1

一方，環境対策の面では，欧州連合 (EU) の農業起源のkg 程度であり，採算ぎりぎりの状態にある．この価格は市場硝酸汚染による水系の保護に関する閣僚理事会指令（硝酸が保護された日本の卸売り価格の 1/3 程度である．また，-1

─ 14 ─

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スマートグリーンハウスへの展望―工場生産方式，環境・エネルギー対策，そして知能情報化―

図 2 オランダにおけるグリーンハウスの栽培面積の経年変化．

14)

図 3 オランダにおけるグリーンハウス生産者の生産規模毎の面積の経年変化．

14)2011 年 5 月から 7 月にかけて，最大輸出先のドイツ北部を中ーの Belpex，フランスの Powernext の 3 市場が統合され，さ心とした腸管出血性大腸菌 (EAgg-EHEC O104：H4) の問らに，ベネルクス 3 国とドイツ，フランスの市場統合（欧州中題で，販売価格が 0.20～0.30 € kg 程度まで低下し，経営央部市場統合プロジェクト，CWE），また，CWEと北欧 4 カに打撃を与えた．パプリカ市場価格は生産者にとってさらに悪国の電力取引所ノルドプールとの連携がすすんでいる．このい．

ため，原料である北海天然ガス価格の高騰と北欧の水力発-1

このような状況において，従来は売電・売温水などで経営電やフランスの原子力発電などの安価な電力に対する競争の安定化を図ってきたが，2014 年を目標とする欧州の卸売電力の低下により，最近では，売電が安定した収入源ではなくな力市場の統合計画の下，2006 年にオランダの APX，ベルギり，トマトやパプリカなどの野菜生産者の経営環境のさらなる─ 15 ─

大政92悪化を招いている．てみると，オランダの栽培面積当たりの生産額が非常に大き花卉用のグリーンハウスは，上述したように，この 10 年間い．例えば，日本と比べた場合，栽培面積が日本の約 38 %で約 3 割が野菜など他の生産に転用されたがその多くはバラにもかかわらず，生産額は約 1.54 倍である．卸売市場でのやキクなどの切り花生産の削減である．鉢花生産の面積は減

価格は，日本の方が 1.6 ～ 1.8 倍程度高いことから，栽培面っておらず，自動化のための設備投資が活発で，生産性の積当たりの量としての生産性は，日本の約 7 倍にもなる．その向上により競争力が維持されている状況にある．このように，理由は，大規模生産と栽培の自動化の違いによるところが大オランダでは，自由競争の下，グリーンハウスを取り巻く環境のきい．

変化に対して，大規模化と自動化のための技術開発，そして

図 4 は，ウ エ ストランド 地 域 の 農 家 に お け る 鉢 花エネルギー関連設備への投資により生き残りを図っているが，（Kalanchoe blossfeldiana）の自動栽培システムの一連の作

オランダ国内での経営環境は厳しく，これまで培ってきた技術

業工程の写真である．人工土壌（ピートモス）が自動的に鉢やシステム運営，コンサルティングなどのノウハウを生かした海に詰められた後，給 水，植え付けが行われる．そして，約外展開を積極的に行っている．インターネットに代表される情1,000 鉢単位で，栽培コンテナに移され，グリーンハウス内で報通信技術（ICT）は，世界規模でのノウハウの収集と普及生育させる．その位置はコンテナ単位でコンピュータにより管に役立っている．

理される．一定期間生育させた後，個々の鉢が，個別識別が可能な ID チップ付きのパレットに移され，ベルトコンベアー

４．花卉栽培の自動化と品質管理で移動する．そして，生育状態がマルチカメラの画像計測装各国の花卉（切り花＋鉢花）の生産額と栽培面積を比べを，再度栽培コンテナに移し，グリーンハウス内に戻す．これ

置で診断され，分類される．同一の生育状態に分類された鉢

図 4 鉢花（Kalanchoe blossfeldiana）の自動栽培システムの一連の作業工程（ウエストランドの農家）．
A：人工土壌（ピートモス）の鉢詰．B：植え付け．C：栽培コンテナの移動．D：培養液の自動散布．E：ハウス内での細霧冷房．F：栽培コンテナからベルトコンベアー上の ID チップ付きパレットへの鉢の移し換え．G：マルチカメラの画像計測装置による選別．H：鉢花の包装．I：包装された鉢花．
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スマートグリーンハウスへの展望―工場生産方式，環境・エネルギー対策，そして知能情報化―を繰り返し，花が咲き，出荷できるような状態にまで生育した

また，100 kg m の収穫が可能になったという報告もある．こ鉢は，規格を整えて出荷する．その際，出荷先の国の通貨での値は，日本の現状の数倍の生産性である．

-2の価格を，生産者ブランドのラベル表示により付けている．な

図 5 は，トマト栽培施設の例である．先にも述べたように，お，一連の過程で，自動化されていないのは，植え付けと最オランダでは，弱小農家の淘汰で，生産規模の拡大が進んで終段階の包装だけである．グリーンハウス内の給水や養液管おり，最近では数十 ha 以上の規模のものも建設されている．

理，細霧冷房，加温，CO2 施肥，補光などは，複合環境制

温室内の環境は，鉢花栽培と同様，複合環境制御システム

御システムにより制御される．機械室には，ボイラーやガスエンで制御される．その際，気象条件や培養液のモニタリングだ

ジン (1.5 MW) があり，電気や温水を自家供給し，余剰分はけでなく，サーマルカメラによる葉温画像の計測や重量法によ売却している．なお，この農家では，2.5 ha の栽培を行っている蒸散速度のモニタリングを行っている施設もある．
トマトのロるが，経営者の父親と後継者の子息，それ以外に 10 人程度

ックウール栽培プラントは，地面に直付けしたものから，地上約 30 cm の空中に吊り下げ，廃液の回収効率をよくしたガーの作業員が雇用されている．
バラのような切り花では，鉢花に比べて，栽培過程での自ター式といわれる方式に移行している．この方式の方が，作動化は難しいが，土壌栽培から作業が簡単になるロックウー

業性や暖房用のパイプ（作業用台車のレールとしても利用）ルを用いた可動式の栽培ベッドに移行している．最新のシステからの熱対流の効果も良いようである．病虫害防除には天敵ムを導入した農家では，切り取ったバラをコンベアに吊し，自利用が進んでおり，また，病害が発生しにくい環境を保つこと動的に包装システムまで移動させ，花束を作る，自動包装のにより，化学農薬の使用を極力抑えている．多くの農家が，栽システムが導入されている．また，各農家は，鮮度保持のた培アドバイザーとコンサルタント契約を結び，日常の栽培管理

めの冷温室を持っており，市場までの鮮度維持に努めている．

を行っている．収穫作業は手作業であるが，収穫後の運搬や梱包は自動化されている場合が多い．
果菜類や果実などの選果システムについては，色や形状だ

５．果菜類栽培の自動化と品質管理

けでなく，糖度・酸度などを指標とした緻密な等級診断と自動オランダのグリーンハウスで栽培される野菜は，トマト，パプ化は日本の方が進んでいるように思える．これは，日本の市場リカ，キュウリの 3 つの果菜類で約 75 % (2012 年) を占める．

や消費者の品質に対する要求が高いことによるものと思われ1980 年以降の品種や生産技術の改良により，倍以上の生産る．最近は，モモやイチゴなどの柔らかくて，取り扱いが難し性の向上がみられ，トマトでは生産者のレベルで 60 kg m ，い果実や果菜類の自動等級診断のシステムも実用化されてい-2

図 5 トマト栽培施設の例（ウエストランドの農家）．
A：トマト栽培の状況と収穫物の自動搬送システム．B：サーマルカメラによる葉温画像の計測．C：重量法による蒸散速度のモニタリング．D：複合環境制御や経営情報管理のためのコンピュータシステム．E：計測データの時系列表
示．F：自動選果システム．
─ 17 ─

大政94る．そして，今後，得られた等級診断の情報を生産現場にフ培養液制御は，培養液のデータに加えて，気象や栽培，そしィードバックし，より品質の高い生産技術の開発に利用していくて，植物それ自身の情報をもとに，コンピュータによる複合環ことが考えられている．また，農薬や栄養などの機能成分診境制御により行われる．廃液の定期的分析は専門の分析会断の自動化が望まれている．なお，分光センサーを利用した社により行われ，提携した肥料会社の原液濃度に従って処方診断は，簡便ではあるが，自動化のための簡易診断であるの箋が作成され，管理される．オランダでは，栽培についても，で，計測誤差が伴うことに留意する必要がある．

専門の民間の栽培コンサルタントが定期的に訪れ，栽培法や環境調節についてのアドバイスをしてくれる体制が確立してい６．環境・エネルギー対策

る．このような現場では，情報インフラの活用が有効である．

EU の硝酸指 令 (1991) や農 業環 境規 制 (1999) を受けは，北海からの天然ガスを利用して，施設内に設置したガスて，オランダでも農業起源の排水や農薬使用の規制が強化さエンジンやボイラーにより供給される．また，排ガスは CO2 施れた．この規制は非常に厳しく，グリーンハウスにおいても，肥肥に利用できるが，NOx が含まれ，精製にコストがかかること

一方，グリーンハウスで使用する電気や暖房のための温水料成分を含んだ廃液の再利用のための循環式養液栽培シスから，液化 CO2 やロッテルダムの化学工場からのパイプラインテムの導入や農薬の軽減のための天敵利用が進んだ．現により供給される CO2 を利用しているところも多い．天然ガス

在，ロックウール栽培では培養液を施設外に廃棄しない循環

価格は，末端価格の半分位で，他の産業と同程度で供給さ式養液栽培が実現しており，土耕栽培でも暗渠パイプで回収れているが，生産費の約３割が暖房費であり，農業生産がオし，廃液を再利用している．図 6 は，オランダで導入されていランダの国内総生産の 2 % 位に対し，天然ガスの消費量がる標準的な循環式養液栽培システムの例である．廃液は雨約 10 % にも達していることから，国内外で批判が多い ．上

水などと混合され，殺菌される．廃液を再利用し続けると肥料述したように，トマトなどの野菜栽培では，これまで余剰電力成分の組成が変化するので，定期的に分析し，数種の単肥や温水の販売により経営がなりたっていたが，これも必ずしも原液を加え，ミキシングタンクで成分調整をする．栽培ベッドの安定した収入源ではなく，更なる統廃合の原因になっている．

3)

図 6 オランダで導入されている標準的な循環式養液栽培システム．
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また，農薬の削減のためもあり，換気をしない，あるいは極力ている工場型生産方式（植物工場）を将来の競争原理に小さくした閉鎖型あるいは半閉鎖型グリーンハウスとエネルギ基づく産業として考える上で，オランダの経験は非常に役に立ーの地域循環利用の研究開発が進んでいる ．

つ．農業はその生産性の低さから先進国においては補助金

16)の助けなくしてはなかなか成り立たない．賃金が高くなると工
７．スマートグリーンハウスの提案

業においても同じ問題が起こる（図 7）．6 次産業化や農商

上記で，園芸先進国であるオランダのグリーンハウスを例えることにより，付加価値を高め，効率化しようとするものであに，これを取り巻く環境の変化と，規模拡大，自動化，品質管る．オランダのグリーンハウスの経験は，環境・エネルギー対理，そして環境・エネルギー対策などにおける技術の進歩と策も含め，6 次産業化や農商工連携など，政府が推進してい問題点について紹介した．現在，最先端農業として注目される攻めの農業の将来像の参考になる．オランダでは，法的強工連携は，その生産性の低さを，末端の消費と一体化して考図 7 産業別就業率と１人あたりの実質国内総生産との関係．
出典：GDP は World Bank national accounts data と OECD National
Accounts data files，産 業 別 就 業 者 数は LABORSTA Internet（http://laborsta.ilo.org/STP/guest）．なお，産 業 別 就 業 者 率は，国際標準産業分類から日本標準産業分類に変更し，算出した．
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図 8 グリーンハウスの設備投資や運転経費のコストと収益の関係．

図 9 スマートグリーンハウスの概念図．

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制力のある業界課税によって，業界団体（例えば PT）が運タの収集と情報利用が推進されることが望まれる．

17-19)

営され，業界内で必用な各種研究開発やプロモーションなどが積極的に行われている．さらに，施設の建設や運営，環引用文献

境・エネルギー対策，経営などのコンサルタントを行う体制も充実しており，日本の今後の園芸分野の発展を考える上で参考になろう．
図 8 は，グリーンハウスの自動化や品質管理，環境・エネルギー対策などのための設備投資や運転経費のコストと収益の関係の概念図である．一般に，コストの増大と共に，収益が落ちてくるが，品質や生産性の向上，安全・安心，健康，快適さ，装飾などといった付加価値を増大することにより，収益の改善が図れる．また，労働力や後継者不足，地域社会の活性化対策にもなる．しかしながら，収益がコストを割り込むような場合，環境対策や地域活性化，雇用創出など，社会的便益が大きいコストについては，税制上の優遇や公的助成，市場における取引など，推進のための配慮が必用となる．実際に，エネルギー創出型グリーンハウスは，太陽光によるエネルギー創出に加えて，発電所や化学工場などで排出される CO2 の施肥利用や農産物残渣の再利用は，排出権取引や再生可能エネルギーの買取り制度の対象となるものと考えられる．今後，ライフサイクルアセスメント（LCA）による，より正確な評価が必用である．
図 9 は，農産物の生産，流通，消費を一つのフード＆グリーンサプライチェーンシステムとして捉え，システムの情報化，知能化により，グリーンハウスの規模拡大，自動化，品質管理，そして環境・エネルギー対策などを行うスマートグリーンハ
ウスの概念図である．生産，流通，消費に加えて，地域社会の活性化や環境・エネルギー対策，医食農連携などの情報を双方向，循環型で連携させるところに特徴がある．工場生
産化されたグリーンハウスは，アグリシステムの中でも，最も先端的な生産技術であるが，この図は，土地利用型農業や地域社会の情報化，知能化（スマートビレッジ）にも適応でき，6 次産業化や農商工連携，医食農連携などを推進していくための概念図ともいえる．また，人間側から機械にアクションを起こすユビキタス情報社会からさらに進化し，人間の生活空間の中に，情報ネットワークが張り巡らされ，センサーなどで機械が状況を感知し，人間が意識しないで情報機器を使えるアンビエント情報未来社会への提案でもある．フード＆グリーンサ
プライチェーンシステムに加えて，医食農連携やスマートビレッ
ジ，ライフサイクルアセスメント（LCA），エネルギー利用の最適化などにおいて，クラウドコンピューティングによるビッグデー

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