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バイオマス活用における注目技術・要素②
-改質リグニン-

バイオマスとは、生物資源(bio)の量(mass)を示す概念であり、「動植物に由来する有機物である資源(化石資源を除く。)」であり、大気中の二酸化炭素を増加させない「カーボンニュートラル」と呼ばれる特性を有している。バイオマスを製品やエネルギーとして活用していくことは、農山漁村の活性化や地球温暖化の防止、循環型社会の形成といった我が国の抱える課題の解決に寄与するものであり、その活用の推進を加速化することが強く求められている。(農林水産省令和4年2月の「バイオマスの活用を巡る状況」より)

一方ご存知のように、政府発表では、「2050年カーボンニュートラル(2020年10月表明)」、「2030年度に2013年度比46%削減、更に50%の高みを目指す(2021年4月表明)」の実現に向けた道筋を示すことが重要テーマとして挙げられ、具体的には、2030年度エネルギー需給見通しとして、野心的目標で再エネの電源構成は36~38%(3,360~3,530億kWh)とされている。さらに、再エネの一翼を担うバイオマス発電は第5次エネルギー基本計画の3.7~4.6%(394~490億kWh)から、5%(470億kWh)への目標が掲げられている。さらに、バイオマス発電は太陽光発電や風力発電のように気象条件に左右されることはなく、再生可能エネルギー・慣性力・安定電源の観点でメリットがある。

今回、日本固有の樹木であるスギから、木質の25%~35%を占める成分であるリグニンを無毒の水性高分子のPEG(ポリエチレングリコール)を用いて製造した、加工性の高い素材である改質リグニンについて紹介します。

リグニンとは植物細胞壁の主成分で、木材には重量で20~35%含まれる物質です。また、リグニンは陸上植物の細胞壁を固くしっかりした構造とするために生み出された物質です。

ただし、材料としての高い機能を持つものの、植物種により性質が異なることから、バラツキが大きく、変質もしやすいため、高機能な工業材料化は困難とされてきました。そこで、株式会社リグノマテリア、国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所、東京工科大学、マナック株式会社、株式会社エルアンドコージー、宮の郷バイオマス有限責任事業組合、ネオマテリア株式会社からなる共同事業体が、スギを原料として製造する新素材「改質リグニン」を製造する実証プラントを開始し、このバラツキの問題を、比較的均一リグニンを持つ「スギ」を用いることで解決し、同時に改質も行うという製造技術の開発に成功したということです。

主な工程は以下の通りとなっている。

  1. 破砕されたスギ木材を少量の硫酸触媒を含むPEGと共にリアクターへ導入し、攪拌しながら140℃に加熱し分解。
  2. 薄いアルカリ水溶液を投入することで、PEGと結合したリグニン分解物が「PEG改質リグニン(改質リグニン)」の状態でアルカリに溶解した溶液として抽出。
  3. 改質リグニンのアルカリには溶けるが酸には溶けないという性質を利用し、酸に溶けない部分として沈殿させて固形分として濾別。
  4. 得られたペースト状固体の改質リグニンを乾燥後出荷。

改質リグニンはその応用範囲が以外と広く、熱に強く、加工しやすく、環境にやさしいとされることから、改質リグニンを樹脂利用した繊維強化材(FRP)を用いた自動車の外装材、ハイレゾスピーカーのウーファー素材、改質リグニンを用いた電子基盤、3Dプリンター素材等に応用展開されている。ただし、コスト問題や製造問題等解決しなければならない問題もあるようです。

製造技術そのものが日本独自のものであり、国内資源の有効活用および地産地消により地域経済にとっては新たな産業創出を作る点でも注目される。今後の取組みに大いに期待したい材料ではないでしょうか。

【参考資料】

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