地域の森林資源を⽤いた新素材産業の創出をめざして
2021-06-30 株式会社リグノマテリア,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
ポイント
- ⽊材由来の新素材「改質リグニン」を製造する実証プラントが竣⼯します。
- 改質リグニンの製造を本格化する世界初の試みです。
- 全国の中⼭間地域への展開が期待されるモデル⼯場です。
概要
株式会社リグノマテリア（所在地：東京都新宿区四⾕3-2-2、代表取締役社⻑：三浦善司）、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は、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竣⼯し、試験⽣産を開始します。改質リグニンは森林総合研究所で開発された⽊材由来の新素材で、耐熱性などの⾼い性能に加え、⽯油化学製品では達成できない環境適合性を併せ持つこれまでにない⼯業材料として注⽬されています。実証プラントは、改質リグニンの安定⽣産を実証する世界初のプラントで、林野庁の補助事業「林業分野における新技術推進対策のうち⽊質新素材による新産業創出事業（地域資源を活⽤した改質リグニン製造産業のモデル開発）」で建設され、令和3年6⽉30⽇に竣⼯します。実証プラントでは、⽣産技術の効率化を進めると共に、改質リグニンの試験⽣産を開始します。
背景
「リグニン」は植物の強さ、しなやかさに関与する、植物細胞壁中でベンゼン環を持つ⾼分⼦の総称で、樹⽊には⽐較的多く（約20〜35%）含まれます。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り、バラツキも⼤きく、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。森林総合研究所ではリグニンの⾼度利⽤法の開発に向けて挑戦を続け、このバラツキの問題を、⽐較的均⼀なリグニンを持つ⽇本固有の樹⽊「スギ」を⽤いることで解消し、さらに抽出と同時に改質も⾏うという新しい製造技術の開発に成功しました。誕⽣した新素材が「改質リグニン」です。改質リグニンは森林資源由来の新素材で、熱に強い、加⼯しやすい、環境にやさしいという理想的な性質をもち、様々な製品の素材として利⽤できます。様々な先端材料の素材として改質リグニンを⽤いる技術開発が広く進んでおり、これまでに、改質リグニンを樹脂として利⽤した繊維強化材（FRP）が開発され、⾃動⾞の外装材に導⼊されたほか、ハイレゾスピーカーのウーファーの素材として採⽤されています。また、改質リグニンを⽤いた電⼦基板や、3Dプリンター基材などの製造技術も開発されるなど、産業界においてその需要は⾼まっています。⼀⽅、改質リグニンを供給する技術においては森林総合研究所内に設置したベンチプラントで⽣産システムの開発を進めてきましたが、⼯業化にむけて、パイロットプラント試験への移⾏が課題となっていました。加えて、森林総合研究所のベンチプラントが世界唯⼀の改質リグニン⽣産装置であり、その⽣産量が限られたものであることから、産業界へ向けた材料開発⽤の試験サンプルの供給も不⾜していました。
内容
改質リグニンの地域での⽣産を産業化するためには、森林総合研究所のベンチプラントで開発された基本プロセスをスケールアップしたシステムを設置すると共に、連続⽣産を実証することが求められていました。そのため、株式会社リグノマテリアを中⼼とする共同事業体が結成され、林野庁の補助事業により⽣産実証⽤のプラント建設が開始されました。プラントの⽴地については、⽊質資源が集積される既存林業・⽊材産業に隣接した地域が望ましいことから、⽊質バイオマス発電所への併設タイプとして、茨城県宮の郷⼯業団地内で⽇⽴造船株式会社が操業する「宮の郷⽊質バイオマス発電所（茨城県常陸太⽥市宮の郷町）」へ隣接した設置スタイルが採⽤されました。⽊質バイオマス発電所へ併設することで、将来的には発電所からの廃熱利⽤の可能性などの利点が想定されています。
本実証プラントのシステムは、森林総合研究所のベンチプラントで得られた効率化研究の成果を活⽤して設計されました。主⼯程は⼤気圧下でのポリエチレングリコール（PEG）中の酸分解反応で、圧⼒反応容器を⽤いない安全性に配慮されたリアクターシステムとなっています。破砕されたスギ⽊材は少量の硫酸触媒を含むPEGと共にリアクターへ導⼊し、撹拌しながら140℃に加熱することで分解されます。これは「酸加溶媒分解」と呼ばれる反応で、スギ材中のリグニンは、分解されると同時にPEGと結合した形で抽出可能な状態に変化します。反応の後、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されます。その後、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、固形分として濾別します。得られたペースト状固体の改質リグニンは、乾燥した後、出荷されます。このプラントの改質リグニンの⽣産能⼒は、年産100トンであり、連続運転試験を進めると共に、産業界へのサンプル供給を⾏うことで、改質リグニンを⽤いる製品開発を⼤きく促進することができます。なお、改質リグニンを除去した⽔溶液は濃縮器で⽔分を除去することでPEGを回収して再び反応薬剤として利⽤することができます。また、この⼯程では、パルプ分がアルカリに溶けない残渣として副産しますが、副産パルプはセルロース繊維として、コンポジット材料などの素材として利⽤することができるなど、⽊材成分の総合利⽤が可能です。
写真1 プラント外観
写真2 プラント内部
写真3 プラント内部
図1 プラント設計模式図
写真4 リアクター上部
写真5 プラント内部
今後の展開
改質リグニンの製造技術は⽇本独⾃のもので、⽇本の⾃前の資源を利⽤する⾃給型の産業を創出します。様々な⾼付加価値製品への展開が可能で、関連する産業は数兆円規模と⾔われており、国内の中⼭間地域を資源供給ステーションとし、地域経済を豊かにする新産業として期待されています。
お問い合わせ先
プラントに関するお問い合わせ：
株式会社リグノマテリア 取締役 ⾒正⼤祐
研究に関するお問い合わせ：
森林総合研究所 新素材研究拠点 拠点⻑ 山田竜彦
広報担当者：
森林総合研究所 企画部広報普及科広報係
