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植物由来の新素材「CNF」を使って環境にやさしい社会を実現させたい!

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SUCCESS
中島大介
静岡県、富士工業技術支援センター 主任研究員
Pledged: 1,222,634 JPY
Target Amount: 1,100,000 JPY
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Profile

中島大介

岐阜県羽島市出身の37歳。静岡大学入学を機に静岡に住み始めて18年がたちました。あのころ大はしゃぎで写メを撮っていた富士山も、いつの間にかそこにあって当たり前のものになりました。
大学卒業後は浜松市の某断熱工事企業に就職し、その後転職して平成24年に静岡県庁に入庁。最初の7年を静岡県工業技術研究所の環境エネルギー科で過ごした後、県庁で2年勤務し、令和3年度から富士工業技術支援センターのCNF科にて勤務しています。
当センターに来てくださる皆様の話を聞き「まじめに、だけど楽しく」をモットーに、企業の課題解決に向けたお手伝いをしています。

あなたが研究を通して成し遂げたいことはなんですか?

私が実現したいのは、CNF(セルロースナノファイバー)を活用した、環境に配慮した循環型社会の構築です。

CNFとは、植物の体を構成しているセルロース繊維を取り出し、ナノメートル単位まで細かく解きほぐした微細繊維材料です。軽量かつ高強度な材料であり、プラスチック等の素材に混ぜることで、その素材の強度を高める効果を持っています。少量混ぜるだけでもプラスチックの強度を補うことができるため、プラスチック使用量の削減につながります。

またCNFは高粘度、保湿・保水性、形状安定性などさまざまな特性を持つことが知られており、ボールペンのインクやお菓子、電池材料、コンクリートの先行剤にいたるまで、実に幅広い用途での応用が期待されています。

CNFは植物を原料にしていることから生分解性があり、環境にやさしいカーボンニュートラルな材料でもあります。今後CNFの応用が広がり、関連製品の開発を進めることで、SDGsで掲げられている持続可能な循環型社会を、植物由来材料であるCNFを使って実現したいと考えています。

どのようなアプローチで実現しようとしていますか?

環境対応材料として注目されているCNFですが、未だ一般に販売されているCNF関連製品は多くありません。加えて、CNFを製造するためには大型の機械による長時間の処理が必要となるため、膨大なエネルギーが必要となり、製造時の環境負荷が非常に大きいことが問題となっています。このことは、CNFの環境適合性を損ねることにもつながります。

こうした状況に対応するため、これまで私はTEMPO酸化法による省エネルギーなCNF製造方法の普及に努めてきました。

TEMPO酸化法とは、東京大学の磯貝明氏が確立した触媒を用いたCNF製造手法です。触媒を用いて原料のセルロース繊維を改質することで、通常は数時間かかるCNF製造プロセスが、20分程度まで短縮できるようになります。さらに、プロセス全体を通して熱や圧力の制御が不要であるため、より環境負荷の少ないCNFを得ることができます。

しかし、CNFは解繊方法(繊維を解きほぐす方法)によってその性状や消費エネルギーが変化することが知られています。TEMPO酸化法について、解繊方法ごとにこれらの性状をまとめたデータは未だ少なく、企業による研究開発の妨げとなっています。

今回のプロジェクトで行う研究テーマはなんですか?

今回のプロジェクトでは、TEMPO酸化処理を施したセルロース原料を、一般的に入手しやすいさまざまな解繊装置を使ってCNF化し、その際の処理条件や消費エネルギー、得られたTEMPO酸化CNFの粘度、形状等の基礎情報を収集します。

得られた情報を一般に公開することで、各企業で保有している解繊装置からどのような条件で、どのようなTEMPO酸化CNFが得られるのかがあらかじめ把握できるようになります。この情報を元に各企業が自社のラボでCNFを自作することができれば、関連製品開発のハードルが大きく下がり、CNFの利活用を強力に促すことができます。さらに、より省エネルギーで環境負荷の低いTEMPO酸化CNFの利用を促すことで、CNF関連製品の環境適合性をさらに向上させることができます。

これに加えて、TEMPO酸化CNF特有の性質でもある金属イオン交換について簡便なマニュアルを作成します。解繊方法に加えて、通常のCNFにはない応用的な活用方法についても情報を発信をすることで、より広い分野でTEMPO酸化CNFの活用が進むのではないかと考えています。

Why we need your support

CNFは循環型社会の実現に資する環境にやさしい材料であると言われ、世界中の多くの研究機関で研究が進められてきました。しかし、CNFが本当の意味で環境に配慮した循環型社会を実現する材料となるためには、関連製品が多く世の中に出荷され、皆様の身の回りの生活に当たり前のように溶け込むような、ありふれた材料になる必要があります。そのためには、CNFのような先端材料の基礎情報を収集し、情報発信をすることで、企業が製品開発に取り組みやすくなるような環境整備を行う必要があり、それこそが私のような公共の研究機関に所属する職員の使命であると感じています。

今回のクラウドファンディングを通して、より多くの方々にCNFを知っていただき、ご賛同いただくことで、植物由来の先端材料「CNF」を使った循環型社会の実現に向け、また一歩前進することを期待します。いただいた支援金は、ラボ用解繊装置の購入、協力企業での試作に関する費用、薬品等消耗品の購入費用などに使用します。ご支援のほど、よろしくお願いいたします。

Recommender's comment

櫻川 智史
静岡県工業技術研究所 所長

TEMPO酸化CNFは極めて低い熱線膨張率、高い透明性、補強性などさまざまな機能を持ち、新しい領域での活用が期待されている。ダウンサイジングによるナノ材料は通常多くのエネルギーを必要とするが、TEMPO酸化CNFは軽微な解繊処理によるナノファイバー化が可能である。本研究はCNFの製造時における環境負荷とコストメリットを明らかにするものであり、今後CNFを社会実装していく上で不可欠な課題である。

飯野 修
静岡県工業技術研究所 富士工業技術支援センター センター長

TEMPO酸化CNFは、セルロース繊維をTEMPOと呼ばれる触媒で酸化した後、繊維を解きほぐして作ります。この工程にはさまざまな方法があり、装置の種類や処理条件によって得られるCNFの性状に違いがあります。本研究においてこれらの違いを明らかにすることによって、中小企業の皆様がTEMPO酸化CNFの製造や、CNFを使用した製品の開発に取り組んで頂く契機となることが期待されます。

磯貝 明
東京大学 特別教授

セルロースナノファイバー(CNF)は大気中の二酸化炭素から植物によって生合成される、再生産可能で、精緻な構造を有する新しいバイオ系ナノ素材です。特にTEMPO-CNFは酵素に類似した温和な前処理で、3 nmと超極細均一幅にまで微細化できます。その特異的な構造と形状、特性は、セルロースを主成分とする製紙用パルプの新たな用途・製品開発や文化の創成、植物資源に基づいた循環型社会の創成につながります。

Project timeline

Date Plans
2023年8月 TEMPO酸化処理を施したセルロース原料の調整
2023年9月 各種解繊装置でのTEMPO酸化CNFの試作開始
2023年10月 試作したTEMPO酸化CNFの分析を順次開始
2023年11月 TEMPO酸化CNFの金属イオン交換試験
2024年1月 結果のまとめ。一般公開準備
2024年2月 試験結果公表

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本研究について個別にディスカッションする機会を設けます。具体的な内容や日程は個別にご相談いたします。

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