クローズアップ現代

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No.37512016年1月12日(火)放送
“未来の紙”が世界を変える!? ~日本発・新素材の可能性~

“未来の紙”が世界を変える!? ~日本発・新素材の可能性~

驚異の新素材 セルロースナノファイバー

最先端の紙の研究をしている、愛媛大学紙産業イノベーションセンターです。
地元の製紙会社と共同でセルロースナノファイバー(CNF)の製造と応用研究をしています。



このゲル状のものを電子顕微鏡で拡大してみます。





見えてきた無数の細かい繊維が、セルロースナノファイバーです。

「髪の毛の5,000分の1から、1万分の1程度の太さ。」




原材料は、紙と同じパルプです。
植物の繊維から出来ています。




このパルプを拡大してみると…この1本の繊維の中に含まれるさらに細かな繊維を取り出したのが、セルロースナノファイバーです。
鉄の5倍の強度を持っています。



従来の紙は繊維が太いため結合が少なく、強い構造にはなりません。





一方、繊維が細かいナノファイバーは繊維どうしが多く結合するため、強い素材となるのです。
ナノファイバーを固めると…。



「硬いですね。」





金づちでたたいても…。





しかも重さは鉄の僅か7分の1しかありません。





このセルロースナノファイバー。
パルプだけでなく、雑草や野菜の絞りかすからも取り出すことができます。




愛媛大学 紙産業イノベーションセンター長 内村浩美さん
「夢のマテリアルと考えますと、これは研究冥利に尽きる。
おもしろい素材だと思います。
いろんな石油(プラスチックなど)に代わる製品にもっていくことができる。
可能性、ジャンルというのは非常に広いと思います。」

去年(2015年)9月。
セルロースナノファイバーに関する画期的な研究が世界の注目を浴びました。
スウェーデンで行われた、森林分野のノーベル賞といわれる賞の授賞式です。
受賞した研究者の1人、東京大学の磯貝明さん。

東京大学 農学生命科学研究科 教授 磯貝明さん
「名誉ある賞をいただけてとても光栄。」




磯貝さんのグループは、木材からナノファイバーを簡単に取り出す方法を世界に先駆けて発見したのです。
使用したのは物を酸化させるのに使われる「TEMPO」という薬品です。
ナノファイバーは繊維どうしの結合が強く、これまで均一に分離するのが困難でした。
TEMPOを使うと繊維が自然とほぐれやすくなり、容易に取り出すことができます。

東京大学 農学生命科学研究科 教授 磯貝明さん
「できるだけ多くの国や産業に普及していただいて、日本が資源もある、技術もある、学術もある、ナノセルロースで世界をリードできたらいい。」

“未来の紙” 広がる可能性

ナノファイバーを、日本の基幹産業である自動車に生かそうという研究が始まっています。
京都大学教授の矢野浩之さんです。

京都大学 生存圏研究所 教授 矢野浩之さん
「この木1本で、車1台分くらいのナノファイバーがまかなえる。」



矢野さんは現在鉄で作られている自動車のボディーを、ナノファイバーに置き換える研究を進めています。

ナノファイバーを樹脂に10%混ぜて実験したところ、鉄より軽く、同じ強度を出せることが確かめられました。





ドアやボンネットをナノファイバーに置き換えて、車の重さを20%軽量化。
燃費を向上できると期待しています。




すでに自動車メーカーや製紙会社と共同で開発が始まっています。

「電気自動車はバッテリーが重いからボディーは軽くないと。」

京都大学 生存圏研究所 教授 矢野浩之さん
「東京オリンピックのマラソンの先導車に、シュッとしたかっこいい車がいく。」

京都大学 生存圏研究所 教授 矢野浩之さん
「自国の資源で、非常に高性能の材料をどんどん作り、産業を発展させていく。
決して夢ではない。」



スマートフォンやタブレット端末にセルロースナノファイバーを使おうという研究も進んでいます。

大阪大学准教授の能木雅也さんです。





世界で初めて、ナノファイバーだけを使って透明のシートを作り出しました。
能木さんはすべての部品をこのシートから作り、薄くて軽いタブレットを生み出そうとしています。



大阪大学 産業科学研究所 准教授 能木雅也さん
「こんなふうにくるくるっと巻いて、ポケットに入れて出して、いろいろな情報を入手する。」



タブレットの部品は、透明シートの上に金属の配線を焼き付けて作ります。
ナノファイバーは熱に強いため高温での加工が可能です。
厚さ0.05ミリの電子回路が出来上がりました。



大阪大学 産業科学研究所 准教授 能木雅也さん
「電気製品の一歩手前なんですけど、軽くてフレキシブルな、ぺらぺらなものができるので、ちり紙交換に出せますよ。」



電源は、透明シートで作った太陽電池から供給されます。
こうした部品を組み合わせて数年後にはタブレットを実現できると考えています。




大阪大学 産業科学研究所 准教授 能木雅也さん
「何も技術的なハードルはないですね。
あとはやるかやらないかというところです。」



ほかにもセルロースナノファイバーの特性を生かした、さまざまな研究が進められています。

その1つが、消臭機能が高いという、大人用の紙おむつ。





ナノファイバーは繊維が細かいため、これまで付着できなかった微細な消臭物質を取り込めます。





さらにナノファイバーを使って、食品の包装材を開発しようという企業もあります。
ナノファイバーのシートは繊維どうしの隙間がほとんどありません。
酸素を通しにくく食品の劣化を防ぐのです。
食品や医薬品の袋として製品化できれば、大きな市場につながると期待されています。

大王製紙 技術開発部 大川淳也さん
「これから数年後には実用化を目指していきたい。」

“未来の紙”が世界を変える!?

ゲスト矢野浩之さん(京都大学生存圏研究所教授)

●セルロースナノファイバーの強度や耐熱性、とても不思議だが?

植物の繊維っていうのは、もともとすごく強い構造、そういう材料なんですよね。
紙だとか身近なところに使ったときというのは、どうしてもこう、弱いので、どうしてもそういうところにうまくつながらなかった。
でも長い進化の過程で、何億年もかけて植物が作り出した構造というのは、ものすごいことがその中で起こっているんですね。
例えば台風が来たときに、大きな木が風に揺れるけど折れない。
あれはまさにセルロースナノファイバーの強度がそこにちゃんと出てきているから。
なかなかその強度と、実際に材料としてセルロースナノファイバーを使おうというところが結び付いてなかったんです。
ところが、2000年ぐらいになりまして、ナノテクノロジーということがいわれるようになって、改めて考えてみたら、実は植物の細胞というのはナノの繊維で出来ているじゃない、いろいろ調べたら細い繊維で出来ている。
いろいろ考えたら、強度も出そうだと。
じゃあ、なんとかそういう性能が出せるような材料を開発しようじゃないかということで、この10年ぐらい、ものすごく盛り上がってきています。

●磯貝教授が作ったこの素材が、今注目されている?

そうですね。
やはり磯貝先生の技術によって、TEMPOという触媒さえあれば、誰でもナノファイバーを作ることができる。
これはすごいことなんですね。
逆にそれは世界中でこの材料に関する競争が激化するきっかけになったと、そういうことだと思います。
(植物の細胞と考えてよい?)
植物の細胞をさらにほぐした(もの)。
そうすると、こういうどろっとしたものになる。
(そして、これを固めると?)

こういうカチカチの材料になるんですね。
乾かすだけです。
100%セルロースナノファイバーです。
乾かすだけで、こういう軽くて強い材料になります。

●さまざまな特徴、例えばどういうものが注目されている?

まずは軽くて強いという性質を生かしますと、構造材料になりますから、自動車のドアであるとか、バックドアだとか、そういうところになんか使えないだろうか。
夢を語れば、航空機の部品にもこういうものが入っていけないかというのがあります。
それから熱による伸び縮みがものすごく小さくて、なおかつナノのレベルまで細くなると、光に見えなくなる、透明になるんですね。
そうしますとガラスの代わりで、でもガラスは曲げられない。
先ほどのビデオにもありましたが、あの透明のフィルムは、熱による伸び縮みが小さくて、なおかつ曲げられる。
そういったアプリケーションですね。
それから、こういうどろっとしたものなんですが、うまく固めていくと、人工の血管だとか、あるいは軟骨だとか、そういったメディカルへのアプリケーションも考えられます。
(人体に溶け込みやすい?)
セルロースはもともと生体親和性がありますので、体の中に取りこまれても、それほど害を及ぼさないんですね。
体の中に取りこまれるということでいえば、私たちはセルロースを食べている。
レタスにしてもキュウリにしても、みんな植物の細胞からできていますから、昔からそういう細胞を私たちは食べていて、そうしますと、これをやはり化粧品だとか食品添加物だとか、ちょっと人間の体に近いところでも使っていこうじゃないかと。
食品に使いますと、こういう独特のプリプリ感が出てきますし、化粧品として使った場合には、いつまでもみずみずしさが保たれる。
そういった出口も考えられています。

●地球温暖化といわれる中、森林資源や草木が注目されると、伐採や乱獲などで枯渇につながる心配もあるのでは?

日本は世界的に見ても、ものすごく森林資源の豊富な国なんですね。
国土の7割が森林に覆われている国というのは非常に珍しいんです。
その中で、その森林の3分の2は人工林といいまして、スギやヒノキなんですけれども、適切に植えて育てて、管理し伐採し、使うというサイクルが出来上がっています。
そういうサイクルをうまく回していくということであれば、決して環境破壊につながるものではない。
それから先ほども言いましたが、木材以外だといろいろな所に、実は植物であるかぎり、みんなこのセルロースナノファイバーでできていますので、みかんからジュースを搾ったあとの搾りかすであるとか、あるいは、おからなんかも実はセルロースナノファイバーがかなり含まれていると思うんですけれども、それからコットンですね、私たちの(着ている)ああいう綿、あれはほぼセルロースナノファイバーでできていますから、そういうものからも作れる。
産業廃棄物、稲わら、竹、もうありとあらゆる植物資源というものは、このセルロースナノファイバー源になりうる。

“未来の紙” 実用化への課題

セルロースナノファイバーを作っている大手製紙会社です。

「これもナノファイバーです。」

透明度の高いシートなど、8年前からさまざまなナノファイバーの素材を開発してきました。
しかし、この素材を使った製品が市場に出たことは一度もありません。

ナノファイバーの特性を知る企業が少ないことや、製造コストがまだ高いことが実用化のネックになっているのです。
そのため、多くの企業にサンプル品を配って、製品の開発を進めてもらおうとしています。



王子ホールディングス 取締役 小関良樹さん
「何に活用できるんだろうと、夢が非常にたくさんあるんですけど、じゃあどこに実際に使われるのか、我々も非常に苦労しているところで。」


こうした中、世界ではさまざまな国がセルロースナノファイバーの製品開発に乗り出しています。





アメリカで大規模なプラントが作られるなど、コンピューターの部品や医療機器への応用研究が行われています。

“未来の紙” 始まった官民連携

日本で実用化をどう加速させるのか。
経済産業省や環境省など5つの省庁が連携し、企業の後押しを始めています。




専用のホームページを開設。
どこにどんなニーズがあるのか幅広い企業とマッチングを進めています。




経済産業省 課長 渡邉政嘉さん
「素材を作る人、使う方、それをつくる装置を開発していただける方。
こういった方々が一堂に集まれるような場を早く作って、定期的な意見交換をしていく。」


実用化の鍵を握る存在として期待されているのが中小企業です。
社員40人の靴底メーカー。
ウォーキングシューズ用のゴム底を製造してきました。



今、ナノファイバーを使って、軽量化した競技用シューズのゴム底を開発しています。
従来の製造設備にナノファイバーを混ぜるだけで手軽に新たな製品を生み出せるのが魅力だといいます。



神栄化工 代表取締役 室田力雄さん
「非常に機能のいい、軽くて非常に強度もいい、摩耗もいいということで、目指すものはマラソン選手に履いてもらえば一番いいかなと。」


新素材の普及など国際戦略に詳しい、一橋大学教授・江藤学さんです。
海外との競争に打ち勝つには、小さな市場から少しずつ商品開発を進めることが重要だといいます。

一橋大学 イノベーション研究センター
特任教授 江藤学さん
「セルロースナノファイバーは将来的に大きな市場があるんですけど、その市場を誰がとるか、これから争いになるわけで、航空機の部材みたいな非常に飛び抜けた高度なところを狙うのではなく、どんどん使っていただく。
使ってしまえば、この方がよかったねとなる製品なわけで、使ってもらう第一歩を何とかプッシュしたい。」

“未来の紙” 実用化への課題

●素材開発では世界をリードしている日本 製品作りの点では何をしなければならない?

今、現状は、パルプからこういうナノファイバーを作るところまではできてきているんですね。
ただ、これをぽんと渡して、何か作ってくれ、使ってくれっていってもそうできない。
(これはもう大量生産できる?)
できるような今、プラントができつつあります。
それを今度はユーザーの方たちが、どういうところで使えるかということを考えていく。
そのためには、異分野が連携してネットワークを作っていく。
そういう必要があると思っているんですね。
(ネットワーク作りはもうすでにできている?)
日本では今、全国的なレベルのネットワークと、地域で展開していくネットワークと、いろいろなものが複層的に絡む、そんなような体制が出来てます。

●中小企業の取り組みも注目されている?

やはり出口を探すというのは、実際に材料を触ってみて、なんかの専門性をその中に入れてみるという、そういうフットワークが軽いとか、いろいろな展開をトライできるっていう身軽さ、そのへんはやっぱり中小企業の強みじゃないかと思うんですね。
そこでやはり期待をするところです。

●セルロースナノファイバーの製造コストはほかの素材と比べてかなり高いが、この壁は高くはない?

現時点ではこういうことなんですが、やはりこれをキロ2,000円とか、1,000円切るぐらいのところまでやっぱり下げていかなきゃいけない。
それは今、製紙会社が頑張って研究しているところなんですね。
この材料、何よりも魅力的なのは、原料になるパルプというのが1キロ50円であると。
鋼鉄の何倍も強いナノの繊維で出来たものが、もうすでにマーケットにキロ50円であるわけですから、その価格競争力をどう生かしていくかということが、これからの材料開発にとっては重要だと思います。

●温暖化対策として循環型社会に向かっていく中、材料を木材で得られるというのは希望になる?

そうですね。
こういった持続型の資源で、再生可能な資源を使った社会にしていくというのは、間違いなく時代の要請だと思っています。
その中で、ハイパフォーマンスなものが持続的に作っていく、作っていくことができる。
それはすごく大事な観点だと思っています。
(これからの企業の方々、あるいは一般の人々の発想力にも期待したい?)
ぜひ触っていただきたいと思います。

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