植物由来、軽く高強度

植物が原料でありながら、鉄のように強く軽い素材「セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）」。化石資源の消費削減だけでなく、プラスチックのリサイクルを拡大させる素材としても期待がかかる。長年、ＣＮＦを研究する京都大学生存圏研究所の矢野浩之教授は「２１世紀の産業を支える“第４の素材”であり、大きな市場がある」と太鼓判を押す。“覚醒”が迫るＣＮＦの現在地を探った。（編集委員・松木喬）

ＣＮＦは植物の主成分であるセルロースが原料。樹木を砕いたチップをつぶし、溶かしてパルプにするまでは製紙と同じだ。パルプを細かく解きほぐしてナノ（１０億分の１）サイズにするとＣＮＦになる。鋼鉄の５分の１の軽さでありながら５倍の強度を持つ。植物由来であるため環境負荷が少ない。矢野教授は「どの植物にもセルロースがある。日本は森林国であり、材料が豊富にある」と優位性を語る。

一部で実用化されており、化粧品のベタつき防止、インクの滑らかさ向上、おむつの消臭効果などで役立っている。さらに期待されるのがプラスチック強化材としての用途だ。

ＣＮＦを少量、樹脂に混ぜると強度を高めたプラスチックを作ることができる。プラスチックの特性である軽さを損なわず、より薄くして軽量になる。自動車部品に採用すれば、車体を軽量化して燃費を改善し、走行時の二酸化炭素（ＣＯ２）排出量を減らせる。

矢野教授は２００１年、ＣＮＦを樹脂に混ぜて鋼鉄並みの強度を持つ材料を開発。０５年から経済産業省や京都市産業技術研究所、企業と連携し、パルプを樹脂に混ぜながらＣＮＦにする直接混練法「京都プロセス」を確立した。本来はプラスチックと植物は混ざりにくいが、樹脂にＣＮＦを均一に行き渡らせることにも成功。工程の省略が図れ、製造コストを低減できた。

１８年、アシックスがＣＮＦを複合化したクッションをシューズに採用した。星光ＰＭＣが京都プロセスを活用して量産したクッション材であり、軽くて耐久性がある。１９年開催の「東京モーターショー」では、環境省が試作したスポーツカーに京都プロセスの成果が活用された。車体を１６％軽量化し、燃費を１１％改善した。

２３年８月にはヤマハ発動機が、北米向けに発売する水上バイクのエンジンカバーにＣＮＦを採用したと発表した。日本製紙がＣＮＦを混ぜて強度を高めた素材を供給した。

リサイクルで注目　廃プラ再成形、用途拡大

実績を積み上げる中、プラスチックのリサイクルを拡大させる素材としてもＣＮＦが注目されている。一般的なリサイクルは、製品から回収した廃プラスチックを粉々に砕き、溶かして再成形して製品にする。ただ、廃プラスチックは劣化が気になるため用途が限られる。ＣＮＦを再成形時に混ぜると、廃プラであっても強度が高まる。新品の状態よりも性能が高まることもあり、リサイクル材の用途を広げる。

ただし、課題はコスト。京都プロセスで低コストの製法を見いだしたものの「ボリュームゾーンの用途を考えると、まだ高い」（矢野教授）という。そこでマイクロ（１００万分の１）サイズのセルロースファイバーを選択肢の一つに挙げる。ナノまで微細化しないので製造コストを低減できるほか、樹脂への含有量を２―３倍に増やせるので化石資源の使用を減らせてＣＯ２の排出抑制にもなる。ただし、水分を吸いやすいプラスチックとなるため、「ユーザーのニーズに合わせた使い分けがあるはずだ」（同）と語る。

矢野教授は四半世紀近くＣＮＦを研究する。「２０世紀は金属、セラミックス、プラスチックが産業を支えた。２１世紀は“第４の素材”として『構造用ＣＮＦ』が産業を支える。もともとＣＯ２を吸収してできており、リサイクルも可能な、ＣＮＦは“カーボンニュートラルファイバー”の略でもある。製紙産業のインフラを活用して生産できる」と熱く語る。

脱炭素社会への転換やプラスチック廃棄物の削減が迫られており、ＣＮＦは飛躍の時が迫ってきた。