エコマテリアルのトピックス

「エコマテリアル」とひとことで言っても、その研究対象は、金属、動植物、社会システム・・・と多岐にわたります。

当フォーラムは各分野で活躍している会員の皆様が、分野を越えた横断的な情報交換や交流ができることをめざしています。

その試みの一環として、トピックスのページでは、「エコマテリアル」に関連する最新情報や興味深い話題を、各方面のスペシャリストがお知らせします。

みなさまからの話題提供も募集していますので、とっておきの話題、情報がありましたら、ぜひ、ご寄稿下さい。

「『愛・地球博』、その後」

愛知万博で推進されたバイオリサイクルやマテリアルリサイクルの成果が開示されています。
 愛知万博では、環境に配慮したバイオリサイクルやマテリアルリサイクルが推進されました。 万博終了後も、12月号のメルマガで一部紹介したような試みが継続的に実施されています。 経済産業省から「バイオプロセス実用化開発事業」を受託してこれらの事業を推進している(財)バイオインダストリー協会では、 その成果を下記のホームページで開示しています。
〔文責〕山下宏一  理化学研究所 中央研究所 化学分析チーム

「ジャニン・ベニュス『Biomimicry』の翻訳書がオーム社から刊行」

「自然と生体に学ぶバイオミミクリー」2月から店頭に
 1997年ジャニン・ベニュスが著し話題を呼んだ「Biomimicry」の日本語版が刊行されました。 自然に学び生体に似た機能を応用することにより持続可能な社会を形成することを提案し、その先進的な事例を紹介しています。 遅すぎた感すらある日本語版の出版ですが、その考え方は10年たっても色あせず、むしろますます重要になっています。 環境負荷低減に関わる技術開発に取り組む方にとって大いに興味の持てる一冊だと思います。

ご興味のある方は、こちらまで→ http://ssl.ohmsha.co.jp/cgi-bin/menu.cgi?ISBN=4-274-50065-9〔文責〕垣澤英樹  物質・材料研究機構 エコマテリアル研究センター

JST研究プロジェクト「都市・地域構造に適合した資源循環型社会システムの構築」の終了

成果内容およびワークショップ等の資料概要の一部を
未踏協会ホームページに公開しました。

平成14年4月に(社)未踏科学技術協会内に設置いたしました「循環型材料技術委員会」では、皆様のご支援のもと、平成14年11月より平成17年10月の3年間にわたり、 (独)科学技術振興機構社会技術研究開発センターの公募型プログラム研究領域Ⅱ:循環型社会において、 研究プロジェクト「都市・地域構造に適合した資源循環型社会システムの構築」を実施いたしました。研究成果の公開につきましては、 (独)科学技術振興機構社会技術研究開発センターにおいてなされますが、研究チームにて取りまとめた成果内容およびワークショップ等の資料概要をホームページに公開しました。 今後ともご指導ご鞭撻のほどお願い申し上げます。

〔文責〕梅澤 修  横浜国立大学大学院 工学研究院 システムの創生部門

研究室紹介 1

独立行政法人理化学研究所 環境ソフトマテリアル研究ユニットのご紹介
独立行政法人 理化学研究所 環境ソフトマテリアル研究ユニット
〒351-0198 和光市広沢2-1 (独)理化学研究所 電話:048-467-7963 Fax:048-462-4668
ユニットリーダー 丑田 公規
研究室URL :
http://www.riken.jp/lab-www/eco-soft/
http://www.riken.jp/r-world/research/lab/unit/eco-soft/index.html (Japanese)
http://www.riken.jp/engn/r-world/research/lab/unit/eco-soft/index.html (English)
1.研究室名について
「環境ソフトマテリアル」という耳新しい名前について説明しなければなりません。実は英語にするとわかりやすく「エコマテリアル(Eco Material)」 「ソフトマテリアル(Soft Material)」という2語の合成であることがわかります。所内では研究室名はできるだけ日本語にするという要請があって、 環境省からいただいた予算でプロジェクト研究を進めていることもあって「環境」という日本語を使うことになりました。
ソフトマテリアルあるいはソフトマターという言葉は、物性物理学で最近よく使われている言葉です。たとえば Physical Review E の指定する領域は、 “Statistical Nonlinear, and Soft Matter Physics”と書いてあります。 もともと、固体物理(Solid State Physics)に対する用語として「やわらかい物」という意味の用語が使われたのですが、高分子、液晶、ガラス、膜、ゲル、生体物質、 生物そのもの、といった、不定形の複雑系を総称してソフトマターと呼んでいます。こういった物質は「化学」の立場から語られることは多かったのですが、 「物性物理学」「化学物理学」といった物理学の見地で、複雑系を考え直そうという機運が高まってきたのです。 環境保全や廃棄物処理を考えるサイエンスやエンジニアリングを進める上で、物性物理学の見地からの知見や考察が大変重要になります。 その中で、私たちの身の回りにある物の多くが「ソフトマテリアル」であることに気づきました。 「ソフトマテリアルならではの物性や反応性」を利用して環境保全や廃棄物処理に役立てるということができないものだろうか、と考えたわけです。 ソフトマテリアル物理を駆使して環境改善の方法を発見しようという考え方です。
ユニットという研究単位は、プロジェクト予算が進行しているだけの間認められる研究単位で、いわば「期限付き研究室」です。 予算がなくなれば私は普通の研究員に戻ります。理研では流動的かつ効果的に研究を進めるためにこのような制度を持っています。

2.廃棄プラスティックの脱塩素処理の必要性
現在、生産量の3/4を占める主要プラスティックには、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PSt)の4つがありますが、 このうちPVCのみが塩素を含んでいます、元来プラスティックはどのプラスティックでも可塑剤、安定剤、増量剤、色素というような添加物が大量に含まれており、 それを調整することによりプラスティックの素晴らしい特性を引き出しています。例えばPVCの場合、水道管などに用いられている硬質塩ビ、 電線被覆などに用いられている白色配合塩ビ、自動車のシートなどに用いられている軟質塩ビでそれぞれPVCの含有量が違います。 硬質塩ビでは90%以上PVCですが、白色配合では約半分、軟質塩ビでは約1/3しかPVCが含まれていません。他のプラスティックでも似たような事情です。 ですから、それをもう一度集めて作り直しても、もとのプラスティックと同じ成分を再調製することは困難です。 ですから、もっとも理想的なプラスティックのマテリアルリサイクル(プラスティックとしてのリユーズ)は、大きな技術的困難が伴うとともに、 コスト的に全く見合うものではありません。つまり、企業ゴミのようにある程度分別されたプラスティックが集積するならば処理はより簡単ですが、 ご承知のように分別技術にはまだまだコストのかかる物が多く、複雑な廃棄物を扱うには万能ではありません。
一方、プラスティックゴミの焼却による熱利用、すなわちサーマルリサイクルは現在のところ法的に許可されていません。 そこで、マテリアルリサイクルの次善の策としてケミカルリサイクル(またはフィードストックリサイクル)が試みられています。 バルク量として、もっとも大きな事業は鉄鋼業界で石炭の代用として、コークスの原料になるか、直接高炉に吹き込み還元剤として用いられているものです。 これは間接的に炭酸ガス排出の削減につながる重要な技術です。

さて、主要プラスティックのそのまた1/4を占めるPVCにしか含まれていない塩素は、加熱すると塩化水素(塩酸)として放出されます。 高炉による利用にしても、サーマルリサイクルにしても、加熱処理をする場合にはプラントへのダメージはさけられません。 そこであらかじめ塩素をプラスティックから除去する必要があります。目安は自然の石炭にも含まれている塩素の0.5%程度以下に下げることです。

このような処理方法として、JFE(旧日本鋼管)のロータリキルンを用いた輻射加熱方法と、2軸射出機を用いた摩擦加熱方法が存在しています。 前者は特にPVC含有量の多い廃プラ、後者はPVCの少ない廃プラで特に効果的であるとされています。 それらはいずれも窒素雰囲気で加熱することが特徴ですが、それぞれ原理的にある程度PVC(塩素)含有量を調整しなければならないことと、 加熱時間が平均30分以上かかることが技術的問題点でした。

3.誘電加熱を用いた混合廃プラの脱塩素処理
ソフトマテリアルならではの物性を使った廃棄物処理方法として、今現在我々は以下のような研究を進めています。
主要廃プラの中でPVCのみが誘電感受性が強いことは、キュアリングの現場ではよく知られていました。ただし、このデータは数100MHZの周波数領域の話です。 そこで、我々は、混合廃プラでも1GHz以上のマイクロ波による誘電加熱でPVCのみ選択的に加熱できるのではないかと考えました。この原理を図1に示します。

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図1
マイクロ波で選択的にPVCが脱塩素化されるメカニズム

この方法だと原理的に、どんな量のPVCが含まれていても、その部分だけが加熱されますから効率的な脱塩素ができるはずです。 吸収マイクロ波エネルギーは体積に比例しますが、熱の逃散は表面積に比例するので、実際はあまり小さなPVCの断片はあまり効率よく加熱できません。 しかし、含有量そのものには依存しませんから、一般廃プラのように毎回PVC含有量が変動する廃棄物の処理にはうってつけです。 つまり選別されていない廃プラをそのまま処理できることが最大のメリットです。
この方法での試験については(株)神戸製鋼所機械研究所化学環境研究室との共同研究を2000年から続けており、神鋼が主体となって、 (社)プラスティック処理促進協会、文部科学省の 平成14年度独創的革新技術開発提案公募(産学官連携イノベーション研究)制度 の補助をいただいて研究を推進してきました。写真1は、写真2の神鋼の試験装置でPEの中にPVCの入ったモデル廃プラを処理した例で、 予想通りにPVCのみが炭化して処理されているのがわかり、この手法は一応の成功をすることがわかりました。特にうまくいく場合には1-2分で処理できる模様で、 処理速度が速いことが特徴です。この手法は日本経済新聞(2003/7/25)、化学工業日報(2003/11/4)、朝日新聞(2003/12/6)、Chemical Engineering誌(2003/9)、 日刊工業新聞(2003/11/13)などで紹介されました。clip_image002
写真1
処理前後のPVCとPEの混合物。処理前の混合物(右側が)処理後にPVCのみが黒化しているのがわかる
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写真2
マイクロ波処理装置の製作例((株)神戸製作所)
この手法については「電子レンジ」をイメージされることと思います。しかし、電子レンジはものを「マイルドに暖める」装置で、急速加熱する装置ではありません。 実際我々の研究では強い電界強度での加熱が必要であることが判明しています。しかも処理速度が速いほうが有害物の再合成(ダイオキシン生成のリスクが高まる) の可能性も低いと言うことになります。そのためには高い電界強度(数kV/m以上)を発生させなければならないということもわかってきました。 そこで、マイクロ波を印加する装置(アプリケータ)の設計を根本からやり直す必要があることがわかりました。

現在第3のフェーズとして、平成16年度から環境省の 廃棄物等処理科学研究費で3年のプロジェクト研究を進めています。この研究の概要を説明しましょう。
マイクロ波誘電加熱では、電界強度の分布設計が重要な鍵となります。この実態を実験的に調べる実験は難しいので、コンピュータによるシミュレーション解析が有効です。 誘電加熱の効率は材料の誘電率に依存します。その上、過去の実験では、熱の放散が重要なファクターになることがわかってきました。 そこでプラスティック材料の誘電率と熱物性(熱容量、熱伝導度、熱拡散率)を実際に各温度で測定し、データベース化し、これを理研の スーパーコンピュータ (Riken Super Combined Cluster : RSCC)System で計算、可視化するスキームを考えました。 この方法を用いると、多数のアプリケータを製造する手間や費用が省けます。プラスティックを処理するアプリケータに関する技術は、未開拓で蓄積がありませんから、 様々な設計のアプリケータをシミュレーションで検討するのがもっとも効率的なアプローチです。
「それは簡単だろう。熱物性も誘電率もすでに確立した測定だから。」とよく言われるのですが、これは大きな誤りです。 まずプラスティックはすべて混合物で個々の材料製品によって物性が大きく異なります。これではそれぞれの製品を各社から集めて自前で測定評価するしかありません。 ましてや100-200℃程度以上の加熱時の物性は公的に明らかにされたデータが存在しません。さらに、1GHz 以上の誘電率は測定が困難で今まで測定例がありませんでした。誘電率はkHz領域までは簡単に測定できます。これは、こういった周波数の電磁波の波長が十分に長く、 交流の電流として捕らえるのが容易だからです。しかし、例えば電子レンジに使われる2.45GHzのマイクロ波の波長は約10cm程度ですから、 より微細な測定電極が必要ですし、ケーブルなどからの電磁波の漏れを十分に小さくする必要があるので、精密微細加工した測定セルが必要です。我々は 北海道大学理学部野嵜助教授の研究室 の技術を提供して頂き、プラスティック材料の1-20GHz領域の誘電正接スペクトルを100℃程度までの温度領域で測定することができました。 現在は、さらに温度領域を高温側に広げていくためにケーブルやコネクタの材料を変更した精密測定セルを、理研の微細加工技術を使って製作しています。 現在熱測定とともに、各種エンジニアリングプラスティックやプラスティックシートなどのデータベース化に取り組んでいます。
一方、シミュレーションプログラムについては理研の 情報基盤センターの姫野室長の協力の下、電磁波解析と熱流解析を連結した連成解析のシミュレーションプログラムを開発中です。 この2つの解析とも有限要素法を用いたシミュレーションプログラムはすでに市販されています。しかし、 これらを連結したシミュレーションプログラムは存在していませんでした。誘電加熱の場合、 最初にプラスティック材料を入れたときの電磁波を解析すると電界強度が求まって、誘電加熱効率が計算できます。 しかし、その次の瞬間、温度が上昇し熱伝導が起きますから、誘電率や熱伝導度が変化します。ですから、その段階で、再び電界強度計算をし直さなければなりません。 電磁波のダイナミクスと熱伝導のダイナミクスは、時間領域が全く異なりますから、2つの独立したプログラムの連成解析をすることができます。 まだ途中の結果ですが図2にそれを示します。
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図2
誘電加熱シミュレーションの例:下のようなアプリケータ中央にPVCのシートをおいたときの過熱状況。マイクロ波定在波の腹の部分で温度上昇が激しい

本研究プロジェクトで目標にしているのは、
1)塩素含有量に左右されない脱塩素処理:どのような混合廃棄プラスティックでも、受け入れ時の成分調整なしに高効率で脱塩素処理できるような、アプリケータを設計する。
2)迅速な脱塩素処理:1-2分で処理を終了し、可塑剤系などで起こる副反応を抑制し、有害物の生成を最小限に抑える。
の2点です。こればかりでなく、最近電気炉でのプラスティック焼却が許可されるようになったことでもわかるように、閉鎖系で廃棄物が散乱しないと言う性質が、 結局は環境負荷を低減し、安全性の価値を高めるというメリットを生むと考えています。

「青森インダストリーフォーラム」の案内

青森県が東京で技術発信のイベントを行います。
 2006年1月18日、東京国際フォーラムで、青森県の技術発信のイベントが開催されます。青森県の大学、研究所、企業など35社が出展します。
青森県工業総合研究センターからは、「鉛はんだ代替レーザ接合技術の開発」、「機能性炭素材料ウッドセラミックスの開発」、 「環境循環型非塩素系凍結防止剤の開発」、「新規有用有機材料-不溶性シクロデキストリンポリマー」などの研究成果を発表する予定です。
入場無料ですので、興味のある方は、ぜひご参加下さい。

「青森インダストリーフォーラム」
日時:平成18年1月18 日 10:00~17:30
場所:東京国際フォーラム ホールB7[東京・有楽町] 

詳細案内 および 参加申込書 →PDFファイル

将来技術WG「先進エコマテリアル-新用途開発素材」を開催

エコプロダクツ2005と同時開催、出展も行う。
2005年12月17日、将来技術ワーキンググループは、エコプロダクツ2005併設シンポジウムとして「先進エコマテリアル-新用途開発素材」を開催しました。
企業で開発に携わる技術者を中心とする15名の講演者から、社会的要請によって急速に転換しつつある技術ニーズとそれに対する新しい取り組み、 ユニークな発想による新材料開発の事例、企業としての戦略などが紹介されました。 会場の63名の参加者からは多数の質問やコメントが出され、新用途開発素材を切り口に先進エコマテリアル開発の現状と問題点が討論されました。
また、14万人を超える来場者が訪れたエコプロダクツ2005にもエコマテリアルフォーラムとして出展を行い、フォーラムの活動をアピールしました。
〔文責〕垣澤英樹  物質・材料研究機構 エコマテリアル研究センター
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「ジャニン・ベニュス氏、グンターパウリ氏が来日、2月1日講演会を開催」

『バイオミミクリー』、『ゼロエミッション』の提唱者の講演を同時通訳で
 2月1日、仙台国際センターで、自然の叡智を活用した技術革新『バイオミミクリー』の提唱者ジャニン・ベニュス氏、『ゼロエミッション』 の提唱者グンターパウリ氏を招き、「人と地球を考えた環境・経済・ものつくり国際セミナー」が開催されます。 あたらしいものつくりの在り方について先進的な提案と方向が示されるものと思います。同時通訳付で、しかも定員 200名と制限がありますので、お早めに申し込みください。参加無料です。
詳細はこちらをご覧下さい→PDFファイル
「東北産業クラスター計画・東北大学環境フォーラム合同国際セミナー」
日  時:平成18年2月1日(水)13:00-17:00(12:00開場)
場  所:仙台国際センター大会議室「橘」
参加料:無料
募集締切:1月27日(金)

ジャニン・ベニュス氏は自著「Biomimicry」の翻訳書が今春出版予定(翻訳書名:自然と生体に学ぶバイオミミクリー)で、1月30日、2月3日にも それぞれ東京と大阪で講演会が開催されます。有料です。
1月30日 東京 http://www.zeri.jp/annaijyo.html
2月3日  大阪  http://www.eco-design.net/?s=%E3%82%B8%E3%83%A3%E3%83%8B%E3%83%B3
〔文責〕垣澤英樹 物質・材料研究機構 エコマテリアル研究センター

「NIMSフォーラム2006開催」 の案内

物材機構(NIMS)発足から5年の成果とこれからの取り組みがわかります。
「NIMSフォーラム2006」
日時:平成18年2月15、16 日
場所:東京国際フォーラム ホールB7、B5

 2月15、16日、東京国際フォーラムにおいて「NIMSフォーラム2006」が開催されます。 独立行政法人物質・材料研究機構(NIMS)は平成18年3月で設立から5年を迎え、第1期の中期計画が終了します。 今回のNIMSフォーラムでは、第1期中期計画における5年間の研究成果、最新の技術移転シーズおよびこれからのNIMSの取り組みが紹介されます。 また、国内の著名な研究者による物質・材料研究の将来についての講演、パネルディスカッションが予定されています。 フォーラム開催期間中、エコマテリアル関連を含むNIMS最先端の研究テーマ119のポスター展示も行われます。参加無料。
〔文責〕垣澤英樹  物質・材料研究機構 エコマテリアル研究センター

「愛知万博で使用された生分解性プラスチック製食器はどこへ?」

愛知万博で使用された生分解性プラスチック製の食器が再利用されます。
 愛知万博では、生分解性プラスチックでできた食器やごみ袋が導入されました。 (財)バイオインダストリー協会の試算によれば、これによって樹齢50年のスギ約10万本が半年間で吸収する量に匹敵する約 720トンの二酸化炭素排出が削減されたとのことです。 さて、万博の閉幕後、使われていた食器類の行き先はどうなったかというと、先日、経済産業省から「食器具で万博閉幕後においても使用可能なものについて、 資源の有効活用及びバイオマス(生分解性)プラスチックの今後の普及促進の観点から、関係府省及び要望のあった全国都道府県庁の職員食堂で再活用 (リユース)することとなりました」という発表がありました。
〔文責〕山下宏一  理化学研究所 中央研究所 化学分析チーム

「第6回 グリーン・サステイナブル ケミストリーシンポジウム」

グリーン・サステイナブル ケミストリーに関するシンポジウムが
2006年3月に開催されます。

 グリーン・サステイナブル ケミストリー(GSC)に関する第6回シンポジウムが、グリーン・サステイナブルケミストリーネットワークの主催で、 2006年3月7日(火)~8日(水)、学術総合センター・一橋記念講堂(東京)で開催されます。
このシンポジウムは、「GSC活動を実践する産官学の関係者が一堂に会し、最新情報の報告を行うとともに今後の展望を討論することによって、わが国における GSC活動をいっそう推進させることを目的としている」ということで、主要テーマは、 1. 産業界・学会におけるGSC実践と展望、2. GSCの最先端、3. アジア・オセアニアとの連携、4. GSCに関する最新の研究成果です。 なお、事前参加登録の期限は1月16日(月)までとなっています。
(連絡先)
(財) 化学技術戦略推進機構(JCII)内 GSCシンポジウム事務局
〒101-0051 東京都千代田区神田神保町1-3-5
E-mail: gscn@icii.or.jp Tel: 03-5282-7270 Fax: 03-5282-0250

〔文責〕山下宏一  理化学研究所 中央研究所 化学分析チーム

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