新材料：リグノセルロース三素の高効率分離を実現する新技術を研究

中国科学院によると、中国科学院大連化学物理研究所の王峰研究員が率いるチームは、リグノセルロース三素分離と高価値化利用の方向で重要な突破を遂げた。この研究成果は非石化資源の高価値化利用を助力すると同時に、我が国のバイオマス原料の利用不足、バイオマス基材の輸入依存度の高さなどの問題を補うことが期待されている。関連成果は先日、国際学術誌「ネイチャー」に発表された。

  リグノセルロースは自然界における埋蔵量が最も豊富な再生可能原料であり、木材、竹材、わらなどに広く由来し、主にセルロース、ヘミセルロースとリグニン（以下「三素」と略称する）から構成される。「セルロース分子は束を織り交ぜ、ヘミセルロースとリグニン成分に分散し、『鉄筋コンクリート』に類似した構造を形成し、植物の成長において支持と保護の役割を果たす。しかしこの構造は、この3つの成分を物理的に分離することも難しく、化学的方法は通常、そのうちの1つまたは2つの成分（セルロース成分を主とする）しか利用できない、三成分の高値化利用を実現することは困難である。」王峰氏によると、特に三素の総量の20%~ 30%を占めるリグニンは、反応過程で自己縮合が発生しやすく、効率的な分離と高値利用が難しい。例えば、日常生活でよく使われる紙は、主にリグノセルロースを化学的に処理し、部分的にリグニンを除去して生産されている。しかし、製造過程において、リグニン成分は制御不能な炭素炭素結合縮合反応を起こしやすく、パルプと完全に分離することが難しく、リグニンの触媒反応活性が大幅に低下し、通常は工業廃棄物として直接焼却される。

  王峰チームはリグニン分離において低値化自己縮合が発生しやすいなどの難題に対して、リグニンのアリール化を触媒する三素分離（CLAF）技術を設計、開発した。王峰氏は、「我々はリグニンの縮合しやすい傾向を利用し、高い求核活性を有するリグニン由来フェノールを導入することにより、リグニンのアリール化反応の選択性を大幅に向上させる。CLAF技術に基づいて抽出されたアリール化リグニンは触媒解重合により、環境にやさしい再生可能ビスフェノール及びオリゴポリフェノールを製造することができる。結合セルロース成分およびヘミセルロース糖は、それぞれ高純度溶解スラリーおよびキシロース／フルフラールに変換することができる。」

  この戦略は分離の難題を解決しただけでなく、関連製品にも良い市場応用の見通しがある。例えば、この戦略を利用して生産された再生可能ビスフェノールは、優れた市場応用の将来性があり、塗料、接着剤、汎用プラスチックとエンジニアリングプラスチックの分野で再生可能で環境に優しい製品方案を提供することが期待されている。