「資源代替」の長期戦を戦う

人間が一日存在する限り、紡績服は欠かせない民生産業である。この業界の持続可能な発展を維持するには、資源問題を解決しなければならない。現在の紡績原料構造だけを見ると、綿花と化学繊維はそれぞれ半分の江山を占め、毛、麻、糸などの他の資源は小さな割合を占めている。綿花価格の高騰と世界の綿花栽培量の萎縮は、原料構造における綿花の割合が徐々に減少することを決定し、化学繊維のここ10年来の発展の勢いは強く、ちょうどその時だが、致命的なのは、90%以上の化学繊維製品が石油資源に依存していることだ。

実際、ここ数年、紡績化学繊維業界は業界の持続可能な発展を支える「光明の道」であるバイオマス繊維及び生化学原料産業を明らかにした。しかし、この産業自体は初級段階にあるため、本当に巨大な経済効果と社会効果を生み出すにはまだ短期間ではないため、より広範な力が必要である。2回連続で中国生物産業大会で開催された「バイオマス繊維及び生化学原料フォーラム」は、この産業に突撃ラッパを吹き鳴らした。特に、30年以内に原料の代替とプロセスの代替をどのように初歩的に実現するかについて、今回のフォーラムは深く具体的な探求を行った。

セルロースの使用には障害物の除去も必要

バイオマス繊維及び生化学原料を発展させる究極の目標は、原料代替とプロセス代替を実現することである。同時に、伝統的な方法を用いて紡績化学繊維製品の差別化発展を実現することはすでに行き止まりに達しており、生物化学技術は製品の差別化に新たな突破をもたらすだろう。このため、このほどフォーラムで広く検討された「バイオマス繊維とバイオ原料科学技術と産業の30年発展路線図（以下「30年路線図」と略称する）」の初歩的な計画：2020年までに繊維業界がバイオマス繊維を使用して原料の代替5%、2030年に10%、2040年に20%に達し、その時に繊維原料の構造はさらに多元化され、リソースのボトルネックは効果的に緩和されます。

データには確かに誘惑力がありますが、これらの目標の実現を支える実行可能な方法は何ですか。業界内では、わら、竹、麻などの速生林材を開発し、ビスコース繊維などの再生セルロース繊維の原料構造を豊富にすることが第一に考えられている。30年の路線図には、次のように具体的に示されています。さいせいセルロース繊維業界は2020年に原料（既存のショートウール、木材パルプを除く原料）の10%代替を実現し、2030年に20%、2040年に40%に達した、

セルロースは自然界が人類に与えた最も豊富な高分子物質であり、源が広いだけでなく、再生可能な資源でもある。科学者の推定によると、自然界は光合成を通じて年間数千億トンのセルロースを生成することができる。しかし、約60億トンのセルロースしか使用されていない。セルロースの応用開発における最大の障害は、天然セルロースが高い結晶性を持つと同時に、分子間と分子内に大量の水素結合が存在し、大多数の有機溶媒に不溶になることである。麦草、わらなどの農作物のわら繊維を例に、その繊維は短く、不均一性が際立っている、繊維含有量が少なく、雑細胞が多い、灰分含有量が高く、シリコン含有量が多い。

現在常用されている植物原料から見ると、綿短絨中のセルロース含有量は95%より高く、木材中のセルロース含有量は40%〜50%しかなく、竹、わら中のセルロース含有量はより低い。いかに効率的で、清潔で、経済的に天然資源から分離して製造するかせんいせんい？この大きな難題は多くの人の注目を集めている。中国科学院プロセス工学研究所の陳洪章研究員によると、所属する課題グループはわら溶解スラリー及び生化学原料の製造において段階的な成果を上げた。彼らは単一成分の利用を突破し、蒸気爆破を核心技術とし、わら成分の分離を実現し、成分の層状多段転化技術を十分に運用し、わら資源のバイオマスの全利用を実現し、多製品の生態産業チェーンに対して試験開発を行った。

いくつかの進展はあったが、自然界資源の利用技術はまだ開発されていない。そのため、30年の路線図はわらの高効率低エネルギー消費前処理技術、生物法漢麻総合処理技術、高効率低コストセルロース菌と酵素生産技術、イオン液体新媒体をセルロース生産高値化製品技術、リグニン改質加工技術、リグニン溶融紡糸技術、工業酵素と生物触媒、海洋バイオマスの総合利用、バイオマス繊維の高性能化技術、バイオマスバイオマスバイオマスの全利用技術の集積と生態産業チェーンの構築という10の技術は、業界共通の技術と基礎として研究され、突破を期している。

マルチパス試みによるビスコース法の代替

新技術の研究は、自然界のより広範な資源を利用するためである一方で、生産過程がより効率的で、清潔で、エネルギーの使用と環境への危害を減らすためであり、つまり30年のロードマップに記載されている生化学技術を用いて「プロセス代替」を実現するためでもある。30年ロードマップの初歩的な計画では、2020年までに業界プロセスの代替平均レベルは5%、2030年に17%、2040年に24%に成長する。

19世紀末にビスコース法を発明して再生セルロース繊維を生産してから今まで、100年以上が経って、各種のバイオマス繊維を生産する新技術が絶えず現れているが、繊維の生産量の割合から見ると、ビスコース法は依然として不動の主導的地位を占めている。接着剤繊維業界はクリーン生産に力を入れ、明らかな成績を収めたが、そのパルプ製造過程で発生した黒液は環境汚染を完全に解消することはできなかった。まさにこの問題を徹底的に解決するために、業界内はますます勇敢になり、長年にわたって環境保護の効率的な新しい道を絶えず模索してきた。現在のところ、業界内ではすでに一定の気候を形成しており、環境に配慮した再生セルロース繊維の生産ルートが形成されている。1つは新溶剤法であるLyocell（ライセル）ルートであり、代表企業は上海紡織（ホールディング）グループ、中国紡織科学院と新郷化繊、第二に、イオン液体法であり、山東省海龍が重点的に研究している。第三に、最近業界内で注目されている水系低温溶解法は、武漢大学の張俐娜教授が率いるチームが開発した。

溶剤法を用いたセルロース繊維の生産は国内で数年研究されているが、進展は遅い。すでに千トン級の産業化規模が形成されているとしても、経済効果、技術成熟度の面ではさらに考慮する必要がある。溶媒法セルロースの製造プロセスは、セルロース成分間の水素結合をどのように弱めるかを中心に展開される。中国紡績科学研究院の趙慶章顧問は溶剤法の難点を詳しく説明した：第一に、この技術は原料に対する要求が高く、後期調節の空間がない、2つ目は溶解過程が短く、脱水の範囲が狭く連続していること、第三に、紡糸には乾燥噴湿紡績を採用しなければならず、紡糸液は極めて高い粘度を持っている、第四に、溶媒としてのNMMO自体に一定の不安定性があり、一連の安全対策を講じる必要がある、第五に、溶媒回収は高い回収率と省エネの要求を満たす必要があり、その回収率が99%を超える場合にのみ、工業化生産の経済的価値がある。現在、海外のLenzing社は依然として大規模なLyocell繊維生産能力を持つ唯一の会社であり、2010年には新規生産能力が1万トン増加し、14万トン規模に達した。

7%水酸化ナトリウム（NaOH）／12%尿素水溶液を用い、この溶媒を零下12℃まで冷却すると、セルロース（その分子量は1.2×105以下）を迅速に溶解でき、溶解時間はわずか2分で、セルロース史上最速の溶解速度を達成することができ、これが武漢大学の張俐娜教授をはじめとして開発された水系低温溶解法である。この経路は接着剤法のものよりもコストがやや低い、生産装備にも特別な要求はありません。張俐娜はこれにより国際セルロースと再生可能資源材料分野の最高賞であるアンセム・ペイン賞を受賞した。現在、関連企業との協力を経て、この路線はすでに初歩的な工業化試験の成果を収めている。中国工程院の関係院士の提案の下、張俐娜氏のチームは唐山三友興達化繊氏と協力を展開しており、将来の見通しが期待できる。

合成繊維は従来のポリエステルのイメージを一新

生物大家族では、バイオマス合成繊維量が大きく、広範囲である。それは伝統的な合成繊維の利点を受け継ぐだけでなく、生物構造を含むために分解性、快適性などの性能を備えている。30年のロードマップ計画では、バイオマス合成繊維原料の代替の目標は2020年に5%、2030年に10%、2040年に20%を実現すること、そのプロセス代替の目標は2020年に5%、2030年に10%、2030年に15%を達成することである。現在、バイオマス合成繊維の重点にはPTT、PLA、PHBV、PBS繊維などが含まれており、通常は新しいポリエステル繊維を指している。

今年4月、PTTシリーズの繊維及び高付加価値生地製造の重要技術及び産業化科学技術成果鑑定会が江蘇陽光株式会社で開催された。長年の発展を経て、PTT繊維及び産業化の応用は徐々に成熟してきた。同時に、PTT繊維産業の発展を長期にわたって制約してきた原料PDO（1，3−プロパンジオール）は、製造生産においても喜ばしい進歩を遂げた。例えば、江蘇盛虹グループは3万トン/年の専門化PTT紡糸生産ラインを持つだけでなく、PTT重合生産ラインを建設し、同時に原料1、3-プロパンジオールを生産し、完全なPTT産業チェーンを形成し、国外独占を打破する。