積水化学工業株式会社と住友化学株式会社は2月27日、ゴミを原料として樹脂材料の「ポリオレフィン」を製造する技術の社会実装に向けて協力関係を構築すると発表した。ゴミをまるごとエタノールに変換する生産技術の開発に成功した積水化学と、ポリオレフィンの製造に関する技術・ノウハウを有する住友化学が協力することで、ゴミをポリオレフィンにケミカルリサイクルするサーキュラーエコノミー（循環型経済）の取り組みを推進する。 (引用：HEDGE GUIDE 3月２日)
ゴミにはいろいろな物質が混じってい上、その物質の割合が変化するため効率よく変換することが難しいと言われていますが、積水化学では、家庭や企業から排出される廃棄物からエタノールを作り出す技術を開発してきました。2017年には、LanzaTech社と共同で微生物を使って高い純度のエタノールをパイロットプラントで合成することに成功しています。
LanzaTech社については以前のケムスケニュースで、製鉄所や製油所などの一酸化炭素が含まれる排ガスから微生物の発酵技術を使ってエタノールを製造する技術について紹介しました。微生物が一酸化炭素をエタノールにするという技術は共通のようですが、ガスの精製に積水化学の工夫があるようです。オリックス資源循環株式会社の寄居工場では、ガス化溶融炉という設備でゴミを処理しています。この処理方法では、ガスが大量に発生するため、そのガスを同じ工場内に設置されているエタノール生産パイロットプラントに送ることでエタノールを生産しています。燃焼によって発生したガスにはエタノール生産に使われる一酸化炭素と水素以外にも微生物の活動を弱める400種類の化合物が含まれていて、積水化学ではそれらを除去する技術を開発しました。また、ガスの供給がなくなると微生物が死滅するため、微生物を仮死状態にする管理技術も確立したそうです。現在全国の焼却設備の10％がこのガス化溶融炉であるため、この既存の設備に付随させることでエタノールを生産できるようになるようです。
ガス溶融炉におけるごみ処理（出典：国立環境研究所）
一方住友化学では、バイオエタノールからエチレンを合成し、それを使ってポリエチレンやポリプロピレンなどを製造する技術開発を行います。エチレンは、ナフサに水蒸気を高温で反応させて合成されますが、エタノールからの合成する場合には、酸触媒を使って脱水反応で合成されます。プラントスケールの合成では不均一触媒を使って合成されると予想されます。その場合には、バイオエタノールに含まれる不純物による触媒の被毒を最小限にすることが一つの克服すべき課題かもしれません。
企業が関わる共同研究の場合、大学と企業の場合や、大学を中心としていくつかの企業が関わる場合、材料メーカーと最終製品製造メーカーの場合が多く、積水化学と住友化学という大手の化学企業同士が協力関係を築くことは珍しいと思いますが、2016年にそれぞれのフィルム製造会社を統合して住化積水フィルム株式会社を設立したため、元々協力関係はあったのかもしれません。
住処積水フィルムが製造する農業向けフィルム（出典：日本農業システム）
ゴミからエタノールを製造することに関して、ごみ由来のすべての炭素が一酸化炭素に変換されるはずがなく、ガス化によって多くが二酸化炭素となり大気中に放出されると予想されます。そのため、エタノールの収率を上げる技術が次のステップとして必要になるのではないかと思います。バイオエタノールからポリオレフィンを製造する研究について、バイオエタノールの純度が保証されていれば、技術的な課題はないと感じるかもしれませんが、最適な反応条件を設定することが一つの課題だと思います。製造スケールでの化学品を製造する場合、原料の品質が不純物を含めて常に一定であることが安定な製造のためには重要です。しかしながら、バイオエタノールには特有の微量が含まれているかつ品質が燃焼するゴミによって変化する可能性があるため、バイオエタノール向けのエチレン合成プロセスを研究する必要があると思います。さらにこの場合は、プラスチックが最終製品となるわけであり、バイオエタノールから作った最終製品が石油由来の原料と同等の品質を持たなくてはいけません。製造コストも石油からの製造と比べて高すぎないことがビジネス上必要です。このようにいくつかの課題が考えられ、今後の両社の技術開発に期待します。
日本の場合、プラスチックなどのごみは焼却処分が多く、そこで発生した熱を使って温水プールを作っているぐらいしかエネルギーが活用されていません。本技術を使えばプラスチックゴミからプラスチックを作り出すことができるわけであり、不便を伴うほどのプラスチック不使用の動きに歯止めがかかるのではないかと思います。
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- 積水化学と住友化学、サーキュラーエコノミーの取り組みで協力 ～”ごみ”を原料にしてポリオレフィンを製造～：両社によるプレスリリース
- “ごみ”を“エタノール”に変換する世界初の革新的生産技術を確立：積水化学の2017年のプレスリリース
- ゴミ処理場が化石資源に代わる原料供給基地に？：日刊工業新聞ニュースイッチ
- 室蘭工業大学と住友化学 ケミカルリサイクル技術に関する共同研究を推進：室蘭工業大学によるプレスリリース、ゼオライト触媒を用いた廃プラスチックを任意のモノマーへ高選択率で分解する技術において共同研究を推進することを決定した。
