パルプ廃棄物を化学産業用の新しい原料に変換する

南アフリカ、西ケープのステレンボッシュ大学の研究者たちが、フェノール性ポリマーを解重合し、パルプ廃棄物を化学産業用の新しい原料に変換する方法を開発しました。その研究者とは、Helen Pfukwa氏、Ndumiso Sibanda氏、Harald Pasch氏です。

(Photo: catalby / iStock / Getty Images Plus)

このテクノロジーについて教えてください。

これは、リグニンを低モル質量の付加価値化合物に変換するテクノロジーです。それはマイルドで選択的で、化学産業およびポリマー産業で貴重な建設用ブロックとなる官能性芳香族化合物を生成します。

これによりどのような問題が解決されますか?

化学産業およびポリマー製造産業は、石油や石炭のような再生不能な化石燃料に由来する原料の抽出に大きく依存しています。供給は減少しており、望ましい官能性化学物質の抽出およびその変換は環境に悪影響を及ぼすため、このような原料の使用は持続可能ではありません。

リグノセルロース系バイオマス成分のリグニンは最も豊富な芳香族官能化ポリマーであり、さらに重要なことに、社会的ニーズと競合していないため、魅力的な代替手段です。

酸化解重合のような適切で選択的なテクノロジーを使用することで、リグニンは芳香族官能基を有する有用な化学物質(幅広い消費者製品の出発物質)に変換することができます。一般に、リグニン由来のモノマーとその誘導体から合成されたポリマーは、高いTg(ガラス転移温度)と熱安定性、および優れた機械的特性を備えているため、耐熱プラスチック、高度な複合材料、樹脂の合成における化石燃料由来のスチレンの代替品として魅力的です。

発明のインスピレーションについて教えてください。

南アフリカのパルプ産業は毎年何百万トンものリグニン廃棄物を排出しています。このリグニンの大部分はエネルギー供給源になります。リグニン廃棄物由来のバイオ燃料の使用は、パルプ化プラントの国内送電網への依存を低減するのに非常に有益ですが、リグニン廃棄物を化学物質の供給源として使用することにも大きな利点があります。私たちの社会は、原油の枯渇と廃棄物の蓄積に関する課題に直面しています。そのため、様々な産業で排出されている廃棄物を原油の代替原料としてどのように使用できるかを調査することが重要です。

このイノベーションは環境に優しい未来の形成にどのように役立ちますか?

このイノベーションは、廃棄物と見なされていたものを化学産業やポリマー製造産業で使用できる付加価値のある芳香族化合物に変換する方法を示しており、環境に優しい未来にとって重要だと言えます。本質的に、ある産業で廃棄物として排出されるリグニンのバリューチェーンが、それを別の産業の原料として使用することによって拡張されます。これにより持続可能な開発が促進されます。

このテクノロジーはどのように保護されていますか?

私たちは南アフリカで特許を出願しており(2019/02602)、近い将来、特許協力条約(Patent Cooperation Treaty、PCT)に基づく国際的な特許出願により、当テクノロジーを国際的に保護する予定です。

知的財産権で作品を保護することが発明者にとってなぜ重要だと思いますか?

それは、経済的利益のためのさらなる研究と革新を促進するからです。知的財産保護は、社会的影響のために継続的に革新する革新的なソリューションの発明者およびクリエーターにインセンティブを提供します。保護された知的財産を無許可で商業的に悪用する人々を除外することで、イノベーションの見栄えや機能を向上することで、ライセンシーや企業が市場で競争上の優位性を獲得できるようにします。

発明の開発過程で直面した最大の課題は何でしたか?

リグニンは、原料と前処理手順によって異なる独特の構造を持つ非常に複雑な高分子です。β-エーテル結合(β-O-4)は、すべての結合の約40〜60%を構成します。つまり、これらの結合を特に標的とし、カルボニルまたはカルボキシル官能性化合物を生成する最もマイルドな酸化技術では、リグニンの完全な変換は行われません。また、私たちは、解重合条件を効果的に制御して、開始リグニン自体よりもさらに複雑な構造につながる可能性がある過酸化を防ぐことも重要であることを解明しました。

2020年世界知的所有権の日に際してどのような行動を呼びかけていますか?

政府が、化学産業および材料製造産業に対し、長期計画に持続可能な開発を組み込むことを奨励する政策を打ち出し、実施すれば、化学産業の環境に優しい未来が支援されます。これに続いて、業界が再生可能な原料の効率的な利用を含め、環境的に持続可能な方法で同じ品質の製品を提供することに焦点を移行するよう促すことができます。これを可能にするために、産業界および学術界の共同研究の新しい機会を取り入れる必要があります。これらの措置を採用する消費者および産業向けのインセンティブメカニズムが科学、技術、革新の政策に組み込まれるべきです。

あなたの発明はどのように使用され、どのような影響を及ぼすでしょうか?

私たちは現在、このテクノロジーを商品化しようとしています。 私たちは、生成されるリグニン廃棄物(リグノスルホネート)にこの技術を適用したいと考えている地元の(南アフリカに拠点を置く)パルプおよび製紙会社にアプローチしています。このプロジェクトの目的は、生成される製品の種類とその量の観点から、リグノスルホン酸塩に対する手法の効率性を評価することです。

詳細情報

詳細情報については forms@sun.ac.zaにお問い合わせください。