先端化学工学ジャーナル

概要

繊維産業の持続可能な原材料としてのバイオポリマー：チャンスか課題か

パヴァン・クマール・マンヴィ

ポリマーは、そのユニークな特性により、家庭用および工業用アプリケーションでの使用が日々増加しています。ポリマーの大部分は石油から生成されますが、石油も地球温暖化や汚染という大きな環境問題を引き起こしています。石油埋蔵量の枯渇と原油価格の激しい変動により、代替品の探索が必要になっています。いわゆるバイオポリマーは、再生可能材料から製造されるか、生分解性であるか、またはその両方であるポリマー材料です。ポリマーおよび繊維産業におけるバイオポリマーの使用は、二酸化炭素排出量を削減するだけでなく、石油からの独立も提供します。石油ベースのリソースからバイオベースのリソースへの移行は、機会と見なされています。持続可能な原材料への関心が高まっているにもかかわらず、石油ベースのリソースからバイオベースのリソースへの移行は、ポリマー業界で待望のマイルストーンと見なされています。課題は、従来のポリマーよりも価格が高いだけでなく、処理能力が限られており、特性が不十分であることにも関連しています。バイオポリマーの開発は、さまざまな世代の開発で長い歴史を持っています。第一世代のバイオポリマー、すなわちデンプン、セルロースなどは、天然資源から直接抽出され、さまざまなポリマー処理経路で使用されていました。しかし、生の天然ポリマーは、望ましくないポリマー構造、形態、均質性の欠如、および不純物の存在のために、処理が非常に困難でした。効率的な解決策は、バイオベースの原材料を脱重合し、ポリマー合成にクリーンなモノマーを使用することだと考えられていました。これにより、第二世代のバイオポリマー、つまり、望ましい分子構造とカスタマイズされたポリペプチド、すなわちポリ乳酸を持つ、いわゆる合成バイオポリマーが生まれました。合成バイオポリマーの構造の修正は、依然として主要な研究トピックであり、多くの注目を集めています。合成バイオポリマーには大きな可能性がありますが、食品や飼料との競合が見られます。食品や飼料の能力を危険にさらすことなく、合成バイオベースポリマーで世界のポリマー需要を満たすことは困難と思われます。産業、農業、家庭の廃棄物からのバイオポリマーの開発は、食糧需要を危険にさらすことなく世界の需要を満たす効果的な解決策と見なされています。廃棄物からのポリヒドロキシアルカノエートの開発と、二酸化炭素からの熱可塑性ポリウレタン（部分的）の開発は、潜在的な解決策と見なされています。アーヘン工科大学の繊維技術研究所の研究グループ「バイオポリマー」は、繊維用途におけるバイオポリマーの可能性の発見、学際的用途のための繊維プロセスチェーンの開発、バイオポリマーの課題を繊維産業のチャンスに変えることに取り組んでいます。