「カーボンファイバーより強く、価格1/10」木材原料のナノ素材 « WIRED.jp
木材パルプから製造される「ナノ結晶セルロース（NCC）」が注目されている。カーボンファイバーと同等以上に軽く強いが、コストが1/10以下に抑えられるという。
NCCを重量で17％含む、メタクリル酸メチルの繊維を電子顕微鏡で撮影した画像。Image: Department of Defense
米国森林局は7月16日（米国時間）、170万ドルをかけて、木の切れ端やおがくずといった木材の副産物からナノ結晶セルロース（NCC）を製造する工場を開設した。
この工場が作り出すNCCは、ケブラーやカーボンファイバーと同じくらい軽量なのに強度が高いことが特徴だ。透明なため、防弾ガラスの代わりにも利用できる。
だが、本当のセールスポイントはコストが低いことだ。木材からNCCを作った場合、コストはカーボンファイバーやケブラーの10％足らずに抑えられる。現在の目標は1kgあたり10ドルだが、大量生産すれば1kgあたり1〜2ドルまで下がると見られている。
植物やバクテリアの細胞壁の中にあるセルロースは、グルコース分子の長い鎖でできている。植物は、これらの繊維をクモの巣状に張り巡らせて、細胞を構造的に支えているのだ。木材ではこれらの繊維が網目状に結合しており、一般的なセルロース繊維は幅が約10ミクロン、長さが約1mmだ。
木材を細かく切り刻んでパルプにすると、すべてのセルロース繊維を結合しているリグニンが失われるため、水の中で浮かぶようになる。これを乾燥させると毛玉と同じくらいの強度になるが、さらに細かく砕いてナノフィブリル（ナノ繊維状構造をもつ物質、ナノ小繊維）にすると水素結合が生じる。これに強酸を使用して余分なものを取り除けば、強固な材料であるNCCが分離されて残る。集めた木材パルプの約30％がNCCになるという。
ただし、いくつかの問題もある。例えば、水との相性だ。大量の水に晒されると、セルロースがH2O分子で満たされて乾燥体積が約2倍になるため、セルロース構造にナノ空孔が生じてしまう。研究者らは、塗装処理または疎水処理によって、水を防ぎながらNCCの強度を保つ方法を模索しているところだ。
※NCCについてはアンチエイジングへの応用等も研究されており、NCC市場は今後の10年で2億5,000万ドル（約200億円）規模に成長するという予測もある。カナダでも、NCCを製造する実証製造設備が今年はじめに完成している。
TEXT BY ALEXANDER GEORGE
TRANSLATION BY ガリレオ -佐藤 卓
WIRED NEWS 原文(English)