脱プラスチック社会の実現に向けた新規木質バイオマス特性評価技術の構築

• 研究概要

  世界的なプラスチックごみによる海洋汚染が深刻化する中、プラスチックの使用量の削減が求められており、脱プラスチックが喫緊の国際的課題となっている。その解決策として、再生可能資源をプラスチックの代替材料として利用することが注目されている。再生可能資源の中でも木質バイオマスは、代替材料として求められる生分解性を有するだけでなく、カーボンニュートラルという優れた特性を有していることから、次世代型のクリーンエネルギー源および循環型炭素資源として期待されている。本研究チームでは、木質バイオマスの高度有効利用のために、多角的な視点での特性評価技術の開発を目的として研究を実施する。

  

• 研究目的

  脱プラスチック社会の推進に伴って、今後、再生可能資源の需要が増すことが予測される。環境と調和しながら木質バイオマスを高度に利用するためには、多様な樹木を原料として利用することが重要である。しかしながら、木質バイオマスは樹木由来の生物材料であり、その化学的および物理的特性は多様であるため、高度有効利用を進めるにあたっては、迅速かつ簡便であり、高精度な評価技術が求められる。

  本研究チームでは、木質バイオマスの高度有効利用のために、多角的な視点での特性評価技術の開発を目的として研究を実施し、1)イメージングをコアとした新規の木質バイオマス特性評価技術、2)画像データと人工知能を組み合わせた木質バイオマス特性評価技術を構築する。

  具体的には、多角的な視点での特性評価技術を開発することを目指し、木質バイオマスの形態情報、化学的特性、物理的特性を網羅した評価を行う。木質バイオマスの本体は細胞壁であり、セルロースなどの高分子から構成されている。木質バイオマスは、構成成分の分子構造などの微細構造、構成成分の空間分布およびその配向といった細胞壁構造、様々な細胞が複雑に組み合わされた組織構造といった階層構造を有し、それぞれのスケールにおける構造特性が最終的な材料特性を生み出している。したがって、ナノメートルからミリメートルまでのトランススケールなイメージング解析を通じて、それぞれのスケールでの特徴と化学的特性、物理的特性との関係を見出すことにより、これまでにない特性評価モデルを構築する。

  

• 研究計画

  1) イメージングをコアとした木質バイオマス特性評価技術の構築
  木質バイオマスのマルチスケールイメージング解析、分光学的アプローチによる化学特性解析、材料学的アプローチによるプラスチック代替材料への加工特性および物理特性解析を実施する。得られたすべての情報についてイメージングを基盤として統合することで材料特性発現機構を明らかにし、特性評価技術の構築に繋げる。特に、ナノスケールでの解析を中心とする。

  2) 画像データと人工知能を組み合わせた木質バイオマス特性評価技術の構築
  マクロスケールの画像データとAIを組み合わせ、弾性率・強度・密度・撥水性・含有成分量といった木質バイオマスの特性を決定する上で極めて重要なファクターをどこまで推定できるかを明らかにする。加えて、多様な木質バイオマスを材料として解析することで、特性評価技術を構築する。

  

その他の研究者

堀川　祥生　 （農学研究院・准教授)
小瀬　亮太 　（農学研究院・准教授)