光華維業の楊一湖氏:ポリ乳酸の化学リサイクル技術の進路、利点、将来の市場
2006年、オープンソース技術の登場により、欧米で3Dプリンティング(積層造形)技術が急速に普及し始めました。当時、我が国では3Dプリンティングはまだニッチな研究分野であり、航空機製造などの産業分野への応用が始まったばかりでした。
ポリ乳酸(PLA)は、トウモロコシ、キャッサバ、サトウキビ、テンサイなどの植物性デンプンを発酵させて作られるポリエステルです。これらの再生可能な原料に含まれる糖を乳酸に発酵させ、そこからポリ乳酸(PLA)が製造されます。
*公海赌船710ポリ乳酸(PLA)ペレット
Guanghua Weiye (ブランド「公海赌船710」)2002年に設立され、乳酸、ポリ乳酸(PLA)、ポリカプロラクトン(PCL)5年間の研究開発を経て、光華維業は3Dプリント材料を主要な開発分野の一つに据えることを決定しました。2007年には、世界に先駆けてポリ乳酸系3Dプリント消耗品の商用化に成功し、「公海赌船710」ブランドを確立しました。現在では、世界的に有名な3Dプリント消耗品ブランドの一つに成長しています。2006年には、3Dプリント材料の研究開発に着手しました。ポリ乳酸の回収と高付加価値再利用研究。
*公海赌船710 ポリ乳酸(PLA)3Dプリントフィラメント
一方で、製品の応用分野を水平方向に拡大し、他方では垂直方向に深化を続け、ポリ乳酸のグリーン閉ループ産業チェーンの構築に取り組んでいます。
2013 年、Guanghua Weiye は「年間5,000トンのケミカルリサイクルラクチド生産ライン」、材料の合成と改質から応用、副産物の分解、ポリマーの化学的リサイクルと再利用まで、グリーン閉ループ技術システムを最初に形成しました。
2023年12月、光華維野は衡天長江生物材料有限公司(以下、「衡天長江」という)の株式51.265%の買収を完了し、水平応用シナリオの開発と垂直産業チェーンの拡張における光華維野にとって新たな重要なマイルストーンとなりました。
現在、ポリ乳酸繊維および製品の研究開発と生産を主に行っている衡天長江バイオマテリアル株式会社は、正式に社名を宜盛新材料(蘇州)有限公司(以下、「易盛新材料」という)光華維夜も買収を完了した。バイオメディカル、3Dプリント、エコファイバー、環境に優しい包装4つの主要なアプリケーションレイアウト、さらに開拓したポリ乳酸からラクチドを化学的に回収し、直接溶融紡糸してポリ乳酸繊維を製造する環境に優しい閉ループ型産業チェーン。
「産業チェーンのフロントエンドでは、湖北省孝感市に年間5,000トンのラクチド合成生産施設を建設しました。乳酸を原料とするだけでなく、リサイクルされたポリ乳酸を原料としてラクチドを生産することもできます。産業チェーンのバックエンドでは、易盛新材料の技術を用いてラクチドを原料としてポリ乳酸繊維を生産しています。このようにして、産業チェーンの上流と下流のつながりを形成し、技術レベルで相互補完的な優位性を築いています」と楊一湖氏は述べた。
下流用途を拡大し、バイオベースプラスチックの新たな成長を模索
欧州プラスチック統計によると、2021年の世界全体の生分解性材料の総生産量は155万3000トンで、同期間のプラスチック製品の世界生産量は3億9000万トンだった。
この大きなギャップは市場の見通しが広いことを意味します。
世界的なプラスチック規制・禁止のスケジュールが着実に前進する中、最も有望な生分解性素材であるポリ乳酸は、近年、世界的な生産能力拡大サイクルにあります。2020年以降、TotalEnergies CorbionやNatureworksなどの外資系企業、そして豊源集団、海星生物材料、金丹科技、金発科技、万華化工などの国内企業が、この発展の流れを捉えようと、新たな生産能力を投入しています。
楊一湖は原材料面の生産能力拡大は本格化しているものの、新規供給の用途面では吸収しきれていない可能性がある。
「ポリ乳酸の上流原料の生産能力は依然として急速に成長していると考えていますが、下流の用途が開拓されなければ、下流市場がこれほどの原料の大幅な成長を担うことは困難になるかもしれません」と楊一湖氏は述べた。「実は、2006年からポリ乳酸の下流応用シナリオの開発と、端末材料の廃棄後の化学リサイクルに注目し始め、この2つの側面から業界全体の発展における弱点を補おうと考えていました。そのため、3Dプリントに加えて、バイオメディカル、エコロジカルファイバー、生分解性製品の分野を順次開拓し、4つの主要な応用レイアウトを形成してきました。」
「近年、世界的なプラスチック禁止とバイオマテリアル、特にポリ乳酸素材の成熟化に伴い、環境に優しい生分解性素材の市場規模は徐々に拡大しており、当社もこの分野の応用拡大に注力してきました。現在、当社の使い捨て生分解性製品とエコファイバー製品は、3Dプリント消耗品に次ぐ第2位の成長ドライバーとなっています。」ケミカルリサイクルによる乳酸エステル製品も急成長を遂げた「中国の大手フォトレジストメーカーが当社の電子グレード乳酸製品を採用しています。現在の量は少ないですが、今後の応用見通しは有望です」と楊一湖氏は説明した。
廃棄ポリ乳酸はケミカルリサイクルやメカニカルリサイクルによってリサイクルすることができます。廃棄物には汚染物質が含まれている可能性があるが、ポリ乳酸は熱脱重合または加水分解によるモノマー生成による化学的回収そこから新たなポリ乳酸が作られます。ポリ乳酸はまた乳酸メチルを生成するエステル交換反応これによって化学回収が行われる。
当社独自のX配置共同生産革新技術モデルは、原材料源と最終製品の多様化を実現し、生産ラインの機能を充実させ、生産システムの効率を効果的に向上させ、エネルギー消費とコストを削減するのに役立ちます。乳酸またはリサイクルポリ乳酸からラクチドを生産し、さらに重合してさまざまなバイオマテリアルを生産することができます。ポリ乳酸原料のリサイクルを例に挙げると、精製されたラクチドは、次の重合に使用して、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、またはポリオールを製造できます。精製度の低い副産物はエタノールと反応して化学的に純粋な乳酸エステルを生成したり、高純度のラクチドを原料として直接使用して高純度乳酸エステルを生成したりすることができます。「楊一湖氏は付け加えた。
環境に優しい閉ループ産業チェーンを構築するための化学リサイクルのレイアウト
2006年、市場がポリ乳酸の生分解性に注目し、使い捨て製品分野での応用上の利点を主張した際に、光華維業はポリ乳酸材料の化学リサイクルの研究に着手しました。
ポリ乳酸は分解可能な素材なので、ケミカルリサイクルは意味があるのでしょうか?
ヤン・イーフ氏はこう語った。劣化はある程度の廃棄物を意味する。」
2012年、6年間の技術研究を経て、光華偉夜は正式に「ポリ乳酸を回収して精製グレードのラクチドを製造する方法「特許出願、および2014年に認可を取得この世界初の技術は、ポリ乳酸をリサイクルして高純度のラクチドを得ることができ、副産物から様々な乳酸エステルを生産することもできるため、バイオベースの分解性材料のリサイクルと再利用という世界の難題を解決し、産業チェーンの閉ループを開き、「グリーン循環」経済を形成します。
同時に、近年、生分解性プラスチックの最終処分が不完全であるという問題が産業界にますます認識されるようになっています。清華大学とシノペックが共同で発表した「生分解性プラスチックの環境影響評価と政策支援に関する研究報告書」によると、中国の生分解性プラスチックの96.77%は焼却・埋め立て処分され、3.1%が環境に流出し、わずか0.007%が後工程の生物処理施設に入り、完全に分解されています。
欧州委員会が2021年に発行したSUPガイドラインでは、使い捨てプラスチック製品におけるオキソ分解性プラスチック、生分解性プラスチック、堆肥化可能プラスチックの使用禁止が提案され、2022年に発行されたPPW指令では、2030年までにすべての包装をリサイクル可能または再利用可能にすることが義務付けられ、2023年に発表された使用済み自動車(ELV)規制案では、新車でのリサイクル材料の使用を増やすことが提案され、新車には少なくとも25%のリサイクルプラスチックが含まれるべきであると明記されました。
これらの政策は、EUがプラスチックの削減、リサイクル、再利用の概念を推進していることを意味しますが、この一連の政策の実施により、生分解性プラスチック企業の生産能力拡大の計画も制限されることになり、生分解性プラスチックにはまだ将来があるのだろうかという疑問が生じます。
楊一湖氏は、カーボンニュートラルという文脈において、ポリ乳酸のバイオ由来原料は意義深く、価値が高いと考えている。そのため、ポリ乳酸のバイオ由来炭素固定と環境保護の利点をさらに活用すべきだ。一方では、ポリ乳酸を使った耐久性の高い製品、例えば長く使えるポリ乳酸文房具や、高光沢で高級感のあるポリ乳酸の陶磁器カップなどを開発・普及させるべきである。使用後のリサイクルを重視すべき。
「技術的な観点から見ると、ポリ乳酸のケミカルリサイクルはPETやTPUなどの他のプラスチックに比べて利点があります。ポリ乳酸はラクチドというモノマーを1つしか含まないためリサイクル後、ラクチド精製プロセスを再利用することで高純度ラクチドを得ることができる。経済的な観点からは、リサイクルされたポリ乳酸は、澱粉や砂糖の原料の一部を代替できる将来的には、ポリ乳酸の原料と人類の食糧をめぐる競争の問題をある程度緩和できる可能性がある」としている。
「リサイクルの観点から言えば、廃棄物の質3つの方向プロセス:産業廃棄物やその他の廃棄物をより良い品質で再粒状化することができます物理的リサイクル例えば、ボトルフレークは再造粒して繊維原料として利用したり、添加剤を加えてグレードダウンさせたりすることができます。使用・廃棄の過程である程度分解し、分子量が大きく低下した廃棄物は、リサイクルが可能です。化学リサイクル廃棄物はモノマーに分解され、再重合されてポリ乳酸が生成されるか、エタノールと反応して乳酸が生成されます。物理的または化学的にリサイクルすることが経済的に困難である非常に質の悪い廃棄物については、産業用堆肥化が利用できます。バイオリサイクル二酸化炭素と水に分解され、再び光合成に関与する。物理的リサイクルと化学的リサイクルを有機的に組み合わせたこの方法は、将来、ポリ乳酸生産における非常に重要な原料源となる可能性がある」と楊一湖氏は提案した。
今日、光華微耶年間5,000トンの生産能力を持つ化学リサイクルラクチドの生産ラインが工業化され、検証されました楊一湖氏は、今後、海外でもポリ乳酸化学リサイクルの生産能力を拡大する計画があることを明らかにした。
企業の発展過程において、イノベーションは避けて通れないテーマです。企業が一定の発展段階に達した時、既存事業の幅を広げ、新たな路線を開拓し続けるべきか、それとも産業チェーンの奥深くへ、下流へと事業を拡大し続け、新たな機会を模索すべきか。企業によって選択は異なります。光華維業は、水平展開と垂直深化を双方向に組み合わせ、市場をリードし、主導権を握るために、二つの主要路線を同時に発展させることを選択しました。
現在、光華維野は水平展開と垂直伸張を通じて、ポリ乳酸のグリーンクローズドループ産業チェーンにおいて自社技術、生産設備、販売ネットワークの配置を完了しました。技術配置の面では、光華維野は産業チェーン全体で100件以上の特許を申請しており、そのうち70件以上が認可されています。生産・販売レベルでは、国内外の双循環を構築するという発展戦略を重視し、東南アジアの人口ボーナスを活用し、ベトナムに生産製造拠点を建設し、欧米に「前店舗・後倉庫」を展開しています。国内では、エンジニアの配当を獲得し、研究開発投資と技術革新を強化し、武漢を華中地域の研究開発とマーケティングセンター、湖北省孝感をエンジニアリングセンターと3Dプリントとバイオマテリアルの生産センター、深センを華南地域の医療材料研究開発センターと電子商取引運営センター、常熟を華東地域のポリ乳酸繊維生産センターとして生産・販売ネットワークを形成しました。
※本記事の内容は「バイオベース・エコロジー」より転載したものです。