≪第35回複合材料セミナー≫

PAN系炭素繊維の現状と将来
2022年2⽉18⽇
三菱ケミカル株式会社
モールディングマテリアルズディビジョン炭素繊維セクター⻑安⿑ 政夫

本報告の内容1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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トピックス-炭素繊維について1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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1. 炭素繊維について / 種類、製造メーカー、外観
レギュラー・トウ
ＰＡＮ系(⼀般に24,000本まで)
ラージ・トウ

三菱ケミカル (旧三菱レイヨン)
東レ
帝⼈ (旧東邦テナックス)
HEXCEL, Solvay (旧Cytec), SGL,Zoltek, Formosa Plastics, 他(⼀般に40,000本以上)＊PAN＝ポリアクリロニトリル繊維

メソフェーズピッチ
ピッチ系
等⽅性ピッチ

PAN系炭素繊維（汎⽤グレード）

⾐料⽤繊維（3デニール）

三菱ケミカル（旧三菱樹脂）
⽇本グラファイトファイバー
Solvay (旧Cytec)
クレハ
⼤阪ガスケミカル

髪の⽑＊ピッチ＝コールタールピッチや⽯油ピッチ※炭素繊維は、直径5〜15μｍの細いフィラメント
⾐料⽤繊維や髪の⽑よりも細い繊維です。
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1. 炭素繊維について / その特徴

強い

強度〜7GPa

導電性

軽い

剛い

弾性率240~590GPa

⽐重約1.8

熱膨張⼩さい疲労しにくいX線透過性

51. 炭素繊維について / 機械的特性
炭素繊維
TR50S

ガラス繊維
E-Glass

アラミド繊維Kevlar 49

ステンレス鋼SUS304

ジュラルミン
A2024-T7

密度1.82

2.55

1.45

8.03

2.77

引張強度

4900

3430

3630

520422

引張弾性率

24074

13.1

19774

⽐強度

27.5

13.7

25.50.71.6

⽐弾性率

13.5

2.9

9.2

2.5

2.6(g/cm3)
(MPa)
(GPa)

(106cm)(108cm)6 ステンレス鋼に⽐べて、強度は約10倍、⽐強度(軽くて強い度合）は40倍

1. 炭素繊維について / PAN系炭素繊維の歴史
1879 エジソンが⽵を炭化して⽩熱電球の芯に実⽤
1961 ⼯技院⼤阪⼯試の進藤博⼠がPAN系CFを発明
1963 群⾺⼤の⼤⾕教授がピッチ系炭素繊維を発明
1965 UCC（⽶国）がレーヨン系炭素繊維を⼯業化
1970年代〜 PAN系CFを各社が⼯業化– 1969 コートルズ（英国、撤退）– 1971 東レ– 1972 ハーキュレス（現、ヘクセル、⽶国）– 1973 東邦レーヨン（現、帝⼈）– 1982 三菱レイヨン (現、三菱ケミカル)• 2000〜、 産業⽤途を中⼼に新規⽤途開発が顕在化• 2010〜、韓国・中国、等の新興勢⼒伸⻑

•••••

7トピックス-各社の⽣産能⼒、需要動向1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題
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2. メーカー各社の⽣産能⼒
メーカー

能⼒

帝⼈グループSGL

13,000場所

能⼒

Hexcel

14,900三島

6,400

DowAksa

3,500

5,100

Solvay3,400

ドイツ
サウスカロライナ

3,000

合計

14,500*

帝⼈・サウスカロライナ
3,000t/y新設

Zoltekメキシコ+5,000t/y増強へ(2022年）

東レ・サウスカロライナ
2,000t/y新設
東レグループ

東レグループ
三菱ケミカルグループ
帝⼈グループ

台プラ

8,750

暁星

4,000

中国ローカル

25,000

その他

3,250

合計

74,600

三菱ケミカルグループ

場所

能⼒

場所

能⼒

愛媛

9,300

広島

3,900

フランス

5,200

愛知

5,400

アメリカ

9,900

サクラメント4,000

韓国

4,700Zoltek

25,500

合計

54,600* 稼働計画中のものを含む*

エバンストン

1,000

合計

14,3009

トピックス-⽤途別動向1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

10 2020年末のPAN
系炭素繊維⽣産
能⼒は158,000tを推定
 コロナ禍で⼀部プロジェクトの中断有り
 2020年以降、中国での急激な拡⼤有り

出典︓⽇経新聞、CMCリサーチ、各社ホームページ
当社にて取り纏め3. ⽤途別動向 / ⾵⾞ (1) ⾵⼒発電導⼊⾒込み⇒2020-2025では年率4%強の伸びが⾒込まれる[出典︓GWEC-Global-Wind-Report-2021 より]

 オンショアー⾒込み この先5年の成⻑率；CAGR 0.3%
 79.8GW/年の導⼊が⾒込まれる 中国国内での⼀時的な導⼊スローダウン
 オフショアー⾒込み この先5年の成⻑率；CAGR 31.5%
 14.0GW/年の導⼊が⾒込まれる ヨーロッパ、⽶国及び⽇本や韓国などのアジ
アの主要市場における洋上⾵⼒発電の⽬標の増加
 化⽯燃料から再⽣可能エネルギーへの世界的なエネルギー転換
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3. ⽤途別動向 / ⾵⾞ (2) 発電効率向上のため、より⼤型化 ⇒炭素繊維の需要増加[出典︓German Offshore Wind Energy Foundation, HPより]

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3. ⽤途別動向 / ⾵⾞ (3) 我が国においても洋上⾵⼒発電の導⼊推進が計画されている
 特に2040年にかけて更なる導⼊が⾒込まれる[出典︓資源エネルギー庁資料 (今後の⽔素政策の課題と対応の⽅向性
中間整理(案) 2021年3⽉22⽇ より]

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3. ⽤途別動向 / ⾵⾞ (4) スパーキャップ ⇒⼤型化と市場拡⼤に貢献
⾵直発電ブレード⼤型化に伴い、ガラス繊維複合材料のみで製造した場合、ブレードのたわみにより、⽀柱にぶつかり破損につながる可能性が⾼くなる。その為、剛性の⾼い炭素繊維複合材料（CFRP）が必要となり、また軽量の為施⼯が容易として、⾵⼒発電向けの炭素繊維の採⽤が増加。これより2021-2025年の年間で年率15%程度の増加が⾒込まれる。
効率ﾀﾞｳﾝ

ぶつかる14

トピックス-⽤途別動向1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題
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3. ⽤途別動向 / 圧⼒容器 (1) よりクリーンなエネルギー源である天然ガスは従来の燃料と置き換えられるであろう 天然ガス⾃動⾞グローバル統計 2017-2018；CAGR 8.2%
 2018-2019；CAGR 6.1%
 2019-2020；COVID-19によるスローダ
ウン 2020-2021；CAGR 2.5%程度
 今後も順調な増加が⾒込まれる 天然ガス⾃動⾞(NGV)の増加[出典︓NGV Global News, May 22, 2020 より]

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3. ⽤途別動向 / 圧⼒容器 (2) ⽔素燃料電池⾞（FCV）は、輸送部⾨に於けるカーボンニュートラルに対し、実⾏可能な⻑期的解決策の1つ、2022年から2030年にかけて⼤幅な成⻑が⾒込まれる 但し、インフラ並びにFCV⾃体の供給が限られており、中期(2022〜2025年)的にはLNG/CNGをメインと考える企業が多い
 地域的にはEU(及び英国)と北⽶が⽔素⽀援の⽅針と戦略を採⽤、2022年〜2030年にかけて世界のFCV市場シェアが多様化すると予想
 最も成⻑するのはバスやトラックなどの⼤型商⽤⾞と予想される

 FCV導⼊⾒込み[出典︓フィッチ・ソリューションズGlobal Hydrogen FCV Outlook Strengthened, But
Medium-Term Challenges Emerge より]

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3. ⽤途別動向 / 圧⼒容器 (3)[出典︓⽇本⾃動⾞⼯業会資料 (2050年カーボンニュートラル実現に向けた省エネルギーの更なる深堀と課題・要望) 令和3年4⽉8⽇ より]

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3. ⽤途別動向 / 圧⼒容器 (4) 国内のFCV状況[出典︓資源エネルギー庁資料 (今後の⽔素政策の課題と対応の⽅向性
中間整理(案) 2021年3⽉22⽇ より] ⽔素ステーションは4⼤都市圏を中⼼とし、137箇所が既に営業開始、但し各種費⽤は⾼⽌まりしており、FCVの更なる拡⼤には、⼀層のコスト低減が必要
 インフラ整備はFCV拡⼤の⼀つのポイント
 これらが進めば、2021-2025年で年率 15%程度の伸びが⾒込まれる
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トピックス-⽤途別動向1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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3. ⽤途別動向 / ⾃動⾞ (1) 各国CO2排出規制強化
 ⽇⽶欧各国はCO2排出規制を強化
 エンジン燃費効率、EV化率に加え⾞体の軽量化が実現のカギ[出典︓諸外国における⾞体課税のグリーン化の動向(環境省)]

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3. ⽤途別動向 / ⾃動⾞ (2)NEDO委託研究「⾃動⾞軽量化炭素繊維強化複合材料の研究開発」（中間評価）分科会資料より

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3. ⽤途別動向 / ⾃動⾞ (3)
外板(Outer Panel
・HP-RTM
・PCM

外板(InnerPanel)
・CF-SMC
・PCM

エンジン
フード

圧⼒容器

燃料電池
(FC)

・CF
・Tow Prepreg

・GDL

トランクリッド

・SMC/HP-RTM
・PCM/PCM
・PCM/CF-SMC

エンジンフードルーフ

⼆次構造部材・CF-SMC・CF-SMC/PCM hybrid

構造部材

・HP-RTM・CF-SMC/PCM hybrid
・PCM

シートバック

内装部品

・RTM
・PCM
・CF-SMC・RTM
・PCM

ディフューザー

・HP-RTM・CF-SMC・CF-SMC/PCM hybrid23

3. ⽤途別動向 / ⾃動⾞ (4) ⾃動⾞⽤炭素繊維コンポジットの技術進展
 性能重視から⽣産性、低コスト重視、更に性能向上を⽬指す。
⾼少量⽣産⾞

⾼級グレード量産⾞

汎⽤グレード量産⾞

実⽤化済み《⽉産 １千〜５千台》《⽉産 1万台以上》

部材 性能 品質

熱硬化性樹脂マトリックス
オート
クレーブ

内圧
成形

オーブン
成形

PCM

ハイブリッド….

プリプレグプレス
成型

・PCM-SMC
・メタル-SMC

RTM/HP-RTM
CF-SMC

技術の⽅向︓ 量産性、低コスト、成型性
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熱可塑性樹脂マトリックス①連続繊維強化②短繊維強化⾼3. ⽤途別動向 / ⾃動⾞(バックドアー) Carbon Sheet Molding Compound 成形性、⽣産性に優れたC-SMC
 ランダムチョップベースのシート状易成形性ハイサイクル材料
 ⾼流動性のため賦形性に優れ⽴体複雑形状が可能
 部材統合によるコスト低減可能、成形時廃棄材が少ない
 低⽐重；アルミニウムに対し25%以上の軽量化可能
253. ⽤途別動向 / ⾃動⾞(バッテリーケース)
 持続可能な開発⽬標が達成されると仮定した場合、以下を推定
 70百万台 @2025 230百万台 @2030
 全世界に於けるEV⽐率は12%程度に達すると推定される
 EVに於いても軽量化は⼤きなポイント EV導⼊⾒込み
Global EV stock by mode in the Sustainable
Development Scenario, 2020-2030[出典︓Global EV Outlook 2021, Prospects for electric vehicle deploymentより]

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トピックス-⽤途別動向1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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3. ⽤途別動向 / 航空機 (1) 航空機分野におい、炭素繊維複合材料（CFRP）は機体軽量化による燃費効率向上のための不可⽋な素材
 主翼・胴体等の⼀次構造材から座席・フロアパネル等の⼆次構造材に⾄る幅広い⽤途に使⽤されており、今後もエンジン部位など新しい⽤途への展開も期待 ファンの⼤型化を可能にするための素材として軽量かつ⾼強度な性能を持つ炭素繊維複合材料（CFRP）を使⽤
 構造案内翼で翼部材と構造部材を⼀体化することで更に軽量化
 ファンの直径を⼤型化した先進ギアシステ
ム「Geared Turbo Fan」によりファン回転数の減速ができ，⾼い推進効率と騒⾳の低減を実現

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3. ⽤途別動向 / 航空機 (2) ⿃衝突に耐え得る耐衝撃性能と⽣産性を両⽴する熱可塑性樹脂CFRP
 ⾮常に⾼い耐衝撃性能を⽰した当社中弾性炭素繊維は、熱可塑性樹脂CFRPに使⽤され⾼い⽣産性も実現することでPW1100G-JM構造案内翼に採⽤、現在量産供給中


COVID-19の影響より、2020-2022年は2019年を下回るものと考えますが、2023年以降は回復が⾒込まれます
2025年に掛けては更なる伸⻑が想定され、これより2021-2025年で年率 10%程度の伸びが⾒込まれる

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トピックス-⽤途別動向1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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3. ⽤途別動向 / その他 (1) プロペラ CFRPプロペラで⾼燃費と居住性向上を実現
 CFRPプロペラは三菱ケミカル物流（株）保有の船舶に搭載、環境に配慮した輸送を実現
 炭素繊維複合材料（CFRP）は従来の銅合⾦よりも軽量で⾼強度、プロペラの⼤直径化に貢献
 ブレードの根本が硬く、先端を柔らかくする設計
によって、急激な変動（急発進、荒天航海）の負荷を低減
 航⾏時の真空波（キャビテーション）の発⽣を抑制することで、推進性能アップ

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3. ⽤途別動向 / その他 (2) 既存構造物の補修・補強

 炭素繊維による既存構造物の補修補強は、阪神淡路⼤震災をきっかけに、現在では鉄、コンクリートと同様に⼀般的な補修補強材料として認知、広く国内既存インフラ構造物の維持・補強に活⽤されている
 炭素繊維シート「リペラーク」が、⼯事の簡素化、短納期化を可能に
 予め⼯場成型した炭素繊維複合材料（CFRP）製品でインフラ構造物の補修補強が可能に

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トピックス-カーボンニュートラル化に向けて
1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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4. カーボンニュートラル化に向けて 昨年11/13に終了したCOP-26に於いて、『1.5℃⽬標の公式⽂書への明記』がなされた
 これに対して産業界でも様々な対応を要す状況
 以下は⾃動⾞⼯業会に於ける取組み案

材料に対する要求もあるものと考える[出典︓⽇本⾃動⾞⼯業会資料 (2050年
カーボンニュートラル実現に向けた省エネルギーの更なる深堀と課題・要望) 令和3年4⽉8⽇
より]
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4. カーボンニュートラル化に向けて
 従来の「採って、作って、使って、廃棄する」という⼀⽅通⾏のリニアエコノミーから、リサイクルを含む資源の有効活⽤や再⽣可能原料の使⽤などをはじめとするサーキュラーエコノミー（循環型経済、以下CE）への移⾏
 更に炭酸ガス固定などを含むカーボンニュートラル化へ展開
 炭素繊維協会委員会としても『CFサステナビリティビジョンWG』を設置、CO2削減、カーボンニュートラル化に向けたビジョン策定を進めている
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4. カーボンニュートラル化に向けて / 三菱ケミカルの場合
LCA

CF

リサイクル材• サステナブル材料適⽤他原料、開発

製造

リサイクル材提供

・カーボンフットプリントに優れた製品を開発・提供

使⽤

回収とリサイクル• クリーンエネルギーへの転換• 製造時廃棄物削減• モビリティー、エネルギー、スポーツ分野等への商品提供で、GHG削減と快適⽣活を実現
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4. カーボンニュートラル化に向けて / MCCグローバル拠点

愛知研究所 愛知事業所
広島研究所 広島事業所
滋賀研究所 ⾹川事業所
三重研究所

Mesa

炭素繊維、プレプレグ他各種中間品、各種成型品と試作
将来計画︓• リサイクル炭素繊維⽣産• リサイクル炭素繊維を活⽤した各種中間品⽣産
・ 植物由来製品⽣産

炭素繊維、プレプレグ他各種中間品、各種成型品と試作リサイクル炭素繊維⽣産、中間品⽣産

炭素繊維、プレプレグ他各種中間品、各種成型品と試作リサイクル炭素繊維⽣産、中間品試作

将来計画︓• リサイクル炭素繊維を活⽤した各種中間製品、成型品⽣産• 植物由来製品⽣産

将来計画:• リサイクル炭素繊維を活⽤した各種中間製品、成型品⽣産• 植物由来製品⽣産

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トピックス-まとめと今後の課題1. 炭素繊維について
2. 各社の⽣産能⼒、需要動向
3. ⽤途別動向① ⾵⾞② 圧⼒容器
③ ⾃動⾞
④ 航空機
⑤ その他
4. カーボンニュートラル化に向けて
5. まとめと今後の課題

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5. まとめと今後の課題
1. ⾵⼒発電に於ける旺盛な需要は引続き、炭素繊維活⽤の更なる伸⻑が⾒込まれる。
2. 圧⼒容器⽤について、コロナ禍での⼀時的な需要減は有ったものの、『カーボンニュートラル化』の需要の下、CNG並びに⽔素圧⼒容器共に伸⻑が期待される。
3. ⾃動⾞⽤途についてもコロナ禍の影響は有るものの、CO2排出の低減のためのCFRP活⽤による軽量化が期待され、今後の伸⻑が期待される。但し、⾃動⾞での使⽤拡⼤のためには、素材並びに加⼯⽅法を含めたコスト低減が重要である。
4. 航空機についてはコロナ禍の影響が⼤きく、2023年頃の回復が⾒込まれるが、その後は順調な回復が期待される。
5. その他の⽤途についても、『カーボンニュートラル化』に対する需要により、更なる伸⻑が期待される。
6. 更なる炭素繊維伸⻑の為にはリサイクルを始めとする『サーキュラーエコノミー』の推進、更にその先にある『カーボンニュートラル化』への取組みが必須である。
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