関東森林研究論 文72-1(2021)

釜石・大槌をモデル地域とした
セルロースナノファイバーを地域で製造・活用するシステムの課題
下川知子・眞柄謙吾
森林総合研究所
要旨：国産材の持続可能な利用システムを構築していくためには、端材等低質な木質バイオマス資源に新たな用途を見出し，木材生産地域が利益を確保する必要がある。木材から得られる新素材であるセルロースナノファイバー(CNF)へ着目し，CNF を地域で一貫製造して利用するシステムを，既存の「地域内エコシステム」へ組み込む場合の課題について調査した。針葉樹材の生産量が多い岩手県釜石・大槌地域をモデル地域とし，年間乾燥重量で 52 t の CNF 製造を想定した。該当地域では，生産される木質バイオマスの大半が木質バイオマス発電へ使用されていることから，この既存システムと協業した資源確保が必要と考えられた。また，CNF を利用した新しい素材産業を創出していくために，地域の企業と連携し，事業推進へ向けた産官学協力体制を確立する重要性が示された。
キーワード：セルロースナノファイバー，国産材，地域内エコシステム，木材チップ，スギManufacturing and utilization of cellulose nanofibers using the Kamaishi/Otuchi region model
Tomoko SHIMOKAWA , Kengo MAGARA
Forestry and Forest Products Research Institute
Abstract: Utilization of low-quality woody resources, such as timber offcuts, and secure profits for timber-producing areas isimportant for the sustainable use of domestic wood resources. Cellulose nanofibers (CNFs) are considered attractive new materials
and can deliver additional value to these low-quality woody resources. We developed a manufacturing system for CNFs fromdomestic wood chips and investigated the challenges that may arise when incorporating such systems into a “regional ecosystem,”
which is an advocated sustainable system in local areas. As a model region, we studied the Kamaishi/Otuchi area in the Iwate
prefecture because of its large softwood production and researched the compatibility of a CNF manufacturing system with its annual
production scale of 52 tons. Most of the woody biomass produced in the region was used for existing woody biomass powergeneration, demonstrating the importance of securing woody resources in collaboration with biomass power generation. In addition,
we showed the importance of collaboration with local industries and industry–government–academia cooperation to create new,added value using CNFs.
Key-word: Celluose nanofiber, Domestic wood resources, Regional ecosystem, Wood chips, Sugi

Ⅰ はじめにが低く，これら低質材に価値を付与して新たな用途を開

国内森林資源の蓄積に伴い，国産材利用の需要拡大が発していくことが必要である。

求められている。国産材を伐採して利用し，得られた利木質資源から得られる新たな付加価値素材として，木益で新たな造林を達成することによって形成される，国材繊維をナノレベルにまで解したセルロースナノファイ

産材の持続的な利用システムを構築していくためには，バー(CNF)が注目されている。CNF の有する，軽量高強木材を建築用材として利用していくだけではなく，エネ度かつ高粘度等の特徴的な性質を利用した製品開発が，ルギー及びマテリアルとしても利活用していくことが重

製紙企業を中心として広範な産業分野で進められている。

要である。木材利用の過程では，利用しやすい A 材・B

森林総合研究所では，中小規模で集積されるために大手材以外に小径材や曲がり材，端材等の低質材が生じる。

製紙企業が取り扱わない，身近な森林資源を原料として，低質材は主に燃料用材として利用されるために取引単価

中山間地域でも CNF を一貫製造可能とするプロセスを－141 －（受理日 2021 年 1 月 25 日）

開発した(4, 6)。この一貫製造プロセスでは，水性塗料や切削チップから CNF への収率を 40%，スギチップの容樹脂への混合など，それぞれの用途に適した物性の CNF

積重を 0.35 t/m3 と仮定した場合，約 371 m3/年となった。

を製造可能である。このプロセスによりスギチップから次に，岩手県釜石・大槌地域における木材の既存量や調製した CNF を用いて，耐候性の向上した木材塗料など木材利用の現状を調査した。同地域は平成 28 年度のデの利用方法を提案してきた(1,4)。CNF の一貫製造を中山ータで，区域面積約 64,000 ha のうち 89%を森林が占め間地域で実施し，最終目的である国産材の持続可能な利た。
森林資源量の目安となる立木の材積である蓄積量は，用システムの構築と地域産業の活性化につなげるために

約 9,800,000 ㎥（民有林），その約 75%がスギ，アカマツ，は，解決すべき課題が多いと考えられた(2)。そのため，カラマツ等の針葉樹であり（図１），聞き取り調査ではス

この課題をより明らかとするために，モデル地域を設定ギ材の取扱いが主とのことであった。

して課題抽出を行うこととした。モデル地域には，原材料として取り扱ってきたスギを多く産出し，地域の産業育成センター等の取り纏めによる産官学連携体制の構築が可能と考えられたことから，岩手県釜石・大槌地域を選定した。このモデル地域における森林資源利用の現状を明らかにし，そこへ CNF を地域で製造・活用するシステムを組み入れて，事業として成立させるための課題の抽出と整理を行った。
図1. 釜石・大槌地域における民有林蓄積量（㎥）
Ⅱ 地域内エコシステムの定義と調査

Fig.1 Stock of privately owned forests in the

１．地域内エコシステム 森林資源をエネルギーやマKamaishi/Otuchi region.

テリアルとして地域内で持続的に活用するためのシステ
ムとして，農林水産省及び経済産業省による「地域内エ釜石・大槌地域における森林の整備・伐採・運搬を実コシステム」が提示されており，2017 年（平成 29 年）7施しているのが釜石地方森林組合であり，年間を通して月に報告書「「地域内エコシステム」の構築に向けて」が伐採を行っている。同森林組合の一般材及びバイオマス取り纏められた(7)。
「地域内エコシステム」は，森林資源取扱量は増加傾向にあり，令和元年度は販売取扱量をエネルギーやマテリアルとして地域内で持続的に活用31,000 ㎥が目標であった。この数値に示されるように，するため，その担い手確保から発電・熱利用に至るまで蓄積量に比べて取扱量はそれほど多くなく，新たな利益を網羅したシステムであり，地産地消型の持続可能なシにつながる需要の創出によって，取扱量のさらなる増加ステムが成り立つ規模の集落において地域関係者の協力が期待できた。CNF 製造の原材料には端材が考えられ，体制を構築し，地域へ還元される利益を最大限に確保す

その平成 30 年度取扱い数量は，生重量で 11,265 t であること等が同システムのあるべき方向として示されていり，現状では大部分がバイオマス発電へ利用されていた。

る。この，「地域内エコシステム」の考え方に沿って CNF生産されたすべての端材は，そのつど各事業者に納品さを出口とするマテリアル利用を推進していくために，モれており，余剰分の保管はしていないとのことであった。

デル地域の森林組合や地域産業育成センターから聞き取

従って，原料調達におけるバイオマス発電との競合が想り調査を行った。CNF 製造を含めた地域内エコシステム定されたが，聞き取り調査の結果，今回想定する CNF 製の構築に向けた最終的な課題の取り纏めは，日本エヌ・造規模で必要とされる端材の量は，全体取扱数量と比較ユー・エス株式会社に委託した。

して少量であるために，安定供給は可能との見込みが得

２．釜石・大槌地域での森林資源調達の現状と課題られた。

最初に，モデル地域へ導入を検討する CNF 製造プロセス

モデル地域にはバイオマス石炭混焼発電所があり，端として，CNF を乾燥物重量で年間 52 t 製造する規模を想材利用量の今後の増加が見込まれた。この大型のチップ定した(3)。この製造規模は，水性塗料を例にすると，平

需要用に加工される既存のチップ流通システムとの連携

成 29 年度における水性塗料の国内生産量である 43 万を考える場合，チップの種類が CNF 製造で使用してきたt(5)のうち，約 1.5%に現在開発中の CNF 配合木材用下塗切削チップに限らないこと，また，製造されるチップにり塗料が採用された場合に必要とされる CNF の推定量

該当地域以外の木材が混入する可能性のあることが留意である。
52 t の CNF を製造するために必要な木材の量は，－142 －

関東森林研究72-1(2021)

ムに導入する必要がある。これは，中心となる CNF 事業点として挙げられた。
３．一貫製造プロセスによる CNF の課題 CNF の開発者の意向により判断し，場合によっては破砕チップに対検討を実施している企業は，そのほとんどが製紙会社の応した CNF 製造技術の開発が求められる。二つ目は，主パルプを原料とした CNF を使用している。製紙企業が自体的に CNF 事業に関わる団体の不在である。想定した地社事業所に CNF 製造ラインを設置し，関連会社や社外メ域では，CNF 製造事業を主体的に請け負う事業者や，ーカーとの共同開発により商品化を行っているため，CNF の出口戦略などを先導する団体が存在しない。そのCNF または CNF 製品の販売は，製紙企業を中心に実施ため，CNF 事業者候補の決定が必須である。三つ目の課されている。現状では，木材チップを原料としてパルプ題として，技術開発元の森林総研との連携が挙げられる。

化工程を含む CNF 製造を独自に行っている例は，見当た

現在，地域材より得られる木材チップからパルプ化を経らない。このような状況下，CNF を材料として活用できて CNF を製造している団体が存在しないことから，技術る地域企業が少ないことから，CNF を地域で製造したとを有する森林総研が CNF 製造事業のイメージについてしても，安定的な CNF 供給先を地域外に見つける必要が正確な情報を伝える必要がある。加えて，地域行政が主ある。モデル地域の釜石・大槌地域では，新産業創出に体的に CNF 事業に関与する際，技術開発元からの情報提対して地域連携を実施した実績から，新規事業の地域連供や地域との対話が必須になると考えられるので，その携は可能と思われた。しかしながら，現時点で主体的に場合，地域行政内に CNF や事業化支援に特化したコーデCNF 製造及び開発に取り組む企業が存在しないため，今ィネータが必要と考えられる。

後，CNF に関与できる企業と確実な出口創出を行う必要性が示された。

Ⅳ まとめ

４．CNF を地域振興に用いる取り組み事例 地域内エ本調査研究より，釜石・大槌地域に限らず，スギチッココシステムの定義の一つである規模については，「地産プが調達可能な地域であれば，CNF 製造を組み込んだ地地消型の持続可能なシステムが成り立つ規模の集落」と域内エコシステムは成立するポテンシャルを有しているされている。また，「行政（市町村）が主体となって，地ことが示された。しかしながら，国内のどの地域で検討

域産業，地域住民など，地域の全ての関係者の協力体制する場合でも，表１に示す課題はつきものであると考えを構築する必要がある。
」と示されている。この記載にあられ，特に CNF 事業の請負先および販売先の開拓は必須

るように，持続性のあるシステムを構築するためには，といえる。CNF 自体がこれからも市場拡大を期待される行政（市町村）の協力体制が必須である。そこで，行政素材であることから，用途開拓は既存各社との競争環境が主体となって CNF に対する取り組みを行っている事にある。その中で，相応のスピード感で社会実装を進め例として，静岡県富士市，岡山県真庭市の情報を収集していくためには，コンソーシアムを設立するなどの取りた。これら事例にみられる共通の特徴として，産官学連組みを通して，参画事業者に具体的な役割，スケジュー携促進に向けた，CNF 関連の研究会やプラットフォームルの設定を行い，事業開発を行うことが望ましい。
また，の設立，県内外を含む実証事業の採択，独自予算等を活

これまではプロダクトアウト型の開発がメインであった用した補助制度の運営があり，CNF 関連情報の普及を目と考えられるが，エンドユーザーとの対話に力を入れる的とした技術セミナーや展示会等の開催，さらに，専門マーケットイン型の開発にシフトすることで,CNF 販売コーディネータの配置等がなされていた。地域行政や企先の確保を行っていくことが重要である。そのため，事業，大学等の連携が密であり，多彩な取組が行われてお業の構築にあたっては，技術開発元と事業実施団体が密り，産官学の強固な連携の重要性が確認された。

接な情報交換を行い，事業実施地域の既存企業と連携しながら進めていく必要がある。当該技術は，地域のスギ

Ⅲ CNF 製造を含む地域内エコシステム構築に向けた材から CNF を一貫製造可能であるため，経済性や実施体課題

制面がより改善された場合には，地域材を用いた新産業以上の調査から，CNF 製造を含む地域内エコシステムの成立に向けて整理した課題を表１に示す。その結果，創出の機運が高まっている地域において実施が期待できる。

主に三つの課題が明らかになった。一つ目は，地域で得られるチップへの対応である。既存システムで破砕チッ

謝辞：本論文は，令和元年度木材需要の創出・輸出力強プが主に使用されている場合，CNF 製造技術を破砕チッ化対策のうち「地域内エコシステム」構築事業のうちプ原料に対応させるか，切削チッパーを CNF 製造システ

木材のマテリアル利用技術開発事業「地域材を活用した－143 －表１． CNF 製造を含む地域内エコシステム構築に向けた課題
Table 1 Challenges for building a regional ecosystem, including CNF manufacturing
項目該当プロセス課題既存バイオマス既存量・CNF 製造を含む地域内エコシステムにおける，将来的なバイオマス需要量のシステム

予測と供給可能性の検討
伐採・運搬

・地域内エコシステムによる利益還元方法の検討

CNF

地域材チップの調・既存システムで利用しているチップ，例えば 5mm 以下の破砕チップへの対システム

達・利用

応（製紙用切削チップは 3×3×0.5cm 程度）

CNF 製造技術

・調達可能な原料チップへ対応するための改良・最適化
・他の CNF との差別化（CNF の高付加価値化）

CNF 製造事業者

・中心となる CNF 事業者の意向確認
・CNF 製造を行う機器を導入する敷地の確認・CNF 製造事業者の事業計画策定

CNF の販売・供給

・CNF 販売，輸送方法の検討
・地域外における CNF 販売の販路開拓，販売先への営業方法の検討

協業

行政システム・行政を主体とした CNF 用途開発対応の意向確認
・幅広い業種を集めた CNF 研究会の開催
・地域内エコシステム形成後の，継続的な支援の実施

地域企業

・CNF に関する情報収集，技術開発元との情報交換

大学・研究機関・想定される CNF 用途に関連する研究者等を交えた産官学の意見交換

CNF 製品販売

・販路開拓や営業などを担う事業者の検討

地域内エコ技術開発元（森林総・CNF 製造事業者，CNF 利用事業者を対象とした情報提供資料などの作製

システム研）

・既存システムで利用されているチップ等に対応した CNF 製造技術の開発（全体）
セルロースナノファイバーの利用技術開発」の一環としノファイバーの利用技術開発．第 4 回ナノセルロース展て実施したものであり，釜石・大槌地域産業育成センタ

セミナー資料集，ナノセルロースフォーラム事務局，76-ー，釜石地方森林組合等，関係各位に謝意を表します。

82(４) 森林総合研究所 第 4 期中長期計画成果 29 (2019)引用文献

地域森林資源から製造するセルロースナノファイバー．

(１) 石川敦子・片岡厚・大木博成・何昕・伊藤拓美・下

森林総合研究所, 17pp

川知子・林徳子・眞柄謙吾・小林正彦・神林徹・木口実(５) 日本塗料工業会 (2018) 平成 29 年度（4 月～3 月）(2019) 酵素・湿式粉砕処理により製造されたセルロース

塗料生産・販売（出荷）・在庫数量及び平均単価表．

ナノファイバーを配合した塗料の性質．木材保存, 45(2):https://www.toryo.or.jp/jp/data/files/h29_4-3r.pdf，2020

68-76

年 10 月 5 日閲覧(２) 下川知子・真柄謙吾・野尻昌信・久保智史・戸川英(６) 眞柄謙吾 (2016) セルロースナノファイバー製造

二・木口実・林徳子 (2017) 国産材由来セルロースナノフ

技術実証事業．生物資源 10(3): 2-13

ァイバーに求められるもの ―市場調査報告― 森林総合

(７) 木質バイオマスの利用促進に向けた共同研究会

研究所研究報告 16(1): 13-27(2017) 「地域内エコシステム」の構築に向けて～集落を(３) 下川知子 (2019) 地域材を活用したセルロースナ対象とした新たな木質バイオマス利用の推進－

144 －