No.49

2013.10

GSCN は化学技術の革新を通して「人と環境の健康・安全」を目指し，持続可能な社会の実現に貢献する活動を推進する組織です
GSCN was established in 2000 to promote research and development for the Environmentand Human Health and Safety, through the innovation of Chemistry.

GSCの理念を世界共通の行動規範・倫理へ
Let Principles of Green Sustainable Chemistry be
the Common Global Code of Conduct and Ethics
公益社団法人
会長

石油学会

山田豊

去る2013年６月、大阪にて「化学がつくる未来社会-人類の永続的な発展のために」をテーマに、産学官が集う『第２回JACI/GSCシンポジウム（第13回GSCシンポジウム）』が開催されました。化学研究者・技術者が、将来にわたり社会の持続的発展と国民生活の向上を担うためには、化学に係る者の社会的責任を自らの課題として、グリーン・サステイナブル
ケミストリー（GSC）の理念を追求することが不可欠になっています。
化学技術の革新は経済の発展を促し、私たちの快適な生活実現・向上にも大きく貢献してきました。しかし一方では、その発展に伴う「負の影響」も生み出しました。今、世界のグローバル化が進み、私たちが地球上の共同体の一員として生きて行くためには、グローバル共通のルールを定め、守って行く重要性も増しています。健康で安全な生活環境を将来にわたって持続的に守るためには、化学に関わる全ての人の倫理・行動規範として、GSCの理念をグローバルに実践することが必要だと思います。
世界の国や地域には大きな経済格差もあり、GSCの理念と社会の現実とのギャップもあります。そこにはエネルギーの選択肢における、費用効果と環境保護との二律背反に似た難しさもあるでしょう。しかしGSCNのロゴが示す「太陽・大地・水」は地球に住む人々への共通の恵みであり、生きて行く源です。私たちは未来へこの地球を受け継ぐ責任を果たすため、地球の恵みを守るGSCの理念が優先されるような、世界共通の仕組み造りにチャレンジする必要があります。
私ども石油学会は、多様な資源を如何に最適化して有効活用するかと言う世界的な課題の中で、改めて石油ならではの重要性、即ちエネルギー源としてはもとより様々な物質の源である石油、を再認識し、GSCの実践をモットーに「石油を使って未来につなぐ」道への貢献を目指しています。

GSCN については URL http://www.jaci.or.jp/gscn/ をご覧ください。

No.49

環境負荷低減に貢献する炭素繊維複合材料
東レ株式会社

研究開発企画部部長

北野 彰彦「軽くて強い」炭素繊維複合材料は、省エネなど環境負荷低減に貢献することから、航空機や自動車の構造材料としての地位を築きつつあります。以下では、日本生まれ、日本育ちの炭素繊維を使った炭素繊維複合材料の特徴を紹介します。
り、上空での機内圧力や湿度を地上並に設定することが可能なことから、より快適なフライトが楽しめるようになります。

１．炭素繊維複合材料とは
航空機や自動車に使う炭素繊維は、ポリアクリロニトリルを原料とするPAN系炭素繊維であり、日本で発明され、日本で初めて工業生産化されました。
2011年の時点で日本は、世界の炭素繊維市場の約70％のシェアを有しています。
炭素繊維複合材料は、炭素繊維（繊維直径は約５μm）と樹脂（主にエポキシ樹脂）を複合化した不均質材料で、CFRP（Carbon Fiber ReinforcedPlastic）と呼ばれます（図１）。

図１

２．CFRP製航空機・自動車のLCA（ライフサイクルアセスメント）
航空機や自動車の環境負荷の定量評価法としてLCA（Life Cycle Assessment）が用いられます。
図３は、炭素繊維協会による試算結果です。
民間ジェット機を標準的に国内運行する場合、機体素材の製造から機体の廃棄に至るまでの総CO2 排出量のうち、運用中に排出される割合は実に99%を占めます。炭素繊維協会の試算によれば、CFRPを機体構造重量の50%に適用し、従来機対比20%の軽量化を見込むボーイング787の国内運行をモデルとした場合（図３左）、１機あたり年間で2700トンのCO2 削減効果が期待できます。国内ジェット旅客機全てが同様の軽量機体となった場合、年間120万トンのCO2 削減が可能です。
自動車におけるLCA試算の結果も、航空機同様大幅な省エネが期待できます（図３右）。また、電気自動車の場合、車体を軽量化することで、搭載するバッテリー（重量）を低減でき、かつ、モーターの容量も小さくできるため、軽量化による経済効果はガソリン車同等以上の経済効果があると言われています。

炭素繊維複合材料（CFRP）

CFRPは、炭素繊維と樹脂の特徴を受け継ぎ、以下の特徴を有しています。
・比強度（強度／比重）、比弾性率（弾性率／比重）が大きい（図２）・疲労強度に優れる
・熱膨張係数が小さい（寸法安定性が良い）・錆びない・導電性がある
比強度とは、強度を比重（密度）で割った値であり、物理的には、自分で自分の重さを支えられる最大長さを示します。CFRPの比重は約1.6で極めて大きな軽量化効果が得られます。
炭素繊維複合材料は金属より耐久性に優れ（疲労しにくい）、錆びない（湿度に強い）という特長があり、たとえば航空機では、機体の窓を大きくした航空機
従来航

３．今後の課題環境素材であるCFRPを普及させて「省エネ効果」を増大させるためには、CFRPの生産性向上とさらなる性能向上が課題となっています。炭素繊維は日本が世界をリードしており、これら課題に産官学が連携して取り組めば、国際標準化を含め世界をリードする確固たる技術体系を構築することが可能と考えます。
従来空機
素材製造
走行

部品組立
廃棄CF
合計：368kt

0100
組立：3,000t
素材製造：900t

200300▲2,700t CO2削減／（機・年）

図３RP

削減効果：16％

動自車

合計：31.5t

素材製造
部品組立
走行廃棄動車合計：26.5t

400＊廃棄＝0tCO2 [103t/（機・10年）]

各種材料の比強度と比弾性率

自合計：395kt

C航 FRP
空機

図２自動車削減効果：7％

組立：3,800t
素材製造：700t

010203040

CO2 [t/（台・10年）]▲0.5t CO2削減／（台・年）

航空機と自動車のLCA（炭素繊維協会モデル)

No.49自己治癒材料が拓くグリーンイノベーション
Advanced green innovation discovered by self-healing materials
横浜国立大学

大学院工学研究院

准教授

中尾航

Wataru NAKAO, Associate Professor, Yokohama National University

自己治癒材料の一つである長繊維強化自己治癒セラミックスは、酸化物繊維束、酸化物母材、非酸化物界面層から成り、極めて高い自己治癒性を有している。この優れた自己治癒性は、過大負荷の発生確率を考慮しなければならなかった既存のセラミックス材料と異なり時間依存型の使用寿命を長繊維自己治癒セラミックスに与える。よって、長繊維強化自己治癒セラミックスは、既存のタービンブレードのセラミック化を実現することが可能であり、最新のジェットエンジンに比べ15%の燃費向上が可能な次世代ジェットエンジン開発を可能とする。

=き裂の誘導＋高破壊抵抗

O2（き裂）自己治癒=分枝(+主)き裂の再接合=界面層の高温酸化酸化物繊維束

図１

酸化物母材酸化生成物

長繊維強化自己治癒セラミックスの模式図

過大負荷

き裂分枝

過大負荷

非酸化物（自己治癒エージェント）
界面層

ックスは、異物の衝突や熱衝撃などの過大な負荷を被ると、容易に破壊に至る。これは、き裂進展に対する抵抗値が極めて低いために、過大負荷により発生したき裂が瞬時に部材を貫通することによる。このように、セラミックス部材の使用寿命は過大負荷の発生により唐突に尽きるため、機械的信頼性が極めて低い。さらに、炭化ケイ素系長繊維強化セラミックスのように、き裂進展抵抗を高めたセラミックスであっても過大負荷が繰り返されることによって、最終破壊に至ってしまう。これに対し、shFRCは、過大負荷により一度強度が減じても材料が自発的に強度を回復するため、自己治癒性が消滅するまで高い信頼性を有したまま使用することが可能である。
極めて高い機械的信頼性を有するshFRCは、超低燃費ジェットエンジンの開発という大きなグリーンイノベーションを実現することができる。ジェットエンジンの燃費向上は、燃焼ガス温度（タービン入口温度）の上昇により達成されてきた。これは、基材の耐熱化だけでなく、冷却翼やセラミックス遮熱コーティングの採用などによるタービン翼基材の冷却技術の発展が大きく寄与している。一方で、燃焼ガス温度の上昇は、燃焼ガス中のNOx濃度を上昇させる。したがって、環境配慮の面からもこれ以上の燃焼ガス温度の向上は難しい。これに対し、shFRCを用いてタービン翼のセラミックス化を実現すれば、タービンの無冷却化と約22％のエンジン軽量化を同時に達成することができる。これにより、燃焼ガス温度を上昇せずとも、最新鋭ジェットエンジン比べて約15％の燃費向上が可能であり、我が国の総排出量の半分相当のCO2 排出削減効果を達成することができる。
shFRCは、タービ強度
ン翼以外にも数多く自己治癒の応用が可能な潜在高き裂
長繊維強化
自己治癒能力を秘めた材料で 進展抵抗セラミックスある。読者の皆様に長繊維強化も、この機会に本材セラミックス
モノリシック料に興味を持ってい× セラミックス
ただければ幸いであ使用時間る。
図２ 長繊維強化自己治癒セラミ
過大負荷

自己治癒性とは、生物と同じように被った損傷を材料が自発的に修復し機能を回復する能力（もしくは機能）であり、特に構造・機械部材に適応する場合、その使用寿命および信頼性を飛躍的に向上することができる。構造・機械部材となる自己治癒材料では、治癒すべき損傷はき裂であり、き裂を接合する接着剤の役割を担う自己治癒エージェントを材料中に内包している。き裂の発生により、自己治癒エージェ
ントがき裂内に流出し、き裂表面で化学反応を生じることでき裂を接合し強度を回復する。
著者らが開発中の酸化物系長繊維自己治癒セラミックス（shFRC）は、酸化物繊維束、酸化物母材、非酸化物界面層から成り、人体の骨のような構造（図１）を有している。非酸化物界面層は自己治癒性を発現する本材料で最も重要かつ特徴的な構成要素である。き裂発生によって、き裂面上に存在する界面層は外気と接触することになり、構成物質である非酸化物が酸化し、その酸化生成物と反応熱によって分枝き裂および主き裂（分枝する前のき裂）を再接合する。さらに、この非酸化物界面層には、進展するき裂を繊維束方向へ分枝させる機能も併せ持っている。分枝き裂面間では摩擦が生じ大きなき裂進展抵抗を作り出す。さらに自己治癒が効果的に発現するためにき裂を界面層へ誘導している。これにより、
shFRCは高い自己治癒性を発現することができる。
shFRCは、金属材料と同じような時間依存型の使用寿命（図２）を有しており、使用寿命に過大負荷の発生確率を考慮しなければならなかった既存のセラミックス材料とは一線を画した高い機械的信頼性を有している。脆性材料として知られているセラミックスの強度の経年劣化

No.49

第６回 GSC国際会議参加報告（JACI）川合 浩司
２年ごとに開催されているGSC国際会議の第６回会合（６th International Conference on Green andSustainable Chemistry（GSC- ６））に参加しました（開催期間：2013年８月４日～７日；場所：英国・ノッティンガム市・University Park Nottingham；
全発表件数（口頭、ポスター）：230件、参加者：約300名 ）。GSC- ６ は、 国 際GSC会 議 で 著 名 な
Notthingham大 M．Poliakoff教授がオーガナイズされました。会議は、活発な議論が交わされ、大変盛況でしたが、基調講演、招待講演、一般講演ともに研究に関する発表、特に、新規合成法、触媒、プロセス等に関わる講演が主体であり、商品化、製品を意識した講演が少なかったのはやや残念でした。
参加者もほとんどが大学の研究者で、産業界からの参加は少なく、この点では、JACI主催でわが国で６月に開催されたJACI/GSCシンポジウムとは趣き講演会場が異なりました。日本からは、ポスター発表を含め34名の大学、国研の方に発表していただきました。
筆者は、JACIおよびGSCNのミッションと活動、特に日本のGSC国際連携活動を運営委員会等の場で紹介し、改めてその認知度の向上に努めました。また、ポスター発表者としてJACIから参加を支援したSTGA受賞者と現地学生との交流会を企画・実施しました。海外における交流の機会が少ない学生にとって良い機会になったのではないかと思います。
今回の会場であるノッティンガム大学は、広大な敷地の中に会議場、宿泊施設、晩餐会場が完備されており、参加者にとっては移動が容易で、交流がしやすい環境でした。なお、次回（GSC- ７）は、日本で2015年に開催することを運営委員会で決定いたしました。

ポスターセッション

学生交流会

第13回GSC賞及び第３回GSC奨励賞 募集のお知らせ
グリーン・サステイナブル ケミストリー賞（GSC賞）
GSCの推進に大きく貢献した業績に対して贈られます。特に優れた業績には、経済産業大臣賞・文部科学大臣賞・環境大臣賞が授与されます。
グリーン・サステイナブル ケミストリー奨励賞（GSC奨励賞）
GSCの推進に将来の貢献が期待できる業績に対して贈られます。
対象となる業績
化学製品の全ライフサイクルにおける「人の健康・安全と環境」、「省資源・省エネルギー」などの実現に貢献した革新的化学技術、科学的基盤研究、及びそれらの成果の普及、社会制度の実現、教育・啓発活動など

GSCとは
人と環境にやさしく、持続可能な社会の発展を支える化学および化学技術
応募要領など詳細
http://www.jaci.or.jp/gscn/page_03.html
応募期間 2013年９月２日～ 11月15日

GSCネットワーク会議構成団体

(2013.8.1現在)（一財）化学研究評価機構 （公社）化学工学会 （一社）
化学情報協会 関西化学工業協会 （一社）
近畿化学協会 ケイ素化学協会
合成樹脂工業協会 （公社）高分子学会 （公社）高分子学会高分子同友会 （独）産業技術総合研究所 次世代化学材料評価技術研究組合（一社）触媒学会 石油化学工業協会 （公社）石油学会 （公財）
地球環境産業技術研究機構 （公社）
電気化学会 日本界面活性剤工業会（公社）日本化学会 （一社）日本化学工業協会 （一社）日本ゴム協会 （公社）日本セラミックス協会 （一社）日本電子回路工業会（一社）日本塗料工業会 日本バイオマテリアル学会 （公社）
日本分析化学会 （一社）
日本分析機器工業会 （公財）
野口研究所（一財）バイオインダストリー協会 （一社）プラスチック循環利用協会 （公社）有機合成化学協会 （独）理化学研究所

102–0075 東京都千代田区三番町２ 三番町KSビル２階 (公社)新化学技術推進協会
Tel 03–6272–6880㈹Fax 03–5211–5920
URL http://www.jaci.or.jp/gscn/
http://www.jaci.or.jp
編集委員：窪田 好浩（日本化学会）、佐藤 剛一（産総研）、菊田 真人（日本塗料工業会）、南 孝幸（JACI）、内多 潔（JACI）