バイオマス由来のブタジエンゴムでタイヤを試作

2021.8.10 更新

1.概要

材料開発の分野では、コンピューターや人工知能(AI)の進歩により、“経験と勘”に基づく従来の手法に代わる、良質なデータからインフォマティクス(情報科学)を用いて高速で材料開発を行うマテリアルズ・インフォマティクスが大きな潮流となっています。

このような背景の下、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)は「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト(以下、超超PJ)」(2016年度~2021年度)で計算・プロセス・計測の三位一体による有機・高分子系機能性材料の高速開発に取り組んでおり、その一環として、国立研究開発法人産業技術総合研究所(産総研)、先端素材高速開発技術研究組合(ADMAT)、横浜ゴム株式会社(横浜ゴム)と共同で、バイオエタノールからブタジエンを高速かつ効率的に合成する技術開発に取り組んでいます。2019年には触媒の配合状態や反応条件に関する大量のデータを取得・解析するハイスループットシステムとデータ駆動型学習、触媒インフォマティクスの活用により、当時では世界最高のブタジエンの収率を持つ触媒システムを開発し、さらに生成したブタジエンからブタジエンゴムの合成に成功しました。またこの知見を生かし、2020年にはより最適な触媒を検討し、2019年と比べて1.5倍のブタジエン収率を持つ世界最高の触媒システムの開発に成功しました。

そして今般、NEDOと産総研、ADMAT、横浜ゴムは共同で、バイオエタノール処理量を約500倍にした大型触媒反応装置を設計・製作してバイオエタノールからのブタジエン大量合成を検討、反応条件の最適化や生成したブタジエンの捕集方法の改良により、約20kgのブタジエンの製造に成功しました。さらに、このブタジエンを蒸留精製により高純度化した後、重合反応によって得られたブタジエンゴムを原料とした自動車用タイヤの試作に成功しました。

ブタジエンは現在、合成ゴムなどの重要な化学原料として石油から生産されていますが、バイオマス(生物資源)から生成したブタジエンからタイヤを生産する技術を確立することにより、石油への依存を低減し、CO2削減と持続可能な原料調達が促進されます。

2.今回の成果

今回の成果は、2020年に開発した高性能触媒システムを用いて、反応システムのスケールアップを行い、バイオエタノールからブタジエンを大量に生産し、それを原料にしたタイヤ製作までの一連のプロセスを実証したことです。まず、ハイスループット触媒活性評価装置を用い、反応システムのスケールアップのためのデータを迅速に取得しました。これらのデータを基に、バイオエタノール処理量を従来比で500倍の1.0L/時間までスケールアップした大型触媒反応装置の設計・製作を行いました。さらに、反応温度やエタノール流量などの反応条件の最適化および生成したブタジエンの捕集方法の改良などにより、連続反応で約20kgのブタジエンの合成に成功しました。大型触媒反応装置の設計・製作およびブタジエンの大量合成は産総研が、生成ブタジエンの蒸留による高純度化はADMATが、高純度ブタジエンの重合によるゴム化およびそれを原料にしたタイヤ試作を横浜ゴムが、それぞれ行いました。

試作タイヤはグランドツーリングタイヤ「BluEarth-GT AE51」の185/60R15サイズです(図参照)。このタイヤのキャップトレッドとサイドウォールは従来、石油由来のゴムで製作されていましたが、今回の試作タイヤでは石油由来のゴムを全てバイオエタノール由来のブタジエンゴムと天然ゴムに変更したため、両部分のゴムは持続可能なゴム材料のみで構成されています。また、試作タイヤは従来の石油由来のゴムを使用した時と同等の材料性能を有しています。

3.今後の予定

超超PJでは成果を実用化するための材料設計プラットフォーム(MDPF)構想を進めています。NEDO、産総研、ADMAT、横浜ゴムは本事業において、このMDPFの一部をなすハイスループット触媒開発装置群の構築とデータ蓄積をさらに進めます。これによりさらなる生産性の向上や他の材料開発への適用などを加速させ、サステイナブル資源の社会実装に挑戦し、カーボンニュートラル、脱炭素社会実現へ貢献します。

また、横浜ゴムは中期経営計画「Yokohama Transformation 2023(YX2023)」(ヨコハマ・トランスフォーメーション・ニーゼロニーサン)のESG経営において「未来への思いやり」をスローガンに掲げ、事業活動を通じた社会課題への貢献を進めています。地球環境保護のためのカーボンニュートラルの一環として持続可能な原料調達に向けた技術開発に取り組みます。


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