資料4－1

資料４-１
日本がリードする21世紀の革新素材
−
低炭素社会に貢献する炭素繊維 −
２００９年４月２１日
炭素繊維協会
吉永 稔
１．炭素繊維とは
強さ （重さ当たり）
（106cm）
30
１．軽い･･･比重は鉄の１／４
２．強い･･･強さは鉄の１０倍
（重さ当たり）
３．錆びない
４．その他
25
高強度
20
炭素繊維
15
10
・Ｘ線透過性、耐薬品性
5
・耐熱性、耐低温性
・繊維状（加工性）
径=５μｍ
0
高弾性率
炭素繊維
ガラス繊維
チタン合金
アルミ合金
スチール
5
10
15
20
変形しにくさ
25
（108cm）
（重さ当たり）
＜炭素繊維の製造方法＞
炭素繊維（グラファイト構造）
原糸（アクリル繊維）
C
焼 成
C
C
C
C
C≡N
C≡N
C≡N
（弱：セーター・毛布）
（強：構造体）
１
２．炭素繊維の歴史：日本発 ＰＡＮ系炭素繊維の登場
（ポリアクリロニトリル）
＜開発歴史＞
1881 炭素繊維の発明（竹使い電球用発熱ﾌｨﾗﾒﾝﾄ：エジソン）
1958 米国ユニオン・カーバイト社(ＵＣＣ）：
レーヨン系炭素繊維の開発を開始
宇宙機材・耐熱構造材への適用開始
炭素繊維工業化に到らず
マーキュリー３号
(1961）
耐熱材
ｴｸﾞｼﾞｯﾄｺｰﾝ
1961 通産省工業技術院大阪工業試験所 進藤昭男博士が
ＰＡＮ系炭素繊維製造の基本原理発見、特許化
国内Ｔ社：ライセンス許諾を受け、進藤博士と連携して
開発（産官連携ｽﾀｰﾄ：長期の研究開発支援）
1964
英国 炭素繊維開発プログラム（国家プロジェクト）
スタート
成功に到らず
1971
Ｔ社：世界で最初にＰＡＮ系炭素繊維生産を開始
２
３．「研究者の夢」＝「 黒い 飛行機を世界の空に飛ばす」
２次構造材
ボーイング
767
737
CFRP比率 ∼１％ （内装材が主）
（量） （０．１ ﾄﾝ）
1970-1980
CFRPの大量採用
１次構造材
777
３％
（１．５ ﾄﾝ）
787
１２％
（１０ ﾄﾝ ）
1980-1990
５０％
（３５ ﾄﾝ ）
1990-2000
2000-2010
炭素繊維の高弾性・高強度化
引張強度（GPa)
7.0
6.0
ボーイング社
要求
5.0
T800S
（ 00年)
T800H
（ 85年)
4.0
3.0
2.0
T300
100
200 300
400
引張弾性率（GPa)
①高性能化技術 ②厳格な品質管理体制
ボーイング７８７
オール複合材航空機
主翼
垂直尾翼
水平尾翼
胴体
中央翼
胴体
複合材料使用 部材 翼胴フェアリング
・2010年3月就航予定
Ｔ社材のみボーイング社１次構造認定取得 ３
４．「世界有力企業が夢に挑戦」→「日本企業が世界を制覇」
参入企業
1975
1980
1985
1990
1995
東邦テナックス
三菱レイヨン
Ｘ
DuPont
台湾ﾌﾟﾗｽﾁｯｸ
Cytec
Hexcel
東レ
欧
米
東邦テナックス
＜高性能炭素繊維市場＞
日本メーカー：シェア８０％
（圧倒的シェア）
ア
ジ
ア
現社名
2000
東レ
東レ
日 東邦レーヨン
本 三菱レイヨン
日本ｶｰﾎﾞﾝ/旭化成
炭素繊維メーカー
の消長
三菱レイヨン
1970年
Ｘ
Hercules
Great Lakes / Akzo
Celanese / BASF
ＵＣＣ / BP Amoco
Grafil
Courtaulds
Sigri / Hoechst
Enka / Akzo
台湾プラスチックス
韓国製鉄化学
泰光（韓国）
Hexcel
Ｘ
Ｘ
Cytec
Ｘ
Ｘ
SGL Carbon
Ｘ
台湾ﾌﾟﾗｽﾁｯｸｽ
Ｘ
Ｘ
：買収による規模縮小
Ｘ ：撤退または売却
１．欧米企業は技術革新競争で脱落
−航空機メーカーの高度な性能向上要求への対応−
日本企業が世界を
制覇した理由
２．長期間に亘る研究開発投資を継続
−経営の強固な意志−
（ex. Ｔ社累計1,400億円／40年間）
３．日本政府からの継続的な支援
−20年以上に渡る研究開発支援−
（航空機用構造部材創製 等 200億円超／20年間）
４
導入期
（1971−2000)
自動車用途本格化
ボーイング
７８７
用
途
エアバス
Ａ３８０
0
1970
産業用途本格化
20
１次構造材
40
ロケット
60
本格拡大期
（2001−
ボーイング７７７ １次構造材
80
人工衛星
100
エアバスＡ３２０
120
テニスラケット ＆ ゴルフシャフトブーム
140
炭素繊維国産開始︵Ｔ社︶
世界の炭 素 繊 維 需 要 （千トン／年）
５．炭素繊維の本格需要拡大
産業用途
産業用途
航空宇宙用途
航空宇宙用途
スポーツ用途
航空機用途本格化
1980
限定分野
1990
2000
2005
用 途 拡 大
人工衛星
ﾃﾆｽﾗｹｯﾄ
釣竿
ｺﾞﾙﾌｼｬﾌﾄ
航空機
航空機 １次構造材
２次構造材
産業機械
圧力容器、船舶
土木建築
補修補強
スポーツ用途
2010
2015
2020
全市場本格拡大
航空機，自動車，船舶
エネルギー（風力発電，ウラン濃縮，海底油田）
産業機械，コンポジット
５
６．自動車への展開
ルーフ
フード
シートバック
ＦＲカウル ドアフレーム・ピラー
フェンダーサポート
ラゲッジパーティション
エンジンカバー
CFRP化
平均的普通乗用車
ラジコアサポート
エンジン部品
ラゲッジサイドパネル
ドア
クラッシュボックス
車体重量の大幅軽減
アンダーカバー
ＦＲダッシュ
1,400→1,000kg （▲30%）
・電池重量と航続距離
250
ＣＯ２排出量削減
次世代電気自動車の普及促進
①航続距離：１５０ｋｍ→２００ｋｍ（＋３３％）
（充電一回当たり）
＜小型乗用車＞
航続距離(km)
燃費向上
②リチウム電池重量：４００ｋｇ→２５０ｋｇ（▲３５％）
（リチウム資源枯渇緩和）
200
軽量化後
（ＣＦＲＰ化）
150
②
軽量化前
100
50
0
①
（東京大学 高橋教授試算）
0
100
200
300
400
500
電池重量(kg)
６
７．炭素繊維のＣＯ２削減効果
軽くて強い構造素材
＝ 省資源・省エネルギー
製造時のCO2排出量 << 製品寿命に亘る大幅CO2削減
（ＬＣＡ：Life Cycle Assessment）
環境改善素材拡大が地球環境に貢献
CFRP化
＜例＞
炭素繊維製造時の
CO2排出量
CFRP化
CFRP化
ライフサイクル
CO2削減効果
炭素繊維製造時の
CO2排出量
ライフサイクル
CO2削減効果
▲1400ﾄﾝ
▲70ﾄﾝ
20ﾄﾝ
20ﾄﾝ
航空機
自動車
（炭素繊維１ﾄﾝ当たり）
（ライフ：10年間）
（ライフ：10年間）
１機当たり炭素繊維
使用量（ﾄﾝ）（重量比％）
１機・１年当たり
ＣＯ２削減効果（ﾄﾝ）
（将来普及時）
１年当たりの
ＣＯ２削減量（トン）
自動車
０．１ （１０）
０．５
３，７００万台(500万円以上)
０．２億
航空機
２０ （４０）
２，７００
１５，０００機（100席以上）
０．４億
１３，０００
１万機 （大型 5MWクラス）
１．３億
風車
３
（１０）
世界の機数
７
８．今後の課題
（１） 政府による長期的な研究開発支援
−高性能化：超高強度炭素繊維、超耐熱樹脂
−革新プロセス：超低エネ、超高速成形、革新リサイクル 等
（２） 初期市場形成のための環境・インフラ整備
−軽量エコカー税制優遇
−リサイクル制度整備 等
（３） 低炭素社会に貢献する革新素材の振興支援
−ＬＣＡ（製品寿命に亘るトータルCO2削減効果）によるCO2排出量管理
−ＬＣＡに基づく環境改善素材産業振興策の整備 等
（ＬＣＡ：ライフサイクルアセスメント）
８