（炭素繊維リサイクル技術の実証研究開発）（PDF形式

第１回繊維分野における
エネルギー使用合理化技術開発補助金
プロジェクト事後評価検討会
資料５－３－２
炭素繊維リサイクル技術の
実証研究開発の概要について
平成２１年１１月１９日
経済産業省 製造産業局 繊維課
社団法人化学繊維技術改善研究委員会
日本コークス工業株式会社（旧：三井鉱山株式会社）
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目 次
１．プロジェクトの概要
２．事業の目的・政策的位置付け
３．目標
４．成果、目標の達成度
５．事業化、波及効果
６．研究開発マネジメント・体制等
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１．プロジェクトの概要
概
要
軽くて高強度・高弾性率の炭素繊維は、軽量化素材として消費エネルギー
の低減に大きく貢献する。一方で炭素繊維の製造には多大なエネルギーを
要し、その低減化が望まれている。
本事業では、炭素繊維リサイクル技術の確立による炭素繊維の製造エネル
ギー低減のために、炭素繊維廃材のリサイクルを行うためのパイロットプラン
トを建設して、炭素繊維廃材リサイクル技術の実証研究開発を行う。
実施期間
平成１８年度～平成２０年度
予算総額
４．２億円
実 施 者
社団法人 化学繊維技術改善研究委員会
日本コークス工業株式会社 （ 旧：三井鉱山株式会社）
プロジェクト
リーダー
（３年間）
（平成１８年度：０.１億円 平成１９年度：３.７億円 平成２０年度：０.４億円）
近藤 敏行 東レ株式会社 複合材料事業企画推進部（部長）〔平成１８年度〕
永田 康久 東邦テナックス株式会社 複合材料事業推進部〔平成１９年度〕
山藤 家嗣 三菱レイヨン株式会社 ＡＮ技術統括室ＣＦグループ（部長）〔平成２０年度〕
２．事業の目的・政策的位置付け
２－１．事業の目的
・ 炭素繊維リサイクル技術の確立により、低エネルギーで炭素繊維を製造する。
・ 処理設備を検討・パイロットプラントを建設し、リサイクル技術の実証研究開発を行う。
【技術的な動向】
炭素繊維リサイクル技術について各種検討されている。
・ 熱分解法
： 分解できる樹脂に制限が尐ない。低コストで大量処理に適する。
・ 化学的溶解法 ： 分解できる樹脂に制限があると予測される。
・ 超臨界流体法 ： 高温・高圧のため高コスト（高エネルギー消費）と予測される。
【社会的な動向】
・ 炭素繊維は、環境・社会的なニーズから需要が飛躍的に伸びると予測されている。
・ 炭素繊維の製造技術を改良して、消費エネルギーを削減することが望まれている。
【経済的な動向】
炭素繊維は、航空機・自動車の軽量化による燃費向上と物流コスト低減を可能にする。
炭素繊維製造収率の向上は、化石燃料消費の削減、低コスト製造を可能にする。
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２－２．政策的位置付け
エネルギー分野にかかわる政策
エネルギー基本計画
２００７年３月
新・国家エネルギー戦略
２００６年５月
第３期科学技術基本計画
２００６年３月
経済成長戦略大綱
２００６年７月
京都議定書目標達成計画
２００５年４月
経済産業省「省エネルギー技術開発プログラム」
経済産業省「技術戦略マップ２００９」
ファイバー分野技術マップ全体俯瞰図
エネルギー使用合理化繊維関連次世代技術開発※１
「炭素繊維製造エネルギー低減技術の開発」
（炭素繊維リサイクル技術の実証研究開発）
※１：平成２０年４月より「エネルギーイノベーションプログラム」の「４－Ⅰ総合エネルギー効率の向上／超燃焼システム技術」に位置付け
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３．目標
Ⅰ．炭素繊維廃材を熱分解法によりリサイクルすることにより、リサイクル炭素繊維の収率を６０％にする、
もしくは炭素繊維のエネルギー原単位を１０％減尐させる。
Ⅱ．バージン炭素繊維レベルの性能を発現するリサイクル炭素繊維を開発する。
要素技術
（１）炭素繊維リサイクルのプロセス
フロー設計
目標・指標
妥当性・設定理由・根拠等
① リサイクル処理対象物・処理能力を
決定する。
リサイクルプロセス・パイロットプラン
トの設計に必要。
② プロセス要素について検討し、設備
仕様を決定する。
パイロットプラント設計・建設に必要。
（２）パイロットプラントの設計・
建設
用地を選定し、工業レベルで実証試験
可能な一貫体制のプラントを建設する。
実証研究開発を行うために必要。
（３）工業レベルでの運転可能な
パイロットプラント実証運転
① 各種炭素繊維廃材の適正な処理
方法・条件を開発する。
廃材に制限を設けずリサイクル可能範囲
を広げるため。
② 将来、処理対象になる可能性がある
炭素繊維廃材の処理課題を明確に
する。
③ ＬＣＩ（Life Cycle Inventory)
データーを採取、
製造エネルギー（１０％削減）、
ＣＯ2排出（５０％削減）の
大幅な削減効果を実証する。
バージンミルド炭素繊維の現在の製造
エネルギーは２９０ＭＪ／ｋｇ、ＣＯ２排
出量は２２．５ｋｇ／ｋｇである。
リサイクルミルド炭素繊維の製造に当
たっては、バージンミルド炭素繊維と比
較して、製造エネルギー・ＣＯ２排出量
の削減効果が予想されるため、リサイク
ル技術により、その効果を実証する。
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３．目標
要素技術
（４）リサイクル品の品質評価
目標・指標
① バージンミルド炭素繊維並みの複合
材料性能を発現するリサイクルミル
ド炭素繊維を開発する。
妥当性・設定理由・根拠等
用途開発をすすめるために、バージン
ミルド繊維並みの性能発現が期待される。
熱可塑性樹脂（ポリカーボネート
樹脂）射出成形体（繊維重量含有率
３０％）で
曲げ強度 １５０ＭＰａ以上、
曲げ弾性率 ７５００ＭＰａ以上
体積固有抵抗 ２×１０11Ω・ｍ以下
② リサイクルミルド炭素繊維の仕様を
作成する。
ユーザー評価などをすすめるために必要。
（５）炭素繊維廃材収集に係る検証
炭素繊維廃材の収集地からパイロット
プラント現地への運送、梱包・運搬・
保管について検証する。
炭素繊維廃材収集システム確立のため、
実際に排出が予想される企業や地域から
運送実証をしておく必要がある。
（６）市場性調査
ユーザー評価等を通じて標準品仕様を
作成する。
リサイクルシステム構築・事業化のため
に出口の用途開発をすすめるために必要。
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４．成果、目標の達成度
４－１．成果
ｅ
（１）プロセスフロー設計
ｄ
ｃ
ＣＦＲＰ複合材料
計
量
器
受
入
ヤ
ー
ド
選
別
（
人
）
投
入
解
体
ホ
ッ
ト
プ
レ
ス
・
貯
留
プリプレグ（ﾛｰﾙ）
硬
化
炉
プリプレグ（端切れ）
ａ
ＣＦ織物
一
次
破
砕
切
断
分
級
磁
力
選
別
計
量
梱
包
出荷
粉砕CFRP
二
次
破
砕
渦
電
流
選
別
（
風
力
）
選
別
貯
留
ｂ
ＣＦ
ｆ
貯留
微小粒 選別
残渣除去処理
熱分解処理炉
投入
計量
：設備有
：設備無
ｇ
計
量
出荷
チョップド糸
梱
包
投
入
粉
砕
（
ミ
ル
ド
化
）
磁
力
選
別
分
級
検
査
計
量
梱
包
出荷
ミルド糸
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４．成果、目標の達成度
（２）パイロットプラント設計・建設
設置場所 ：福岡県
大牟田市
エコタウン内
工場面積 ：１,０００ｍ2
敷地面積 ：７,５００ｍ2
処理能力 ：７００トン／年
（３）パイロットプラント実証運転
・平成２０年 ５月、７月、１２月の３回
通算３ヶ月にわたり運転した。
・破砕・切断、熱処理温度・時間・
酸素濃度、粉砕条件を適正化した。
・金属やガラス繊維との貼り合わせによる
ハイブリッド材、塗装品、
熱可塑性樹脂複合材料の課題を抽出した。
【リサイクルミルドCFのＬＣＩデータ】
バージンミルドCFに比べ、リサイクルミルドCFの
製造エネルギ－は１７％、CO2負荷は１４％
と大幅に低減する。
項目
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞCF
ﾊﾞｰｼﾞﾝﾐﾙﾄﾞCF
製造エネルギー
（MJ／kg）
４８
２９０
CO２負荷
（CO２-kg／kg）
３．１
２２．５
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４．成果、目標の達成度
（４）リサイクル品の品質評価
【リサイクルミルドCFの開発】
ﾏﾄﾘｯｸｽ ： ﾎﾟﾘｶｰﾎﾞﾈｰﾄ樹脂 Wf＝30%
1.E+14
体積固有抵抗(Ω ・m)
15000
200
曲げ弾性率(MPa)
曲げ強さ(MPa)
150
100
50
10000
5000
1.E+12
1.E+10
1.E+08
1.E+06
0
0
ﾊﾞｰｼﾞﾝﾐﾙﾄﾞ
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞ
(CFRP由来)
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞ
(CF由来)
ﾊﾞｰｼﾞﾝﾐﾙﾄﾞ
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞ
(CFRP由来)
【リサイクルミルドCFの仕様】
原料廃材
平均繊維長
(mm)
嵩密度
1.E+04
ﾊﾞｰｼﾞﾝﾐﾙﾄﾞ
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞ
(CFRP由来)
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞ
(CF由来)
【その他】
CFRP
CF
数 平均
0.06 - 0.13
0.08 - 0.15
質量平均
0.10 - 0.33
0.12 - 0.40
0.34 - 0.52
0.23 - 0.50
(g/cm3)
ﾘｻｲｸﾙﾐﾙﾄﾞ
(CF由来)
・ 現場での検査方法としてリサイクルミルドＣＦの
嵩密度試験方法を確立した。
・ リサイクルミルドＣＦの繊維長分布データ解析
プログラムを作成した。
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４．成果、目標の達成度
（５）廃材収集に係る検証
・ 各種廃材サンプル（約１５トン）
PAN系・ピッチ系CF（ヤーン、織物、撚り糸）
プリプレグ（一方向、織物）
CFRP（産業用、スポーツ用、熱可塑樹脂コンポジット）
C/C断熱材、フェルト
主要発生地域
・ 入手先
炭素繊維メーカー ７社
ユーザー企業
２社
・ 発送地
福島、千葉、東京、静岡、長野、愛知、岐阜、
大阪、兵庫、香川、愛媛
大牟田
・ 着地
福岡県大牟田市の借用倉庫
リサイクルパイロットプラント
・ 運送
トラック便、または宅急便
・ 梱包
フレコン、ヘッシャン袋、ダンボール箱
（６）市場性評価
リサイクルミルドＣＦについて、炭素繊維メーカー各社内で評価を実施し、課題を抽出した。
リサイクルミルドＣＦの仕様を作成したが、ユーザーでの評価には至らなかった。
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４．成果、目標の達成度
４－２．目標の達成度
① リサイクル炭素繊維の収率を６０％にする、もしくは炭素繊維のエネルギー原単位を１０％減尐させる。
ＣＦＲＰ、プリプレグからの収率は７０％強、炭素繊維からの収率はほぼ１００％であった。
バージンミルド炭素繊維に対して、リサイクルミルド炭素繊維の製造エネルギーは１７％となった。
② バージン炭素繊維レベルの性能を発現するリサイクル炭素繊維を開発する。
リサイクルミルド炭素繊維を使った熱可塑性樹脂成形体の曲げ強度・弾性率、導電率が
バージンミルド炭素繊維使用の場合より高い結果を得た。
要素技術
(1) 炭素繊維
リサイクルの
プロセスフロー
設計
(2) パイロットプラントの
設計・建設
目標・指標
成果
達成度
リサイクル処理対象物 ・処理能力を
決定する。
ＣＦＲＰ複合材料、炭素繊維、
炭素繊維プリプレグ廃材対象
プラントの処理能力７００トン／年
達成
プロセス要素を検討し、設備仕様を
決定する。
プロセスフローを決定した。
設備仕様を決定した。
達成
工業レベルで実証試験可能な一貫
体制のプラントを建設する。
処理能力７００トン／年の
パイロットプラントを建設した。
達成
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４．成果、目標の達成度
４－２．目標の達成度
要素技術
(3) パイロット
プラント
実証運転
(4) リサイクル品
品質評価
(5) 廃材収集
(6) 市場性調査
目標・指標
成果
達成度
各種炭素繊維廃材の適正な処理方法・
条件を開発する。
処理方法 ・条件を設定した。
プリプレグの効率的前処理、
ミルドＣＦ高品位化が課題となった。
一部達成
将来、処理対象になる可能性がある炭
素繊維廃材の処理課題を明確にする。
ハイブリッド材、塗装品、熱可塑性
樹脂複合材料について検討した。
受入れ検査体制、選別技術確立が
課題となった。
一部達成
ＬＣＩ（Life Cycle Inventory)データーを
採取、 製造エネルギー（１０％削減）、
ＣＯ2排出（５０％削減）
の大幅な削減効果を実証する。
確認した。
達成
バージンミルドＣＦレベルの複合材料性
能を発現するリサイクル品を開発する。
ポリカーボネート樹脂射出成形体で
確認した。
達成
リサイクルミルドＣＦの仕様を作成する。
試作品評価実績から仕様を作成した。
達成
各種廃材の運送、梱包・運搬・保管に
ついて検証する。
検証した。
達成
ユーザー評価等を通じて標準品仕様を
作成する。
炭素繊維メーカー各社での評価に留
まった。
未達成
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５．事業化、波及効果
2008
2006
（１）
プロセスフロー
設計
（２）
パイロットプラント
設計・建設
2015
2020
被処理物・
能力決定
設備仕様
決定
波及効果
●非処理物分類
プラント
建設
処理方法
条件開発
（３）
パイロットプラント
実証運転
2011
●廃棄物埋設地不足の解消に寄与
本
●繊維長分布の制御
●金属等不純物の低減
●樹脂分解残渣の低減
●低ＬＣＩ炭素繊維製品による省エネに寄与
処理課題
明確化
ＬＣＩ
評価
●自動車等のリサイクル率向上に寄与
●低コスト炭素繊維による用途拡大
研
●炭素繊維の安定供給に寄与
（４）
リサイクル品の
品質評価
（５）
廃材収集に係る
検証
複合材料
特性評価
リサイクル
仕様作成
究
●高品位ミルド評価
●短繊維複合材評価
梱包･輸送･
保管検証
●用途開発
（６）
市場性
調査
標準仕様
作成
開発研究・
フィールドテスト
技術移転
実用化試験
事業化（譲渡）
商品化・販売
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６．研究開発マネジメント・体制等
経済産業省
成果報告
日本コークス工業
株式会社
平成１９年度、平成２０年度（２人）
補助金
社団法人
化学繊維技術 改善研究委員会
平成１８年度、平成１９年度、平成２０年度（１人）
平成１８年度から協力
炭素繊維協会
炭素繊維協会 リサイクル委員会
（プロジェクトリーダー：委員長）
東レ株式会社 （２人）
東邦テナックス株式会社 （２人）
三菱レイヨン 株式会社 （２人）
株式会社クレハ （１人）
大阪ガスケミカル株式会社 （１人）
三菱化学産資 株式会社 （２人）
日本 ｸﾞﾗﾌｧｲﾄﾌｧｲﾊﾞ-株式会社
（１人）