木くずとストルバイトで作る耐火複合材 ^{CEFR B2}

製材所で発生する数百万トンの木くずを有効利用するため、チューリヒ工科大学（ETH Zurich）とEmpaの共同研究チームは、鉱物のストルバイトを用いたリサイクル可能な木質複合材の製造プロセスを開発しました。ストルバイトは結晶性のアンモニウム・マグネシウム・リン酸塩で、優れた耐火性を持ちますが、木片に結合させるのはこれまで難しいとされていました。

研究ではスイカの種由来の酵素を用い、ニューベライトという前駆体の水懸濁液からストルバイトの結晶化を制御します。大きな結晶が木くず粒子の隙間を埋めて結合材となり、混合物は約2日間圧搾の後、室温で乾燥されます。開発者のロニー・キュルシュタイナーの博士論文では、繊維方向に対して垂直な圧縮強度が元のスプルース材より高いと報告されています。

ストルバイトは加熱で水蒸気とアンモニアを放出し、吸熱と空気置換で冷却・難燃化に寄与します。トリノ工科大学のコーンカロリメーター試験では、未処理スプルースが約15秒で着火するのに対し、ストルバイト複合材は3倍以上の時間を要しました。着火後は無機物と炭素の保護層が速やかに形成されます。

リサイクルは粉砕して約100°Cを少し超える温度で加熱することでアンモニアを放出させ、木くずを分離できます。溶解してニューベライトを再沈殿させれば結合材を回収でき、ストルバイトは緩効性肥料としても利用可能です。今後は生産の最適化とスケールアップ、結合材のコスト対策が課題であり、下水処理施設の沈殿物が原料になり得ると研究チームは指摘しています。研究はChem Circularityに掲載され、情報源はETH Zurichです。