複合材リサイクル：カーボンファイバー廃棄物に価値を引き出す

2016年4月、「リサイクルカーボンファイバーを魅力的にできるか？」と題したコラムを執筆しました。これは、デトロイトの北米国際オートショーでBMW i8のルーフパネルを見た後に書いたものです。それは、BMWの複合材製造工程で出た切りくずから回収・再利用された、クリアコートされたカーボンファイバーマットで作られた可視部品でした。当時、ショーで展示されていた他の可視カーボンファイバー例はすべて織物で、クリア仕上げの下にクラシックなカーボンファイバー「ルック」を見せていましたが、この例は大きな前進を示していました。

それ以来、様々な複合材リサイクル技術が成熟し、複数の参入企業が生まれました。ベンチャーキャピタルや戦略的投資家からの投資も集まっています。例えば、Hexcel（米国コネチカット州スタンフォード）が2016年にCarbon Conversions Inc.（米国サウスカロライナ州レイクシティ）に出資し、2018年12月には三菱商事（日本・東京）がELG Carbon Fibre Ltd.（英国・コーズリー）の25%株式を取得しました。おそらく最も重要なのは、リサイクル複合材を採用した最終用途アプリケーションのリストが増え続けていることです。マンホール蓋から公園のベンチ、3Dプリント材料まで多岐にわたります。

2018年12月のCompositesWorldカーボンファイバー会議では、ELG、Vartega Inc.（米国コロラド州ゴールデン）、複合材リサイクル技術センター（CRTC、米国ワシントン州ポートアンジェレス）の講演者たちが、リサイクル複合材の材料特性（バージン材と同等と主張）およびすでに実現している最終用途アプリケーションを発表し、大きな需要創出の可能性を示しました。

複合材と複合材料廃棄物のリサイクルには二つの主要目標があります。第一は廃棄物を埋立処分しないこと、第二は、これらの材料を有用（かつ収益性のある）用途で回収・再利用する方法を見つけることです。しかし、どの手法がどの目標を達成し、どの原料にどの手法が適しているのでしょうか。対話を始めるため、リサイクル技術を6レベルで分類する方法を提案します。

レベル0は、素材利用率の向上と同一複合材製造施設内での端材再利用による、埋立処分向けスクラップの最小化です。これには、ドライファイバーおよびプリプレグの自動テープ積層（ATL）と自動ファイバー配置（AFP）などの低廃棄物プロセス、スクラップ粉砕・チョッピングして中心層や射出・圧縮成形で連続・不連続材料と組み合わせて使用することが含まれます。熱硬化性・熱可塑性両方に適用可能で、全ファブリケーターの優先事項とすべきです。

レベル1は、埋立処分行きのスクラップ材料の再利用です。これには、乾式ファイバースクラップのミルド、チョップ、マット形態、および期限切れやオフスペックの未硬化プリプレグを、要求性能が低い製品に成形することが含まれます。多数のスクラップファイバープロセッサーと、CRTCなどのプリプレグ「再利用」事業者が存在します。

レベル2は、硬化済み複合材およびスクラップファイバー、未硬化プリプレグを粉砕し、追加樹脂で結合して、金属・木材・コンクリートを置き換える各種パネル・製品にするものです。原料には使用済み風力タービンブレード、ボート、航空機部品、自動車部品などが含まれ、ガラス繊維、炭素繊維、フォームコアなどが対象です。Global Fiberglass Solutions Inc.（米国ワシントン州ボセル）とGreenTex Solutions LLC（米国サウスカロライナ州チャールストン）がこのレベルに該当します。

レベル3では、未硬化熱硬化性・熱可塑性プリプレグなどの中間製品形態から繊維を回収し、元の繊維と実質的に同等の特性を持つ繊維を得ます。ただし主に不連続な「フラフ」やペレット形態、または不織布形式です。ELGとCarbon Conversions（ともに熱分解法）、Vartega（溶媒分解法）がこのレベルでカーボンファイバーを提供しています。

レベル4（硬化済み複合材スクラップ・不良品）とレベル5（使用済み部品）からの繊維回収は、複合材リサイクルの「聖杯」です。利用可能な技術には、高温熱分解（ELGとCarbon Conversions）、湿式化学的ポリマー分解（Adherent Technologies、米国ニューメキシコ州アルバカーキ）、CHZ Technologies（米国アラバマ州オーバーン）開発の二重エネルギー生産/繊維回収熱分解法があります。これら技術の経済的スケーリングが長期的成功の鍵となります。

利用可能な選択肢を踏まえ、複合材ファブリケーターは、ファイバー・樹脂・プリプレグサプライヤーと同様に、リサイクル企業を複合材サプライチェーンの一員として位置づける必要があります。そのためには、これら進化中の技術の成熟を支援するため、R&D資金を投資する覚悟が必要です。12月、Boeingは5年間の契約で、硬化済み（レベル4）と未硬化（レベル3）の複合材廃棄物を11製造拠点からELGに送り、カーボンファイバーを回収することを発表しました。これは第一歩です。他のメーカーも追随すべき時が来ています。言い訳は通用しません。