【新時代の素材】ヘンプ+3Dプリンター=サステイナブル社会

はじめに

これまでヘンプを使った3Dプリンターの有用性を一例として説明してきましたが、今回、深堀りしていこうと思います。

これまでのヘンプ

ヘンプの繊維は耐久性に優れており、衣類や帆布、製紙などに使用されていました。ヘンプの種子から得られる油は、料理から化粧品まで幅広い用途に使用され、ヘンプから抽出したエキスは幅広い病気の治療に使用されました。このような麻の産業利用は20世紀半ばまで続きましたが、第二次世界大戦後は、人件費の高さ、合成繊維の導入、違法な麻薬との関連性、そして、安価で大量生産可能な綿やジュートの輸入により、麻は競争力を失ってしまいました。

ヘンプのメリット

ヘンプは、雑草、害虫や病気への抵抗性、農薬を使わないなど、欠点の少ない植物であり、輪作による土壌改良など、多くの利点を提供しています。これらの農業上の利点により、ヘンプは慣行農法にも有機農法にも適した作物であり、低い投入量で高いバイオマス生産を可能にします[1]。種子には35%もの油分が含まれており、燃料として、またプラスチックやその他の工業製品のエポキシ脂肪酸の供給源として使用されます。
油分を抽出した殻などの廃棄物は、家畜の飼料や肥料として利用されます。
植物の葉は、天然窒素として土壌に補給します。茎から高品質のバルク繊維が取り除かれ、繊維に使用されます。ヘンプは生育が早く(除草剤による処理が不要)、土壌中の重金属を大量に除去し(バイオレメディエーション)、2.5mまでの長い根を発達させ(土壌浸食を防ぐ)、さらに後継作物の収量を10-15%まで増加させる能力を持っています。

これからのヘンプと3Dプリンター

近年では、環境問題に対する高い関心と合わさり、プラスチック、建築製品、織物、木材、バイオ燃料、紙、さらには自動車部品などの汎用性の高い材料としての利用を見据えて、肯定的な印象を与えています。カリフォルニア州のように、多くの場所で法改正が行われ、日常生活にヘンプを取り入れようとする動きが出てきています。
実際、ヘンプは220億ドル規模の産業となっています[2]。ヘンプは多様な製品を生み出すことができるため、メーカーはヘンプの繊維を用いたカーペットから人気の高いCBDオイルまで、この持続可能で有用な素材に投資しています。このため、ヘンプ製品の市場は2022年までに3倍になると予想されています[3]。
あまり知られていませんが、ヘンプは3Dプリンターのフィラメントに使われています。フィラメントとは、3Dプリンターで部品を作るその母体となるプラスチックや金属のことです。ヘンプのフィラメントが開発されたことで、ヘンプへの関心がさらに高まっています。
3Dプリントは、少エネルギー、低廃棄物量、高速化によって環境への影響を低減するために、製造プロセスを日々改善しています。
ヘンプのフィラメントを作るプロセスはかなり簡単です。最も一般的なのは、ベース素材としてPLAのような素材を使用し、ヘンプの繊維を粉砕して微粒子にし、そこに混ぜ合わせます。このプロセスは、一般的なハイブリッド・フィラメントの調整方法と同じです。ヘンプのフィラメントでは、染料を使用していないことが多く、毒性がなく、印刷ミスがあっても再利用することができます。このため、これらのフィラメントは非常に有用であり、特に、コスト削減とプロセスの効率化を必要する建築材料として望ましいものとなっています。

主な企業

麻の3Dプリンター用フィラメントを使用している企業はすでにいくつかあります。その一つが3D4MAKERです。彼らは、生分解性プラスチックの市場向けに製品を開発し、フィラメントをリサイクルしたり、後から堆肥化したりすることができるようにしました。もう一つの会社は3Dfuelです。同社は、環境に優しい複合材料をリリースしています。c2renewと提携して、これまでに4つの素材を開発しました。Wound Up:コーヒーのフィラメント、Buzzed:ビールのフィラメント、Landfillament:ゴミのフィラメント、Entwined:麻のフィラメントで構成されています。これらの製品はバイオマスから調製されており、機能的で持続可能な3Dプリントを提供しています。同様に天然素材を売り出している企業としてKanèsisがあります。最初はキャンペーンがうまくいかなかったものの、HempBioPlasticやHBPの資金調達に成功し、それ以来、持続可能な社会実現のため材料メーカーとして、その解決方法の探索に取り組んでいます。ヘンプのフィラメントは現時点ではハイブリッドフィラメントです、復号化することで機能性の向上が見込めます。

3D4makerはコマーシャル用のビデオを作っています[4]。
https://www.youtube.com/watch?v=mQqH9BAMsuQ&feature=emb_title

また、オーストラリアに拠点を置くMirreco社は、3Dプリントされたヘンプで作られた住宅を開発しています。Mirreco社は、床から天井までのすべての部分にヘンプを使用したプロトタイプの設計を行い、この素材を用いた建築の可能性を検討しています[5]。

3Dプリントは、トポロジーの最適化により、より軽量で耐久性の高い部品を実現することができます。重量が減れば、航空機やその他の乗り物は現在より燃料を消費する必要がなくなり、燃料費と排出量の両方を削減することができます。3Dプリントにヘンプのような再生可能な素材の使用を加えれば、持続可能性に良い影響を与えることが現実のものとなります。

最後に

Our World in Data によると、2015年には、その年だけで3億8,100万トンのプラスチック廃棄物が発生していたことがわかりました。この数は年々増加しており、陸や海には分解して、二酸化炭素などの小さい分子に変わるまでに500年以上かかるプラスチックがどんどん積み重なっています [6]。
環境への負荷、また、その解決方法を探索する企業を今後も追って行かなければなりません。
3Dプリントで麻のような天然繊維を使用することで、リサイクル可能な生分解性のある製品ができ、汚染を減らすことができます。このような選択肢がますます普及し、今後数十年の間に再生可能な建築材料や輸送機器の部品への転換が可能となる日も近づいているのかもしれません。

 合わせて読みたい記事はこちら↓ 
引用元
[1] Ranalli P., 1999. Advances in Hemp Research. The Haworth Press, Binghamton, New York (U.S.A.), 272 pp
[2] https://cbdchoice.com/how-hemp-cbd-oil-is-fueling-a-22-billion-industry/
[3] https://newfrontierdata.com/cannabis-insights/u-s-hemp-cbd-market-to-triple-by-2022/
[4] https://www.youtube.com/watch?v=mQqH9BAMsuQ&feature=emb_title
[5] https://www.thefifthestate.com.au/innovation/building-construction/carbon-positive-hemp-house-could-turbo-charge-industry/
[6] https://ourworldindata.org/plastic-pollution

アーカイブ