將纖維素（Celluouse）這種構成植物細胞壁的主要成分進行奈米化（超微細化）處理後製成的「纖維素奈米纖維」（Celluouse Nanofibers，CNF）具有「輕盈、強韌、環保」的特點，作為一種夢幻般的新材料受到了人們的關注。從成人尿布到面板、汽車、飛機的生產材料等，用途非常廣泛。國土森林覆蓋率達到約70%的日本在相關研發領域引領著全球的發展腳步，並與同為森林大國的北歐和北美各國圍繞該材料的實用化展開了競爭。
重量是鋼鐵的5分之1，強度卻是其5倍以上
CNF受到關注的原因在於它的一個特性——「重量是鋼鐵的5分之1，強度卻是鋼鐵的5倍以上」。
如果混入樹脂和橡膠之中，就可以製作重量輕、強度高的汽車零件。京都大學生存圈研究所矢野浩之教授帶領的研究團隊正在推進用CNF替代鐵製汽車車身和車架的研究。如果能實現車輛輕量化，那麼燃油經濟性將得以提高。二氧化碳的排放量也會減少。從長遠來看，甚至有可能像碳纖維那樣用於製造飛機機身。
用顯微鏡照片製作的CNF示意圖（奈米纖維素討論會提供）
還可以用它來製造熱膨脹率低、強度高的玻璃。由於是奈米級（1nm為10億分之1m）的纖維，人眼足以辨色的可視光線能夠透過材料，所以可以加工成透明的狀態。由於比表面積（單位質量物料所具有的總面積）大，所以也可以製成用來捕捉微小塵埃的過濾器、吸附細微臭味物質的除臭劑。使用了具有防止氧氣等氣體滲入的高阻氣性CNF薄膜的食品包裝材料具有保持食材新鮮度的效果。由於在水中也可表現出高度粘性，所以還可以用於生產營造口感好的食品添加劑。
作為原料的植物也很豐富。樹木（木材）、秸稈（麥子、稻子等）、莖幹（玉米、棉花等）等幾乎所有植物裡都含有纖維素，對環境造成的負擔也很小。
日本在基礎研究領域是領頭羊
在CNF的基礎研究方面，日本已經取得了重大成果。從木質材料中提取纖維素製成植物纖維已是造紙公司的日常工作。然而，紙漿中的CNF纖維結合能力極強，需要大量能量才能實現均勻分離。這是實現產業化的最大瓶頸。
東京大學教授磯貝明，2016年3月10日，東京的瑞典大使館（攝影：長澤孝昭）
東京大學研究所農學生命科學研究科磯貝明教授帶領的團隊在全球率先發現，如果使用用於促使物質發生氧化反應的「TEMPO」催化劑，纖維就會變得易於分離，藉此可以有效地提取CNF。據說如果採用這種化學處理方法，實現奈米化所需的電量僅為過去的60分之1到300分之1。
磯貝教授的這項發現得到認可，於2015年3月獲得了美國化學會的Anselme Payen獎（為紀念發現纖維素的法國化學家而設立的獎項）。同年9月，他被授予擁有「森林諾貝爾獎」之稱的瑞典Marcus Wallenberg獎，成為了亞洲首位獲獎者。
造紙公司主導加快實用化進程
CNF分散劑（日本製紙提供）
目前積極致力於CNF的研發和實用化工的是那些苦於紙張需求縮小的造紙公司。業界第2大企業日本製紙於2013年10月在岩國工廠啟用了基於TEMPO催化劑氧化處理的實證生產設備（年產30t以上）。該公司還積極嘗試開發新用途。公司成功將具有除臭抗菌功能的纖維片材投入實際應用，於2015年10月在全球率先發售了用CNF製成的成人尿布。
業界龍頭老大王子控股在2013年3月與三菱化學聯合開發出了以約4nmCNF製成的透明連續片材。由於重量輕，可以像紙一樣摺疊，所以可以用於製造可展開使用的大型螢幕和太陽能電池。王子控股還看中了CNF的粘性特性，已經開始與日光化學公司共同開發將其作為化妝品原料加以利用的新用途和功能。
以CNF作為增粘劑的原子筆「uni-ball Signo 307」（三菱鉛筆提供）
另一方面，三菱鉛筆已從5月下旬開始在日本國內銷售將CNF作為墨水增黏劑的凝膠墨水原子筆。該產品成功將書寫時的墨水粘度較傳統商品降低了約50%，即使快速書寫也不會出現飛白問題。該款原子筆去年已在歐美地區先行發售。
據矢野教授稱，儘管完全採用CNF製造汽車車身還有很長一段路要走，但人們用上通過CNF增加強度的塑膠材料不會是太遙遠的事情。
儘管運用領域非常廣闊，但還是面臨製造成本太高這個課題。如果使用純粹的CNF，每公斤的成本為5,000～10,000日圓，而鋼鐵為200日圓，塑膠為300～500日圓，CNF毫無競爭力。即使與樹脂等材料混合使用，按目前的情況來看，與碳纖維和芳綸纖維混合的成本分別將超過3,000日圓和5,000日圓。不過，對CNF可以有所期待的一點是紙漿原料的市場價格極低，僅為每公斤60～80日圓。如果能將這種價格優勢轉化到最終產品身上，或許就能一舉推進實用化。
傳統產品（左）與「uni-ball Signo 307」畫出來的線條（右）（三菱鉛筆提供）
北歐和北美在實證設備建設方面先行一步
長期以來，北歐和北美在實證設備的建設方面一直走在前列。尤其是在瑞典，以造紙相關研發公司Innventia為主體，與投資企業合作推進了CNF的商業化研究。2011年2月，他們啟用了全球首臺用於製造CNF的實驗裝置（日產100kg）。
北美的加拿大特別專注於產官學三方聯合研發活動，希望實現比CNF更細的CNC的實用化及商業化。2012年1月，合資企業CelluForce啟用了全球第一臺CNC實證設備（日產1t）。美國農業部林務局也在2012年7月建造了CNC實驗裝置（週產30kg）。
轉型為新生物產業國家的良機
政府在《日本復興戰略修訂版2015》中明確提到將推進CNF的國際標準化和材料利用。為了建立全日本聯動體制，已在獨立行政法人產業技術綜合研究所之下設立了「奈米纖維素討論會」（會長是京都大學教授矢野浩之）。政府提出了在2030年前將製造成本降到300日圓的目標，併計劃培育規模達到1兆日圓的市場。
經濟產業省紙業服飾品課的渡邊政嘉課長強調「若能實現大量生產，那麼成本也將大幅降低。可以利用國內的森林資源開展生產製造活動」，併計劃通過實現標準化來掌握主動權。
日本戰後培育的人工林已經迎來採伐期。我們正面臨一個良機，那就是通過將身邊豐富的森林資源轉化為CNF來促使日本轉型為一個以CNF為核心的新生物產業國家。
採訪、撰文：長澤孝昭
標題圖片：CNF的顯微鏡圖片（左，京都大學生存圈研究所提供）與日本製紙公司的實證生產設備生產的CNF分散劑（燒杯內，該公司提供）
