Solution 04
炭素繊維複合材料
「軽くて丈夫な素材」が
環境に優しい未来をつくる
カーボンニュートラルの実現に向け、ビジネスモデルの大きな転換を迎えているモビリティ分野。自動車メーカー各社が電気自動車の普及に取り組んでいる中、注目を集めている素材があります。車体の軽量化に貢献する炭素繊維複合材料（CFRP）です。
炭素繊維の一番の特徴は、軽量かつ高強度な点にあります。 鉄の約1/4という比重でありながら、強度と弾性率に優れています。
三菱ケミカルグループ（MCGグループ）の三菱ケミカルでは、世界で唯一、２種類の炭素繊維を製造してきました。アクリルニトリルを原料としたPAN系炭素繊維と、石炭を精製する際に発生するコールタールを原料とするPitch系炭素繊維です。
三菱ケミカルは炭素繊維の原料から、炭素繊維そのもの、中間材、CFRPまで自社で製造・販売しているところに強みがあり、材料設計、成形・加工技術など、炭素繊維に関する多種多様なノウハウと提案力を培ってきました。PAN系・Pitch系という２種類の炭素繊維を扱っていることもあり、自動車、航空・宇宙、ゴルフシャフトをはじめとしたスポーツ・レジャー用品など、多種多様な用途やニーズに応えるCFRPを提供しています。
従来の自動車には鉄やアルミなど金属部品が多く使われています。しかし、燃費規制やCO2排出規制の強化を背景に、自動車業界では車体の軽量化が大きな課題の一つともなってきました。
また、カーボンニュートラルの実現に向け、ガソリン車から電気自動車へのシフトが加速する中、重いバッテリーを搭載する電気自動車が走行距離を延ばすには、ガソリン車以上に車体の軽量化が必須とされています。
そこでカギを握るのがCFRPです。従来の材料をCFRPに置き換えることによって強度を保ちながら車体の軽量化が可能となります。過去のモデル検討では、CFRPを17%適用すると30％の車体軽量化につながり（従来材料比）、車体軽量化によって10年間で１台あたり約５tのCO2削減効果があると報告されています。
CFRPは車体の軽量化に大きく貢献すると期待されていますが、モビリティ分野への普及には課題もありました。従来の材料に比べて部材生産に時間がかかり、製造コストも高いことから、スポーツカーなど高級車での利用が主となっていたのです。
そこで三菱ケミカルでは、培ってきた部材の設計ノウハウを活かし、中量～大量生産に対応できるCFRPの開発に取り組んできました。その一つが炭素繊維FMC（CF-SMC＝炭素繊維シート成形コンパウンド）です。
CF-SMCとは、カットした炭素繊維に熱硬化樹脂を含浸させたシート状の中間材料で、プレス成形による量産が可能なところに特徴があります。オートクレーブ（圧力釜）やオーブンを使った従来の成型方法に比べ、短時間で自動車部材に加工できるようになりました。オートクレーブ成形なら２時間かかるところを、なんと２～５分程度まで短縮したのです。
これにより部材をハイサイクルで量産することが可能となりました。コストを抑えても素材としてのパフォーマンスの高さは維持され、アルミと同程度の曲げ剛性（素材の曲がりにくさ）で比較した場合、約30％の軽量化も達成しました。将来的にはアルミと同等のレベルまで製造コストを削減できる可能性も秘めています。
また、CF-SMCは繊維の短い炭素繊維を使っていることから、設計の自由度も高く、複雑な形状の成形に対応できることも特徴としています。
すでにモビリティ分野でのCF-SMCの採用は進んでおり、日産「GTR」のディフューザー、レクサス「LC500」のドア・ラゲッジのインナー、トヨタ「プリウスPHV」のバックドアインナーのほか、最近でもトヨタ「GR ヤリス」のルーフなどに使われています。
今後、車体軽量化のニーズはさらに高まっていくと予想され、CFRPは需要増加が見込まれています。一方、自動運転車や空飛ぶ車など次世代モビリティの分野では、従来の思想にとらわれない新たなコンセプトによる車体設計が進むでしょう。
そうした新たなモビリティの実現に貢献するためにも、顧客ニーズの迅速な汲み取りが、よりいっそう重要となります。三菱ケミカルでは、素材を開発して提供する川上から川中までのビジネスから、エンドユーザーである自動車メーカーに近い川下のところに入り込んだビジネスへと変革すべく、サプライチェーンの強化に取り組んでいます。
2017年には、CFRPの自動車部品を手がけるイタリアのC.P.C.SRLに出資を行いました。同社が持つ設計・シミュレーション技術を活用した部品・車両の軽量化ノウハウや成形技術力、開発提案力、欧米自動車メーカーへのネットワークなどを活用することで、技術革新の著しいモビリティ分野に対して最適なソリューションをタイムリーに提供する体制を構築しています。
また、C.P.C社にCF-SMCの製造設備を新設することで、CFRP 製品に対する需要拡大にも対応していきます。中間材料についても、2020年にドイツの炭素繊維プリプレグメーカーであるc-m-p GmbHを買収し、CFRPの生産体制の強化をグローバルに進めています。
そして、競争力を維持していくには、サステイナビリティにも配慮したサプライチェーンの確立も不可欠です。そのため、三菱ケミカルでは日本の新菱（しんりょう）やドイツのcarboNXT GmbHなど、グループ会社において炭素繊維のリサイクル事業にも力を入れています。
現在は回収したCFRPから炭素繊維を分離し、原料として再利用する段階ですが、将来的には回収品をバージン材と同等の性能を残したまま中間材に再生する技術の確立を目標としています。三菱ケミカルは、炭素繊維の原料からリサイクルまで一貫したビジネスモデルをもつ唯一の企業として、サーキュラーエコノミーの実現に貢献していきます。
炭素繊維という「軽くて丈夫」な素材は、モビリティ分野だけでも大きな可能性を秘めています。いよいよ電気自動車が主流となった時代が到来したとき、今よりもさらに軽く、さらに丈夫なCFRPが開発されていけば、環境に優しい「空飛ぶ電気自動車」だって夢ではないかもしれません。
三菱ケミカルの炭素繊維/炭素繊維複合材料専用サイト
https://www.m-chemical.co.jp/carbon-fiber/
この記事をシェアする
