東京大学大学院農学生命科学研究科・農学部

木材化学：化学のことばで、木材に問いかける

　樹木とは、（主に茎部が）巨大化する陸上植物の総称ですが、利用可能な有機資源として見た樹木は「木材」とも呼ばれます。木材は、太陽光エネルギーによって再生産可能な陸上有機資源として最大量を誇り、建材や紙（パルプ）の原料として、毎年莫大な量が工業的に利用されています。
　このような樹木、あるいは木材という研究対象に対して「化学のことば」で問いかけるのが、私が専門とする木材化学（Wood Chemistry）です。木材は、その大部分が樹木細胞壁として存在しますが、化学のことばを用いれば、多糖類である「セルロース」と「ヘミセルロース」および芳香族高分子化合物である「リグニン」の主要三成分が、壁内で複合化した有機混合物である、と概ね定義できます。
　木材化学の立場から、とくに木材を構成する主要三成分の化学構造と反応性を分析することで、樹木細胞壁の化学成分組成に関する樹種・組織ごとの多様性と共通性を明らかにし、特定の化学的環境(pH、金属イオン、温度等)や工業的な化学処理(酸・塩基・酸化剤等)に対する主要三成分のふるまいを解明するとともに、それらの基礎的知見を総合し、新規かつ汎用な木材の化学利用プロセスを模索しています。

木材成分の分離と分析：木材の化学的な"フォーマット"を学ぶ

　上述の通り、樹木細胞壁（木材）は３種の異なる主要構成成分（天然有機高分子）が複合化した混合物として形成されますが、構成成分の種類や構成比率（化学組成）は樹種や組織等に応じて大きく異なるため、利用したい木材を化学的に特徴づけて理解することが重要です。木材の化学的な特徴づけには、木材の成分分離法や化学組成分析が実践的に有用です。
　私が担当している学生実験（生物材料科学実験、生物素材化学実験Ⅰ）の担当回では、実際に学生の皆さんに手を動かしてもらい、木材の成分分離と化学組成分析に関する基礎実験を行ってもらいます。実験を通じて、木材の各化学成分ごとに共通した""フォーマット""の中にある豊かな多様性を実感し、また、木材の化学的な成分分離（リファイナリー）手法の奥深さを味わって欲しいと思っています。

木材化学の最深部、リグニン化学：リグニンの利用可能性の改善に向けて

　近年、石油資源に依存しない持続可能な循環型社会の構築に向けて、再生可能な木質バイオマス（木材）の有効利用が強く要請されています。木材の主要三成分のうち、セルロース誘導体や製紙パルプ産業に大きな需要のあるセルロース・ヘミセルロースと異なり、リグニンの工業的な化学利用法は未確立です。リグニンの化学利用の推進に向けて、解決するべき課題はたくさんありますが（機能性・経済性・安全性etc）、リグニンがもつ複雑な化学構造と反応性を正確に理解し、うまく使いこなす方法を確立することは、基礎研究として重要な仕事です。
　その最初の一歩として、工業的なリグニンの変質現象に関する研究を進めています。たとえば、パルプ製造工程(蒸解工程)において、木材チップ中のリグニンは排液(黒液)中に溶け出し、パルプ繊維（セルロース＋ヘミセルロース）と分離されます。黒液中に溶出したリグニン由来成分（黒液リグニン）は、蒸解工程中に構造変質を受け、化学的に利用しづらい形態になってしまうため、現状は燃やされて熱エネルギーとして利用されるのみです。しかし、リグニンの変質現象を理解できれば、その変質を制御し、黒液リグニンの利用可能性を改善することができるはずです。木材化学、とりわけ、リグニン化学の知見を活用して、私はこの課題に取り組んでいます。