015. バイオ変換×化学変換で木質バイオマスをプラスチック原料に有効活用
（森林総合研究所 主任研究員 鈴木 悠造さん）
(2026年11月15日)
木材の主要な成分であるセルロースとリグニン。両者の関係は鉄筋とコンクリートにも例えられる。このうちセルロースは紙の原料となって人の暮らしや文化を支えるほか、近年ではアルコールなどに変換し、エネルギー源や化学材料として利用する研究も進んでいる。しかし、もう一方のリグニンは、化学構造が非常に複雑なこともあり、材料としてはほとんど利用が進んでいなかった。
「リグニンはセルロースに次いで地球上で2番目に豊富なバイオマス資源。活用の道を拓き、より付加価値の高い材料へと展開したい。」と鈴木さんは研究目標を話す。
鈴木 悠造（すずき・ゆうぞう）さん
高校時代にバイオテクノロジーや遺伝子工学に興味を持ち、2004年4月東京農工大学 農学部 生物生産学科入学。2008年4月同大学大学院 生物システム応用科学府 生物システム応用科学専攻へ進学、2013年3月博士後期課程修了。同年4月に高砂熱学工業株式会社にエンジニアとして入社。研究以外の仕事をする中で研究の面白さを再確認、2020年4月より国立研究開発法人 森林研究・整備機構 森林総合研究所 森林資源化学研究領域 任期付研究員、2023年4月より現職 （森林資源化学研究領域 主任研究員） 。
自然界から新しいリグニン分解微生物を見つけるための化合物の合成にも取り組んでいる。
微生物変換を介してリグニンをバイオマスプラスチックに
木材は主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンの 3つの成分で構成される。セルロースが半数の約50％、リグニンが約30％を占める。木材から紙の原料であるパルプを製造する際には、化学処理でリグニンを除去する工程があり、このときに出る廃液「黒液（こくえき）」には、リグニン由来の多様な芳香族成分が含まれている。しかしこの黒液は、パルプ工場の操業に必要なエネルギーを生産するための燃料としての使い道がほとんどだった。
SYK-6株がリグニン由来の芳香族化合物を分解する過程で生成する化合物。生分解性プラスチックや接着剤の原料としての活用が期待されている。
一方、「SYK-6株」は約40年前に 製紙工場の廃水処理施設から発見された細菌で、リグニン由来の芳香族化合物を効率よく分解できることが知られている。
長岡技術科学大学と森林総合研究所（森林総研）の研究グループは、SYK-6株の代謝機能を利用して、黒液中の芳香族化合物からPDC（2-ピロン-4,6-ジカルボン酸）という化合物だけを効率よく生産させることに成功した。
東京科学大学との共同研究により「PDCからは、生分解性プラスチックや強力な接着剤が作り出せることがわかってきた。」という。
「バイオマスプラスチック」は、植物などの再生可能な有機資源を原料とするプラスチック材料の総称で、木材に含まれるリグニンの活用はこれにあたる。また、「生分解性プラスチック」は、廃棄された後に微生物などの働きで最終的に水と二酸化炭素にまで分解され、自然界へと循環するプラスチック材料の総称。
木質成分「リグニン」から「微生物変換」を経て「PDC（単一のポリマー原料）」、「バイオマスプラスチック」が出来るまで
多様な微生物をものづくりに活用
鈴木さんは学生時代、東京農工大学の片山 義博 名誉教授の研究室に在籍しながら、森林総研の研修生としても活動し、ダイオキシンを分解する微生物の研究や、PDCの研究などに携わってきた。
現在、鈴木さんが森林総研で主に取り組むのは、さらなる新しい素材の開発だ。微生物ごとの代謝経路などの違いを利用し、多様なものづくりを目指している。そのうちの一つが「3CML（3-カルボキシムコノラクトン）」という物質。真菌（しんきん）の一種であるアカパンカビの代謝機能を利用し、黒液中の主要な化合物である「バニリン酸」などから生産できるもので、PDCと同様に、海水中で生分解性を示すプラスチックなど幅広い用途が期待されている。
「3CMLにはS体とR体という鏡像異性体（きょうぞういせいたい・右手と左手のような反転関係にある立体異性体）が存在するが、微生物代謝を利用すればS体だけを単一に作ることができる。さらに、そこに化学変換も追加して、S体とR体の混合物を作り出すことにも成功した。異性体の配合比率を変えることで、用途に応じて素材の物性を柔軟に調節できる、これまでにない新たな機能を持つ素材が生まれる可能性がある。」
未利用資源が拓く木材産業の未来
また、PDCの分子構造の一部を窒素に置換した「PDC窒素置換体」の研究も進めている。これによりPDCの分子構造が安定化し、高分子材料の重合度が上がることで、機械的強度などが高まることが期待される。
そのほか、タケに含まれる未利用成分「ヒドロキシケイ皮酸類」を温和な化学処理により抽出し、微生物の代謝機能を使ってPDCや3CMLに変換することにも成功した。
ヒドロキシケイ皮酸類はさまざまな草本植物に分布するため、木本植物以外の草本系バイオマスの利用拡大にもつながる。
「微生物変換によるバイオものづくりに化学変換を併用し、多種多様な素材づくりに取り組んでいる。林地残材や、建材・家具材にならない低質木材、その他廃棄物などの未利用バイオマスの活用を進め、木材産業の発展につなげることが目標。」と鈴木さん。
ただし、これらバイオマス由来のプラスチック原料がすぐに石油代替原料に置き換えられるかというと、コスト面から難しい。まずは高い付加価値を持たせて、特殊な用途に使われるものを目指すという。
石油に依存せず持続可能な社会へ
リグニンの研究は、植物や微生物の進化の軌跡（きせき）をたどることでもある。
「リグニンは、植物が進化の過程で生み出した成分。植物はリグニンを生合成することで、機械的な強度や通水機能などを手に入れ、陸上で大きく育つことができるようになった。」
その後、微生物は長い時間をかけて進化し、リグニンを分解する能力を獲得。さらにバイオテクノロジーの力によって、特定化合物の生成に特化した「ものづくり微生物」も誕生したというわけだ。
「化学産業やエネルギー産業において重要な役割を果たしている、基幹化合物（きかんかごうぶつ）の製造を石油などの化石資源から切り離すことは、地球温暖化対策を進めることにつながる。森林には炭素固定の機能があるため、使っても二酸化炭素の排出を増やすことにはならない。再生可能なバイオマス資源を活用した製造技術の開発は、ますます注目を集めている」と鈴木さん。時代の追い風を受けて、研究はいっそう加速しそうだ。
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池田 充雄（いけだ・みちお）
ライター、1962年生。つくば市内の研究機関を長年取材、一般人の視点に立った、読みやすく分かりやすいサイエンス記事を心掛けている。