パルプ・製紙用セルラーゼ ― 繊維改質、脱水性向上、古紙繊維処理

セルラーゼが強度低下を伴わずに脱水性を改善できる鍵は、繊維表面に露出した最外層セルロースマイクロフィブリルと、脱水抵抗に最も寄与する超微細繊維断片(ファインズ)に対する選択的な作用にあります。膨潤・フィブリル化した繊維の表面を改質し、脱水性を最も低下させるファインズを部分的に分解することで、セルラーゼは引張・引裂強度を担う主繊維本体を加水分解することなく、繊維網の比ろ過抵抗を低減します。重要な管理項目は投入量です。少なすぎると脱水性改善が不十分となり、多すぎると繊維本体への攻撃が始まり強度が低下します。脱水性が改善しつつ意味のある強度低下を招かない実用的な投入量範囲は、本格導入前にベンチスケールで検証されます。

セルラーゼ前処理によるリファイニングエネルギー削減の実績は用途によって異なります。段ボール原紙向け古紙脱水性改善では、目標フリーネス到達に必要なリファイニングが減ることによる間接的なエネルギー削減効果は、そのパルプ画分のリファイニング電力の15~25%程度が典型的です。酵素前処理を伴う機械パルプでは、ベンチスケール試験で1トンあたり5~15%の直接的なリファイニングエネルギー削減が報告されていますが、プラントスケールでの結果は樹種、目標パルプ品質、リファイナー構成によって、わずかなものから顕著なものまで幅があります。エネルギー削減計算に基づいて本格生産規模での酵素調達を決定する前に、明確なパイロットプログラムによる工場スケールでの検証を推奨します。

パルプ・製紙用セルラーゼ酵素は通常、希薄な水溶液としてマシンチェスト、ブレンドチェスト、または抄紙機前の専用前処理槽でパルプストックに添加されます。酵素の接触時間はpH 4.5~5.5、45°C~55°Cで30~120分管理されてからストックが次工程に進みます。処理接触時間の経過後、酵素は希釈され、抄紙機のアルカリ性歩留まり薬品系と温度管理によりほぼ失活します。セルラーゼは一般的にデンプン、歩留まり向上剤、サイズ剤といった標準的なウェットエンド薬品系と適合性がありますが、具体的な適合性は工場のウェットエンド薬品サプライヤーと確認する必要があります。強力なカチオン性ポリマーと同時に添加すると酵素が結合・失活する場合があるため、これは避けてください。

パルプ・製紙向けの活性グレード選定は、対象用途と利用可能な接触時間によって決まります。接触時間30~60分の脱水性改善用途では、より高濃度のグレードが、パルプへの添加酵素量を比較的少量に抑えながら目標投入量を達成できます。これは原料への酵素タンパク質添加を最小限に抑えるうえで重要です。より長い接触時間(前処理槽で60~120分)を要する用途では、比例的に高いマス投入量の低濃度グレードも有効です。実務的な指針としては、絶乾パルプ1トンあたりの目標投入量と利用可能な接触時間に基づいて仕様を決め、その投入量を工場の投入システムに適した液体添加量で実現できる酵素活性グレードを選定することです。