Pulp - Parupu (English spelling) pulp

Japanese: パルプ - ぱるぷ（英語表記）pulp

It is an aggregate of cellulose fibers extracted by mechanical or chemical processing from wood and other plants, and most of it is used as the main raw material for paper. Pulp has different yields and properties depending on the manufacturing method and the raw plant. It is broadly classified into mechanical pulp, chemical pulp, and semi-chemical pulp depending on the manufacturing method, and into wood pulp and non-wood pulp depending on the raw material. It is also divided into paper pulp and dissolving pulp depending on the use. Dissolving pulp is used as a raw material for chemical products such as cellophane and CMC (carboxymethyl cellulose). There are many types of pulp, so they are distinguished from each other by adding the raw material, manufacturing method, use, or an abbreviation before the pulp name. For example, bleached kraft pulp made from softwood is called NBKP (N stands for softwood, B for bleached, K for kraft, and P for pulp), while dissolving sulfite pulp made from hardwood is called LDSP (L stands for hardwood, D for dissolving, S for sulfite, and P for pulp).

Pulp generally refers to any plant material such as wood or fruit that has been made into a porridge-like consistency. In addition to wood pulp, there is also apple pulp, which is made by mashing apples into a porridge-like consistency and used as an ingredient in sweets and jams. However, when the word pulp is used simply today, it refers to wood pulp for papermaking, which is produced in large quantities and consumed in large quantities and is of great social importance.

[Akio Mita April 18, 2016]

History of Pulp

It is said that in ancient China, during the reign of Emperor He of the Later Han Dynasty, Cai Lun invented paper that fits the definition of paper today using hemp cloth and fishing nets, and the fibers of the cloth and fishing nets mentioned in this story were made into a mushy porridge-like substance that could be used to make paper, which is what became pulp (hemp pulp). The history of actual paper is now thought to go back quite a bit, so the history of pulp is also extremely old.

Papermaking technology originating in China was forbidden to leave the country for a long time, so it did not spread easily. It headed east, passing through the Korean Peninsula at a relatively early stage, and is said to have been brought to Japan in 610 by the Goguryeo monk Doncho. Perhaps because paper was considered sacred in Japan, people did not make paper from rags, but instead sought other raw materials. They succeeded in making long-fiber pulp by boiling the bark of shrubs such as paper mulberry and gampi in lye. The high-quality long-fiber pulp obtained in this way gave rise to the unique nagashisuki (a method of filtering paper using a paper filter) technique, which made it possible to produce excellent washi paper.

Meanwhile, the spread of papermaking technology westward was extremely slow, and it is said that it only reached Baghdad via the Silk Road in 793. In Baghdad, Arabs developed the technology to turn flax into pulp, and the resulting flax pulp was used as raw material in paper factories built there. Papermaking technology continued westward, and by 960 many paper factories had been established, mainly in Cairo, Egypt. In 1151, the Muslim Moors occupied Spain, and papermaking technology was introduced to Europe for the first time.

Until the development of wood pulp in the 19th century, pulp mills and paper mills coexisted, and pulping technology was disseminated together with papermaking technology. During this time, regional constraints on raw materials prompted the improvement of various pulping techniques, but at the same time, the new pulps thus developed enabled new developments in papermaking technology. In Europe, the technology to pulp cotton clothing rags, which were commonly used at the time, was developed, and cotton rag pulp supported the papermaking industry on the continent as a raw material for papermaking.

The printing technology using movable type invented by Gutenberg in 1450 developed significantly, leading to a mass demand for paper and spurring the invention of the papermaking machine. Furthermore, the appearance of the papermaking machine (1808) required a huge supply of pulp, and thereafter a chronic shortage of pulp continued. However, the raw materials for pulp that had been used until then were all fibers closely related to clothing or non-wood fibers that were difficult to supply in large quantities, so people looking for other sources of raw materials for huge quantities of pulp turned their attention to forest resources. Then, in the mid-19th century (1840), Friedrich Gottlob Keller (1816-1895) of Germany succeeded in mechanically pulping wood and inventing groundwood pulp (GP).

Almost all of the inventions that form the basis of today's wood pulping technology were made in a very short period of time: in 1851, soda pulp was invented by Hugh Burgess (1825-1892) of England, in 1867, the sulfite process (SP process) was invented by Benjamin Chew Tilghman (1821-1901) of the United States, and in 1884, the Kraft process (KP process) was invented by Carl F. Dahl of Germany. The emergence of wood pulp that could be mass-produced made the pulp industry an industry that could be independent from the paper industry, modernized the paper (western paper) and paperboard industries, and firmly established their position as key industries. For this reason, the motivation for the invention of wood pulping technology and the history of the development of the pulp industry as a materials industry are of great interest.

[Akio Mita April 18, 2016]

Pulp raw material

Japan is currently facing a timber shortage, with two-thirds of all timber consumed being imported. Despite this, over 99% of pulp production is wood pulp, and securing timber imports is a major issue that is also linked to the conservation of the world's greenery and natural environment.

The main components of wood and non-wood pulp materials currently used as raw materials, as well as the fibrous plants being considered as raw materials, are cellulose, pentosan (hemicellulose), and lignin. In the plant body, cellulose fibers are surrounded by hemicellulose, and the spaces between the fibers are further filled with lignin to solidify the whole.

[Akio Mita April 18, 2016]

Wood Fiber Raw Materials

Depending on the species, conifers grow in temperate, subarctic and arctic zones, while hardwoods grow well in temperate, subtropical and tropical zones.

The cellulose fibers of softwoods are longer than those of hardwoods, at around 2 to 3 millimeters. The main component of softwood hemicellulose is a polymer of carbohydrates with six carbon atoms, and it is more resistant to acid than hardwoods. Lignin is a type of polyphenol, and softwood pulp is more difficult to decompose than hardwood pulp, so softwood pulp is stronger than hardwood pulp when pulped using the same method.

On the other hand, the cellulose fibers of hardwoods are short, about 1 millimeter in length. The main component of hardwood hemicellulose is pentosan, a polymer of carbohydrates with five carbon atoms, which swells more easily in water than softwoods and is vulnerable to acid, easily decomposing. Hardwood pulp obtained by pulping methods that use acidic cooking (boiling to make pulp) chemicals is particularly weak, but pulp made with alkaline cooking chemicals has a large amount of remaining hemicellulose and the fibers are firmly bonded together, resulting in highly transparent paper that is often relatively strong.

[Akio Mita April 18, 2016]

Non-wood fiber raw materials

They are broadly divided into two categories: short fiber raw materials and long fiber raw materials.

[Akio Mita April 18, 2016]

Short fiber raw materials

In developing countries that lack wood and cannot produce or import wood pulp, they have used it as a raw material to produce cheap, even low-quality pulp. Typical examples include rice straw, wheat straw, bagasse (sugarcane waste), and other materials such as reeds and corn. These fiber raw materials have a low cellulose content and a high content of non-fibrous components such as hemicellulose and ash, and their fiber length is generally short, less than 1 mm. If wood pulping methods such as the Kraft process are used for cooking, the resulting pulp generally has lower strengths than wood pulp, especially low tear strength. The yield is also extremely low. If cooking is done lightly, the pulp yield increases, but the strength decreases further, the pulp becomes sticky, the water does not drain well, and the papermaking machine is less likely to feed the pulp, making the quality defects even more noticeable. In addition, it is difficult to treat the pulp waste liquid.

[Akio Mita April 18, 2016]

Long fiber raw materials

It is a fiber raw material that developed countries have used to produce small quantities of pulp for the manufacture of specialty high-quality papers such as paper for banknotes, securities, letter paper, and thin dictionary paper. Hemp such as flax and choma (ramie), bast from shrubs such as paper mulberry and mitsumata, and seed hairs such as cotton linters (cotton fibers) are all long fiber raw materials. It contains a lot of cellulose, hemicellulose, lignin, and pectin, which binds the bast fibers together. The resulting pulp has a higher yield than wood pulp, and has extremely high strengths including tear strength and folding strength, giving paper with an excellent texture.

[Akio Mita April 18, 2016]

Pulp manufacturing method

The manufacturing methods for each pulp are described below. For the characteristics of each pulp, please refer to each item.

[Akio Mita April 18, 2016]

Chemical pulping

Chemical pulping is also called the chemical process (CP process). There are the alkaline process (AP process), the sulfite process (SP process), and the kraft process (KP process), and in principle, all of these processes involve treating the wood with a cooking liquor to extract lignin, and then separating and extracting the pulp from the cooked product, with the remaining liquid being the pulp waste liquor. Pulp obtained by this process is called chemical pulp.

[Akio Mita April 18, 2016]

Alkaline Method

In the alkaline process, a strong alkaline aqueous solution (soda) of sodium hydroxide or sodium carbonate is used as the cooking liquid. Wood or non-wood cellulose raw materials are cooked at high temperatures (140-180°C), and the cooked product is separated into pulp and waste liquor, which are then washed to obtain soda pulp.

[Akio Mita April 18, 2016]

Sulfite method

In the sulfite process, a mixed aqueous solution of acidic calcium sulfite and sulfurous acid is used as the cooking liquor, and the cellulose raw material is treated at high temperatures (140-150°C), dissolving the lignin and extracting sulfite pulp.

[Akio Mita April 18, 2016]

Craft Method

In the Kraft process, a mixed solution of sodium sulfide and sodium hydroxide is used as a cooking liquor to cook the cellulose raw material at high temperatures (150-180°C) to obtain Kraft pulp.

[Akio Mita April 18, 2016]

Semi-chemical pulping process

The semi-chemical pulping method is also called the semi-chemical method (SCP method). It was developed as a result of the search for a manufacturing method that can use both softwood and hardwood chips as pulp raw materials, and can produce pulp with a high yield like mechanical pulp and excellent strength like chemical pulp. The wood is first subjected to a weak chemical treatment, and then mechanically defibrated to produce pulp. In particular, products that have a low level of chemical treatment and a high level of mechanical treatment, with the aim of improving the pulp yield, are sometimes classified as chemi-ground pulp (CGP). The pulp yield can be selected at will between 60 and 90%, and the resulting semi-chemical pulp can be expected to have strength commensurate with the raw materials, the selected cooking liquor, and its yield.

[Akio Mita April 18, 2016]

Mechanical pulp

Mechanical pulp (MP) is also known as mechanical pulp. Since its invention in 1840, it has been called ground pulp or ground wood pulp because pulp was obtained by pressing softwood logs against a rotating grinder submerged in water to grind them into fibers. By mechanically processing the wood while spraying it with water, or by combining heat and mechanical processing, the bonds of the lignin that holds the wood together are temporarily loosened, and fibers can be extracted with an extremely high yield rate while still retaining the lignin and hemicellulose.

[Akio Mita April 18, 2016]

Non-wood pulp

Due to concerns about the global environment, non-wood pulp is attracting attention again as a method to avoid cutting down trees. In the second half of the 20th century, China forced the production of pulp without adequately developing wastewater treatment technology in order to greatly increase production of paper pulp, and as of 1997, it produced the majority of the total production volume of about 19.3 million tons, making it the world's largest non-wood pulp producer. However, in the 21st century, as global environmental problems became more severe, it became impossible to promote the industry, and in 2012, production volume dropped sharply to 5.912 million tons. In Japan, both the production and consumption of non-wood pulp is low, but it is produced by applying wood pulp production methods such as the alkali process, Kraft process, and neutral sulfite process (NSP process).

[Akio Mita April 18, 2016]

Recycled pulp from waste paper

In the past, recycled pulp was almost always used as a raw material for paperboard, but as a result of years of technological development, the classification of waste paper has become more accurate, making it easier to recycle it. A recycling process has been developed that does not put a burden on the environment with wastewater. Furthermore, the quality of recycled pulp has been improved, making it possible to use it in some forms of newsprint and printing paper in addition to paperboard.

In particular, Japanese waste paper is mainly made of hardwood pulp, and although it has the drawback of being weak, it can be efficiently processed because it is well sorted, and the various recycled pulps obtained have their own uses, so they are being reevaluated by other countries. In addition, the old method of treating waste paper under high temperature and pressure using chemicals such as sodium sulfite has been abolished and improved to be treated at low temperature and normal pressure, which has made wastewater treatment much easier. The general improved recycling process is as follows: (1) The waste paper is put into a water tank with a powerful agitator together with water to reduce the adhesive strength between the fibers and break them apart, turning them into a gruel-like substance; (2) The paper is diluted with water and passed through various types of dust removers to remove wire, plastic, and other debris; (3) The paper is passed through a screen to refine it; (4) The paper is dehydrated and forced to mix in a kneader (high-concentration agitator) with a surfactant to remove the printing ink on the surface of the pulp, leaving deinked pulp. (5) The pulp is then bleached with hydrogen peroxide or other bleaching agents to obtain a relatively white deinked recycled pulp.

[Akio Mita April 18, 2016]

The Japanese pulp industry

From the Meiji Period to World War II

After the Meiji Restoration, Japan attempted to introduce Western paper pulp technology. A paper company (later Oji Paper) was established in 1872 (Meiji 5), and the first Western paper in Japan was produced in 1874. After that, Japan continued to introduce new technologies, and in 1889, a sulfite pulp factory using wood as raw material was built in Keta, Shizuoka Prefecture, in 1890, a groundwood pulp factory, and in 1924 (Taisho 13), a kraft pulp factory was built. At the time, the groundwood pulp method was the mainstream for mechanical pulp, and the sulfite method was the mainstream for chemical pulp. Both the groundwood pulp method and the sulfite method were mainstream pulp production methods at the time, but pulp was not easy to produce unless the wood had a low resin content. Also, good quality pulp could not be obtained unless the fibers were long, so the factory was located in Hokkaido, seeking conifers, especially Yezo spruce and Todo fir. Later, when the timber available in Hokkaido no longer met their needs, the company expanded its operations to Karafuto (Sakhalin) and Manchuria (present-day northeastern China) in search of fir and hemlock trees.

[Akio Mita April 18, 2016]

After World War II

The pulp industry, which suffered a devastating blow during the Second World War, including the loss of pulp factories in Sakhalin and Manchuria, recovered and grew rapidly thanks to the introduction of new technology and a large demand. In the early postwar period, the use of surfactants as auxiliary agents in the sulfite process succeeded in turning coniferous wood such as red pine from the mainland, which had previously been difficult to use due to its high resin content, into high-quality pulp. In addition, while the previous sulfite process used only calcium as the base (base component) and sulfite cooking was performed in a strong acidic range, by changing to a magnesium, ammonium and sodium base, cooking in weak acid, slightly acidic, neutral and alkaline conditions and two-stage cooking became possible, and pulp with excellent yield, quality and strength could be obtained. This sulfite cooking technology with a different base was succeeded by semi-chemical pulp technology. This method involves lightly treating wood chips with cooking liquid and then mechanically defibrating them to obtain pulp with a high yield. This semi-chemical pulp method, especially the one that uses slightly acidic sulfite cooking in the first stage, is white in color and has better strength and yield than sulfite pulp, so it was mixed with groundwood pulp and used to make newsprint. Pulp that is cooked with neutral sulfite in the first stage is called neutral sulfite semi-chemical pulp (NSSCP) and is dark brown in color, but has high yield and strength, especially rigidity, and is most often used as base paper for the semi-core of corrugated cardboard, which has resulted in driving wooden boxes out of the market.

The disc refiner, developed in the production of semi-chemical pulp, revolutionized the entire pulp and paper industry by replacing grinders in mechanical pulp mills and enabling the production of high-yield refined mechanical pulp (RMP) from chips without the use of logs, eliminating the need for logs in all pulp production.

Between 1950 and 1955 (Showa 25-30), the bleaching of kraft pulp, which had previously been considered impossible, was successfully commercialized through multi-stage bleaching technology, and hardwood pulping was also successful, and the introduction of continuous cooking technology helped to reduce labor and energy and enlarge the pulp industry. Technologies for recovering cooking chemicals from pulp waste liquor and recovering steam and electricity were introduced, and the kraft process was almost technically complete.

Kraft pulp and semi-chemical pulp made great strides until 1970, but the rapid growth of the industry caused pollution problems such as the Tagonoura incident. At the time, of all the different types of pulp, only kraft pulp and mechanical pulp were easy to deal with for wastewater treatment, and so they were able to increase their production ratio, pushing aside the sulfite and semi-chemical methods.

[Akio Mita April 18, 2016]

After the Oil Shock

The 1973 oil crisis, followed by the soaring oil and electricity prices, further changed the pulp industry. In other words, the cost of energy for mechanical pulp exceeded the price of wood, so the growth in its production ratio stagnated, and the ratio of semi-chemical pulp, which can be called half chemical, half mechanical pulp, dropped sharply. Only kraft pulp, which is a representative of chemical pulp, increased significantly and became the representative pulp of Japanese pulp. However, global environmental problems occurred on a global scale, and the kraft process, which was once an excellent method in terms of pollution, was forced to make severe improvements due to environmental issues. One of these was odor control. The kraft process uses sulfur compounds in the cooking process, which generates organic sulfur compounds such as mercaptans, which have a very strong odor. Various measures have made it much better than before, but the odor cannot be completely eliminated and it is still a struggle. As for wastewater problems, a large amount of chlorine is used in the bleaching of unbleached pulp, which generates many organic chlorine compounds including dioxins, so a drastic improvement of the bleaching method is required. Efforts have been made to reduce the amount of chlorine used by introducing oxygen bleaching and hydrogen peroxide bleaching in the pre-bleaching stage. In addition, while Japan has had a high recovery rate of waste paper for some time, achieving an even higher recovery rate and increasing the production of recycled paper are also issues to be addressed.

[Akio Mita April 18, 2016]

The pulp industry in Japan and around the world

Looking at the global pulp and paper industry, there are (1) countries such as the United States and Japan that produce pulp and paper, (2) Canada and Northern European countries that have small populations and abundant forest resources and produce and export large amounts of pulp and paper, and (3) countries such as the United Kingdom and France that have large populations and paper consumption, are not blessed with forest resources, and import large amounts of pulp to produce paper.

In 2013, the total production of pulp in the world was 179.36 million tons, of which Japan produced 8.77 million tons. Japanese pulp mills do not use expensive logs, but instead purchase chips made mainly from waste materials. Although about two-thirds of the land area of Japan is forested, high labor costs are making it increasingly difficult to transport and use thinned wood. In 1964, Toyo Pulp began importing chips from North America using a dedicated chip ship, and since then, Japan has become increasingly dependent on imported chips. In 2014, of the 29.257 million cubic meters of chips used in pulp production in Japan, 9.266 million cubic meters were domestically produced and 19.991 million cubic meters were imported, meaning that imported chips accounted for 68.3% of the total chip consumption.

Because the pulp and paper industry is an equipment industry, it is economically advantageous to mass-produce products in large factories. The economic unit of a wood pulp factory is said to be on the scale of 1,000 tons per day, and internationally many newly built pulp factories have a daily production capacity of over 2,000 tons. In Japan, a small number of pulp factories produce pulp collectively, and many paper factories purchase pulp for use. However, many large companies carry out integrated production from chips to pulp paper.

Of Japan's total pulp production in 2013, 8.848 million tons, over 99% was wood pulp. Of this, 8.774 million tons (99.2%) was paper pulp and 74,000 tons (0.8%) was dissolving pulp, all of which was sulfite pulp. Paper pulp consisted of 8.076 million tons (92.0%) as kraft pulp, 666,000 tons (7.5%) as mechanical pulp, and 19,000 tons (0.2%) as semi-chemical pulp. Looking only at paper pulp, almost all is produced using the kraft method, and it can be said that we have entered an era in which it is the overwhelming mainstream.

[Akio Mita April 18, 2016]

Issues and prospects for the pulp industry

Whenever the quality of computers and other electronic devices improved dramatically, it was said that a paperless era was coming, and the pulp and paper industry refrained from expanding. However, when electronic devices came onto the market, they suddenly turned into paper-eating bugs, causing a major paper shortage and discharging large amounts of paper waste, creating major social problems.

As of 2013, about 50% of the world's paper and paperboard is used by people in three countries: China, the United States, and Japan, with the rest shared by people in other countries. In developing countries, paper shortages are serious, and it is said that education, culture, and industry do not develop, and democracy does not easily take root. Japan's sanitary paper consumption as of 2013 was 13.7 kilograms per person, but there are countries where the total annual paper consumption is less than 14 kilograms, and at least in these countries, the people are unable to use toilet paper properly, which is extremely unsanitary and a major problem.

In developed countries, the problem is even more serious. If paper were to disappear from the market for even a day, most social functions would come to a halt. Assuming that demand for paper will continue to grow, at least until the paperless era truly arrives, paper mills must secure paper pulp to produce paper, and pulp mills must secure fiber raw materials and produce pulp that can be used to make paper from any fiber raw material, fulfilling their supply responsibilities. This is no easy task on a smaller planet.

[Akio Mita April 18, 2016]

Pulp industry raw materials problems

The gigantic pulp industry, together with the paper industry, has collected huge amounts of raw wood and produced about 400 million tons of paper, and has been supported by huge consumption. As of 2013, the average consumption of paper and paperboard per person for the world's approximately 7 billion people is 56.5 kilograms, but there are many countries where the consumption is less than this. The world is experiencing a continuing population explosion, forests are being lost to large-scale agricultural development and slash-and-burn agriculture, deserts are expanding, and global warming is said to be in a critical state. In this current situation, it is impossible and dangerous to continue thinking in the same way as before. From now on, it will be necessary to change our way of thinking and build a comprehensive system that can proceed without contradiction between consumption, pulp manufacturing methods, pollution, and the global environment.

Among the eucalyptus species native to Australia that are attracting attention as a new timber resource, there are some that grow quickly and are suitable for pulpwood. It has been reported that seedlings can be harvested 7 to 10 years after planting, and that 11 tons of pulpwood (about 5.5 tons of pulp per hectare) can be obtained. Outside of Australia, Brazil and South Africa also have large-scale eucalyptus forests adjacent to pulp factories, and pulp is produced in a planned and sustainable manner. However, to produce an additional 100 million tons of pulp, more than 18 million hectares of land would need to be planted and managed. This is an area equivalent to more than three times the total cultivated land of Japan. In this sense, we have no choice but to consider new resource measures, including reducing paper waste, making effective use of thinned wood, and reusing waste paper.

[Akio Mita April 18, 2016]

Review of non-wood raw materials

Given the current state of forests, it is not expected that wood-based paper pulp will be produced in any significant way. However, the main component of all higher plants on Earth is cellulose fiber. It is possible to use these as raw materials to produce pulp on a laboratory scale. The question is whether or not pulp can be extracted in large quantities more economically without damaging the global environment. One non-wood raw material that has attracted attention is kenaf, and agricultural waste such as rice straw, wheat straw, and bagasse, the residue left over from sugarcane, are also being reconsidered as possible pulp raw materials.

[Akio Mita April 18, 2016]

Kenaf

Kenaf is a terrestrial annual herb of the Malvaceae family that grows quickly and produces a hemp similar to jute from its bast, which was once used as a substitute for jute to make hemp bags for grains. Kenaf hemp is much more expensive than wood chips, so it can be made into pulp, but the cost is high and no suitable use for it has been found. However, the yield of the whole trunk (bast and woody part of the core) reaches about 15 tons per hectare, and about 5 tons of pulp can be obtained by cooking. It has been reported that this pulp has been successfully processed into printing paper in the same way as wood pulp. Opinions are divided between those who recommend kenaf because it grows several times faster than wood and absorbs a large amount of carbon dioxide, and those who are opposed to it, because the yield of kenaf pulp per hectare is lower than that of eucalyptus pulp and the production cost is several times that of wood pulp, making it economically inferior.

[Akio Mita April 18, 2016]

Agricultural waste

The annual amount of agricultural waste generated is estimated to be more than 2 billion tons when air-dried. It is expected that this can be used to produce 1 billion tons of paper, but the following problems have been pointed out regarding using agricultural waste as a raw material for pulp:

(1) The disease occurs only once a year during the harvest season, and the density of outbreaks is low.

(2) Agricultural waste is perishable, bulky, and difficult to transport and store.

(3) When agricultural waste is boiled using traditional wood pulp manufacturing methods such as the Kraft process, the yield is extremely low, and if the cooking is done slowly, the quality drops significantly and the drainage is poor, making papermaking difficult.

(4) It is not easy to pollution-treat the pulp waste and waste generated during the production of agricultural waste, and it is not easy to form a pulp industry except to produce very small amounts of expensive long-fiber pulp from kozo skins and hemp shaves, or to collect large amounts of bagasse that is emitted from sugar mills in bulk to mass-produce cheap pulp.

[Akio Mita April 18, 2016]

Next-generation pulping technology

The craft method has undergone numerous improvements over the past century, and has become the mainstream of the pulping method. However, it has become so large that it has become a major drawback, such as small-scale craft pulp mills as local industries that use small amounts of wood chips that occur in the region cannot take pollution countermeasures, and is not suitable for producing small pulp. Furthermore, the problem that the craft method is not suitable for pulping non-wood is a serious drawback, and some say that the craft method does not provide satisfactory non-wood pulp pulp, which is the biggest reason why non-wood pulp today is not shaking.

Challenges for next-generation technologies are being carried out everywhere, and among them, the hydrogen peroxide alkaline method (PA method) is gaining the most attention and is gaining success.

[Akio Mita April 18, 2016]

PA method and total system

A large resource regeneration project carried out in the 1970s by the Ministry of International Trade and Industry (now the Ministry of Economy, Trade and Industry) found that lignin could be selectively removed by treating a mixture of paper separated from urban waste with a solution of hydrogen peroxide and alkali added to alkali, and bleaching pulp with a low amount of waste was obtained. This bleaching method was reported as the PA method. Furthermore, from 1981 (Showa 56), research into the multipurpose advanced utilization of tropical and subtropical unused plant resources was progressing at the expense of the Science and Technology Agency (now the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology), and the PA method was attempted as a cooking method for bagasse and rice straw, which are non-wood fiber raw materials that have previously been considered unsuitable for the craft method, resulting in excellent pulp. In particular, it was reported that excellent long fiber pulp can be obtained from the hemp fibers of old banana trees and pineapple stumps. Furthermore, pulp can be obtained from tropical and subtropical wood such as ginnem and eucalyptus using the PA method, and it has been confirmed that other broad-leaved trees such as cedar, pine, larch, fir, hemlock, and birch trees that can be digested using the craft method can be pulped using the same method.

The PA method's cooking agent is made by adding a small amount of a cooking aid (chelating agent, anthraquinones, etc.) to an alkaline solution of hydrogen peroxide. The unbleached pulp obtained by this method has little lignin, is light in color, good bleachability, and is even higher whiteness by bleaching hydrogen peroxide without using any chlorine. Furthermore, simply by concentrating the waste liquid and burning it in an oxidizing atmosphere, the energy of alkali, steam and electricity can be recovered very easily. The PA method is a sulfur-free cooking method, so there is no foul odor like the craft method, and chlorine bleaching is possible, so no organic chlorine compounds such as dioxin are generated, and a sophisticated closed (circulation) system can be created by recovering the waste liquid.

になったんです。 English: The first thing you can do is to find the best one to do.になったんです。 English: The first thing you can do is to find the best one to do.

[Akio Mita April 18, 2016]

"Pulp Paper Encyclopedia, edited by the Pulp Paper Technology Association (Kanhara Publishing, 1990)" ▽ "Pulp Paper Technology Handbook, edited by the Pulp Paper Technology Association (1992)" ▽ "Pulp Paper Technology Prediction Study Group, edited by the Pulp Paper Technology Prediction Study Group, published by the Pulp Paper Technology and New Technology Strategy" (1993)" ▽ "Practical Knowledge of Paper and Pulp" (1993)" ▽ "Practical Knowledge of Paper and Pulp" (1993, Toyo Keizai Shinposha)" ▽ "Compiled by the Japan Paper Federation, published by the Japan Paper Federation, Is it true that Kenaf will save the forest?になったんです。 English : The first thing you can do is to find the best one to do. Japan and Asia" Edition (Tech Times)

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

木材その他の植物から機械的または化学的処理によって取り出したセルロース繊維の集合体で、その大半は紙の主原料として用いられる。パルプは、製造方法および原料植物によって収率や性質を異にする。そして製造方法によって機械パルプ、化学パルプおよび半化学パルプ（セミケミカルパルプ）に大別され、また原料によって木材パルプ、非木材パルプに大別される。そのほか用途により、製紙用パルプおよび溶解用パルプなどに分けられる。溶解用パルプはセロファンやCMC（カルボキシメチルセルロース）などの化学製品の原料として用いられる。パルプは種類が多いので、原料、製法、用途またはその略称をパルプの前につけて互いに区別する。たとえば針葉樹を原料とする晒(さらし)クラフトパルプは、NBKP（Nは針葉樹、Bは晒、Kはクラフト法、Pはパルプをそれぞれ表す）、また広葉樹を原料とする溶解用亜硫酸パルプはLDSP（Lは広葉樹、Dは溶解用、Sは亜硫酸法、Pはパルプ）とする。

　なおパルプは広く木材や果物などの植物体を粥(かゆ)状にしたものをいい、木材パルプのほかリンゴをつぶして粥状にし、菓子やジャムの原料に用いるりんごパルプなどがあるが、今日単にパルプという場合、生産量、消費量が大きく社会的重要性の高い製紙用木材パルプを意味する。

［御田昭雄　2016年4月18日］

パルプの歴史

古く中国の後漢(ごかん)の和帝のときに蔡倫(さいりん)が麻の布・漁網などを利用して今日の紙の定義に当てはまる紙を発明したと伝えられているが、この話のなかに出てくる布や漁網の繊維を、紙が抄(す)けるような状態にまでどろどろの粥状にしたものがパルプ（麻パルプ）である。実際の紙の歴史はいますこしさかのぼると今日では考えられているから、パルプの歴史もきわめて古いものになる。

　中国で生まれた製紙技術は長く国外流出を禁じられたため、容易には伝播(でんぱ)しなかった。東に向かったものは比較的早い時期に朝鮮半島を経て、610年には高句麗(こうくり)の貢僧曇徴(どんちょう)によって日本に伝えられたとされている。日本では紙を神聖視したせいか、ぼろで紙をつくらずほかに原料を求めた。そしてコウゾ、雁皮(がんぴ)のような低木の皮を灰汁(あく)で煮て長繊維パルプをつくることに成功した。このようにして得られる良質の長繊維パルプは独特の流し漉(す)きの技術を生み出し、優れた和紙の製造を可能とした。

　一方西に向かった製紙技術の伝播はきわめて遅く、シルクロードを経てバグダードに至ったのは793年といわれている。バグダードではアラビア人がアマ（亜麻）をパルプ化する技術を生み出し、得られた亜麻パルプが同地に建設された製紙工場の原料として利用された。製紙技術はさらに西に向かったが、960年にはエジプトのカイロを中心として多くの製紙工場ができている。1151年イスラム教徒ムーア人がスペインを占領し、製紙技術が初めてヨーロッパに伝わった。

　19世紀に木材パルプが生まれるまではパルプ工場と製紙工場は同居し、パルプ化技術は製紙技術と一体となって伝播された。この間、地域による原料の制約は、さまざまなパルプ化技術の改良を促したが、一方このようにして生まれた新しいパルプは製紙技術の新しい発展を可能とした。ヨーロッパにおいては、当時一般に使われていた綿の衣料のぼろをパルプ化する技術を生み出し、綿ぼろパルプは同大陸における製紙原料として製紙工業を支えた。

　1450年にグーテンベルクによって発明された活字による印刷技術は大きく発展し、紙の大量需要につながり、製紙機械の発明を促した。さらに製紙機械の出現（1808）により莫大(ばくだい)な量のパルプの供給を必要とし、以来パルプの慢性的不足の時代が続いた。しかし、それまで利用されてきたパルプの原料は、いずれも衣類に密接に関係のある繊維か、大量に供給することがむずかしい非木材繊維であったため、莫大な量のパルプの原料を他に求めた人々の目は森林資源に向けられるに至った。そして19世紀中ごろ（1840）、ドイツのケラーFriedrich Gottlob Keller（1816―1895）は木材を機械的にパルプ化し、砕木パルプ（GP）を発明することに成功した。

　1851年にはソーダパルプをイギリスのバージスHugh Burgess（1825―1892）が発明し、1867年にはアメリカのチルグマンBenjamin Chew Tilghman（1821―1901）によって亜硫酸法（SP法）が発明され、ついで1884年、ドイツのダールCarl F. Dahlによってクラフト法（KP法）が発明されるなど、今日の木材のパルプ化技術の基礎となる発明のほとんどすべてがきわめて短い期間に行われた。この大量生産可能な木材パルプの出現は、パルプ工業を製紙工業からの独立可能な産業とするとともに、紙（洋紙）・板紙工業を近代化し、基幹産業としての地位を確固たるものにした。それだけに、木材パルプ化技術の発明の動機と、パルプ工業という素材産業の発展の歴史には興味深いものがある。

［御田昭雄　2016年4月18日］

パルプの原料

日本では木材が不足し、全木材の消費量の3分の2が輸入材である。それにもかかわらず、パルプ生産量の99％以上が木材パルプであり、木材の輸入確保が世界の緑と自然環境の保全問題とも絡み、一大問題となっている。

　現在パルプ原料としている木材と非木材および原料として検討されている繊維植物の組成はいずれもセルロースとペントサン（ヘミセルロース）とリグニンを主成分としている。植物体のなかではセルロース繊維をヘミセルロースで囲み、さらに繊維の間をリグニンで埋めて全体を固めている。

［御田昭雄　2016年4月18日］

木材繊維原料

樹種にもよるが、針葉樹は温帯、亜寒帯および寒帯で生育し、一方広葉樹は温帯、亜熱帯および熱帯でよく生育する。

　針葉樹材のセルロース繊維は、広葉樹の繊維に比べると長く、およそ2～3ミリメートル程度である。針葉樹のヘミセルロースの主成分は炭素数6の炭水化物の重合体からなり、広葉樹に比べて酸に強い。リグニンはポリフェノールの一種で、針葉樹のものは広葉樹に比べて分解しにくく、同一の方法でパルプ化すれば針葉樹パルプの強度は広葉樹パルプより大きい。

　一方広葉樹材のセルロース繊維は短く、およそ1ミリメートル前後である。広葉樹のヘミセルロースの主成分は炭素数5の炭水化物の重合体であるペントサンからなり、針葉樹に比べ水で膨潤しやすく、酸に弱く容易に分解する。酸性の蒸解（煮てパルプ化すること）薬液を用いるパルプ化法で得られる広葉樹パルプはとくに強度が小さいが、アルカリ性の蒸解薬液でパルプ化したものはヘミセルロースの残存量が大きく、繊維間が強固に接着するため透明度が高く、比較的強度の大きい紙が得られることが多い。

［御田昭雄　2016年4月18日］

非木材繊維原料

短繊維原料と長繊維原料の二つに大別される。

［御田昭雄　2016年4月18日］

短繊維原料

木材がなく、木材パルプを生産したり輸入することのできない開発途上国で、粗悪なパルプでも安く生産するための原料として用いてきたものである。代表的なものとして稲藁(いねわら)、麦藁、バガス（サトウキビの搾りかす）などがあり、そのほかアシ、トウモロコシなどがあげられる。これらの繊維原料はセルロースの含有量が低く、ヘミセルロースや灰分などの非繊維分が多く、繊維長は一般に1ミリメートル以下と短い。クラフト法などの木材のパルプ化法を援用して蒸解すれば、得られるパルプは一般に木材パルプに比べて諸強度が低く、とくに引き裂き強度は低い。収率も極度に低くなる。蒸解を軽くすませればパルプの収率が上がるが強度がさらに落ち、べとついて水切れが悪くなり、抄紙(しょうし)機にかかりにくくなるなど品質の欠点がさらに顕著になる。またパルプ廃液の処理には困難が伴う。

［御田昭雄　2016年4月18日］

長繊維原料

先進国などが紙幣用紙、証券用紙や便箋(びんせん)、薄手の辞書用紙のような特殊高級紙の製造用パルプを少量生産するために用いてきた繊維原料である。アマ、チョマ（苧麻）のような麻やコウゾ、ミツマタのような低木の靭皮(じんぴ)およびコットンリンター（綿の繊維）のような種毛はいずれも長繊維原料である。成分的にはセルロースが多く、ヘミセルロース、リグニンのほかペクチンが含まれ、これが靭皮の繊維を束ねる役を担っている。得られるパルプは木材パルプに比べ高収率で、引き裂き強度や耐折強度をはじめ諸強度はきわめて大きく、すぐれた風合いの紙を与える。

［御田昭雄　2016年4月18日］

パルプの製法

以下に各パルプの製法について述べる。それぞれのパルプの特徴については各項目を参照されたい。

［御田昭雄　2016年4月18日］

化学パルプ化法

化学パルプ化法はケミカル法（CP法）ともいわれる。アルカリ法（AP法）、亜硫酸法（SP法）、クラフト法（KP法）などがあり、いずれの方法も原理的にはリグニンを溶出するためにそれぞれの蒸解薬液で処理し、蒸煮物からパルプを分離して取り出す方法で、残った液がパルプ廃液である。この製法で得られるパルプを化学パルプという。

［御田昭雄　2016年4月18日］

アルカリ法

アルカリ法は水酸化ナトリウムまたは炭酸ナトリウムなどの強いアルカリ水溶液（ソーダ）を蒸解薬液とする。高温（140～180℃）で木材または非木材セルロース原料を蒸解し、蒸煮物はパルプと廃液とに分離洗浄してソーダパルプを得る。

［御田昭雄　2016年4月18日］

亜硫酸法

亜硫酸法は酸性亜硫酸カルシウムおよび亜硫酸の混合水溶液を蒸解薬液とし、セルロース原料を高温（140～150℃）で処理し、リグニンを溶出させて亜硫酸パルプを取り出す。

［御田昭雄　2016年4月18日］

クラフト法

クラフト法は硫化ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合溶液を蒸解薬液として用い、セルロース原料を高温（150～180℃）で蒸解してクラフトパルプを得る。

［御田昭雄　2016年4月18日］

半化学パルプ化法

半化学パルプ化法はセミケミカル法（SCP法）ともいわれる。針葉樹チップでも広葉樹チップでもパルプ原料として使え、機械パルプのように収率が高く、化学パルプのように強度の優れたパルプが得られる製法を求めた結果生まれたものである。いったん弱い化学処理をしてから機械的に解繊処理してパルプ化する。とくに化学処理の度合いを少なくし、機械処理の度合いを強め、パルプ収率の向上を図ったものをケミグラウンドパルプ（CGP）として分けることがある。パルプの収率を60～90％の間で任意に選ぶことができ、得られるセミケミカルパルプは、原料と選んだ蒸解薬液とその収率に相応の強度が期待できる。

［御田昭雄　2016年4月18日］

機械パルプ

機械パルプ（MP）はメカニカルパルプともいう。1840年に発明されて以来、水に浸(つ)けた回転するグラインダーに針葉樹の丸太を押し付けて繊維状に磨(す)りつぶしてパルプを得ていたので、砕木パルプまたはグラウンドパルプとよばれていた。水をかけながら機械処理するか、熱処理と機械処理をあわせて行うことにより、木材を固めているリグニンの結合を一時的に緩めて、リグニンやヘミセルロースがついたままきわめて高い収率で繊維を取り出す方法である。

［御田昭雄　2016年4月18日］

非木材パルプ

地球環境に対する問題意識から、木材を伐採しないですむ方法として、非木材パルプがふたたび注目されている。20世紀の後半に、中国は紙パルプを大増産するため、廃液処理技術の開発を十分に行わないままパルプの製造を強行し、1997年時点では総生産量約1930万トンの大半を生産し、世界最大の非木材パルプ生産国を誇った。しかし21世紀になり、地球環境問題が厳しさを増したことから産業振興することができなくなり、2012年には生産量も591万2000トンに激減した。日本においては、非木材パルプは生産量・消費量ともに少ないが、製法は木材パルプの製法であるアルカリ法、クラフト法および中性亜硫酸法（NSP法）などを援用してつくられる。

［御田昭雄　2016年4月18日］

古紙からの再生パルプ

再生パルプは、かつてはほとんど板紙の原料に配合するほかなかったが、長年技術開発が続けられた結果、原料古紙の分類の精度をあげることにより、再生処理が容易となった。再生処理に際しては、排水の環境負荷がかからないようなプロセスが生み出された。さらに再生パルプの品質をあげ、板紙のほか新聞用紙や印刷用紙に一部使用可能となった。

　とくに日本の古紙はおもに広葉樹パルプでできていて、強度が低い欠点はあるが、よく分類してある古紙なので効率よく処理でき、得られた各種再生パルプはそれぞれに用途があるため各国から再評価されつつある。またかつて行われていた亜硫酸ナトリウムなどの化学薬品による高温高圧下での古紙の処理を廃止し、低温常圧下での処理ですむように改良したので、排水処理もはるかに容易になった。改良された一般的な再生プロセスは、(1)強力な攪拌機(かくはんき)をもつ水槽のなかに古紙を水とともに投入し、繊維間の接着強度を減らして繊維をばらばらにし、粥状にする。(2)水でうすめて針金、プラスチック、ゴミなどを各種除塵(じょじん)機にかけて取り除く。(3)スクリーン（ふるい）にかけて精選する。(4)脱水してニーダー（高濃度攪拌機）のなかで界面活性剤を加えて強制攪拌し、パルプの表面に付いた印刷インクをはがし取って脱墨パルプとする。(5)さらに過酸化水素などで漂白して、比較的白い脱墨された再生パルプを得る。

［御田昭雄　2016年4月18日］

日本におけるパルプ工業

明治以降第二次世界大戦まで

日本では明治維新後、西洋の紙パルプ技術の導入を図った。1872年（明治5）に製紙会社（のちの王子製紙）が設立され、1874年には日本初の洋紙の生産が開始された。以後も次々と技術導入に励み、1889年には静岡県の気田(けた)に木材を原料とする亜硫酸パルプ工場が建設され、1890年には砕木パルプ工場が、1924年（大正13）にはクラフトパルプ工場が建設された。当時は機械パルプは砕木パルプ法が、化学パルプでは亜硫酸法が主流であった。当時のパルプ化技術の主流であった砕木パルプ法でも亜硫酸法でも樹脂分の少ない木材でないとパルプ化が容易でなかった。また繊維が長くないと良質のパルプが得られなかったので、針葉樹、とくにエゾマツ、トドマツを求めて北海道に工場を立地した。後に北海道の木材では足りなくなると、モミ、ツガ類を求めて樺太(からふと)（サハリン）と満州（現、中国東北部）の地に主力を展開した。

［御田昭雄　2016年4月18日］

第二次世界大戦後

第二次世界大戦で樺太および満州のパルプ工場を失うなど壊滅的な打撃を受けたパルプ工業は、技術導入と大きな需要に支えられながら急速に復興し、成長した。戦後の早い時期に亜硫酸法でも界面活性剤を助剤として用いることにより、従来は樹脂分が多くて利用が困難であった本土のアカマツなどの針葉樹材を優良なパルプに変えることに成功した。また、それまでの亜硫酸法においてはカルシウムのみをべース（塩基成分）とし、強い酸性領域で亜硫酸蒸解してきたのを、マグネシウム、アンモニウムおよびナトリウムベースにかえることにより、弱酸性、微酸性、中性およびアルカリ性での蒸解や二段蒸解が可能となり、収率、品質、強度ともに優れたパルプが得られるようになった。このべースをかえた亜硫酸蒸解技術はセミケミカルパルプの技術に引き継がれた。これは木材チップを蒸解薬液で軽く処理し、さらに機械的に解繊して高収率でパルプを得る方法である。このセミケミカルパルプ法で、とくに前段に微酸性の亜硫酸蒸解を採用したものは色が白く、強度、収率とも亜硫酸パルプより優れていたので、砕木パルプと配合して新聞用紙の製造に供された。また前段で中性亜硫酸蒸解を行ったパルプは、中性亜硫酸セミケミカルパルプ（NSSCP）とよばれ、色は暗褐色であるが、収率や強度、とくに剛性が大きく、段ボールのセミ中芯(なかしん)用原紙にもっともよく使われ、これが市場から木箱を追い出す結果となった。

　セミケミカルパルプの製造で開発されたディスクリファイナー（解繊機）は紙パルプ工業全体を大きく変えた。これが機械パルプ工場でグラインダーにとってかわり、丸太を使わなくともチップから高収率のリファイナーメカニカルパルプ（RMP）が製造できるようになって、あらゆるパルプの製造に丸太が必要でなくなったのである。

　1950～1955年（昭和25～30）には従来不可能視されてきたクラフトパルプの漂白が、多段漂白技術によって工業化に成功するとともに、広葉樹のパルプ化にも成功し、さらに連続蒸解技術の導入は、省力、省エネルギーとパルプ工業を巨大化するのに役だった。パルプ廃液からの蒸解薬品の回収と蒸気と電力の回収技術が導入され、クラフト法は技術的にほぼ完成した。

　1970年まではクラフトパルプとセミケミカルパルプの躍進は著しかったが、産業の急成長は田子ノ浦事件にみられるような公害問題を起こした。当時、各種パルプのうちでクラフトパルプと機械パルプのみは排水対策が容易であったため、亜硫酸法やセミケミカル法を押しのけてその生産比率を伸ばすことができた。

［御田昭雄　2016年4月18日］

オイル・ショック以降

1973年のオイル・ショックに続く石油および電力費の高騰はさらにパルプ産業の形態を変えた。すなわち、機械パルプにおいてはそのコストにおけるエネルギーの費用が木材の価格を超えるに至り、その生産比率の伸びは停滞し、半化学半機械パルプというべきセミケミカルパルプの比率は激減した。化学パルプを代表するクラフトパルプのみは著増し、日本のパルプを代表するパルプとなった。しかし地球環境問題が世界規模でおこり、かつては公害面で優等生であったクラフト法が、環境問題で厳しく改善を迫られることになった。その一つは悪臭対策である。クラフト法では、蒸解で硫黄(いおう)化合物を使うため、メルカプタンなどきわめて悪臭の強い有機硫黄化合物を発生する。種々の対策で以前に比べて格段によくはなっているが、臭気を完全に消せないで苦慮している。また排水問題では未晒(みさらし)パルプの漂白の際に塩素を大量に使うため、ダイオキシンをはじめ多くの有機塩素化合物が発生するとして漂白法の抜本的改善を求められている。これまで漂白の前段に酸素漂白および過酸化水素漂白を導入することにより、塩素の使用量を減らすなどの努力がなされている。また、日本においては以前から古紙の回収率は高かったが、さらに高い回収率の達成と再生紙の生産量拡大も課題である。

［御田昭雄　2016年4月18日］

世界と日本のパルプ工業

世界の紙パルプ産業をみると、(1)パルプと紙を生産するアメリカ、日本などの国々、(2)人口が少なく森林資源が豊富で紙パルプを大量に生産するとともに、大量のパルプを輸出するカナダや北欧の国々、(3)人口と紙の消費が多く、森林資源に恵まれず、紙を生産するため大量のパルプを輸入するイギリスやフランスのような国々がある。

　2013年における世界のパルプの全生産量は1億7936万トンで、日本は877万トンとなっている。日本のパルプ工場は高価な丸太を使わず、おもに廃材などからつくったチップを購入している。なお日本では国土の約3分の2が森林であるが、人件費が高く、間伐材すら運び出して利用することができない状態になりつつある。1964年（昭和39）、東洋パルプはチップ専用船で北米からのチップの輸入を開始し、以後輸入チップへの依存が進んだ。2014年（平成26）において、日本でパルプ生産に利用されたチップ2925万7000立方メートルのうち、国産チップは926万6000立方メートル、輸入チップは1999万1000立方メートルとなっており、全チップ消費量の68.3％を輸入チップが占めるに至った。

　紙パルプ産業は装置産業であるから、量産できるものは大型工場で生産するほうが経済的に有利である。木材パルプ工場の経済単位は日産1000トン規模といわれ、国際的には新規に建設されるパルプ工場で2000トン以上の規模のものも多い。日本の製紙工場では、少数のパルプ工場がまとめて生産し、多くの製紙工場はパルプを購入して使うという形態をとっている。しかし大きい企業ではチップからパルプ紙までの一貫生産を行っているところが多い。

　2013年における日本のパルプの全生産量884万8000トンのうち、99％以上が木材パルプである。そのうち、製紙用パルプが877万4000トン（99.2％）、溶解用パルプが7万4000トン（0.8％）となっており、溶解用パルプはすべて亜硫酸パルプである。製紙用パルプは、クラフトパルプ807万6000トン（92.0％）、機械パルプ66万6000トン（7.5％）、セミケミカルパルプ1万9000トン（0.2％）となっており、製紙用パルプに限ればほとんどすべてがクラフト法で製造され、圧倒的主流の時代に入ったといえる。

［御田昭雄　2016年4月18日］

パルプ工業の課題と展望

コンピュータなどの電子機器の品質が飛躍的に向上するたびに、ペーパーレス時代がくるといわれ、紙パルプ産業は増設を控えてきた。しかし電子機器が市場に出回ると、一転して紙食い虫に化けて紙の大幅な品不足をおこすとともに、大量の紙くずを吐き出すなど社会的に大きな問題を引き起こしてきた。

　2013年時点で、世界の紙・板紙の約50％を中国、アメリカ、日本の3か国の人々が使い、残りをそのほかの国の人々が分け合っている。開発途上国においては紙の不足は深刻で、教育、文化、産業が発達せず、民主主義が容易に定着しないといわれる。2013年時点の日本の衛生紙の消費量は1人当り13.7キログラムであるが、紙の年間の全消費量が14キログラム以下の国もあり、少なくともこれらの国民はトイレに行っても紙が満足に使えず、きわめて不衛生でもあり大問題である。

　先進国では、さらに問題は深刻である。もし紙が1日でも市場から姿を消したら、ほとんどの社会機能は停止するであろう。少なくともペーパーレス時代が本当にくるまでは紙の需要は拡大するものとして、製紙工場は製紙用パルプを確保して紙を生産し、パルプ工場は繊維原料を確保し、どんな繊維原料からでも紙に抄造可能なパルプを生産して供給責任を果たさなければならない。狭くなった地球でこれは容易なことではない。

［御田昭雄　2016年4月18日］

パルプ工業の原料問題

巨大なパルプ工業は製紙工業と一体となって莫大な原料木材を集め約4億トンの紙を生産し、莫大な消費に支えられて成り立ってきた。2013年時点で、世界の約70億の人々の紙・板紙消費量の平均は1人当り56.5キログラムであるが、それに満たない国も多数存在する。世界では人口爆発が続き、山林は大規模農業開発や焼き畑で失われ、砂漠も広がり続け、地球の温暖化が進んで危機的状況にあるともいわれる現状から、これまでの延長線上でものを考えることは不可能であり危険でもある。これからは発想の転換を図り、消費と原料パルプの製造法、公害および地球環境について互いに矛盾することなく進められる総合システムを構築する必要があろう。

　新たな木材資源として注目されているオーストラリア原産のユーカリのなかには、早期に成長し、パルプ材に適した品種がある。苗木を植え7～10年で伐採することができ、しかも1ヘクタール当り11トンのパルプ材（1ヘクタール当り約5.5トンのパルプ）が得られたとの報告もある。オーストラリア以外のブラジルや南アフリカ共和国などでもパルプ工場の隣接地にユーカリを大規模造林して、パルプを計画的かつ持続的に生産している所もある。しかし1億トンのパルプを余計につくるだけでも1800万ヘクタール以上の土地に植林をし、管理をしなければならない。これは日本の全耕地の3倍以上に匹敵する面積である。その意味でも紙のむだ遣いを抑え、間伐材の有効利用や古紙の再利用を含め、新しい資源対策を考えざるをえない。

［御田昭雄　2016年4月18日］

非木材原料の見直し

森林の現状から、木材の紙パルプをいまより大幅に増産することは期待できない。しかし地球上の高等植物の主成分はいずれもセルロース繊維である。これらを原料にしてパルプにすることは実験室規模であれば可能である。問題は地球環境を損なうことなく、パルプをより経済的に、大量に取り出せるか否かである。非木材原料として注目されているものにケナフがあり、また稲藁や麦藁、サトウキビの搾りかすであるバガスなど農産廃棄物もパルプ原料として見直されている。

［御田昭雄　2016年4月18日］

ケナフ

ケナフは陸生のアオイ科の一年生草本で、成長が早く、靭皮からジュート（黄麻(こうま)）に類似した麻が取れるので、かつてはこれをジュートの代用品として雑穀用の麻袋の製造に供していた。ケナフの麻は木材チップよりはるかに高価であるため、パルプ化はできるが原価が高く、それに見合ったすぐれた用途は探せなかった。しかし全幹（靭皮と芯の木質部）の生産量は1ヘクタール当り約15トンに達し、蒸解すればパルプが約5トン得られる。このパルプを木材パルプと同様に抄紙し、印刷用紙にすることに成功したと報告されている。ケナフは木材に比べて成長量が数倍も大きく、二酸化炭素の吸収量もきわめて大きいとしてこれを推奨する意見と、ケナフパルプの1ヘクタール当りの生産量はユーカリパルプよりも少なく、製造原価は木材パルプの数倍となり経済的に劣る、としてこれに否定的な意見とに分かれているのが現状である。

［御田昭雄　2016年4月18日］

農産廃棄物

農産廃棄物の年間発生量は風乾物として20億トン以上になるものと推定される。これを活用して10億トンの紙の生産が期待されるが、農産廃棄物をパルプ原料とすることに次のような問題点が指摘されている。

(1)農産物の収穫期に年に1回発生するだけで、発生の密度が低い。

(2)農産廃棄物は腐りやすく、かさばり、輸送貯蔵が困難である。

(3)農産廃棄物はクラフト法など従来の木材パルプの製法で煮ると収率がきわめて悪く、蒸解を緩くすると品質が大きく低下し、水はけが不良で抄紙が困難になる。

(4)農産廃棄物の製造の際に発生するパルプ廃液と廃棄物の公害処理が容易でなく、コウゾの皮や麻くずなどから高価な長繊維パルプをごく少量生産するか、製糖工場からまとまって排出されるバガスを大量に集めて安いパルプを大量生産する以外はパルプ工業として成立させることは容易でない。

［御田昭雄　2016年4月18日］

次世代のパルプ化技術

クラフト法は、発明されて1世紀以上の間に幾多の改良を経て、もっとも優れたパルプ化法として主流となった。しかし規模が巨大化しすぎたため、地域で発生する少量の木材チップを利用する地場産業としての小規模クラフトパルプ工場などは公害対策ができないため、少量のパルプ生産には向かないなど種々の欠点も目だち始めた。さらにクラフト法は非木材のパルプ化には適さないという問題は重大な欠点であり、クラフト法で満足な非木材パルプが得られないことが、今日非木材パルプが振るわない最大の理由であるとする意見もある。

　次世代技術への挑戦は各所で行われつつあるが、そのなかでもっとも注目され、実績をあげつつあるのは過酸化水素アルカリ法（PA法）である。

［御田昭雄　2016年4月18日］

PA法とトータルシステム

1970年代に行われた通産省（現、経済産業省）の資源再生の大型プロジェクトは、都市ごみから分別した紙類の混合物を過酸化水素にアルカリを添加した溶液で処理することにより、リグニンが選択的に除去でき、一挙にごみの少ない漂白パルプが得られることをみいだし、この漂白法をPA法と名づけて報告した。さらに1981年（昭和56）から科学技術庁（現、文部科学省）の振興調整費による熱帯・亜熱帯の未利用植物資源の多目的高度利用の研究が進み、従来クラフト法に向いていないとされてきた非木材繊維原料であるバガスや稲藁の蒸解法としてPA法を試み、優れたパルプが得られた。とくにバナナの古木やパイナップルの古株の麻状の繊維からは優良な長繊維パルプが得られることが報告された。さらにPA法を用いてギンネムやユーカリなど熱帯・亜熱帯の木材からでもパルプが得られ、そのほかスギ、マツ、カラマツ、モミ、ツガなどの針葉樹やカバノキなどの広葉樹でも、クラフト法で蒸解できるものは同法でもパルプ化できることが確認された。

　PA法の蒸解薬液は過酸化水素のアルカリ溶液に少量の蒸解助剤（キレート剤、アントラキノン類など）を加えたものを用いる。この方法により得られた未晒パルプはリグニンが少なく、色が薄く、漂白性がよく、塩素をまったく使わずに過酸化水素漂白だけで白色度がさらに高いパルプが得られる。また廃液は濃縮して酸化雰囲気で燃焼するだけで、きわめて容易にアルカリと蒸気と電力のエネルギーが回収できる。PA法は無硫黄蒸解法なのでクラフト法のような悪臭の発生がなく、無塩素漂白が可能なためダイオキシンなどの有機塩素化合物の発生もなく、廃液の回収により高度のクローズド（循環）システムが組める。

　PA法の開発とともにパルプの用途開発も行われ、周辺技術の開発を含めトータルシステムの構築が進んでいる。貯蔵、輸送については、バガスや稲藁のような農産廃棄物は腐りやすいが、PA法の蒸解薬液またはパルプの濃縮廃液の一部を混ぜてプレスすれば、ほかにまったく防腐剤も接着剤も用いることなく長期の保存が可能となった。こうして長距離の輸送と長期の貯蔵が容易となり、パルプ工場に対して木材チップより安く年間を通じて供給することも可能となった。また非木材原料は高濃度で強制攪拌することによって、沸点以下の温度で容易にパルプ化できるため、従来重装備を必要としたパルプ工業の蒸解工程にも、耐圧容器を必要としない軽量化が進もうとしている。この方法による非木材パルプも、将来、安く大量に供給できるバガス、稲藁パルプなどの短繊維パルプと、特殊高級紙の原料となるバナナ、パイナップルなどの長繊維パルプに二極化されるものと考えられる。これまでに、バガスパルプからきわめて水切れがよく、叩解(こうかい)処理によってかなり強度の大きい紙が得られ、官製葉書原紙として納めることに成功した。また証券用紙を抄造し、高度の証券印刷が可能となった。一方長繊維パルプとしてはフィリピンのバナナの粗繊維をPA法で蒸解し、優れた長繊維パルプを製造し、各種手漉き和紙となった。書道半紙は芭蕉紙(ばしょうし)などの名前がつけられ、一般市場にも高級和紙として流通するようになった。またバナナパルプでスピーカーのコーン紙がつくられ、市場で好評を博した。2012年時点で、世界でバナナは年間1億0199万トン生産されているが、捨てられる古木から40万～50万トンのバナナの粗繊維が得られれば、これはアバカ（マニラアサ）の5倍量は下らないので、PA法による特殊パルプの出現は、多くの産業に刺激を与えることになるとして注目されている。

［御田昭雄　2016年4月18日］

『紙パルプ技術協会編『紙パルプ事典』（1990・金原出版）』▽『紙パルプ技術協会編・刊『紙パルプ技術便覧』（1992）』▽『紙パルプ技術予測研究会編・刊『紙パルプと新技術戦略』（1993）』▽『王子製紙編『紙・パルプの実際知識』（1993・東洋経済新報社）』▽『日本製紙連合会編・刊『ケナフが森を救うというのは本当ですか？』（2000）』▽『森本正和著『環境の21世紀に生きる非木材資源』（2000・ユニ出版）』▽『古紙再生促進センター編・刊『古紙ハンドブック　2000』（2001）』▽『日本製紙連合会編・刊『紙・パルプ産業の現状』（月刊『紙・パルプ』2001年特集号・2001）』▽『山内龍男著『紙とパルプの科学』（2006・京都大学学術出版会）』▽『紙業タイムス社編・刊『紙パルプ産業と環境2008　改めて古紙と再生紙を考える』（2008）』▽『紙業タイムス社編・刊『紙パルプ産業と環境』各年版』▽『経済産業省経済産業政策局編『紙・パルプ統計年報』各年版（経済産業統計協会）』▽『紙業タイムス社編『紙パルプ　日本とアジア』各年版（テックタイムス）』

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