超臨界流体4

超臨界ニューテクノロジー

超臨界流体における不均一性変化を、色の変化として眺めてきたが
この変化を、温度や圧力で自在にコントロールすることにより、超
臨界流体を工業的にどう活かすかが問われている。密度を液体に近
い状態から気体に近い状態にいたるまで連続的に変化させうる、す
なわち分子間距離を連続的に変えることができるという、その性質
をいかに活用するかということである。これは、ものを溶かし込む
｢溶媒｣というものを考えたとき、実に魅力的な素材となる。

溶媒は通常液体である。とすれば、分子間距離を連続的にコントロ
ールして、あらゆる密度に調整できる超臨界流体は、いかなる物質
の溶媒にも、原理的にはなりうることを示す。と同時に、超臨界流
体溶媒ならば、液体溶媒ではできなかったことも可能になるともい
われる。そこに新しい世界が開けるのだ。

ここまできて、ようやく冒頭の、カフェインレス・コーヒーが、超
臨界流体を用いてどのように作り出されるかを見ることが可能にな
った。では、簡単にその原理を見てみよう。

カフェインレス・コーヒーを作り出す技術は、超臨界抽出と呼ばれ
る。超臨界流体では、溶媒への溶け込み具合、すなわち溶質の溶解
度は、溶媒の密度と深い関係にあり、溶媒が低密度になったとき、
その溶解度は急激に低下するといわていれる。例えば、お湯に飽和
状態まで塩を溶かし込み、温度を下げていくと再び塩を取り出すこ
とができるが、その様子とよく似ている。

まず超臨界流体中にコーヒーを入れる。次にカフェインだけが溶け
込みやすい温度と圧力に状態を変える。カフェインが溶け込んだ流
体を別のところに移し圧力を下げるとカフェインが析出してくる。
これでカフェイン抜きのコーヒーが分離されたことになる。

流体の状態に溶かし込まれたカフェインだけを除去することは、液
体に溶かし込まれたカフェインを抽出するより極めて容易である。
この方法で、ビールにおけるホップからの苦み除去も行うことがで
きる。近年、苦みをぬいたビールが出始めているが、これも同様な
原理によって行われている。

こうした分離溶媒としての特性は、工業的に、さらにさまざまな応
用分野が期待されている。それは分離すべきものを幅広く選択でき
る溶媒としての高い機能であり、さらにいえば気体で抽出できる容
易さから生まれる省エネルギーである。さらに、後処理工程も容易
になるといわれている。

ことに二酸化炭素は、化学的に不活性であり、超臨界流体を常温域
で作り出すことができることから注目が集まっている。超臨界流体
の二酸化炭素の中では、天然物も安定して存在することができ、人
体に無害で無味無臭、かつ二酸化炭素自体の価格も安い。こうした
特性を利用して、植物から有用な成分、例えば、天然香料、食品エ
キスなどを抽出することにも用いられている。

さらに、次のような応用も考えられている。石炭の乾留によって得
られるコールタールには数多くの「多環芳香族化合物」といわれる
物質が含まれており、これは医薬品をはじめとするファインケミカ
ルズの素材として石油から精製される芳香族化合物では得られない
貴重な化学原料となる。

しかし、これまでの精製技術では、性質のよく似た成分で構成され
ているため分離精製が難しいとされていたこの多環芳香族化合物の
高純度精製にも、超臨界流体が用いられようとしている。

香料や香辛料などを植物から直接エキスとして抽出する方法も模索
されている。植物という固体から直接エキスを抽出することは、非
常に難しいことだが、超臨界流体によれば、取り出すべきエキスを
飽和溶解度で抽出することも可能で、このような理想的な状態では
高収率で効果的な抽出操作が可能になると考えられている。

超臨界流体の利用範囲は、これまで見てきた抽出溶媒だけには限ら
ない。その利用場面は、反応溶媒においても高い期待が寄せられて
いる。反応溶媒とは、化学的反応によって新たな物質を合成する場
合の、反応材を溶け込ませる物質のことである。

こうした反応を促進する場において、超臨界流体は、物質が液体か
ら気体へ、気体から液体へ拡散していく際の物質移動速度に高い効
果を示すだろうといわれている。

単純にいえば、反応材がより溶け込みやすくなり、かつ反応触媒の
働きを促進するものになるだろうというのだ。反応触媒とは、それ
自身は変らず、反応を促進するような物質のことをさす。化学の実
験で行った、オキシドール(過酸化水素水)から酸素を取り出す際に
使った二酸化マンガンなどが分かりやすい例といえよう。

[5]へ続く