酸化スクロース大豆（ESS）をベースとしたバイオコンポジットの予備的環境アセスメント

A Preliminary Environmental Assessment of Epoxidized Sucrose Soyate (ESS)-Based Biocomposite.

• Shokoofeh Ghasemi
• Mukund P Sibi
• Chad A Ulven
• Dean C Webster
• Ghasideh Pourhashem

抄録

バイオコンポジットは環境的にも経済的にも有益なものである。ライフサイクルの間、一般的に石油由来の炭素の使用量や発生量が少なく、他の産業の副産物から生産されたり、製造プロセスにリサイクルされたりすると、循環型経済に貢献することで、さらなる経済的利益をもたらす。ここでは、大豆油ベースの樹脂（エポキシ化スクロースソイレート）と亜麻ベースの補強材からなるバイオコンポジットの環境性能を、ライフサイクルアセスメント（LCA）手法を用いて調査・比較した。本研究では、バイオコンポジットに使用されるバイオベース樹脂の製造過程で発生する主な環境影響と、バイオコンポジット自体の環境影響を評価しています。提案したバイオコンポジットのライフサイクル影響を、機能的に類似した石油系樹脂と亜麻繊維強化複合材と比較し、2つの製品の環境性能間のトレードオフを明らかにした。本研究では、従来のビスフェノールA系樹脂と比較して、バイオベース樹脂（エポキシ化スクロース大豆）の方が、調査したほとんどのカテゴリーにおいて、より低い負の環境影響を示すことを実証した。バイオコンポジットを化石燃料由来のコンポジットと比較すると、ビスフェノールA（BPA）ベースのエポキシ樹脂と比較して、エポキシ化スクロース醤油を使用することで、富栄養化とオゾン層破壊を除くほとんどのカテゴリーでコンポジットの環境性能を改善できることが実証された。今後の設計では、バイオベース樹脂と亜麻繊維との結合を促進するために、代替の架橋剤を検討することで、バイオコンポジットの全体的な環境性能を向上させることができるかもしれない。また、LCA モデルの入力のばらつきがバイオコンポジットと複合材の両方の環境結果に与える影響を評価するために、不確実性分析を実施した。その結果、バイオコンポジットの方がほぼすべての時点で BPA ベースのコンポジットに比べて全体的なカーボンフットプリントが改善されており、特に製品の炭素強度の低減に取り組むインセンティブや規制の存在下での市場性の可能性が高いことが示されました。この分析により、バイオコンポジットのサプライチェーンにおけるホットスポットを特定し、製品の持続可能性を向上させるための将来の改良を推奨することができました。

Biocomposites can be both environmentally and economically beneficial: during their life cycle they generally use and generate less petroleum-based carbon, and when produced from the byproduct of another industry or recycled back to the manufacturing process, they will bring additional economic benefits through contributing to a circular economy. Here we investigate and compare the environmental performance of a biocomposite composed of a soybean oil-based resin (epoxidized sucrose soyate) and flax-based reinforcement using life cycle assessment (LCA) methodology. We evaluate the main environmental impacts that are generated during the production of the bio-based resin used in the biocomposite, as well as the biocomposite itself. We compare the life cycle impacts of the proposed biocomposite to a functionally similar petroleum-based resin and flax fiber reinforced composite, to identify tradeoffs between the environmental performance of the two products. We demonstrate that the bio-based resin (epoxidized sucrose soyate) compared to a conventional (bisphenol A-based) resin shows lower negative environmental impacts in most studied categories. When comparing the biocomposite to the fossil fuel derived composite, it is demonstrated that using epoxidized sucrose soyate versus a bisphenol A (BPA)-based epoxy resin can improve the environmental performance of the composite in most categories except eutrophication and ozone layer depletion. For future designs, considering an alternative cross-linker to facilitate the bond between the bio-based resin and the flax fiber, may help improve the overall environmental performance of the biocomposite. An uncertainty analysis was also performed to evaluate the effect of variation in LCA model inputs on the environmental results for both the biocomposite and composite. The findings show a better overall carbon footprint for the biocomposite compared to the BPA-based composite at almost all times, demonstrating a good potential for marketability especially in the presence of incentives or regulations that address reducing the carbon intensity of products. This analysis allowed us to pinpoint hotspots in the biocomposite's supply chain and recommend future modifications to improve the product's sustainability.