ブタジエンは現在、タイヤの主原料である合成ゴムなどの重要な化学原料として石油から生産されているが、バイオマス（生物資源）から生成したブタジエンからタイヤを生産する技術を確立することにより、石油への依存度低減によるCO2削減と持続可能な原料調達が促進される。
横浜ゴム、産総研、ADMATはNEDOの「超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト（超超PJ）」の委託事業として、超超PJが推進する「計算科学技術」「プロセス技術」「先端計測技術」の三位一体での開発により、バイオエタノールからブタジエンを高速かつ効率的に合成する技術開発に取り組んでいる。2019年には触媒の配合状態や反応条件に関する大量のデータを取得・解析するハイスループットシステム※2とデータ駆動型学習※3、触媒インフォマティクス※4の活用により、当時では世界最高のブタジエンの収率※5を持つ触媒システムを開発し、さらに生成したブタジエンからブタジエンゴムの合成に成功した。またこの知見を生かし、2020年にはより最適な触媒を検討し、2019年と比べて1.5倍のブタジエン収率を持つ世界最高の触媒システムの開発に成功した。
今回の成果はこれをさらに進化させたもので、2020年に開発した高性能触媒システムを用いて反応システムのスケールアップを行い、ブタジエンの大量生産とそれを原料にしたタイヤ製作までの一連のプロセスを実証した。今回の研究ではバイオエタノール処理量を約500倍にした大型触媒反応装置を設計・製作してバイオエタノールからのブタジエン大量合成を検討。反応条件の最適化や生成したブタジエンの捕集方法の改良により、約20kgのブタジエンの製造に成功した。さらに、このブタジエンを蒸留精製により高純度化した後、重合反応によって得られたブタジエンゴムを原料にして自動車用タイヤの試作に成功した。大型触媒反応装置の設計・製作およびブタジエンの大量合成は産総研が、生成ブタジエンの蒸留による高純度化はADMATが行い、横浜ゴムは高純度ブタジエンの重合によるゴム化およびそれを原料にしたタイヤ試作を担当した。
試作タイヤはグランドツーリングタイヤ「BluEarth-GT AE51」の185/60R15サイズだ。このタイヤのキャップトレッドとサイドウォールは従来、石油由来のゴムで製作されていたが、今回の試作タイヤでは石油由来のゴムを全てバイオエタノール由来のブタジエンゴムと天然ゴムに変更したため、両部分のゴムは持続可能なゴム材料のみで構成されている。また、試作タイヤは従来の石油由来のゴムを使用した時と同等の材料性能を有している。
タイヤは車の中で唯一路面と接する部分であり、安全性にも重要な役割を担っている。中でもタイヤが路面と接触するキャップトレッドは路面からの衝撃や外傷からタイヤ内部を守るだけでなく、グリップや摩耗の抑制といったタイヤの性能にも大きく寄与し、ブタジエンゴムは摩耗の抑制に貢献する。またサイドウォールは走行時に最も変形が大きな部分のため、柔軟で変形に追随しやすいブタジエンゴムが使用されている。
※1：バイオマスから製造されるエタノールで現在はサトウキビ、トウモロコシあるいは廃木材から製造。再生可能でカーボンニュートラルな燃料や化学原料として注目されている。
※2：高度に自動化された方法で短期間に多数の触媒の調製ならびに評価を行い、触媒の開発に必要なデータを迅速に得るシステム。
※3：ハイスループット実験や計算科学により、目的に応じて創出されるオンデマンドデータを用いた機械学習。※4：産総研が提唱している触媒化学と情報科学を融合させた学際領域を指す用語。近年、さまざまな分野と情報科学の融合研究が推進されている。
※5：バイオエタノールから理論上得られる最大ブタジエン量に対する実際に得られたブタジエンの割合。