1907 年に遡り、レオ ベークランドは、自然界には見られない分子で構成される初の真の合成プラスチックである新素材ベークライトを発明しました。それは驚くべき進歩でした。ベークライトは耐久性と耐熱性に優れ、ほぼあらゆる形状に成形できました。人々はそれを「何千もの用途に使える素材」と呼びました 。
それは控えめな表現であることが判明した。今日、プラスチックは現代の技術文明の基礎の 1 つであり、丈夫で柔軟性があり、耐久性があり、腐食に強く、無限に多用途であるように見えます。ただし、その普及にはマイナス面もあります。だからこそ、プラスチックの代替品を見つける価値があるのです。
今のところ、プラスチック製の物体は、スーパーで買う食品容器や牛乳や炭酸飲料のボトルから、キッチンのカウンタートップ、調理鍋の裏地に至るまで、私たちの周りのいたるところにあります。私たちはプラスチック繊維でできた服を着て、プラスチックの椅子に座り、プラスチック部品を含む自動車、電車、飛行機に乗ります。プラスチックは重要な建築材料となっており、断熱壁パネルから窓枠に至るまであらゆるものに使用されています。私たちは常にプラスチックの新しい用途を模索し続けています。
私たちのプラスチックへの依存には、ますます深刻なマイナス面もあります。なぜなら、私たちはプラスチックを大量に作り、大量に捨てているからです。 1950 年以来、世界中で生産された 91 億トン (83 億トン) のプラスチックのうち、69 億トン (63 億トン) が廃棄物となり、リサイクルされたのはわずか 9% です。残りは埋め立て地や世界中の海に行き着き、そこではプラスチック汚染が野生動物を荒らしたり、海岸に打ち上げられたりしています。廃棄物の約 40% は廃棄された包装材です 。
しかし、プラスチックに代わるより環境に優しい代替品が世の中にあるため、これを解決する方法があります。ここではそのうちの 10 個を紹介します。
10: ガラス
昔々、母親も牛乳配達人もガラス瓶に牛乳を入れていました。さて、キッチンを見回してみると、水筒、ソーダボトル、食品保存容器など、多くのプラスチックが目に入るでしょう。時代は変わりました。
時には過去に戻ることも良いことです。多くの場合 化石燃料から得られるプラスチックとは異なり、ガラスは砂から作られます。この再生可能な資源には、食べ物や体に浸出する可能性のある化学物質は含まれていません。また、ボトルをリサイクル箱に捨てて新しいボトルに変えたり、残り物を保存するためにガラス瓶を再利用したりすることで、簡単にリサイクルできます。確かにガラスは落とすと割れるかもしれませんが、電子レンジでは溶けません。
ガラスのボトルや瓶は 100% リサイクル可能である可能性があり、その中のガラスは品質や純度を損なうことなく無限に再利用できます。新しいガラスを製造する際の原料としてリサイクルガラスを使用すると、炉で必要なエネルギーが少なくて済むため、ガラスメーカーはリサイクルガラスを歓迎します。容器メーカーとグラスファイバー業界（リサイクルガラスも使用）は合わせて年間 335 万トン（303 万トン）のリサイクルガラスを購入しています 。
しかし、ガラスのリサイクルに関しては、もっとうまくできるはずです。最も最近の年である 2015 年には、アメリカ人が使用したガラス容器の 26.4 パーセントのみをリサイクルしました。
9: 繰り返し使えるショッピングバッグ
使い捨てビニール袋が初めて登場したとき、紙かプラスチックかの選択肢がありました。今ではほとんどプラスチック製になっています。そして、チェックアウト時にそれほど警戒心が強くない人であれば、商品ごとに袋を抱えて家に帰ることになるでしょう。
実際、すぐにプラスチックに放り込まずに購入するのは困難です。ビニール袋がどこにでもあるように見えるのも不思議ではありません。米国は 2015 年に驚くべきことに 413 万トン (375 万トン) のビニール袋を生産しましたが、そのうちリサイクルされたのは 53 万トン (48 万 1,000 トン) のみでした 。残りは最終的に都市や町でゴミとして捨てられ、あまりにも多くが海にたどり着き、毎年何百万ものウミガメ、鳥、海洋哺乳類を殺します。しかし、それらの食料品を何らかの方法で家に持ち帰らなければなりません。それで、あなたは何をしますか？まずは、再利用可能な買い物袋から。
模様をあしらったり、銀行、ジム、フローズン ヨーグルト ショップの名前をプリントしたりすることもできます。誰もがそれを手渡しますが、キャンバス、プラスチック繊維を織ったもの、麻、綿、さらには革製のものもあります。ナイロン製のものは、折りたたむとポケットに収まるほど小さなポーチになります。実際には、食料品を運ぶためのものかどうかに関係なく、どんなタイプのバッグでも大丈夫です。
おまけ: ビニール袋を避けることで、食器棚にビニール袋が溜まることがなく、捨てるときにどこに行くかを心配する必要もありません。
8: プラスチック添加剤
プラスチック代替品の開発に忙しい人がいる一方で、従来の熱可塑性プラスチックを生分解性にすることに熱心に取り組んでいる人もいます。どうやって？プロデグラダント濃縮物 (PDC) と呼ばれる添加剤を投入することによって。 PDC は通常、ステアリン酸コバルトやステアリン酸マンガンなどの金属化合物です。これらは、プラスチックを脆い低分子量の破片に分解する酸化プロセスを促進します。微生物は破片が崩壊するときにそれを飲み込み、二酸化炭素、水、そしてバイオマスに変わります。報告によると、有害な残留物は含まれていません。
添加剤技術を検索すると、TDPA (Totally Degradable Plastic Additives の頭字語) または MasterBatch Pellets (MBP) という商品名に出会うでしょう。これらは、薄いプラスチック ショッピング バッグ、紙おむつ、ゴミ袋、埋立地カバー、食品容器 (ファストフード容器を含む) などの使い捨てプラスチックの製造に使用されます。
ポリエチレン (標準的なビニール袋素材) に 3% のレベルで添加すると、PDC はほぼ完全に分解を促進する可能性があります。プラスチックの 95% は 4 週間以内にバクテリアに優しい破片になります 。 PDC 含有ポリマーは、厳密には生分解性ではありませんが (「生分解性」という方が近いです)、何百年も埋め立て地に放置されている純粋なポリマーに比べて環境に優しいです。
生分解性プラスチックは、リサイクルが奨励されているプラスチック製品と見た目も感触もまったく同じです。では、これらの生分解性バッグを誤ってリサイクルしたらどうなるでしょうか?そうですね、その結果は潜在的に壊滅的なものになります。PDC 添加剤で汚染されたリサイクルされたポリエチレンの灌漑ポンプは、あまり長く使用できない可能性があります。実際、南アフリカのプラスチックリサイクル業者は、PDCを含む生分解性物質をリサイクルの流れから排除することができないと強く感じており、同国での使用を禁止したいと考えている。
7: ミルクプロテイン
生まれたばかりの哺乳類はすべてその上で生存します。それがなければアイスクリームは存在しません。 牛乳の価値、あるいは喜びを否定することはできません。
現在、科学者たちは、家具のクッション、断熱材、包装、その他の製品用の生分解性プラスチックの製造に役立つ可能性があると述べています。そう、研究者たちは、牛乳に含まれる主要なタンパク質であるカゼインを、ポリスチレンの剛性と圧縮性に匹敵する生分解性材料に変換するというアイデアを再活性化させているのです。
カゼインベースのプラスチックは 1880 年代から存在しており、フランスの化学者がカゼインをホルムアルデヒドで処理して、象牙やべっ甲の代替となる材料を製造しました。しかし、カゼインベースのプラスチックは、メアリー女王も賞賛したジュエリーには理想的ではありますが、装飾以上のものには脆すぎるのです。
科学者たちは、モンモリロナイトナトリウムと呼ばれるケイ酸塩粘土のおかげで、タンパク質が割れにくくなる方法を発見しました。ナトリウム モンモリロナイトをエアロゲルと呼ばれるスポンジ状の材料に凍結させ、粘土の多孔質ネットワークにカゼイン プラスチックを注入しました。結果？ポリスチレンタイプの材料で、ゴミ捨て環境に置かれると完全に分解し始めます 。現代の牛乳ベースのプラスチックは、そのケイ酸塩骨格のおかげで簡単には割れません。さらに、製造過程でホルムアルデヒドの代わりにグリセルアルデヒドを使用することで、プラスチックの毒性を低くしました。
カゼインプラスチックの将来は確かではありませんが、それを石油ベースのポリスチレンに置き換えることで、私たちが牛乳を愛する新たな理由が生まれることは間違いありません。
6: ブドウの廃棄物
ワイン製造業界では、大量のブドウ廃棄物が発生します。基本的には、ブドウを圧搾して果汁を抽出し、発酵させてワインにした後に残る固形物質です。 （これはブドウの重量の約25パーセントに相当します）。
しかし、イタリアの企業 Vegea は、 ブドウの廃棄物を利用して、ビニール製の模造皮革に代わる合成皮革を製造したり、衣類用の生地を製造したりしている。 Vegea は現在、ブドウ廃棄物を衣料品店に販売するためのアパレル商品を製造するための生産能力を拡大しており、ブドウ廃棄物をワードローブに加えられるようになりました 。
5: リキッドウッド
次は、液体木材と呼ばれる、有望なバイオプラスチック、またはバイオポリマーです。生体高分子はそれを偽造します。これらの材料は、見た目、感触、動作はプラスチックとまったく同じですが、石油ベースのプラスチックとは異なり、生分解性です。この特定のバイオポリマーは、再生可能な資源であるパルプベースのリグニンから得られます。
メーカーは、製紙工場の副産物であるリグニンを水と混合し、その混合物を深刻な熱と圧力にさらして、強度があり毒性のない成形可能な複合材料を作成します。ドイツの研究者は、このプラスチック代替品をおもちゃ、ゴルフティー、さらにはハイファイスピーカーボックスなどのさまざまなアイテムに組み込んでいます。
2018年、米国エネルギー省国立再生可能エネルギー研究所の研究者クリストファー・ジョンソンは、リグニンをナイロンだけでなくプラスチックの代替材料に変換する有望なプロセスを開発した。
木製なので木材としてリサイクルも可能です。
4: PCL ポリエステル
このリストの次の 3 つのエントリはすべて、脂肪族ポリエステルと呼ばれる生分解性プラスチックです。全体として、ウォーターボトルの製造に一般的に使用されるポリエチレンテレフタレート(PET) などの芳香族ポリエステルほど多用途ではありません。しかし、芳香族ポリエステルは微生物の分解に対して完全に耐性があるため、脂肪族ポリエステルの実行可能な代替品を見つけるために多くの時間と労力が費やされています。
合成脂肪族ポリエステルであるポリカプロラクトン (PCL) を例に挙げます。これは再生可能資源から作られたものではありませんが、6 週間堆肥化すると完全に分解します。加工は簡単ですが、製造コストの関係であまり大量に使用されていません。ただし、PCL とコーンスターチをブレンドするとコストが削減されます。
生体医療機器や縫合糸はすでにこのゆっくりと分解するポリマーで作られており、組織工学の研究者もそれを研究しています。トレイなどの食品と接触する製品にも応用できます。
3: PHA ポリエステル
「天然に生産されたポリエステル」というと、マーケティング キャンペーンから引用したフレーズのように聞こえるかもしれませんが、特定の種類のバクテリアに砂糖を与えれば、プラスチックの生産ラインが完成します。
これは、ポリヒドロキシアルカノエート (PHA) ポリエステルの場合に当てはまります。その 2 つの主成分は、ポリヒドロキシブトレート (PHB) とポリヒドロキシ吉草酸 (PHV) です。これらの生分解性プラスチックは、人造のポリプロピレンによく似ています。これらは石油ベースのプラスチックよりも柔軟性に劣りますが、包装、プラスチック フィルム、射出成形ボトルなどに使用されています。
生産コストのせいで、PHA は主に安価な石油ベースのプラスチックの影に隠れてきましたが、安価な原材料の調達に少し工夫をすれば、近いうちに PHA がトップの選択肢になるかもしれません。トウモロコシの浸漬液、糖蜜、さらには活性汚泥はすべて、細菌がプラスチックを生成するために必要な糖分を供給する可能性があります。
PHA は堆肥化によって生分解されます。 PHB/PHV 複合物 (重量比で PHB 92 部/PHV 8 部) は、生物処理プラントの主力である嫌気性消化汚泥によって培養後 20 日以内にほぼ完全に分解されます 。
PHA はすでに、食品、飲料、さまざまな消費者製品の使い捨てパッケージを含むさまざまな製品に使用されています。また、縫合糸などの医療用途や、干し草の俵を保管するために使用される農業用ホイルの製造にも使用されています 。
2: PLA ポリエステル
加工されたトウモロコシからプラスチックを生産することは夢物語のように思えるかもしれませんが、それは毎日起こっています。ポリ乳酸 (PLA) も脂肪族ポリエステルの 1 つで、トウモロコシの湿式粉砕中にデンプン発酵によって生成される乳酸から製造できます。 PLA はトウモロコシから生成されることが多いですが、小麦やサトウキビからも生成されます。
PLA は、プラスチック フィルム、梱包材、ボトルに使用されるポリエチレンと見た目や機能が似ており、発泡食品の皿や容器、プラスチック カトラリーに使用される ポリスチレンの代替品としても使用できます。しかし、従来の石油ベースのプラスチックとは異なり、PLA にはいくつかの大きな利点があります。まず、成長するにつれて二酸化炭素を吸収する植物から作られているため、原材料からの二酸化炭素の純増加はありません。 2017 年の研究では、従来のプラスチックから PLA に切り替えると、米国の温室効果ガス排出量が 25 パーセント削減されることがわかりました 。
PLA には、適切な条件下ではすぐに生分解されるという利点があります。プラスチックが産業用堆肥化施設に送られ、そこで熱と微生物に継続的にさらされると、2、3 か月で劣化する可能性があります。ただし、埋め立て地に捨てられたとしても、従来のプラスチックよりも早く分解されるわけではありません 。
1: デンプンベースのポリマー
デンプンは、完全に生分解性、低コスト、再生可能な天然ポリマーとして、持続可能な材料の開発において多くの注目を集めています。しかし、プラスチックの代替となると、でんぷんではマスタードをカットできません。機械的特性が低いため、プラスチックが生成する頑丈な製品への用途は限られています。
生分解性プラスチック開発における最も注目されているトレンドの 1 つは、ポリマー複合材料の生分解性を高めることです。成功の度合いはさまざまですが、デンプンがおそらくそれに組み合わされているのでしょう。
通常、デンプンは、PLA や PCL などの脂肪族ポリエステル、およびポリビニル アルコールとブレンドされて、完全に生分解性のプラスチックが製造されます。でんぷんを添加すると、プラスチックの製造コストも削減されます。ただし、分解に重大な影響を与える前に、デンプン含有量が複合材料の 60 パーセントを超える必要があります。デンプン含有量が増加すると、ポリマーの生分解性が高まります 。ただし、でんぷんを追加するとプラスチックの特性にも影響することに注意してください。濡れた葉っぱをでんぷん袋にちょっと入れておくと、袋を取りに行くときにめちゃくちゃになってしまいます。
したがって、プラスチックをより環境に優しいものにするための特効薬はありませんが、古いアイデアの活性化とプラスチック技術の革命の組み合わせは、正しい方向への一歩となります。
