検索は持続可能なプラスチックのためにあります

検索は持続可能なプラスチックのためにあります

石油系ポリマーは、私たちの生活私たちの海やゴミを汚染したように、研究者は、耐久性、汎用性の高い材料の需要を満たすために、より環境に優しい方法を模索します。 Flickrの:ボーアイデ写真(Flickrの/クリエイティブコモンズ)

July 29、2015 - 世界の海洋の運命は、小さなビール樽のような大きさではなく、ステンレス製のタンクの中に眠っているかもしれません。 内部では、遺伝子組み換え細菌はコーンシロップを、多種多様な一般的なプラスチックを製造するのに使用できるポリマーの膨大な塊に変えます。

「これはヨーグルトの作り方のようなものです」とMetabolix、Inc.の最高科学責任者、Oliver Peoples氏は言います。

バイオプラスチックは、実験室規模の発酵室に形を取り、マサチューセッツ州ケンブリッジに本社を置く同社は失敗し、化石燃料から作られている従来のプラスチック、コスト競争力、より環境に優しい代替品の開発を進め、企業や機関が増えの一つであります分解すると、浮遊プラスチックの海の中に私たちの海を回っています。

ジョージア大学の環境工学教授であるジェンナ・ジャンベック(Jenna Jambeck)は次のように述べています。「このプラスチックの生産量の大幅な増加は廃液の増加をもたらしました。 生分解性材料とは異なり、プラスチックにはこれらの問題がすべてあります。 それは水路に容易に移動し、物理的には非常に硬くまたは収集することが不可能な小さな断片に断片化し、すでに環境にある化学的な汚染物質を吸収する傾向があります。

プラスチックの4.8万〜12.7百万メートルトン(5.3百万〜14万トン)、または4のごみとして300百万メートルトン(330万トン)のプラスチックが毎年生産されるプラスチックの2010%が海洋に侵入しました。 Jambeckらの研究によると、この数字は今後10年間で10倍に増加すると予想されており、プラスチックがより多く生産され、廃棄物管理とリサイクルの取り組みを回避している 今年初めに出版された ジャーナルで 科学.

このプラスチックが人間を含む生物に与える影響は、 不明なままであります。 最近の数多くの研究では、プラスチックの小片に入った化学物質、さらにはプラスチック製のものでさえも、鳥や魚などの海洋生物に蓄積する可能性があることが示されています。 検査室の検査では、それらを構成する化学物質が、肝臓の損傷を含む有害な健康影響を引き起こすことが示されている 内分泌かく乱 変化した遺伝子発現を介して。 実験室の外でも同様の影響が出るのか、それとも海洋生物を食べる人に食物連鎖を拡大するのかは不明ですが、どちらも完全に妥当と思われます。

それだけではありません。 プラスチックは同様に温室効果ガス部門で悪名高いです。 毎年世界中で使用される石油の約8%はによると、直接プラスチックを作るために、プラスチック製造プロセスに電力を供給するために行きます Worldwatch Instituteによる最近の報告.

「より多くのものよりも少ないプラスチックを使いたいと思っているにも関わらず、プラスチックは自動車を軽くし、水を浄化し、健康と安全保障のアプリケーションに大きな利益をもたらす現代的な素材です」 - Marc Hillmyer私たちの使用を減らすだけですか? 一つの事として、プラスチックは信じられないほど汎用性があり、柔軟性、コストなどのニーズに対応し、材料を代替するのは難しいでしょう。 それだけでなく、代替物質も環境、社会、健康に悪影響を与えます。

「彼らは以下のプラスチックではなく、もっと利用したいような人々が感じていても、問題の事実は、プラスチックは、車が軽く、水を浄化し、健康と安全のアプリケーションに多大な利益を追加する最新の材料であるということです、「マルクHillmyerは言います、のディレクター 持続可能なポリマーのためのセンター ミネアポリスのミネソタ大学で。

言い換えれば、従来のプラスチック、すなわち植物ベースのプラスチックのより持続可能な代替物を追求する確かな理由がある。 このようないわゆるバイオプラスチックは劣化し、汚染された土地や海を脅かす危険性を劇的に減らすことができます。 また、化石燃料への依存度を下げ、プラスチックの二酸化炭素排出量を削減します。 バイオプラスチックに関連する温室効果ガスの排出量は、従来のプラスチックに比べて26%低い トウモロコシベースおよび石油ベースのプラスチックの最近のライフサイクル分析 ミシガン州立大学の研究者によって

新興代替

しかし、今日のプラスチックに対する非石油ベースの分解可能な代替物を見つけることは容易ではありません。 トウモロコシやサトウキビなどの植物由来のプラスチックは、必ずしも分解可能ではなく、欲しいときに分解が起きることは困難です。

"あなたはそれを使用している間、あなたのビニール袋が劣化しないように、「Hillmyer氏は述べています。 「一方で、あなたは別の環境に入れたときに、それが急速に劣化します。」

化学者は、彼らが分解することができるように石油系プラスチックを改質難しさがあった一方で、バイオベース、分解可能選択肢の数が浮上しています。

これらおよび他の最近の成功にもかかわらず、バイオプラスチックは、業界全体のほんの一部残ります。 ネイチャー、ミネトンカ、ミネソタ州に拠点を置く同社は、世界有数のバイオプラスチックの製造の一つです。 同社は、ポリ乳酸を作る、またはPLA、それはコーンスターチからソースおよび消費者製品の広い範囲になり、生分解性プラスチック - 使い捨ての食器、コップや包装を含む - 耐用年数の終わりに分解する。 ブレア、ネブラスカ州にある同社の最初の生産施設は、2002でオンラインになったし、年間PLAの140,000トン(150,000トン)を生成することができます。 同社は最近、その原料としてサトウキビを使用する東南アジアで第二工場をオープンする計画を発表しました。

2009%のバイオベース材料までを含む - バイオプラスチックのもう一つの大手メーカーは30でPlantBottle、ポリエチレンテレフタレート-PETから作られた飲み物のボトルを立ち上げましたコカ・コーラカンパニー、です。 ボトルはほとんどのバイオベースプラスチックとは異なり、従来のPET、一般的に再生プラスチックと一緒にリサイクルすることができ、分解性ではないが。 2009以来同社は元PlantBottlesの35億を生産しています。 6月2015に同社は、バイオベース100%である新バージョンを発表しました。

最近のこれらの成功および他の成功にもかかわらず、バイオプラスチックは全体として業界のごく一部である。 この材料は、消費者がより持続可能な製品のプレミアムを支払う意思があるスプーンやボトルなどの一回使用製品によく適しています。 高耐久性、可視性の低い用途(例えば、住宅用および商業用配管で一般的に使用されるPVC製の水道管)は、依然として従来のプラスチックで作られています。 ワシントンDCに拠点を置く業界貿易集団であるプラスチック工業協会(Society of the Plastic Industry)によると、プラスチック全体の0.5%は非石油源からのものである

政府の規制、しかし、バイオプラスチックの使用の増加につながっています。 2014イリノイ州では、マイクロビーズ、一般的に顔のスクラブで使用される小さなプラスチック製の研磨剤、シャンプーや歯磨き粉を禁止 環境悪化の懸念に起因します 五大湖インチ 直径1ミリ以下では、マイクロビーズは、下水処理システムによってフィルタリングされるには小さすぎると淡水と海洋環境の両方で発見されています。

有機プラスチック8 7生分解性PHAから作製することができる消費財はバッグ、調理器具や電気ケーブルのジャケットが含まれています。 Metabolixの写真提供。

マイクロビーズの連邦禁止が予定されているため、Metabolixは3月にHoneywellと提携して、マイクロビーズの生分解性の代替物を製造しています2社が開発しているマイクロビーズは、ポリヒドロキシアルカノエートPHA PLA。 2つの会社が開発しているマイクロビーズは、トウモロコシ澱粉を発酵させて作られていますが、スイッチグラスのような非食品作物から作ることもできます。 PHAマイクロビーズは、セルロースまたは紙と同じ速度で数ヵ月以内に二酸化炭素と水に分解すると、Peoples氏は述べています。

ダウンサイド周辺

私たちは、トウモロコシやサトウキビなどの作物から供給プラスチックへの依存度を高めるように、私たちは不注意新しい環境問題をもたらす可能性があります。 ジャーナルの最近の研究 よりクリーンな生産 農業原料から成長指摘バイオプラスチック 水、農薬や化学肥料を大量に使用します 空気と水の汚染を引き起こし、食糧のために栽培された作物と土地を競うことができます。

それでも、石油への依存を低減しながら、植物系プラスチックの下側を回避する1つの可能な方法は、COを使用することです2 原料として代わりに。 Novomer、同社は、イサカ、ニューヨークのコーネル大学での研究からスピンアウトした廃棄物のCOを回しています2 エタノール製造プラントからプラスチックへ 同社は、マットレス、シートクッション、断熱材、特殊コーティングおよびシーラントに使用される軟質フォームを製造するために使用されるポリオールを製造しています。

「あなたのマットレスが私たちの材料で作られたのであれば、二酸化炭素重量%で約22になります」とNovomerのポリマー副社長ピーター・シェパードは語ります。 それは廃棄物である温室効果ガスを取り込んで貴重な製品に変えます」

典型的には、CO2 困難なプラスチックまたは他のアプリケーションでの使用を行う、他の化合物と反応させるにはあまりに不活性です。 ジェフリー・コーツ、イサカにあるコーネル大学の化学の教授とNovomerの共同創設者は、COの反応性を増加させた触媒を開発しました2 同時に他の重要なポリオール成分の反応性を遅くすることにより、CO2 得られたポリマーに添加する。

「子供がいて、ピザとブロッコリーを与えて、ピザを食べるたびに、ブロッコリーを食べなければならないかのように教えてください」とCoatesは言います。Coatesは、持続可能なポリマーセンター。

バイオプラスチックのための最大の課題は、彼らが従来のプラスチック、作るために石油系化学物質と組み合わせた場合、過去60年、Novomer製のシェアーsays.Theポリオールは分解可能であるが、その分解性を失うために磨いてきた信じられないほど安価な材料に対して競合しているということですフォーム。

同社は現在、フォームおよびシーラントを作ることに焦点を当てているが、シェパードはNovomerのCOを言います2ベースのポリマーを使用して、分解性プラスチックをCO2 50パーセントの高いコンテンツ

最大の課題

近年の堅調な成長にもかかわらず、いくつかは、バイオプラスチックは、その潜在的なまで住んでいないと言います。

「バイオプラスチック業界は価格の面で、変更に世界は喜んで作る性質の点で十分に魅力的であるポリマーを作成することができなかった、 "フレデリックシェアー、Cereplast、一度最先端のバイオプラスチックの会社の元最高経営責任者(CEO)は述べていますそれは2014で破産を宣言しました。

バイオプラスチックの最大の課題は、過去の60年の間に磨かれてきた非常に安価な材料である従来のプラスチックと競合していることです。

「人々は生物分解しない油性物質の環境への影響を幾分意識していますが、新しいタイプの物質を押し広げるために余計な費用を費やすつもりはありません。

石油を原料とするプラスチックとの競争は、石油価格が半分に低下したため、ここ1年で激化している。 「伝統的な油性材料と競争力を持たせるためには、石油の価格は約$ 130、$ 140程度である必要がありました」とシェアーは言います。 「明らかに、$ 50でバレルを競うことはできない。

シェアー氏によると、世界のプラスチックを非石油資源からすべて作る能力は存在するが、そうするには相当な政府の支援が必要だという。 「これは、プラスチックのコストと原油のコストを現在よりも大幅に高める規制によって推進されなければならないだろう」と彼は語る。

ポリエチレン競争相手?

化石燃料への依存を減らし、耐用年数の終わりに劣化する持続可能なプラスチックが主流になると、マイクロビーズ、発泡体および他の特殊用途だけでなく、熱可塑性プラスチックにも耐えなければならない毎年生産される数億トンのプラスチックの80%以上を構成する成形可能なポリマーです。

Coatesは現在、ゴミ袋から水筒、プラスチック玩具まであらゆるものを製造するために使用されている最も広く生産されているポリエチレンであるポリエチレンに匹敵するか、あるいはそれ以上の特性を持つ新しいバイオポリマーに取り組んでいます。

薄いポリエチレン層でさえ、信じられないほど強く、たとえば、床に落とされたときに壊れないはさみやミルクジャグがなければ、開封することはほとんど不可能な郵送封筒を作る。 「そのほとんどは、半結晶材料であるためです」とCoates氏は言います。 「[ポリマー]鎖は、全体が非常にタイトで特定の方法で互いに隣り合っているので、かなり印象的な特性を与える」

2014の研究で公開 アメリカ化学学会誌CornellのCoatesらは、糖原料から製造され、ポリエチレンと同様の性質を有するが、有用寿命の終わりに分解することができる半結晶質構造を有する新しい材料を記載している。

「一晩では起こることはありませんが、ポリエチレンのようなプラスチックの本当の競争相手になる可能性があるという肯定的な指標があると思います」とHillmyer氏は言います。

ポリ(コハク酸ポリプロピレン)として知られている新素材は、埋立地や海洋環境でどの程度速く分解するかを調べるためのテストは行われていません。 Coates氏によれば、その組成に基づいて、数ヶ月後に水中で劣化し始めなければならず、ほとんどの一回使用製品の耐用年数を超えてしまうはずです。 ポリ(コハク酸ポリプロピレン)はプロピレングリコールおよびコハク酸に分解され、非毒性物質はさらにCOに還元される2 そして、水の微生物によって摂取された場合。

「ポリマー分解物を食べなければならないのであれば、これがあなたが望むものです」とCoates氏は言います。

これは、ポリ(ポリプロピレンサクシネート)はこれまで、従来のポリエチレンよりもポンドのためポンドベースでコストが低くなるとは考えにくいのですが、その独特の結晶構造は、その石油の対応よりも良好に機能する可能性が示唆しています。 もしそうであれば、バイオプラスチックメーカーはいつか、石油系プラスチックに比べ大幅に少ない材料でミルク水差しのようなものを作ることによって、今日のプラスチック業界と競合することができる場合があります。

Uphill Battle

炭素に価格を置くか、生分解すると、すべてのプラスチックを必要とする抜本的な政府の規制の短い、バイオプラスチックは、彼らがこれまでニッチなアプリケーションよりもを埋めるしようとしている場合、従来のプラスチックを負かす方法を見つける必要があります。

しかし、別の回のニッチ製品、太陽電池パネルは、ますます勝っている1 - それは苦しい戦いです。

2007の太陽光発電量は、米国の発電量の0.1%未満です。 独創性と革新性のおかげで、太陽光発電モジュールの価格は、1ワットあたりUS $ 4から1ワットあたりUS $ 0.50に低下し、ソーラーは米国で最も急速に増えています。

バイオプラスチックに取り組んでいるものは同様の海の変化を見るのでしょうか? 最終的には、多くの可能性が高いだけでなく、自社製品が故障どれだけに、彼らは従来のプラスチックの競争力を打破することができますどのくらいに乗るだろう。Ensiaホームページを見る

著者について

マッケンナ・フィルPhil McKennaは、魅力的な個人と興味をそそるアイデアのコンバージェンスに関心を持つフリー・ライターです。 彼は主にニュースの背後にある個人に焦点を当て、エネルギーと環境について書いています。 彼の作品は 滞在期間の長さによって発生する ニューヨーク・タイムズ、スミソニアン、WIRED、オーデュボン、ニュー・サイエンティスト、テクノロジーレビュー、 MATTERとNOVA、彼は貢献編集者です。

この記事はもともとに登場しました Ensia

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