プラスチックの利用、課題、そして今後の発展動向

メディアの報道によると、海洋学者のチャールズ・ムーア氏は、自然界で分解できないゴミを作り出せるのは人間だけであると述べています。1997年、太平洋の調査中に海洋ゴミ地帯を発見したと報告されており、そのゴミの大部分はプラスチック製品でした。.

多くの人は、海洋ゴミといえば目に見えるプラスチック製品の廃棄物を想像します。こうした素材は至る所に存在します。人類は毎年約3億トンのプラスチックを生産しており、その約半分は使い捨てです。つまり、使用後すぐに廃棄されるということです。通常、プラスチック廃棄物の大半は埋め立て地に運ばれて処理されますが、一部は風に飛ばされて川に入り、最終的に海へと流れ込みます。実際、毎年平均約800万トンのプラスチック汚染物質が海に流入しており、海洋生物に絡まり、サンゴ礁を汚染し、最終的には水、風、日光によって劣化し、数兆個もの微細なプラスチック粒子へと分解されます。.

多くの海洋生物にとって、プラスチック粒子は非常に魅力的に見え、餌のように感じられます。彼らは海洋汚染物質を食べてしまい、最終的には栄養不足で餓死してしまいます。こうした汚染物質は最終的に動物の体内に取り込まれますが、科学者たちは海洋ゴミが生物に与える影響について現在も調査を続けています。マイクロプラスチックは、私たちが魚介類を食べたり、水を飲んだりすることで体内に取り込まれるため、人間にも害を及ぼす可能性があります。2019年、世界保健機関（WHO）は、マイクロプラスチック汚染が人の健康に及ぼす潜在的な影響を分析するため、詳細な研究を行うよう呼びかけました。.

これらすべてを裏付ける事実は、プラスチックの製造に使用される成分により、プラスチックは驚異的な柔軟性を持つ一方で、生物学的に完全に分解されることはない可能性があるということです。近年、科学者たちは、水や土壌中の微生物を利用して、プラスチックを自然界で再利用可能な化合物へと効果的に還元したいと考えています。自然環境におけるプラスチック汚染を考慮すると、より深刻な問題が浮き彫りになります。例えば、海に流出した使い捨てプラスチックゴミは数百年経っても分解されず、海洋環境に深刻な脅威をもたらすことになります。.

私たちはどのようにしてこの永続的なプラスチック危機を作り出したのでしょうか？その答えはプラスチックの製造工程にありますが、まず最も重要なことは、「プラスチック」とは私たちが海で見かけるような買い物袋だけを指すのではないということを理解することです。現在、海には大量のプラスチックゴミの破片が存在し、水中環境さえも汚染しています。.

プラスチックとは何か？

英国ヘリオット・ワット大学の化学者カール・ライダー氏は次のように述べています。「『プラスチック』という言葉は、通常、非常に幅広い不均一な材料を網羅しています。それぞれの材料には異なる用途があり、物理的特性も異なります。300種類以上が存在します」。ライダー氏は、ヘリオット・ワット大学のプラスチック協力ラボプロジェクトに参加し、プラスチック産業の持続可能な発展の研究と改善に取り組んでいると報告されています。.

では、プラスチックがこれほど多様であるなら、共通点は何でしょうか？それらはポリマーで構成されており、ポリマーとは多くの繰り返し単位からなる分子です。この構造が、柔軟性、延性、強度といったプラスチックの多くの特性を生み出しています。さらに、プラスチックは通常、バイオプラスチックと合成プラスチックの2つの主要なカテゴリーに分けられます。バイオプラスチックのポリマーは、トウモロコシデンプン、植物油、細菌源から得られます。合成プラスチックは、原油や天然ガスから合成されたポリマーです。.

バイオベースのポリマーは環境に優しい響きがありますが、環境中に残留して分解されない可能性があるため、必ずしも環境記録が良いわけではありません。すべての生分解性プラスチックがバイオベースであるわけではありません。しかし、石油や天然ガス由来の材料が引き起こす環境への害は非常に深刻です。なぜなら、この種のプラスチックは環境中での残留時間が長く、同時に他の環境負荷も引き起こすからです。.

その理由を理解するために、石油由来プラスチックの例を見てみましょう。冷蔵庫に入れる牛乳瓶のプラスチックボトルがその一生を始めます。実際、地殻深部の高圧領域に蓄えられた原油は、掘削プローブやポンプ装置を通じて地表に送られ、パイプラインを通って精製所に運ばれます。原油の濃密な物質は炭化水素で構成されています。炭化水素は炭素原子と水素原子が結合したもので、異なる長さの鎖状構造を形成し、それぞれ異なる特性を与えます。これらの炭化水素が、地球上で最も初期のプラスチック原料となります。.

精製所では、プラスチック製品の生産が本格的に始まります。糖蜜のような原油は加熱されます。炭化水素に含まれる原子の数と分子量に応じて、近くの蒸留パイプに送られます。蒸留パイプ内では、長く重い炭化水素化合物が底に沈殿し、短く軽い分子構造を持つ炭化水素化合物は上部に上昇します。最終的に、原油は石油、ガソリン、パラフィンなど、いくつかの異なる化学物質に分離されます。それぞれが類似した重量と分子長を持つ炭化水素化合物を含んでおり、その一つがプラスチック製造の主要原料となる石油です。.

石油はプラスチック生産における金粉のような存在です。なぜなら、炭化水素化合物にはエチレンとアクリルが含まれているからです。これら2つの化合物は、最も一般的で普及しているプラスチック製品にとって不可欠です。牛乳瓶などのプラスチックを製造するためには、まずエチレンとアクリルが炭化水素原料から分解されなければなりません。.

これを行うにはいくつかの方法があります。その一つが、無酸素環境下で高温高圧を利用する「スチームクラッキング（水蒸気分解）」と呼ばれるプロセスです。これにより、モノマーが生成されます。.

アストン大学の博士研究員で、持続可能なポリマー材料を専門とするパイアル・バハティ氏は次のように述べています。「エチレンは熱分解後のナフサから直接抽出できます。アクリルはプラスチック材料の構造を作るための重要な原料です。」"

次のステップでは、重合反応と呼ばれるプロセスが行われます。このプロセスでは、分離されたモノマー成分が化学的に新しい方法で結合され、長い繰り返し鎖が生成されます。エチレンとアクリルはポリエチレンとポリプロピレンを形成し、これらは地球上で最も一般的かつ大量に生産されている2つのポリマーです。.

では、なぜこの2つのポリマーがこれほど人気があるのでしょうか？ポリエチレンの構造は異なる密度のプラスチックを作るために使用できるため、脆く柔軟なものから、硬くて丈夫な物質まで、用途が非常に広いです。さらに、ポリプロピレンの構造も独自の柔軟性と弾力性を持っています。そのため、私たちは毎日多くの種類のプラスチック製品を目にします。ポリプロピレンは主に、牛乳瓶、日常生活で使用されるプラスチック包装、ストロー、水筒、買い物袋、シャンプーボトル、ボトルキャップなど、使い捨てプラスチック製品の製造に使用されます。.

しかし、これらは数十種類ある合成プラスチックのうちの2つに過ぎません。他の種類の炭化水素も異なる供給源から分離・分解されます。それらは原油だけでなく、天然ガスからも得られ、プラスチック製造に使用されます。場合によっては、ポリマーはポリエチレンやポリプロピレンのように単一のモノマーで構成されることもあれば、複数のモノマーの組み合わせで構成されることもあります。.

さらに重要なことに、各ポリマー鎖は異なる方法で加工され、酸化防止剤、発泡剤、可塑剤、難燃剤など、さまざまな添加剤と混合されます。これにより、あらゆる種類の生態学的機能が備わり、プラスチックはこれほど「万能」なものとなっているのです。.

バハティ氏は次のように述べています。「プラスチックの種類によって特性は異なります。食品包装を例にとると、過剰な酸素や日光による劣化を防ぐ必要があります。そのため、添加剤を加えたポリマー特性によってプラスチックが形成されます。」"

最終的に、これらのプラスチック産業チェーンが、今日私たちが目にする多様なプラスチック製品を生み出しました。それらは食品の生産と保存、化粧品、技術研究開発、医療において多大な貢献をしてきました。.

"「異物」"

それでは、プラスチック製品の製造プロセスを「早送り」で理解しましょう。石油や天然ガスから合成されたプラスチックは、炭化水素化合物を分離してその一部を分解し、自然界では存在しない新しい形に再構成したものです。簡単に言えば、これは地球の水や土壌中の微生物にとって馴染みのない「異物」を作り出していることになります。バハティ氏は、合成プラスチックの炭素主鎖は土壌細菌によって認識できないため、分解されて水や二酸化炭素に変換されることはないと説明しています。.

"「ランディアム氏は次のように述べています。『ポリエチレンのようなプラスチックが埋め立て地で分解されるには数世紀が必要です。つまり、私たちが生活の中で製造したものの多くが、元の形のまま残っているということです。太陽、水、風の影響を受けて、プラスチックは徐々に分解されます。石油や天然ガス由来のプラスチック製品は温室効果ガスを放出し、製造過程で添加された化学物質を環境中に放出します。私たちは使い捨てプラスチック汚染の量に特に注意を払う必要があります。数百年間にわたる環境破壊に加え、将来的にプラスチック製品が引き起こす環境災害はさらに深刻になる可能性があります。』」"

しかし、山のように蓄積されたこれらのプラスチックゴミを取り除く方法もあります。レデクシア氏は、生分解性プラスチックが将来の研究の焦点の一つであると考えています。これが潜在的な解決策になるかもしれません。言い換えれば、生分解性プラスチックを作ることは、必ずしもトウモロコシデンプンなどのバイオ原料を使用することを意味するわけではありません（もちろん、それが解決策になる可能性はあります）。より具体的には、このプロセスでは、水や土壌中の微生物によって合理的かつ効果的に分解できるポリマーを使用してプラスチックを作る必要があります。.

プラスチックが地球環境に与える影響を根本的に変えるには、石油由来のポリエチレンやポリプロピレンをバイオポリマーに置き換える必要がありますが、同時に従来のポリマーの強度と柔軟性を維持しなければなりません。これがそれらがこれほど人気がある理由ですが、従来のポリマーは製造コストの面で依然として競争力があるため、この課題は非常に困難です。.

しかし、近年、いくつかの生分解性ソリューションが進歩しています。その一つがポリ乳酸で、カップ、食器、ストローなどの使い捨てアイテムの製造に使用できます。一度人間の生活環境に入ると、より効果的に生分解されます。世界的にプラスチック製品の需要が増加し続ける中、こうした発明は徐々に増えていくと考えられています。.

他の分野でも前向きで楽観的な兆候が見られます。2016年、研究者たちはプラスチックを食べる細菌を発見し、その後、ポリエチレンを食べる虫も発見されました。さらに、プラスチック廃棄物を分解できる酵素も発見されています。.

"「おそらく今後数年のうちに、これらの細菌や虫からプラスチック分解・消化の仕組みを得ることができるでしょう。ポリエチレンのプラスチック袋を分解してより大きな虫を育て、それが私たちのプラスチックゴミを飲み込んでくれるようになるかもしれません。」"

いずれにせよ、プラスチックを作る過程で、人類は自然から原料を得て、それを完全に変容させ、自然界では分解できないものにしてしまいました。これは人類の知恵と工夫が引き起こした窮地です。今、私たちは新しい技術の研究開発を通じて、これらすべてを変えたいと願っています！

プラスチック問題を解決するための上記の方法はすべて、科学技術によるさらなる発展が必要であり、一般的な利用に至るまでには技術的な障壁やコストの高さといった問題が残っています。.

そして、現在プラスチック問題を解決するための最善の方法はリサイクルです。粉砕や洗浄、ペレット化といった工程を通じてプラスチックを多重利用することは、環境を保護するだけでなく、プラスチックの使用コストを削減することにもつながります。これは現在、プラスチック問題を解決するための最も効果的な方法です。.