環境活動家は「有毒」プラスチックに注目

クレア・ゴールズベリー | 2021年3月29日

数年前、ミネソタ大学 (UMN) は、高強度リグニンベースのプラスチック (20140254、シモサルカネン博士) について米国特許を取得しました。これは、「非常に高いリグニン含有量を特徴とし、同等の性能を示す新世代のリグニンプラスチック」です。「従来のPMMA（ポリメチルメタクリレート）やポリスチレン（PS）と比較して、さらに優れた特性を備えています。これらの革新的なポリマー材料は、少なくとも80％のリグニンを含み、主にメチル化または非メチル化リグニンスルホン酸塩で構成されています」とUMNは述べた。

当時、リグニンベースのプラスチックは満足のいく機械的特性を欠いており、リグニン含有量が 35 ～ 40% を超えると顕著な劣化を示したため、以前のプロセスでは組み込むことができるリグニンの量が制限されていました。高リグニンプラスチックおよびポリマー材料は、85 ～ 100% のリグニン含有量を使用した配合で有望な引張強度を示しました。

これらのプラスチックは、当時の現在のリグニンベースのポリマーよりも強かっただけでなく、副産物としてリグニンを生産するバイオ精製産業やパルプ産業に付加価値を与え、燃料としての価値を得るために燃やすことがほとんどでした。 UMNは、この技術は「形態のリグニンまたは新しい再生可能プラスチックから大きな商業的価値を実現する道を提供する」と述べた。

2018年、UMNの天然資源研究所（NRRI）は、高価値の再生可能なバイオプラスチックとしてのリグニンの可能性を解き放つために、米国農務省からNRRIの木材製品とバイオエコノミー・イニシアチブに対して300万ドルの助成金を発表した。その目的は、樹木の細胞壁化合物（セルロース、ヘミセルロース、リグニン）を分離し、一般的なアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ABS）に代わるプラスチックを製造する特許取得済みのプロセスを開発することでした。リグニンはABL（アクリロニトリル・ブタジエン・リグニン）樹脂に変換され、1ポンド当たり約1.20ドルの価値があり、ABSと直接競合することになる。

NRRIは、同研究所がミネソタ州の急速に成長するハイブリッドポプラ樹種を使用した複合サイディング製品の開発を開始すると主張した。 3 年以内に、その特性を実証するのに十分な量のリグニンベースの樹脂を入手する計画がありました。その後、自動車市場などへの進出を計画した。

化石ベースのプラスチックの機械的強度を備えた生分解性プラスチックを作成したいという要望に押されて、木材からプラスチックを作ることが現在トレンドになっています。毎週、企業がプラスチックの代替品である木材や植物ベースの製品に注目しているというプレスリリースをたくさん受け取ります。先週、フィンランドの森林セクターを促進する報道機関Forest.fiから、発泡スチロールと気泡緩衝材を木質製品に置き換えるプロジェクトに関するニュース記事が掲載されました。「このプロジェクトは、自然現象を模倣する分野であるバイオミメティクスに基づいています」とミッコ・アラヴァ教授はアールト大学のニュースリリースで述べた。「私たちはAIを活用して、強度、柔軟性、耐熱性など木材に似た特性を備えたフォームを開発しています。」

研究者らは、衝撃や耐熱性に優れたフォームに加工してプラスチックの代わりに使用できる、リグニン、木繊維、ラポナイト（ナノクレイ）の混合物であるフォームの特性を最適化するよう努めています。ニュース記事では、リグニンは「木の繊維を結合する化合物である。乾燥した発泡体であるため、硬くて耐水性があり、さらには電気を通す」と説明されている。

研究者らによると、これと同じ方法で、「ニンジン、コケモモ、クランベリー、ビーツの粉末から泡を作ることができ、それをさらに加工してポテトチップスに似たチップスを作ることができる」と研究者のユハ・キヴィスト氏は述べた。

PulPac、PA Consulting、および Seismic Solutions は最近、これらの企業が提携して使い捨てプラスチックを新しい「持続可能で手頃な価格の乾式成形繊維技術」に置き換えることを発表しました。 PulPac は、「セルロース (木材パルプ) 成形技術の先駆者であり、顧客が使い捨てプラスチックを持続可能でコスト競争力のある代替品に世界中で置き換えることを可能にしました。」

最近、Ren Com AB は Lignin Industries AB に社名を変更しました。スウェーデンに本拠を置く同社は、木材パルプをベースにしたリグニン添加剤である Renol を製造しており、ABS、PE、PP などを含むバージン熱可塑性プラスチックへの生物添加剤として機能します。リグニン・インダストリーズのウェブサイトによると、パルプ産業の副産物であるリグニン8,000万トンが世界中で処理されており、「地球上で最大の天然副産物となっている。現在、生産されたリグニンの99％はエネルギー価値のために燃焼されている」という。

3月18日は世界リサイクルデーで、農作物や食品廃棄物など再生可能な材料から作られた植物由来製品を推進する植物由来製品評議会（PBPC）からプレスリリースを受け取りました。これらの植物由来の製品は、堆肥化やリサイクルによって簡単に処分できるという。 PBPC のメンバーには、ペプシコ社、スイートグリーンジョージアパシフィック社、その他多くの大小さまざまな企業が含まれています。

家庭を暖房するための燃料として木質ペレットを燃やすことに加えて、食品のテイクアウトや製品の配送用の包装に必要な多くの使い捨てアイテムなど、紙ベースの製品の製造に木材を使用するということは、何百万もの製品のニーズを満たすために、たくさんの木や他の植物が必要です。

木をプラスチックに変えることは、学術レベルでもトレンドになりつつあります。イェール大学とメリーランド大学は、イェール環境大学院（YSE）のユアン・ヤオ教授とメリーランド大学の梁冰胡教授が率いる研究チームが「木材副産物から高品質のバイオプラスチックを作成した」と発表した。世界で最も差し迫った環境問題の一つ[プラスチック廃棄物]を解決します。」発表によると、「石油化学プラスチックから再生可能で生分解性プラスチックに移行する取り組みは難しいことが判明している。製造プロセスには有毒化学物質が必要であり、コストがかかる可能性があり、機械的強度や水への安定性が不十分な場合が多い」という。しかし、これらの研究者らは、「より耐久性があり持続可能なバイオプラスチックの生産が期待できる木材副産物を利用した画期的な成果」を上げたと主張している。

Nature Sustainability に掲載された Yao 氏の共著研究では、天然木材の多孔質マトリックスを分解してスラリーにするプロセスが概説されています。研究者らは、得られた材料は高い機械的強度、液体を保持した際の安定性、および紫外線耐性を示すと述べている。また、リサイクルしたり、自然環境で安全に生分解したりすることができ、石油ベースのプラスチックや他の生分解性プラスチックよりもライフサイクルにおける環境への影響が低くなります。

「この種のポリマーをプラスチックで開発しようとしている人はたくさんいますが、機械的ストランドは、現在使用されているプラスチックのほとんどが化石燃料から作られているため、それを置き換えるのに十分ではありません」とヤオ氏は述べた。「私たちは、木材からバイオマスベースのプラスチックを生成するだけでなく、優れた機械的特性を提供するプラスチックも生成する、単純でシンプルな製造プロセスを開発しました。」

この新しいプラスチックは、ビニール袋や包装用のフィルムの製造に使用できます。さまざまな形状に成形することもできるため、「自動車製造に使用できる可能性がある」という。ヤオ氏は、一般的なプラスチックに対するバイオプラスチックの環境への影響をテストするための包括的なライフサイクル評価を主導しました。土壌に埋められたバイオプラスチックのシートは 2 週間後に破損し、3 か月後には完全に分解されました。しかし、ヤオ氏は使用したシートの厚さについては明らかにしなかった。研究者らは、バイオプラスチックは機械的に撹拌することで分解してスラリーに戻すことができ、これにより、塩化コリン（コリンカトンと塩化物アニオンを含む第四級アンモニウム塩）と塩化コリンを混合することで形成される新しい種類の溶媒である深共晶溶媒（DES）も生成できると述べた。水素結合供与体は回収され、再利用されます。

ほとんどの新しい開発と同様に、意図しない結果の法則が常に作用します。このプロセスでは現在、木材加工施設から出るおがくずなどの木材副産物が使用されているが、研究者らは「大規模生産には大量の木材の使用が必要となり、森林に広範囲に影響を与える可能性があることを痛感している」と述べている。いくつか例を挙げると、土地管理、生態系、気候変動などです。」ヤオ氏によると、研究チームはすでに森林生態学者と協力して、森林の成長サイクルと製造プロセスを結びつける森林シミュレーションモデルの作成に着手しているという。

自然の古代バイオマスの貯蔵庫から採取した天然ガスや石油以外のありとあらゆるものから「プラスチック」を作ろうとしている企業や大学は、ある時点で、成長して炭素として機能するまでに数十年かかる新しい木を使用するかどうか決断する必要があるだろう。シンクはそれだけの価値があります。少なくとも私たちが間氷期にいることは幸運で、気候は温暖で、二酸化炭素の増加により木々や植物に成長速度を速めるのに必要な栄養素が供給されています。

イーストマン、イーストマン財団、ジョージアパシフィック (GP) セルロースはロングリーフアライアンスと協力して、フロリダ北西部のトレヤ州立公園にロングリーフマツの苗木 60,000 本を提供しているので、それは良いことです。発表によると、この保全協力は「森林生態系を保護し、繊細な野生動物コミュニティを支援し、将来の世代のために地球を修復するのに役立つ」ことを目的としている。

トレヤ州立公園は、2018 年のハリケーンマイケルによるこの地域の甚大な被害を受けて選ばれました。フロリダ森林協会によると、フロリダ州には 1,700 万エーカーの森林があり、州の総面積のほぼ半分を占めています。発表によると、林業は州経済に250億ドル貢献しており、10の郡が経済的に林業に依存しているという。明らかに、木や植物からのプラスチックの開発の増加の要件を満たすために、より多くの森林が必要になるでしょう。

木材とプラスチックの複合材 (WPC) 材料は、今日、デッキ、手すり、フェンス、サイディングとして人気があります。これらの材料は、木材のおがくずを混合した再生プラスチックを使用しており、メンテナンスがほぼ不要な利点により、過去 20 年にわたって人気の建築材料となっています。 WPC は環境に優しく、プラスチック廃棄物とともに木材廃棄物を利用する方法として役割を果たします。

しかし、これまでのところ、リグニンベースのバイオプラスチック材料が、従来のプラスチックや従来の木材とプラスチックの複合材料と経済的に競争できるように大規模に商品化されているかどうかについての情報は見つかっていない。これらのリグニンベースの材料の製造は、従来のポリマーほど費用対効果が低いのではないかと思います。これらがリサイクル可能なプラスチック材料の実用的な代替品になるまでには何年もかかるかもしれません。

実際、特にこれらの材料の実際の生分解速度に疑問がある場合、化石燃料プラスチックの機械的強度を備えた生分解性を約束するバイオプラスチックを作るために、大量の樹木や植物を使用するという知恵には本当に疑問を抱かなければなりません。

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