過去6十年間に、83億メトリックトン以上のプラスチックが生産されてきた。
しかし、最も一般的な処理方法は素材を溶解して再加工するものであるため、プラスチックのリサイクルは困難な場合がある。
カリフォルニア大学が開発した新しいプロセスにより、ポリエチレンを有用なより小さな分子に変換できる。
薄くて壊れやすい使い捨てのプラスチック製レジ袋が、プラスチック廃棄物問題の大部分を占めていると考えているならば、考え直してほしい。世界が毎年廃棄するプラスチックの量は、明朝の万里の長城（全長約3,700マイル）を再建できるほどである。
プラスチックが商業用途に製造されてきた60年間で、83億メトリックトン以上が生産されてきた。 プラスチックは軽量で用途が広く、安価で、（高温にさらされない限り）ほぼ壊れることがない。これらの特性により、無菌の食品包装、省エネルギーの輸送機器、繊維、医療用保護具など、非常に広範な用途で極めて有用である。しかし、その壊れにくい性質には代償が伴う。その大半は環境中で非常にゆっくりと分解される環境中でゆっくりと分解される――その期間は数百年程度に及ぶ――そのため、世界規模のプラスチックごみの蔓延を引き起こしている。人間と生態系の健康に及ぼす影響は依然として十分に解明されていないが、重大となる可能性がある。
私は化学者であり、プラスチックの製造プロセスの設計に携わってきた経験があり、プラスチックを、エネルギーや素材として大規模でまだ活用されていない資源として利用することに関心を持つようになった。プラスチック廃棄物を、埋立地や自然環境から遠ざけるために、より価値のあるものに変えられないかと考えた。
プラスチック廃棄物を活用する新たな方法
プラスチックは、炭素を基盤とする多数の小さな分子を、ほぼ無限に近い多様な方法で連結させ、ポリマー鎖を形成することで製造される。
これらのポリマーを再利用するために、リサイクル施設は原理的には溶解して成形し直すことができるが、プラスチックの特性は劣化する傾向がある。その結果生じる素材は、元の用途に適することはほとんどないが、プラスチック製の木材のような低価値の製品を作ることはできる。その結果、リサイクルの実効率は非常に低くなる。
新たなアプローチとして、長い鎖を再び小さな分子に分解する方法がある。課題は、これを精密な方法でどのように行うかである。
そもそもこの鎖を作る過程では、大量のエネルギーが放出されるため、その逆の反応には、大量のエネルギーを再び投入する必要がある。一般的には、素材を高温に加熱することになるが、プラスチックを加熱すると、素材は厄介な塊に変化してしまう。また、多くのエネルギーを浪費するため、温室効果ガスの排出量が増加する。
私のチームはカリフォルニア大学サンタバーバラ校に所属しており、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校およびコーネル大学の同僚とともに、ポリエチレンを清浄に処理する方法を発見した。これにより、有用な小分子に変換できる。
ポリエチレンは、世界で最も有用かつ最も広く使用されているプラスチックの一種である。また、プラスチック廃棄物の最大の発生源の一つでもある。世界が毎年生産しているおよそ4億メトリックトンのプラスチックのうち、約3分の1を占めており、無菌の食品や医療用包装、防水フィルムやコーティング、ケーブルや電線の被覆、建設資材や水道管から、耐摩耗性の人工股関節や人工膝関節、さらには防弾チョッキに至るまで、幅広い用途に使用されている。
新プロセスの仕組み
私たちが開発したプロセスは高温を必要とせず、代わりに、ポリマー鎖から少量の水素を取り除く金属を含む触媒を微量用いることに依存している。触媒はこの水素を利用して、炭素鎖を結びつけている結合を切断し、より小さな断片を生成する。
重要なのは、水素が生成されるとすぐに利用し、その鎖の切断過程でさらに水素を生成するためのエネルギーを得ることである。この過程は各鎖に対して何度も繰り返され、固体のポリマーを液体へと変化させる。
切断は、分子が一定のサイズに達すると自然に遅くなるため、分子が小さくなりすぎるのを容易に防ぐことができる。有用性の低いガスに変化する前に、価値のある液体を回収することが可能である。
回収された液体中の分子の大部分はアルキルベンゼンであり、これは溶剤として有用であり、容易に洗剤に変えることができる。この種の分子の世界市場規模は約年間90億米ドルである。
廃プラスチックを価値のある分子に変換することは、アップサイクルと呼ばれる。本研究は小規模な実証であったが、予備的な経済分析によれば、今後数年のうちに、はるかに大規模なプロセスへと容易に適応できる可能性が示唆されている。経済的に合理的な方法でプラスチックを再利用し、環境から遠ざけることは、双方にとって利益のある取り組みである。
