科学者たちは、化粧品や食品にすでに使用されている青緑藻の一種であるスピルリナから、生分解性プラスチックを開発した。
スピルリナは、カーボンニュートラルであり、大規模に栽培できるため、バイオプラスチックの適切な原料である。
スピルリナ製プラスチックの機械的特性は、石油由来の使い捨てプラスチックに類似している。
ただし、スピルリナ製プラスチックを商業規模で開発するには、さらなる研究が必要である。
プラスチックは至る所にある。食品包装、食品包装、袋、ペットボトルなど、多くの一般的な用途に使用されている。分解されると、「マイクロプラスチック」として知られる微細な粒子となり、マイクロプラスチックとして、海や最も高い山頂、私たちの肺や血液中にまで行き渡っている。
プラスチックの問題は、環境中に何年も残留し、人間、動物、環境に危害を及ぼすことである。しかし、バナナの皮と同程度の速さで裏庭のコンポスト容器で生分解される、別の種類のプラスチックがあったとしたらどうだろうか。
ワシントン大学の科学者が率いる研究者グループが、新たなバイオプラスチックを開発した。これは、自然界で比較的速やかに生分解される。生分解されない従来のプラスチックや、商業施設での処理が必要な他の種類のバイオプラスチックとは異なる。原料は、スピルリナとして知られる青緑色のシアノバクテリアの細胞である。
「私たちは、生物由来であり、かつ生分解性があり、さらに加工性、拡張性、リサイクル性も備えたバイオプラスチックの開発に取り組みました」と、本研究の責任著者であるワシントン大学の材料科学工学助教授エレフテリア・ルメリ は、ワシントン大学のプレスリリースで語った。「スピルリナのみを使用して開発したこのバイオプラスチックは、有機廃棄物と類似した分解特性を持つだけでなく、これまでに報告されたスピルリナ製バイオプラスチックと比べて、平均で10倍の強度と剛性を備えています。これらの特性により、スピルリナ由来のプラスチックは、使い捨ての食品包装や、ボトルやトレイなどの家庭用プラスチックを含む、さまざまな産業での実用化の可能性が広がります。」
本研究では、研究者らが熱と圧力を用いてスピルリナの粉末を多様な形状に成形した。これは従来のプラスチックの加工・製造と同じ方法である。スピルリナ製プラスチックの機械的特性は、石油由来の使い捨てプラスチックに類似している。
本研究は、「全細胞スピルリナからの高強度・高剛性バイオプラスチックの作製」と題され、学術誌Advanced Functional Materialsに掲載された。
科学者たちがバイオプラスチックの原料としてスピルリナを選んだのは、すでに化粧品や食品に使用されており、大規模に栽培できるためである。成長の過程で、スピルリナの細胞は二酸化炭素を固定するため、プラスチックの原料としてスピルリナは、カーボンニュートラルであるだけでなく、カーボンネガティブになる可能性も秘めている。
「スピルリナは、独自の難燃性も備えています」と、研究の筆頭著者でありワシントン大学材料科学工学の博士課程学生であるハレッシュ・アイヤー氏は、プレスリリースで語った。「火にさらされると、瞬時に自己消火します。多くの従来のプラスチックが燃焼または溶融するのとは対照的です。この難燃性により、スピルリナ由来のプラスチックは、可燃性のために従来のプラスチックが適さない用途で有利になります。例えば、データセンターのプラスチック製ラックが考えられます。サーバーを冷却するシステムは非常に高温になることがあるためです。」
研究チームは、バイオプラスチックにおいて従来のプラスチックと類似した加工方法を用いたため、スピルリナ由来素材の大規模製造はより容易になるだろう。
「もし工業規模で当社の素材を使用したいと考えた場合、製造ラインを一から設計し直す必要がないということです」とルメリ氏は語った。「研究室から工業的な需要に応える規模への拡大における、一般的な障壁の一つを取り除きました。例えば、多くのバイオプラスチックは、海藻などのバイオマスから抽出した分子を原料とし、フィルムに成形する前に性能改良剤と混合されます。この工程では、キャスト前に素材を溶液の状態にする必要がありますが、これは拡張性がありません。」
スピルリナからバイオプラスチックを製造することは以前にも行われてきたが、ワシントン大学が主導する研究チームが開発したバイオプラスチックは、より高い剛性と強度を備えている。また、リサイクルも可能である。研究者らは、時間、圧力、温度といった加工条件を変更し、バイオプラスチック内部の結合と微細構造を改善するとともに、その過程で剛性、靭性、強度を検証した。
このプラスチックが工業利用に向けて準備が整うまでには、まだいくつかの課題がある。例えば、水に敏感であり、やや脆い点などである。
「これらの素材を雨にさらしたくはありません」と、アイヤー氏はプレスリリースで語った。
研究者らは現在もバイオプラスチックの基礎原理を検討しており、石油系プラスチックと同様に、さまざまな用途に向けた多様なバイオプラスチックの開発を目指している。
「生分解は、当社が好ましいと考える製品の廃棄方法ではありません」とルメリ氏は語った。「当社のスピルリナ・バイオプラスチックは、非常に容易に実施できる機械的リサイクルによってリサイクル可能です。しかし、人々はプラスチックを頻繁にリサイクルしないため、環境中で速やかに分解されるという点は、付加的な利点です。」
