プラスチック包装に関する一般的な懸念の一つは、通常は生分解されず、廃棄されると極めて長い期間にわたって環境中に残り続けることです。たとえば太平洋には、 太平洋ごみベルトと呼ばれる、漂着物が集まる広大な海域があります。そこには何百万もの微細なプラスチック片が含まれ、時間の経過とともに小さくなっていくものの、分解はされません。
プラスチック包装を使う企業の中には、通常は生分解されないプラスチックを生分解させるとうたう添加剤の使用を検討しているところもあります。しかし、こうした添加剤は効果があるのでしょうか。
先月、 Environmental Science & Technology に掲載された私たちの研究プロジェクトでは、ごみ袋やボトルなどのプラスチック製品を製造する企業が意思決定を行う際に役立つ情報を提供することを目的としました。3年間にわたるものもあった試験の結果、私たちが試験した添加剤は、使用した条件下では効果がないことが示されました。
バイオ由来と生分解性の違い
プラスチックが生分解性であるという場合、そのプラスチックが分子レベルで完全に分解され、プラスチック中の炭素が地球の自然な炭素循環に戻ることを意味します。プラスチックが目に見えないほど小さな破片になるだけでは不十分です。こうした微細なプラスチック片は、環境中に蓄積したり、魚やその他の生物に摂取されたりすると、さまざまな環境問題を引き起こす可能性があるからです。
生分解性とバイオ由来は異なります。石油由来のプラスチックも生分解性の場合があり、逆に、バイオ由来のプラスチック、すなわち生物に由来する原料から作られたプラスチックであっても、生分解性とは限りません。
本質的には、プラスチック（またはその他の素材）が生分解性であれば、微生物の栄養源となり得ます。微生物は通常、特定の酵素を使って素材の分子結合を分解し、そこで得られるエネルギーを代謝活動に利用します。微生物はポリマー中の原子を自らの構造に取り込むか、二酸化炭素、水、メタンなどの小さな分子として放出します。生分解の速度や経路は、素材、周囲の環境、そしてそこに存在し活動している微生物によって異なります。
素材の生分解速度に影響を与える重要な環境特性のうち、二つは水分量と酸素量です。微生物は非常に乾燥した環境ではよく増殖しないため、十分な水分が不可欠です。多くの種類の微生物は酸素が豊富な環境で最もよく働きますが、酸素がない場合にのみ増殖する微生物もいます。
酸素のある環境（好気性）では、生分解の主な生成物は二酸化炭素です。酸素のない環境（嫌気性）では、主な生成物はメタンと二酸化炭素の混合物です。生分解を測定する方法として最も広く受け入れられているのは、これらのガスを測定することです。
主張を検証する
私たちの研究では、3社の添加剤を選び、2種類のプラスチックについて、3つの異なる環境で添加剤の効果を評価しました。一つはポリエチレンで、パン袋やごみ袋によく使われる種類のプラスチックです。もう一つはポリエチレンテレフタレート（PET、またはポリエステル）で、清涼飲料水のボトルや、生鮮果物・野菜用のプラスチック容器によく使われる種類です。
選んだ添加剤は、オキソ生分解性と非オキソ生分解性の二つのカテゴリーを代表するものでした。オキソ系は、ポリマーが最初に酸化された後、生分解を促進すると説明されています。非オキソ系添加剤は、異なる作用機序を持つと説明されています。（添加剤の一つは当初、組み合わせ型の手法を代表するものとして選ばれましたが、後に企業側がその説明を取り下げました。）
一つ目の環境は、堆肥化システムを模したもので、高水分・高酸素の環境とし、微生物の作用を速めるために温度をやや高めに設定しました。このシステムでは、発生した二酸化炭素の量を測定しました。この実験は140日間行い、続いて2回目の実験を60日間行いました。
二つ目の環境は、実験室の嫌気性消化システムで、高水分・無酸素の環境を模したものです。この種の環境は、「活発な」埋立地環境で起こり得る状態を表すために使われてきました。（一般的な埋立地は、この種のシステムほど生物学的に活発になるには乾燥しすぎています。）発生したガスの総量を測定しました。主な成分はメタンと二酸化炭素でした。この実験は464日間行いました。
三つ目に選んだ環境は、土壌への埋設です。このシステムでは、プラスチック素材を、作物栽培に定期的に使われているミシガン州立大学キャンパス内の圃場の一つに注意深く埋めました。試料を定期的に取り出し、外観、強度、その他の特性に変化がないか評価しました。この実験は3年間行いました。
ほとんど変化なし
すべての実験で、添加剤を含むプラスチック試料と含まない試料を比較しました。添加剤は、各社の顧客に供給されるものと同じ形態のマスターバッチとして、供給元から提供されました。ポリエチレンフィルムはインフレーションフィルム成形システムで製造し、PETシートは業界で一般的な方法である押出キャスティングで製造しました。
さらに、添加剤の一つとポリエチレンフィルムについては、好気性生分解の前に紫外線を長時間照射した場合の影響を調べました。光を照射するとプラスチック分子の一部が酸化し、分子構造への酸素原子の取り込みと分子量の低下が生じます。紫外線照射は、摂氏60度で152時間行いました。これはフロリダ州マイアミで屋外に約58日間さらすことに相当し、試料を極めてもろくするのに十分な照射量でした。
実験結果は非常に簡潔にまとめられます。私たちが使用した環境では、試験した添加剤によってポリエチレンフィルムにもPETシートにも有意な生分解が生じたという証拠は見つかりませんでした。添加剤を含む試料と含まない試料の間に有意差はなく、いずれの試料についても相当程度の生分解を示す証拠はありませんでした。
消費者もプラスチック製品の製造者も、環境中で生分解するプラスチックに関心を寄せています。しかし、根拠のない主張をすれば、消費者の反発を招くおそれがあります。
本記事は、 The Conversationとの協力により公開されています。記事の公開は、世界経済フォーラムがその見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：スーザン・セルケ博士は、ミシガン州立大学パッケージング学部の暫定ディレクター兼教授です。ラファエル・アウラスは、2004年からミシガン州立大学パッケージング学部の准教授を務めています。
画像：2014年2月17日、東京の店舗に陳列されたサントリー食品インターナショナル株式会社のペットボトル入り飲料水のラベルに、サントリーのロゴが見える。ロイター／Yuya Shino。
