プラスチックに関する事実を正しく伝える

Growing onion under plastic dome, organic onion in green house in Thailand
There's more to the plastics story than you might think. We explore the myths and misperceptions.Image: Getty Images/iStockphoto
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現在では総称して次の素材群と呼ばれています:プラスチックは、現代生活の社会経済的な利点の多くをもたらす上で決定的な役割を果たしてきました。その生産量は1950年代以降、ほかのほぼすべての素材を上回るペースで増加しています。

では、プラスチックとは何でしょうか。今日、ほぼすべての人が、どこにいても、毎日のようにプラスチックに触れています。利用しやすさ、汎用性、そして何より低コストで高い性能を発揮できる点から、プラスチックは現代経済を支える基幹素材となりました。

時には性能が高すぎることもあります。

「プラスチック(plastic)」という言葉は、現在この素材群の名声と汚名を象徴する呼び名ですが、その語源はこれらの素材の汎用性を決定づける主要な物理特性、すなわち可塑性(plasticity)にあります。主に熱によって、加工可能な状態になり、現代の成形技術により、繊維、フィルム、あるいは驚くほど複雑な形状へと加工できます。さらに、これは(少なくとも理論上は)複数回行うこともできるため、これらの素材はリサイクルに適した候補となっています。ただし、これについては後ほど詳しく述べます。

可塑性は、金属、人体組織、天然繊維を含む幅広い素材に見られる性質です。しかし、可能性が大規模に広がったのは、工業的な高分子化学の登場によるものです。多くの高分子が可塑性を示すことがわかったのです。そして、これらを大量に、安価かつ安定的に製造することができ、その組成や加工方法によって、ほぼあらゆる望ましい物理特性を実現できるという驚くべき能力も備えています。

ポリこの、ポリあの。ポリマーとは何でしょうか。

多くの高分子(ポリマー、ラテン語で「多くの単位」の意)は可塑性を示しますが、それぞれは同じものではありません。自然界は当初から、個々の単位を長い鎖状に組み立ててきました(生命そのものが高分子に記録されています)。このプロセスは、私たちの進化と深く結びついています。科学者たちは、化学反応を用いて工業規模でこれらを製造する方法を習得しました。これにより、同じ構成単位を用いるだけでなく、はるかに多様な構成単位を利用することが可能になっています。「ポリ○○」という用語は、その高分子が何であるか、そしてその組成を示しています。組成。

Image: 世界経済フォーラム

プラスチックは、身近な多くの日用品に使われることで、広く知られるようになりました。私たちの生活で使われる合成高分子は、示す性質によっても分類されます。最も一般的なのは、可塑性、剛性、弾性を持つものですが、そのほかにもエレクトロルミネッセンス(OLEDテレビディスプレイなどに使われる性質)、撥水性と撥油性を同時に持つもの(焦げ付き防止の調理器具などに使われる性質)、絶縁性(電線被覆などに使われる性質)、生体適合性(人工皮膚などに使われる性質)を持つものもあります。これらはすべて高分子であり、そのほとんどは可塑性を示しますが、示さないものもあります。

大きな分子、とりわけどの小さな単位をどのように結合させるかについての理解は、現代の石油化学産業とともに共に発展してきました。これらの構成単位には多様な原料を利用できますが、合成高分子の90%超は化石燃料由来です。その製造には、収率、選択性、堅牢性、そして何よりも規模の拡大に向けて最適化された一連の反応が用いられています。

石油化学の基礎製品の一つで、工学的な汎用性の王者ともいえるのがエチレンです。豊富に得られるエチレンは、今日知られるほとんどの合成高分子の原料であり、石油、天然ガス、またはサトウキビから得ることができます。現代の素材を生産する経済性と信頼性は、規模に大きく依存しています。石油やガスの転換で私たちが達成した規模がなければ、ほとんどの代替原料は実用性を持ちません。また、高分子の性質は、その供給源ではなく組成と構造によって決まるため、同じ高分子(例えば特定のグレードのポリエチレン)は、石油由来であれ、サトウキビのような再生可能資源由来であれ、同じ挙動を示します。リサイクルに関しても、両方の原料は同じ性質を持っています。さらに、どちらの場合も、生分解性や生体適合性を示す高分子になる可能性があります。

消費者にとって親しみやすい言葉「プラスチック」の下で、最も一般的に使用されている高分子は次のとおりです:プラスチックポリエチレンテレフタレート(PET)、各種密度のポリエチレン(PE:LDPE、LLDPE、HDPE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリ塩化ビニル(PVC)、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリ乳酸(PLA)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリウレタン(PU)。このうち、最初の5系統は全用途の約75%を占め、熱可塑性樹脂であり、原則として機械的リサイクルが可能です。

2016年の欧州におけるポリマー種別のプラスチック需要。Image: EMRG and GmbH

これらの一見均質に見える素材の性能を最終的に高めるために、部品の製造時またはその直前に、しばしば見過ごされがちですが極めて重要な処理がいくつか行われます。これには、添加剤(着色剤、触感向上剤、硬化剤、抗菌剤)の配合、積層(異なるフィルムの性質を組み合わせるため)、および金属化または表面改質(コーティングを可能にするため)が含まれます。

用途に投入される時点では、組成は著しく複雑化しています。これらの処理の後、プラスチックはさまざまな性能特性を示します(例えば、ポテトチップスの袋は軽量で柔軟性があり、水分、空気、細菌がほとんど透過せず、化学的に不活性で、熱シールが可能で、非常に安価です)。これらの特性は相互に関連してもいます(例えば、分解を可能にするために化学的不活性を下げると、製品の完全性が損なわれます)。素材を改善する上での多くの技術的課題は、まさにこうした特性の相互作用の中にあります。

2017年の欧州におけるプラスチック需要の内訳。Image: Materials Economicを基に作成

プラスチックのおかげで、医療分野での応用を通じて数えきれないほどの命が救われています。その応用には、高度な医療機器や人工臓器、チューブや注射器などの医療用具、さらにはマラリア対策の蚊帳などが含まれます。風力タービンや太陽光パネルによるクリーンエネルギーの拡大も、プラスチックによって大きく促進されてきました。また、軽量素材によって、輸送のエネルギー効率も向上しています。

しかし、プラスチックの安さは、日常生活を便利にする一方で、どこにでも存在する状況を生み出し、地球規模で最も大きな環境課題の一つとなっています。

良すぎ、多すぎ、速すぎ、安すぎるのでしょうか。

包装の重量が重要となる場合、形状がブランドの認知につながる場合、食品や飲料の品質を保つために優れた密封性が求められる場合に、消費財産業は包装にポリマーを使用するようになりました。こうした広範な採用を通じて、私たちは重要なトレードオフに直面することになりました。

  • ポリマーは、想定される使用期間と比べて、しばしば耐久性が高すぎます。この差は、食品や消費財の包装において非常に顕著です。使用期間(「使用中」の寿命)が数か月から数日であるにもかかわらず、「利用可能な」寿命が数十年から数百年に及ぶ素材が存在しています。

  • 特定の側面(例えば寿命の短さ)で性能が低下したポリマーは、製造、配合、製品への加工において、より高コストになることが少なくありません。

  • ポリマーは一般に、使用後の素材を処理する能力をはるかに上回る速度で生産・利用されています。これと比べると、インフラ(回収、分別、処理)への投資、そして何よりも必要な投資を正当化するための経済的に合理的なビジネスモデルの欠如が、使用後の素材を管理する能力を引き続き妨げています。

  • ポリマーは、その元となる原料と比べて、あまりにも多くの、かつあまりにも多様な「生涯」をたどります。

  • 再生された素材は、多くの場合、バージン素材の性能に及びません。

  • 再生された素材は、多くの場合、バージン素材よりも高価です。

包装は、プラスチック廃棄物の主要な発生源であり、世界全体の約半分を占めています。

上記のトレードオフにより、ポリマーは環境中に蓄積されるにつれて本来の機能を果たせなくなり、悪影響を引き起こします。

Image: Our World in Data

単純に、より優れた素材に置き換えればよいのではないでしょうか。より優れた素材に。

より優れた素材、あるいはより劣った素材について、世界的な合意は存在しません。環境への影響に関する一つの基準のみで比較することは不十分です。素材によって、環境性能の各基準における相対的な影響が異なるためです。素材の利用が自然環境に与えるさまざまな影響を包括的に理解するためには、ライフサイクル全体にわたる分析(LCA)が必要です。これは、原材料の採取から素材の加工、製造、流通、使用、修理・保守、さらには廃棄やリサイクルに至るまでの、製品の一生の各段階における資源利用と排出を考慮するものです。

廃棄物は、役目を終えた素材から価値を引き出せないときに生じます。ポリマーの場合、私たちは十分な速さで対処できていません。そのため、合成ポリマーのライフサイクル全体にわたって、あふれ出し(文字どおり、漏出)が見られるのです。これらの素材は環境に深刻な負荷を与えており、世界の年間プラスチック廃棄物の約3%が、複数の経路を通じて毎年海洋に流入しています。

海洋においてプラスチック廃棄物は、陸上由来と海洋由来の両方から発生しています。主なものは漁網、釣り糸、ロープ、船舶の部品です。海洋由来の発生源は、海洋プラスチック廃棄物の推定20〜30%を占めています。一方、陸上由来の流入が主要な発生源であり、推定70〜80%を占めています。

このような複雑さのため、プラスチック汚染に対処するための多くの対策が提案されています。即時の是正措置から長期的な戦略までさまざまです。これには、「新しいプラスチック・エコノミー・グローバル・コミットメント」の提案された基礎が含まれます。これは、エレン・マッカーサー財団が主導した4年間の取り組みの集大成であり、「排除・革新・循環(Eliminate-Innovate-Circulate)」を掲げています。新しいプラスチック・エコノミー・グローバル・コミットメント。

各国政府は現在、規制やその他の政策措置を通じて、問題のある、あるいは不要なプラスチック包装の廃止に向けた取り組みを進めています。自治体、国、そしておそらくまもなく世界的な政策立案機関による指令は、レジ袋、ストロー、その他の単回使用や短期使用の用途におけるプラスチックの使用禁止に依拠しています。

より多くのイノベーションが必要であることについては、ほとんど議論の余地がありません。製品開発には多くの研究が強く求められています。課題には、素材における性能基準の整理、新たな組成や配合の開発、分解化学の理解の深化などが含まれます。加えて、使用後の素材を価値ある資源へと変換する機械的、生物学的、そして特に化学的プロセスをさらに発展させるための、プロセス技術の研究も必要です。

今日、最も注目が集まっているのは循環に関する取り組みであると言えるでしょう。私たちは、廃棄物を原料へと変えるプロセスの数を増やし、プラスチック廃棄物の価値を、高エネルギーの炭素源として、あるいは新素材の原料として再確立することを目指しています。世界全体では、プラスチックの18%がリサイクルされており、1980年のほぼゼロから増加しています。1980年以前は、プラスチックのリサイクルと焼却はごくわずかであり、そのため100%が廃棄されていました。焼却については1980年から、リサイクルについては1990年から、その割合は平均して年間約0.7%ずつ増加しました。

Image: Our World in Data

ただし、これらの平均値がすべてを物語っているわけではありません。機械的および化学的な方法を用いた場合、PET(例:飲料ボトル)のリサイクル率は最大70%に達することがありますが、PVCとPSは依然として困難であり、そのリサイクル率は一桁台にとどまっています。形状やサイズも重要です。特定のサイズや形状のもの(例:小さな食品包装、チューイングガム)は、専用の回収システムがなければ、依然として回収が極めて困難です。

なぜ、新しいプラスチック・エコノミーへの移行が必要なのでしょうか。

ただし、循環型経済の概念を具体的な行動に移すには、あらゆる側面の利害関係者の賛同が必要です。設計、導入、モニタリング、そして体系的な介入の評価において協調的な行動をとることによってのみ、地域レベルおよび世界レベルで必要な影響を実現できます。グローバル・プラスチック・アクション・パートナーシップは、官民のリーダーの協力によって生まれ、世界経済フォーラムが運営しており、昨年、この目的を達成するために設立されました。政府、産業界、市民社会を結集し、目標とコミットメントを政策と実施へと転換させる取り組みを進めています。その最初の対象国はインドネシアであり、同国は海洋プラスチックごみを70%削減することを約束しています。

その他の取り組みには、Loop(再利用可能な消費者向け包装を推進)や、プラスチック廃棄物根絶同盟(世界中の約30社が参加し、環境中、特に海洋におけるプラスチック廃棄物の削減と根絶を目指す団体)があります。

地球を犠牲にすることなくプラスチックの恩恵を維持したいのであれば、その管理方法を理解する必要があります。適切に管理すれば、新しいプラスチック・エコノミーは最大限の生産性を実現し、価値を維持することができます。同時に、現在のプラスチックの体系的な不適切な扱いによって生じている負の環境影響を最小限に抑えることができます。

これには、複数の視点から世界経済を捉える必要があります。すなわち、素材、政策(財政・金融、労働、環境、エネルギー)、イノベーションとインフラ整備への強いコミットメント、市民の意識と参加、そして何よりも意思決定の背後にある経済的インセンティブの見直しです。また、この複雑なシステムにおける介入は、複数であるだけでなく、より重要なこととして、協調したものである必要があります。

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