バイオマスプラスチックとは

現在のプラスチックの多くは石油から作られており、これらのポリマーの一部については、工業レベルでのリサイクル技術が発達していますが、最終的には破棄され、焼却により二酸化炭素が発生します。地球温暖化防止に向け、エネルギーのみならず材料にもカーボンニュートラルの視点が求められています。
そこで、地球環境に優しいプラスチック材料として、自然界の物質循環に組み込まれるバイオマスプラスチックが注目されています。また、バイオマスプラスチックは枯渇性の化石資源の使用縮減にも貢献します。
バイオマスの多くはプラスチックでないため、バイオマスを配合するだけではバイオマスプラスチックとして認定されません(例えば、木材や米粉を石油由来のプラスチックに配合したもの)。バイオマスプラスチックは製造工程の観点から、
①バイオマスを産出する植物中で生産
②バイオマスを原料として微生物が生産
③バイオマスを変換して得られるモノマーから生産

の3つに分類されます。
①の代表例は天然ゴムであり、②の代表例は微生物産生ポリエステルです。一部のバイオマスプラスチックは生分解性を示し、生分解性バイオマスプラスチックとして識別されます。

画像提供:宇山教授

代表的なバイオマスプラスチック

生分解性プラスチック」の回でも説明がありますが、バイオマスを原料として製造される「PLA(ポリ乳酸)」や「PHA(微生物産生ポリエステル)」は優れた生分解性を示します。しかし一方で成形加工性が汎用プラスチックより劣り、製品化において取り扱いが難しいといった課題があります。
そのため、既存のプラスチックのモノマーをバイオマスから生産し、バイオマスモノマーを重合することでバイオマスプラスチックを製造する技術開発が進んでいます。

ブラスケム社(ブラジル)は、サトウキビを原料としてバイオエタノールを生産し、「バイオポリエチレン(PE)」に変換しています。
サトウキビの絞り汁から精糖を作り、発酵と蒸留工程を経てエタノールが生産されます。ブラジルではバイオエタノールがエネルギー源として製造され、年々生産量が増えています。
バイオPEは石油由来のPEと同等の取り扱いができるため、レジ袋、ボトル等で幅広く使われています。
LCA評価により、バイオPEは石油由来PEより製造におけるCO2排出量が少ないことがわかっています。また、バイオエチレンの化学変換によりバイオエチレングリコールが生産され、「バイオPET(ポリエチレンテレフタレート)」も製造されています(約15万トン※2021年時点)。

バイオマスプラスチックの今後の動向

バイオマスを原料とする発酵技術、あるいはバイオマスの触媒的変換技術がバイオマスモノマーの開発に重要ですが、効率やコスト面の課題から実用化例は多くありません。
グルコースから誘導されるイソソルバイドを主モノマーとする「バイオポリカーボネート」が、三菱ケミカル社により工業化されています。ビスフェノールAを原料とする従来のポリカーボネートと比較し、高い透明性、優れた光学特性を示します。
三井化学「バイオポリウレタン」用原料として、リジンの酵素触媒変換により製造される1,5-ペンタメチレンジイソシアネート系ポリイソシアネートを実用化しています。
バイオナイロン」は古くから知られており、二級水酸基を有するリシノール酸が主成分であるヒマシ油からモノマーを製造しています。セバシン酸はリシノール酸のアルカリ処理による酸化的加水分解により生産され、1,6-ヘキサメチレンジアミンとセバシン酸から得られる「ナイロン610」は優れた柔軟性、低温衝撃性を示し、工業化されています。
また、リシノール酸から誘導化される11-アミノウンデカン酸の重合により得られる「ナイロン11」も、バイオナイロンの一種です。

日本政府は2019年にプラスチック資源循環戦略を発表し、2030年までにバイオマスプラスチックの200万トン導入を目指すと記されています。環境省は2021年にバイオプラスチック導入ロードマップを策定し、利用促進、消費者への訴求等の施策を示しています。
このような施策の具現化に向け、企業や行政によるバイオプラスチック製品の実用化・社会実装に向けた様々な取組みが実施されています。今後、取扱いが容易なバイオマスプラスチックを中心として、普及が進むと思われます。

大阪大学 宇山教授と考える
「プラスチックのこれまでとこれから」全6編+番外編

  1. 1.どうしてプラスチックが使われているの?
  2. 2.プラスチックの問題と課題
  3. 3.課題解決技術(1)生分解性プラスチック
  4. 4.課題解決技術(2)バイオマスプラスチック
  5. 5.課題解決技術(3)ケミカルリサイクル
  6. 6.プラスチック資源が循環する社会に向けて【完】
  7. <番外編>

  8. ■ ゼロカーボン社会とごみ処理
  9. ■ ベトナムにおける廃プラスチック活用の現状
  10. ■ プラスチックごみに関する小学生向けの環境教育

profile

宇山 浩(うやま ひろし)

大阪大学 工学研究科

応用化学専攻 工学博士

        

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