化学者が混合プラスチックをリサイクルする新しい方法を開発

iStock.com/パブロ・ラセロ

プラスチックのリサイクルは非効率なビジネスです。 2022年8月のエネルギー省の報告書によると、2019年にリサイクルのために処理された推定4,400万トンのプラスチック廃棄物のうち、実際にリサイクルされたのはわずか5パーセントだった。 残りは埋め立て地に送られるか焼却された。

プラスチックは、すべての種類が互いに化学的に適合するわけではないため、リサイクルが困難です。 一部のプラスチックは、個々の原子が電子を均等に共有する共有結合によって形成されます。 他のプラスチックは、個々の原子が電子を均等に共有しない非共有結合によって形成されます。 たとえば、共有結合した低密度ポリエチレン (LDPE) で構成されるサンドイッチバッグと、非共有結合したポリエチレンテレフタレート (PET) で構成されるサラダドレッシングボトルを組み合わせると、用途が限定された弱い混合プラスチックが生成されます。

コロラド州立大学とコロンビア大学の研究者が設計した新しい化学プロセスにより、混合プラスチック廃棄物のリサイクルがより実現可能になる可能性がある。 科学者たちは、化学物質間の架橋を形成する小分子である架橋剤を使用して、化学的に異なるプラスチックを適合させることができました。 彼らの研究は4月26日にNature誌に掲載された。

実験室試験では架橋剤技術の顕著な有効性が実証されましたが、現実世界への応用はまだ遠いです。 最大の問題は、この技術が新しいプラスチックの生産と比較して費用対効果が高いかどうかです。

研究者らは、架橋剤ビスジアジリンと混合したプラスチックを加熱して加工した。 走査型電子顕微鏡画像により、得られた材料の優れた構造が実証されました。 未使用の混合プラスチックの塊状で不規則な表面と比較して、架橋プラスチックは滑らかで均質な表面を持っていました。 筆頭著者であるコロンビア大学化学教授のトミスラフ・ロビス氏は、架橋剤をベルクロに例えました。 これらは、異なるポリマー組成のプラスチックを縫い合わせる面ファスナーのように機能します。

「（架橋された）材料は、時間の経過やその他すべての物理的テストで劣化しないという点で、ユニークな個々のバージンポリマーと同様に動作します」とロビス氏は述べました。 同氏は、変形に耐えるポリマーの能力を測定する応力試験では、架橋した混合プラスチックと個々のポリマーで同様の強度プロファイルが示されたことを強調した。

研究者らは、相溶性のないプラスチックであるLDPEとポリL-乳酸（PLLA）のブレンドを作成し、次にこれら2つのプラスチックをアイソタクチックポリプロピレン（iPP）とブレンドすることに成功した。 筆頭著者であるコロンビア大学化学工学教授サナト・クマール氏は、これら 3 つのプラスチックに焦点を当てることにしたのは、これら 3 つが従来のプラスチックポリマー (LDPE および iPP) と新しい種類のバイオベースポリマー (PLLA) の両方を代表しているからであると述べた。

Kumar と Rovis は、自分たちの化学がプラスチックのリサイクルをどのように変えることができるかについて説明しました。 従来の方法でリサイクルに成功したプラスチック廃棄物の 5% は、低品質の製品に格下げされます。 牛乳容器などの高密度ポリエチレン (HDPE) 製品は、ピクニック テーブルやプラスチック木材などのアイテムに変換されます。 ソーダボトルなどのペット製品は、フリースジャケットやカーペットなどのアイテムに加工されます。 しかし、架橋剤を使用して形成された新しい材料を使用すると、劣化した製品をより高品質の材料に変えることができます。

「この技術の利点は、劣化したウォーターボトルや劣化したタイヤを取り出して、溶解物に戻し、架橋剤が含まれているため、それらの欠陥を持たずに何かを作り直すことができることです」とロビス氏は語った。

パームビーチ・アトランティック大学の化学講師であり、コーンウォール・アライアンス・フォー・ザ・スチュワードシップ・オブ・クリエーションの非常勤研究員でもあるグレゴリー・ルモ氏は、ポリマー架橋剤には可能性があると考えている。 しかし、ルモ氏は、その使用は経済的に実行可能でなければならないと警告した。 同氏は、新しい技術では架橋剤プロセスを実行するためのスペースを確保するためのリサイクル施設が必要になる可能性が高いと指摘した。 同氏は、このプロセスが大規模化すると、新しいプラスチックを製造するよりもコストがかかるのではないかと疑問を抱いた。

ロビス氏は、架橋プロセスの唯一の副産物は窒素ガスであり、地球の大気中にすでに豊富に存在していると述べた。 また、彼のチームは環境評価を実施しなかったが、ロビス氏は架橋剤が有毒であるとは考えていない。

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ヘザーはWORLDの科学特派員です。 彼女は世界ジャーナリズム研究所、メリーランド大学、カーネギーメロン大学を卒業しています。 彼女は食品と化学製品の両方の開発に携わり、現在は研究化学者として働いています。 ヘザーは家族とともにペンシルベニア州ピッツバーグに住んでいます。

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