新しい化学プロセスでプラスチックを液化できる。次の課題は？ スラッジを工業規模でリサイクルできる機械の開発だ。
ノエル・セリス/AFP/ゲッティイメージズ
使い捨てプラスチック袋1枚が分解されるまでには少なくとも450年かかります。ミランダ・ワンは3時間で10枚分のプラスチック袋を液体に変えることができます。
ワンさんは、プラスチックの寿命を縮める化学プロセスを発見した最初の人物です。彼女がこの問題の深刻さを初めて知ったのは、8年生の時、友人のジニー・ヤオさんと、生まれ育ったカナダのバンクーバーにある市の廃棄物リサイクル工場を訪れた時のことでした。「その時、路肩のリサイクル用ゴミ箱に捨てられたプラスチックでさえ、最終的には発展途上国に輸出され、海洋汚染の原因になっていることを知りました」と彼女は言います。
1950年代以降、83億トンのプラスチックが生産されてきました。現在では、玩具、自動車部品、臓器提供、そして海洋にも存在しています。何世紀にもわたる分解期間を経て、その大部分は今もなお存在し、そのうち63億トンは廃棄物として残っています。多くの人が、想像を絶するほど深刻なプラスチック汚染問題に対処するため、海洋からの回収や特定製品の禁止などに取り組んでいますが、王氏は、その取り組みは称賛に値するものの、それだけでは十分ではないと述べています。「プラスチックを直ちに全面的に禁止することができず、今後もプラスチックを生産し続けるのであれば、私たちはどう対処すればいいのでしょうか。現実的にどう対処すればいいのでしょうか？」
今日のプラスチックのリサイクルは機械的なプロセスです。色分け、細断、洗浄、溶解といった工程を経て行われます。しかし、対象となるのは特定の種類のプラスチックに限られています。例えば、ペットボトルに使われるPETと、牛乳パックに使われるHDPEです。その他の一般的な5種類のプラスチックには、通常、着色料や可塑剤が含まれているため、リサイクルできません。さらに、廃棄されるプラスチックのほとんどは食品や油脂に汚染されているため、厳しい品質基準を持つ市場では自動的に排除されてしまいます。
ワン氏が注目しているのは、まさにこのプラスチックです。「私たちの技術は、食べ物や土、あらゆる種類の汚れ、あらゆる汚染物質が付着した汚れたフィルムを、有機酸と呼ばれる4種類の化学物質の混合物に変えることができます」とワン氏は言います。
2015年、ヤオとワンは大学在学中にバイオセレクションを設立しました。このスタートアップは、プラスチックを食べるように進化したバクテリアの発見を基盤としていました。しかし、バクテリアはプラスチック表面に付着した食品の汚染物質を常に好んで食べる性質があり、たとえプラスチックを食べたとしても、消化速度が非常に遅いことにすぐに気づきました。
彼らは、フィルムプラスチックに焦点を当て、化学薬品の使用へと思考を転換しました。ビニール袋や食品包装に使われるフィルムプラスチックは、非常に安価なポリエチレンという素材から作られています。米国では、ペットボトル用のPET樹脂を上回り、生産量で最大のプラスチックであり、その97%以上がリサイクルされていません。「フィルムは表面汚染が非常に起こりやすいため、最悪のプラスチックです」とワン氏は言います。「質量、重量で言えばほんのわずかな量でも、ゴミ箱の中のあらゆるものに絡みつき、液体や油をすべて吸収してしまうのです。」
ワン氏は、プラスチックを分解するためにバクテリアを使う代わりに、透明な液体触媒を使用する。その効果を証明するために、彼女はサンノゼ市の都市廃棄物処理施設から採取したプラスチック廃棄物を使用した。「このプラスチックを細かく砕き、フラスコに入れ、そこに液体触媒を加えるのです」と彼女は言う。これは比較的従来的な化学プロセスであり、彼女はこれを設計段階でスケールアップできるように最優先に考えた。反応は一般的なガラス器具で、圧力を加えることなく120℃で起こる。プラスチックの表面汚染物質は触媒に浸かるが、反応は起こらない。長い炭素鎖ポリマーで構成されるプラスチック自体は不安定になり、崩壊して、鎖のつながりに4～7個の炭素を持つ別の化学物質を生成する。
「つまり、極めて長い炭素鎖を1つ持つのではなく、4～8個の炭素原子からなる短い鎖を持つ多くの化学物質を形成するのです」とワン氏は言う。「それが反応の最後に液体中に存在する物質なのです。」
液体触媒は沸騰して除去され、システムによって回収されます。この触媒は継続的にプラスチックを分解し、連鎖反応を引き起こすために使用されます。「内容物の化学的性質が変化することです。そのため、プラスチックは最終的に液体になります」とワン氏は言います。「プラスチックポリマーが化学物質に変化したため、これはプラスチック液体ではなく、化学液体です。」その後、さらに化学分離を行うことで、液体は白い化学粉末に変換されます。
これらの化学物質の一つがアジピン酸です。これは、ファッション、電子部品、自動車部品などに使用されるナイロンやポリアミンなどの素材の原料です。「私たちのビジョンは、消費され、一度ライフサイクルが終わると下流市場への価値がなくなるポリエチレンを、石油から直接作られるアジピン酸と同等の品質の化学物質に変えることです」とワン氏は言います。「これは第一に、フィルムプラスチックが汚染物質となるのを防ぐのに役立ちます。第二に、新しい素材を作るために石油を採掘する必要がなくなるのです。」
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現在、バイオコレクションはスケールアップの準備が整っています。当初は500mlフラスコに入れた10枚のプラスチック袋を3時間で分解していましたが、現在は5リットルの連続システムを構築中です。10月にはカリフォルニア州サンレアンドロの工場で実証実験を行い、3ヶ月かけて17トンのプラスチックフィルム廃棄物を6トンの有機化学物質に変換します。重要なのは、この実験によって、このシステムがより大規模に機能する様子に関する貴重なデータも得られることです。「現時点では、私たちの反応が産業規模でどのように機能するか、そして正確な経済性はどうなるかを正確に知ることは不可能です」とワン氏は言います。
2019年には、1日5トンのプラスチック廃棄物を処理できるさらに大型の機械を開発する予定です。この機械は標準化され、複製され、世界中の廃棄物が大量にある場所であればどこにでも輸送され、コンセントに差し込んで稼働させることができます。次の動きは、フィルムプラスチック以外の用途への拡大です。「実際には、硬質のポリエチレンでも、シュレッダーで破砕されていれば、どんな種類のポリエチレンでも処理できます。しかし、ポリプロピレンにも可能性があり、私たちはそこに関心を持っています」と彼女は言います。
ワン氏は、プラスチック汚染を二つの側面から捉えている。一つは、問題となっている物質の収集と集中化だ。「特に海洋においては、どうやって回収するのかということです」と彼女は言う。もう一つは、回収された物質をどうするかだ。「ボーヤン・スラット（オーシャン・クリーンアップ）は海からプラスチックを持ち帰っていますが、それで何をするのでしょうか？彼が集めている廃棄物を見てきましたが、彼が集めているプラスチックは砂のように見えることが多く、分別もできないのに、どうするつもりなのでしょうか？」とワン氏は言う。「その物質には市場がないのです。」
シー・シェパードやプラスチック汚染連合のような団体は良い活動を行っているものの、多くの場合、集めたプラスチックを埋め立て処分する以外に選択肢がないと彼女は言う。「これらの団体は非常に献身的で、海の清掃は非常に困難なので、現状はひどい状況です。しかし、私たちにできることは、プラスチックを破壊する方法が他にないため、ある場所から別の場所へ移動させることだけです」とワン氏は言う。
もう一つの問題は、プラスチックを分解するバクテリアを研究する研究など、この分野における今日の研究の多くが、あまりにも遅く、理論的な内容にとどまっていることです。「彼らは24時間でわずか数ミリグラムしか分解できません。彼らは完全に清潔なビニール袋から切り取ったポリエチレン片を使っています」と彼女は言います。「都市のゴミは清潔ではありません。」
彼女は、これでは全く不十分だと言う。「理論的な好奇心からではなく、現実世界に存在する物質を、実際に扱えるほど堅牢な技術が必要です。2050年までに抜本的な変化を起こさなければ、海には魚よりもプラスチックが多くなってしまうでしょう。」
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
