科学者らが、少ないエネルギーでペットボトルを航空燃料にリサイクルする方法を開発
リサ・スティフラー著
人類は毎年60億トン以上のプラスチックを生産しており、埋立地や海洋への蓄積は多くの人々から環境危機と考えられています。米国ではプラスチックのわずか9%しかリサイクルされておらず、使い捨てプラスチック袋やストローの禁止には一定の効果があるものの、ペットボトルや容器、おもちゃ、家具など、廃棄されるプラスチック製品の量を減らすには程遠い状況です。
ワシントン州立大学の研究者らは、廃棄プラスチックをリサイクルする一つの方法を開発した。それは、水素化分解と呼ばれるプロセスを利用して、廃棄プラスチックの大部分が原料となっている石油製品に戻すというものである。
科学者たちは、通称「ナンバーワンプラスチック」として知られるポリエチレンを、熱、化学触媒、溶剤を用いてジェット燃料成分やその他の炭化水素製品に分解する。このプロセスは220℃（華氏428度）の温度で約1時間かかり、プラスチックの90%が燃料に変換される。このプロジェクトは、ワシントン大学とパシフィック・ノースウエスト国立研究所の研究者が共同で行った。
「廃プラスチックを燃料に変換することで、埋立地に蓄積される固形廃棄物を大幅に削減できる可能性があります」と、ワシントン州立大学ジーン・アンド・リンダ・ボイランド化学工学・バイオエンジニアリング学部の准教授で、この研究を率いたホンフェイ・リン氏は述べています。「廃プラスチックは適切に管理されなければ、最終的に海に流れ込み、ゆっくりと分解して無数のマイクロプラスチック粒子となり、汚染物質を運び、食物連鎖に入り込んでしまいます。」
研究者たちは長年にわたり、プラスチックを燃料に変換するケミカルリサイクルに取り組んできましたが、このプロセスには300℃以上の高温が必要となる場合があります。ワシントンD.C.の科学者たちは、ルテニウムと呼ばれる希少金属をナノ粒子化し、炭素基板に塗布した触媒を使用しました。このプロセスでは、一般的な有機溶媒も使用します。
他の化学者も同様の実験を行ってきましたが、ワシントン州立大学を率いるチームは、このような条件下でプラスチックを液体燃料に変換したのは初めてだと考えています。この研究は最近、Chem Catalysis誌に掲載されました。デラウェア大学のグループは4月、異なる触媒を用いてプラスチックを燃料に変換する水素化分解と呼ばれるプロセスについて報告しました。
廃棄プラスチックの過剰供給が拡大するにつれ、研究者たちは廃棄物を処分するための様々なケミカルリサイクル手法を模索してきました。プラスチックの再利用戦略には、機械的リサイクル（メカニカルリサイクル）と呼ばれるものもあります。メカニカルリサイクルとは、プラスチックを溶かして容器、衣類、家具などの消費財に再利用するものです。廃棄プラスチックは焼却処分され、そのほとんどが最終的に埋め立て処分されます。
ケミカルリサイクルは、プラスチック問題に対する賢明な解決策として一部の人々から推奨されていますが、一方で、多くの環境への悪影響を指摘し、プラスチックの使用抑制を重視する人もいます。ケミカルリサイクルの方法によっては、大量のエネルギーを消費し、温室効果ガスを排出し、毒性の高い化学物質を生成・放出する可能性があります。
リン氏らが採用したアプローチは、エネルギー効率が高く、危険な副産物の発生も少ない。しかし、生成される燃料は依然として主に化石燃料であり、世界が低炭素エネルギーを模索している時代に、気候への影響を伴っている。
「低炭素燃料は、バイオマスなどの再生可能な炭素源、あるいは大気から回収されたCO2から作られています」とリン氏は説明した。バイオマスや大気から回収されたCO2を原料として作られたプラスチックをリサイクルすれば、「そのプラスチックから作られた燃料は低炭素燃料として認められるでしょう」
研究の次のステップは、パイロットプロジェクトでプロセスをテストすることです。リン氏は、この研究は国際的な関心を集めており、研究の規模拡大に向けて潜在的なパートナーと話し合っていると述べました。
この技術を商業化する上で最大の課題の一つは、リサイクル容器に捨てる際に混ざってしまう様々な種類のプラスチックをどう処理するかということです。手作業でプラスチックを選別するのは労力とコストがかかります。業界全体がこの問題に取り組んでいます。
「この課題は私たちだけの問題ではありません」とリン氏は述べた。「科学界全体にとっての課題なのです。」
WSU大学院生のChuhua Jia氏がLin氏の研究を指揮しました。報告書の他の著者は、WSUのShaoqu Xie氏とWanli Zhang氏、ワシントン大学化学工学部のNadia Intan氏、PNNLのJanani Sampath氏、そしてPNNLとワシントン大学のJim Pfaendtner氏です。
