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バイオプラスチックの可能性　カーボンニュートラル実現や温室効果ガス問題の解決へ

産総研マガジン
2024年09月30日

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（※本記事は「産総研マガジン」に2024年9月11日付で掲載された記事を、許可を得て掲載しています）

バイオプラスチックとは、バイオマスプラスチックと生分解性プラスチックの総称です。バイオマスプラスチックは、バイオマス（生物由来資源）からつくられるプラスチックのことです。プラスチックの原料を石油由来資源からバイオマスに変えることで、カーボンニュートラルの実現や温室効果ガス問題の解決に寄与します。生分解性プラスチックは、天然に存在する微生物の働きによって、最終的に二酸化炭素と水まで分解されるプラスチックのことです。プラスチック廃棄物の問題を軽減し、環境汚染防止に貢献します。

現在流通しているプラスチック製品の多くは石油由来であり、その生産と使用には環境への大きな負荷が伴います。石油由来資源の消費、二酸化炭素の排出、プラスチックごみによる環境汚染といった問題を解決するために、資源循環の取り組みを促進するための法律が施行されるなど、バイオプラスチックが注目されています。日本におけるバイオプラスチック研究の現在地と、実用化に向けた課題、未来の展望について、触媒化学融合研究センターフロー・デジタル駆動化学チームの田中慎二主任研究員に聞きました。

バイオプラスチックとは

バイオプラスチックとはなにか

バイオプラスチックとは、石油由来のプラスチックが引き起こす環境汚染などの社会問題を、「生物の力」を利用して解決しようと設計されたプラスチックです。現代社会では、プラスチックを使わない生活はほぼ不可能なため、環境にやさしいバイオプラスチックに注目が集まっています。

バイオプラスチックは、「炭素循環」と呼ばれる地球規模で資源が循環する力を利用しています。植物は空気中の二酸化炭素を吸収し、有機物を作り出す「炭素固定」を行っています。作られた有機物は生物食物連鎖を通じて有効活用され、最終的には微生物によって分解されて二酸化炭素となって空気に戻ります。この炭素循環をプラスチックに取り入れたものがバイオプラスチックです。

バイオプラスチックの分類

バイオプラスチックは、大きく2つに分けられます。1つ目は「バイオマスプラスチック」で、これは生物由来の材料からつくられます。2つ目は「生分解性プラスチック」で、これは自然環境下で分解可能なプラスチックを指します。この2つを総称して「バイオプラスチック」と呼び、中には両方の要素を備えたバイオプラスチックもあります。

バイオマスプラスチックは、再生可能な生物由来の資源（バイオマス）を原料につくられるプラスチックです。これが普及することにより化石燃料への依存度を低減し、大気中の二酸化炭素の総量を増加させない効果が期待されています。バイオマスプラスチックはトウモロコシ、サトウキビなどから抽出した糖類を主な原料としており、ポリ乳酸のように糖を菌類に代謝させた物を直接利用するものや、バイオポリエチレンのように、糖類の化学変換を経て合成されるものなどがあります。

ただし、バイオマスプラスチックの利用はまだ始まったばかりであり、生産量の問題、原料の確保、コストなどの課題があります。例えば、食べ物を原料とするバイオマスプラスチックは食料問題と競合する可能性があります。また、バイオマスプラスチックの製造において、既存の石油由来プラスチックと同じものを生物由来の材料からつくる方法であれば現行の生産ラインに適応可能ですが、生物が生産するポリマーを利用して新しいプラスチックをつくる場合は、プラントを新設するコストもかかります。バイオマスプラスチックがより普及していくためには、これらの課題を解消していくことが必要です。

生分解性プラスチックはグリーンプラともいわれ、天然に存在する微生物によって水と二酸化炭素にまで分解されるプラスチックのことを指します。バイオマスプラスチックは原料に生物が関わるものである一方、生分解性プラスチックは使用後の処理・分解に生物がかかわるプラスチックであるといえます。

石油由来のプラスチックの多くが半永久的に分解されず残ってしまうのに対し、生分解性プラスチックは微生物によって分解され、水と二酸化炭素に戻るため、環境汚染を防ぐことが期待されています。

現在、最も一般的に使用されている生分解性プラスチックの素材はポリ乳酸で、高い生分解性を持つポリエステルの一種であるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）も使用されています。分解は微生物に依存するため、生分解性プラスチックの特性の設計は難しく、現在はすでに生分解性が確認されている材料をもとに研究開発が進められています。