研究チームは、裏庭で堆肥化できる新しい生分解性プラスチックを発見

私たちは生活のほぼあらゆる面でプラスチックを使用しています。 これらの材料は安価に製造でき、信じられないほど安定しています。 問題は、プラスチックの使用を終えたときに発生します。プラスチックは環境中に何年も残留する可能性があります。 時間が経つと、プラスチックはマイクロプラスチックと呼ばれる小さな破片に分解され、環境や健康に重大な懸念を引き起こす可能性があります。最善の解決策は、代わりに生分解するバイオベースのプラスチックを使用することですが、それらのバイオプラスチックの多くは分解するように設計されていません裏庭の堆肥化条件で。 商業的な堆肥化施設で処理する必要があるが、この施設は国内のすべての地域で利用できるわけではない。ワシントン大学の研究者率いるチームは、裏庭の堆肥箱でバナナの皮と同じ時間スケールで分解する新しいバイオプラスチックを開発した。 これらのバイオプラスチックは、スピルリナとしても知られる粉末状の青緑色のシアノバクテリア細胞のみから作られています。 研究チームは、熱と圧力を利用してスピルリナパウダーをさまざまな形状に成形しました。これは、従来のプラスチックの製造に使用されるのと同じ加工技術です。 ウィスコンシン大学チームのバイオプラスチックは、使い捨ての石油由来プラスチックに匹敵する機械的特性を持っています。チームはこれらの発見を6月20日付けの『Advanced Functional Materials』誌に発表しました。加工可能、拡張可能、リサイクル可能でもあります」と主著者であるウィスコンシン州材料科学工学助教授のエレフセリア・ロメリ氏は述べています。 「スピルリナのみを使用して私たちが開発したバイオプラスチックは、有機廃棄物と同様の分解プロファイルを持っているだけでなく、以前に報告されているスピルリナバイオプラスチックよりも平均して10倍強くて硬いです。 これらの特性は、使い捨て食品包装や、ボトルやトレイなどの家庭用プラスチックを含む、さまざまな産業におけるスピルリナベースのプラスチックの実用化に新たな可能性をもたらします。」 研究者らがバイオプラスチックの製造にスピルリナを使用することを選択したのには、いくつかの理由があります。 まず、すでに人々がさまざまな食品や化粧品に使用しているため、大規模な栽培が可能です。 また、スピルリナ細胞は成長するにつれて二酸化炭素を隔離するため、このバイオマスはカーボンニュートラル、または潜在的にカーボンネガティブなプラスチック原料になります。「スピルリナには独特の耐火特性もあります」と筆頭著者で、ウィスコンシン大学材料科学のハリーシュ・アイヤー氏は述べています。工学博士課程の学生です。 「燃焼または溶融する多くの従来のプラスチックとは異なり、火にさらされると即座に自己消火します。 この耐火特性により、スピルリナベースのプラスチックは、可燃性のために従来のプラスチックが適さない用途に有利になります。 一例としては、サーバーを冷たく保つために使用されるシステムが非常に高温になる可能性があるため、データセンターのプラスチック製ラックが挙げられます。」化学フード内で作業する人。 ボンネットには炎を伴うブンゼンバーナーがあります。 その人は材料の棒を炎に向けていますが、材料は燃えていません。 スピルリナを使用してバイオプラスチックを製造する利点の 1 つは、耐火性があることです。 ここで、ウィスコンシン州材料科学工学博士課程の学生であるマロリー・パーカー氏は、梁の形に成形されたバイオプラスチックが発火したり溶けたりしていないことを実証しています。マーク・ストーン/ワシントン大学プラスチック製品の作成には、多くの場合、熱と圧力を使用するプロセスが含まれます。プラスチックを希望の形状に成形します。 ウィスコンシン大学のチームは、バイオプラスチックについても同様のアプローチをとりました。「これは、材料を工業規模で使用したい場合に、製造ラインをゼロから再設計する必要がないことを意味します」とロメリ氏は語った。 「私たちは、ラボと産業の需要に合わせたスケールアップとの間の共通の障壁の 1 つを取り除きました。 たとえば、多くのバイオプラスチックは、海藻などのバイオマスから抽出された分子から作られ、フィルムにキャストされる前に性能調整剤と混合されます。 「他の研究者はスピルリナを使用してバイオプラスチックを作成しましたが、ウィスコンシン大学の研究者が作成したバイオプラスチックは、以前の試みよりもはるかに強力で硬いものです。」 ウィスコンシン大学のチームは、押出機やホットプレスでの温度、圧力、時間などの加工条件を変更し、得られた材料の強度、剛性、靱性などの構造特性を研究することで、これらのバイオプラスチック内の微細構造と結合を最適化しました。マロリーカリフォルニア大学材料科学工学博士課程の学生であるパー​​カーは、スピルリナ パウダーを大学ロゴの型に加えます。 この型をホットプレスにかけると、UW のロゴの形をしたプラスチック片が生成されます。Mark Stone/ワシントン大学これらのバイオプラスチックは、産業用にスケールアップする準備がまだ整っていません。 たとえば、これらの材料は強力ですが、依然としてかなり脆いです。 もう 1 つの課題は、水に弱いことです。「これらの材料に雨がかかることは望ましくありません」とアイヤー氏は言います。チームはこれらの問題に対処し、これらの材料がどのように動作するかを決定する基本原理の研究を続けています。 研究者らは、さまざまなバイオプラスチックを作成することで、さまざまな状況に合わせて設計したいと考えています。 これは既存のさまざまな石油ベースのプラスチックと同様です。新しく開発された材料はリサイクル可能でもあります。「生分解は、私たちが推奨する耐用年数終了のシナリオではありません」とロメリ氏は述べた。 「当社のスピルリナバイオプラスチックは機械的リサイクルを通じてリサイクル可能であり、非常に入手しやすいものです。 しかし、人々はプラスチックをリサイクルすることはあまりありません。そのため、バイオプラスチックが環境中ですぐに分解してしまうということは、さらに嬉しいことです。」 ポール・グランドジョージ、材料科学と工学の大学博士研究員。 Andrew Jimenez 氏は、材料科学と工学の UW 博士研究員としてこの研究を完了し、現在はインテルに勤務しています。 マイケル・ホールデン、材料科学と工学を学ぶカリフォルニア大学修士課程の学生。 マタンギ・ヴェンカテシュさん、化学工学を学ぶカリフォルニア大学の学部生。 マリッサ・ネルセンは、生物学を学ぶカリフォルニア大学の学部生としてこの研究を完了しました。 そしてマイクロソフトの主任研究員であるビクリエン・グエン氏。 この研究は、Microsoft、Meta、National Science Foundation から資金提供を受けました。