プラスチックの熱分解 ― 化学者たちが、熱を利用してプラスチック廃棄物に対処しようとする技術を解説する

1950年当時、世界のプラスチック生産量は約200万トンだった。現在では約4億トンに達しており、実に2万％近く増加している。

素材としてのプラスチックは、無限の可能性を秘めていると言えるでしょう。製造コストが安く、軽量かつ丈夫です。食品や飲料の包装から衣料品、ヘルスケアまで、幅広い用途に利用されています。

プラスチック製品が使用寿命を終えると、分解には非常に長い時間がかかり、場合によっては500年もかかることがあります。しかも、プラスチック片は完全に消滅するのではなく、どんどん小さな破片に分解され、最終的にはマイクロプラスチックとなって、私たちが食料を栽培する土壌、飲む水、呼吸する空気の中に流れ込んでしまうのです。

研究により、これらのマイクロプラスチックは糖尿病、心臓病、男性の生殖能力低下といった健康問題と関連付けられている。

長年にわたり、地方自治体や製造業者は、プラスチック廃棄物の蓄積を防ぐ解決策としてリサイクルに頼ってきた。しかし、リサイクル可能なものを分別する努力にもかかわらず、ほとんどのプラスチックは依然として埋立地、あるいはさらに悪いことに、緑地や水路に捨てられている。

プラスチックは非常に広く使われているため、プラスチック廃棄物の管理とリサイクルの新たな方法を見つけることがますます重要になっている。プラスチック廃棄物の熱分解は、この問題の解決に役立つ可能性のある技術の一つである。

これは比較的新しい技術であるため、研究者たちはまだ熱分解プロセスに関する限られた知識しか持っていません。分析化学者として、私たちは複雑な混合物の組成、特にプラスチック廃棄物の熱分解などから生成される新しい物質の組成を理解することに努めています。

熱分解の利点

効果的に行えば、プラスチックの熱分解にはいくつかの利点がある。

プラスチックボトルや牛乳パックだけでなく、リサイクル対象を拡大することで、熱分解技術は埋立地や海洋に流れ込むプラスチック廃棄物の量を削減できる可能性がある。

さらに、プラスチック廃棄物を再利用可能な製品に変換することで、石油系炭化水素から新たなプラスチックを生産する際の需要を減らすことができる。副産物はリサイクルプラスチックに利用できる。

一部の研究者は、熱分解油をガソリンの代替燃料として利用できるかどうかを検証している。熱分解時に生成されるガスは、熱分解反応器の燃料となるエネルギーを生み出すことも可能であり、これによりプロセスがより自立的になり、外部エネルギー源への依存度を低減できる。

現在、熱分解生成物の約15～20％は新たなプロピレンとエチレンにリサイクルされ、残りの大部分（約80～85％）はディーゼル燃料、水素、メタン、その他の化学物質に加工されている。

プラスチックの熱分解は有望な技術である一方で、課題も抱えている。熱分解プラントの設置・運転コストは高額である。このプロセスの収益性は、適切なプラスチック廃棄物の入手可能性、生成される油やガスの市場需要、そして反応炉の運転に必要なエネルギーと人件費によって左右される。

もう一つの課題は品質管理です。ほとんどの種類のプラスチックは熱分解が可能ですが、プラスチックの種類によって生成される油の化学組成は異なります。業界がどの種類のプラスチックに着目すべきか、またそれぞれの油からどのように新しい材料を生み出せるかを判断するには、科学者がこれらの油の組成を理解する必要があります。