生分解性プラスチックとバイオプラスチックとは?

イオプラスチック、生分解性プラスチックの種類を区別する際、市場には多くの混乱が存在します。この記事では、生分解性プラスチックの主な種類を取り上げ、それらの材料を試験するために使用される仕様について説明します。また、市場で最も広く使われている生分解性プラスチックであるPLAについて調べ、その限界について説明します。

生分解性プラスチック

環境中に存在する菌類やバクテリアなどの微生物の働きによって、物質が二酸化炭素と水とバイオマスに完全に変換されること。

生分解性プラスチックとは、環境中に存在する菌類やバクテリアなどの微生物の働きによって、二酸化炭素と水とバイオマスに完全に分解される性質を持つ物質のことです。生分解性プラスチック とは国際規格で定められた 時間内に分解されるプラスチック製品・材料 のことです。  

科学界は、より優れたプラスチック代替品の開発に力を注いでおり、最新のものは生分解性プラスチックです。生分解性プラスチックは、澱粉のような分解しやすい添加物を使った「不滅のプラスチック」に続く第二世代で、プラスチック粒子そのものは分解されませんが、構造を破壊するのに役立つものです。

生分解性プラスチックには、主に2つのタイプがあります。どちらも、酸化や加水分解といった化学的なプロセスから分解が始まり、その後、生物学的なプロセスが行われます。どちらのプロセスでも、 加水分解型生分解性プラスチック(Hydro-Biodegradable Plastics) の場合はメタンが排出される場合もあります。  

Oxo Biodegradable Plastics vs. Hydro Biodegradable Plastics

オキソ生分解性(Oxo-biodegradable)と 水生分解性(Hydro-biodegradable)の比較

1.オキソ生分解性 (Oxo-biodegradable-OBP)

OBPは、従来のプラスチックに脂肪酸化合物を添加し、プラスチックの分解を早めたものです。これらの材料は生分解性を謳っており、以下の試験の条件を満たすことができます。

  • ASTM D5988
  • ASTM D6954-04

酸素を含む環境では、 確かにOBPは分解され断片化しますが、プラスチック自体はまだ残っており, マイクロプラスチックと呼ばれる小さな破片が環境、海、水路に容易に入り込みます。

OBPは技術的にはリサイクルに利用できますが、 生産されるプラスチックリサイクルやペレットの品質や経済的価値に悪影響を及ぼします。多くのリサイクル業者から、現在の選別技術では従来のプラスチックからOBPを検出することができないと報告されています。リサイクル業者にとって、安定剤の添加割合や材料に誘発される劣化の程度を推定することは非常に困難であり、リサイクルループを繰り返すごとにリサイクル品の品質を維持することが難しくなるため、好まれない製品となっています。

また、生分解に時間がかかり、プラスチックの破片が堆肥中に残る可能性があるため、堆肥化可能な国際的な基準を満たしていません。 堆肥の流れに加えられた場合、堆肥の品質と市場価値に影響を与え、自然環境へのプラスチックの放出につながる可能性があります。したがって、オキソ分解性プラスチック包装材は、堆肥化を目的とした材料の流れに含まれるには不適当である。この非適合性は、多くのオキソ分解性添加剤メーカーやオキソ生分解性プラスチック協会も明確に述べています。

分解酵素を添加したOBPの場合、主な例としてTDPAがあります。

生分解性カテゴリーは、実際の堆肥化条件下でテストされるASTM D6400ではなく、実験室の条件下でテストされただけです。そのため、実際の例で製品がどのように生分解されるかを実際に確かめることは困難です。もしバッグが酸素や日光が十分でない場所に置かれ、土や他の物に埋もれてしまうと、分解プロセスが完了せず、プラスチックが断片化するだけで、一つの大きな問題がいくつもの小さな問題になってしまうかもしれません。

OBPは欧州委員会により禁止されています。

そのため、EU諸国は欧州単一使用プラスチック指令を通じて、この種のプラスチックの使用に反対を表明しています。Brexitによりこの環境フレームワークを導入しなかった英国も、OBPの禁止を概説しています。

 

2. 水生分解性(Hydro-biodegradable-HBP)

HBPは通常、デンプン、トウモロコシ、小麦、サトウキビなどのバイオベースの原料から作られています。また、石油由来の原料や、その2つの混合物から作られることもあります。HBPを使用する製品は、通常、以下の基準を満たしています。

  • ASTM D6400
  • EN13432

上記のテストは、製品のコンポスト可能なもの(堆肥化 )を意味します。また、HBPはOBPに比べ、より短期間で分解・生分解されます。

よくある誤解を解く

Biodegradable is not always compostable infographic

「コンポストは常に生分解性である」しかし「生分解性」は常にコンポスタブルではない

生分解性(Biodegradable)、コンポスト(堆肥化-Compostable)は、環境に配慮した製品を表す言葉としてよく使われます。どちらも、有機物が特定の環境下で特定の時間枠で分解されるという説明と一緒によく使われますが、コンポストは、特定の条件下で生分解する製品を表す言葉であると理解することが重要です。 少し混乱するかもしれませんが、  コンポストプラスチックは特定の堆肥化条件下でのみ生分解されるのに対し、もう一方は土中(埋立地や嫌気性消化槽)で分解されるプラスチックの総称であることが大きな違いです。, "コンポストは常に生分解性" しかし、"生分解性は常にコンポスタブルではない" ということです。 

プラスチックの生分解性を測定するための標準的な試験です。

現在使われている様々なテスト方法と、 #INVISIBLEBAG がそれらの仕様にどのように準拠しているかを伝え、明らかにするために、以下の規格をより詳しく調べてみましょう。 

ASTM D6400

ASTM D6400は、自治体や産業界の好気性コンポスト施設でのコンポストを想定したプラスチックおよびプラスチックを原料とする製品のみを対象としています。この規格の適用範囲は、試験した製品が既知の堆肥化可能な材料と同等の速度で堆肥化することを確認するために存在します。

この試験はISO17088と同等です。

詳細については、 the ASTM Standard websiteをご覧ください。

EN 13432

EN13432は、包装材が産業用堆肥化法でうまく処理されるために満たすべき最低限の要件を規定しており、この試験法が環境製品界で豊富に存在する理由もそこにあります。

このテストでは、材料や製品が以下の要件を満たしている必要があるとされています。

  • 崩壊:または断片化とは、最終的な堆肥に残された製品の目に見える構造を指します。実験室で準備された環境で3ヶ月間過ごした後、試験材料の残留物は元の質量の10%未満である必要があります。
  • 生分解性:微生物の働きによりCO2に変換される能力で、6ヶ月以内に90%以上生分解されることが必要です。
  • 無毒:原料の全成分を開示すること、重金属の含有量が規定量を超えていないことが条件です。さらに、残った堆肥に有害物質が含まれていたり、植物の生育に悪影響を及ぼすようなものであってはならりません。

詳細については、the European bioplastics websiteをご覧ください。

ASTM 5511

ASTM 5511試験は、MSW(一般廃棄物)から消化液を生成するための高固形分の嫌気性消化槽に入れたときのプラスチック製品の生分解性を対象としています。この条件は、生物学的に活性な埋立地の条件と似ている場合があります。

OECD 208

OECD208はASTM5511から引き継がれた育苗試験として知られており、90日後に製品が分解された残りの土壌を使用して育苗試験を行うものです。この試験が有効とみなされるためには、苗の出芽率が70%以上であり、植物毒性を示さないことが必要です。

生分解性試験には、OECD301シリーズ(究極の生分解性)のように、10日以内に製品の60%(一部の試験では70%)が分解し、28日以内に分解することを要求する、より厳しい条件のものもあります。このテストに合格した製品は、用途によっては有用ですが、液状の燃料や界面活性剤であることが多いようです。包装袋のような固形物では、品質の劣化が早く、賞味期限が非常に短くなるため、使用は難しいです。

PLAの限界について

最も広く受け入れられ、使用されているバイオプラスチックですが、すべての要件を満たしているのでしょうか?

リサイクル工程に細心の注意を払っている人は別として、あるいはお近くの施設にPLAと従来のPETプラスチックに関する必要な区分がない場合、PLAはリサイクル工程で問題を引き起こす可能性があります。 通常、PLAプラスチックは通常、物質回収施設に入るのと同じプラスチックリサイクルステーションに送られます。 その後、加工業者に売却され、ペレットやフレークに分解されたプラスチックは、カーペットや燃料油・清掃用品の容器など、新しい製品に生まれ変わるのです。 PLAとPETは混ざらないので、リサイクル業者はPLAを汚染物質とみなしています。 それを分別するために多額の費用がかかり、さらに処分するためにまた費用がかかります。これらのPLA製品を生分解できる堆肥化施設は限られており、これらのプラスチックが現実に与える影響や、通常、従来のプラスチックと混ざってしまうことから、従来のリサイクル業界にとって扱いにくい材料となっています。

プラスチックが自然環境に与える影響は、ニュースやソーシャルメディアを通じて日々取り上げられており、あらゆる分野の環境が被害を受けていますが、海や海の窮状は特に顕著で、クラゲと間違えてプラスチックを摂取するウミガメの映像は、悲しいことに今では当たり前のように見られます。

プラスチック禁止やプラスチック製品の制限など、社会的な課題が山積する中、生分解性プラスチックは最適な代替案であるとの見方があります。既存の対策で、製品が海に到達しないようにすることは可能ですが、長期的には、この経路から外れて海洋環境に入るプラスチック製品がいずれ出てくることを考慮する必要があります。 そこで存在し続け、ゆっくりとマイクロプラスチックやナノプラスチックに分解され、最終的には私たちの一部である食物連鎖に入り込みます。

ポリ乳酸は、堆肥化施設のような特殊な条件下では分解されますが、海洋(海水)環境での分解は非常に悪いです。

A graphical study on PVA degradation rate

PVA, PLA composite degradation graph in marine environment. (2020). [Graph]. “Seawater Degradation of PLA Accelerated by Water-Soluble PVA.”

上記の研究では、 PLAの分子量は6ヶ月後でも海水中で変化しないことがわかりました。 平均厚さ約320μmのPLAフィルムを25℃、蛍光灯の模擬照射(明るい状態で16時間、黒い状態で8時間)環境下で1年間使用したところ、大きな重量減少を示すことはありませんでした。

PLAが分解され、水分子が入り込めるようになるには、約60度の温度勾配が必要です。しかし、海が60度以上になることはまずないでしょう。 

現在、水溶性で生分解性の高分子材料は、PVAが唯一の市販品です。

プラスチック汚染について、私たちが耳にし、直面している最大の懸念は、環境に排出されても変化しないことです。現在、プラスチックに関連する最新の懸念は、マイクロプラスチックやナノプラスチックに関連する問題です。従来のプラスチックを置き換えるPVAの使用は、プラスチック使用に関する新旧両方の問題を解決することができます。

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Sources:


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