要約:
プラスチック廃棄物は、現代の廃棄物の中で最も処理が難しいものの 1 つと考えられていますが、科学者たちは、反応媒体として高温の溶融塩を使用し、一般的なプラスチックを分解して貴重な燃料や化学原料に変換するという、新しい化学リサイクルのルートを模索しています。従来のメカニカルリサイクルと比べ、プラスチックを高度に分別する必要がなく、汚染・混入したプラスチック廃棄物や、素材の性質上直接リサイクルが困難なプラスチック廃棄物も活用することができます。
現在、世界中で毎年発生するプラスチック廃棄物の量は非常に多いですが、実際にリサイクル システムに投入される割合は依然として非常に低いです。大量のプラスチックは埋め立て地に捨てられるか直接焼却され、二酸化炭素やその他の汚染物質が発生します。異なるプラスチックは異なる処理プロセスを必要とするため、異なるポリマーで構成される混合プラスチックの場合、従来のリサイクルは特に困難です。
そのため科学者たちは、混合プラスチックを直接処理できる化学的方法を探してきました。ケミカルリサイクルの目標は、プラスチックを再溶解して低品質のリサイクルプラスチックを作るのではなく、長いポリマー鎖を分子レベルで分解し、より小さな炭化水素分子に戻して、燃料、潤滑剤、またはその他の化学原料を取得することです。
この研究の核心は、高温の溶融塩を使用して特殊な反応環境を作り出すことです。溶融塩は高温でも液体を保つことができ、優れた熱伝達能力を備えており、複雑な化学反応に参加または促進することができます。研究者らはこの特性を利用して、比較的制御された条件下でプラスチックポリマーを分解できるようにしました。
通常の状況では、ポリエチレンやポリプロピレンなどのプラスチックは、非常に安定した炭素-水素結合で構成されています。これらの長鎖分子を効果的に分解するには、通常、より高い温度が必要です。従来の熱分解でもこのプロセスを完了できますが、多くの場合、大量のエネルギーが必要であり、製品の組成は複雑であり、さらなる処理が必要です。
溶融塩システムは、より均一な加熱環境を提供し、プラスチック分子の連鎖切断反応を促進します。プラスチックが反応システムに入ると、長鎖ポリマーは徐々に短い炭化水素に分解され、最終的にはさらに加工して利用できる液体および気体生成物が形成されます。
このテクノロジーの潜在的な最大の利点の 1 つは、プラスチックのリサイクル プロセスにおける非常に高価な前処理ステップを削減できることです。実際には、プラスチック廃棄物は単一の物質ではないことがよくあります。廃棄物には、さまざまな種類のプラスチック、添加剤、顔料、その他の不純物が含まれている場合があります。各材料を個別に分別する必要がある場合、リサイクル施設のコストが大幅に増加します。
化学変化の考え方は異なります。異なるプラスチックを同じ反応システムで最終的に分解できる限り、複雑な手動選別ステップの一部を省略できます。これは、理論的には、家庭廃棄物、包装材、その他の消費者製品からの混合プラスチックがこのプロセスの原料になる可能性があることを意味します。
研究者らは、ポリエチレンとポリプロピレンに特に関心を持っています。これら 2 つの材料は世界のプラスチック廃棄物の大部分を占めており、また、機械的リサイクル システムでは経済的問題に直面することが多い材料でもあるためです。それらの化学構造は比較的安定しているため、従来の低温化学処理によって貴重な製品に直接変換することが困難です。
溶融塩系の反応性を高めることで、研究者はこれらの安定したポリマーの鎖切断を促進し、もともと長さが数千、さらには数万あったポリマー鎖をより小さな分子に変換することができます。これらの分子はさらに、石油化学産業の燃料または原料として使用できます。
プラスチックの単なる焼却と比較したこの方法の重要な点は、炭素がすぐに二酸化炭素として大気中に放出されず、新しい化学製品の中に保持されることです。これらの製品が再び工業生産システムに入ることができれば、プラスチック中の炭素を一度に環境に放出するのではなく、再利用できる可能性があります。
もちろん、これは、プラスチックがそのような処理後に自動的に「ゼロカーボン燃料」になることを意味するものではありません。最終製品を直接燃やした場合でも、それに含まれる炭素は二酸化炭素として大気中に放出されます。したがって、この種の技術は正確にはプラスチック廃棄物のケミカルリサイクルと資源利用に属し、その環境上の利点はエネルギー源、反応効率、最終製品の使用方法に大きく依存します。
研究者は、溶融塩自体のリサイクルの問題も解決する必要があります。工業規模での操作には、大量の反応物質を継続的に加熱し、溶融塩が長期間にわたって安定した状態を維持することが必要です。溶融塩が繰り返し使用中に分解、汚染、または活性が低下すると、運用コストが増加する可能性があります。
また、実際のプラスチック廃棄物は、研究室で見つかった純粋なプラスチックよりもはるかに複雑です。実際の廃棄物には、金属、紙、ガラス、顔料、可塑剤、難燃剤、その他の有機および無機物質が含まれる場合があります。これらの成分は反応効率に影響を与えたり、追加の処理を必要とする副生成物を生成したりする可能性があります。
したがって、この種の技術と大規模な商業応用との間には、まだ一定の距離があります。特定のプラスチックが効果的に変換できることを実験室段階で証明できたからといって、産業施設がすでに数十トン、さらには数百トンの混合廃棄物を十分に低いコストで処理できることを意味するわけではありません。
これらの問題が解決できれば、溶融塩の化学的リサイクルは、従来の機械的リサイクル システムを補う重要な手段となる可能性があります。重度に汚染されている廃棄物、混合が多すぎる廃棄物、または従来の方法ではプラスチック製品に再製造できない廃棄物は、分子レベルで使用価値を取り戻すために化学処理施設に送ることができます。
このルートは、「プラスチックのリサイクル」に対する人々の従来の理解を変えるものでもあります。これまでのリサイクルとは、通常、粉砕、洗浄、溶解して、新しいプラスチック製品を製造することを意味していました。ケミカルリサイクルは「分解と再利用」に近く、まずポリマーを基本的な化学成分に分解し、次に必要に応じて燃料や他の化学製品を再製造します。
世界的なプラスチック汚染問題が深刻化し続ける中、科学者たちは、将来的に単一の技術に頼ってすべてのプラスチック廃棄物問題を解決することは不可能であると考えています。メカニカルリサイクルは比較的きれいで明確に定義されたプラスチックに適していますが、ケミカルリサイクルはより複雑な混合廃棄物を処理できる一方で、完全にリサイクル不可能な材料は最終的には他の処分方法が必要になる場合があります。
高温溶融塩プロセスによりエネルギー効率がさらに向上し、設備コストが削減され、溶融塩と反応生成物のリサイクルが実現できれば、この技術は従来の埋め立てや焼却とは異なるプラスチック廃棄物の新たな道を提供すると期待されます。魅力的なのは、単に「プラスチックを燃料に変える」だけではなく、リサイクル価値を失ったプラスチックを分子レベルで再利用し、長期廃棄物をまだ経済的価値のある炭素資源に変換することです。
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