ポリエチレン袋、プラスチックをポリマー構成要素に変換するプロセス

ロバート・サンダース著

背景に示されている牛乳瓶など、ポリエチレンから作られたプラスチック (白い糸) は、別の種類のプラスチックであるポリプロピレンを製造するのに貴重な、より小さな分子であるプロピレンに分解できるようになりました。 画像をクリックすると詳細なキャプションが表示されます。 (グラフィッククレジット: Brandon Bloomer、カリフォルニア大学バークレー校)

ポリエチレンプラスチック、特に景観を損ねるどこにでもあるビニール袋は、リサイクルが難しいことで知られています。 それらは頑丈で分解が難しく、もしリサイクルされるとしても、溶けてポリマーシチューになり、主にデッキ材やその他の低価値製品に役立ちます。

しかし、カリフォルニア大学バークレー校とローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所）で開発された新しいプロセスは、すべてを変える可能性がある。 このプロセスでは、触媒を使用して長いポリエチレン (PE) ポリマーを均一な塊 (炭素 3 分子のプロピレン) に砕き、これがポリプロピレンなどの他の種類の高価値プラスチックを製造するための原料となります。

このプロセスは、明らかに開発の初期段階にあり、廃棄物（ビニール袋や包装だけでなく、あらゆる種類のPEプラスチックボトル）を、需要の高い主要製品に変えることになる。 ポリエチレンの鎖を切断するこれまでの方法では高温が必要で、必要な成分の混合物がはるかに少ない量で得られました。 新しいプロセスは、プロピレン（プロペンとも呼ばれる）の化石燃料生産の必要性を下げるだけでなく、プラスチック業界が現在満たされていないプロピレンの需要を満たすのにも役立つ可能性がある。

「リサイクルされる限り、多くのポリエチレンプラスチックは低品質の材料になってしまいます。 ビニール袋を取り出して、それから同じ特性を持つ別のビニール袋を作ることはできません」とカリフォルニア大学バークレー校のヘンリー・ラポポート有機化学講座のジョン・ハートウィッグ教授は語った。 「しかし、そのポリマー袋をモノマーに戻し、小さな断片に分解して再重合することができれば、地面からより多くの炭素を引き出す代わりに、それを他のものを作るための炭素源として使用することができます。ポリプロピレン。 その目的、またはプロペンの他の用途、いわゆるプロピレンギャップを埋めるために、シェールガスの使用を減らすことになります。」

ポリエチレンプラスチックは世界のプラスチック市場全体の約3分の1を占めており、年間1億トン以上が化石燃料から生産されており、その中には水圧破砕によって得られる天然ガス（しばしばシェールガスと呼ばれる）も含まれる。

リサイクル プログラムにもかかわらず、リサイクル可能な PE 製品はプラスチック番号 2 および 4 に指定されていますが、全ポリエチレン プラスチック製品の約 14% のみがリサイクルされています。 ポリエチレンポリマーはその安定性のため、構成部品に分解したり解重合したりすることが難しいため、リサイクルのほとんどは、ポリエチレンポリマーを溶かして庭の家具などの他の製品に成形するか、燃料として燃やすことが含まれます。

ポリエチレンを解重合してプロピレンに変えることは、アップサイクルの方法です。つまり、化石燃料の使用を削減しながら、実質的に価値のない廃棄物からより価値の高い製品を生産することです。

ハートウィッグ氏らは今週、科学誌サイエンスに新しい触媒プロセスの詳細を発表する予定だ。

ハートウィッグは、金属触媒を使用して、そのほとんどが石油ベースである炭化水素鎖に異常で反応性の結合を挿入することを専門としています。 これらの反応性結合に新しい化学基を追加して、新しい材料を形成できます。 炭化水素ポリエチレンは通常、おそらく 1,000 個のエチレン分子のポリマー鎖として存在し、各エチレンは 2 つの炭素原子と 4 つの水素原子で構成されていますが、一般的に非反応性であるため、彼のチームは課題を抱えていました。

カリフォルニア大学バークレー校の化学者は、数種類の使用済み PE (4 パックのトップ、牛乳とシャンプーのボトル、プラスチックの包装) でポリエチレン プラスチックを分解する化学プロセスをテストしました。 それぞれからのプロピレンの収率を下部に示します。 プロセスを改善すれば、PE廃棄物の流れを減らし、化石燃料をさらに使用せずにプラスチック業界で需要の高い製品を提供できる可能性がある。 (写真提供: カリフォルニア大学バークレー校、ジョン・ハートウィッヒ研究室)