【新しい時代のプラスチック】バイオプラスチックとしての麻植物

バイオプラスチックとしての麻植物

多くのプラスチックは化石燃料から得られています。しかし、ある分野の材料は産業用麻を含む植物材料から代替できます。植物由来のプラスチックは新しいアイデアのように見えるかもしれませんが、それらは実際に何年も前から存在しています。そのプラスチックの一つは、天然ポリマーであるセルロースに由来しています。セルロースに由来したプラスチックの一般的な例は、セロファンです。よく、お菓子の包装に使用されるしわくちゃなプラスチック製の紙をみたことあると思います。セロファンは最も長い歴史をもつバイオプラスチックの一つであると考えられています[図1]。

環境を考慮し、木を伐採する必要のないセルロースを抽出するための理想的な植物は、工業用麻です。麻植物は、非常に迅速に成長します。麻植物の靭皮繊維は約70%のセルロースで構成されていますが、木質コア(ハード)には40%のセルロースが含まれています。工業用麻の1ヘクタールで年間約5トンのセルロースを生産することができます。
麻を使った他のバイオプラスチック材料は、バインダーと繊維質材料(麻繊維)からなる複合材料である。

麻植物から車製造―麻植物由来のバイオプラスチックのパイオニア(フォード)

  • 自動車会社のフォードは75年以上前に、複合プラスチックに大麻を使用することに取り組んでいました[1]。”フォードの化学者によって開発されたプラスチックの1つは70パーセントのセルロース繊維および30パーセントの合成プラスチックで構成される材料である。セルロース繊維は50 パーセントの桧皮松繊維、30 パーセントのわら、10 パーセントの麻および10 パーセントのラミー(苧麻)から成っている。次のビデオは、1941年の「プラスチック」フォードの車と、スチールよりもはるかに強いと主張するパネルがどれほど丈夫だったかを示しています[2]。

ヘンリー・フォード氏は、このような状況の中で、なぜ同社が成功しなかったのかは明らかではないが、戦争と強力な反麻勢力からの圧力が一役買っていたのかもしれない。もしフォード氏がプラスチック自動車のコンセプトを追求していたら、麻植物由来のバイオプラスチックはどれだけ進化していたでしょうか。自動車メーカーの中には、ドアパネルやトランクの内張り、インストルメントパネルなどの自動車部品にヘンプを使用する可能性を再検討しているところもあります。Renew Sports Carsは、工業用大麻で作られたボディを採用した車を開発している[3]。自動車産業の外では、水筒、電話ケース、サングラスフレーム、スケートボードのデッキや葬儀用の骨壷などに麻植物由来のプラスチックが使われています。

ヘンプと3Dプリント革命

麻植物由来のバイオプラスチックは、フィラメント材料(3Dプリンターの「インク」)としての麻植物との互換性が確立された後、すでに3Dプリントのようなハイテク用途に使用されています[4][図2]。

2007年の研究では”ポリ乳酸(PLA)の補強材としての麻繊維の可能性が調査された[5]。ヘンプファイバーとPLAの間の良好な相互作用により、繊維を30wt%含む複合材料のヤング率は100%、引張強さは30%増加した。ヘンプフィラメント製品の中には、最も一般的に使用されているフィラメントの1つであるポリ乳酸(PLA)で印刷可能な3Dプリンタに対応しているものもあります。PLAは、再生可能な資源であるトウモロコシ、サトウキビ、テンサイなどの作物から抽出された植物性デンプンを原料とする生分解性の熱可塑性プラスチックです。しかし、PLA素材に使用されている作物やその成分が何らかの理由で廃棄物になる運命にある場合を除き、食用作物を非食用目的で使用することには問題があります。これらの材料にヘンプを導入することで、この点での影響を軽減することができます。ヘンプ3Dプリントのフィラメントでは、ヘンプ粒子がPLAと組み合わされているため、目に見えるバイオフィルが多く、他のPLAベースの製品とは一線を画しています。

ヘンプバイオプラスチックの利点

  • 生分解性
  • 再生可能な資源
  • 引張強さ
  • 熱安定性
  • UV安定性
  • 軽量
  • 汎用性の高い
  • 製造の容易さ – 標準的なプラスチック射出および3Dプリンタで製造することができます。

化石燃料プラスチック問題への対応

2014年のプラスチックの年間生産量は3億1,100万トンを超えました[6]。現在作られているプラスチック製品および、それ以前に作られた多くのプラスチック製品の両者を考えると莫大な量となります。化石燃料をベースにしたプラスチックの多くは、生分解(水や微生物によって、細かく分解し、理想的には無害な物質または再利用可能な物質にすること)されることはなく、ただ小さく分解されるだけです。プラスチックのゴミは、鳥や海洋生物が摂取する海では、ますます普及しています。その結果、消化器系が閉塞して飢餓状態になったり、プラスチックに含まれる毒素を介して中毒になったりすることがあります。現在、海には約1億5000万トンのプラスチック廃棄物があると推定されていますが、2050年にはこの数字は8億5000万~9億5000万トンに達する可能性があります[7]。南太平洋のある離島は、世界で最もプラスチックごみの密度が高い島であるにもかかわらず、海路が近くになく、定住人口もゼロです[8]。ゴミは他の場所から流れてきています。予防は治療に勝るものではありませんが、効果的な廃棄物管理を行い、麻のプラスチックを広く使用することで、これらの問題の一部を解決することができるかもしれません。また、エネルギーと炭素の面も考慮する必要があります。化石燃料を採取するのに比べて、ヘンプを栽培することで炭素を節約できることに加えて、ヘンププラスチックの生産に必要なエネルギーは、化石燃料をベースにしたプラスチック製品に比べて最大45%も少なくて済むらしい。ヘンプ・バイオプラスチックのコストは、今のところ化石燃料ベースのものよりも高い。工業用ヘンプがより多く栽培され、その利点がより広く受け入れられ、気候変動の要因が材料の選択においてより大きな役割を果たすようになり、関連技術が進化するにつれて、工業用ヘンプベースのプラスチックの経済性は向上していくだろう。

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参考文献

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