科学者はプラスチック廃棄物を貴重な土壌添加物に変えます

カリフォルニア大学リバーサイド校 2023年1月13日

最近の研究では、プラスチック廃棄物を、質量 1 グラムあたり約 400 平方メートルという大きな表面積を持つ高多孔質の形態の木炭に変換する方法が詳しく説明されました。 この木炭は炭素を捕捉し、土壌の保水性と農地の通気性を改善すると同時に、自然に分解されて土壌を肥沃にする可能性があります。 この方法は、プラスチック廃棄物問題に対処し、農業を強化する効果的な方法となる可能性があります。

カリフォルニア大学リバーサイド校の方法は、プラスチックとトウモロコシの廃棄物から有用な炭を生成します。

カリフォルニア大学リバーサイド校の科学者らは、川や川を詰まらせ、海洋を汚染することの多い、毎年排出される数億トンのプラスチック廃棄物の利用方法の発見に一歩近づいた。

最近の研究で、カンディス・レスリー・アブドゥル・アジズUCR助教授（化学・環境工学）とその同僚らは、プラスチック廃棄物を約400平方メートルという途方もない表面積を持つ高多孔質の木炭またはチャーに変換する方法を詳述した。質量1グラムあたりのメートル。

このような木炭は炭素を捕捉し、土壌の保水性と農地の通気性を改善するために土壌に添加できる可能性があります。 自然に分解されるので土壌を肥やすこともできます。 しかし、アブドゥルアジズ氏は、農業におけるそのような炭の有用性を実証するには、さらなる研究が必要であると警告した。

プラスチックから炭化するプロセスは、カリフォルニア大学リバーサイド校のマーラン・アンド・ローズマリー・ボーンズ工科大学で開発されました。 これには、一般的な 2 種類のプラスチックのうちの 1 つと、コーンストーバーとして知られる残りの茎、葉、皮、穂軸を含むトウモロコシの廃棄物を混合することが含まれていました。 次に、混合物を高度に圧縮した熱水で調理しました。これは水熱炭化として知られるプロセスです。

The highly porous char was produced using polystyrenePolystyrene was discovered by accident in 1839 by Eduard Simon, an apothecary from Berlin, Germany. As one of the most widely used plastics in the world, polystyrene is used for bottles, containers, packaging, disposable cutlery, packing peanuts, and more. It can be solid or foamed (Styrofoam is a brand name of closed-cell extruded polystyrene foam)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">発泡スチロールの包装に使用されるプラスチックであるポリスチレンや、水や炭酸飲料のボトルなどの製造に一般的に使用される材料であるポリエチレンテレフタレート (PET) などです。

カリフォルニア州リバーサイドのフェアマウントパークの川床にあるプラスチック廃棄物。 クレジット: 写真提供: David Danelski/UCR

この研究は、飲料水から汚染物質を濾過するために使用される活性炭を製造するためにトウモロコシ茎葉のみを使用するという以前の成功した取り組みに続いたものである。 以前の研究では、水酸化カリウムで活性化されたトウモロコシ茎葉のみから作られた木炭は、試験水サンプルから汚染物質であるバニリンの 98% を吸収することができました。

追跡調査で、アブドゥル・アジズ氏らは、トウモロコシ茎葉とプラスチックを組み合わせて作られた活性炭も効果的な水処理媒体となり得るかどうかを知りたいと考えた。 もしそうなら、プラスチック廃棄物は水質汚染を浄化するために再利用される可能性がある。 しかし、この混合物から作られた活性炭は、試験水サンプル中のバニリンの約 45% しか吸収せず、水の浄化には効果がなかったと彼女は述べた。

「私たちは、材料の表面にプラスチックがまだ残っている可能性があり、それが表面でのこれらの（バニリン）分子の一部の吸収を妨げている可能性があると理論付けしています」と彼女は言いました。

炭と活性炭の製造工程。 クレジット: UCR

それでも、プラスチックと植物バイオマス廃棄物を組み合わせて高多孔質の木炭を製造できることは、論文「プラスチックとコーンストーバーの共熱分解による木炭と活性炭の生成の相乗効果と拮抗効果」で詳述されているように、重要な発見である。 ACSオメガ誌に掲載されました。 筆頭著者は、UCR の元博士課程の学生で、現在はハーベイ・マッド大学の講師であるマーク・ゲイルです。 UCR の学部生 Peter Nguyen が共著者で、Abdul-Aziz が責任著者です。

「これは表面積が非常に大きい材料なので、非常に有用なバイオ炭になる可能性があります」とアブドゥルアジズ氏は語った。 「だから、活性炭に変えるのではなく、ただイワナに留まるだけなら、それを活用できる有用な方法がたくさんあると思います。」

プラスチックは本質的には固体の石油であり、環境中に蓄積し、汚染し、絡みつき、誤って摂取した魚、鳥、その他の動物を窒息させて殺します。 また、プラスチックは微粒子に分解され、私たちの体内に入り込み、細胞に損傷を与えたり、炎症反応や免疫反応を誘発したりする可能性があります。

残念ながら、使用済みプラスチックのリサイクルには、石油から新しいプラスチックを作るよりも費用がかかります。

アブドゥルアジズの研究室は、リサイクルに対して異なるアプローチを採用しています。 プラスチックや植物バイオマス廃棄物などの有害な廃棄物を価値のある商品にアップサイクルすることで経済に戻すことに専念しています。

「（バイオマスと一緒に）プラスチックを投入し、その炭を土壌改良に利用できるなら、プラスチックのリサイクルに対して、より自由なアプローチができるように感じます」と彼女は言う。 「それが私たちが考えていることです。」

参考文献：Mark Gale、Peter M. Nguyen、Kandis Leslie Gilliard-AbdulAziz 著「チャーと活性炭を生成するプラスチックとコーンストーバーの共熱分解の相乗効果と拮抗効果」、2022 年 12 月 21 日、ACS Omega.DOI: 10.1021/ acsomega.2c04815