新しいリサイクルプロセスは「ジャンク」プラスチック廃棄物の市場を見つける可能性がある

Jul 17, 2023

低価値の廃プラスチックは、ウィスコンシン州マディソン校の研究者が開発した新しいプロセスで高価値の化学物質に変換できます。 ジョエル・ホールバーグ

多くのアメリカ人は毎週、プラスチックゴミを律儀に適切なゴミ箱に捨てていますが、柔軟なフィルム、多層材料、多くの着色プラスチックを含むこれらの材料の多くは、従来の機械的リサイクル方法ではリサイクルできません。 結局、米国で再利用されるプラスチックはわずか約 9 パーセントであり、多くの場合、低価値の製品に使用されています。 しかし、ウィスコンシン大学マディソン校の化学技術者たちは、新しい技術を使って、価値の低い廃プラスチックを価値の高い製品に変えています。

サイエンス誌の8月11日号に掲載されたこの新しい方法は、プラスチックのリサイクルに対する経済的インセンティブを高め、新しいタイプのプラスチックのリサイクルへの扉を開く可能性がある。 研究者らは、彼らの方法により、これらの工業用化学物質の従来の生産からの温室効果ガス排出量も約 60% 削減できると推定しています。

新しい技術は、いくつかの既存の化学処理技術に依存しています。 1 つ目は熱分解で、酸素のない環境でプラスチックが高温に加熱されます。 その結果、さまざまな化合物の液体混合物である熱分解油が生成されます。 熱分解油には、さまざまな種類のポリエステル、界面活性剤、アルコール、カルボン酸など、今日の化学物質やポリマーの中心的な構成要素である単純な炭化水素の一種であるオレフィンが大量に含まれています。

現在のスチームクラッキングなどのエネルギー集約型プロセスでは、化学メーカーは石油に非常に高い熱と圧力をかけてオレフィンを製造しています。 この新しいプロセスでは、ウィスコンシン州マディソン校のチームは熱分解油からオレフィンを回収し、それを均一ヒドロホルミル化触媒と呼ばれるエネルギー消費量がはるかに少ない化学プロセスで使用します。 このプロセスではオレフィンがアルデヒドに変換され、その後さらに還元されて重要な工業用アルコールになります。

「これらの製品は、より価値の高い幅広い材料の製造に使用できます」と、博士研究員の Houqian Li 氏と博士課程の学生 Jiayang Wu 氏とともに研究を主導した化学生物工学教授の George Huber 氏は述べています。

これらのより価値の高い材料には、石鹸や洗剤の製造に使用される成分や、その他のより有用なポリマーが含まれます。

ヒドロホルミル化と呼ばれるプロセスを使用して、ジョージ・フーバー教授（左）と博士研究員ホーキアン・リーは、廃プラスチックから作られた油中のオレフィンを回収し、それらを高価値の化学物質に変換することに成功した。 ジョエル・ホールバーグ

「私たちはこの技術がもたらす影響に本当に興奮しています」と、エネルギー省の資金提供を受けている廃プラスチックのケミカルアップサイクルセンターの所長でもあるフーバー氏は言う。 「これは、ヒドロホルミル化化学を使用してプラスチック廃棄物をアップグレードするためのプラットフォーム技術です。」

リサイクル業界はすぐにこのプロセスを採用する可能性がある。 近年、少なくとも10社の大手化学会社が廃プラスチックから熱分解油を製造する施設を建設、または計画を発表している。 それらの多くは、熱分解油をスチームクラッカーに通し、低価値の化合物を生成します。 新しいケミカルリサイクル技術は、これらの油をより持続可能で有利な利用方法を提供する可能性がある。

「現在、これらの企業は熱分解油をアップグレードするための優れたアプローチを持っていません」とリー氏は言います。 「この場合、1トンあたり約100ドルの価値しかない廃プラスチックから、1トンあたり1,200ドルから6,000ドル相当の高価なアルコールを得ることができます。 さらに、このプロセスでは既存のテクノロジーと手法が使用されます。 スケールアップは比較的簡単です。」

この研究は、ウィスコンシン州マディソン校とマディソン校のいくつかの異なる学部にまたがる共同作業であった、とフーバー氏は言う。 化学科長でヒドロホルミル化の世界的専門家であるクラーク・ランディス氏は、この技術を熱分解油に適用する可能性を示唆した。 化学および生物工学のマノス・マブリカキス教授は、高度なモデリングを使用して、化学プロセスに対する分子レベルの洞察を提供しました。 また、化学生物工学のビクター・ザバラ教授は、技術の経済性とプラスチック廃棄物のライフサイクルの分析に協力してくれました。