プラスチック代替の「透明な紙」を開発

 (japannews.yomiuri.co.jp)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2025-06-07 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • 日本のJAMSTECなどの研究チームが、植物バイオマス由来のセルロースで厚い透明紙シートを作製し、プラスチック容器の代替可能性を示した
  • 新素材は微生物によって水と二酸化炭素に分解される可能性があり、従来のセルロース素材より厚いため、カップやストローのような形に成形できる
  • 製造には綿実の表面繊維から得たセルロース粉末と臭化リチウム-水溶液を使い、高温でゲル化した後に成形・乾燥する方式が用いられる
  • カップとストローにしたときの強度はポリカーボネートとほぼ同等で、厚さ0.7mmのシートでも100m先の風景を鮮明に見ることができた
  • 商用化には量産工場が必要で、実証プラント基準の生産コストは一般的な紙の約3倍、CO2排出量はプラスチック製造工程の約半分と推定される

植物由来の透明紙

  • JAMSTECと複数機関の研究チームが、植物バイオマスから作ったセルロースで厚い透明紙シートを開発した
  • プラスチックが海洋汚染の原因として挙げられていることから、この素材はプラスチック容器の代替材として期待されている
  • 従来のセルロース系素材より厚く、容器製造に使える

製造方法と透明性

  • 原料は綿実の表面繊維から得たセルロース粉末である
  • 製造工程は次のとおり
    • セルロース粉末を臭化リチウム-水溶液に溶かす
    • 温度を上げながら混合し、ゲル状態にする
    • ゲル化した素材を成形し、乾燥させる
  • 透明性はナノメートル規模、つまり10億分の1メートル単位の繊維がシート内に高密度で詰まることで生まれる
  • 繊維濃度が高いため光が拡散せず、シートをまっすぐ通過する

強度と視認性

  • カップとストローに成形した素材の強度は、プラスチックの一種であるポリカーボネートとほぼ同等だった
  • 厚さ0.7mmの透明紙も柔軟性を維持した
  • 同じ厚さのシートを通して100m先の風景を鮮明に見ることができた

海中での生分解性

  • 研究チームは、透明紙が海に流れ込む可能性を想定して生分解性を調べた
  • シートを海中に沈めた後、海洋微生物がこれを分解できるか確認した
  • 水深が深いほど微生物が少なく、分解速度は遅くなる
  • それでも水深757mでも、シートは4か月以内に大部分が分解された

商用化の課題とコスト

  • これまでプラスチック容器の最も一般的な代替材は紙パックだった
  • 紙パックは消費者が内容物を見られないため、商品の購買意欲が下がる可能性があるという事業専門家の意見があった
  • 透明紙は、内容物が見えないという問題を解決できる
  • 市場投入には、この素材を量産できる技術を備えた工場が必要である
  • JAMSTECのIsobe Noriyuki副主任研究員は、実証実験用プラントが建設された場合、生産コストは一般的な紙の約3倍になると推定している
  • 同じ試算では、CO2排出量はプラスチック製造工程の約半分に抑えられる
  • Osaka UniversityのMasaya Nogi教授は、これまでも透明紙は存在したが、今回の素材は深海での生分解性を実証した点が強みだとみている

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1件のコメント

 
GN⁺ 2025-06-07
Hacker Newsの意見

  • プラスチックが多用される理由は透明性ではなく、軽くて生分解しないからである
    何千年も持続するため食品保存にも向いており、雨や環境条件をあまり気にせずさまざまな部品に使える
    必要なのは、ほとんどの人間の生活環境ではまったく分解しないが、特定の化学物質・温度・圧力のようなまれな信号を与えると素早く分解する材料だと思う

    • プラスチックは成形が非常に容易で大量生産にとても向いているため使われている面も大きい。形を作りやすいことこそ、プラスチックを選ぶ最も強力な理由かもしれない
      プラスチックは木材の長所である軽さと安さ、陶器の長所である成形のしやすさと防水性、金属の長所である日常的な耐久性を備えつつ、各素材の大きな欠点は避けている
      完璧ではないが、長所と短所を合算してみれば、なぜこれほど広く使われているのかは明らかになる
    • 記事にはすでに用途が書かれている。紙包装はプラスチック容器の最も一般的な代替だが、消費者が中身を見られないため購入をためらうという問題がある
      透明な紙はこの問題を解決できるが、市場に出すには量産技術を備えた工場が必要だという
    • 完全にその通りというわけではない。プラスチック窓付きの紙包装は大量に捨てられている
      すべてのプラスチックを置き換えられるわけではないが、一部は十分に代替可能だ
      プラスチックは多くの役割を担っているので、ひとつの材料ですべてを置き換えることはできないが、使い捨てプラスチックには意味のあるニッチ用途が確かにある
    • 人々がプラスチックを好むのは何千年も持つからではない。関心があるのは食品をきちんと保存できることだ
      何千年も持たなくてもそれができるなら、かなり大きな成果に見える
    • そうした材料が可能でも、人々がそれを集めて分解施設に送るという前提が必要になる
      環境中に捨てられたプラスチックの量を見れば、人々がそこまで気を配らないことはすでに明らかだ

  • 古いものがまた新しくなったのか？
    https://en.wikipedia.org/wiki/Celluloid
    https://en.wikipedia.org/wiki/Cellophane

    • 研究チームの元論文はここにある。
      https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads2426
      目標は 1) 透明で、2) 十分な厚さにでき、3) 純粋にセルロースベースの材料だったようだ
      セロハンは1と3を満たすが厚く作るのが難しく、紙は2と3を満たすが透明ではない
      セルロイドは論文で明示的には扱われていないが、純粋なセルロースではないため3を満たさないようだ。主な適用先は食品包装に見える
    • 複数の条件を合わせて考えると、ローマ人こそ実は技術の頂点にいたのではないかと思えてくる
    • セロハンを作るビスコース法は非常に毒性が強い。リヨセル法は使う化学物質の揮発性が低いためより安全だが、どちらも二硫化炭素や N-methylmorpholine oxide、最近では 1,5-diazabicyclo[4.3.0]non-5-enium acetate のようなファインケミカルを大量に必要とする
      そのためセロハンは通常少量しか使われず、レーヨンも同様だ
      一方で臭化リチウムは安定した塩で、元素価格に近いほど安価なので、規模拡大やリサイクルがしやすい
    • セロハンがセルロースベースだというつながりを、不思議なことに一度も意識したことがなかった。ただのプラスチックだと思っていた
    • セロハンと名前は似ているが、製造工程は大きく異なる。セロハンにはない新しい性質があるのかもしれない

  • ある国々がごみをそのまま海に捨てているという発想に、みんなが無感覚になっているのはおかしい
    その問題を解決するより、よりましなごみを作る方向に進んでいる

  • 母が小さな町の店の仕事を手伝っているのですが、プラスチック包装から脱却しようとしています。
    堆肥化可能なフィルムや再生紙も試してみましたが、コストが高すぎたり、素材が十分に持ちこたえなかったりしました。
    このセルロース製の透明な紙はかなり有望に見えます。熱に耐え、見た目も良く、実際に環境中で分解されるなら、そうした店には大きな助けになりそうです。
    こういう素材を扱ったことがある人がいるのか気になります。特に液体や湿気に弱い商品で、実際の使用性能がどうなのか知りたいです。

  • プラスチックのような性質を持ちながら、何千年も分解されなかったり、リサイクル不能だったりしない新しい材料群が必要です。

    • プラスチックでは、むしろ分解のほうが大きな懸念だと考えます。
      ごみ保管の問題はたいてい誇張されていて、マイクロプラスチック汚染は、プラスチックが何百万もの小さな破片に砕けるときの脅威をはっきり示しています[1]。
      長持ちする安定したプラスチックのほうが、汚染物質という観点でははるかに問題が少ないです。
      [1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016041202...
    • 目標を100倍くらい過剰に設定しているように思えます。10年後に無害なほこりへ分解されるが、それより短くもなく、100年も超えないプラスチックなら、十分に妥協可能です。
      その程度なら、今の用途の大半を引き続き維持できます。
    • すると、瓶が棚の上で分解し始めて穴が開き、だめになってしまうかもしれません。

  • 日本では何もかもがプラスチックで包装されているので、驚くことではありません。
    アメリカよりずっと先を行っているように見えた日本への訪問で、ほとんどすべてが良かったのですが、この点だけは例外でした。

    • 同じ量の商品を包装するときに使うプラスチック総質量は、日本のほうが他国より低いという話があります。
      袋はより多く使う一方で、硬いシェル型包装はあまり使わないからだそうです。
      この話と、どれだけ焼却燃料として使われているかについての動画: https://www.youtube.com/watch?v=FU6WogV6UEg

  • セロハンのことにしか聞こえません。 https://en.wikipedia.org/wiki/Cellophane

  • 炭素排出は低いとしても、コストはどうでしょうか。
    この製品は、私たちがプラスチックを使う理由とは無関係な多くの問題を解決しているように見えます。
    プラスチックがどこにでもある理由は、耐久性があり安価だからで、それが用途の8割くらいを説明します。
    残りの2割では、腐食性物質への耐性のような特性が重要ですが、この素材はそこでもさらに外れているように見えます。
    高価で耐久性の低い製品は、決してプラスチックの代替にはなりません。プラスチック並みに頑丈だという話も、引張強度のことを言っているようですが、産業界が主に見る性質ではありません。
    パンを包装するとき、同じ重さを持ち上げられるかどうかは重要ではなく、製品を数か月あるいは数年間保護できるかどうかが重要です。

  • 袋は良いし、カップも悪くないですが、ストローはひどいアイデアです。

    • なぜなのかわかりません。
      物性はポリカーボネートに近いそうなので、その点は問題ないはずです。
      理想的な条件でどれくらい早く分解されるかは書かれていませんが、悪い条件でも4か月かかり、水・酸素・紫外線のような単純な化学作用ではなく微生物が必要だとあります。
      それなら炭酸飲料の中では1週間たってもほとんど影響はないはずで、何がひどいのかわかりません。
    • なぜですか。普通の紙ストローのようにふやけるのではないかと心配しているのですか。

  • プラスチックのすべての用途を置き換えられなくても、多くの使い捨てプラスチック製品は置き換えられそうです。
    それだけでも良い前進です。セルロース製の買い物袋、ストロー、使い捨てカップ、皿、カトラリーなら十分に受け入れられます。