サステナビリティ
『サステナビリティ指標』はプラスチック汚染を抑制できるか？
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プラスチックは主にポリマーで構成される合成または半合成有機化合物の広範なカテゴリです。その可塑性により、プラスチックはさまざまな形に成形でき、多くの有用な用途を持つことが可能です。
プラスチックは安価で多用途かつ無菌であるため、家庭用電化製品、食品包装、建設、医療機器など多くの分野で利用され、私たちの生活に価値をもたらしています。
過去数十年にわたるプラスチックの使用は大幅に増加し、現在では年間約4億5千万人トンのプラスチック廃棄物が発生しています。実際、海洋廃棄物全体の少なくとも85％を占めています。プラスチック廃棄物の大多数（46％）は埋立処分され、リサイクルのために回収されるのはわずか15％、リサイクルされるのは9％未満です。残りは小さな破片に分解されるか、焼却されます。
プラスチックが地球の化石記録の一部となるにつれ、深刻な環境・健康・社会・経済的影響をもたらします。さらに、最近の研究では、水や食物中に微小な粒子が増加していることが明らかになり、これらの問題がさらに悪化しています。
コロンビア大学の研究者による 新しい研究によれば、店頭で販売されているボトル入り水には、以前の推定よりも10倍から100倍多くのプラスチックが含まれている可能性があることが判明しました。水中で見つかったプラスチックはナノ粒子の形態であり、これは人間の髪の平均幅の千分の一の大きさです。これらのナノ粒子は非常に小さく、顕微鏡でも見ることができず、消化管や肺の組織を通じて血流に移行することがあります。一度血流に入ると、これらの極小粒子は有害な合成化学物質を体内全体や細胞へと分布させる可能性があります。
研究によれば、平均して1リットルの水中に24万個のプラスチック粒子が検出されており、これは標準サイズのボトル入り水2本分に相当します。これらの粒子は7種類のプラスチックから来ており、90％がナノプラスチック、残りの10％がマイクロプラスチックです。
マイクロプラスチックはポリマーの断片で、0.2インチ未満から1/25,000インチまでのサイズがあります。これより小さいものはナノプラスチックと分類され、メートルの十億分の一単位で測定されます。
この発見は、プラスチックが皮膚細胞が剥がれ落ちるように常に脱落していることを示しています。微小なプラスチック片が継続的に脱落し、さらに破片になることは、ステンレスやガラス容器を使用して曝露を減らす重要性を強調しています。
「彼らがこの研究に費やした作業は本当に非常に深遠でした…画期的だと言えるでしょう。」
ナノ粒子の化学構造とリスクの研究
2018年に、メイソンは共同執筆した研究で、ボトル入り水サンプルの圧倒的多数（93％）にマイクロプラスチックとナノプラスチックが存在することを初めて発見しました。彼女の研究では、汚染された1リットルの水には平均300個の小さな粒子と、人間の髪の幅より太いプラスチック粒子が10個含まれていることが明らかになりました。
したがって、ナノプラスチックの存在はすでに知られていましたが、当時はこれらの粒子を評価することはできず、さらに多いかどうかを発見することは不可能でした。
現在、2024年1月第3週に『Proceedings of the National Academy of Sciences』誌に掲載された新しい研究によれば、ナノ粒子を観察するだけでなく、数え、化学構造を分析できる新技術が実証されました。
この新しいアプローチは、ラマン分光法として知られるレーザー技術の改良版に依存しており、これに貢献できると期待されています。刺激ラマン散乱顕微鏡（SRS）は、光に対する分子の振動を測定し、信号を大幅に増幅してナノ粒子の検出を可能にします。これにより、ポリマー（「プラスチックのプラスチック部分」）が体に害を及ぼすかどうかを理解する手助けが期待されています。
この研究は、ナノプラスチック分野で顕微鏡を初めて活用したものです。研究チームは米国で販売されている3つの無名の人気ウォーターブランドを調査し、1リットルあたり300個ではなく、11万から37万個のプラスチック粒子が含まれていることを発見しました。
「これらの粒子は無機ナノ粒子、 有機粒子、 そして我々が調査した7つの主要プラスチックタイプに含まれないその他のプラスチック粒子である可能性があります。」
– ビザン・ヤン（研究に参加し、コロンビア大学地球観測所の准教授）
この技術がナノ粒子を観察・分析できる能力は、特に脳と体が発達段階にあり、毒性曝露に対してより脆弱な乳幼児や子どもに対する健康リスクをよりよく理解する機会を提供します。
さまざまなプラスチック汚染タイプの中で、ナノプラスチックはサイズが非常に小さく、主要臓器の細胞や組織に侵入できるため、最も懸念されています。そこに到達すると、これらのプラスチック片は重金属、フタル酸エステル、ビスフェノール、難燃剤、PFAS（ペルフルオロおよびポリフルオロ化合物）などの化学物質を沈着させる可能性があります。これらの内分泌撹乱化学物質（EDC）は、米国の医療費を劇的に増加させ、2018年だけで約2,500億ドルに達したと研究によると示されています。
すでに、マイクロプラスチックの小さなサイズは環境中の有害物質を吸収し、食物連鎖に入り込むことが観察されています。さらに、プラスチック製造に使用されるすべての化学物質は、プラスチックと共に私たちの体内に入るだけでなく、外部環境よりも高温の体内へとプラスチックから移行します。
これらの化学物質は腎臓、肝臓、脳に入り込みます。その後、妊娠中のマウスの研究で、母親がプラスチック粒子を摂取または吸入したわずか24時間後に、胎児の脳、心臓、肝臓、腎臓、肺にこれらが検出されました。
「現在、ミクロプラスチックとナノプラスチックはヒトの胎盤で見つかっています。ヒトの肺組織でも見つかっています。ヒトの糞便でも、ヒトの血液でも検出されています。」
– フィービー・ステップルトン（研究共同執筆者、ラトガース大学薬学部准教授）
マイクロプラスチックの耐久性は、長期的な生態系および健康リスクをもたらすことを示しています。さらに、最近の発見は、ハリケーンなどの自然現象が強力な拡散メカニズムとしてこの汚染に寄与していることを示唆しています。これは、世界的に生態系と人間の健康に対する脅威が増大していることを意味します。
サステナビリティ指標によるプラスチック汚染問題の解決
新しい技術やアプローチがこれまで見えなかったナノ粒子の分析に利用されている一方で、プラスチック汚染問題への取り組みも進展しています。最近の研究で、海洋研究に特化した非営利組織であるウッズホール海洋研究所（WHOI）の研究者らは、環境持続性が低いプラスチック製品のエコデザインのためのサステナビリティ指標を開発しました。この指標に従うことで、環境的および社会的利益が得られると期待されています。
新しい研究では、プラスチックとその代替品の環境影響指標を比較し、プラスチックの環境持続性を考慮することで、単一の消費財に対して数億ドル規模の利益が得られることが示されました。
このような製品は、資源枯渇と環境問題のトレードオフをバランスさせて設計されます。このバランスは、影響を推定する枠組みは存在するものの、材料選択や環境持続性の定量化に関するものがこれまで開発されていないために必要です。最新の研究は、設計者、エンジニア、科学者が情報に基づいた設計判断を行い、研究優先順位を設定できるよう、指標と手法を導入することでこのギャップに対処しようとしています。
この目的のために、ACS Sustainable Chemistry & Engineering誌に掲載された新しい研究は、環境持続性が低いプラスチック製品のエコデザインのためのサステナビリティ指標を開発しました。
プラスチック汚染が人間の健康や生態系に与えるリスクにもかかわらず、プラスチック製品の使用は増加し続けています。したがって、その害を抑えるには、研究で述べられているように、プラスチックが環境にもたらす脅威に基づいた設計戦略が必要です。
この目的のために、性能を維持しながら環境持続性を低く抑えることを目指したプラスチック製品のエコデザイン向けサステナビリティ指標が開発されました。この分析は、環境への影響が少なく、かつ機能的なプラスチック製品の製造に向けて、開発・採用・投資に値する材料とその特性を特定します。
「重要なのは、機能的で持続可能かつ無害な材料、製品、プロセスを設計し、私たちが生きる未来の世界にグリーン材料工学のすべての原則を体現できるかどうかを決定することです。」
– 主著者のブライアン・ジェームズ（材料科学者・エンジニア）
彼は付け加えました：
「エンジニア、製品デザイナー、さらには一般消費者が、製品性能を犠牲にせずに環境に最適な選択を行うために使用できる次の戦略やツールは何でしょうか？」
この指標を作成するために、研究はプラスチックの環境分解速度と確立された材料選択戦略を組み合わせました。このアプローチは、さまざまな材料の環境影響と特性に焦点を当て、環境中での持続性に基づくガイドを提供します。
持続性に関するサステナビリティ指標の実装は、消費財に使用されるさまざまなプラスチックの包括的なデータが歴史的に不足していたため困難でした。しかし、最近では多種多様なプラスチックの実際の環境分解速度に関する十分なデータが入手できるようになり、研究者は設計プロセスで材料を置き換えることで製品コストと温室効果ガス排出の両方を削減できることを示すことができるようになりました。
さまざまなプラスチックの特性を考慮し、戦略的に活用することで、環境持続性を最小化するための切り替えが可能となり、かなりの利益が得られます。
例えば、研究ではこの指標を適用し、使い捨てコーヒーカップの蓋にセルロースジアセテートやポリヒドロキシアルカノエートといった代替材料への切り替えを行いました。この切り替えにより、社会全体の環境コストを数億ドル削減できる可能性があります。これらの蓋は現在、ポリ乳酸、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの材料で作られており、世界的な沿岸清掃で回収されるプラスチックごみ全体の約5％を占めています。セルロースジアセテートとポリヒドロキシアルカノエートは、やや高価ではあるものの、ポリ乳酸よりも温室効果ガス排出が低く、海中で持続しません。
どの材料に切り替えるかを決定する際、研究は、温室効果ガス排出が低いが持続性が長い材料と、やや排出は高いが持続性が低い材料のどちらが適切かを検討しました。そのために、研究は各材料の環境コストにドル価値を割り当てました。
「単に製品が存在しない、あるいはより速く消失することで持続性が低くなるだけで、社会へのコストは大幅に削減されます。」
– 主著者のJame（WHOI海洋化学・地球化学部門のポストドクトラル）
現在設計者が考慮していない蓋の持続性を考慮することで、WHOI海洋化学・地球化学部門のシニアサイエンティストである共同指導教官クリストファー・レディは、この指標は「画期的」であり、問題の定義から解決策の提示へと物語を転換すると述べました。
この研究で共同執筆・共同指導を務めるコリン・ワード（WHOI海洋化学・地球化学部門の准科学者）は、プラスチックの有用性が高いことから「すぐにどこにも行かない」と指摘しました。しかし、皆がプラスチック汚染の問題とその環境への漏出量に同意しています。ワードは次のように述べました：
「この研究で提示されたフレームワークは、消費者のニーズを同時に満たし、万が一環境に漏れ出した場合に持続しない材料を設計することで、この問題を解決するための重要な第一歩を示しています。」
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プラスチック廃棄物除去のための新規ソリューションを開発する企業
プラスチック汚染が重大な問題となる中、世界中の多くの企業が河川からのプラスチック廃棄物除去のソリューションに取り組んでいます。例えば：
1. SUEZ Group
この欧州企業は、世界的に水循環管理と廃棄物のリサイクル・回収ソリューションに注力しています。SUEZ Groupは約1700件の特許と10の研究センターを有し、環境保護に取り組んでいます。
同社の株式はパリとブリュッセルのユーロネクスト取引所に上場しており、現在の取引価格は19.83ユーロです。2023年9月には、中国の2060年カーボンニュートラリティ目標を支援するために、水と廃棄物プロジェクトの新たな2件の契約を締結しました。
2. Clearwater Mills
同社は河川廃棄物対策としてTrash Wheelsを構築し、これまでに約2,000トンのゴミを回収しています。その仕組みは、河川にV字形に配置された防護バリケードに、水面直下のゴムスカートがゴミを捕らえ、回転する水車に導いて河川からゴミを持ち上げるというものです。
結論
プラスチック汚染という深刻な問題に対処するためには、問題を理解し、取り組む新たなアプローチを見つけることが不可欠です。これまで見てきたように、プラスチックを顕微鏡レベルで検証し、生態系や人間の健康に与える脅威を評価する研究が行われています。さらに、科学者はプラスチックの生産削減や製品の設計・材料の改善に向けたさまざまな戦略に取り組んでいます。これらの取り組みは、設計者、科学者、企業がプラスチック汚染危機に大きな影響を与えることを支援しています。
