GSアライアンス株式会社が、廃プラスチックから量子ドットを合成
GSアライアンス株式会社は、脱炭素、カーボンニュートラル社会構築のために、環境、エネルギー分野に特化した最先端技術を研究開発している会社です。種々の製品を開発していますが、2023年にノーベル化学賞の対象にもなった量子ドットという先端材料も開発しており、種々の量子ドット、量子ドットと樹脂、量子ドットと無機材料との複合材料などを開発しています。
この度、同社の森良平博士(工学)は、廃プラスチックから量子ドットを合成しました。紫外線照射下、ブラックライトや波長の短い青色の光で照射すると、波長の長い青色を発光します。
廃プラスチックを原料として合成した炭素量子ドット
人口爆発に伴う地球温暖化、環境汚染や森林破壊などの環境問題は深刻な問題であり、プラスチック汚染も生態系を破壊する壊滅的なレベルになりつつあります。世界のプラスチック廃棄量は、1950年以降から2015年までに生産された約83億トンのうち、約63億トンが廃棄されています。2019年の世界のプラスチックごみ総排出量は3億5300万トンで、2050年には海洋プラスチックの総重量が魚の重量を超えるという予測もあり、2060年には約3倍の10億トン超になると予測されています。また2015年までに、世界全体においては、回収されたプラスチックのうち、リサイクルされているのは約9％で、残りは埋め立てが79％、焼却が12％と推測されています。そして、このままのペースが続くと、2050年までに累積250億トンのプラスチック廃棄物が発生すると予測されています。
一方で、マイクロプラスチックやナノプラスチックと言われる、ごく微小サイズになったプラスチック片の影響は甚大で、既にエベレストの頂上からマリアナ海溝の海底まで、地球上のあらゆる場所でマイクロプラスチック、ナノプラスチックが見つかっています。また、空気中や食品を介して、既に我々人体の中に、大気中からナノプラスチックが入りつつあり、健康への悪影響が懸念されています。ナノプラスチックとは、環境中に放置されたプラスチックが自然に分解、変性して形成されたプラスチックの微小粒子のことを指します。これらのプラスチックの多くは、摂取、呼吸によって私たちの体内に入ると言われています。最近は、これらのナノプラスチックが原因で、心臓発作や脳卒中のリスクを高めたり、消化器系の炎症反応を起こしたり、免疫反応にも悪影響を及ぼす可能性も指摘されています。
よって、生分解して土や海などの自然環境に戻り、最終的には水と二酸化炭素になる生分解性プラスチックや、プラスチックのリサイクルを促進することが重要です。
プラスチックのリサイクル手法には、大きく分けて次の3つの手法があります。
1. マテリアルリサイクル：廃プラスチックを溶かし、もう一度プラスチック原料や
プラスチック製品に再生する方法。
洗浄、粉砕してから溶解し、ペレット状にしてから
コンテナ、ベンチ、パレット、土木建築資材、
シートなどの原料にします。
2. ケミカルリサイクル ：廃プラスチックを化学的に分解するなどして
化学原料に再生する方法です。ガス化、油化する場合や、
高炉の還元剤や、水素、メタノール、モノマーなどの
化学原料として活用する場合が多いです
3. サーマルリサイクル ：廃プラスチックを焼却する際に発生する熱エネルギーを
回収し、発電や熱源として利用する方法です。
発電、温水利用、熱利用焼却、セメント原料化、
固形燃料(RPF、RDF)化など。
上記が主な廃プラスチックの処理法ですが、日本では、2024年において、埋め立て、焼却される以外に回収された廃プラスチックの総処理量のうち、サーマルリサイクルが約63％と最も多く(世界的にはマテリアルリサイクルやケミカルリサイクルが中心となっており、サーマルリサイクルはリサイクルと見なされていません)、次いでマテリアルリサイクルが約25％、ケミカルリサイクルが約4％となっています。しかしながら、リサイクルにはコストがかかり、特にマテリアルリサイクルの場合、再生品の品質や性能を維持することが難しい場合などの課題があります。その上、マテリアルリサイクルは廃プラスチックをプラスチックのまま原料にして新しい製品を作るリサイクル手法ですから、廃プラスチックに汚れや異物があったり、いろいろな種類の樹脂が混ざっている一般系廃プラスチックは、再生プラスチックの原料として使うことが難しいなど、まだまだ廃プラスチックのリサイクルの普及には課題があります。
よって、廃プラスチックを焼却、埋め立てせずに、原料として有効な物質、製品に出来るのであれば、大きな価値があります。このような状況の中、GSアライアンスは、廃プラスチックを原料として、量子ドットを合成しました。合成された量子ドットは、炭素量子ドットの類であり、その独自の光学、物理化学的な特徴を用いてセンサー、バイオイメージング、触媒、LED、エネルギー産業、農業などに応用できる可能性があり、今後はそのような応用の研究開発も進める予定です。
■量子ドットとは
量子ドット(Quantum Dot)とは、量子化学、量子力学の法則に従う光学特性を持つナノスケールの超微細構造を有する最先端材料で、2023年のノーベル化学賞の対象にもなった材料です。量子ドットの大きさは通常0.5 - 9nmの直径という極端に小さい構造体で、1個あたりの原子、分子数は数十～数千個といわれており、人工原子、人工分子とも言われています。量子ドットの材料が半導体の場合は、ナノ結晶のサイズによってバンドギャップを調節することが可能であるため、粒径に依存した特徴的な発光特性を持ちます。よって粒子径サイズを変化させることにより発光波長が調整可能で、固体の蛍光体と比較してスペクトルの半値幅が狭く、量子効率も高いという特徴を持ち、かつ、幅広い波長を吸収することも可能です。
■会社概要
商号 ： GSアライアンス株式会社(冨士色素株式会社グループ)
代表者 ： 代表取締役 森 良平博士(工学)
本社所在地： 〒666-0015 兵庫県川西市小花2-22-11
事業内容 ： カーボンニュートラル、脱炭素、SDGs課題に取り組む環境、
エネルギー分野の最先端技術の研究開発、製造販売
