バイオマス由来プラスチックのライフサイクル思考

2021年02月25日

ゴムタイムス社

*この記事はゴム・プラスチックの技術専門季刊誌「ポリマーTECH」に掲載されました。
*記事で使用している図・表はPDFで確認できます。

特集1 バイオプラスチックの現状と将来展望

バイオマス由来プラスチックのライフサイクル思考

東京大学 菊池康紀

1.はじめに

 バイオマスからの化学品製造は、偏在する枯渇性資源である化石資源から、遍在しうる再生可能資源であるバイオマスに化学品原料を代替していくことであり、持続的な化学品生産を可能としうるだけでなく、バイオエコノミー1)的な観点から、今後のあるべき社会経済と、資源の循環に資するプロセスシステムとなりうるものである。国内においてもバイオマス由来化学品製造については、技術戦略の策定2)からバイオプラスチックに関する普及3)や資源循環4)について議論されるなど、活発化している。
 ライフサイクル思考(Life Cycle Thinking:LCT)とは、ある製品を評価する際に、その原材料の取得段階から最終的に廃棄されるまでの全生涯における影響を考慮することであり、特に環境負荷を定量化するための手法としてライフサイクルアセスメント(Life Cycle Assessment:LCA)がある5)。LCAには、現在のライフサイクルにおける製品の環境属性を可視化させる帰属的LCAと、現在のライフサイクルに変化を加えた時に起こる変化を可視化することを目的とする帰結的LCAの2種類があり6)、現在のシステムから大きな変化が起こりうる技術システムの導入において、帰結的なLCTに基づく分析が必要である7)。化石資源由来の製品製造が主となっている化学品製造とライフサイクルにおいて、バイオマス由来の製造技術の導入は明らかな変化をもたらすものであり、これによって誘発される帰結的な影響を考慮した評価に基づく技術システムの種類と規模の適材適所な設計が必要である。
 本稿では、バイオマス由来プラスチックに関するライフサイクル思考について解説する。まず、研究開発動向の把握のために、当該分野における各種報告書から、現在のバイオマス由来化成品製造に関する知見を得る。得られた知見をもとに、バイオマス由来のプラスチック製造について、ライフサイクル思考により評価の要件定義を行い、評価における課題を議論する。なお、本稿には既報8, 9)における解析を含んでおり、一部の内容について詳細は既報8, 9)を参照されたい。

2.バイオマス由来化成品製造の研究開発動向:報告書からの抽出

 既存の報告書2)から研究開発動向を抽出する。近年の国内のバイオマス由来化学品製造技術の研究開発は、2002年ごろにバイオマスニッポン総合戦略が閣議決定され、研究開発が始まっている。当初はバイオ燃料に関する開発が多くを占めていたが、化学品製造に関する研究プロジェクトも2009年頃から開始されている。特に2012年に開始された非可食性の原料を用いた燃料製造に関するプロジェクトをきっかけに、バイオマス変換技術の研究プロジェクトが増加している2)。原料として主に用いられているものとして、糖類、脂肪油、セルロース、ヘミセルロース、リグニンなどがあり、それぞれの原料から、化学品製造のためのプラットフォーム化合物を製造することで、多岐の製品を生産可能となる。特にプラスチック等の素材としては、PET:ポリエチレンテレフタレート、PE:ポリエチレン、PLA:ポリ乳酸、PA:ポリアミド、PTT:ポリトリメチレンテレフタレート、PBS:ポリブチルサクシネート、PHA:ヒドロキシカルボン酸ポリマー、PC:ポリカーボネート、CNF:セルロースナノファイバーなどがすでに工業化されている主なものとして示されている。バイオマスの化成品利用については、CCU(CO2 Capture and Utilization)と合わせてバイオリファイナリが基礎化学品合成プロセスの技術として挙げられている10)。2012年の再生可能資源由来の電力に関する固定価格買取制度が開始されたのち、バイオマス利用は発電に大きくシフトしているが、バイオジェット燃料やバイオ水素、ケミカル併産型のバイオリファイナリプロセスの研究開発なども行われている。化学品の合成経路としては、エタノールをはじめとする炭素数2の化学物質から合成を開始するC2プラットフォームや、単糖類をはじめとする炭素数6の化学物質から合成を開始するC6プラットフォームなどが、各国の報告書11-15)などで議論されている。

3.ライフサイクル思考に基づく評価の要件

 図1に本稿で想定する評価の枠組みを示す。LCAの評価の枠組みはISO14000シリーズにおいて規定されているが、実際の技術システム評価においてはその他の評価手法や設計手法と関連付けていく必要がある。本章では、これらを受けて、ライフサイクル思考によりバイオマス由来化成品製造の評価に必要な要件を定義していく。
 図2に植物資源由来の製品に関する原料採掘から製品製造まで(Cradle-to-gate)のライフサイクルを概念的に示す。前章において紹介した技術は植物資源由来の製品製造における、バイオマス由来製品とその変換技術である。ここでバイオマスとは、植物資源の一部として含まれているものであり、食料や素材など、既往の農林業由来主製品を含まないものとして定義される。食料や素材の副生品として得られるものもあれば、化学品や燃料、エネルギーに変換するために生産される植物もありうる。
 バイオマス由来化学品製造のライフサイクルとしては、原料を供給するプロセスである植物資源の栽培や、植物資源を利用し廃棄物系バイオマスを供給している産業プロセスから始まり、製品製造を経て化学品、燃料、エネルギーなどのサプライチェーンまでをCradle-to-gateライフサイクルとして含んでいる。図には示していないが、製品使用、廃棄、最終的な処理を行うプロセスまでをライフサイクルとして含んでいる。これらライフサイクルステージを以下で説明する。
 Procurementにおいては、原料となる植物資源を調達するため、ライフサイクル上の上流に位置する

全文:約7860文字

関連キーワード:

技術セミナーのご案内

ゴムタイムス主催セミナー