農地からマイクロプラスチックをなくす

Jul 13, 2023

2021年10月1日

フラウンホーファー協会による

多くの国では、農家や庭師は収穫量を増やすためにマルチフィルムを使用しています。 フィルムはポリエチレンでできていることが多く、雑草の成長、土壌温度、水の消費を制御するために使用できます。 残念ながら、石油ベースの素材は生分解性ではありません。 したがって、フィルムの残留物はシーズンの終わりにかなりの労力をかけて回収しなければならず、そうしないと畑を汚染してしまいます。 NewHyPe プロジェクトの一環として、フラウンホーファー珪酸塩研究研究所 ISC の研究者は、ヨーロッパのパートナーと協力して、ハイブリッド保護コーティングを施した持続可能で生分解性のマルチ紙を開発しています。

プラスチック廃棄物は海洋だけでなく農地も汚染します。 バイロイト大学の研究によると、従来の農地では大小のプラスチック粒子が検出される可能性があります。 農業や園芸において床や農地の土壌を覆うマルチフィルムは汚染の原因となります。 それらは、生育期間を延長し、雑草を減らすことを目的としていますが、蒸発を減らし、土壌の水分バランスを改善することも目的としています。

石油ベースのポリエチレン (PE) で作られたフィルムは、収穫後に回収する必要があります。 通常、これにより残留物が残ります。 その結果、微生物がPE残留物を分解できないため、PE残留物は数十年にわたって土壌中に残り、蓄積します。 PE の破片は土壌に物理的な影響を与え、食物連鎖に入る可能性があります。 ポリ乳酸から作られた生分解性フィルムはすでに入手可能ですが、非常に高価です。 ヴュルツブルクのフラウンホーファー ISC の研究者チームは、ドイツ、フィンランド、ノルウェーの研究パートナーおよび産業パートナーと協力して、生分解性で持続可能な代替品を開発する NewHyPe プロジェクトに取り組んでいます。 大型フィルムに代わる環境に優しい代替品は、安価で大量生産できなければなりません。

プロジェクトパートナーは、持続可能なフィルムの開発にセルロースベースの紙を利用しています。 「紙の利点の 1 つは、残留物を残さずに非常に早く分解できることです。しかし、このプロセスは現時点では速すぎます。この材料は農耕期全体にわたって持続しません。数回雨が降ると、材料は柔らかくなり、保護効果が持続します。」もう効果はありません」とフラウンホーファー ISC の研究者であるクラウス ローズ博士は言います。 したがって、紙を安定させ、急速な劣化に対抗するために機能性コーティングが必要となります。 保護ハイブリッドコーティングはORMOCER製です。 これらの無機-有機ハイブリッドポリマーの材料クラスは、30 年以上前にフラウンホーファー ISC で開発されました。 「コーティングは、有機ポリマーと無機ケイ酸塩という 2 つの異なる成分で構成されており、通常は相溶性がありません。しかし、これらを組み合わせることで、分解性を維持しながら化学的および機械的安定性が得られます」と研究者は説明します。 代替材料は約 3 ～ 6 か月の農期に持続し、その後完全に分解する必要があります。 最初のテストでは、紙をコーティングすると湿潤時の粘りが増し、コーティングされていない紙よりも安定性が高くなることが実証されました。 さらに、堆肥化テストでは、コーティングされた材料の分解がより遅いことが示されました。

安定化機能性コーティングとは別に、プロジェクトパートナーは、ORMOCERを組み込んだ官能化セルロースと、長さ対厚さの比が非常に高いため、固有の安定性が高いという特徴を持つ官能化ナノセルロースの両方で作られた全く新しいハイブリッドマルチ紙の開発に取り組んでいる。 これには、セルロース繊維をハイブリッドポリマーバインダーで結合し、接着剤のように個々の繊維を架橋することが含まれます。 メッシュ密度は安定性に影響します。 このバインダーシステムは効果的にコーティングとして機能します。 したがって、ハイブリッド紙には追加のコーティングは必要ありません。 「紙は疎水化、つまり撥水性にする必要があります。さらに、通常の紙よりも引き裂き耐性が高くなければなりません。機械的安定性と耐紫外線性も重要な特性です。収穫後は下に耕す必要があります。」化学者は説明します。 複合材料の最適化は実際の課題です。 これが完全に開発されれば、包装業界もこの新素材から恩恵を受ける可能性があります。「プラスチックフィルムの代わりに生分解性紙は、環境保護に大きく貢献するでしょう」とローズ氏は言います。