1. バイオマスプラスチック

バイオマス（biomass）という言葉が知られるようになったのは，1970年代のオイルショック以降，化石資源に深く依存していることへの警鐘として代替エネルギーを模索するなか，農林業で得られる資源，すなわち動植物を再生産可能なエネルギー源として活用する試みに端を発している⁽¹⁸⁾18) 農林水産省，環境省，文部科学省，経済産業省，国土交通省：“バイオマス･ニッポン総合戦略”，閣議決定，2002.．日本バイオプラスチック協会は，バイオマスプラスチックを「原料として再生可能な有機資源由来の物質を含み，化学的または生物学的に合成することにより得られる高分子材料」と定義しており，国際的な基準で認証を行っている⁽¹⁷⁾17) 日本バイオプラスチック協会：http://www.jbpaweb.net/info/．

バイオマスはもとをたどれば植物が太陽エネルギーを使って二酸化炭素など炭素化合物を高分子物質に変換した物質群である（図3図3■資源からバイオマスプラスチックに至る物質フロー）．バイオマスを原料として用いることの意義は，第一に，二酸化炭素の排出抑制が可能なこと，第二に，生物が作り出す分子がプラスチックの機能を高めることである．

図3■資源からバイオマスプラスチックに至る物質フロー

植物が物質生産を行うサイクルは，農業で生産する作物や林木で数カ月から数十年であり，化石資源が数千万年から数億年前の二酸化炭素が変換されたものであることと比べると，はるかに短いサイクルで空中の炭素を高分子物質に変換している．よって，バイオマスを用いることは，化石資源を用いて行うより早いサイクルで炭素を循環させ，化石資源の消費を抑えること，使用後に焼却処理しても二酸化炭素のみかけの排出量を最小限にとどめることで循環型社会の形成と温暖化対策に貢献する．

このバイオマスの第一の利点を活かし，ブラスチックに係わる業界では身近な汎用プラスチックを化石資源由来からバイオマス原料由来に置き換えることが進められている．すでに市場に展開している代表例は，PEとPETである．これらバイオPEとバイオPETは，サトウキビやトウモロコシなどの糖質を発酵して製造したエタノールを主原料としたエチレンおよびエチレングリコールを原料としている．また，近々バイオPPの供給も始まる．原料をバイオマス由来に置き換えたこれらの汎用プラスチックは，基本的に成分や構造が化石資源由来のものと同じなので，それぞれのリサイクルのチェーンに組み込んでいくことができる．

いっぽう，普及段階でバイオマス由来の原料を用いた新しいプラスチックの代表例が，ポリトリメチレンテレフタレート（PTT），ポリブチレンサクシネート（PBS）などのPEs類であり，それぞれの主原料化学品である1,3-プロパンジオール（PDO），コハク酸，および1,4-ブタンジオール（BDO）は糖質からの発酵法で製造が始まっている．今後の商業化が期待されるバイオマス由来の化石資源代替基礎化学品は，テレフタル酸，n-ブタノール／iso-ブタノール，ブタジエン，アジピン酸，フェノールなどである⁽¹⁹⁾19) D. Collias, A. Harris, V. Nagpal & I. Cottrell: Ind. Biotechnol. (New Rochelle N.Y.), 10, 1089 (2014).．また，バイオマスから作られる乳酸，フルフラール，イタコン酸，レブリン酸などからは，化学的修飾により種々の基礎化学品が得られる可能性がある．

化石資源はもともと動植物を構成する有機物が地質時代を経て炭化水素の混合物となったもので，石油精製や石油化学産業はこれを分留分離して用いている⁽²⁰⁾20) 石油学会：“新版石油化学プロセス”，第1章炭化水素資源と利用，講談社，2018.．プラスチックは，石油精製の過程で得られるナフサを分解し，エチレン，プロピレン，ブタジエン，ベンゼンといった化合物を，直接あるいは化学変換したものを原料にして作られている．いっぽう，動植物は生命を維持するために多様で複雑な有機物を体内で合成している⁽²¹⁾21) 北原　武，石神　健，矢島　新：“生物有機化学”，第2章炭水化物，第3章脂肪酸と脂質，第4章アミノ酸”，裳華房，2018.．これら有機化合物の中には，生物から比較的容易に得られるが，化石資源の分解分離や化学変換では製造できない，あるいは製造が経済的に現実的でない物質がある．目下生分解性プラスチックとしても認識されているポリヒドロキシアルカン酸（PHA），ポリ乳酸（PLA）は，生物が体内で作るPEs類や有機酸を応用した例であり，ポリアミド（PA）類，PU類には生物が作る油脂由来の脂肪酸を原料として用いた製品がある．

以上の製品は，原料を化石資源から得るより生物から得るほうが容易であり，かつ化石資源由来の化学品を用いてでは実現が難しい分解性や柔軟性など特徴的な性質を備えている⁽²²⁾22) T. Iwata: Angew. Chem., 54, 3210 (2015).．これがバイオマスを用いる第二の意義である．近年では糖類を化学変換して得られる脂肪族ジオールのイソソルバイド（isosorbide）を原料としたバイオPC，同じく糖類由来のフランジカルボン酸（FDCA）を用いたポリエチレンフラノエート（PEF）に期待がかけられている．バイオPCやPEFは分子構造の特徴によって，ほかのプラスチックで得られない光学特性や耐久性，ガスバリア性などの性能と，プラスチックとしての成形加工性を両立している^{(23, 24)}23) 自動車関連事業推進センター：植物由来原料イソソルバイドを用いた透明バイオエンプラDURABIO™概要，https://www.m-chemical.co.jp/products/departments/mcc/ams/tech/1202608_7380.html, 2016.24) A. Gandini, A. J. D. Silvestre, C. P. Neto, A. F. Sousa & M. Gomes: J. Polym. Sci. A Polym. Chem., 47, 295 (2009).．

これまでに挙げたプラスチックの多くは，バイオマス由来の原料を使うことによって二酸化炭素排出量の増加を抑えるだけでなく，その機能を活かすことによって従来製品と比べて温室効果ガスの排出低減などの効果が期待できる．たとえば自動車など移動体に使った場合は燃料の消費や部品交換の回数を削減し，食品包装用フィルムに用いた場合は食品の品質を維持し食品ロスを削減する．なお，バイオマス由来のプラスチックはすべて生分解性をもつと誤解されがちだが，ここに挙げたプラスチックはPBS, PHA, PLAを除き耐久性をもった素材である．

2. 生分解性プラスチック

プラスチックの生分解性の基本的な仕組みは分子間結合の加水分解であり，微生物が介在して水や二酸化炭素のレベルにまで高分子を完全に分解するまで進むため「生」分解と定義される．分解するという性質は，そもそもプラスチック本来の利点である耐久性とは相反する特性である．しかし分解を制御することによって，使用中はプラスチックがもつ優れた機能を発揮し，役目を終えた後は高分子の状態が消滅するという，プラスチックの新たな活用方法を問う性質といえる．

先に述べたように，今後もプラスチックの利点を享受するには，3R＋Rを実現しつつ静脈側のチェーンであるリサイクルを組み合わせ，物質と経済のループを形成することが求められる．いっぽうで，食品包装材，農業資材，医療・衛生品のように，使用後にプラスチックとそれ以外の物質と分離が容易でない用途，回収と処理の負荷が高い用途，より高い機能を得るための複数プラスチックの複合化や複層化によってマテリアルリサイクルに向かない材料，および管理の届かないところで循環ループから漏れてしまうようなプラスチック廃棄物が存在することも現実である．また，バイオプラスチックを含むプラスチック素材は，「化学物質の審査および製造等の規制に関する法律」（化審法）や業界が定める自主基準によってそのものが有害物質になる可能性を排除しているが，意図せず環境に出てしまったプラスチックが，長寿命ゆえに長期にわたって環境にとどまり，徐々に細分化して生態系の中に入り込む可能性が指摘されている．そこで，本セミナー室でも採り上げられているように，現在各方面でマイクロプラスチックを含む廃棄物が環境と社会に及ぼす影響の評価が続けられている⁽²⁵⁾25) L. Rigamonti, M. Grosso, J. Møller, V. Sanchez, S. Magnani & T. Christensen: Resour. Conserv. Recycling, 85, 42 (2014).．

生分解性プラスチックが水と二酸化炭素にまで分解することは，これらの課題へのアプローチの一つとなる．また所期の目的で使用された後に消滅することは，直接的な意味での廃棄物の減少だけでなく，コラムに述べたような使い方で，使用後の資材の廃棄処理にかかわるエネルギー消費や温室効果ガス排出などの環境負荷の課題，社会や産業構造の変化に伴うさまざまな課題を，一挙に解決する手段となりうる．このように，生分解性は廃棄後の消滅を期待される用途だけでなく，分解そのものを機能として活かすことができる用途も多い（表1表1■プラスチックの生分解性が活かせる用途*）．

代表的な生分解性プラスチックとその概要を以下に示す．

生分解をもち，かつ分解が始まる以前は素材として優れた性質を示すプラスチックの多くが，脂肪族ポリエステル（aliphatic polyester）である．PLAは現在もっとも普及した生分解性プラスチックの一つであり，医療用途向けの生体吸収素材として，乳酸を高度重合する技術が1950年代から開発されてきた．1990年代末にはL体の乳酸を発酵法により選択的かつ安価に製造する技術の発達に伴って，PLAは生分解だけでなくバイオマスプラスチックとして注目されはじめた．この時期に，米国の穀物商社と化学会社の合弁企業が，原料となる作物からPLAまでの一貫生産プロセスを擁する商用プラントを建設し生産を開始した．現在では中国と欧州の企業も製造拠点を構え，合計年産25万トン程度の生産能力があるといわれ，需要の高まりから増設，新設の計画が立てられている．PLAは比較的加工しやすく透明性が高いという特性も活かし，PS, PE, PPの代替として用途開発が進められてきた．近年ではシェールガス／オイル採掘法の部材として，また3Dプリンターのフィラメント用素材としても多く用いられている．

ジオールとジカルボン酸の重縮合によって得られる脂肪族ポリエステルのうち，PBSとそのアジピン酸共重合体（PBSA）は熱安定性や加工性を考慮した場合，最良の選択肢の一つである．日本の企業が重合反応の課題を克服して1990年代に初めて商品化を果たし，現在では日本とタイの企業の合弁会社が年産2万トンの製造設備を有している．PBS, PBSAは加工に既存の樹脂加工設備が使え，生分解性プラスチックとしては耐熱性が高く，また樹脂や天然繊維などほかの高分子素材との親和性，相溶性が良好といった特性をもつ．そのため，たとえば紙へのコーティング，多層フィルム化，熱溶着が容易であり，紙コップや袋加工といった二次加工性に優れる．分解はPLAや変性ポリブチレンテレフタレート（PBAT）と異なり，水と微生物の環境が十分であれば常温で進行し，特にPBSAは海水中での分解も確認されている⁽²⁶⁾26) 人見清貴，粕谷健一，加藤千明，佐野　浩，森　良平，花市　岳，西　秀樹：“生分解性樹脂･バイオプラスチックの開発動向・課題と今後の展望”, And Tech, 2020．

このほか，汎用プラスチックに近い性質をもつ脂肪族-芳香族コポリエステルのPBAT，変性ポリブチレンテレフタレート（PBTS），分解性に優れるポリグリコール酸（PGA），ポリカプロラクトン（PCL），ポリビニルアルコール（PVA）などが，それぞれの特性を活かした市場に展開を進めている．

また，ポリ-β-ヒドロキシアルカン酸（PHA），デンプンといった，生物が体内でエネルギー貯蔵用の物質として作り出す高分子物質をプラスチックとして用いる試みが進められ，前者は，日本企業の長年の努力によってポリ-ヒドロキシ酪酸-ヒドロキシヘキサン酸（PHBH）の大規模生産に目途が立ち，市場への展開が始まっている．いずれも，海洋での良好な生分解性が特徴である⁽²⁷⁾27) 技術情報協会編：“生分解, バイオマスプラスチックの開発と応用”，第2章生分解性樹脂の分解機構，特性制御と応用展開，技術情報協会，2020.．

1. ESGの観点で正しく評価し，透明性を保つこと

産業界は，提供する製品やサービスが地球環境と人々の暮らしを豊かにすることを第一に考え，環境（environment），社会（social），ガバナンス（governance），すなわちESGの観点から，製品やサービスのバリュー・チェーンを自ら評価している．たとえば，バイオマスは再生可能資源の一つであり，人の手によってさまざまな場所や環境の下で作られる資源である．これを今後も長く使っていくためには，環境面だけでなくエシカル面への配慮が欠かせない．まず，食料にもなりうる農産物をプラスチックの原料に用いることの是非については，目下さまざまな視点から議論が続けられている．利用に際しては，全世界と地域ごとの食糧事情や農業の位置づけに注視し，都度判断をしていかなければならない．加えて，たとえバイオマス原料を直接扱う事業でないとしても，用いる原料が社会的に認められているかを確認すること，すなわち，種々の持続可能性認証に示されるような正しく生産，管理された資源を原料として選ぶ配慮が必要である⁽²⁸⁾28) Netherlands Programmes Sustainable Biomass: “How to select a biomass certification scheme?”, NL Agency, 2011.．また，製品やサービスが環境に与える影響を，客観的に評価し公開することが求められる方向にある．実際に，原料や製品の商取引の現場で，環境負荷値を仕様書に表すことを求める地域がある．本稿ではここまでバイオプラスチックが環境負荷やエネルギー消費を抑える可能性を述べてきたが，個々の最終製品とその廃棄処理までのlife cycle assessment（LCA）が行われた例は少ない．比較的新しい原料や製品であることや，プラスチックが複数の企業の手でさまざまな加工，調製を経て製品やサービスの一部になるといった実情から，LCAのための情報が十分にそろえられていないことも原因である．各々の製品やサービスの環境負荷を，より正しくかつわかりやすく示すシステムを整えていく必要がある．

2. 農林業の課題

バイオマスの生産が農林業によるものである以上，農林業が抱えるさまざまな課題はそのままバイオマスプラスチックの産業化の課題となる．また，農林業と工業がつながる接点で顕になる課題，たとえば，バイオマスの通年生産が難しいこと，かさ密度が低く集荷や貯蔵の負荷が大きいこと，これに伴って，生産設備の立地の選択が難しいことなどが挙げられる．

3. 耐久性と分解の両立

生分解性プラスチックの普及が進まなかった理由の一つは，製品の在庫期間や使用中の，壊れてほしくないときに壊れ始めたり，いつまでも壊れずに残ってしまったりというように，分解を十分に制御できないことである．耐久性資材としてのプラスチックと，随意のタイミングで分解，消滅することを両立させるイノベーションが待たれている．分解の制御技術が整えば，生分解性プラスチックの応用範囲は飛躍的に拡がっていく．生分解性プラスチックのマテリアルリサイクルも夢ではない．

4. プラスチックとしての使い勝手

現在生産されている生分解性プラスチックの性質は汎用プラスチックのそれと異なっており，また利用できる素材の種類が少なく選択肢が限られるため，求められる品質の製品に仕上げることが難しい．たとえば生分解性プラスチックを加工して薄いフィルム状の製品を製造する際，目標の性能を得るための強度が足りないため，汎用プラスチックより厚くしなければならない場合があり，コストや取り扱い方に影響してしまう．生分解とプラスチックとしての使い勝手を両立した，硬い／柔らかい，透明／不透明などの性質のバリエーションを備えた一連の素材をそろえたい．

5. 適正な生産コスト

現在のところ工業的に生産されるバイオマス原料由来の化学品の種類と量は限られており，また，比較対象となる石油製品よりコストが高いものがほとんどであるため，バイオマスプラスチックは高いプライスタグを付けざるを得ない．農業生産物を工業原料とするための，たとえば発酵や分離精製といったプロセスの工業化と設備建設に大きな投資が必要なことも，コストを押し上げる要因となっている．産業界は，バリュー・チェーンの各ステップの製造プロセスで品質向上とコスト低減につながるブレークスルーとなる基礎技術の開発に注目している．

6. リサイクルとの調和

循環型のバリュー・チェーンでは，一度使い終わった製品や生産現場で品質に届かなかったものは廃棄物ではなく資源と考える．プラスチックはそのすがたかたちに至るまでに，多くのエネルギーを費やして高分子化してきた資源であるゆえ，焼却によるエネルギーリカバリーや埋め立てといった最終処理はできるだけ避け，再び役に立つ素材として活用したい．バイオPEやバイオPETなど既存のリサイクルの仕組みにそのまま適応できるバイオマスプラスチックは問題がない．いっぽう，生分解性プラスチックや生物分子の特徴を活かしたバイオマスプラスチックを，PE, PET, PP, PSなどで成り立っているマテリアルリサイクルのシステムに混入させることは避けなければならない．ただし，素材を限定したマテリアルリサイクルや，さまざまな素材を受け容れることができるケミカルリサイクルの普及が進めば，これらプラスチックを再び原料とすることが可能となる．また，生分解性プラスチックを多層化プラスチックの剥離材や前述したコンポスト用有機廃棄物回収袋に用いるといったように，ほかの廃棄物のリサイクルのサポート役として応用していく方向がある．

なお，実際にこれらのリサイクルを正しく行っていくためには，わかりやすい廃棄物回収の仕組み，たとえば製品への使用後の取り扱いの明示とそれに沿った回収インフラの整備が必須である．

7. 開発手法のイノベーション

企業がもつ製品開発や生産の技術と経験は，バイオプラスチックをはじめとする新しい素材やビジネスを探索するうえで必要であっても十分ではない．特に物と経済の循環ループを形作っていくにあたっては，バリュー・チェーンの中の一つのステップのうちだけで考えても解は得られない．物と経済にかかわる活動を広範囲につなげていくことで，情報も必然的につながっていく．これらの情報をDX（digital transformation）の取り組みに活用することで，技術やサービスの開発手法を，MI（materials information）やAI（artificial intelligence）も使いこなす別次元へ革新させるチャンスにしたい．